JPS6348166A - 電力変換器の制御装置 - Google Patents

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】 ＼・ 〔産業上の利用分野〕 本発明は電力変換器の制御装置に係り、特に、電力変換
器主回路スイッチング素子の保護を行うのに好適な制御
装置に関する。

〔従来の技術〕

交流電流を直流に変換する順変換器（以下コンバータと
称呼する。）、直流を交流に変換する逆変換器（以下イ
ンバータと称呼する。）等の電力変換器には種々方式が
考案されている。この電力変換器のある種の方式は、交
流電源をコンバータによって直流に変換し、コンバータ
の出力直流電流をリアクトルにより円滑・連続化し、イ
ンバータにより任意の周波数の交流電力になるように負
荷に分配・制御を行う方式がある。（以石この方式の電
力変換器を電流形態力変換器と称呼する。）電流形態力
変換器はりアクドルを設けているため、運転中に直流電
流経路を急激にしゃ断すると、リアクトルに蓄積された
磁気エネルギにより、高電圧が発生し、コンバータやイ
ンバータを構成する９スイツチング素子を永久破壊する
という問題が発′、生する。

従来、この問題を解決するには、特開昭５７−１９５０
８２号公報に記載のように、運転中に直流電流をしゃ断
する場合には、コンバータ出力側に逆並列に接続したサ
イリスタ等をオンさせて、直流電流をこのサイリスタ等
で環流させることにより、リアクｌ−ルの蓄積エネルギ
を徐々に減衰させ、高電圧発生を防止する方法が知られ
ている。

しかし、この方法には下記の様な点が考慮されておらず
、改善の余地がある。すなわち、運転中にインバータの
制御回路の故障あるいは誤動作により電流形態力変換器
の動作が異常になった場合、例えば、インバータのスイ
ッチング素子に与えるべきオン信号が消失する様な動作
異常の場合、直流電流は急激にしゃ断されインバータの
スイッチング素子に高電圧が印加される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

−Ｊ−記従来技術はコンバータやインバータ制御回路の
故障や誤動作に起因する直流電流の急激なし）や断によ
る高電圧発生については考慮されておらず、高電圧によ
りスイッチング素子が永久破壊する場合があるという問
題があった。

本発明の目的は、簡単な回路構成でコンバータやインバ
ータのスイッチング素子に高電圧が印加されることのな
い電流形態力変換器の制御装置を提供することにある。

〔問題点を解決するだめの手段〕

−４−記目的は、電流形態力変換器の運転中にコンバー
タ、インバータのスイッチング信号を監視して、正極側
又は負極側のスイッチング信号が全てオフ信号となって
いる場合、強制的にスイッチング素子にオン信号を与え
る構成とすることにより達成される。

〔作用〕

電流形態力変換器のコンバータやインバータに設けた強
制オン信号発生器は電流形態力変換器の運転中に正極側
又は負極側のスイッチング信号が全てオフ信号となって
いる場合にスイッチング素子に強制的にオン信号を与え
るように動作する。

それによって、仮に、コンバータ、インバータ制御回路
の故障や誤動作が発生してもリアクトルを流れる直流電
流が急激にしゃ断されることはなくなるのでスイッチン
グ素子に悪影響を及ぼす高電圧は発生しない。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

