JP6155168B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本実施形態は、直流入力電源の電圧を、直流リアクトルとチョッパ素子が直列接続されたチョッパ回路を複数個並列接続された電力変換回路により昇圧して電力母線に印加する電力変換装置に関する。

従来、直流入力電源の電圧を、直流リアクトルとチョッパ素子が直列接続されたチョッパ回路を複数個並列接続された電力変換回路により昇圧して電力母線に印加する電力変換装置がある。

特開平５−２６０７２６号公報

前述の電力変換装置にあっては、電力変換回路全体、および、並列構成のチョッパ回路毎の過電流を防ぐことができる電力変換装置の開発が望まれていた。

本実施形態は、電力変換回路全体、および、並列構成のチョッパ回路毎の過電流を防ぐことができる電力変換装置を提供することを目的とする。

本実施形態の代表例は、直流入力電源の電圧を、直流リアクトルとチョッパ素子が直列接続されたチョッパ回路を複数個並列接続された電力変換回路により昇圧して電力母線に印加する電力変換装置において、前記各チョッパ素子を点弧するゲート信号を発信する共通のチョッパ素子用ゲート信号生成回路と、前記１つのチョッパ素子に流れる電流を検出する第１のホール電流検出器と、前記第１のホール電流検出器の出力から一つのチョッパ回路の電流値を検出する電流検出回路と、前記直流入力電源と前記チョッパ回路との接続部に流れる総電流を検出する第２のホール電流検出器と、第２のホール電流検出器の出力から総電流値を検出する総電流検出回路と、前記総電流検出回路で求めた総電流値の過電流レベルが設定された総過電流レベル設定器と、前記総電流検出回路で求めた総電流値と前記総過電流レベル設定器で設定された電流設定値を比較し、前記総電流値が電流設定値を超えたときに１を出力する総過電流比較器と、前記総電流検出回路で検出した総電流値を前記チョッパ回路の並列数で除算することにより個別電流の平均値を算出する個別電流算出回路と、前記個別電流算出回路の出力と前記電流検出回路の出力の差を求める減算器と、前記減算器の出力を絶対値にする全波整流回路と、前記全波整流回路の出力のアンバランスレベルを設定するアンバランスレベル設定器と、前記アンバランスレベル設定器のアンバランスレベルと前記全波整流回路の出力とが比較され、前記全波整流回路の出力が前記アンバランスレベルの設定値を上回ったとき１が出力されるアンバランス比較器と、
前記総過電流比較器の出力と前記アンバランス比較器の出力の内、いずれかが１を出力した時に１を出力する論理和素子と、前記論理和素子の反転出力と前記チョッパ素子用ゲート信号生成回路出力の論理積から前記各チョッパ素子の点弧、消弧を制御する論理積素子と、を備え、少なくとも一つの前記チョッパ回路の電流値は検出せずに、前記電力変換回路の過電流及び前記各チョッパ回路毎の過電流から保護するようにしたことを特徴とする電力変換装置である。

上記実施形態によれば、電力変換回路全体、および、並列構成のチョッパ回路毎の過電流を防ぐことができる電力変換装置を提供できる。

実施形態１を説明するための概略構成図。 実施形態２を説明するための概略構成図。 実施形態３を説明するための概略構成図。 実施形態４を説明するための概略構成図。 実施形態５を説明するための概略構成図。

以下、各実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は実施形態１を説明するための概略構成図であり、これは直流入力電源１１の電圧を、直流リアクトル１とチョッパ素子３が直列接続されたチョッパ回路を複数個並列接続された電力変換回路により昇圧して電力母線に印加する電力変換装置において、以下のようになっている。

