JP5562367B2

JP5562367B2 - Power converter

Info

Publication number: JP5562367B2
Application number: JP2012042779A
Authority: JP
Inventors: 雅樹河野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2028-09-05
Also published as: JP2012115143A

Description

本発明は、例えば電気車両や電気自動車などの電気車に用いられる同期機の駆動を対象とする電力変換装置に関するものであり、特に高速運転時の同期機の誘起電圧に対応可能な電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power converter for driving a synchronous machine used in an electric vehicle such as an electric vehicle or an electric vehicle, and more particularly to a power converter capable of dealing with an induced voltage of the synchronous machine during high-speed operation. About.

従来、電気車両などに使用されるこの種の電力変換装置においては、架線からパンタグラフを介して集電された交流電力がコンバータで直流電力に変換される。もしくは、パンタグラフから直接に直流電力が集電される。その直流電力は、電源電圧の変動を抑制するためのエネルギ蓄積用のコンデンサを通して電力変換器に入力される。そして、電力変換器に入力された直流電力は、電力変換器により可変電圧・可変周波数の交流電力に変換されて永久磁石型の同期機へ供給される。 Conventionally, in this type of power conversion device used for an electric vehicle or the like, AC power collected from an overhead line via a pantograph is converted into DC power by a converter. Alternatively, direct current power is collected directly from the pantograph. The DC power is input to the power converter through an energy storage capacitor for suppressing fluctuations in the power supply voltage. The DC power input to the power converter is converted to AC power having a variable voltage and a variable frequency by the power converter and supplied to the permanent magnet type synchronous machine.

ここで、同期機は永久磁石を内蔵しているため、回転中も常に起電力を誘起している。この誘起電圧は速度に比例して大きくなり、電気車が高速で走行中の場合、電源電圧を超える誘起電圧を発生する。このため、力行時は電力変換器でこの誘起電圧とともに同期機の電流を制御する、いわゆる弱め磁界制御を行うことにより同期機の駆動トルクを制御し、また、回生時は同期機のブレーキトルクを制御している。 Here, since the synchronous machine has a built-in permanent magnet, it always induces an electromotive force even during rotation. This induced voltage increases in proportion to the speed, and when the electric vehicle is traveling at a high speed, an induced voltage exceeding the power supply voltage is generated. For this reason, the driving torque of the synchronous machine is controlled by performing so-called weakening magnetic field control that controls the current of the synchronous machine together with this induced voltage with a power converter during power running, and the brake torque of the synchronous machine is controlled during regeneration. I have control.

一方、コンバータで交流電力を直流電力に変換する際の電源電圧の変動等によって、上記エネルギ蓄積用のコンデンサの電圧が過電圧レベルを越えることがある。このようにコンデンサの電圧が過電圧レベルを越えた場合、コンデンサに並列に接続された放電用直流回路を構成するスイッチング素子をターンオンして電流が流れるようにし、コンデンサの蓄積電荷を放電させてコンデンサの電圧上昇を抑制することが行われている。 On the other hand, the voltage of the energy storage capacitor may exceed the overvoltage level due to fluctuations in the power supply voltage when AC power is converted into DC power by the converter. In this way, when the voltage of the capacitor exceeds the overvoltage level, the switching element constituting the discharging DC circuit connected in parallel with the capacitor is turned on so that the current flows, and the accumulated charge of the capacitor is discharged to discharge the capacitor. Suppression of voltage rise is performed.

しかし、この過電圧抑制のためのコンデンサの放電に伴って同期機の誘起電圧がコンデンサの電圧よりも大きくなると、同期機とコンデンサとの間にインピーダンスがないために、同期機から電力変換器に向けて大電流が流れ込み、電力変換器を構成するスイッチング素子を破損させる可能性がある。 However, if the induced voltage of the synchronous machine becomes larger than the voltage of the capacitor along with the discharge of the capacitor to suppress this overvoltage, there is no impedance between the synchronous machine and the capacitor. Large currents may flow and damage the switching elements constituting the power converter.

そのため、従来技術では、電力変換器と同期機との間に負荷接触器を設け、コンデンサの電圧が過電圧レベルを超えたときには、電力変換器の変換動作を停止するとともに、電力変換器と同期機との間にある負荷接触器を開放（オフ）して電源ラインを遮断することにより、誘起電圧がコンデンサの電圧より大きくなっても回生エネルギがコンデンサに流れ込まないようにしている（例えば、下記の特許文献１参照）。 Therefore, in the prior art, a load contactor is provided between the power converter and the synchronous machine, and when the voltage of the capacitor exceeds the overvoltage level, the conversion operation of the power converter is stopped and the power converter and the synchronous machine are stopped. The load contactor between is opened (off) and the power line is cut off, so that regenerative energy does not flow into the capacitor even if the induced voltage exceeds the voltage of the capacitor (for example, Patent Document 1).

特開２０００−５０４１０号公報（第６頁、第１図）Japanese Patent Laid-Open No. 2000-50410 (page 6, FIG. 1)

上記のように、従来は、コンデンサの電圧が過電圧レベルに達したときには、放電用直流回路のスイッチング素子をターンオンさせてコンデンサの電荷を放電することにより電圧上昇を抑制するが、その際の放電に伴って同期機の誘起電圧がコンデンサの電圧よりも大きくなると、同期機から電力変換器に向けて大電流が流れ込んでスイッチング素子を破損させる可能性があるため、負荷接触器を設けて同期機と電力変換器とを切り離すようにしている。 As described above, conventionally, when the voltage of the capacitor reaches an overvoltage level, the switching element of the discharge DC circuit is turned on to discharge the capacitor charge, thereby suppressing the voltage rise. Along with this, if the induced voltage of the synchronous machine becomes larger than the voltage of the capacitor, a large current may flow from the synchronous machine toward the power converter and damage the switching element. The power converter is disconnected.

しかし、従来のように電力変換器と同期機との間に負荷接触器を設ける場合、この負荷接触器は、大きな電流を遮断するために大型のものが必要であり、そのため小型、軽量化が阻害されるとともに、コストがかかるという課題があった。 However, when a load contactor is provided between the power converter and the synchronous machine as in the prior art, this load contactor needs a large one to cut off a large current. There was a problem of being hindered and costly.

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、コンデンサの充電電圧が過電圧レベルを越えた際に放電用直流回路のスイッチング素子をターンオンさせてコンデンサの電荷を放電する構成とした場合にも、従来のように同期機と電力変換器との間に負荷接触器を設ける必要がなくて小型、軽量化、およびコストダウンを図ることが可能な電力変換装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and has a configuration in which when a capacitor charging voltage exceeds an overvoltage level, a switching element of a discharging DC circuit is turned on to discharge a capacitor charge. Even in this case, it is not necessary to provide a load contactor between the synchronous machine and the power converter as in the prior art, and it is possible to provide a power converter that can be reduced in size, weight, and cost. Objective.

本発明は、上記の課題を解決するため、直流電力を交流電力に変換して同期機に出力する電力変換器を備え、この電力変換器の直流側には、エネルギ蓄積用のコンデンサが接続されるとともに、このコンデンサと並列に過電圧抑制用抵抗および過電圧抑制用スイッチング素子からなる放電用直列回路が接続され、前記放電用直列回路の電源側に断流器が接続されている電力変換装置において、次の構成を採用している。 In order to solve the above-described problems, the present invention includes a power converter that converts DC power into AC power and outputs the AC power to a synchronous machine, and an energy storage capacitor is connected to the DC side of the power converter. In addition, in the power converter in which a discharge series circuit including an overvoltage suppression resistor and an overvoltage suppression switching element is connected in parallel with the capacitor, and a circuit breaker is connected to the power supply side of the discharge series circuit, The following configuration is adopted.

