JP4221436B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

電力変換装置内のパワー半導体は大きな損失が発生するため、この損失による発熱を冷却する構造が採用されている。すなわち、冷却フィンと冷却ファンとを備え、発熱体たるパワー半導体からの熱を冷却フィンに熱伝導させ、冷却ファンによって冷却フィンに空気を送って熱交換させ、空冷方式によって放熱させている。

特許文献１では、冷却ファンの長寿命化を図るために、パワー半導体からなる各モジュールが搭載された冷却フィン上の温度を検出し、この温度検出値の高低によって冷却ファンの起動、停止の制御を行っている。このような制御を行うことによって、冷却ファンの劣化度合が低減され、部品の長寿命化が図られている。また、特許文献２には風冷式電力変換装置が開示され、ファンモータの短絡故障時に短絡電流が流れることを抑制するために、リレー回路を用いて故障時には抵抗を介して短絡電流が流れるようにしている。

特開平７−１５４９７６号公報 特開平３−１６８９９１号公報

冷却ファンは、運転により劣化する寿命部品として位置づけられ、電力変換装置において使用される部品の中でも長寿命化が望まれている。冷却ファンは、一般的に初期回転数に対し、例えば２０％低下した時点を寿命と定義している。この冷却ファンの回転数は、インバータの主素子を冷却するために、高い回転数で回転できることが好ましく、すなわち高回転数のものの方が望ましい。

しかし、寿命前であっても、経時変化によって冷却ファンの回転数が稼働時間とともに低下したり、あるいは、電力変換装置の設置環境の塵埃及び湿気により、冷却ファンが電源短絡故障を起こすという問題がある。冷却ファンは回転体であるため、ベアリング及びグリースが使用されているが、電力変換装置の設置環境は、産業界の業種により大幅に異なり、理想的条件に整えることは困難な場合も多い。

このため、電力変換装置であるインバータの主素子の温度検出器が、過熱状態を検出した場合には、主素子を冷却している冷却ファンの回転数が低下したことによる冷却能力の低下が要因であるのか、インバータ装置の周囲温度が上昇したための要因なのか、あるいは冷却ファンが故障して停止したための要因なのか、を判断することが困難であった。したがって、このような場合には、電力変換装置を用いた設備を停止し、要因の特定及びその排除が完了するまで時間が掛かるという問題があった。

すなわち、インバータ主素子の温度上昇が検出され得る状況が多岐に渡る要因によって引き起こされるため、設備に対する予防保全を完全に行うことは不可能であった。結果、有事の際には、要因特定及び保守する時間が設備停止の時間とならざるを得ず、設備全体としては、生産性に大きな障害をもたらす原因となっていた。そのため、設備側からみた場合の使い勝手向上が望まれていた。

特許文献１には、冷却ファンの長寿命化を図る構成が示され、特許文献２には、ファンモータ故障時に電源回路を保護するための構成は示されているが、冷却対象物の温度上昇時にその要因を特定すること、あるいは、電力変換装置を用いた設備停止に関しては何ら考慮されていなかった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、種々の設置環境で用いられる場合であっても設備側からの使い勝手の向上を図った電力変換装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するための本発明の具体的態様は以下の通りである。
第一の態様では、交流電動機に可変電圧可変周波数の交流電力を供給できるようにした電力変換回路と該電力変換回路内のパワー半導体を搭載した冷却フィンを冷却するために設けた冷却ファンと該冷却ファンの供給電源回路に冷却ファンを駆動及び停止するための半導体スイッチとを備え、
該冷却ファンの短絡故障等の異常を検出する検出回路を有し、該検出回路が短絡異常を検出した場合、該冷却ファンへの供給電源を遮断する構成とした。

