JP3851576B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電圧制御型インバータの出力の高周波成分を平滑するためのフィルタを構成するリアクトルの異常を検出し、装置を保護する手段を備えた電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インバータ主回路の直流入力側に接続されているフィルタコンデンサの寿命を判定するために温度センサを用いることが、例えば、特開平８−１９６０８２号公報に開示されている。この技術を応用することによって、インバータ主回路の出力端に電圧平滑フィルタの構成要素として接続されているリアクトルの巻線間短絡、すなわち、レアショートを検出することができる。すなわち、リアクトルの巻線間短絡による異常過熱を温度センサによって検出し、その検出信号によって異常と判定すれば、これによって装置を保護することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
インバータ主回路の入力端に電圧平滑コンデンサが接続され、出力端にリアクトル及びコンデンサを含む電圧平滑フィルタが接続されている電圧制御型インバータにあっては、主回路の構成をできるだけ簡易化することが望まれている。しかるに、上述したように温度センサを設けた場合、主回路構成が複雑化すると同時に高コスト化が避けられなかった。
【０００４】
本発明は上記の事情を考慮してなされたもので、主回路構成を複雑化することなく、リアクトルの巻線間短絡による異常過熱、発煙、発火、装置損傷に至る前に速やかに、かつ、確実に装置を保護することのできる電力変換装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、
スイッチング素子がブリッジ接続されたインバータ主回路と、
リアクトル及びコンデンサを含み、インバータ主回路の出力端に接続された電圧平滑フィルタと、
リアクトルに流れる電流を検出する電流センサと、
インバータ主回路のスイッチング素子をオン、オフ制御する制御回路と、
電流センサの電流検出信号の基本波成分を除去し、リアクトルに流れるリップル電流成分を抽出するフィルタと、
抽出されたリップル電流成分のピーク値を検出し、このピーク値が予め定めた値を超えたとき、リアクトルが異常であると判定し、インバータ主回路に対する制御信号の出力を停止する判定回路と、
を備えた電力変換装置である。
【０００６】
請求項２に係る発明は、
スイッチング素子がブリッジ接続されたインバータ主回路と、
インバータ主回路の入力端に接続された電圧平滑コンデンサと、
リアクトル及びコンデンサを含み、インバータ主回路の出力端に接続された電圧平滑フィルタと、
電圧平滑コンデンサに流れる電流を検出する電流センサと、
インバータ主回路のスイッチング素子をオン、オフ制御する制御回路と、
電流センサの電流検出信号から、インバータ主回路の動作周波数より低周波の信号成分を除去し、リアクトルに流れるリップル電流成分を抽出するフィルタと、
抽出されたリップル電流成分のピーク値を検出し、このピーク値が予め定めた値を超えたとき、リアクトルが異常であると判定し、インバータ主回路に対する制御信号の出力を停止する判定回路と、
を備えた電力変換装置である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る電力変換装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。同図において、電力変換装置２０Ａは直流電源１の直流を交流に変換して負荷６に供給する。直流電源１は全波整流回路等でなり、電力変換装置２０Ａは直流電源１の出力電圧を平滑するための平滑コンデンサ２を有し、この平滑コンデンサ２は直流電力の供給源として機能する。そして、平滑コンデンサ２にインバータ主回路３の入力側が接続されている。インバータ主回路３はトランジスタやＩＧＢＴ等のスイッチング素子がブリッジ接続された周知の構成のものである。インバータ主回路３の出力側にリアクトル４及びコンデンサ５でなる平滑フィルタが接続されている。この平滑フィルタはインバータ主回路３のスイッチング動作による高周波成分を除去するものである。これによって、高周波成分が除去された交流電圧が負荷６に供給される。
【０００８】
