JPH04120475A

JPH04120475A - コンデンサ異常検出回路

Info

Publication number: JPH04120475A
Application number: JP2239882A
Authority: JP
Inventors: Yukinori Tsuruta; 幸憲弦田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-09-12
Filing date: 1990-09-12
Publication date: 1992-04-21

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、直流電力を交流電力へ変換し、交流系統と連
系するインバータシステム等に用いられる直流フィルタ
部コンデンサの異常検出方式に関する。

（従来の技術）最近のＲ＆Ｄ電源は、大容量化や高圧化に加え、省エネ
、効率向上等インテリジェント化を標扮している。第９
図はこのようなＲ＆Ｄ電源の一代表例の構成を示す単線
結線図である。図中、１は太陽電池、蓄電池、燃料電池
、新形電池等の直流電源、３は直流リアクトル、４は有
効無効電力制御に応じて、出力電圧のパルス幅が制御さ
れる自励式インバータで、ＧＴ○等の自己消弧形素子で
構成される。５は直流フィルタコンデンサ、６はインバ
ータ変圧器である。７は高調波フィルタで、コンタクタ
７ａ、高調波抑制リアクトル７ｂ、高調波フィルタコン
デンサ７ｃより構成される。８は交流連系用リアクトル
、９は系統連系／解列用しゃ断器、１０は交流系統を示
す。負荷１２は変圧器１１、系統分離／連系用しゃ断器
１３を介して交流系統に接続される。このように構成し
た系統連系システムでは交流系統の電力需要に応じ、直
流電源より交流系統への放電運転と交流系統から直流電
源への充電運転を行なって、有効無効電力制御される。

第１０図はこのように構成したシステムの直流フィルタ
回路に使用されるコンデンサバンクの詳細構成の一例を
示す。５１〜６２はコンデンサで４Ｓ３Ｐ接続、５１ａ
〜５４ａは分圧抵抗、１４は主回路Ｐ、Ｎ間直間車流電
圧出する絶縁アンプである。このような構成は、第９図
の例に限らずインバータ装置一般に使用されている。

（発明が解決しようとする課題）１〜２個のコンデンサのオープン故障やショート故障が
発生しても複数個直並列接続構成となっているため、即
時に装置が重故障停止に至ることは少なく、異常が検出
されないまま、運転が継続し、他の健全なコンデンサに
過大なストレスが加わり、コンデンサ全数が劣化し、破
損に至るという問題が考えられる。又、さらにコンデン
サの破損時、電解液が外部へ飛散し、周辺部品の金属類
と反応し腐食が進行するという問題も考・えられる。本
発明はコンデンサのオープン故障やショート故障を早期
に検出し保護停止することにより事故が拡大することを
防止するコンデンサ異常検出回路を提供することを目的
とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明は前記目的を達成するために検出手段として正常
時にコンデンサの１個分の電圧値あるいはリプル電流値
が入るべき所定の上、下限レベルの基準信号を作成する
演算増幅器を設け、前記コンデンサ１個分の印加電圧あ
るいはリプル電流が、前記範囲を逸脱したことによりコ
ンデンサ異常の検出が無理なく可能となるよう構成した
ことを特徴とするコンデンサ異常検出方式を用いた検出
回路である。

（作　用）本発明によれば、前述の通り、コンデンサ１個分の電圧
あるいはリプル電流を判別する手段を具備することによ
り電圧検出器や電流検出器を各コンデンサ全数に設ける
ことなく、必要数に低減できるので大容量化や高圧化し
た場合でも、フィルタコンデンサの構成に見合った検出
回路を提供することができる。

（実施例）以下１本発明の実施例を図面によって説明する。第１図
は本発明の一実施例を示すコンデンサ異常検出回路を示
すブロック図である。第１０図と同一部分あるいは同相
当部分には同一符号を付してその説明を省略する。５１
ａ〜６２ａは分圧用抵抗、１４〜１７は電圧検出用絶縁
アンプ、２４．２５は、演算増幅器で主回路Ｐ−Ｎ間の
電圧検出信号から比例演算し、正常時のコンデンサ１個
当りの印加電圧が入るべき電圧範囲の上限ＶｕＰＰと下
限ｖｔ、ｏｗに相当する基準信号を作成している。１８
〜２１は抵抗で、２２、２３はレベル調整用可変抵抗で
ある。２６．２７は演算増幅器でコンデンサ５９〜６２
の直列構成部の異常を検出するためにコンデンサ６２の
印加電圧が前記電圧上限基準信号ＶＵＰＰ以下及び電圧
下限基準信号ｖｔ、ｏｗ以上にあることを比較するコン
パレータを構成する。以下、同様の目的で、コンデンサ
５５〜５８の直列構成部に対しては、演算増幅器２８．
２９、コンデンサ５１〜５４の直列構成部に対しては、
演算増幅器３０．３１で構成している。３２〜４３は抵
抗、４４〜４９はツェナダイオード、１５０〜１５２は
反転論理ゲート、１５３〜１５５はＯＲ論理回路、１５
６〜１５８は運転中に検出するためのインターロック用
ＡＮＤ論理回路である。第２図は第１図の本発明の詳細
な説明するためのタイムチャート、第３図は第１図の本
発明の詳細な説明するための電圧検出レベル図、第４図
はコンデンサ５１のショート故障発生時の等価回路を示
している。第４図９７はコンデンサ５１のショートを模
擬するスイッチを示している。

