JPH0687667B2 - 電力変換装置の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電力変換装置を制御している制御手段に異
常を生じたとき、待機中の制御手段に切換えることで運
転を継続する、電力変換装置の制御装置に関する。

〔従来の技術〕

第３図は電力変換装置で電動機を駆動する一般的な例を
示した回路図である。この第３図においては、例えば直
流中間回路付き周波数変換装置である電力変換装置４が
交流電源２からの交流電力を所望の周波数の交流電力に
変換し、この交流電力で例えば同期電動機５を可変速駆
動する、いわゆる無整流子電動機を構成している。ここ
で符号８は電力変換装置４を制御する制御回路であっ
て、たとえば、外部から速度目標値信号Ｎ^＊を入力し、
交流電源２に接続された変流器３からは電流実際値信号
Ｉを、また電動機５に結合された速度発信機６からは速
度実際値信号Ｎをこの制御回路８へ入力することによ
り、電力変換装置４が過電流にならないように電流を抑
制しつつ、電動機５の速度が目標値Ｎ^＊を維持するよう
な点弧パルス信号Ｄが、制御回路８から電力変換装置４
へ与えられる。

この電動機５が、プラントで重要な役割りを果たしてい
る場合に、制御回路８に異常を生じて制御不能になる
と、当該電動機５が運転できなくなるばかりでなく、プ
ラント全体が停止することがある。そこで、これを回避
するために、重要な電力変換装置には複数（たとえば２
組）の制御回路を備えておき、常用の制御回路が故障す
れば待機中の制御回路に切換えることで、プラントの運
転継続を図るようにしている。

第４図は２組の制御回路を備えた電力変換装置の従来例
を示したブロック図である。この第４図において、10は
制御装置であり、これの内部構成が第３図における制御
装置８と異なっているだけで、他は第３図のものと同じ
である。この制御装置10は、電力変換装置４を制御する
機能をそれぞれが備えている２つの制御回路11,12と切
換装置13とで構成されている。両制御回路11,12には、
ともに速度目標値信号Ｎ^＊、速度実際値信号Ｎならびに
電流実際値信号Ｉが入力され、これにもとづいて制御回
路11は点弧パルス信号C1を、また制御回路12は点弧パル
ス信号C2を、それぞれ別個に出力する。

ここで、制御回路11が常用、かつ制御回路12が待機に設
定されたとすると、切換装置13から制御回路11への状態
信号A1は「常用」となり、制御回路11が出力する点弧パ
ルス信号C1が切換装置13を経て電力変換装置４へ与えら
れる。また、切換装置13から制御回路12への状態信号A2
は「待機」となっていることから、当該制御回路12の点
弧パルス信号C2は阻止されている。

ここで、制御回路11に異常を生じたことを検出すると、
制御回路11から切換装置への故障信号B1が「異常」とな
るので、この切換装置13は点弧パルス信号をC1からC2に
切換えて電力変換装置４へ送出するので、この電力変換
装置４は運転を継続できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、制御回路11が故障して待機中の制御回路12に
切換える場合に、電力変換装置４を通電状態のままで切
換えを行うと、点弧位相の急変によりかえって転流失敗
を起こすことがある。それ故異常検出により、まず電力
変換装置４の主回路電流が零になる方向に点弧パルス信
号C1をシフトする。この場合に制御回路12の点弧パルス
信号C2も待機中に既に同様にシフトされている。次いで
電力変換装置４の主回路電流が零になったことを確認し
たのち、切換装置13は点弧パルス信号をC1からC2に切換
え、その後に主回路電流を元の値に戻すように、制御回
路12に与えられているシフト部分を解除する。

制御回路を常用側から待機側に切換えるにあたっては、
上述の手順に従わなければならないが、常用制御回路の
異常が点弧パルス発生部にある場合には、主回路電流を
零にするようなパルスシフトが行えず、従って待機中の
制御回路への切換えができないという不都合を生じる。
またマイクロコンピュータを使用し、デジタル量で直接
制御（DDC）を行う制御回路では、マイクロコンピュー
タの故障や暴走による場合も、主回路電流を零にするこ
とができないので、故障の拡大、あるいはプラント全体
の停止など、事故が拡大するおそれもある。

そこでこの発明の目的は、複数の制御回路を備えた電力
変換装置において、常用の制御回路がどのような故障で
あっても、確実に待機中の制御回路に切換えられるよう
にして、電力変換装置が運転不能になるのを回避するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