電流センサ７はリアクトル４に流れる電流を検出して電流信号Ｓａを出力する。この電流センサ７は負荷６へ供給する電流の監視にも使用される。すなわち、インバータ主回路３の制御にも使用される。この電流センサ７にフィルタ８ａが接続されている。フィルタ８ａは電流センサ７の電流信号Ｓａより、リアクトル４に流れるリップル電流分を抽出する、高域フィルタ又は帯域フィルタでなっている。このフィルタ８ａに判定回路９が接続されている。判定回路９はフィルタ８ａの出力信号であるリップル電流信号Ｓｂを検出し、リアクトル４の状態が正常である範囲の値を超過した場合、インバータ主回路３を制御するゲート制御回路１０にゲート停止信号Ｓｃを加える。インバータ主回路３はゲート制御回路１０の指令信号に基づいて動作しており、ゲート制御回路１０は、図示を省略したが、例えば、マイクロコンピュータでなるインバータ制御回路からのスイッチング信号を出力し、判定回路９からゲート停止信号Ｓｃが送信されたときインバータ主回路３のスイッチング動作を停止する構成になっている。
【０００９】
図２（ａ），（ｂ），（ｃ）は、負荷６が抵抗器の場合の電流信号Ｓａ、リップル電流信号Ｓｂ及びゲート停止信号Ｓｃの相互の関係を示す波形図である。同図において、時刻ｔ１までリアクトル４は正常であり、このため、リップル電流信号Ｓｂのピーク値は判定回路９の異常検出レベルを超過しておらず、ゲート停止信号ＳｃはＬレベルである。すなわち、ゲート制御回路１０に対する制御動作の停止指令は出力されない。次に、時刻ｔ１においてリアクトル４に巻線間短絡が発生し、インダクタンスが低下したとする。このときリップル電流信号Ｓｂのピーク値が判定回路９の異常検出レベルを超過する。これによって、ゲート停止信号Ｓｃは「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに変化し、この変化に応動してゲート制御回路１０はインバータ主回路３のスイッチング動作を停止する。
【００１０】
かくして、第１の実施形態によれば、リアクトル４の巻線間短絡による過熱を検出するだけの専用の温度センサを設けることなく、負荷６への供給電流を検出する目的で設けられている電流センサ７の出力信号の整形とピークレベルの判定だけで、巻線間の短絡を速やかに検出し、これによってインバータ主回路３のスイッチング動作を停止することにより、リアクトル４の異常から電力変換装置２０Ａを保護することができる。
【００１１】
図３は本発明に係る電力変換装置の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。図中、第１の実施形態を示す図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。ここに示した電力変換装置２０Ｂは、インバータ主回路３の入力側に平滑コンデンサ２が接続され、インバータ主回路３の出力側にリアクトル４及びコンデンサ５でなる平滑フィルタが接続されている。平滑コンデンサ２の電流値を監視するために電流センサ７が設けられている。本実施形態はこの電流センサ７の出力信号に基づいてリアクトル４の巻線間短絡を検出するものである。そのために、電流センサ７の電流信号Ｓｄを入力して、平滑コンデンサ２に流れる電流のうち、インバータ主回路３の動作周波数以下の低周波成分を遮断してこれよりも周波数の高いリップル分を抽出する、高域フィルタ又は帯域フィルタで構成されるフィルタ８ｂを備えている。フィルタ８ｂの出力信号は、ダイオード１１を介して、判定回路９に入力される。ダイオード１１は平滑コンデンサ２の放電方向のリップル成分のみ、つまり、リアクトル４に供給されるリップル電流分のみを抽出するために設けられている。判定回路９はフィルタ８ｂの出力信号であるリップル電流信号Ｓｂのピークを検出し、リアクトル４が正常な範囲を超過した場合に、ゲート制御回路１０に対してゲート停止信号Ｓｃを出力する。インバータ主回路３はゲート制御回路１０の指令信号に基づいて動作しており、ゲート制御回路１０は、図示を省略したが、例えば、マイクロコンピュータでなるインバータ制御回路からのスイッチング信号を出力し、判定回路９からゲート停止信号Ｓｃが送信されたときインバータ主回路３のスイッチング動作を停止する構成になっている。
【００１２】
かくして、第２の実施形態によれば、リアクトル４の巻線間短絡による過熱を検出するだけの専用の温度センサを設けることなく、平滑コンデンサ２の電流を検出する目的で電力変換装置が本来備えている平滑コンデンサ２の出力信号の整形とピークレベルの判定だけで、巻線間の短絡を速やかに検出し、これによってインバータ主回路３のスイッチング動作を停止することにより、リアクトル４の異常から電力変換装置２０Ｂを保護することができる。
【００１３】
【発明の効果】
