JPH09294375A - 電力変換器のコンデンサ容量判定装置 - Google Patents
電力変換器のコンデンサ容量判定装置Info
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- JPH09294375A JPH09294375A JP8106823A JP10682396A JPH09294375A JP H09294375 A JPH09294375 A JP H09294375A JP 8106823 A JP8106823 A JP 8106823A JP 10682396 A JP10682396 A JP 10682396A JP H09294375 A JPH09294375 A JP H09294375A
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- voltage
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Abstract
(57)【要約】
【課題】単相交流を直流に変換し、この直流を交流に変
換する電力変換器で、外部回路条件に左右されることな
く、安定的かつ高精度にコンデンサ容量の低下を判定可
能とする。 【解決手段】単相交流を直流に変換し、この直流を交流
に変換する電力変換器で、直流中間回路のコンデンサ４
の交流電圧変動を検出８１し、この検出結果と基準値
１，２とを比較８３，８４することにより分圧コンデン
サ４の容量低下を判定する手段８を備える。
換する電力変換器で、外部回路条件に左右されることな
く、安定的かつ高精度にコンデンサ容量の低下を判定可
能とする。 【解決手段】単相交流を直流に変換し、この直流を交流
に変換する電力変換器で、直流中間回路のコンデンサ４
の交流電圧変動を検出８１し、この検出結果と基準値
１，２とを比較８３，８４することにより分圧コンデン
サ４の容量低下を判定する手段８を備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電力変換器のコンデ
ンサ容量判定装置に関する。
ンサ容量判定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電力変換器に備えられた直流側コンデン
サの容量を検出する技術として、直流中間回路の初期充
電時の波形を利用して、その時定数の測定によって容量
値を推定する技術がある。
サの容量を検出する技術として、直流中間回路の初期充
電時の波形を利用して、その時定数の測定によって容量
値を推定する技術がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、電
源電圧や充電用抵抗等によってコンデンサの充電時間が
左右されるため、コンデンサ容量の高精度な検出には外
部回路条件の正確な検出が前提となる。
源電圧や充電用抵抗等によってコンデンサの充電時間が
左右されるため、コンデンサ容量の高精度な検出には外
部回路条件の正確な検出が前提となる。
【０００４】本発明の目的は、単相交流を直流に変換
し、この直流を交流に変換する電力変換器において、外
部回路条件に左右されることなく、安定的かつ高精度に
コンデンサ容量の低下を判定可能な装置を提供すること
にある。
し、この直流を交流に変換する電力変換器において、外
部回路条件に左右されることなく、安定的かつ高精度に
コンデンサ容量の低下を判定可能な装置を提供すること
にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は単相交流を直流に変換し、この直流を交流
に変換する電力変換器において、直流中間回路のコンデ
ンサの交流電圧変動を検出し、この検出結果と基準値と
を比較する手段を備える。
め、本発明は単相交流を直流に変換し、この直流を交流
に変換する電力変換器において、直流中間回路のコンデ
ンサの交流電圧変動を検出し、この検出結果と基準値と
を比較する手段を備える。
【０００６】外部回路条件の影響を受けない直流中間回
路のコンデンサの交流電圧変動成分を検出し、この振幅
値が所定の基準値を越えたときコンデンサ容量が低下し
たと判定するように動作する。
路のコンデンサの交流電圧変動成分を検出し、この振幅
値が所定の基準値を越えたときコンデンサ容量が低下し
たと判定するように動作する。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１に本発明の一実施例を示す。
図１は電気車駆動用のＰＷＭコンバータ・インバータシ
ステムに適用した場合の例である。
図１は電気車駆動用のＰＷＭコンバータ・インバータシ
ステムに適用した場合の例である。
【０００８】図１で、１は単相交流電圧源である架線、