また、第二の態様では、交流電源の交流電圧を整流して直流電圧に変換する順変換器と、この順変換器の直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、前記順変換器の直流電圧を交流電圧に変換する逆変換器とを備え、可変電圧可変周波数の交流電力を出力する電力変換装置において、
前記順変換部及び前記逆変換部を構成するパワー半導体を冷却する冷却フィンと、この冷却フィンを冷却するための冷却ファンと、前記平滑コンデンサから直流電圧を受けて前記冷却ファンに直流電圧を供給するスイッチングレギュレータ回路と、前記冷却ファンへの供給電圧を監視する検出回路と、前記検出回路によって前記冷却ファンの短絡異常が検出されると前記冷却ファンへの電源供給を遮断するように制御する制御装置とを備えた構成とした。

さらには、上記の両態様あるいはいずれかの態様において、より好ましい具体的な形態は以下の通りである。
（１）前記検出回路によって前記冷却ファンの短絡異常が検出されたときに短絡異常を表示する表示部を備えること。
（２）電力変換装置の運転条件を設定する操作パネルを備え、前記表示部はこの操作パネルに設けられていること。
（３）前記検出回路によって前記冷却ファンの短絡異常が検出された場合に、前記制御装置は、前記電力変換装置の出力を遮断せずに前記冷却ファンへの電源供給を遮断すること。
（４）前記スイッチングレギュレータ回路は、前記冷却ファンのほか、少なくとも前記制御装置を含む制御回路及び前記検出回路に電源を供給し、
前記検出回路によって前記冷却ファンの短絡異常が検出された場合には、前記電力変換装置の出力、前記制御回路及び前記検出回路への電源供給は遮断されず、前記冷却ファンへの電源供給が遮断されること。
（５）前記検出回路によって前記冷却ファンの短絡異常が検出された場合、前記冷却ファンの異常を知らせる出力信号を保持しないこと。
（６）前記検出回路によって前記冷却ファンの短絡異常が検出された場合、前記冷却ファンの異常を知らせる信号を出力し、前記短絡異常の検出がなくなった場合には前記異常を知らせる信号を停止（解除）すること。
（７）前記冷却ファンへの電源供給の遮断するために前記制御装置によってオンオフ制御される半導体スイッチを備え、
前記制御装置は、前記冷却ファンの短絡異常の検出から前記半導体スイッチをオフにするまでの時間を、前記半導体スイッチのオン状態における発生損失でオン状態が継続したときに熱破壊に至るまでの時間内に収めたこと。

本発明によれば、種々の設置環境で用いられる場合であっても、設備側からの使い勝手の向上が図られ、保守点検の行いやすい電力変換装置を提供することができる。

交流電動機に可変電圧可変周波数の交流電力を供給できるようにした電力変換装置を実施例とし、電力変換装置が備える冷却ファンの短絡故障を検出し、冷却ファンへの供給電源回路を遮断する構成について説明する。冷却ファンへの供給電源が遮断されることで、冷却ファンの短絡故障による短絡電流で供給電源回路を二次破壊から保護することができる。このため、設備の不稼動時間を大幅に短縮できる電力変換装置に利用可能である。以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明の実施例に係る電力変換装置の主回路構成図である。本実施例の電力変換装置は、電力変換回路として、交流電力を直流電力に変換する順変換器１と、平滑コンデンサ２と、直流電力を任意の周波数の交流電力に変換する逆変換器３とを備え、交流電動機４を所望の周波数で運転可能としている。そして、冷却ファン６は、順変換器１及び逆変換器３内のパワーモジュールを冷却可能な位置に取り付けられる。

電力変換装置の各種制御データは、操作パネル８から設定及び変更が可能である。操作パネル８には異常表示が可能な表示部が設けられており、電力変換装置の異常が検出されると当該表示部に表示される。本実施例の操作パネル８としては、特に種類が限られるものではないが、デジタル操作パネルとして装置使用者の操作性を考慮して表示部の表示を見ながら操作が行えるように構成している。なお、表示部は必ずしも操作パネル８と一体に構成する必要はないが、操作パネル８の操作者が、表示を見ながら操作できるように一体構成とすることが望ましい。操作パネル８から入力された電力変換装置の各種制御データは図示しない記憶部に格納される。