第２図時刻ｔ０〜ｔ１は起動状態を示し、主回路Ｐ−Ｎ
間の直流電圧は０〜Ｅｄに立ち上がっている。同時にコ
ンデンサ５４の印加電圧ｖＩＣは、Ｏ〜１／４　Ｅｄま
で、常に１７４の電圧が印加されている。時刻ｔ。

〜ｔ２〜ｔＦは運転状態の電圧変化を例示している。

この場合も、コンデンサ５１〜５４が正常であれば、コ
ンデンサ５４の印加電圧は１／４　Ｅｄ及び１／４　Ｅ
ｄ’　を維持して直流電圧変化に比例して変化する。時
刻ｔＦにて、第４図に示すように、コンデンサ５１がシ
ョート故障し、スイッチ９７が閉状態となる故障が発生
したと仮定する。この場合、時刻ｔＦ以降は、コンデン
サ５４の印加電圧は、１／４　Ｅｄ→１／３　Ｅｄへ変
化する。第１図の本発明の構成の検出回路の演算増幅器
３０．３１はこの電圧変化を検出する。この関係を第３
図の電圧レベルに示す。斜線部Ｖｄｅｔはコンデンサが
正常とみなす電圧範囲ＶＬＯＷ〜ＶＵＰＰである。正常
時すなわち１／４　Ｅｄはこの範囲内にあり、コンデン
サの容量誤差等による微小な印加電圧誤差を考慮して、
検出回路が誤動作しないよう設定している。

時刻ｔＦ以降はコンデンサ５１がショートし、コンデン
サ５４には、１／４　Ｅｄ→１／３　Ｅｄの過電圧がか
かるためＶ工。は１／３　Ｅｄとなり、斜線部の電圧範
囲Ｖｄｅｔ上限を越える。これより、上限を越える値を
比較しているコンパレータ３０の出力が「１」→「０」
へ反転し、反転論理ゲート１５２の出力はｒＯＪ→「１
」へ変化し、ＯＲ論理回路１５５の出力は「０」→「１
」、運転インターロックＡＮＤ論理回路１５８の出力は
「０」→「１」へ変化し、故障信号ＦＡｕＬＴ３　ｒ　
Ｉ　Ｊが出力され、装置が保護停止する。

コンデンサ群５５〜５８に対しては同様に２８．２９の
演算増幅器、コンデンサ群５９〜６２に対しては同様に
２６、２７の演算増幅器により異常検出が可能である。

以上は、コンデンサのショート故障に対する本発明第１
図の作用の説明である。コンデンサはオープン故障に至
る場合も考えられる。この場合、オープン故障したコン
デンサ直列部は、充電が分圧抵抗を介することになるの
で、直流電圧の変化に対して、他の正常なコンデンサ直
列部に対し、充放電の時定数が大となり、第１図の検出
回路で、直流電圧が過渡変化する時に検出できる。

コンデンサのオープン故障の検出回路として本発明の他
の実施例を第５図に示す。第１図と同一あるいは同相当
部分には同一符号を付してその説明を省略する。７０．
７３は変流器でコンデンサのリプル電流を検出する。　
７４．７５は、演算増幅器で構成された絶対値増幅回路
、７８．７９は、直流分通過形ローパスフィルタ、８１
は電圧信号変換回路、８２〜８４は比較回路、８９はＯ
Ｒ論理回路、９２はＡＮＤ論理回路で変流器７３で検出
される全リプル電流が所定値以上流れたことを比較回路
８２で検出し、所定値以上流れた状態で異常の有、無を
検出するよう検出インターロックを行なっている。第６
図は第５図の本発明の他の実施例を説明するためのタイ
ムチャート、第７図は、第５図の本発明の他の実施例の
電流検出レベルを示す図、第８図はコンデンサ６２がオ
ープン故障した場合の等価回路を示す。第８図９８は、
スイッチを示し、オープン故障を模擬する。第６図時刻
ｔ。−ｔｌは起動状態を示し。