２は架線電圧をコンバータに適した入力電圧に変換する
単相変圧器、３ａ及び３ｂは第一の変換器であるコンバ
ータを構成するスイッチングアーム、４は直流中間回路
に設置したコンデンサ、５ａ〜５ｃは第二の電力変換器
であるインバータを構成するスイッチングアーム、６は
負荷装置である誘導電動機である。ここで、３ａにおけ
る３１及び３２は、フリーホイール用の整流素子を備え
た自己消弧可能なスイッチング素子であり、オン・オフ
制御により交流電圧をパルス幅変調（ＰＷＭ）制御す
る。この例ではＩＧＢＴとしたが、ＧＴＯ，トランジス
タ等でも良い。また、３ａ，３ｂ及び５ａ〜５ｃは同一
の構成である。
２は架線電圧をコンバータに適した入力電圧に変換する
単相変圧器、３ａ及び３ｂは第一の変換器であるコンバ
ータを構成するスイッチングアーム、４は直流中間回路
に設置したコンデンサ、５ａ〜５ｃは第二の電力変換器
であるインバータを構成するスイッチングアーム、６は
負荷装置である誘導電動機である。ここで、３ａにおけ
る３１及び３２は、フリーホイール用の整流素子を備え
た自己消弧可能なスイッチング素子であり、オン・オフ
制御により交流電圧をパルス幅変調（ＰＷＭ）制御す
る。この例ではＩＧＢＴとしたが、ＧＴＯ，トランジス
タ等でも良い。また、３ａ，３ｂ及び５ａ〜５ｃは同一
の構成である。
【０００９】図１における７は電力変換器の制御回路で
あり、メイン制御部７１，コンバータＰＷＭ制御部７２
及びインバータＰＷＭ制御部７３からなる。メイン制御
部７１は、コンバータＰＷＭ制御部７２に直流電圧指令
Ｅｄ*，ゲートスタート／ストップ信号ＧＳ１* 等を入
力し、インバータＰＷＭ制御部７３にインバータ周波数
指令Ｆｉ*，出力電圧指令Ｅ*、及びゲートスタート／ス
トップ信号ＧＳ２*等を入力し、コンバータＰＷＭ制御
部７２とインバータＰＷＭ制御部７３はゲート信号（オ
ン・オフ信号）を出力する。ここで、電圧ｅｄは直流中
間回路のコンデンサ４の電圧であり、その平均電圧をコ
ンバータの出力電圧制御のフィードバック信号として利
用するほか、単相交流電源に接続されたコンバータ特有
の直流中間回路電圧の交流変動に起因して発生するイン
バータ出力電流のビートを抑制するための信号としても
利用している。
あり、メイン制御部７１，コンバータＰＷＭ制御部７２
及びインバータＰＷＭ制御部７３からなる。メイン制御
部７１は、コンバータＰＷＭ制御部７２に直流電圧指令
Ｅｄ*，ゲートスタート／ストップ信号ＧＳ１* 等を入
力し、インバータＰＷＭ制御部７３にインバータ周波数
指令Ｆｉ*，出力電圧指令Ｅ*、及びゲートスタート／ス
トップ信号ＧＳ２*等を入力し、コンバータＰＷＭ制御
部７２とインバータＰＷＭ制御部７３はゲート信号（オ
ン・オフ信号）を出力する。ここで、電圧ｅｄは直流中
間回路のコンデンサ４の電圧であり、その平均電圧をコ
ンバータの出力電圧制御のフィードバック信号として利
用するほか、単相交流電源に接続されたコンバータ特有
の直流中間回路電圧の交流変動に起因して発生するイン
バータ出力電流のビートを抑制するための信号としても
利用している。
【００１０】一方、８は本発明の特徴部分に相当するコ
ンデンサ容量判定回路である。このコンデンサ容量判定
回路８は、直流中間回路のコンデンサ電圧から交流変動
成分を検出する交流成分検出器８１，検出された交流成
分の振幅値（大きさ）を検出する最大値検出器８２，第
一の比較器８３，第二の比較器８４、及び交流電圧の振
幅値及びこれに関連する制御変数あるいはフィードバッ
ク信号の履歴を記録するメモリ８５から構成される。９
１は第一の比較器によって判定されるコンデンサ容量の
低下を警告するための外部表示器である。９２はメモリ
８５の記録データを読み出すための回路である。当然な
がら、表示器９１やモニタ９２はコンデンサ容量判定回
路８や電力変換器制御回路７などの内部にあっても良
い。
ンデンサ容量判定回路である。このコンデンサ容量判定
回路８は、直流中間回路のコンデンサ電圧から交流変動
成分を検出する交流成分検出器８１，検出された交流成
分の振幅値（大きさ）を検出する最大値検出器８２，第
一の比較器８３，第二の比較器８４、及び交流電圧の振
幅値及びこれに関連する制御変数あるいはフィードバッ
ク信号の履歴を記録するメモリ８５から構成される。９
１は第一の比較器によって判定されるコンデンサ容量の
低下を警告するための外部表示器である。９２はメモリ
８５の記録データを読み出すための回路である。当然な
がら、表示器９１やモニタ９２はコンデンサ容量判定回
路８や電力変換器制御回路７などの内部にあっても良
い。
【００１１】以下、図１から図３を用いて動作を説明す
る。
る。
【００１２】図２に主回路構成を示す。単相交流を電源