１は三相交流電源、３１〜３６はコンバータを構成する
六個のトランジスタ、４１〜４６はその逆耐電圧確保用
のダイオード、４は直流リアクトル、５１〜５６はイン
バータを構成する六個の１−ランジスタ、６１〜６６は
その逆耐電圧確保用のダイオード、７は負荷の例として
のインダクションモータ、８は直流電流検出器、２７．
２８は三相交流電源とインダクションモータの電流スイ
ッチングに伴う発生電圧抑制用および波形改善用のコン
デンサ、９は一次電流指令ｉ、傘とフィードバック値を
比較する比較器、１．０．１１−はパルスパターンを十
二個のトランジスタに供給するワンチップマイコンであ
る。なお、１０と１−］は同一の構成であるので内部の
詳細説明は１−０を例にとって行う。１２はコンバータ
制御系に与えられる一次電流指令ｊ工串を加える端子、
１３．１４はインバータ制御系に与えられる周波数指令
ω１１１と位相指令θ傘を加える端子である。信号線］
−５はコンバータ制御用ワンチップマイコンへの電源同
期信号の入力線である。ワンチップマイコン１ｏの内部
は指令の入力ポート」−０１、内部バス１０２、プログ
ラムやパルス幅データテーブル等を格納するＲＯＭＩＯ
３、−数記憶やレジスタとして用いられるＲＡＭ１０４
、演算等を実行するＡＬＵ１０５．出力ポート１０６に
所定のパルスパターン（事象）を出力するように事象設
定を行う事象設定レジスタ１０７、この事象をいつイネ
ーブルにするか、時刻設定を行う時刻設定レジスタ１０
８、両設定レジスタの内容を連結し保持する保持レジス
タ１０９、保持レジスタに設定されたいく組かの設定デ
ータが格納される連想メモリ′１１１０、タイマ１１１
と連想メモリ１１０内の設ミ゛・定時刻内容とを比較し
、等しい時出力を発生する比較部１１２、比較部１１２
からのトリガを受は設定された事象を出力ポート１０６
に出力制御する実行コントローラ１１３等で構成される
。運転信号２１は運転停止時にコンバータ、インバータ
のトランジスタにオフ信号を与えるための信号であり、
ワンチップマイコン１０．１１に入力される。

次にこの構成における正常時の動作についてフローチャ
ートを用いて説明する。ただし、ここではインバータ制
御の場合を例にとって説明する。

第２図と第３図は大きな二つの処理系のフローチャート
を示している。

第２図は出力ポート１０６に発生させる事象、つまり、
パルスパターンを求める事象算出処理プログラムＦ　１
０（１０の概略フローチャートである。まず、ＦＩｌｏ
ｏで周波数指令ω１−と位相指令０本を入力ポート１０
１から読み取る。勿論このω１＊とＯ傘もワンチップマ
イコン１０の内部で計算する１場合にはボート読み取り
は不要となる。次にこの周波数指令の、−を一定時間Δ
ｔ、ごとに積分し、位相指令θ傘と加算して総合位相θ
Ｔを処理Ｆ１２００で求める。次に電気角３６００を６
０°ごどに分けた六つのモードのうち、今回求めた総合
位相θＴではどのモードのパルスパターンを出力すれば
よいか、つまり、θＴに応じて出力事象をＦ１３００の
処理で求める。さらに最後に割込みインターバルΔｔ１
間にパルスパターンを変化させるが、変化させるまでの
時間ｔＥｎをθＴとのデータテーブルを参照することに
よって求めておく処理をＦ　１４００で行う。この処理
によって二つのレジスタに設定する事象内容と事象変化
時刻が求まる。

次に、先ず求めておいた二つの項目を出力ボート制御用
の連想メモリに設定する処理Ｆ　２０００を第３図に示
す。まず、Ｆ　２０５０で運転信号２１の判断を行い＃
１１運転中）であれば、Ｆ　２１００で６コのトランジ
スタに必要な事象設定と時間設定が完了したかどうかを
判断し、Ｎｏであ九ば、Ｆ　２２００で該当する事象設
定を行い、Ｆ　２３００で事象変化の時Ｎ　ｏ　（運転
停止中）であればＦ　２４００で設定処理が完了したか
どうかを判定し、ＮｏであればＦ　２５００で事象４１
０１′（オフ信号）の設定を行い、Ｆ２６００で事象変
化の時間設定を行い処理を終る。

次にこれら二つの処理Ｆ　１０００とＦ　２０００がど
のような時間経過で起動されるかを第４図に示す。事象
設定処理Ｆ　２０００はΔｔ１　ごどに生じるタイマ割
込みに同期して起動される。一方、事象算出処理Ｆ　１
０００はタイマ割込みに先立って生じる第二のタイマ割
込みによって起動され、Ｆ　２０００起動前に事象算出
処理を完了させる。事象算出処理Ｆ　１０００を事象設
定処理Ｆ　２０００の直前で完了させるようにしたのは
最新データをＦ　２０００で使えるようにしたためであ
る。勿論、タイマ割込み間隔分のむだ時間要素が入って
もよい場合にはＦ　２０００に引き続いてＦ　１０００
を行えばよい。その場合には割込み判定に要する時間が
短くなるので、割込み間隔Δｔ、を短く設定でき、変換
器の高周波化が可能となる。