半導体スイッチ素子で構成された電力変換装置に、これ
を制御する制御手段の複数組を備え、これらの制御手段
のいずれかと前記電力変換装置とを組合わせて運転中
に、この制御手段の異常を検出すれば、待機中の制御手
段に切換えて運転を継続する電力変換装置において、前
記電力変換装置の主回路電流を零に制御する保護信号を
出力する保護手段と、使用中の制御手段の異常を検出す
れば、この異常制御手段の出力信号を前記の保護信号に
切換える第１信号切換手段と、この切換え後に前記電力
変換装置の主回路電流零を検出すれば、前記保護信号を
待機中の他の制御手段の出力信号に切換える第２信号切
換手段とを備えるものとする。

〔作用〕

この発明は、複数の制御手段を備え、常用制御手段が故
障のときは、被制御対象である電力変換装置の主回路電
流が零となる方向に制御し、電流零検出後に待機中の制
御手段に切換えるのであるが、主回路電流を零方向に制
御することができない故障に備えて、あらかじめ主回路
電流を零にしぼりこむ保護信号を出力する保護手段を設
けておき、常用制御手段の異常を検出すれば、第１信号
切換手段により常用制御手段から保護手段に切換え、つ
いで主回路電流零を検出すればこの保護手段から待機制
御手段に切換えることにより、電力変換装置の暴走を予
防し、制御手段の確実な切換えを図る。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例を示すブロック図である。この
第１図では、交流電源２からの交流電力を、電力変換装
置４により可変周波数の交流電力に変換して同期電動機
５を可変速駆動する、いわゆる無整流子電動機が構成さ
れているのは、第３図において既述の回路の場合と同じ
である。またこの電力変換装置４を制御するために、常
用の制御回路11と、この制御回路11が故障した場合の予
備として待機している制御回路12と、この両者のいずれ
かを選択して電力変換装置４へ符号Ｄなる点弧パルス信
号を送出する切換装置30とが備えられている制御装置20
があり、これら制御回路11と制御回路12とには、交流電
源２に設置されている変流器３からの電流実際値信号Ｉ
と、電動機５に結合されている速度発信機６からの速度
実際値信号Ｎ、ならびに外部から与えられる速度目標値
信号Ｎ^＊がそれぞれ入力されるようになっているのも、
第４図において既述の従来例回路の場合と同じである。

本発明においては、制御装置20の内部に保護回路15が設
けられていて、この保護回路15からは、電力変換装置４
の主回路電流を零にシフトさせる、符号Ｅなる保護信号
としての点弧パルス信号を出力するようになっていて、
切換装置30がこの保護信号Ｅを選択して電力変換装置４
へ与えるならば、使用中の制御回路の異常が点弧パルス
発生部であっても、電力変換装置４の主回路電流を確実
に零にすることができる。

いま、制御回路11を使用しているとき、制御回路12は予
備機となっているので、状態信号A1は「常用」を、また
状態信号A2は「待機」となっており、これに従って制御
回路11が出力する点弧パルス信号C1が切換装置30を経て
符号Ｄなる点弧パルス信号になって電力変換装置４に与
えられる。このとき保護回路15からの保護信号Ｅは切換
装置30で阻止されており、電力変換装置４には伝わって
いない。

ここで使用中の制御装置11に異常を生じたことが判明す
ると、この制御回路11から切換装置30への故障信号B1が
「正常」から「異常」に変化するのに従って、この切換
装置30は、電力変換装置４へ与える点弧パルス信号Ｄを
B1からＥに切換える。すなわち電力変換装置４の主回路
電流を零にシフトする点弧信号が与えられることになる
ので、電流実際値信号Ｉが零になったことを検出する
と、切換装置30は保護回路15からの保護信号Ｅを制御回
路12からの点弧パルス信号C2に切換えるので、待機中の
制御回路12の動作により、電力変換装置４の主回路電流
は零から立上って、再び従前の運転を行うこととなる。

第２図は第１図に示した実施例回路に使用している切換
装置の内部をあらわした結線図であって、切換装置30は
第１切換信号発生回路31、第１信号切換回路32、第２切
換信号発生回路41および第２信号切換回路42で構成され
ている。またここで使用している信号切換回路32は論理
積素子33と34、ならびに論理和素子45で構成され、同様
に信号切換回路42も論理積素子43と44、ならびに論理和
素子45で構成されている。

第２図に示す切換装置30の動作は次のとおりである。い
ま制御回路11を使用し、制御回路12が予備の状態にある
とき、切換信号発生回路41が出力する状態信号A1は「常
用」で、状態信号A2は「待機」であり、このとき、この
切換信号発生回路41の出力信号Ｆは論理１信号を出力す
る。よって制御回路11からの点弧パルス信号C1は信号切
換回路42を構成している論理積素子43と論理和素子45と
を経て信号切換回路32へ出力されるが、制御回路12から
の点弧パルス信号C2は、論理積素子44により阻止され
る。