すなわち、本発明では、上記同期機に流れる電流を検出する電流検出手段と、上記コンデンサの充電電圧を検出する電圧検出手段と、この電圧検出手段で検出された電圧が予め設定された過電圧セット値以上の場合には上記電力変換器の動作を停止させ、かつ、上記断流器をオフにする過電圧検出信号を出力する過電圧検出手段と、上記過電圧検出手段からの上記過電圧検出信号により上記電力変換器の動作停止および上記断流器がオフされた状態の下で上記同期機の誘起電圧を演算し、この演算した誘起電圧よりも上記電圧検出手段で検出された電圧が大きく、かつ上記過電圧検出手段より上記過電圧検出信号が出力されている場合には上記過電圧抑制用スイッチング素子をオンにして上記コンデンサの充電電荷を放電する過電圧抑制信号を出力する過電圧抑制手段とを備え、上記過電圧抑制手段は、上記電力変換器の動作停止および上記断流器がオフされた状態の下で上記電流検出手段で検出される電流が上記過電圧抑制用抵抗の容量に基づいて予め設定された基準値よりも大きい場合には、上記過電圧抑制用スイッチング素子に与える上記過電圧抑制信号を強制的に遮断して当該過電圧抑制用スイッチング素子をオフにするゲート手段を含む、ことを特徴としている。 That is, in the present invention, current detection means for detecting the current flowing through the synchronous machine, voltage detection means for detecting the charging voltage of the capacitor, and an overvoltage set value in which the voltage detected by the voltage detection means is set in advance. stops the operation of the power converter in the case described above, and an overvoltage detecting means for outputting an overvoltage detection signal to turn off the breaker, the power conversion by the overvoltage detection signal from the overvoltage detecting means The induced voltage of the synchronous machine is calculated under the condition that the operation of the compressor is stopped and the circuit breaker is turned off , and the voltage detected by the voltage detecting means is larger than the calculated induced voltage, and the overvoltage detection is performed. When the overvoltage detection signal is output from the means, the overvoltage suppression switching element turns on the overvoltage suppression signal to discharge the charge of the capacitor. And a overvoltage suppression means for outputting, the over-voltage suppression means, the current operation stop and the breaker of the power converter is detected by the current detection means under the state of being turned off resistance for the overvoltage suppression Gate means for forcibly blocking the overvoltage suppression signal applied to the overvoltage suppression switching element to turn off the overvoltage suppression switching element when the reference value is larger than a reference value set in advance based on the capacity of Including.

本発明によれば、過電圧検出手段でコンデンサの過電圧が検出された場合には、過電圧検出信号を出力することによって電力変換器の動作を停止させ、かつ。断流器をオフにする。こうして電力変換器の動作停止および上記断流器がオフされた状態の下で、過電圧抑制手段で同期機の誘起電圧を演算し、この演算した誘起電圧よりも電圧検出手段で検出された電圧が大きく、かつ過電圧検出信号が出力されている場合には過電圧抑制用スイッチング素子をオンにしてコンデンサの充電電荷を放電する。また、電力変換器の動作停止および断流器がオフされた状態の下で電流検出手段で検出される同期機を流れる電流が上記過電圧抑制用抵抗の容量に基づいて予め設定された基準値よりも大きい場合には、上記過電圧抑制用スイッチング素子に与える上記過電圧抑制信号を強制的に遮断して一旦オンにしていた当該過電圧抑制用スイッチング素子をオフにする。 According to the present invention, when the overvoltage of the capacitor is detected by the overvoltage detection means, the operation of the power converter is stopped by outputting an overvoltage detection signal. Turn off the circuit breaker. Thus, under the state where the operation of the power converter is stopped and the circuit breaker is turned off , the induced voltage of the synchronous machine is calculated by the overvoltage suppressing means, and the voltage detected by the voltage detecting means is higher than the calculated induced voltage. When it is large and the overvoltage detection signal is output, the overvoltage suppressing switching element is turned on to discharge the charge of the capacitor. Further , the current flowing through the synchronous machine detected by the current detecting means under the state where the operation of the power converter is stopped and the circuit breaker is turned off is based on a reference value set in advance based on the capacity of the overvoltage suppressing resistor. Is too large, the overvoltage suppression signal applied to the overvoltage suppression switching element is forcibly cut off, and the overvoltage suppression switching element once turned on is turned off.

つまり、従来は、コンデンサの過電圧が検出されたときには、無条件に同期機と電力変換器との間に設けていた負荷接触器を開放して同期機と電力変換器との電源ラインを遮断した上でコンデンサの充電電荷を放電していたのに対して、本発明では、コンデンサの過電圧が検出されたときには、電力変換器の動作停止と断流器をオフにした後、この状態の下で、同期機の誘起電圧をモニタし、コンデンサの電圧が誘起電圧よりも下回らないようにコンデンサの充電電荷を放電する。これにより、同期機から電力変換器に向けて大電流が流れ込んでスイッチング素子を破損させるといった恐れは生じない。このため、従来、同期機と電力変換器との間に設けていた負荷接触器を不要にすることができ、電力変換装置の小型、軽量化、およびコストダウンを実現できる。しかも、上記電力変換器の動作停止および断流器がオフされた状態の下で電流検出手段で検出される同期機を流れる電流が上記過電圧抑制用抵抗の容量に基づいて予め設定された基準値よりも大きい場合には、過電圧抑制用スイッチング素子に与える過電圧抑制信号を強制的に遮断して一旦オンにしていた当該過電圧抑制用スイッチング素子をオフにする。これにより、電力が逆流するのを確実に防ぐことができ、過電圧抑制用スイッチング素子の破損を防止することができるとともに、電力変換器とコンデンサとの間に電力経路断続用スイッチング素子を設ける必要がなくなる。一般的にスイッチング素子は、電流検出手段よりも高価であるから、電流検出手段を用いることにより更に装置の低コスト化を図ることができる。 In other words, conventionally, when an overvoltage of a capacitor is detected, the load contactor provided between the synchronous machine and the power converter is unconditionally opened to cut off the power line between the synchronous machine and the power converter. Whereas the capacitor charge was discharged above, in the present invention, when an overvoltage of the capacitor is detected, the operation of the power converter is stopped and the circuit breaker is turned off. to monitor the induced voltage of the synchronous machine, to discharge the charged electric charge of the capacitor so that the voltage of the capacitor is not below than the induced voltage. Thereby, there is no fear that a large current flows from the synchronous machine to the power converter and the switching element is damaged. For this reason, the load contactor conventionally provided between the synchronous machine and the power converter can be made unnecessary, and the power converter can be reduced in size, weight, and cost. In addition, the current flowing through the synchronous machine detected by the current detecting means under the state where the operation of the power converter is stopped and the circuit breaker is turned off is a preset reference value based on the capacity of the overvoltage suppression resistor If it is larger, the overvoltage suppression signal applied to the overvoltage suppression switching element is forcibly cut off, and the overvoltage suppression switching element once turned on is turned off. As a result, it is possible to reliably prevent the power from flowing backward, to prevent the overvoltage suppressing switching element from being damaged, and to provide a power path intermittent switching element between the power converter and the capacitor. Disappear. Since the switching element is generally more expensive than the current detection means, the cost of the apparatus can be further reduced by using the current detection means.