温度検出器７は、順変換器１及び逆変換器３内のパワーモジュールの温度を検出する。この温度検出器７は、順変換器１や逆変換器３のパワーモジュールとともに冷却フィン（後述）上に搭載されており、これらのパワーモジュールの放熱部材として機能する。温度検出器としては、予め設定された温度で出力接点がオンあるいはオフする温度リレーを用いてもよい。以下では、予め設定された温度で出力接点がオンとなる温度検出器を用いるものとして説明するが、温度により抵抗値が変化するサーミスタを用いても差し支えない。なお、サーミスタとしては、温度上昇とともに抵抗値が上昇する特性のものでも減少する特性のものであってもよい。

また、パワー半導体モジュール内部に設けられた温度検出回路１１を用いてもよく、必要に応じて温度検出器７、温度検出回路１１を用いて制御を行う。以下では、パワー半導体の温度上昇を検出可能なものとして、温度検出器７に代表させて説明する。

本実施例において、制御装置は、制御回路５及びドライバ回路１２からなり、電力変換装置全体の制御を司る。制御回路５は、操作パネル８によって入力される各種の制御データに基づいて逆変換器３のスイッチング素子を制御する他、装置全体に必要な制御処理を行う。内部構成は省略するが、各種の制御データが格納された記憶部の記憶データからの情報に基づいて演算を行うマイコン（マイクロプロセッサ、主制御装置）が搭載される。

ドライバ回路１２は、制御回路５からの指令に基づいて逆変換器１２のスイッチング素子を駆動する。また、後述するように、ドライバ回路１２内にはスイッチングレギュレータ回路（ＤＣ／ＤＣコンバータ）１８が搭載されており、電力変換装置の運転に必要な各直流電圧を生成し、これらを各構成に対して供給する。

図２は、電力変換装置の主回路部品の配置図の一例を示す図である。本実施例では、順変換器１と逆変換器３と温度検出器７とが一つのモジュール内に搭載された複合モジュールであるパワー半導体１３が用いられ、このパワー半導体１３が冷却フィン１４に搭載される。冷却フィン１４を冷却するための冷却ファン６（図２中に点線で図示）が冷却フィン１４の上面に取り付けられる。

パワー半導体１３は大きな損失を発生するために、電力変換装置の運転中に発熱する。この発熱を冷却フィン１４に熱伝導させ、冷却ファン６によって空気を送ることで熱交換し、冷却フィン１４が冷却される。本実施例では、冷却ファン６が、冷却フィン１４におけるパワー半導体１３の取付け面の裏面に空気を流通し、パワー半導体１３からの発熱を放熱している。

当該構成により、複合モジュールであるパワー半導体１３を温度上昇による過熱から保護することができる。

図３は、本実施例の電力変換装置の主回路構成図において、制御部の一部を構成するドライバ回路１２による電源供給構成を示す図である。

ドライバ回路１２の中には、回路構成要素の一つとしてスイッチングレギュレータ回路１８が設けられている。本実施例のスイッチングレギュレータ回路１８は、詳細は省略するが、一石フライバック方式の回路構成であり、電力変換装置内部の各構成に必要な直流電圧を生成している。

具体的には、主回路の直流中間回路にある平滑コンデンサ２から直流電圧（インバータ交流入力電圧２００Ｖ級の場合、平滑コンデンサ２の両端電圧は、直流の２７０Ｖ）を受け、各構成に必要な直流電圧を作成する。

電力変換装置内には各回路に応じた数種類の直流電圧が必要であり、例えば、２４Ｖ（冷却ファン６の電源、インバータと上位とのインターフェイス電源）、５Ｖ（ＭＣＵ等デジタル回路電源）、±１２Ｖ（検出回路等アナログ回路電源）、±１５Ｖ（逆変換器であるＩＧＢＴのゲート回路電源）等が挙げられる。