とするＰＷＭコンバータでは、運転時に単相電源周波数
の２倍の周波数の交流的変動が直流中間回路のコンデン
サに発生する。図３に動作波形の一例を示す。図３は、
電源電圧ｅｓに対してコンバータ入力電流ｉｓ（電源電
流に等しい）を同相（電源力率１）に制御した場合の例
である。ここで、コンバータ入力電圧ｅｃは電源電圧ｅ
ｓに対して制御角θｓで運転される。実際には、コンバ
ータ入力電圧ｅｃはＰＷＭ制御された電圧パルスからな
る交流電圧であるが、ここでは基本波を示した。この時
のコンバータ出力電流ｉｄは、コンバータ入力電圧ｅｃ
が正弦波であると仮定すると、図３(ｂ)に示すように、
平均電流Ｉｄと電源電圧の２倍周波数成分の和となる。
交流成分ΔＩｄは、
とするＰＷＭコンバータでは、運転時に単相電源周波数
の２倍の周波数の交流的変動が直流中間回路のコンデン
サに発生する。図３に動作波形の一例を示す。図３は、
電源電圧ｅｓに対してコンバータ入力電流ｉｓ（電源電
流に等しい）を同相（電源力率１）に制御した場合の例
である。ここで、コンバータ入力電圧ｅｃは電源電圧ｅ
ｓに対して制御角θｓで運転される。実際には、コンバ
ータ入力電圧ｅｃはＰＷＭ制御された電圧パルスからな
る交流電圧であるが、ここでは基本波を示した。この時
のコンバータ出力電流ｉｄは、コンバータ入力電圧ｅｃ
が正弦波であると仮定すると、図３(ｂ)に示すように、
平均電流Ｉｄと電源電圧の２倍周波数成分の和となる。
交流成分ΔＩｄは、
【００１３】
【数１】
【００１４】ここに、ａ：コンバータ変調率 Ｉｓ：コンバータ入力電流（基本波実効値） で近似的に求められる。一方、インバータ入力電流ｉin
v は、スイッチングに起因した高調波成分を無視すれ
ば、インバータのビートレス制御を実施した場合には、
ほぼ直流電流と見なすことができる。
v は、スイッチングに起因した高調波成分を無視すれ
ば、インバータのビートレス制御を実施した場合には、
ほぼ直流電流と見なすことができる。
【００１５】したがって、コンデンサ電圧ｅｄは、
（ｃ）に示すような波形となり、この時の電圧変動の振
幅をΔＥとすると、次式で与えられる。
（ｃ）に示すような波形となり、この時の電圧変動の振
幅をΔＥとすると、次式で与えられる。
【００１６】
【数２】
【００１７】ここに、ω：電源角周波数 Ｃ：コンデンサ容量 ΔＥはコンバータ変調率（コンバータ入力電圧基本波振
幅をコンデンサ平均電圧で規格化した値），コンバータ
入力電流等の制御変数とコンデンサ容量から一義的に定
まり、電源電圧やコンデンサ容量以外の外部回路定数に
依存しない。ΔＥが求まれば、コンデンサ容量Ｃは直ち
に求められる。
幅をコンデンサ平均電圧で規格化した値），コンバータ
入力電流等の制御変数とコンデンサ容量から一義的に定
まり、電源電圧やコンデンサ容量以外の外部回路定数に
依存しない。ΔＥが求まれば、コンデンサ容量Ｃは直ち
に求められる。
【００１８】本発明は、この単相コンバータ特有の性質
を利用したものである。すなわち、図１で、交流成分検
出器８１によりコンデンサ電圧の交流成分を検出し、そ
の振幅値を最大値検出器８２で検出する。この最大値検
出器８２は交流成分の振幅値を検出するだけでなく、時
々刻々と変化する運転状態のもとでの最大の電圧振幅を
検出する役割を果たすこともできる。第一の比較器８３
は数２の関係から定まるΔＥの許容値である基準値１と
検出結果とを比較して、ΔＥが基準値１よりも大きいと
きには出力ＣＣ１に“１”を出力する（通常は“０”を
出力）。ここで、基準値１はΔＥ＋α１に設定する（α
１は所定値）。または、基準値１をΔＥmax＋α１に設
定しても良い（ΔＥmaxは通常の運転で想定されるΔＥ
の最大値）。表示器９１は、ＣＣ１が“１”となったと
きコンデンサ容量が低下したことを示す表示を出力す
る。この実施例では、外部回路条件に左右されることな
く、安定的かつ高精度にコンデンサ容量の低下を検出で
きる。
を利用したものである。すなわち、図１で、交流成分検
出器８１によりコンデンサ電圧の交流成分を検出し、そ
の振幅値を最大値検出器８２で検出する。この最大値検
出器８２は交流成分の振幅値を検出するだけでなく、時
々刻々と変化する運転状態のもとでの最大の電圧振幅を
検出する役割を果たすこともできる。第一の比較器８３
は数２の関係から定まるΔＥの許容値である基準値１と
検出結果とを比較して、ΔＥが基準値１よりも大きいと
きには出力ＣＣ１に“１”を出力する（通常は“０”を
出力）。ここで、基準値１はΔＥ＋α１に設定する（α
１は所定値）。または、基準値１をΔＥmax＋α１に設
定しても良い（ΔＥmaxは通常の運転で想定されるΔＥ
の最大値）。表示器９１は、ＣＣ１が“１”となったと
きコンデンサ容量が低下したことを示す表示を出力す
る。この実施例では、外部回路条件に左右されることな
