JP6765325B2 - 電力変換装置および地絡箇所判定方法 - Google Patents
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Description
ここで、tはスイッチSWuとSWyの両方をONしてからの時間、Lscは電力変換装置101から短絡箇所までのモータケーブルのインダクタンスである。なお、電力変換装置内の電流経路のインダクタンスは無視している。数1を変形し、Lscについて表すと、
Lsc=Vdc・(I/t) (数2)
となるので、電流Iおよび時間tが計測可能な値に増加するまで図3(A)の状態を継続させてから(I/t)を求めることで、インダクタンスLscを算出できる。電力変換装置101と短絡箇所までのケーブル長Len_scとインダクタンスLscは比例関係にあるので、換算係数を別途調査しておくことで、インダクタンスLscの値から短絡箇所までのケーブル長Len_scを推定することができる。なお、図3(A)ではスイッチSWuとSWyをONにしているが、スイッチSWvとSWxをONにした場合でも、モータケーブルの電流が逆方向になるだけで、上述のインダクタンスLsc計算を行うことが出来る。
ここで、IbはスイッチSWyをOFFにしたときの電流値、Vfは還流ダイオードDIvの順方向降下電圧、tbはスイッチSWyをOFFにしてからの時間である。一般にVfはVdcより1桁〜3桁程度小さいので、図3(A)の電流の増加速度に比べ、図3(B)での電流減少速度は1桁〜3桁程度遅くなる。したがって、Lscが比較的大きい条件では、電流はほぼ一定とみなすことが出来るので、スイッチSWyをOFFにした瞬間の電流値を、OFFにした後に、比較的計測速度の遅い電流センサで測定することができる。なお、図3(B)ではSWyをOFFにしているが、代わりにスイッチSWuをOFFにした場合でも、同様の電流を継続させることができる。
ここで、Iu1は全てのスイッチをOFFしたときの電流値、tcは全てのスイッチをOFFにしてからの時間である。
分岐(A)、(B)および(C)に処理が移行した場合は、短絡検出フラグFscに“Y”を代入する(S248)。一方、分岐(D)に処理が移行した場合は、短絡検出フラグFscに“N”を代入する(S249)。いずれに分岐した場合も、処理の最後には上アームのスイッチをOFFにする指令を対応するSD駆動回路に出力して終了する(S250)。
図8および図9に示した短絡電流・短絡時間測定の動作において、時間計測精度を向上させずとも、時間分解能を向上させることができ、結果、短絡経路の往復インダクタンスLscの精度が向上する。
また、図10および図11に示した短絡電流・短絡時間測定の動作において、パルス幅制御の精度を向上させずとも、時間分解能を向上させることができ、結果、短絡経路の往復インダクタンスLscの精度が向上する。
図14に3相モータケーブルの断面図の例を示す。図に示したケーブルは、直径φCの導線と350u、350v、350wに、直径φHのひふく径を持った3本のケーブル351u、351v、351wで構成されている。
ここで、Kは単位長さ当たりのインダクタンス、のDはケーブル間の距離、rは導線の半径である。したがって、ケーブル3本が密に束ねられている場合、ケーブル間の距離D=2・φH、導線の半径r=φC/2より求めることができるので、ケーブルの導線直径φCとひふく直径φHから、変換係数K_cable(=K)を計算することができる。
図25に本発明を産業用インバータとして応用した例を示す。本発明の電力変換装置501と駆動用モータ502の間をモータケーブル503で接続されている。電力変換装置501は、交流電源ケーブル504を通して外部から電力を供給されている。モータ502は空調機、圧縮機、コンベア、エレベータなど様々な産業用機器を駆動することに使用される。モータ502内部やケーブル503上で相間短絡が発生した場合、電力変換装置501が備えている表示器505に短絡個所の情報が表示されるとともに、無線送信によって外部のシステムへ短絡個所が報知される。
Claims (13)
- 半導体で形成された複数のスイッチ素子を具備しそれらのオンオフ制御によって3相のケーブルで接続された3相のモータを駆動する電力変換装置であって、
電源からの交流電力を直流電力に変換する順変換器回路と、
前記モータへ供給する電流を制御する3つのハーフブリッジ回路で構成された逆変換器回路と、
前記逆変換器回路に供給される直流電圧を制御するための直流電圧制御回路と、
前記ハーフブリッジ回路を構成する前記複数のスイッチ素子を駆動するための複数のドライバ回路と、
前記ドライバ回路を制御するための制御回路と、
前記逆変換器回路の複数の相の出力電流値を測定する電流計測手段と、
装置内部の状況を外部に報知する情報出力手段を具備し、
前記ケーブルあるいは前記モータで発生した短絡個所を調査する際に、前記直流電圧制御回路は、前記逆変換器回路へ供給する直流電圧を、モータ駆動時の直流電圧よりも低い電圧に低減し、
前記制御回路は、前記複数のスイッチ素子のうち、上アームのスイッチ素子と前記上アームと異なる相の下アームのスイッチ素子をオンさせることで短絡調査のための電流をケーブル上に発生させ、前記上アームのスイッチ素子と前記下アームのスイッチ素子の両方をオンしていた時間と前記電流計測手段の電流計測値に基づいて前記ケーブルの往復インダクタンス値を計算し、前記往復インダクタンス値を前記ケーブルの全長の往復インダクタンスと比較して短絡箇所を判定し、