変流器７０には全コンデンサが正常の場合、全リプル電
流ＩＲの１７３のリプル電流１／３’１．が流れる。時
刻ｔ工〜ｔ２〜ｔＦは負荷運転時の変化を示しているが
変流器７０には全リプル電流の１／３　ＩＲ／３〜ＩＲ
’　／３の比例した電流が流れている。時刻ｔＦ以降、
第８図に示すようにコンデンサ６２がオープン故障（ス
イッチ９８が開放）したと仮定する。この場合、変流器
７０のリプル電流は、１／３　ＩＲ→１／２　ＩＲに増
加する。

第７図の電流検出範囲に示すように、１／３　ＩＲはコ
ンデンサ正常時の変化範囲Ｉｄｅｔ斜線部内にあるよう
に、上限値ＩＵＰＰ、下限値ＩＬＯｗを設定している。

コンデンサ６２がオープン故障すると変流器７０の電流
は１／３　ＩＲ→１／２　ＩＲに増大し、上限工υＰＰ
を越えるため、第５図の上限レベルのコンパレータ８３
が動作し、「０」→「１」となり、ＯＲ論理回路８９の
出力は「０」→「１」へ、ＡＮＤ論理回路９２の出力は
、「０」→「１」へ反転し、故障信号ＦＡＵＬＴＩを出
力し、異常の検出が可能となる。以上本発明の実施例に
ついて説明したが、上述の例は単に一例を示すものであ
る。例えば、コンデンサの４５３Ｐの場合について述べ
たが、多数個直並列されるインバータシステムに対して
も、本発明は適用可能である。又、当然、第１図と第５
図を組み合わせて適用することも可能である。

〔発明の効果〕

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明では
、コンデンサの異常検出のための電圧検出器や電流検出
器をコンデンサの接続構成に見合った数に低減して設け
ているので、検出回路が簡素化でき、信頼性の高いイン
バータシステムを達成できる。また、電圧検品器は従来
の直流過電圧保護と、電流検出器は直流短絡保護や転失
マイナ制御用と兼用できるので新たに追加する検出器も
最小限で可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は第１
図を説明するタイムチャート、第３図は、第１図の検出
レベルの説明図、第４図はショート故障時の等価回路図
、第５図は本発明の他の実施例を示す構成図、第６図は
、第５図を説明するタイムチャート、第７図は、第５図
の検出レベルの説明図、第８図はオープン故障時の等価
回路図、第９図は従来のインバータシステム系統図、第
１０図は、コンデンサの構成例を示す接続図である。１・・・太陽電池、蓄電池、燃料電池、新型電池９等直
流電源３・・・直流リアクトル　　　　　４・・・イン
バータ５・・・直流フィルタコンデンサ　６・・・イン
バータ変圧器７・・・高調波フィルタ　　　　　８・・
・連系リアクトル９．１３・・・しゃ断器　　　　　　
　１０・・・交流系統１１・−・変圧器　　　　　　　
　　１２・・・負荷５１〜６２・・・コンデンサ　　　
　　５１ａ〜５４ａ・・・抵抗１４〜１７・・・絶縁ア
ンプ　　　　　２４〜３１・・・演算増幅器３２〜４３
・・・抵抗　　　　　　　　４４〜４９・・・ツェナダ
イオード１５０〜１５２・・・反転論理ゲート１５３〜
１５５・・・ＯＲ論理回路１５６〜１５８・・・ＡＮＤ
回路７４．７５・・・絶対値増幅回路８２〜８４・・コンパレータ９７・・・模擬スイッチ７８．７９・・ローパスフィルタ７０．７３・・・変流器

Claims

【特許請求の範囲】

（１）直流回路母線に少なくとも２個以上直列接続され
たコンデンサの異常を検出する回路において、直流回路
母線電圧を検出する手段、コンデンサ１個の印加電圧を
検出する手段、前記直流回路母線電圧検出手段の出力信
号より正常時にコンデンサ１個分の電圧値が入るべき所
定の上限、下限レベルの基準信号を演算する演算増幅器
、該演算増幅器の出力と前記コンデンサ１個分の印加電
圧を検出する手段の出力を比較するコンパレータから構
成され、前記コンデンサ１個分の印加電圧が正常時にと
るべき上限、下限範囲を逸脱したことを前記コンパレー
タで検出することを特徴とするコンデンサ異常検出回路
。
（２）直流回路母線に少なくとも２個以上並列接続され
たコンデンサの異常を検出する回路において、全コンデ
ンサの全リプル電流を検出する手段、コンデンサ１個分
のリプル電流を検出する手段、前記全リプル電流検出手
段の出力信号より、コンデンサが正常時に流れる１個分
のリプル電流値が入るべき上限、下限を演算する演算増
幅器、該演算増幅器の出力と前記コンデンサ１個分のリ
プル電流の検出手段の出力を比較するコンパレータから
構成され、前記コンデンサ１個分のリプル電流が正常時
にとるべき演算された上限、下限範囲を逸脱したことを
前記コンパレータで検出することを特徴とするコンデン
サ異常検出回路。