このような構成を備えた電力変換装置において、当該装置の周囲温度が異常に高くなった場合、周囲の空気を吸気して冷却フィン１４へと送る冷却ファン６の吸気温度自体が高くなり、パワー半導体１３の冷却効果が落ちる。温度検出器７によって検出される検出温度が、予め設定されている設定値よりも高くなった場合には、温度検出器７がオン状態となる。これを受けて制御回路５はパワー半導体１３の「温度過熱」を操作パネル８の表示部に表示する。

しかし、周囲温度が仕様範囲内であっても、電力変換装置内のパワー半導体１３の「温度過熱」を表示する場合がある。冷却ファン６は回転体であるため、ベアリングやグリースが使用されている。冷却ファン６の寿命はこれらのベアリング及びグリースにも影響を受ける。このため、経時変化により、冷却ファン６の回転数が、稼働時間とともに低下していくという問題がある。

また、電力変換装置の設置環境が繊維機械等のように綿埃の多い場合には、冷却フィン１４などに目詰まりが発生し、この目詰まりに起因して冷却フィン１４の管損失が増大し、やはり冷却ファン６の回転数が低下するという場合がある。

主素子であるパワー半導体１３を冷却している冷却ファン６の回転数が低下し、冷却能力が低下するとやはり冷却ファン６の吸気温度が高くなり、冷却効果が落ち、あらかじめ設定された温度以上で動作する温度検出器７がオンとなる。この場合も、電力変換装置内のパワー半導体１３の温度過熱が表示される。

さらには、電力変換装置の設置環境が、繊維機械等のような綿埃が多く、かつ、湿度が高い状況では、冷却ファン６内部の回路に綿埃が付着し、この付着した綿埃が吸湿し、冷却ファン６内部の回路が短絡する場合がある。このとき冷却ファン６が故障するため、冷却効果がなくなり、やはりパワー半導体１３の温度過熱が表示される。

上記のそれぞれ状況下においては、パワー半導体１３の温度過熱表示の要因が、周囲温度が異常に高かったためなのか、あるいは、経時変化により冷却ファンの回転数が稼働時間とともに低下したためなのか、それとも、冷却ファンが故障したためなのかが不明であり、その要因を即座に特定することができない。

そして、上記の要因が特定できた場合、例えば、パワー半導体１３の温度過熱表示の要因が、冷却ファン６の回転数低下に起因したものであった場合には、次のような対応が可能である。すなわち、冷却ファン６の回転数低下の度合いが、冷却ファン６の初期回転数から例えば２０％低下した時点で「異常低下」と予め定めておくことで、寿命判定ができる。

したがって、冷却ファン６の磁極検出センサにより冷却ファン６の回転数に比例したパルス列を冷却ファン６から出力し、そのパルス列をカウントすることにより、冷却ファン６の回転数低下を検出することが可能であり、この場合には、冷却ファンのみを新品と交換すれば良い。このような、冷却ファンの経時変化等による回転数低下は、冷却ファン内部の回路が短絡するような故障ではないため、冷却ファンへの供給電源回路を破壊することはない。

しかし、電力変換装置の設置環境が、綿埃が多く湿度が高い状況である場合には、冷却ファン内部の回路に綿埃が付着して吸湿し、冷却ファン内部の回路が短絡する可能性がある。このとき冷却ファンが故障してしまうとともに、冷却ファンへの供給電源回路もこの短絡電流で二次破壊させてしまう問題が発生する。

この場合、装置の使用者は、電力変換装置内の冷却ファンへの供給電源回路までが破壊したことに気付かず、電力変換装置を取り外し冷却ファンのみを新品と交換する。再度電力変換装置の電源を投入し再び冷却ファンが回転しないことに気付くが、冷却ファンの故障により、電力変換装置内の冷却ファンへの供給電源回路までが破壊したことにまで原因特定判断できないのが通常であり、この間、設備停止となり、当然生産性に大きな障害をもたらす要因となってしまう。