本発明の実施の形態１における電力変換装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the power converter device in Embodiment 1 of this invention. 同電力変換装置の動作説明に供するタイミングチャートである。It is a timing chart with which it uses for operation | movement description of the power converter device. 本発明の実施の形態１における電力変換装置の変形例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the modification of the power converter device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態２における電力変換装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the power converter device in Embodiment 2 of this invention. 同電力変換装置の動作説明に供するタイミングチャートである。It is a timing chart with which it uses for operation | movement description of the power converter device. 本発明の実施の形態３における電力変換装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the power converter device in Embodiment 3 of this invention. ３相交流座標系から２相交流座標へ変換する際の関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship at the time of converting from a three-phase alternating current coordinate system to a two-phase alternating current coordinate. 本発明の実施の形態４における電力変換装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the power converter device in Embodiment 4 of this invention. 同電力変換装置の動作説明に供するタイミングチャートである。It is a timing chart with which it uses for operation | movement description of the power converter device.

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における電力変換装置を示す構成図である。
この実施の形態１の電力変換装置は、直流電源１から供給される直流電力を交流電力に変換して同期機２に出力する３相分のスイッチング素子Ｇｕ，Ｇｖ，Ｇｗ，Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚを有する電力変換器（インバータ）３を備える。そして、この電力変換器３の直流側には、エネルギ蓄積用のコンデンサ５が接続されるとともに、このコンデンサ５と並列に過電圧抑制用抵抗６および過電圧抑制用スイッチング素子としてのサイリスタ７からなる放電用直列回路８が接続されている。直流電源１の正極側とコンデンサ５の高圧側との間には断流器４が設けられている。なお、上記の同期機２は、本例では回転子に取り付けられた永久磁石により界磁を作る永久磁石型同期機から構成されている。また、過電圧抑制用スイッチング素子としてサイリスタ７を使用すれば安価に過電圧を抑制できる利点がある。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a power conversion device according to Embodiment 1 of the present invention.
The power conversion device according to the first embodiment converts three-phase switching elements Gu, Gv, Gw, Gx, Gy, Gz that convert DC power supplied from the DC power source 1 into AC power and output the same to the synchronous machine 2. A power converter (inverter) 3 having An energy storage capacitor 5 is connected to the DC side of the power converter 3, and an overvoltage suppressing resistor 6 and a thyristor 7 serving as an overvoltage suppressing switching element are connected in parallel with the capacitor 5. A series circuit 8 is connected. A current breaker 4 is provided between the positive electrode side of the DC power supply 1 and the high voltage side of the capacitor 5. In this example, the synchronous machine 2 is constituted by a permanent magnet type synchronous machine that creates a field with a permanent magnet attached to a rotor. Further, if the thyristor 7 is used as an overvoltage suppressing switching element, there is an advantage that the overvoltage can be suppressed at a low cost.

また、コンデンサ５と電力変換器３との間には直流電力供給路をオン／オフするＩＧＢＴなどの自己消弧素子からなる電力経路断続用スイッチング素子９が、また、コンデンサ５に対しては、コンデンサ５の充電電圧Ｖｃを検出する電圧検出手段１０が、さらに同期機２に対しては、その回転速度を検出する回転速度検出手段１１がそれぞれ設けられている。 Further, between the capacitor 5 and the power converter 3, there is a power path intermittent switching element 9 composed of a self-extinguishing element such as an IGBT for turning on / off the DC power supply path. The voltage detection means 10 for detecting the charging voltage Vc of the capacitor 5 is further provided for the synchronous machine 2, and the rotation speed detection means 11 for detecting the rotation speed is provided.

さらにまた、この実施の形態１では、過電圧検出手段２０および過電圧抑制手段３０を備えている。 Furthermore, in the first embodiment, an overvoltage detection means 20 and an overvoltage suppression means 30 are provided.

ここに、過電圧検出手段２０は、電圧検出手段１０で検出されたコンデンサ５の充電電圧Ｖｃが予め設定された過電圧セット値Ｖｓｈ以上（Ｖｃ≧Ｖｓｈ）の場合には電力変換器３の動作を停止させ、かつ、断流器４および電力経路断続用スイッチング素子９を共にオフにする過電圧検出信号Ｓｏｖを出力するものであって、過電圧セット値設定手段２１と比較器２２とからなる。 Here, the overvoltage detection means 20 stops the operation of the power converter 3 when the charging voltage Vc of the capacitor 5 detected by the voltage detection means 10 is equal to or higher than a preset overvoltage set value Vsh (Vc ≧ Vsh). And an overvoltage detection signal Sov for turning off both the circuit breaker 4 and the power path intermittent switching element 9 is output, and includes an overvoltage set value setting means 21 and a comparator 22.

この場合、過電圧セット値設定手段２１には、コンデンサ５が過電圧になっていると判断しうる基準値となる過電圧セット値Ｖｓｈが予め設定されている。また、比較器２２は、過電圧セット値設定手段２１から与えられる過電圧セット値Ｖｓｈと電圧検出手段１０で検出されたコンデンサ５の充電電圧Ｖｃとを比較し、充電電圧Ｖｃが過電圧セット値Ｖｓｈ以上（Ｖｃ≧Ｖｓｈ）となった場合に過電圧検出信号Ｓｏｖを電力変換器３、断流器４および電力経路断続用スイッチング素子９にそれぞれ出力する。なお、比較器２２はラッチ機能を備えており、図外のコントローラから電力変換器３に対する再起動信号が与えられるまでは、過電圧検出信号Ｓｏｖの出力を維持するようになっている。 In this case, the overvoltage set value setting means 21 is preset with an overvoltage set value Vsh that serves as a reference value from which it can be determined that the capacitor 5 is overvoltage. Further, the comparator 22 compares the overvoltage set value Vsh given from the overvoltage set value setting means 21 with the charging voltage Vc of the capacitor 5 detected by the voltage detecting means 10, and the charging voltage Vc is equal to or higher than the overvoltage set value Vsh ( When Vc ≧ Vsh), the overvoltage detection signal Sov is output to the power converter 3, the circuit breaker 4, and the power path intermittent switching element 9, respectively. The comparator 22 has a latch function and maintains the output of the overvoltage detection signal Sov until a restart signal for the power converter 3 is given from a controller (not shown).

一方、過電圧抑制手段３０は、回転速度検出手段１１より検出された同期機２の回転速度ωの情報に基づいて同期機２の誘起電圧Ｖｍを演算し、この演算した誘起電圧Ｖｍよりも電圧検出手段１０で検出される充電電圧Ｖｃが大きく（Ｖｃ＞Ｖｍ）、かつ過電圧検出手段２０から過電圧検出信号Ｓｏｖが出力されている場合に、過電圧抑制用スイッチング素子７をオンにしてコンデンサ５の充電電荷を放電する過電圧抑制信号Ｓｃｃを出力するものであって、誘起電圧演算手段３１、比較器３２、およびアンドゲート３３からなる。 On the other hand, the overvoltage suppression means 30 calculates the induced voltage Vm of the synchronous machine 2 based on the information on the rotational speed ω of the synchronous machine 2 detected by the rotational speed detecting means 11, and detects the voltage from the calculated induced voltage Vm. When the charging voltage Vc detected by the means 10 is large (Vc> Vm) and the overvoltage detection signal Sov is output from the overvoltage detection means 20, the overvoltage suppression switching element 7 is turned on to charge the capacitor 5 The overvoltage suppression signal Scc for discharging the signal is output, and includes an induced voltage calculation means 31, a comparator 32, and an AND gate 33.