なお、本実施例では所定事象と時刻設定が終れば、マイ
コン内の連想メモリ部が出力ポート制御を引き受けるの
で主プロセツサ部は出力処理から開放される。第５図に
トランジスタ５１〜５６に与えられるボート信号８５１
〜８５６の例を示す。

電流形電力変換器では、第５図に示すように常に、正極
側ボート信号８５１〜Ｓ５３のうち、負極側ボート信号
８５４〜８５６のうち少くとも一つはオン信号となるよ
うボート信号を発生する。

次に、コンバータの正常時の動作についてフローチャー
トとタイミングチャートを用いて説明する。

第６図に位相、パルス幅指令作成処理Ｆ　３０００を示
す。アナグロデイジタル変換器から取り込んだ電流偏差
Δｊ、１　に対して第７図に示すような特性となるよう
に、Ｆ３２００．３３００で位相指令Ｐｈ１通流率指令
γ申を求める。

第８図に電源割込み処理Ｆ　４０００を示す。たどえば
三相電源のＵ相の立−Ｌリゼロクロス点を検出してワン
チップマイコンに外部割込みをかけるようにするとこの
割込みは電気角３６０６ごどに発生する。この割込みが
かけられるとＦ４１００で次にワンチップマイコン自身
にソフトウェアタイマ割込みをかＩＪる事象を設定する
。そしてＦ４２００で事象発生の時刻としてＦ　３２０
０で求めた位相指令Ｐｈ＊に相当する時間を設定する。

インバータ制御ではほぼ一定時間ごとに発生するタイマ
割込みでパルス切換え処理が起動さり、ていたのに対し
てコンバータ制御ではこの電源割込み処理Ｆ　４０００
によって電源割込みと、これに続く位相時間後に一連の
パルス切換え処理がされる。

第９図に位相完了割込み処理Ｆ　５０００を示す。

この処理は電源割込み処理Ｆ　４０００でセットシた位
相時間になった時に起動される。まず、Ｆ　５１００で
すぐに点弧すべき１〜ランジスタ３３．３５へのポー１
−に事象どして１１″を書き込み、現時刻ｔ　Ｏに小さ
なダミー時間ｔ　ｄを加えて連想メモリに動作登録を行
なう９次に、Ｆ　５２００で消点弧を行うべきトランジ
スタ３３．３２にそれぞれ“ＯＩＪｌｌ　Ｉ　ＩＩの事
象設定と、時刻測定を行う。時刻Ｔωは通流率指令γ−
とパルス幅データよりテーブル参照により求める。さら
に、Ｆ　５３００で設定したパルス切換え時に自己割込
みをかけて次のパルス切換えを行う準備として、時刻Ｔ
ωに自己割込みの事象設定を行う、　Ｆ５４００では次
のパルス切換え処理のプログラム」−の飛び先を事前に
求める処理を行う。

第１０図にパルス切換え処理Ｆ　６０００の先頭の部分
を示す。この部分は位相完了割込み処理Ｆ　５０００に
続いて実行される部分である。まず、Ｆ２Ｏ３，Ｏで次
の消点弧１−ランジスタ３１．，３２に事象″Ｏ”８１
　］、　＋＋設定と時刻設定がスケジュールされる。次
に、Ｆ　６０１０でスケジュールされた時刻で自分自身
に対してかけられる可変ソフトウェアタイマ割込みの事
象ど時刻がＦ６Ｏ２０で設定される。　Ｆ６Ｏ３０では
、次に、パルス切換え処理Ｆ　６０００が起動された時
の飛び先を求めておく。ここで、Ｆ　６０００をシーケ
ンス処理としたのは、飛び先判定に要する時間髪短くす
るごとによって、最小パルス幅を狭く設定したかったか
らである。次に、パルス切換え処理Ｆ　６０００が起動
された時にはＦ　６０３０の次の行に飛んでゆくように
Ｆ　６０３０でジャンプ先設定をしておく。