以上の説明によって明らかなように、本発明によれば、装置が本来的に備えている電流センサの電流検出信号に基づいてリアクトルの巻線間の短絡によるインダクタンス低下を検出するので、主回路構成を複雑化することなく、リアクトルの巻線間短絡による異常過熱、発煙、発火、装置損傷に至る前に速やかに、かつ、確実に装置を保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電力変換装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】図１に示した第１の実施形態の動作を説明するために、主要な構成要素の信号の波形、及び、相互関係を示す波形図。
【図３】本発明に係る電力変換装置の第２の実施形態の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１ 直流電源
２ 平滑コンデンサ
３ インバータ主回路
４ リアクトル
５ コンデンサ
６ 負荷
７ 電流センサ
８ａ，８ｂ フィルタ
９ 判定回路
１０ ゲート制御回路
１１ ダイオード
２０Ａ，２０Ｂ 電力変換装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、電圧制御型インバータの出力の高周波成分を平滑するためのフィルタを構成するリアクトルの異常を検出し、装置を保護する手段を備えた電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インバータ主回路の直流入力側に接続されているフィルタコンデンサの寿命を判定するために温度センサを用いることが、例えば、特開平８−１９６０８２号公報に開示されている。この技術を応用することによって、インバータ主回路の出力端に電圧平滑フィルタの構成要素として接続されているリアクトルの巻線間短絡、すなわち、レアショートを検出することができる。すなわち、リアクトルの巻線間短絡による異常過熱を温度センサによって検出し、その検出信号によって異常と判定すれば、これによって装置を保護することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
インバータ主回路の入力端に電圧平滑コンデンサが接続され、出力端にリアクトル及びコンデンサを含む電圧平滑フィルタが接続されている電圧制御型インバータにあっては、主回路の構成をできるだけ簡易化することが望まれている。しかるに、上述したように温度センサを設けた場合、主回路構成が複雑化すると同時に高コスト化が避けられなかった。
【０００４】
本発明は上記の事情を考慮してなされたもので、主回路構成を複雑化することなく、リアクトルの巻線間短絡による異常過熱、発煙、発火、装置損傷に至る前に速やかに、かつ、確実に装置を保護することのできる電力変換装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、
スイッチング素子がブリッジ接続されたインバータ主回路と、
リアクトル及びコンデンサを含み、インバータ主回路の出力端に接続された電圧平滑フィルタと、
リアクトルに流れる電流を検出する電流センサと、
インバータ主回路のスイッチング素子をオン、オフ制御する制御回路と、
電流センサの電流検出信号の基本波成分を除去し、リアクトルに流れるリップル電流成分を抽出するフィルタと、
抽出されたリップル電流成分のピーク値を検出し、このピーク値が予め定めた値を超えたとき、リアクトルが異常であると判定し、インバータ主回路に対する制御信号の出力を停止する判定回路と、
を備えた電力変換装置である。
【０００６】
請求項２に係る発明は、
スイッチング素子がブリッジ接続されたインバータ主回路と、
インバータ主回路の入力端に接続された電圧平滑コンデンサと、
リアクトル及びコンデンサを含み、インバータ主回路の出力端に接続された電圧平滑フィルタと、
電圧平滑コンデンサに流れる電流を検出する電流センサと、
インバータ主回路のスイッチング素子をオン、オフ制御する制御回路と、
電流センサの電流検出信号から、インバータ主回路の動作周波数より低周波の信号成分を除去し、リアクトルに流れるリップル電流成分を抽出するフィルタと、
抽出されたリップル電流成分のピーク値を検出し、このピーク値が予め定めた値を超えたとき、リアクトルが異常であると判定し、インバータ主回路に対する制御信号の出力を停止する判定回路と、