各チョッパ素子３を点弧するゲート信号を発信する共通のチョッパ素子用ゲート信号生成回路９と、電力変換回路の出力を平滑化する共通のコンデンサ例えば電解コンデンサ４と、各チョッパ素子３に流れる電流をそれぞれ検出する複数のホール電流検出器２と、各ホール電流検出器２の出力から電流値をそれぞれ検出する複数の電流検出回路５と、各電流検出回路５毎の電流値から総電流値を算出する共通の算出器例えば加算器６と、加算器６で求めた総電流の過電流レベルが設定された総過電流レベル設定器７と、加算器６で求めた総電流値と総過電流レベル設定器７で設定された電流設定値を比較し、検出レベルを超えた時に1を出力する総過電流比較器８と、各電流検出回路５で検出した電流値の過電流レベルが設定された複数の個別過電流レベル設定器１２と、各電流検出回路５で検出した電流値と各個別過電流レベル設定器１２の値を比較し、検出レベルを超えた時に1を出力する複数の個別過電流比較器１３と、総過電流比較器８の出力と各個別過電流比較器１３の出力の内、いずれかが1を出力した時に1を出力する論理和素子１４と、論理和素子１４の反転出力とチョッパ素子用ゲート信号生成回路９の出力の論理積から各チョッパ素子３の点弧、消弧を制御する論理積素子１０とを備えたものである。

以上説明した実施形態１によれば、チョッパ回路の並列回路毎に設置されたホール電流検出器２と、電流検出回路５の組み合わせにより検出された並列回路毎の電流値と、個別過電流レベル設定器１２の値が個別過電流比較器１３により比較され、個別過電流レベルを上回ったときに1が出力される。個別過電流比較器１３の出力と、総過電流比較器８の出力のいずれが1になると論理和素子１４から1が出力される。このとき、チョッパ素子用論理積素子10の出力が0となり、チョッパ素子３を停止させる信号が発信される。

このように実施形態１によれば、チョッパ回路を複数個並列接続された電力変換回路において、チョッパ回路の並列回路毎に検出された電流の合計値だけでなく、個別の電流値でも過電流を検出してチョッパ素子３のインタロックをかけることで、電力変換回路全体だけでなく個々のチョッパ回路の過電流まで防ぐことができる。

図２は実施形態２を説明するための概略構成図であり、これは直流入力電源１１の電圧を、直流リアクトル１とチョッパ素子３が直列接続されたチョッパ回路を複数個並列接続された電力変換回路により昇圧して電力母線に印加する電力変換装置において、以下のようになっている。

図１と同様に各チョッパ素子３を点弧するゲート信号を発信する共通のチョッパ素子用ゲート信号生成回路９と、電力変換回路の出力を平滑化する共通のコンデンサ例えば電解コンデンサ４と、各チョッパ素子３に流れる電流をそれぞれ検出する複数のホール電流検出器２と、各ホール電流検出器２の出力から電流値をそれぞれ検出する複数の電流検出回路５と、各電流検出回路５毎の電流値から総電流値を算出する共通の算出器例えば加算器６と、加算器６で求めた総電流の過電流レベルが設定された総過電流レベル設定器７と、加算器６で求めた総電流値と総過電流レベル設定器７で設定された電流設定値を比較し、検出レベルを超えた時に1を出力する総過電流比較器８を備えている。

これ以外は、図１とは異なる点で、加算器６で算出された総電流値を、チョッパ回路の並列回路数で除算して個別電流値の平均値を求める個別電流算出回路１５と、各電流検出回路５の出力と個別電流算出回路１５の出力の差をそれぞれ求める複数の減算器１６と、
各減算器１６の出力の絶対値をそれぞれ求める複数個の全波整流回路１８と、各全波整流回路１８からの絶対値のアンバランスレベルをそれぞれ設定する複数のアンバランスレベル設定器１７と、各アンバランスレベル設定器１７の設定値と各全波整流回路１８の出力をそれぞれ比較し、アンバランスレベルの設定値を超えた時に1を出力するする複数のアンバランス比較器１９と、総過電流比較器８の出力と各アンバランス比較器１９の出力の内、いずれかが1を出力した時に1を出力する論理和素子１４と、論理和素子１４の反転出力とチョッパ素子用ゲート信号生成回路の９出力の論理積から各チョッパ素子３の点弧、消弧を制御する論理積素子１０とを備えたものである。