また、たとえ冷却ファンの寿命が原因であった場合でも、それを特定することが困難であるため、設備を停止して温度過熱の原因を特定する必要があり、設備を一時停止して原因特定作業を行うため、生産性の低下となってしまう。

図４は、本実施例の冷却ファン６の制御を行う回路を示す図である。当該構成によって冷却ファン６の異常検出を行う。ドライバ回路１２内には冷却ファン６の異常を検出するための異常検出回路１７が設けられている。まず、図４を用いて異常検出回路１７の回路構成を説明する。

本実施例の異常検出回路１７は半導体スイッチ９を備えており、冷却ファン６への供給電源のオンオフ制御を行う。半導体スイッチ９には、例えばトランジスタが用いられ、通常の運転時にはオン状態にある。冷却ファン６が正常な状態では、冷却ファン６の電源端子電圧Ｖｃは約２４Ｖ程度である。また、冷却ファン６の経時変化等による回転数低下状態においても、冷却ファン６の電源端子電圧Ｖｃは約２４Ｖである。

しかし、上述したように電力変換装置の設置環境等により冷却ファン６が電源短絡故障を起こした場合、冷却ファン６の電源端子電圧Ｖｃは、ほぼ０Ｖとなる。つまり、冷却ファン６に短絡故障が発生した場合には、冷却ファン６の電源端子電圧Ｖｃの電位は正常状態と比較して、極端に異なる状態を示すことになる。

そこで、本実施例の異常検出回路は比較回路１０を備え、冷却ファン６の電源端子電圧Ｖｃの測定電位を監視することにより、冷却ファン６の短絡故障を検出可能としている。具体的には、冷却ファン６の電源端子電圧Ｖｃ（正常状態で約２４Ｖ）と、比較用の電圧とを比較器１０で比較し、制御回路５へ出力する。そして、比較器１０の出力が制御回路５に搭載されたマイコンＭＣＵに入力ポートＰ１を介して伝送されると、マイコンＭＣＵは、比較器１０の出力に基づいて冷却ファン６の供給電源２４Ｖをオンオフ制御するための半導体スイッチ９を制御する。

冷却ファン６が短絡故障を起こしたことを比較器１０の出力信号から受け、ＭＣＵは、半導体スイッチ９をオフする。このようにすれば、冷却ファン６への供給電源回路を遮断できるため、冷却ファン６の短絡故障による短絡電流で供給電源回路を二次破壊から保護することができる。すなわち、冷却ファン６の電源端子電圧Ｖｃの値に応じて半導体スイッチ９のオンオフが制御されるため、短絡故障時の二次破壊が抑制できる。

ここで、半導体スイッチ９としては、短絡検出からこれを遮断するまでの時間に適合するトランジスタを用いることが必要となる。すなわち、半導体スイッチ９は、短絡状態でのオン状態が継続すると熱破壊されてしまうため、マイコンＭＣＵからのオフ指令を、半導体スイッチ９の熱破壊前に送信し、オフ制御が完了させる必要がある。

図５は、本実施例に用いる半導体スイッチ（トランジスタ）の安全動作領域を示す図である。この領域は、トランジスタのオン状態での発生損失Ｐ＝Ｖ_ＣＥ＊Ｉ_Ｃ（印加電圧と印加電流の積）で決定される。

正常な状態のトランジスタは、オフ時にはコレクタ・エミッタ間電圧は高いが、コレクタ電流は小さい（通常は、漏れ電流程度）。また、オン時には、コレクタ・エミッタ間電圧は低いが、コレクタ電流は大きい。すなわち、通常はこのような状態で動作している。

しかし、冷却ファン６の電源短絡故障のような異常が発生すると、トランジスタにはオン時にもかかわらずコレクタ・エミッタ間電圧が高く（飽和領域から活性領域に移行）、コレクタ電流が大きい（短絡電流）という二重の責務（コレクタ・エミッタ間電圧が高く、かつ、コレクタ電流が大きい）が負わされることになり、トランジスタはその発生損失で熱破壊に至ってしまう。