この場合、誘起電圧演算手段３１は、回転速度検出手段１１より検出された同期機２の回転速度ωの情報に基づいて同期機２の誘起電圧Ｖｍを演算して出力するものである。すなわち、誘起電圧演算手段３１は、例えば同期機２の回転速度ωと同期機２の特性から決まる所定の定数である永久磁石による電機子鎖交磁束の最大値φｆの値を用いて、次の（１）式より同期機２の誘起電圧Ｖｍを演算する。なお、（１）式を用いる代わりに、回転速度ωと誘起電圧Ｖｍとの関係を示すデータを予め登録したテーブルメモリを使用することも可能である。また、同期機２の誘起電圧Ｖｍは、直流電源１の電圧Ｖｄｃを越えることはあるが、コンデンサ５の過電圧の判断基準となる過電圧セット値Ｖｓｈよりも大きくなることはない。 In this case, the induced voltage calculating means 31 calculates and outputs the induced voltage Vm of the synchronous machine 2 based on the information on the rotational speed ω of the synchronous machine 2 detected by the rotational speed detecting means 11. That is, the induced voltage calculation means 31 uses the value of the maximum value φf of the armature linkage flux by the permanent magnet, which is a predetermined constant determined from the rotational speed ω of the synchronous machine 2 and the characteristics of the synchronous machine 2, for example, The induced voltage Vm of the synchronous machine 2 is calculated from the equation (1). Instead of using equation (1), it is also possible to use a table memory in which data indicating the relationship between the rotational speed ω and the induced voltage Vm is registered in advance. In addition, the induced voltage Vm of the synchronous machine 2 may exceed the voltage Vdc of the DC power supply 1 but does not become larger than the overvoltage set value Vsh that is a criterion for determining the overvoltage of the capacitor 5.

また、比較器３２は、この誘起電圧演算手段３１で演算して得られた誘起電圧Ｖｍと電圧検出手段１０で検出されるコンデンサ５の充電電圧Ｖｃとを比較し、充電電圧Ｖｃが誘起電圧Ｖｍによりも大きい場合（Ｖｃ＞Ｖｍ）に、ハイレベルのゲート開信号を出力する。アンドゲート３３は、比較器３２からゲート開信号が出力され、かつ過電圧検出手段２０の比較器２２から過電圧検出信号Ｓｏｖが出力されている場合に過電圧抑制信号Ｓｃｃを放電用直列回路８のサイリスタ７に出力する。 The comparator 32 compares the induced voltage Vm calculated by the induced voltage calculating means 31 with the charging voltage Vc of the capacitor 5 detected by the voltage detecting means 10, and the charging voltage Vc is the induced voltage Vm. Higher than (Vc> Vm), a high level gate open signal is output. The AND gate 33 outputs the overvoltage suppression signal Scc to the thyristor 7 of the discharging series circuit 8 when the gate open signal is output from the comparator 32 and the overvoltage detection signal Sov is output from the comparator 22 of the overvoltage detection means 20. Output to.

次に、上記構成を有する電力変換装置において、コンデンサ５に対して過電圧が発生した場合の動作について、図２に示すタイミングチャートを参照して説明する。 Next, in the power conversion device having the above configuration, an operation when an overvoltage occurs in the capacitor 5 will be described with reference to a timing chart shown in FIG.

図２において、時刻ｔ１に達するまでの期間は、電圧検出手段１０で検出されるコンデンサ５の電圧Ｖｃは、過電圧セット値Ｖｓｈよりも小さいので（Ｖｃ＜Ｖｓｈ）、過電圧検出手段２０の比較器２２からは過電圧検出信号Ｓｏｖが出力されない。したがって、断流器４と電力経路断続用スイッチング素子９は共にオンしており、かつ電力変換器３はスイッチング動作を行なっている。また、過電圧検出手段２０の比較器２２からは過電圧検出信号Ｓｏｖが出力されないので、過電圧抑制手段３０のアンドゲート３３からは過電圧抑制信号Ｓｃｃが出力されておらず、したがって、サイリスタ７はオフの状態になっている。 In FIG. 2, since the voltage Vc of the capacitor 5 detected by the voltage detection means 10 is smaller than the overvoltage set value Vsh (Vc <Vsh) until the time t1 is reached, the comparator 22 of the overvoltage detection means 20 Does not output the overvoltage detection signal Sov. Accordingly, both the breaker 4 and the power path switching element 9 are turned on, and the power converter 3 performs a switching operation. Further, since the overvoltage detection signal Sov is not output from the comparator 22 of the overvoltage detection means 20, the overvoltage suppression signal Scc is not output from the AND gate 33 of the overvoltage suppression means 30, and therefore the thyristor 7 is in an off state. It has become.

次に、電源電圧の変動等に起因して時刻ｔ１においてコンデンサ５の充電電圧Ｖｃが過電圧レベル、すなわち、過電圧セット値Ｖｓｈを超えると（Ｖｃ≧Ｖｓｈ）、過電圧検出手段２０の比較器２２からは過電圧検出信号Ｓｏｖが出力される。この過電圧検出信号Ｓｏｖによって断流器４と電力経路断続用スイッチング素子９が共にオフされると同時に、電力変換器３の動作も停止される。これにより、コンデンサ５の過電圧検出に伴う放電によって同期機２の誘起電圧Ｖｍがコンデンサ５の充電電圧Ｖｃよりたとえ大きくなった場合でも、同期機２からの回生エネルギが電力変換器３を経由してコンデンサ５に流れ込むのが確実に阻止される。 Next, when the charging voltage Vc of the capacitor 5 exceeds the overvoltage level, that is, the overvoltage set value Vsh (Vc ≧ Vsh) at time t1 due to fluctuations in the power supply voltage, the comparator 22 of the overvoltage detection means 20 An overvoltage detection signal Sov is output. With this overvoltage detection signal Sov, both the circuit breaker 4 and the power path intermittent switching element 9 are turned off, and the operation of the power converter 3 is also stopped. Thereby, even when the induced voltage Vm of the synchronous machine 2 becomes larger than the charging voltage Vc of the capacitor 5 due to the discharge accompanying the overvoltage detection of the capacitor 5, the regenerative energy from the synchronous machine 2 passes through the power converter 3. It is reliably prevented from flowing into the capacitor 5.

また、この時刻ｔ１の時点では、同期機２の誘起電圧Ｖｍよりもコンデンサ５の充電電圧Ｖｃが大きいので（Ｖｃ＞Ｖｍ）、過電圧抑制手段３０の比較器３２からはハイレベルのゲート開信号が出力される。したがって、アンドゲート３３に対して、比較器３２からゲート開信号が入力され、かつ、過電圧検出手段２０の比較器２２から過電圧検出信号Ｓｏｖが入力されるので、アンドゲート３３からは電圧抑制信号Ｓｃｃが出力されて当該信号Ｓｃｃが放電用直列回路８のサイリスタ７に与えられる。これにより、サイリスタ７がオンするので、コンデンサ５の蓄積電荷が過電圧抑制用抵抗６およびサイリスタ７を介して放電されてコンデンサ５の充電電圧Ｖｃが次第に低下していく。 At the time t1, the charging voltage Vc of the capacitor 5 is larger than the induced voltage Vm of the synchronous machine 2 (Vc> Vm), so that the comparator 32 of the overvoltage suppression means 30 outputs a high level gate open signal. Is output. Therefore, since the gate open signal is input from the comparator 32 to the AND gate 33 and the overvoltage detection signal Sov is input from the comparator 22 of the overvoltage detection means 20, the voltage suppression signal Scc is output from the AND gate 33. Is output and the signal Scc is applied to the thyristor 7 of the discharging series circuit 8. As a result, the thyristor 7 is turned on, so that the accumulated charge in the capacitor 5 is discharged through the overvoltage suppressing resistor 6 and the thyristor 7, and the charging voltage Vc of the capacitor 5 gradually decreases.