く、安定的かつ高精度にコンデンサ容量の低下を検出で
きる。
【００１９】さらに、第二の比較器８４は、最大値検出
器８２の出力が基準値２を越えたとき出力ＣＣ２に
“１”を出力する（通常は“０”を出力）。ここで、基
準値２はΔＥ＋α２か（α２は所定値、α２＞α１）、
または、ΔＥmax ＋α２に設定される。その結果、メイ
ン制御部７１はゲートスタート／ストップ条件をゲート
ストップに固定し、コンバータＰＷＭ制御部とインバー
タＰＷＭ制御部の働きによりコンバータ及びインバータ
の運転を停止する。これにより、コンデンサ容量が異常
に低下した際に、それに伴うコンバータ及びインバータ
の異常動作を未然に防止することが可能となる。
器８２の出力が基準値２を越えたとき出力ＣＣ２に
“１”を出力する（通常は“０”を出力）。ここで、基
準値２はΔＥ＋α２か（α２は所定値、α２＞α１）、
または、ΔＥmax ＋α２に設定される。その結果、メイ
ン制御部７１はゲートスタート／ストップ条件をゲート
ストップに固定し、コンバータＰＷＭ制御部とインバー
タＰＷＭ制御部の働きによりコンバータ及びインバータ
の運転を停止する。これにより、コンデンサ容量が異常
に低下した際に、それに伴うコンバータ及びインバータ
の異常動作を未然に防止することが可能となる。
【００２０】一方、直流中間回路のコンデンサの交流電
圧変動の履歴をこの電圧変動に関連する制御変数やフィ
ードバック値とともに記録するメモリ８５を設けること
により、コンデンサ容量の経年変化の様子を知ることが
可能となる。ここで、コンデンサの交流電圧変動に関連
する制御変数は、例えば数２に示す変調率ａやコンバー
タ入力電流Ｉｓ等である。また、検出したコンデンサ交
流電圧変動とΔＥの比を記録すれば、より少ないメモリ
量でデータを記録可能である。これにより、容量低下の
恐れのあるコンデンサを容易に見つけることができるよ
うになり、特に、保守作業の軽減や寿命予測に有効とな
る。
圧変動の履歴をこの電圧変動に関連する制御変数やフィ
ードバック値とともに記録するメモリ８５を設けること
により、コンデンサ容量の経年変化の様子を知ることが
可能となる。ここで、コンデンサの交流電圧変動に関連
する制御変数は、例えば数２に示す変調率ａやコンバー
タ入力電流Ｉｓ等である。また、検出したコンデンサ交
流電圧変動とΔＥの比を記録すれば、より少ないメモリ
量でデータを記録可能である。これにより、容量低下の
恐れのあるコンデンサを容易に見つけることができるよ
うになり、特に、保守作業の軽減や寿命予測に有効とな
る。
【００２１】以上の実施例は誘導電動機を駆動するＰＷ
Ｍコンバータ・インバータシステムに適用した例である
が、定周波の交流を出力する電源装置であっても同様の
効果が期待できる。
Ｍコンバータ・インバータシステムに適用した例である
が、定周波の交流を出力する電源装置であっても同様の
効果が期待できる。
【００２２】図４に第二の実施例を示す。交流成分検出
器８１の入力信号がメイン制御部７１内のビートレス制
御部７１１の操作量ΔＦｉとなっている以外は、図１に
示した実施例と同様である。ビートレス制御部７１１
は、コンデンサ電圧ｅｄに基づいて周波数補正量ΔＦｉ
を演算出力する。インバータＰＷＭ制御部７３に与える
インバータ周波数指令Ｆｉ*は、ΔＦｉと通常の周波数
指令Ｆio*の和となる。通常、この周波数補正量ΔＦｉ
はコンデンサ電圧の交流変動成分にほぼ比例しており、
ΔＦｉをｅｄの代わりに用いることができる。本実施例
では、よりシンプルな構成で図１の実施例と同様の効果
を実現できる。
器８１の入力信号がメイン制御部７１内のビートレス制
御部７１１の操作量ΔＦｉとなっている以外は、図１に
示した実施例と同様である。ビートレス制御部７１１
は、コンデンサ電圧ｅｄに基づいて周波数補正量ΔＦｉ
を演算出力する。インバータＰＷＭ制御部７３に与える
インバータ周波数指令Ｆｉ*は、ΔＦｉと通常の周波数
指令Ｆio*の和となる。通常、この周波数補正量ΔＦｉ
はコンデンサ電圧の交流変動成分にほぼ比例しており、
ΔＦｉをｅｄの代わりに用いることができる。本実施例
では、よりシンプルな構成で図１の実施例と同様の効果
を実現できる。
【００２３】当然ながら、この技術は電力変換器の交流
側電圧レベル数（２レベル，３レベル、あるいはそれ以
上）に関係なく適用可能である。
側電圧レベル数（２レベル，３レベル、あるいはそれ以
上）に関係なく適用可能である。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、単相交流を直流に変換
し、この直流を交流に変換する電力変換器で、外部回路
条件に左右されることなく、安定的かつ高精度にコンデ
ンサ容量を判定できる。
し、この直流を交流に変換する電力変換器で、外部回路