トランジスタが破壊されると、半導体スイッチ９が機能しなくなるため、短絡故障が検出されたとしても二次破壊を防ぐことができない。

図５は、この損失に対するコレクタ・エミッタ間電圧、コレクタ電流及びその印加時間の相関を示した図である。図５に示すように、例えば、冷却ファン６の電源短絡故障を検出し、１ｍｓ以内にトランジスタを遮断出来れば、トランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧とコレクタ電流は、Ｉ_Ｃ１、Ｃ、Ｄ、Ｖ_ＣＥ１で囲まれる領域の内側で使用可能であり、トランジスタを熱破壊させることはない。

また、１００ｍｓ以内にトランジスタを遮断すれば、トランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧とコレクタ電流は、Ｉ_Ｃ１、Ａ、Ｆ、Ｖ_ＣＥ１で囲まれる領域の内側で使用可能であり、トランジスタを熱破壊させることはないことを意味している。

つまり、冷却ファン６の異常電源短絡故障を即座に検出し、半導体スイッチ（トランジスタ）９を遮断すれば、冷却ファン６への供給電源のみを遮断できることになる。換言すれば、何らかの部品単品異常が発生した場合、異常箇所の供給電源のみを切離すことが出来れば、二次破壊を未然に防ぐことができるということである。

本実施例の電力変換装置のように、平滑コンデンサ２からの直流電圧を受けて各構成に電圧を供給するスイッチングレギュレータ回路１８を備え、このスイッチングレギュレータ回路１８から供給される各構成のうち、供給される電圧が大きく、しかも寿命部品として位置づけられる冷却ファン６への供給を遮断することで、電力変換装置自体の信頼性を著しく向上することができる。具体的には、異常発生した冷却ファンへの供給電源２４Ｖのみを半導体スイッチ９を用いて主回路から切離すことが可能な構成としたことで、様々な設置環境において電力変換装置を使用することができる。

このように構成することにより、主回路（インバータ等の電力変換部分）自体の動作を停止する必要はなく、制御回路上のＭＣＵが、冷却ファンの短絡故障を操作パネル８に伝送し、操作パネル８の表示器にこのエラー（例：冷却ファン短絡故障）を表示することができる。したがって、ユーザは、電力変換装置内の冷却ファン６のみが異常になったことを知ることができ、設備停止時間を最小限に留めることができる。

図６は、冷却ファン６の制御を行う回路を示す図であり、図４とは異なる例を示している。冷却ファン６に短絡故障の異常が発生した場合、その異常に関連する異常表示を操作パネル８の表示部に表示する点は、図４に示す例と同様である。先の実施例との相違は、冷却ファン６の短絡故障の故障出力信号Ｓｉｇ１をアラーム警告信号として制御端子台１６から出力できるように構成したものである。

冷却ファン６内部回路内の塵埃で一過性の短絡が発生する場合があるので、短絡故障のアラーム警告信号Ｓｉｇ１は、この様な一過性の場合を想定し、保持（ラッチ）しないように構成しても良い。すなわち、アラーム警告信号Ｓｉｇ１が解除される構成としてもよい。

また、異常検出回路１７によって冷却ファン６の短絡異常が検出された場合に、冷却ファン６の異常を知らせる信号を出力し、短絡異常の検出がなくなった場合には異常を知らせる信号が停止するような回路を別途構成しても良い。

もちろん、電力変換装置内のパワー半導体は、大きな損失を発生するため、この損失による発熱を冷却フィンに熱伝導させ、冷却ファンにより冷却フィンを冷却しなければパワー半導体を過熱による熱破壊から保護することは出来ないため、温度検出器７の温度ｔが絶対超えてはならない温度として予め設定された設定値Ｔに達した場合には、電力変換装置を温度過熱保護停止させる必要がある。すなわち、設定値Ｔは、電力変換装置の運転が継続不可能となる温度として設定されるものであり、制御部は、温度検出器７の検出温度ｔと、図示しない記憶部に予め設定されている設定値Ｔとを比較し、ｔがＴに達すると電力変換装置の保護のために、運転を停止する。