そして、時刻ｔ２になってコンデンサ５の充電電圧Ｖｃと同期機２の誘起電圧Ｖｍとが一致すると、過電圧抑制手段３０の比較器３２からはハイレベルのゲート開信号が出力されなくなる。その結果、アンドゲート３３からの電圧抑制信号Ｓｃｃの出力が停止され、これにより、サイリスタ７がオフされてコンデンサ５の放電が停止される。このとき、コンデンサ５の充電電圧Ｖｃは、電力変換器３が起動可能な電圧レベルまで低下している。 When the charging voltage Vc of the capacitor 5 coincides with the induced voltage Vm of the synchronous machine 2 at time t2, the high level gate opening signal is not output from the comparator 32 of the overvoltage suppressing means 30. As a result, the output of the voltage suppression signal Scc from the AND gate 33 is stopped, whereby the thyristor 7 is turned off and the discharge of the capacitor 5 is stopped. At this time, the charging voltage Vc of the capacitor 5 is lowered to a voltage level at which the power converter 3 can be activated.

その後、時刻ｔ３において、電力変換器３を再起動するために、図外のコントローラから過電圧検出手段２０の比較器２２に再起動信号が与えられると、比較器２２のラッチが解かれて過電圧検出信号Ｓｏｖの出力が停止される。これに応じて断流器４および電力経路断続用スイッチング素子９が共にオンされるとともに、電力変換器３の動作が再開される。これにより、直流電源１から断流器４、および電力経路断続用スイッチング素子９を介して電力変換器３に直流電力の供給が再開され、電力変換器３によって直流電力が所定の周波数をもつ交流電圧に変換される。 Thereafter, when a restart signal is given to the comparator 22 of the overvoltage detection means 20 from a controller (not shown) in order to restart the power converter 3 at time t3, the comparator 22 is unlatched to detect the overvoltage. The output of the signal Sov is stopped. In response to this, both the current breaker 4 and the power path intermittent switching element 9 are turned on, and the operation of the power converter 3 is resumed. As a result, the supply of DC power from the DC power source 1 to the power converter 3 is resumed via the circuit breaker 4 and the power path intermittent switching element 9, and the DC power of the power converter 3 has a predetermined frequency. Converted to voltage.

以上のように、この実施の形態１では、コンデンサ５の過電圧が検出された場合には、サイリスタ７をオンにしてコンデンサ５の充電電荷を放電するが、その際に回転速度検出手段１１と過電圧抑制手段３０とで同期機２の誘起電圧Ｖｍをモニタしてコンデンサ５の充電電圧Ｖｃが誘起電圧Ｖｍよりも下回らないように監視し、充電電圧Ｖｃが誘起電圧Ｖｍに一致した時点でコンデンサ５の放電を停止させるので、同期機２から電力変換器３に向けて大電流が流れ込んでスイッチング素子を破損させるといった恐れは生じない。このため、従来、同期機２と電力変換器３との間に設けていた負荷接触器を不要にすることができ、電力変換装置の小型、軽量化、およびコストダウンを実現することができる。また、電力が逆流することを防ぐことができるため、不要なブレーキトルクの発生も同時に防止できる効果も得られる。 As described above, in the first embodiment, when an overvoltage of the capacitor 5 is detected, the thyristor 7 is turned on to discharge the charge of the capacitor 5. At this time, the rotational speed detecting means 11 and the overvoltage are discharged. The induced voltage Vm of the synchronous machine 2 is monitored with the suppression means 30 so that the charging voltage Vc of the capacitor 5 does not fall below the induced voltage Vm. When the charging voltage Vc matches the induced voltage Vm, the capacitor 5 Since the discharge is stopped, there is no fear that a large current flows from the synchronous machine 2 toward the power converter 3 to damage the switching element. For this reason, the load contactor conventionally provided between the synchronous machine 2 and the power converter 3 can be made unnecessary, and the power converter can be reduced in size, weight, and cost. Further, since it is possible to prevent the electric power from flowing backward, an effect of preventing generation of unnecessary brake torque can be obtained.

なお、この実施の形態１では、直流電源１から電力変換器３に直流電力を供給しているが、図３に示すように、交流電源１２から供給される交流電力を直流電力に変換するＰＷＭ制御（パルス幅変調制御）を行うコンバータなどの整流回路１３を備えた構成の場合でも同様な効果を得ることができるのは勿論である。 In the first embodiment, DC power is supplied from the DC power source 1 to the power converter 3. However, as shown in FIG. 3, PWM that converts AC power supplied from the AC power source 12 into DC power. Of course, the same effect can be obtained even in the case of a configuration including the rectifier circuit 13 such as a converter for performing control (pulse width modulation control).

実施の形態２．
図４は本発明の実施の形態２における電力変換装置を示す構成図であり、図１に示した実施の形態１と対応する構成部分には同一符号を付す。 Embodiment 2. FIG.
FIG. 4 is a configuration diagram showing a power conversion device according to the second embodiment of the present invention, and components corresponding to those in the first embodiment shown in FIG.

この実施の形態２の特徴は、過電圧抑制手段３０において、誘起電圧演算手段３１と比較器３２との間に、モータ演算手段３１で演算された誘起電圧Ｖｍの値に対して所定の値を加算する加算器３４が設けられていることである。この場合、加算器３４により誘起電圧Ｖｍに対して加算される所定の値とは、直流電源１の電圧Ｖｄｃの１％以上〜５％以下の範囲の適切な値である。したがって、加算器３４からは、Ｖｍ１＝Ｖｍ＋Ｖｄｃ×ｋ（ただし、０．０１≦ｋ≦０．０５）が出力されるようにしている。 The feature of the second embodiment is that, in the overvoltage suppressing means 30, a predetermined value is added to the value of the induced voltage Vm calculated by the motor calculating means 31 between the induced voltage calculating means 31 and the comparator 32. The adder 34 is provided. In this case, the predetermined value added to the induced voltage Vm by the adder 34 is an appropriate value in the range of 1% to 5% of the voltage Vdc of the DC power supply 1. Therefore, the adder 34 outputs Vm1 = Vm + Vdc × k (where 0.01 ≦ k ≦ 0.05).

その根拠は次の通りである。本発明者らは、電力変換器３の構成するスイッチング素子Ｇｕ，Ｇｖ，Ｇｗ，Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚのオン抵抗によるオン電圧と、電力経路断続用スイッチング素子９のオン抵抗によるオン電圧との総和は、直流電源１の電圧Ｖｄｃの１％以上であり５％以下であることを見出している。 The grounds are as follows. The inventors of the present invention are the sum of the on-voltage due to the on-resistance of the switching elements Gu, Gv, Gw, Gx, Gy, and Gz constituting the power converter 3 and the on-voltage due to the on-resistance of the switching element 9 for power path interruption. Is found to be 1% or more and 5% or less of the voltage Vdc of the DC power supply 1.

