JPS6082063A

JPS6082063A - 電力変換装置

Info

Publication number: JPS6082063A
Application number: JP58187915A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Ogawa; 清小川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1983-10-07
Filing date: 1983-10-07
Publication date: 1985-05-10

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】［発明の技術分野］本発明は風又は水を用いた冷却装置を有するインバータ
で構成された電力変換装置に係り、冷却装置の異常時に
おいてもその冷却装置の許容される範囲でインバータに
より出力を供給することができるようにした電力変換装
置に関する。

［発明の技術的背與とその問題点］電力用トランジスタ（Ｐ−ＴＲ）　、サイリスク（ＴＨ
Ｙ）　、ゲートターンオフサイリスタ（ＧＴＯ）等の電
力用半導体素子（以下、スイッチング素子と称す）の大
容量化により静止形電力変換装置く以下電力変換装置と
称す）は益々大容量化しつつある。

例えばサイリスタで構成されるインバータ回路を用いた
電力変換装置はサイリスタのオン状態における損失、あ
るいはサイリスタのスイッチング時における損失、ある
いはサイリスタに付属するサージ吸収回路等の損失が大
部分熱となって発生する。例えば１００ｋＷ入力の電力
変換装置の効率か９１％とすると１０ｋＷの損失が熱と
なって発生することになる。この損失の多くはインバー
タ回路で発生するものである。この発生した熱によりス
イッチング素子の温度が許容値を越えるのを防止したり
、あるいは盤内の温度が上昇するのを防止するためファ
ンによる強制風冷却方式や水冷却方式が採用されている
。この損失は電力変換装置が大となればなる程大となる
。すなわち電力変換装置が大となればなる程冷却装置を
大きくする必影・がある。

第１図に公知のインバータを使用した電力変換装置を説
明する図を示す。図中１はインバータを示し、１１〜１
４はサイリスタ等のスイッチング素子（以下スイッチと
いう）、１５〜１８はダイオード、１９は出力変圧器で
ある。２１は直流電源、２２は平滑コンデンサで、イン
バータ動作を円滑に行わせるために通常挿入されている
。出力変圧器１９の２次端子Ｕ、Ｖはしゃ断器２３を介
して外部端子ｕＯとＶｆｉの接続される。ｕＯとＶＱに
は他のインバータなどの交流電源が接続される。１００
Ｐと１０ＯＮは直流母線を表わす。

インバータ１では主スイツチング素子をサイリスタで示
しであるが転流させるために必要な転流回路は図では省
略しである。又、サイリスタの代わりに自己消弧機能を
有するゲー］・ターンオフサイリスタやトランジスタを
用いたものがある。このようなインバータ回路自身は極
めてよく知られていることでもあり、簡単な説明に留め
る。第１図でスイッチ１１と１４が共にオン状態であれ
ば出力変圧器１９の一次端子Ｖに対してＵに十Ｅの電圧
が印加される。ここでＥは直流電圧である。

又、スイッチ１２と１３がオン状態であればＶに対しＵ
に−Ｅの電圧が印加される。更にスイッチ１１と１３又
は１２と１４がオン状態にあっては出力変圧器１９のＵ
−Ｖ間の電圧はＯである。従ってスイッチ１１〜１４を
適当な周波数と順序でオン・オフを繰り返すことによっ
て出力変圧器１つの出力には交流電圧が発生し、必要で
あればその大きさも可変できる。すなわち公知のパルス
幅変調手段を講ずれば交流出力電圧の制御が可能である
。冷却装置３１は以上のような動作を繰り返す主回路の
スイッチング素子１１〜１４、ダイオード１５〜１８を
主として、ユニットインバータ１の部分の発生する熱を
冷却するために設置される。すなわち、電力変換装置が
起動すると冷却装置３１が動作し、使用されているスイ
ッチング素子を主に部品の動作温度の許容値以内に抑え
るように冷却を施す。この冷却装置３１が異常を生じる
と部品の動作温度の許容値を越える恐れが生じるので、
この場合、異常検出回路３２により速やかに検出してそ
の出力信号３３を操作回路４１に与え、操作信号４１ａ
によりインバータ１を停止させ、電力変換装置を事故停
止させる。ここで、冷却装置３１の異常検出回路３２は
冷却装置３１が強制風冷却方式の場合は、冷却ファンの
回転数低下や冷却ファン用電動機の異常あるいはその電
源の異常等を検出する回路であり、又、水冷却方式の場
合は、水量、水圧、水温異常等を検出する回路である。