このとき制御回路11が正常であれば、故障信号B1が「正
常」であることから、切換信号発生回路41から切換信号
発生回路31への出力信号Ｊも「正常」であり、従って切
換信号発生回路31の出力信号Ｇは論理１信号であり、従
って前述の符号C1なる点弧パルス信号は、信号切換回路
32を構成している論理積素子33と論理和素子35とを経
て、信号Ｄとなって電力変換装置４へ与えられることに
なるが、保護回路15が出力する保護信号Ｅは論理積素子
34により阻止されている。

ここで使用中に制御回路11に異常を生じたとする。この
異常は、当該制御回路11に備えられている自己診断機能
により判明する場合もあるが、この異常の結果としてシ
ステムの不調（たとえば過電流の発生など）を生じ、そ
れを検出することで判明する場合もある。この異常検出
により、制御回路11からの故障信号B1は「異常」とな
り、切換信号発生回路41は信号B1が「異常」に変化した
ことを受けて、これが出力する信号Ｆを論理１信号から
論理零信号に変化させるとともに、信号Ｊを「正常」か
ら「異常」に変化させる。

切換信号発生回路31は信号Ｊが「異常」に切換わったこ
とを受けてその出力信号Ｇを論理１信号から論理零信号
に変化させるので、それまで信号切換回路42から出力さ
れていた符号Ｈなる信号はここで阻止されるが、保護回
路15からの保護信号Ｅが論理積素子34と論理和素子35と
を経て電力変換装置４へ与えられるので、この電力変換
装置４はその主回路電流を零にシフトさせることにな
る。なおこのとき信号切換回路42の出力信号Ｈは、切換
信号発生回路41の出力信号Ｆが論理零信号に切換わった
ことに連動して、制御回路11が出力する点弧パルス信号
C1から制御回路12が出力する点弧パルス信号C2に切換わ
っている。

電力変換装置４の主回路電流が零になったことは、変流
器３で検出されるので、切換信号発生回路31へ入力する
電流実際値信号Ｉが零になると、この切換信号発生回路
31の出力信号Ｇは再び論理１信号に戻るので、信号切換
回路32では、保護信号Ｅの出力を阻止するとともに、切
換信号発生回路41からの信号Ｈをそのまま電力変換装置
４へ与えるのであるが、この信号Ｈは、前述したように
制御回路12が出力するC2なる点弧パルス信号である。

かくして常用していた制御回路11に異常を生じると、電
力変換装置４に入力される点弧パルス信号は、制御回路
11が出力する信号C1→保護回路15が出力する信号Ｅ→制
御回路12が出力する信号C2の順序で自動的に切換わり、
電力変換装置４は主回路電流零を確認する時間や、点弧
パルス信号の切換え時間など、若干の休止時間は必要と
するけれども、引続き運転を継続することができる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、半導体スイッチ素子で構成された電
力変換装置を制御している常用の制御手段に異常を生じ
たことを検知すると、この電力変換装置の主回路電流を
零にシフトする保護信号を出力している保護手段に切換
え、主回路電流が零になったことを確認したのちに待機
していた他の制御手段に切換えるようにしているので、
常用制御手段で発生した異常が、たとえ点弧パルス発生
部であっても、この電力変換装置が制御不能、あるいは
暴走などの危険状態におちいることなく待機の制御手段
に切換えることができるので、当該電力変換装置は若干
の時間休止するのみで運転を再開できるので、プラント
やシステムに大きな影響を与えることがなく、かつ制御
手段の異常が電力変換装置に波及して、この変換装置を
も破損させる危険を回避させることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の実施例を示すブロック図、第２図は第
１図に示した実施例回路に使用している切換装置の内部
をあらわした結線図であり、第３図は電力変換装置で電
動機を駆動する一般的な例を示した回路図、第４図は２
組の制御回路を備えた電力変換装置の従来例を示したブ
ロック図である。 ２……交流電源、３……変流器、４……電力変換装置、
５……電動機、６……速度発信機、８……制御回路、1
0,20……制御装置、11,12……制御回路、13,30……切換
装置、15……保護回路、31,41……第１切換信号発生回
路、32,42……信号切換回路、33,34,43,44……論理積素
子、35,45……論理和素子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体スイッチ素子で構成された電力変換
   装置に、これを制御する制御手段の複数組を備え、これ
   らの制御手段のいずれかと前記電力変換装置とを組合せ
   て運転中に、この制御手段の異常を検出すれば、待機中
   の制御手段に切換えて運転を継続する電力変換装置にお
   いて、前記電力変換装置の主回路電流を零にする保護信
   号を出力する保護手段と、使用中の制御手段の異常を検
   出すれば、この異常制御手段の出力信号を前記の保護信
   号に切換える第１信号切換手段と、この切換え後に前記
   電力変換装置の主回路電流零を検出すれば、前記保護信
   号を待機中の他の制御手段の出力信号に切換える第２信
   号切換手段とを備えていることを特徴とする電力変換装
   置の制御装置。