したがって、冷却ファン６が故障した場合には、次のような運転が実現できることになる。冷却ファン６が故障した場合、異常検出回路１７によって検出可能であり、また、表示部に故障した旨が表示される。そのため、電力変換装置、あるいはこれを用いた設備を使用しているユーザは、冷却ファン６の故障を認識することができ、必要な対応をとることができる。

また、故障表示に直ちに気づかなかったとしても、冷却ファン６の故障による二次破壊が防止されるため、電力変換装置及びその設備に被害が発生することはない。このとき、例えば、周囲の温度が低い場合や低出力で運転されている場合等のように、冷却ファン６が故障していても、電力変換装置自体が運転可能な状態であれば、二次破壊が発生しないためにそのまま運転を継続しても差し支えない。

さらに、冷却ファン６が故障した状態で運転が継続され、温度検出器７で検出される温度が設定値Ｔを超えると、電力変換装置の保護のために運転が停止するため、電力変換装置が破損することもない。

このときは、装置使用者が意図していない停止が発生しているため、使用者は装置停止の原因を特定するにあたり、冷却ファン６の故障に起因して停止したことが表示によって明らかであるため、冷却ファンの交換を行えばよく、設備停止の時間を最小限に抑えることができる。

また、以上説明した本発明の実施例によれば、さらに下記のような効果を得ることができる。

本実施例では、冷却ファン６の短絡故障を、冷却ファン６の電源端子電圧Ｖｃの測定電位を比較器１０で監視し、冷却ファンが短絡故障を起こしたことを比較器１０の出力信号から受け、ＭＣＵが半導体スイッチ９をオフするものとしている。このようにすれば、冷却ファン６への供給電源回路が遮断されるため、冷却ファン６の短絡故障による短絡電流で供給電源回路を二次破壊から保護することができる。このため、供給電源回路を含む高価なドライバ回路１２を保護でき、短絡故障が生じた場合であってもドライバ回路基板まで交換する必要がない。

また、冷却ファン６の短絡故障等の異常を検出する異常検出回路１７を設け、異常を検出した場合には、冷却ファン６への供給電源の遮断とあわせて冷却ファン６の異常を表示することにより、パワー半導体１３の過熱の要因判別に使用することができる。このため、何を対策あるいは交換すれば復旧するかが簡単に判断可能であり、保守の時間短縮及び設備の不稼動時間を大幅に短縮できる。

電力変換装置の主回路構成図。 電力変換装置の主回路部品の配置図の一例を示す図。 電力変換装置の主回路構成図における電源供給構成を示す図。 冷却ファン制御を行う回路を示す図。 本実施例で用いる半導体スイッチの安全動作領域を示す図。 冷却ファン制御を行う回路を示す図で、図４とは異なる例を示す図。

符号の説明

１…順変換器、２…平滑用電解コンデンサ、３…逆変換器、４…交流電動機、５…制御回路、６…冷却ファン、７…温度検出器、８…操作パネル、９…半導体スイッチ、１０…比較器、１１…温度検出回路、１２…ドライバ回路、１３…パワー半導体（複合モジュール）、１４…冷却フィン、１５…樹脂モールドケース、１６…制御端子台、１７…異常検出回路、１８…スイッチングレギュレータ（ＤＣ／ＤＣコンバータ）、Ｒ１…抵抗、Ｒ２…抵抗、Ｒ３…抵抗、Ｒ４…抵抗、ＭＣＵ…マイコン（マイクロプロセッサ、主制御装置）、Ｐ１…入力ポート、Ｖｒ…比較器の比較基準電圧、２４Ｖ…直流電圧、５Ｖ…直流電圧、１２Ｖ…直流電圧、−１２Ｖ…直流電圧、１５Ｖ…直流電圧、−１５Ｖ…直流電圧、Ｖ_ＣＥ…トランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧、Ｉ_Ｃ…トランジスタのコレクタ電流、Ｖｃ…冷却ファンの電源端子電圧、Ｓｉｇ１…故障出力信号（アラーム警告信号）。