すなわち、従来の電力変換装置は冷却装置３１が異常を
生じると保護連動動作で事故停止するのが一般であった
。

［発明の目的］本発明の目的はこの点にかんがみ冷却装置が異常を生じ
ても、その冷却装置の許容される範囲内でインバータの
出力電力を維持できるよう制御する機能を備えた電力変
換装置を提供することにある。

［発明の概要コ本発明はこの目的を達成するために冷却装置を備えた電
力変換装置の冷却系に異常が生じても、その冷却機能の
低下を検出する検出回路の出力信号により電力変換装置
の電力制限値を決定し、電力変換装置の損失が冷却装置
の冷却許容値を越えないように制御する機能を備えたこ
とを特徴とするものである。

［発明の実施例コ以下、本発明を第２図に示す一実施例によって説明する
。第２図で第１図と同符号のものは同一機能のものであ
る。第２図で第１図と異なる点は第１図の冷却装置３１
の異常検出回路３２が異常か正常かの判別をする言わば
ディジタル的な動作をし、その出力信号３３を操作回路
４１に与えることによりインバータ１を停止するよう構
成されているのに対し、第２図では冷却装置３１の異常
検出回路３４が冷却系の異常レベルを判別する言わばア
ナログ的な動作をし、その出力信号３５もアナログ量で
あり、制御回路４２に与えることによりインバータ１の
出力電力を抑えるように制御する点である。

すなわち、冷却装置３１が正常動作時は異常検出回路３
４は冷却系の異常を検出することがなくその出力信号３
５はインバータ１の最大出力容量まで許容できるように
制御回路４２に与えられるここで第２図のインバータ１
の制御回路４２の制限回路と異常検出回路３４の出力信
号３５の関係゛を第３図を用いて説明する。図中、第２
図と同符号のものは同一様能のものである。本発明の実
施例ではインバータ１の出力は、電力系統２４に接続さ
れた場合を示している。又、従来、異なる系統の交流電
源を並列運転するには無効電力の偏差で各交流電源間の
電圧差を、有効電力の偏差で各交流電源間の位相差をそ
れぞれ制御することが知られている。インバータ装置１
と電力系統２４を連系する場合は電力系統２４は制御で
きないのでインバータ装＠１を用いて有効電力、無効電
力を制御する方法が採用される。第３図の本発明の一実
施例ではインバータ１は常に変圧器、′１９の２次電圧
５２が電圧基準６１に等しくなるよう自動制御されてい
る場合すなわち、無効電力は零となる制御を施し、有効
電力のみを制御する場合を示しである。図中制御回路４
２の説明を行うと、電圧基準６１と変圧器１９の２次電
圧５２とを比較し、その偏差６１ａは誤差増幅器６２へ
印加され、この誤差増幅器６２の出力信号６２ａは電圧
制御回路６３のパノ〕となっている。

同様に有効電力基準７１と有効電力検出回路７２の出力
を比較し、その偏差７３ａは誤差増幅器７３の入力へ与
えられ、誤差増幅器７３の出力はフェーズロックループ
（ｐｈａｓｅ　１ｏｃｋｅｃｌ　１ｏｏｐ）いわゆるＰ
ＬＬ回路７４の１つの入力イ°′となっている。７５は
分周期でＰＬＬ回路７４の出力周波数を分周し、その出
力はＰＬＬ回路７４の他の１つの入力パハ″となる。Ｐ
、Ｌ　Ｌ回路７４の他の１つの入力口″には、電力系統
２４の交流系統電圧５３が位相基準として与えられる。

ここでＰＬＬ回路７４は周知の回路であるが簡単に説明
する。

第４図はＰＬＬ回路７４のブロック図の１例であり、Ｐ
ＬＬ回路７４の構成は位相誤差検出器ＰＨＤ、低域ろ波
器ＬＰＦ及び電圧制御発振器ＶＣＯから構成される。こ
れら各要素の概要を説明すると、位相誤差検出器Ｐ　Ｈ
、Ｄは位相基準信号口″と位相帰還信号ハ″との位相差
に比例した信号二″を発生する。この位相差に比例した
信号二′′が低域ろ波器ＬＰＦで高調波成分を除去する
と共に位相誤差を増幅する。そして電圧制御発振器ＶＣ
ｏは低域ろ波器ＬＰＦの出力“ホ″に比例した周波数を
出力し、この電圧制御発振器ＶＣＯの出力“′へ″は、
分周期７５へ接続される。分周期７５の段数をＮとすれ
ば、電圧υＪ御発振器■ＣＯの発信周波数は位相基準信
号口″の１倍となる。ここでＮはインバータ１の回路の
相数により任意の整数に選ばれる。分周期７５の出力は
位相誤差検出器ＰＨＤの位相期間信号ハ″となっている
ので、電圧制御発振器ＶＣＯの発信周波数は位相基準信
号口″と位相期間信号ハ″との位相が一致するように自
動制御される。