前記情報出力手段は短絡箇所の判定結果を外部に報知することを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1において、
前記逆変換器回路に供給される直流電圧を計測するための電圧センサを備え、
前記ケーブルあるいは前記モータで発生した短絡個所を調査する際は、前記逆変換器回路に直流電圧が供給開始あるいは遮断される際であって、前記電圧センサが計測する電圧値がモータ駆動時の直流電圧値よりも低い所定の値である電力変換装置。 - 請求項1または2において、
前記制御回路はケーブル情報記憶部を備え、
前記ケーブル情報記憶部が事前に記憶していたケーブルの単位長さあたりのインダクタンスの値を係数として、前記往復インダクタンス値を、本電力変換装置からの短絡箇所までのケーブル上の距離に変換し、前記距離を前記情報出力手段から外部に報知することを特徴とする電力変換装置。 - 請求項3において、
情報入力手段を具備し、前記情報入力手段よりケーブル径情報を入力し、前記ケーブル径情報から前記ケーブルの単位長さあたりのインダクタンスの値を計算することを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1または2において、
前記制御回路はケーブル情報記憶部を備え、前記ケーブル情報記憶部が事前に記憶していた前記ケーブルの全長の往復インダクタンスの値を基準にして、計算された往復インダクタンス値のほうが小さい場合はケーブル上、大きい場合はモータ上に短絡箇所があると判定し、前記判定を前記情報出力手段から外部に報知することを特徴とする電力変換装置。 - 請求項3において、
情報入力手段を具備し、前記情報入力手段よりケーブル径情報とケーブル長さ情報を入力し、前記ケーブル径情報と前記ケーブル長さ情報から前記ケーブルの全長の往復インダクタンスの値を計算することを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1または2において、
前記制御回路は、前記上アームのスイッチ素子と前記下アームのスイッチ素子の両方をオンにした後に、いずれか片方のスイッチ素子をオフにした状態で電流センサから電流計測値を取得することを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1または2において、
前記ドライバ回路は、コンパレータ回路を用いて所定の過電流しきい値を超えることで過電流を検知し、過電流を検知したときに前記上アームのスイッチ素子と前記下アームのスイッチ素子の少なくとも一方をオフにする過電流保護機能を備える過電流保護回路を具備することを特徴とする電力変換装置。 - 請求項8において、
前記過電流保護機能が作動した場合には、前記制御回路は、前記上アームのスイッチ素子と前記下アームのスイッチ素子の両方のオンを開始してから前記過電流保護回路が過電流検知するまでの時間を計測し、前記過電流検知するまでの時間と前記過電流しきい値に基づいてケーブルの往復インダクタンス値を計算することを特徴とする電力変換装置。 - 請求項8において、
前記制御回路は前記上アームのスイッチ素子と前記下アームのスイッチ素子の両方をオンにする状態を繰り返し発生させ、かつ、オンにする時間幅を徐々に長くし、前記過電流保護機能が動作したときの前記時間幅と、前記過電流しきい値に基づいてケーブルの往復インダクタンス値を計算することを特徴とする電力変換装置。 - 請求項8において、
前記過電流保護回路が具備するコンパレータ回路は前記複数のスイッチ素子での電圧降下を計測し、前記電圧降下を基準電圧源と比較して過電流を検出することを特徴とする電力変換装置。 - 請求項8において、
前記複数のスイッチ素子と直列接続される抵抗器を具備し、前記過電流保護回路が具備するコンパレータ回路は前記抵抗器での電圧降下を計測し、前記電圧降下を基準電圧源と比較して過電流を検出することを特徴とする電力変換装置。 - 電源からの交流電力を直流電力に変換する順変換器回路と、
モータへ供給する電流を制御する3つのハーフブリッジ回路で構成された逆変換器回路と、
前記逆変換器回路に供給される直流電圧を制御するための直流電圧制御回路と、
前記ハーフブリッジ回路を構成する複数のスイッチ素子を駆動するための複数のドライバ回路と、
前記ドライバ回路を制御するための制御回路と、
前記逆変換器回路の複数の相の出力電流値を測定する電流計測手段を具備し、
3相のモータを駆動する電力変換装置に接続された、ケーブルあるいはモータの短絡箇所判定方法であって、
前記ケーブルあるいは前記モータで発生した短絡個所を調査する際に、
前記直流電圧制御回路は、前記逆変換器回路へ供給する直流電圧を、モータ駆動時の直流電圧よりも低い電圧に低減するステップを備え、
前記制御回路は、前記複数のスイッチ素子のうち、上アームのスイッチ素子と前記上アームと異なる相の下アームのスイッチ素子をオンさせることで短絡調査のための電流をケーブル上に発生させるステップと、
前記上アームのスイッチ素子と前記下アームのスイッチ素子の両方をオンしていた時間と前記電流計測手段の電流計測に基づいてケーブルの往復インダクタンス値を計算し、前記往復インダクタンス値から短絡箇所を判定するステップと、を備える、
短絡箇所判定方法。
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