JPH104626A - ３レベル電力変換器のコンデンサ容量判定装置 - Google Patents
３レベル電力変換器のコンデンサ容量判定装置Info
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- JPH104626A JPH104626A JP8153699A JP15369996A JPH104626A JP H104626 A JPH104626 A JP H104626A JP 8153699 A JP8153699 A JP 8153699A JP 15369996 A JP15369996 A JP 15369996A JP H104626 A JPH104626 A JP H104626A
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- H02H7/16—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for capacitors
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】３レベル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とする。 【解決手段】３レベル電力変換器の直流側に設置される
分圧コンデンサの中間電位点の交流的な電圧変動を検出
し、この検出結果と基準値とを比較することにより分圧
コンデンサの容量低下を判定する手段を備える。
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】３レベル電力変換器の直流側に設置される
分圧コンデンサの中間電位点の交流的な電圧変動を検出
し、この検出結果と基準値とを比較することにより分圧
コンデンサの容量低下を判定する手段を備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、直流を交流または
交流を直流に変換する３レベル電力変換器に係わり、特
に直流側の分圧コンデンサの保守性向上と保護に関す
る。
交流を直流に変換する３レベル電力変換器に係わり、特
に直流側の分圧コンデンサの保守性向上と保護に関す
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、直流電源投入時の初期
充電波形を利用して、その時定数の測定によって容量値
を推定する技術が知られている。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。
サの容量を検出する技術として、直流電源投入時の初期
充電波形を利用して、その時定数の測定によって容量値
を推定する技術が知られている。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。
【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、３レベル電力変換器にお
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実現
することにある。
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実現
することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的は、３レベル電
力変換器において、直流側に設置される分圧コンデンサ
の中間電位点（以下、中性点と称する）の交流的な電圧
変動を検出し、この検出結果と基準値とを比較する手段
を備えることにより達成される。
力変換器において、直流側に設置される分圧コンデンサ
の中間電位点（以下、中性点と称する）の交流的な電圧
変動を検出し、この検出結果と基準値とを比較する手段
を備えることにより達成される。
【０００６】これにより、外部回路条件の影響を受けな
い交流的な中性点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直流コンデンサ容量が低下し
たと判定するように動作する。
い交流的な中性点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直流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３レベルインバータに適用した場
合の例である。
図１は電気車駆動用の３レベルインバータに適用した場
合の例である。
【０００８】図１において、１は直流電圧源である架
線、２１，２２は直流電圧源１の電圧から交流出力側の
零電位に相当する中性点電圧を作り出すためＰＮ間に接
続・分割した分圧コンデンサである。これらの分圧コン
デンサは、従来の２レベルインバータの直流側フィルタ
コンデンサとしての役割も果たしている。３０〜３３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（この例ではＩＧＢＴとしたが、ＧＴ
Ｏ，トランジスタ等でも良い）、３４，３５はコンデン
サの中性点電圧を導出する補助整流素子である。３ａで
Ｕ相一相分のスイッチングアームを構成し、３ｂ及び３
ｃは、３ａと同様の構成で、それぞれＶ相分とＷ相分を
構成する。４はインバータの負荷装置である誘導電動機
である。
線、２１，２２は直流電圧源１の電圧から交流出力側の
零電位に相当する中性点電圧を作り出すためＰＮ間に接
続・分割した分圧コンデンサである。これらの分圧コン
デンサは、従来の２レベルインバータの直流側フィルタ
コンデンサとしての役割も果たしている。３０〜３３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（この例ではＩＧＢＴとしたが、ＧＴ
Ｏ，トランジスタ等でも良い）、３４，３５はコンデン
サの中性点電圧を導出する補助整流素子である。３ａで
Ｕ相一相分のスイッチングアームを構成し、３ｂ及び３
ｃは、３ａと同様の構成で、それぞれＶ相分とＷ相分を
構成する。４はインバータの負荷装置である誘導電動機