したがって、図５のタイミングチャートに示すように、コンデンサ５の過電圧検出に伴う放電時（同図の時刻ｔ１〜ｔ２）において、充電電圧Ｖｃが誘起電圧ＶｍよりもＶｄｃ×ｋ分だけ高い状態になるまで放電を許容する限り、コンデンサ５の充電電圧Ｖｃを、同期機２の誘起電圧Ｖｍよりも確実に常に大きい状態に保つことができ、同期機２から電力変換器３に向けての電流の流れ込みを確実に防止することができる。
その他の構成、および作用効果は、実施の形態１と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。 Therefore, as shown in the timing chart of FIG. 5, the charging voltage Vc is higher than the induced voltage Vm by Vdc × k at the time of discharging accompanying the overvoltage detection of the capacitor 5 (time t1 to t2 in FIG. 5). As long as discharging is allowed, the charging voltage Vc of the capacitor 5 can be reliably kept at a level always higher than the induced voltage Vm of the synchronous machine 2, and current flows from the synchronous machine 2 toward the power converter 3. Can be reliably prevented.
Since other configurations and operational effects are the same as those of the first embodiment, detailed description thereof is omitted here.

以上のように、この実施の形態２では、実施の形態１と同様、コンデンサ５の過電圧検出に伴う放電時において、同期機２からの回生エネルギが電力変換器３を経由してコンデンサ５に流れ込むのを防止できるので、従来のように同期機２と電力変換器３との間に負荷接触器を設ける必要がなく、電力変換装置の小型、軽量化、およびコストダウンを実現することができる。また、電力が逆流することを防ぐことができるため、不要なブレーキトルクの発生も同時に防止できる。 As described above, in the second embodiment, as in the first embodiment, the regenerative energy from the synchronous machine 2 flows into the capacitor 5 via the power converter 3 when discharging due to the overvoltage detection of the capacitor 5. Therefore, there is no need to provide a load contactor between the synchronous machine 2 and the power converter 3 as in the prior art, and the power converter can be reduced in size, weight and cost. Moreover, since it is possible to prevent the electric power from flowing backward, unnecessary brake torque can be prevented from being generated at the same time.

特に、この実施の形態２では、電力変換器３の構成するスイッチング素子Ｇｕ，Ｇｖ，Ｇｗ，Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚのオン抵抗によるオン電圧と、電力経路断続用スイッチング素子９のオン抵抗によるオン電圧とを考慮して、コンデンサ５の放電時においてコンデンサ５の充電電圧Ｖｃを電圧Ｖｍ１と比較する際に、誘起電圧Ｖｍよりも常にＶｄｃ×ｋ分だけ大きなマージンを持たせるようにしているので、確実にＶｃ＞Ｖｍが補償され、同期機２の回生エネルギが電力変換器３を経由してコンデンサ５に流れ込むのを実施の形態１の場合よりも更に確実に防止することができる。 In particular, in the second embodiment, the on-voltage due to the on-resistance of the switching elements Gu, Gv, Gw, Gx, Gy, Gz constituting the power converter 3 and the on-voltage due to the on-resistance of the switching element 9 for power path interruption Therefore, when comparing the charging voltage Vc of the capacitor 5 with the voltage Vm1 when the capacitor 5 is discharged, the margin is always larger than the induced voltage Vm by Vdc × k. Vc> Vm is compensated for and the regenerative energy of the synchronous machine 2 can be more reliably prevented from flowing into the capacitor 5 via the power converter 3 as compared with the first embodiment.

実施の形態３．
図６は本発明の実施の形態３における電力変換装置を示す構成図であり、図４に示した実施の形態２と対応する構成部分には同一の符号を付す。 Embodiment 3 FIG.
FIG. 6 is a configuration diagram showing a power conversion device according to Embodiment 3 of the present invention, and the same reference numerals are given to the components corresponding to those of Embodiment 2 shown in FIG.

この実施の形態３では、実施の形態１，２で示したような同期機２の回転速度を検出する回転速度検出手段１１は設けておらず、その代わりに、同期機２と電力変換器３との間に線間電圧検出手段１４ａ、１４ｂが設けられている。また、過電圧抑制手段３０は、線間電圧検出手段１４ａ、１４ｂで検出された線間電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗ（３相交流電圧）を２相交流電圧Ｖα，Ｖβに変換する３相／αβ変換手段３５が設けられており、誘起電圧演算手段３１は、この２相交流電圧Ｖα，Ｖβに基づいて同期機２の電圧実効値Ｖｍを演算し、これを同期機２の誘起電圧として出力するようにしている。 In the third embodiment, the rotation speed detecting means 11 for detecting the rotation speed of the synchronous machine 2 as shown in the first and second embodiments is not provided, and instead, the synchronous machine 2 and the power converter 3 are provided. Between the two, line voltage detecting means 14a and 14b are provided. The overvoltage suppressing means 30 is a three-phase / αβ converting means 35 for converting the line voltages Vuv and Vvw (three-phase AC voltage) detected by the line voltage detecting means 14a and 14b into two-phase AC voltages Vα and Vβ. The induced voltage calculation means 31 calculates the voltage effective value Vm of the synchronous machine 2 based on the two-phase AC voltages Vα and Vβ, and outputs this as the induced voltage of the synchronous machine 2. Yes.

すなわち、一方の線間電圧検出手段１４ａは、同期機２のＵＶ間の線間電圧Ｖｕｖを検出する。また、他方の線間電圧検出手段１４ｂは、同期機２のＶＷ間の線間電圧Ｖｕｖを検出する。 That is, one of the line voltage detecting means 14 a detects the line voltage Vuv between the UVs of the synchronous machine 2. The other line voltage detecting means 14b detects the line voltage Vuv between the VWs of the synchronous machine 2.

各線間電圧検出手段１４ａ，１４ｂで検出された線間電圧Ｖｕｖ、Ｖｕｖは、３相／αβ変換手段３５に入力される。３相／αβ変換手段３５に入力された線間電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗは、以下の（２）式によって２相交流電圧Ｖα、Ｖβに変換される。 The line voltages Vuv and Vuv detected by the line voltage detection means 14 a and 14 b are input to the three-phase / αβ conversion means 35. The line voltages Vuv and Vvw input to the three-phase / αβ conversion means 35 are converted into two-phase AC voltages Vα and Vβ by the following equation (2).

なお，（２）式により３相交流電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗ（もしくはＶｕ，Ｖｖ，Ｖｗ）を２相交流電圧Ｖα，Ｖβに変換するが，その際、図７に示す３相交流座標（ｕ−ｖ−ｗ）系から２相交流座標（α−β）の関係を用いて変換を行う。 Note that the three-phase AC voltages Vuv and Vvw (or Vu, Vv, and Vw) are converted into the two-phase AC voltages Vα and Vβ by the equation (2). At this time, the three-phase AC coordinates (uv) shown in FIG. -W) Conversion is performed from the system using the relationship of the two-phase AC coordinates (α-β).

次いで、誘起電圧演算手段３１は、３相／αβ変換手段３５で演算されたα軸電圧Ｖαとβ軸電圧Ｖβとから、同期機２の線間電圧の実効値Ｖｍを以下の（３）式により算出する。 Next, the induced voltage calculation means 31 calculates the effective value Vm of the line voltage of the synchronous machine 2 from the α-axis voltage Vα and the β-axis voltage Vβ calculated by the three-phase / αβ conversion means 35 according to the following equation (3): Calculated by

こうして誘起電圧演算手段３１により演算された線間電圧の実効値Ｖｍは、同期機２における誘起電圧として比較器３２に入力される。その後の動作は、実施の形態２と同様である。
また、この実施の形態３におけるその他の構成、および作用効果は、実施の形態２と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。 The effective value Vm of the line voltage calculated by the induced voltage calculating means 31 is input to the comparator 32 as an induced voltage in the synchronous machine 2. Subsequent operations are the same as those in the second embodiment.
In addition, since other configurations and operational effects in the third embodiment are the same as those in the second embodiment, detailed description thereof is omitted here.