以上述べた実施形態２によれば、チョッパ回路の並列回路毎に設置されたホール電流検出器２と、電流検出回路５と、加算器６と、個別電流算出回路１５の組み合わせにより算出された個別電流算出値とホール電流検出器２と、5の電流検出回路の組み合わせにより検出された並列回路毎の電流値の差が、減算器１６により出力される。全波整流回路１８により、減算器１６の出力の絶対値が取られ、アンバランス比較器１９により、アンバランスレベル設定器１７の値と比較され、アンバランスレベルを上回ったときに1が出力される。アンバランス比較器１９の出力と、総過電流比較器８の出力のいずれかが1になると論理和素子１４から1が出力される。このとき、チョッパ素子用論理積素子１０の出力が0となり、チョッパ素子３を停止させる信号が発信される。

この結果、実施形態２によれば、加算器６の出力である総電流が総過電流レベル設定器７の設定値を上回るか、各電流検出回路５の出力である検出値と加算器６で求めた総電流から算出した各チョッパ回路の平均値との差の絶対値が、各アンバランスレベル設定器１７の設定値を上回った時に、チョッパ素子３の駆動を停止させる信号を発生することで、回路全体の過電流だけでなく、並列回路間のアンバランスによる過電流を防ぐことができる。

図３は実施形態３を説明するための概略構成図であり、これは直流入力電源１１の電圧を、直流リアクトル１とチョッパ素子３が直列接続されたチョッパ回路を複数個並列接続された電力変換回路により昇圧して電力母線に印加する電力変換装置において、以下のようになっている。

図１と同様に各チョッパ素子３を点弧するゲート信号を発信する共通のチョッパ素子用ゲート信号生成回路９と、電力変換回路の出力を平滑化する共通のコンデンサ例えば電解コンデンサ４と、各チョッパ素子３に流れる電流をそれぞれ検出する複数のホール電流検出器２と、各ホール電流検出器２の出力から電流値をそれぞれ検出する複数の電流検出回路５と、各電流検出回路５毎の電流値から総電流値を算出する共通の算出器例えば加算器６と、加算器６で求めた総電流の過電流レベルが設定された総過電流レベル設定器７と、加算器６で求めた総電流値と総過電流レベル設定器７で設定された電流設定値を比較し、検出レベルを超えた時に1を出力する総過電流比較器８を備えている。

これ以外は、図１とは異なる点で、各電流検出回路５で検出した各チョッパ回路の電流値に、チョッパ回路の並列数を積算して電力変換回路の総電流を算出する複数の総電流算出器２０と、各総電流算出器２０の出力と加算器６で求めた総電流の差を求める複数の減算器１６と、各減算器１６の出力の絶対値をそれぞれ求める複数個の全波整流回路１８と、各全波整流回路１８からの絶対値のアンバランスレベルをそれぞれ設定する複数のアンバランスレベル設定器１７と、各アンバランスレベル設定器１７の設定値と各全波整流回路１８の出力をそれぞれ比較し、アンバランスレベルの設定値を超えた時に1を出力するする複数のアンバランス比較器１９と、総過電流比較器８の出力と各アンバランス比較器１９の出力の内、いずれかが1を出力した時に1を出力する論理和素子１４と、論理和素子１４の反転出力とチョッパ素子用ゲート信号生成回路の９出力の論理積から各チョッパ素子３の点弧、消弧を制御する論理積素子１０とを備えたものである。

以上述べた実施形態３において、チョッパ回路毎に設置されたホール電流検出器２及び電流検出回路５と、加算器６の組み合わせにより出力される電力変換回路の総電流値と、ホール電流検出器２と、電流検出回路５と、総電流算出器２０の組み合わせにより算出される総電流算出値の差が、減算器１６により出力される。全波整流回路１８により、減算器１６の出力の絶対値が取られ、アンバランス比較により、アンバランスレベル設定器１７の値と比較され、アンバランスレベル上回ったときに1が出力される。アンバランス比較器１９の出力と、総過電流比較器８の出力のいずれかが1になると論理和素子１４から1が出力される。このとき、チョッパ素子用論理積素子１０の出力が0となり、チョッパ素子３を停止させる信号が発信される。