である。
【０００９】スイッチングアーム３ａ〜３ｃは、それぞ
れ相毎に独立に動作可能であり、スイッチング素子の選
択的なオン・オフ制御によりインバータ交流側端子に３
レベルの出力電圧を発生する。なお、３レベルインバー
タの主回路の詳細は特開昭51−47848号公報，特開昭56
−74088号公報など、また、ＰＷＭ制御の詳細は特願平3
−301512号などに記載されている。
れ相毎に独立に動作可能であり、スイッチング素子の選
択的なオン・オフ制御によりインバータ交流側端子に３
レベルの出力電圧を発生する。なお、３レベルインバー
タの主回路の詳細は特開昭51−47848号公報，特開昭56
−74088号公報など、また、ＰＷＭ制御の詳細は特願平3
−301512号などに記載されている。
【００１０】図１における５はＰＷＭ制御回路であり、
インバータ出力電圧の周波数指令Ｆｉ＊，電圧指令Ｅ
＊，分圧コンデンサ電圧ｅcp，ｅcn及びゲートスタート
／ストップ信号ＧＳＳ等を入力し、スイッチング素子
（Ｕ相は３０〜３３）に与えるゲート信号（オン・オフ
信号）を出力する。ここで、電圧ｅcp，ｅcnは分圧コン
デンサ２１及び２２の電圧分担を均等化するための中性
点電圧制御に主に利用している。
インバータ出力電圧の周波数指令Ｆｉ＊，電圧指令Ｅ
＊，分圧コンデンサ電圧ｅcp，ｅcn及びゲートスタート
／ストップ信号ＧＳＳ等を入力し、スイッチング素子
（Ｕ相は３０〜３３）に与えるゲート信号（オン・オフ
信号）を出力する。ここで、電圧ｅcp，ｅcnは分圧コン
デンサ２１及び２２の電圧分担を均等化するための中性
点電圧制御に主に利用している。
【００１１】一方、６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６は、中性点電圧の交流成分検出器６１，前記交流
成分の振幅値(大きさ)を検出する最大値検出器６２，第
１の比較器６３，第２の比較器６４、及び前記交流電圧
の振幅値の履歴を記録するメモリ６５から構成される。
７１は第１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。７２はメモ
リ６５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７１やモニタ７２はコンデンサ容量判定
回路６やＰＷＭ制御回路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６は、中性点電圧の交流成分検出器６１，前記交流
成分の振幅値(大きさ)を検出する最大値検出器６２，第
１の比較器６３，第２の比較器６４、及び前記交流電圧
の振幅値の履歴を記録するメモリ６５から構成される。
７１は第１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。７２はメモ
リ６５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７１やモニタ７２はコンデンサ容量判定
回路６やＰＷＭ制御回路などの内部にあっても良い。
【００１２】以下，図１及び図２を用いて動作を説明す
る。
る。
【００１３】３レベルインバータでは、運転時にインバ
ータ出力周波数の３倍の周波数の交流的変動が、中性点
電圧に発生する。図２に、動作波形の一例を示す。図２
(ｂ)及び（ｃ）に示すように、分圧コンデンサの電圧ｅ
cp，ｅcnは互いに逆位相で、出力電圧・電流の３倍の周
波数で脈動する。この時の電圧変動の振幅をΔＥｏとす
ると、
ータ出力周波数の３倍の周波数の交流的変動が、中性点
電圧に発生する。図２に、動作波形の一例を示す。図２
(ｂ)及び（ｃ）に示すように、分圧コンデンサの電圧ｅ
cp，ｅcnは互いに逆位相で、出力電圧・電流の３倍の周
波数で脈動する。この時の電圧変動の振幅をΔＥｏとす
ると、
【００１４】
【数１】
【００１５】ここに，ａ：変調率 Ｉｍ：インバータ出力電流（基本波実効値） Ｆｉ：インバータ周波数 Ｃ：分圧コンデンサ容量 で与えられ、ΔＥｏは変調率（インバータ出力電圧基本
波振幅を分圧コンデンサ平均電圧で規格化した値），イ
ンバータ出力電流，インバータ周波数等の制御変数とコ
ンデンサ容量から一義的に定まる。ΔＥｏは直流電源電
圧やコンデンサ容量以外の外部回路定数に依存しない。
ΔＥｏが求まれば、コンデンサ容量Ｃは直ちに求められ
ることはいうまでもない。
波振幅を分圧コンデンサ平均電圧で規格化した値），イ
ンバータ出力電流，インバータ周波数等の制御変数とコ
ンデンサ容量から一義的に定まる。ΔＥｏは直流電源電
圧やコンデンサ容量以外の外部回路定数に依存しない。
ΔＥｏが求まれば、コンデンサ容量Ｃは直ちに求められ
ることはいうまでもない。
【００１６】本発明は、この３レベルインバータ特有の
性質を利用したものである。すなわち、図１において、
交流成分検出器６１により中性点電圧に含まれる交流成
分を検出し、その振幅値を最大値検出器６２で検出す
る。この最大値検出器６２は前記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１の比較器６３は（数１）の関係から定まるΔＥ
ｏの許容値の基準値１と検出結果とを比較して、ΔＥｏ
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）。表示器７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。
性質を利用したものである。すなわち、図１において、
交流成分検出器６１により中性点電圧に含まれる交流成
分を検出し、その振幅値を最大値検出器６２で検出す
る。この最大値検出器６２は前記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１の比較器６３は（数１）の関係から定まるΔＥ
ｏの許容値の基準値１と検出結果とを比較して、ΔＥｏ
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）。表示器７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。