ここで、ＰＬＬ回路７４の１つの入力イ″の働きは、低
域ろ波器ＬＰＦへ信号を与えることにより位相基準信号
“口”と位相帰還信号ハ″との位相差を任意に設定可能
となる。再び第３図に戻り、その動作の説明を行うと、
ＰＬＬ回路７４の位相基準信号口″とじては電力系統２
４の位相が印加されているので、ＰＬＬ回路７４の出力
周波数は電力系統２４の位相と同期し、従ってインバー
タ１の位相も電力系統２４の位相と同期している。冷却
装置３１が正常に動作していれば、その出力信号３５は
インバータ１の誤差増幅器７３の制限回路７６にインバ
ータ１の出力電圧が最大容量まで許容できるように与え
られる。ずなわちインバータ１の出力電力は有効電力基
準７１によって定められた電力量となるよう制御される
。

例えば冷却装置３１の回転数の低下による異常が生じる
とその回転数の低下を異常検出回路３４で検出して回転
数に比例した出力信号３５がＩＪられる。この出力信号
３５により制限回路７６が誤差増幅器７３の出力を制限
し、有効電力基準７１の値がこの制限値を超過して与え
られても、インバータ１の出力電圧は制限回路７６で制
限された値に維持される。

本発明の実施例では、自励式インバータで示したが、他
励式インバータであっても冷却装置を有していれば実施
例同様に異常検出時に出力電力を抑えることができるこ
とは自明である。冷却装置についても、実施例では強制
冷却方式の場合を示したが、水冷却方式を使用した場合
でも良い。同様に、冷却系の異常検出回路は、冷却能力
をアナログ的に判断できる機能のものであれば良い。

インバータの制御回路は他の交流電源と接続して電力制
御を行う機能を有しているものであれば良く有効電力ば
かりでなく無効電力及びその電力相である位相電力に制
限を与え、インバータの総発熱量を抑えることにより、
少くとも、インバータを停止させることなく、出力電力
の許容値内で有効に動作させることができる。

［発明の効果］以上、説明したように本発明によれば冷却装置を備えた
電力変換装置において冷却装置が異常を生じた場合でも
冷却装置の冷却能力を検出してそれに応じた発生熱量以
下となるよう電力変換装置の出力電力を制御することに
より、従来のように冷却装置の異常時に装置を停止する
ことなく、電力変換システムを有効に動作させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電力変換装置の構成を示すブロック図、
第２図は本発明の一実施例を示すブロック図、第３図は
第２図の本発明の一実施例の制御回路の具体的−例を示
すブロック図、第４図は第３図の一部回路の具体的な回
路構成図である。１・・・インバータ、１１〜１４・・・スイッチング素
子、１５〜１８・・・ダイオード、１つ・・・出力変圧
器、２１・・・直流電源、２２・・・平滑コンデンサ、
２３・・・しヤ断器、２４・・・電力系統、１００Ｐ、
１００Ｎ・・・直流母線、３１・・・冷却装置、３２．
３４・・・異常検出回路、３３．３５・・・出力信号、
４１・・・操作回路、４１ａ・・・操作信号、４２・・
・制御回路、４２ａ・・・制御信号、５０．５２・・・
変圧器３の２次電圧、５１・・・出力電流、５３・・・
交流系統電圧、６１・・・電圧基準、６１ａ・・・偏差
、６２，７３・・・誤差増幅器、６２ａ・・・出力信号
、ｄ３・・・電圧ＩＩＩ御回路、７１・・・有効電力基
準、７２・・・有効電力検出回路、７３ａ・・・偏差、
７４・・・ＰＬＬ回路、７５・・・分周期、７６・・・
制限回路。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第１図

Claims

【特許請求の範囲】

冷却装置を備えた電力変換装置において、前記冷却装置
が異常を生じた際にその冷却憬能の低下を検出する検出
手段と、前記、検出回路の出力信号により前記電力変換
装置の電力制限値を決定する手段と、前記電力変換装置
の損失が前記冷却￥ｉ置の冷却許容値を越えないよう制
御する手段を備えたことを特徴とする電力変換装置。