以上のように、この実施の形態３では、実施の形態２の場合と同様、コンデンサ５の過電圧検出に伴う放電時において、同期機２からの回生エネルギが電力変換器３を経由してコンデンサ５に流れ込むのを防止できるので、従来のように同期機２と電力変換器３との間に負荷接触器を設ける必要がなく、電力変換装置の小型、軽量化、およびコストダウンを実現することができる。また、電力が逆流することを防ぐことができるため、不要なブレーキトルクの発生も同時に防止できる。 As described above, in the third embodiment, similar to the second embodiment, the regenerative energy from the synchronous machine 2 passes through the power converter 3 through the power converter 3 when discharging due to the overvoltage detection of the capacitor 5. Therefore, there is no need to provide a load contactor between the synchronous machine 2 and the power converter 3 as in the prior art, and the power converter can be reduced in size, weight and cost. it can. Moreover, since it is possible to prevent the electric power from flowing backward, unnecessary brake torque can be prevented from being generated at the same time.

特に、この実施の形態３では、線間電圧検出手段１４ａ，１４ｂを設けることにより、実施の形態１，２のような回転速度検出手段１１が不要となる。一般的に回転速度検出手段１１は、線間電圧検出手段１４ａ，１４ｂよりも高価であるから、線間電圧検出手段１４ａ，１４ｂを用いることにより更に装置の低コスト化を図ることができる。 In particular, in the third embodiment, by providing the line voltage detecting means 14a and 14b, the rotational speed detecting means 11 as in the first and second embodiments is not required. In general, the rotational speed detecting means 11 is more expensive than the line voltage detecting means 14a, 14b. Therefore, the cost of the apparatus can be further reduced by using the line voltage detecting means 14a, 14b.

実施の形態４．
図８は本発明の実施の形態４における電力変換装置を示す構成図であり、図１に示した実施の形態１と対応する構成部分には同一の符号を付す。 Embodiment 4 FIG.
FIG. 8 is a configuration diagram showing a power conversion device according to the fourth embodiment of the present invention, and the same reference numerals are given to the components corresponding to those in the first embodiment shown in FIG.

この実施の形態４の特徴は、実施の形態１のように電力変換器３とコンデンサ５との間に電力経路断続用スイッチング素子９を設けてはおらず、その代わりに、放電用直列回路８において、同回路８を構成する過電圧抑制用スイッチング素子７としてＩＧＢＴなどの自己消弧素子を使用している。 The feature of the fourth embodiment is that the power path intermittent switching element 9 is not provided between the power converter 3 and the capacitor 5 as in the first embodiment, but instead, in the discharge series circuit 8. A self-extinguishing element such as an IGBT is used as the overvoltage suppressing switching element 7 constituting the circuit 8.

その理由は次の通りである。実施の形態１に示したような電力変換器３とコンデンサ５の間に設けた電力経路断続用スイッチング素子９を省略する場合、電力変換器３から過渡的に回生エネルギがコンデンサ５に流れ込み、その際、放電用直列回路８の過電圧抑制用抵抗６にその容量以上の電流が流れた時にもその経路を確実にオフする必要がある。そのため、この実施の形態４では、過電圧抑制用スイッチング素子７としてサイリスタを設けるのではなく、流れている電流の大きさに影響されずにオン／オフ動作を確実に行うことができるＩＧＢＴ、ＧＴＯ、ＭＯＳＦＥＴなどの自己消弧素子を用いている。 The reason is as follows. When the power path intermittent switching element 9 provided between the power converter 3 and the capacitor 5 as shown in the first embodiment is omitted, regenerative energy flows transiently from the power converter 3 into the capacitor 5. At this time, even when a current exceeding the capacity flows through the overvoltage suppressing resistor 6 of the discharging series circuit 8, it is necessary to reliably turn off the path. Therefore, in the fourth embodiment, an IGBT, GTO, or the like that can reliably perform the on / off operation without being influenced by the magnitude of the flowing current, instead of providing a thyristor as the overvoltage suppressing switching element 7. A self-extinguishing element such as a MOSFET is used.

さらに、この実施の形態４では、同期機２と電力変換器３の間に電流検出手段１６を設け、同期機２から電力変換器３を通じてコンデンサ５に流れ込む電流を監視している。また、過電圧抑制手段３０には、実施の形態１の構成に加えて、比較器３６とアンドゲート３７とを設け、電流検出手段１６で検出される電流Ｉｕが、過電圧抑制用抵抗６の容量に基づいて予め設定された基準値Ｉｍａｘよりも大きい場合（Ｉｕ≧Ｉｍａｘ）には、過電圧抑制用スイッチング素子７に与える過電圧抑制信号Ｓｃｃを強制的に遮断して当該スイッチング素子７をオフにするようにしている。なお、比較器３６とアンドゲート３７とが特許請求の範囲におけるゲート手段に対応している。
その他の構成は実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。 Further, in the fourth embodiment, current detection means 16 is provided between the synchronous machine 2 and the power converter 3 to monitor the current flowing from the synchronous machine 2 through the power converter 3 into the capacitor 5. Further, the overvoltage suppressing means 30 is provided with a comparator 36 and an AND gate 37 in addition to the configuration of the first embodiment, and the current Iu detected by the current detecting means 16 becomes the capacity of the overvoltage suppressing resistor 6. When the reference value is larger than a reference value Imax set in advance (Iu ≧ Imax), the overvoltage suppression signal Scc applied to the overvoltage suppression switching element 7 is forcibly cut off to turn off the switching element 7. ing. The comparator 36 and the AND gate 37 correspond to the gate means in the claims.
Since other configurations are the same as those in the first embodiment, detailed description thereof is omitted here.

上記構成において、電流検出手段１６によって検出された電流Ｉｕは、過電圧抑制手段３０に入力される。比較器３６は、電流検出手段１６で検出される電流Ｉｕと過電圧抑制用抵抗６の容量に基づいて予め設定された基準値Ｉｍａｘとを比較する。 In the above configuration, the current Iu detected by the current detection unit 16 is input to the overvoltage suppression unit 30. The comparator 36 compares the current Iu detected by the current detection means 16 with a reference value Imax set in advance based on the capacity of the overvoltage suppressing resistor 6.

このとき、電流検出手段１６で検出される電流Ｉｕが基準値Ｉｍａｘよりも小さい場合（Ｉｕ＜Ｉｍａｘ）には、同期機２からコンデンサ５に電流が流れ込んでいないことを示すので、比較器３７はハイレベルのゲート開信号を出力する。これにより、アンドゲート３７のゲートが開かれ、その際、前段のアンドゲート３３から過電圧抑制信号Ｓｃｃが出力されているときには（図９の時刻ｔ１〜ｔ２の間）、この過電圧抑制信号Ｓｃｃがアンドゲート３７を通過して過電圧抑制用スイッチング素子７に与えられる。その結果、過電圧抑制用スイッチング素子７がオンしてコンデンサ５の充電電荷が放電されることになる。 At this time, when the current Iu detected by the current detection means 16 is smaller than the reference value Imax (Iu <Imax), it indicates that no current flows from the synchronous machine 2 to the capacitor 5, so the comparator 37 is Outputs a high level gate open signal. Thereby, the gate of the AND gate 37 is opened. At this time, when the overvoltage suppression signal Scc is output from the preceding AND gate 33 (between times t1 and t2 in FIG. 9), the overvoltage suppression signal Scc is The signal passes through the gate 37 and is given to the overvoltage suppressing switching element 7. As a result, the overvoltage suppressing switching element 7 is turned on, and the charge of the capacitor 5 is discharged.