Claims (9)

1. 交流電動機に可変電圧可変周波数の交流電力を供給できるようにした電力変換回路と該電力変換回路内のパワー半導体を搭載した冷却フィンを冷却するために設けた冷却ファンと該冷却ファンの供給電源回路に冷却ファンを駆動及び停止するための半導体スイッチとを備え、
   該冷却ファンの短絡故障等の異常を検出する検出回路を有し、該検出回路が短絡異常を検出した場合、該冷却ファンへの供給電源を遮断することを特徴とする電力変換装置。
2. 交流電源の交流電圧を整流して直流電圧に変換する順変換器と、この順変換器の直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、前記順変換器の直流電圧を交流電圧に変換する逆変換器とを備え、可変電圧可変周波数の交流電力を出力する電力変換装置において、
   前記順変換部及び前記逆変換部を構成するパワー半導体を冷却する冷却フィンと、
   この冷却フィンを冷却するための冷却ファンと、
   前記パワー半導体の温度上昇を検出する温度検出器と、
   前記平滑コンデンサから直流電圧を受けて前記冷却ファンに直流電圧を供給するスイッチングレギュレータ回路と、
   前記冷却ファンへの供給電圧を監視する検出回路と、
   前記温度検出器によって検出される温度が設定値を超えると装置を停止するように制御し、かつ、前記検出回路によって前記冷却ファンの短絡異常が検出されると前記冷却ファンへの電源供給を遮断するように制御する制御装置とを備えた電力変換装置。
3. 請求項１又は２に記載の電力変換装置において、前記検出回路によって前記冷却ファンの短絡異常が検出されたときに短絡異常を表示する表示部を備えた電力変換装置。
4. 請求項３に記載の電力変換装置において、この電力変換装置の運転条件を設定する操作パネルを備え、前記表示部はこの操作パネルに設けられていることを特徴とする電力変換装置。
5. 請求項２に記載の電力変換装置において、前記検出回路によって前記冷却ファンの短絡異常が検出された場合に、前記制御装置は、前記電力変換装置の出力を遮断せずに前記冷却ファンへの電源供給を遮断する電力変換装置。
6. 請求項２に記載の電力変換装置において、
   前記スイッチングレギュレータ回路は、前記冷却ファンのほか、少なくとも前記制御装置を含む制御回路及び前記検出回路に電源を供給し、
   前記検出回路によって前記冷却ファンの短絡異常が検出された場合には、前記電力変換装置の出力、前記制御回路及び前記検出回路への電源供給は遮断されず、前記冷却ファンへの電源供給が遮断される電力変換装置。
7. 請求項１又は２に記載の電力変換装置において、前記検出回路によって前記冷却ファンの短絡異常が検出された場合、前記冷却ファンの異常を知らせる出力信号を保持しないことを特徴とする電力変換装置。
8. 請求項１又は２に記載の電力変換装置において、前記検出回路によって前記冷却ファンの短絡異常が検出された場合、前記冷却ファンの異常を知らせる信号を出力し、前記短絡異常の検出がなくなった場合には前記異常を知らせる信号が解除されることを特徴とする電力変換装置。
9. 請求項２に記載の電力変換装置において、前記冷却ファンへの電源供給の遮断するために前記制御装置によってオンオフ制御される半導体スイッチを備え、
   前記制御装置は、前記冷却ファンの短絡異常の検出から前記半導体スイッチをオフにするまでの時間を、前記半導体スイッチのオン状態における発生損失でオン状態が継続したときに熱破壊に至るまでの時間内に収めた電力変換装置。

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