【００１７】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
を検出できる効果がある。
ることなく、安定的かつ高精度にコンデンサ容量の低下
を検出できる効果がある。
【００１８】さらに、基準値２が基準値１よりも大きく
設定された第２の比較器６４は、最大値検出器６２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）。その結果、ゲートスタート
／ストップ条件がゲートストップに固定され、ＰＷＭ制
御回路は主回路の運転を停止する。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。
設定された第２の比較器６４は、最大値検出器６２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）。その結果、ゲートスタート
／ストップ条件がゲートストップに固定され、ＰＷＭ制
御回路は主回路の運転を停止する。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。
【００１９】一方、中性点電圧の交流的変動の履歴を記
録するメモリ６５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
うになる。特に、保守作業の軽減に有効となる。
録するメモリ６５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
うになる。特に、保守作業の軽減に有効となる。
【００２０】以上の実施例は３レベルインバータに適用
した場合であるが、交流を直流に変換する３レベルコン
バータであっても同様の効果が期待できる。
した場合であるが、交流を直流に変換する３レベルコン
バータであっても同様の効果が期待できる。
【００２１】本発明は、交流出力電圧が半周期間に同一
極性の電圧パルス列から構成されるユニポーラ変調制御
時に特に高精度な判定が可能である特徴がある。
極性の電圧パルス列から構成されるユニポーラ変調制御
時に特に高精度な判定が可能である特徴がある。
【００２２】図３に第２の実施例を示す。交流成分検出
器６１の入力信号が分圧コンデンサ電圧ｅcp及びｅcnの
差分となっている以外は、図１に示した実施例と同様で
ある。本実施例では、交流成分検出器６１の入力信号に
含まれる直流成分が微小であり、交流成分を効率よく検
出可能である。
器６１の入力信号が分圧コンデンサ電圧ｅcp及びｅcnの
差分となっている以外は、図１に示した実施例と同様で
ある。本実施例では、交流成分検出器６１の入力信号に
含まれる直流成分が微小であり、交流成分を効率よく検
出可能である。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、３レベル電力変換器に
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を判定できる効果がある。
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を判定できる効果がある。
【図１】本発明の第１の実施例を示す図。
【図２】本発明の動作波形を説明する図。
【図３】本発明の第２の実施例を説明する図。
１…架線、３ａ〜３ｃ…スイッチングアーム、４…誘導
電動機、５…ＰＷＭ制御回路、６…コンデンサ容量判定
回路、２１，２２…分圧コンデンサ、３０〜３３…スイ
ッチング素子、３４，３５…補助整流素子、７１…表示
器、７２…モニタ。
電動機、５…ＰＷＭ制御回路、６…コンデンサ容量判定
回路、２１，２２…分圧コンデンサ、３０〜３３…スイ
ッチング素子、３４，３５…補助整流素子、７１…表示
器、７２…モニタ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０２Ｐ 7/63 ３０２ Ｈ０２Ｐ 7/63 ３０２Ｋ
Claims (3)
- 【請求項１】直流電圧から高電位，中間電位及び低電位
の３レベルからなる交流電圧を出力する３レベル電力変
換器において、前記電力変換器の直流側に設置された分
圧コンデンサの中間電位点の交流的な電圧変化の大きさ
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３レベル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、前記コンデンサの交流
的な電圧変化の大きさが第１の基準値を超えたとき外部
に信号を出力し、第１の基準値より大きな第２の基準値
を超えたとき前記３レベル電力変換器を停止する手段を
備えたことを特徴とする３レベル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、前記コンデンサの交流
的な電圧変化の大きさを定期的に記憶する手段を備えた
ことを特徴とする３レベル電力変換器のコンデンサ容量
判定装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15369996A JP3173376B2 (ja) | 1996-06-14 | 1996-06-14 | ３レベル電力変換器のコンデンサ容量判定装置 |
| AU23706/97A AU690489B2 (en) | 1996-06-14 | 1997-05-29 | Capacity judging apparatus of capacitor in power converter outputting three level voltage |
| KR1019970023138A KR980006703A (ko) | 1996-06-14 | 1997-06-04 | 3레벌 전력 변환기의 콘덴서 용량 판정장치 |
| ZA9705118A ZA975118B (en) | 1996-06-14 | 1997-06-10 | Capacity judging apparatus of capacitor in power converter outputting three level voltage. |