これに対して、電流検出手段１６で検出される電流Ｉｕが基準値Ｉｍａｘよりも大きい場合（Ｉｕ≧Ｉｍａｘ）は、同期機２から電力変換器３を経由してコンデンサ５に電流が流れ込む可能性がある。このため、比較器３６はローレベルのゲート閉信号を出力する。これにより、アンドゲート３７のゲートが閉じられるので、過電圧抑制信号Ｖｃｃは出力されず、これにより過電圧抑制用スイッチング素子７はオフされる。 On the other hand, when the current Iu detected by the current detection means 16 is larger than the reference value Imax (Iu ≧ Imax), the current may flow from the synchronous machine 2 to the capacitor 5 via the power converter 3. There is. Therefore, the comparator 36 outputs a low level gate closing signal. As a result, the gate of the AND gate 37 is closed, so that the overvoltage suppression signal Vcc is not output, whereby the overvoltage suppression switching element 7 is turned off.

以上のように、この実施の形態４では、実施の形態１の場合と同様、コンデンサ５の過電圧検出に伴う放電時において、同期機２からの回生エネルギが電力変換器３を経由してコンデンサ５に流れ込むのを防止できるので、従来のように同期機２と電力変換器３との間に負荷接触器を設ける必要がなく、電力変換装置の小型、軽量化、およびコストダウンを実現することができる。また、電力が逆流することを防ぐことができるため、不要なブレーキトルクの発生も同時に防止できる。 As described above, in the fourth embodiment, as in the first embodiment, the regenerative energy from the synchronous machine 2 is transferred to the capacitor 5 via the power converter 3 when discharging due to the overvoltage detection of the capacitor 5. Therefore, there is no need to provide a load contactor between the synchronous machine 2 and the power converter 3 as in the prior art, and the power converter can be reduced in size, weight and cost. it can. Moreover, since it is possible to prevent the electric power from flowing backward, unnecessary brake torque can be prevented from being generated at the same time.

特に、この実施の形態４では、電流検出手段１６を設けるとともに、過電圧抑制手段３０に比較器３６とアンドゲート３７とを設け、電流検出手段１６で検出される電流Ｉｕが、過電圧抑制用抵抗６の容量に基づいて予め設定された基準値Ｉｍａｘよりも大きい場合（Ｉｕ≧Ｉｍａｘ）には、過電圧抑制用スイッチング素子７に与える過電圧抑制信号Ｓｃｃを強制的に遮断して当該スイッチング素子７をオフにするようにしているので、電力が逆流するのを確実に防ぐことができ、電力変換器３とコンデンサ５との間に電力経路断続用スイッチング素子を設ける必要がなくなる。一般的にスイッチング素子は、電流検出手段１６よりも高価であるから、電流検出手段１６を用いることにより更に装置の低コスト化を図ることができる。 In particular, in the fourth embodiment, the current detection unit 16 is provided, the overvoltage suppression unit 30 is provided with the comparator 36 and the AND gate 37, and the current Iu detected by the current detection unit 16 is the overvoltage suppression resistor 6. When the reference value Imax is larger than a preset reference value Imax based on the capacity of the current (Iu ≧ Imax), the overvoltage suppression signal Scc applied to the overvoltage suppression switching element 7 is forcibly cut off to turn off the switching element 7 Therefore, it is possible to reliably prevent the power from flowing backward, and it is not necessary to provide a power path intermittent switching element between the power converter 3 and the capacitor 5. Since the switching element is generally more expensive than the current detection means 16, the use of the current detection means 16 can further reduce the cost of the device.

なお、この実施の形態４では、実施の形態１に示した構成を前提として、これに電流検出手段１６、比較器３６、およびアンドゲート３７を付加した構成について説明したが、これに限らず、図４および図６に示した実施の形態２，３の構成（すなわち、過電圧抑制手段３０に加算器３４を設けた構成）を前提として、これに電流検出手段１６、比較器３６、およびアンドゲート３７を付加した構成とすることも可能である。 In the fourth embodiment, the configuration in which the current detection unit 16, the comparator 36, and the AND gate 37 are added to the configuration described in the first embodiment has been described. Assuming the configuration of the second and third embodiments shown in FIGS. 4 and 6 (that is, the configuration in which the adder 34 is provided in the overvoltage suppression unit 30), the current detection unit 16, the comparator 36, and the AND gate are added thereto. A configuration to which 37 is added is also possible.

１直流電源、２同期機、３電力変換器（インバータ）、４断流器、
５コンデンサ、６過電圧抑制用抵抗、
７過電圧抑制用スイッチング素子（サイリスタ、自己消弧素子）、
８放電用直列回路、９電力経路断続用スイッチング素子、１０電圧検出手段、
１１回転速度検出手段、１４ａ，１４ｂ線間電圧検出手段、１６電流検出手段、
２０過電圧検出手段、３０過電圧抑制手段、Ｓｏｖ過電圧検出信号、
Ｓｃｃ過電圧抑制信号。 1 DC power supply, 2 synchronous machine, 3 power converter (inverter), 4 circuit breaker,
5 capacitor, 6 overvoltage suppression resistor,
7 Overvoltage suppression switching element (thyristor, self-extinguishing element),
8 series circuit for discharge, 9 switching element for intermittent power path, 10 voltage detection means,
11 rotational speed detection means, 14a, 14b line voltage detection means, 16 current detection means,
20 overvoltage detection means, 30 overvoltage suppression means, Sov overvoltage detection signal,
Scc Overvoltage suppression signal.

Claims

It has a power converter that converts DC power to AC power and outputs it to the synchronous machine. An energy storage capacitor is connected to the DC side of this power converter, and an overvoltage suppression resistor is connected in parallel with this capacitor. In a power converter in which a discharge series circuit composed of switching elements for overvoltage suppression is connected, and a circuit breaker is connected to the power supply side of the discharge series circuit,
Current detection means for detecting the current flowing through the synchronous machine, voltage detection means for detecting the charging voltage of the capacitor, and when the voltage detected by the voltage detection means is greater than or equal to a preset overvoltage set value, It stops the operation of the power converter, and an overvoltage detecting means for outputting an overvoltage detection signal to turn off the breaker, said overvoltage detection signal by the operation stop and above said power converter from the over-voltage detection means The induced voltage of the synchronous machine is calculated under a state in which the circuit breaker is turned off, the voltage detected by the voltage detecting means is larger than the calculated induced voltage, and the overvoltage detection signal is output from the overvoltage detecting means. Is output, the overvoltage suppression switching element is turned on to output an overvoltage suppression signal for discharging the charge of the capacitor. With the door, said over-voltage suppression means, the current operation stop and the breaker of the power converter is detected by the current detection means under the state of being turned off based on the amount of resistance for the overvoltage suppression And a gate means for forcibly blocking the overvoltage suppression signal applied to the overvoltage suppression switching element and turning off the overvoltage suppression switching element when the reference voltage is larger than a preset reference value. A power converter.

The power converter according to claim 1, wherein the overvoltage suppressing switching element is a self-extinguishing element.