この結果、実施形態３によれば、チョッパ回路が並列に構成された電力変換回路において、チョッパ回路毎の電流値から算出された総電流値とチョッパ回路毎の電流値の合計値を比較し、両者の差が大きいときにアンバランスを検出してチョッパ素子３のインタロックをかけることで、チョッパ回路間のアンバランスを防ぐことができる。

図４は実施形態４を説明するための概略構成図であり、これは直流入力電源１１の電圧を、直流リアクトル１とチョッパ素子３が直列接続されたチョッパ回路を複数個並列接続された電力変換回路により昇圧して電力母線に印加する電力変換装置において、以下のようになっている。

図１と同様に各チョッパ素子３を点弧するゲート信号を発信する共通のチョッパ素子用ゲート信号生成回路９と、電力変換回路の出力を平滑化する共通のコンデンサ例えば電解コンデンサ４を備えている。

これ以外は、図１とは異なる点で、１つのチョッパ素子３に流れる電流を検出する第１のホール電流検出器２と、ホール電流検出器２の出力から一つのチョッパ回路の電流値を検出する電流検出回路５と、直流入力電源１１とチョッパ回路との接続部に流れる総電流を検出する第２のホール電流検出器２１と、ホール電流検出器２１の出力から総電流値を検出する総電流検出回路２２と、総電流検出回路２２で求めた総電流値の過電流レベルが設定された総過電流レベル設定器７と、総電流検出回路２２で求めた総電流値と総過電流レベル設定器７で設定された電流設定値を比較し、総電流値が電流設定値を超えたときに１を出力する総過電流比較器８と、総電流検出回路２２で検出した総電流値をチョッパ回路の並列数で除算することにより個別電流を算出する個別電流算出回路１５と、個別電流算出回路１５の出力と電流検出回路５の出力の差を求める減算器１６と、減算器１６の出力を絶対値にする全波整流回路１８と、全波整流回路１８の出力のアンバランスレベルを設定するアンバランスレベル設定器１７と、アンバランスレベル設定器１７のアンバランスレベルと全波整流回路１８の出力とが比較され、全波整流回路１８の出力がアンバランスレベルの設定値を上回ったとき１が出力されるアンバランス比較器１９と、総過電流比較器８の出力とアンバランス比較器１９の出力の内、いずれかが1を出力した時に1を出力する論理和素子１４と、論理和素子１４の反転出力とチョッパ素子用ゲート信号生成回路９の出力の論理積から前記各チョッパ素子の点弧、消弧を制御する論理積素子１０とを備えたものである。

以上述べた実施形態４において、電力変換回路全体の総電流を検出できる位置に設置されたホール電流検出器２１と、総電流検出回路２２と、総電流検出回路２２の出力をチョッパ回路の並列数で除算することで個別電流を算出する個別電流算出回路器１５の組み合わせにより算出された個別電流算出値と、任意のチョッパ回路に設置されたホール電流検出器２と、電流検出回路５の組み合わせにより検出された電流値の差が、減算器１６により出力される。全波整流回路１８により、減算器１６の出力の絶対値が取られ、アンバランス比較器１９により、アンバランスレベル設定器１７の値と比較され、アンバランスレベルを上回ったときに1が出力される。アンバランス比較器１９の出力と、総過電流比較器８の出力のいずれかが1になると論理和素子１４から1が出力される。このとき、チョッパ素子用論理積素子１０の出力が0となり、チョッパ素子３を停止させる信号が発信される。

この結果、実施形態４によれば、並列に構成された電力変換回路において、並列に分岐する前のチョッパ回路に流れる総電流から算出されたチョッパ回路毎の電流値と任意のチョッパ回路の電流実測値を比較し、両者の差が大きいときのアンバランスを検出してチョッパ素子のインタロックをかけることで、少数のホール電流検出器２、および、電流検出回路５にて並列回路間のアンバランスを防ぐことができる。

図５は実施形態５を説明するための概略構成図であり、これは直流入力電源１１の電圧を、直流リアクトル１とチョッパ素子３が直列接続されたチョッパ回路を複数個並列接続された電力変換回路により昇圧して電力母線に印加する電力変換装置において、以下のようになっている。