条件に左右されることなく、安定的かつ高精度にコンデ
ンサ容量を判定できる。
【図１】第一の実施例を示すブロック図。
【図２】主回路構成の説明図。
【図３】動作波形の説明図。
【図４】第二の実施例の説明図。
１…架線、２…変圧器、３ａ，３ｂ，５ａ〜５ｃ…スイ
ッチングアーム、４…コンデンサ、６…誘導電動機、７
…制御回路、８…コンデンサ容量判定回路、３０〜３３
…スイッチング素子、７１…メイン制御部、７２…コン
バータ制御部、７３…インバータ制御部、９１…表示
器、９２…モニタ。
ッチングアーム、４…コンデンサ、６…誘導電動機、７
…制御回路、８…コンデンサ容量判定回路、３０〜３３
…スイッチング素子、７１…メイン制御部、７２…コン
バータ制御部、７３…インバータ制御部、９１…表示
器、９２…モニタ。
Claims (3)
- 【請求項１】単相交流を直流に変換する第一の電力変換
器と、直流を交流に変換し、負荷に電力を供給する第二
の電力変換器と、前記第一と第二の電力変換器の直流側
に並列接続したコンデンサからなる直流中間回路を備え
た電力変換器において、前記単相交流電源電圧周波数の
２倍の周波数の前記コンデンサの交流電圧変動の大きさ
が所定の基準値より大きくなったとき、前記コンデンサ
の容量が低下したものと判断する手段を備えたことを特
徴とする電力変換器のコンデンサ容量判定装置。 - 【請求項２】請求項１において、前記直流中間回路の前
記コンデンサの交流電圧変動の大きさが第一の基準値を
超えたとき外部に信号を出力し、第一の基準値より大き
な第二の基準値を超えたとき前記第一及び第二の電力変
換器を停止する手段を備えた電力変換器のコンデンサ容
量判定装置。 - 【請求項３】請求項１において、前記直流中間回路の前
記コンデンサの交流電圧変動の大きさを定期的に記憶す
る手段を備えた電力変換器のコンデンサ容量判定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8106823A JPH09294375A (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 電力変換器のコンデンサ容量判定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8106823A JPH09294375A (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 電力変換器のコンデンサ容量判定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09294375A true JPH09294375A (ja) | 1997-11-11 |
Family
ID=14443511
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8106823A Pending JPH09294375A (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 電力変換器のコンデンサ容量判定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09294375A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0924120A2 (de) * | 1997-12-17 | 1999-06-23 | Siemens Aktiengesellschaft | Einspeiseschaltung für ein Mehrsystem-Triebfahrzeug |
| JP2009011107A (ja) * | 2007-06-29 | 2009-01-15 | Toshiba Techno Network Kk | 補修情報報知装置 |
-
1996
- 1996-04-26 JP JP8106823A patent/JPH09294375A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0924120A2 (de) * | 1997-12-17 | 1999-06-23 | Siemens Aktiengesellschaft | Einspeiseschaltung für ein Mehrsystem-Triebfahrzeug |
| JP2009011107A (ja) * | 2007-06-29 | 2009-01-15 | Toshiba Techno Network Kk | 補修情報報知装置 |
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