| CN97112735A CN1169049A (zh) | 1996-06-14 | 1997-06-11 | 三电平电力变换器的电容器容量判定装置 |
| BR9703583A BR9703583A (pt) | 1996-06-14 | 1997-06-16 | Aparelho de avaliação de capacidade de capacitor em um conversor de poténcia que emite uma tensão de trés níveis |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15369996A JP3173376B2 (ja) | 1996-06-14 | 1996-06-14 | ３レベル電力変換器のコンデンサ容量判定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH104626A true JPH104626A (ja) | 1998-01-06 |
| JP3173376B2 JP3173376B2 (ja) | 2001-06-04 |
Family
ID=15568190
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15369996A Expired - Fee Related JP3173376B2 (ja) | 1996-06-14 | 1996-06-14 | ３レベル電力変換器のコンデンサ容量判定装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3173376B2 (ja) |
| KR (1) | KR980006703A (ja) |
| CN (1) | CN1169049A (ja) |
| AU (1) | AU690489B2 (ja) |
| BR (1) | BR9703583A (ja) |
| ZA (1) | ZA975118B (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56108028U (ja) * | 1980-01-22 | 1981-08-21 | ||
| US8829919B2 (en) | 2008-01-21 | 2014-09-09 | The Switch Drive Systems Oy | Method and system for monitoring the condition of capacitors in a DC-voltage intermediate circuit |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102013104847A1 (de) * | 2013-05-10 | 2014-11-13 | Ebm-Papst Mulfingen Gmbh & Co. Kg | "Schutzbeschaltung für Isolationsschäden durch Ausfall von Zwischenkreiskondensatoren" |
| EP3242391B1 (en) * | 2016-05-03 | 2020-03-04 | ABB Schweiz AG | Method for monitoring change in capacitance in electric system and electric system |
| JP7002985B2 (ja) * | 2018-04-12 | 2022-01-20 | 株式会社東芝 | 電力変換装置および電力変換装置の制御方法 |
| CN109347354B (zh) * | 2018-11-26 | 2020-06-05 | 合肥科威尔电源系统股份有限公司 | 基于三次谐波注入的中点电压纹波抑制装置及方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4225912A (en) * | 1978-12-22 | 1980-09-30 | United Technologies Corporation | Control for an auxiliary commutation circuit |
| CH667761A5 (de) * | 1985-06-28 | 1988-10-31 | Bbc Brown Boveri & Cie | Hochspannungs-gleichspannungsquelle. |
-
1996
- 1996-06-14 JP JP15369996A patent/JP3173376B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-05-29 AU AU23706/97A patent/AU690489B2/en not_active Ceased
- 1997-06-04 KR KR1019970023138A patent/KR980006703A/ko not_active IP Right Cessation
- 1997-06-10 ZA ZA9705118A patent/ZA975118B/xx unknown
- 1997-06-11 CN CN97112735A patent/CN1169049A/zh active Pending
- 1997-06-16 BR BR9703583A patent/BR9703583A/pt not_active Application Discontinuation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56108028U (ja) * | 1980-01-22 | 1981-08-21 | ||
| JPS6115312Y2 (ja) * | 1980-01-22 | 1986-05-13 | ||
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