次に上記した処理がどのような時間経過で起動されるか
第１−１−図で示す６電気角３６０°ごとに発生する電
源割込み信号によって電源割込み処理Ｆ　４０００が起
動され、Ｆ　４０００内でスケジュールされた位相完了
割込み処理Ｆ　５０００が位相データｐｈψに対応した
時間後に起動され、さらに、Ｆ　５０００内でスケジュ
ールされた消点弧時にパルス切換え処理Ｆ　６０００が
起動される。

このように５本実施例の電流形電力変換装置では各トラ
ンジスタが正常であれば、コンバータで制御される直流
電流は継続することなく、インバータで分配さｈ任意の
周波数の交流電流としてインダクションモータに供給さ
れるので高電圧は発生しない。

次に強制オン信号発生器２３の動作を第１２図を用いて
説明する。第１２図はワンチップマイコン１０が誤動作
した場合に１−ランジスタ５１〜５６に与えられるスイ
ッチング信号５Ｓ５１〜５Ｓ５６の例を示す。

時刻ｔｏで誤動作が発生し、本来１１１１１であるべき
５Ｓ５４が１１０　ＩＴとなり、この状態は時刻ｔ、で
復帰するまで持続する。強制オン信号発生器２３がない
場合には負極側トランジスタ５４〜５６のスイッチング
信号５Ｓ５４〜５Ｓ５６が全テｔＬ　ＯＩＴとなるため
１．リアクトルを流れる直流電流は急激にしゃ断され、
高電圧が発生する。しかし、強制オン信号発生器２３を
設けた場合には、時刻ｔ、　。

〜ｔ１の誤動作発生の期間中、５Ｓ５６に強制的にオン
信号を発生させるので、直流電流の急激なしゃ断は発生
しない。第１−図にはコンバータにも強制オン信号発生
器２３を付加した構成を例示した。本発明の他の実施例
を第１３図に示す。本実施例は制御回路異常検出器２４
を設は電流形電力変換器の運転中であるにもかかわらず
、正極側、又は、負極側のトランジスタが全てオフして
いる信号によってワンチップマイコン１０．１１の異常
検出信号２５を形成する。この様にすると制御装置の異
常検出の遅れ時間が過電圧発生を検出する方式のそれよ
りも短くなるため保護協調をとりやすいという利点があ
るばかりでなく、強制オン信号発生器のハードを異常検
出に流用できるので経７済的である。以上の実施例では
強制オン信号発生−をインバータの同一相の正極側と負
極側に設けた図を例示したが、異なる相の正極側と負極
側に設けた場合であっても、また、複数個の強制オン信
号器を設けても本発明の効果を損うものではない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、インバータ制御回路の故障や誤動作に
よる直流電流の急激なしゃ新現象は発生しない。従って
、過電圧印加による主回路スイッチング素子の破壊を防
止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体構成図、第２図ないし
第１２図は本発明の実施例の動作説明図、第１３図は本
発明の他の実施例の全体構成図である。 ２３．２５・・・強制オン信号発生器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、交流電源に接続される順変換器、前記順変換器に接
   続される電流平滑用リアクトル、前記電流平滑用リアク
   トルを介して前記順変換器に接続され負荷に電力を供給
   する逆変換器、前記順変換器を構成する第一のスイッチ
   ング素子、前記逆変換器を構成する第二のスイッチング
   素子、前記第一および第二のスイッチング素子へオンオ
   フ信号を出力する制御装置よりなる電力変換器において
   、 前記第一のスイッチング素子もしくは前記第二のスイッ
   チング素子の少なくとも一方へ前記オンオフ信号を検出
   する手段を設け、前記電力変換器の運転中に前記第一ま
   たは第二のスイッチング素子へのオンオフ信号が全てオ
   フ信号となつた条件で前記電力変換器の異常を検出する
   手段を設けたことを特徴とする電力変換器の制御装置。 ２、前記電力変換器の運転中に前記第一のスイッチング
   素子または前記第二のスイッチング素子を通る信号が全
   てオフ信号となつた条件で、前記第一のスイッチング素
   子の少くとも一素子と前記第二のスイッチング素子の少
   くとも一素子にオン信号を与える手段を設けたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の電力変換器の制御
   装置。