を備えた電力変換装置である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る電力変換装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。同図において、電力変換装置２０Ａは直流電源１の直流を交流に変換して負荷６に供給する。直流電源１は全波整流回路等でなり、電力変換装置２０Ａは直流電源１の出力電圧を平滑するための平滑コンデンサ２を有し、この平滑コンデンサ２は直流電力の供給源として機能する。そして、平滑コンデンサ２にインバータ主回路３の入力側が接続されている。インバータ主回路３はトランジスタやＩＧＢＴ等のスイッチング素子がブリッジ接続された周知の構成のものである。インバータ主回路３の出力側にリアクトル４及びコンデンサ５でなる平滑フィルタが接続されている。この平滑フィルタはインバータ主回路３のスイッチング動作による高周波成分を除去するものである。これによって、高周波成分が除去された交流電圧が負荷６に供給される。
【０００８】
電流センサ７はリアクトル４に流れる電流を検出して電流信号Ｓａを出力する。この電流センサ７は負荷６へ供給する電流の監視にも使用される。すなわち、インバータ主回路３の制御にも使用される。この電流センサ７にフィルタ８ａが接続されている。フィルタ８ａは電流センサ７の電流信号Ｓａより、リアクトル４に流れるリップル電流分を抽出する、高域フィルタ又は帯域フィルタでなっている。このフィルタ８ａに判定回路９が接続されている。判定回路９はフィルタ８ａの出力信号であるリップル電流信号Ｓｂを検出し、リアクトル４の状態が正常である範囲の値を超過した場合、インバータ主回路３を制御するゲート制御回路１０にゲート停止信号Ｓｃを加える。インバータ主回路３はゲート制御回路１０の指令信号に基づいて動作しており、ゲート制御回路１０は、図示を省略したが、例えば、マイクロコンピュータでなるインバータ制御回路からのスイッチング信号を出力し、判定回路９からゲート停止信号Ｓｃが送信されたときインバータ主回路３のスイッチング動作を停止する構成になっている。
【０００９】
図２（ａ），（ｂ），（ｃ）は、負荷６が抵抗器の場合の電流信号Ｓａ、リップル電流信号Ｓｂ及びゲート停止信号Ｓｃの相互の関係を示す波形図である。同図において、時刻ｔ１までリアクトル４は正常であり、このため、リップル電流信号Ｓｂのピーク値は判定回路９の異常検出レベルを超過しておらず、ゲート停止信号ＳｃはＬレベルである。すなわち、ゲート制御回路１０に対する制御動作の停止指令は出力されない。次に、時刻ｔ１においてリアクトル４に巻線間短絡が発生し、インダクタンスが低下したとする。このときリップル電流信号Ｓｂのピーク値が判定回路９の異常検出レベルを超過する。これによって、ゲート停止信号Ｓｃは「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに変化し、この変化に応動してゲート制御回路１０はインバータ主回路３のスイッチング動作を停止する。
【００１０】
かくして、第１の実施形態によれば、リアクトル４の巻線間短絡による過熱を検出するだけの専用の温度センサを設けることなく、負荷６への供給電流を検出する目的で設けられている電流センサ７の出力信号の整形とピークレベルの判定だけで、巻線間の短絡を速やかに検出し、これによってインバータ主回路３のスイッチング動作を停止することにより、リアクトル４の異常から電力変換装置２０Ａを保護することができる。
【００１１】
図３は本発明に係る電力変換装置の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。図中、第１の実施形態を示す図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。ここに示した電力変換装置２０Ｂは、インバータ主回路３の入力側に平滑コンデンサ２が接続され、インバータ主回路３の出力側にリアクトル４及びコンデンサ５でなる平滑フィルタが接続されている。平滑コンデンサ２の電流値を監視するために電流センサ７が設けられている。本実施形態はこの電流センサ７の出力信号に基づいてリアクトル４の巻線間短絡を検出するものである。そのために、電流センサ７の電流信号Ｓｄを入力して、平滑コンデンサ２に流れる電流のうち、インバータ主回路３の動作周波数以下の低周波成分を遮断してこれよりも周波数の高いリップル分を抽出する、高域フィルタ又は帯域フィルタで構成されるフィルタ８ｂを備えている。フィルタ８ｂの出力信号は、ダイオード１１を介して、判定回路９に入力される。ダイオード１１は平滑コンデンサ２の放電方向のリップル成分のみ、つまり、リアクトル４に供給されるリップル電流分のみを抽出するために設けられている。判定回路９はフィルタ８ｂの出力信号であるリップル電流信号Ｓｂのピークを検出し、リアクトル４が正常な範囲を超過した場合に、ゲート制御回路１０に対してゲート停止信号Ｓｃを出力する。インバータ主回路３はゲート制御回路１０の指令信号に基づいて動作しており、ゲート制御回路１０は、図示を省略したが、例えば、マイクロコンピュータでなるインバータ制御回路からのスイッチング信号を出力し、判定回路９からゲート停止信号Ｓｃが送信されたときインバータ主回路３のスイッチング動作を停止する構成になっている。