図１と同様に各チョッパ素子３を点弧するゲート信号を発信する共通のチョッパ素子用ゲート信号生成回路９と、電力変換回路の出力を平滑化する共通のコンデンサ例えば電解コンデンサ４を備えている。

これ以外は、図１とは異なる点で、１つのチョッパ素子３に流れる電流を検出する第１のホール電流検出器２と、ホール電流検出器２の出力から一つのチョッパ回路の電流値を検出する電流検出回路５と、電力変換回路と電力母線との接続部に流れる電流を検出する第２のホール電流検出器２３と、ホール電流検出器２３の出力から出力電流値を検出する出力電流検出回路２４と、出力電流検出回路２４で求めた出力電流値の過電流レベルが設定された総過電流レベル設定器７と、出力電流検出回路２４で求めた出力電流値と総過電流レベル設定器７で設定された電流設定値を比較し、出力電流値が電流設定値を超えたときに１を出力する総過電流比較器８と、出力電流検出回路２４で検出した出力電流値をチョッパ回路の並列数で除算することにより個別電流を算出する個別電流算出回路１５と、個別電流算出回路１５の出力と電流検出回路５の出力の差を求める減算器１６と、減算器１６の出力を絶対値にする全波整流回路１８と、全波整流回路１８の出力のアンバランスレベルを設定するアンバランスレベル設定器１７と、アンバランスレベル設定器１７のアンバランスレベルと全波整流回路１８の出力とが比較され、全波整流回路１８の出力がアンバランスレベルの設定値を上回ったとき１が出力されるアンバランス比較器１９と、総過電流比較器８の出力とアンバランス比較器１９の出力の内、いずれかが1を出力した時に1を出力する論理和素子１４と、論理和素子１４の反転出力とチョッパ素子用ゲート信号生成回路９の出力の論理積から各チョッパ素子３の点弧、消弧を制御する論理積素子１０とを備えたものである。

以上述べた実施形態５において、電力変換回路の出力側に設置されたホール電流検出器２３と、出力電流検出回路２４と、個別電流算出回路１５の組み合わせにより算出された個別電流算出値と、任意の並列回路に設置されたホール電流検出器２と、電流検出回路５の組み合わせにより検出された電流値の差が、減算器１６により出力される。全波整流回路１８により、減算器１６の出力の絶対値が取られ、アンバランス比較器１９により、アンバランスレベル設定器１７の値と比較され、アンバランスレベルを上回ったときに1が出力される。アンバランス比較器１９の出力と、総過電流比較器８の出力のいずれかが1になると論理和素子１４から1が出力される。このとき、チョッパ素子用論理積素子１０の出力が0となり、チョッパ素子３を停止させる信号が発信される。

この結果、実施形態５によれば、チョッパ回路が並列に構成された電力変換回路において、出力側に流れる電流から算出された並列回路毎の電流値と任意の並列回路の電流実測値を比較し、両者の差が大きいときにアンバランスを検出してチョッパ素子のインタロックをかけることで、少数のホール電流検出器、および、電流検出回路にて並列回路間のアンバランスを防ぐことができる。

１…直流リアクトル、２…ホール電流検出器、３…チョッパ素子、４…電解コンデンサ、５…電流検出回路、６…加算器、７…総過電流レベル設定器、８…総過電流比較器、９…チョッパ素子用ゲート信号生成回路、10…チョッパ素子用論理積素子、１１…直流入力電源、１２…個別過電流レベル設定器、１３…個別過電流比較器、１４…論理和素子、１５…個別電流算出回路、１６…減算器、１７…アンバランスレベル設定器、１８…全波整流回路、１９…アンバランス比較器、２０…総電流算出器、２１…ホール電流検出器、２２…総電流検出回路、２３…ホール電流検出器、２４…出力電流検出回路。

Claims (2)