【００１２】
かくして、第２の実施形態によれば、リアクトル４の巻線間短絡による過熱を検出するだけの専用の温度センサを設けることなく、平滑コンデンサ２の電流を検出する目的で電力変換装置が本来備えている平滑コンデンサ２の出力信号の整形とピークレベルの判定だけで、巻線間の短絡を速やかに検出し、これによってインバータ主回路３のスイッチング動作を停止することにより、リアクトル４の異常から電力変換装置２０Ｂを保護することができる。
【００１３】
【発明の効果】
以上の説明によって明らかなように、本発明によれば、装置が本来的に備えている電流センサの電流検出信号に基づいてリアクトルの巻線間の短絡によるインダクタンス低下を検出するので、主回路構成を複雑化することなく、リアクトルの巻線間短絡による異常過熱、発煙、発火、装置損傷に至る前に速やかに、かつ、確実に装置を保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電力変換装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】図１に示した第１の実施形態の動作を説明するために、主要な構成要素の信号の波形、及び、相互関係を示す波形図。
【図３】本発明に係る電力変換装置の第２の実施形態の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１ 直流電源
２ 平滑コンデンサ
３ インバータ主回路
４ リアクトル
５ コンデンサ
６ 負荷
７ 電流センサ
８ａ，８ｂ フィルタ
９ 判定回路
１０ ゲート制御回路
１１ ダイオード
２０Ａ，２０Ｂ 電力変換装置
Claims (2)
- スイッチング素子がブリッジ接続されたインバータ主回路と、
リアクトル及びコンデンサを含み、前記インバータ主回路の出力端に接続された電圧平滑フィルタと、
前記リアクトルに流れる電流を検出する電流センサと、
前記インバータ主回路のスイッチング素子をオン、オフ制御する制御回路と、
前記電流センサの電流検出信号の基本波成分を除去し、前記リアクトルに流れるリップル電流成分を抽出するフィルタと、
抽出された前記リップル電流成分のピーク値を検出し、このピーク値が予め定めた値を超えたとき、前記リアクトルが異常であると判定し、前記インバータ主回路に対する制御信号の出力を停止する判定回路と、
を備えた電力変換装置。 - スイッチング素子がブリッジ接続されたインバータ主回路と、
前記インバータ主回路の入力端に接続された電圧平滑コンデンサと、
リアクトル及びコンデンサを含み、前記インバータ主回路の出力端に接続された電圧平滑フィルタと、
前記電圧平滑コンデンサに流れる電流を検出する電流センサと、
前記インバータ主回路のスイッチング素子をオン、オフ制御する制御回路と、
前記電流センサの電流検出信号から、前記インバータ主回路の動作周波数以下の低周波の信号成分を除去し、前記リアクトルに流れるリップル電流成分を抽出するフィルタと、
抽出された前記リップル電流成分のピーク値を検出し、このピーク値が予め定めた値を超えたとき、前記リアクトルが異常であると判定し、前記インバータ主回路に対する制御信号の出力を停止する判定回路と、
を備えた電力変換装置。
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|---|---|---|---|
| JP2002059984A JP3851576B2 (ja) | 2002-03-06 | 2002-03-06 | 電力変換装置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002059984A JP3851576B2 (ja) | 2002-03-06 | 2002-03-06 | 電力変換装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003259653A JP2003259653A (ja) | 2003-09-12 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| JP6963476B2 (ja) * | 2017-05-30 | 2021-11-10 | ニチコン株式会社 | 電力変換装置および該電力変換装置が備えるリアクトルの異常検出方法 |
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