1. 直流入力電源の電圧を、直流リアクトルとチョッパ素子が直列接続されたチョッパ回路を複数個並列接続された電力変換回路により昇圧して電力母線に印加する電力変換装置において、
   前記各チョッパ素子を点弧するゲート信号を発信する共通のチョッパ素子用ゲート信号生成回路と、
   前記１つのチョッパ素子に流れる電流を検出する第１のホール電流検出器と、
   前記第１のホール電流検出器の出力から一つのチョッパ回路の電流値を検出する電流検出回路と、
   前記直流入力電源と前記チョッパ回路との接続部に流れる総電流を検出する第２のホール電流検出器と、
   第２のホール電流検出器の出力から総電流値を検出する総電流検出回路と、
   前記総電流検出回路で求めた総電流値の過電流レベルが設定された総過電流レベル設定器と、
   前記総電流検出回路で求めた総電流値と前記総過電流レベル設定器で設定された電流設定値を比較し、前記総電流値が電流設定値を超えたときに１を出力する総過電流比較器と、
   前記総電流検出回路で検出した総電流値を前記チョッパ回路の並列数で除算することにより個別電流の平均値を算出する個別電流算出回路と、
   前記個別電流算出回路の出力と前記電流検出回路の出力の差を求める減算器と、
   前記減算器の出力を絶対値にする全波整流回路と、
   前記全波整流回路の出力のアンバランスレベルを設定するアンバランスレベル設定器と、
   前記アンバランスレベル設定器のアンバランスレベルと前記全波整流回路の出力とが比較され、前記全波整流回路の出力が前記アンバランスレベルの設定値を上回ったとき１が出力されるアンバランス比較器と、
   前記総過電流比較器の出力と前記アンバランス比較器の出力の内、いずれかが１を出力した時に１を出力する論理和素子と、
   前記論理和素子の反転出力と前記チョッパ素子用ゲート信号生成回路出力の論理積から前記各チョッパ素子の点弧、消弧を制御する論理積素子と、
   を備え、少なくとも一つの前記チョッパ回路の電流値は検出せずに、前記電力変換回路の過電流及び前記各チョッパ回路毎の過電流から保護するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
2. 直流入力電源の電圧を、直流リアクトルとチョッパ素子が直列接続されたチョッパ回路を複数個並列接続された電力変換回路により昇圧して電力母線に印加する電力変換装置において、
   前記各チョッパ素子を点弧するゲート信号を発信する共通のチョッパ素子用ゲート信号生成回路と、
   前記１つのチョッパ素子の入力側に流れる電流を検出する第１のホール電流検出器と、
   前記第１のホール電流検出器の出力から一つのチョッパ回路の電流値を検出する電流検出回路と、
   前記電力変換回路と前記電力母線との接続部に流れる総電流を検出する第２のホール電流検出器と、
   第２のホール電流検出器の出力から出力電流値を検出する出力電流検出回路と、
   前記出力電流検出回路で求めた出力電流値の過電流レベルが設定された総過電流レベル設定器と、
   前記出力電流検出回路で求めた出力電流値と前記総過電流レベル設定器で設定された電流設定値を比較し、前記出力電流値が電流設定値を超えたときに１を出力する総過電流比較器と、
   前記出力電流検出回路で検出した出力電流値を前記チョッパ回路の並列数で除算することにより前記チョッパ回路の出力の個別電流の平均値を算出する個別電流算出回路と、
   前記個別電流算出回路の出力と前記電流検出回路の出力の差を求める減算器と、
   前記減算器の出力を絶対値にする全波整流回路と、
   前記全波整流回路の出力のアンバランスレベルを設定するアンバランスレベル設定器と、
   前記アンバランスレベル設定器のアンバランスレベルと前記全波整流回路の出力とが比較され、前記全波整流回路の出力が前記アンバランスレベルの設定値を上回ったとき１が出力されるアンバランス比較器と、
   前記総過電流比較器の出力と前記アンバランス比較器の出力の内、いずれかが１を出力した時に１を出力する論理和素子と、
   前記論理和素子の反転出力と前記チョッパ素子用ゲート信号生成回路出力の論理積から前記各チョッパ素子の点弧、消弧を制御する論理積素子と、
   を備え、少なくとも一つの前記チョッパ回路の電流値は検出せずに、前記電力変換回路の過電流及び前記各チョッパ回路毎の過電流から保護するようにしたことを特徴とする電力変換装置。

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