JPWO2016135892A1 - コンバータ装置 - Google Patents

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Abstract

12相整流用トランス2のΔ結線とY結線との2系統から供給される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ回路部11と、コンバータ回路部11に接続されている直流母線の電流を検出する電流検出部12と、Δ結線側またはY結線側に接続され、接続されている結線に欠相が生じているかどうかを検出する欠相検出部13と、欠相検出部13により検出された検出信号と、電流検出部12により検出された直流母線の電流値とに基づいて、Δ結線またはY結線に欠相が生じていることが検出された場合には、Δ結線またはY結線に欠相が生じていることを出力する出力部15とを備える。欠相が生じた場合、Δ結線側で欠相が生じているのかまたは、Y結線側で欠相が生じているのかを出力することができる。

Description

本発明は、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ装置に関する。
コンバータ装置は、交流系統への高調波の流出を抑制するために、12相整流用トランスにより構成される場合がある。12相整流用トランスは、一次側をY結線とし、二次側をΔ結線とY結線とで構成する場合と、一次側をΔ結線とし、二次側をΔ結線とY結線とで構成する場合とがある。12相整流用トランスは、二次側において、30度の位相差の三相交流を生成して、全波整流することにより12相整流を行う(特許文献1を参照)。
特開2008−295155号公報
ところで、特許文献1では、欠相が生じた場合、Δ結線側で欠相が生じているのかまたは、Y結線側で欠相が生じているのかを判断することが困難である。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、欠相が生じた場合、Δ結線側で欠相が生じているのかまたは、Y結線側で欠相が生じているのかを出力することができるコンバータ装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、12相整流用トランスのΔ結線とY結線との2系統から供給される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ回路部と、コンバータ回路部に接続されている直流母線の電流を検出する電流検出部と、Δ結線側またはY結線側に接続され、接続されている結線に欠相が生じているかどうかを検出する欠相検出部と、欠相検出部により検出された検出信号と、電流検出部により検出された直流母線の電流値とに基づいて、Δ結線またはY結線に欠相が生じていることが検出された場合には、Δ結線またはY結線に欠相が生じていることを出力する出力部とを備えることを特徴とする。
本発明にかかるコンバータ装置は、欠相が生じた場合、Δ結線側で欠相が生じているのかまたは、Y結線側で欠相が生じているのかを出力することができる。
実施の形態にかかるコンバータ装置の構成図 実施の形態にかかる欠相検出部の構成図 実施の形態にかかる判断部による具体的な処理の説明に供するフローチャート 実施の形態にかかる判断部の動作についての説明に供する図 実施の形態にかかる欠相検出部がY結線側に接続されており、Y結線側が欠相した場合における信号波形を示す図 実施の形態にかかる欠相検出部がΔ結線側に接続されており、Y結線側が欠相した場合における信号波形を示す図 実施の形態にかかる欠相検出部がΔ結線側に接続されており、Y結線およびΔ結線に欠相が生じていない場合における信号波形を示す図
以下に、本発明の実施の形態にかかるコンバータ装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態
図1は、実施の形態にかかるコンバータ装置1の構成を示す図である。コンバータ装置1は、12相整流用トランス2から供給される交流電圧を直流電圧に変換し、変換した直流電圧を出力する。実施の形態では、12相整流用トランス2の一次側をΔ結線で構成しているが、Y結線で構成されてもよい。
コンバータ装置1は、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ回路部11と、直流母線の電流を検出する電流検出部12と、欠相を検出する欠相検出部13と、欠相が生じているかどうかを判断する判断部14と、判断結果を出力する出力部15と、電圧を平滑する平滑コンデンサ16とを備える。
コンバータ回路部11は、12相整流用トランス2のΔ結線とY結線との2系統から供給される交流電圧を直流電圧に変換する。コンバータ回路部11は、Y結線側に接続されるY結線コンバータ回路部11aと、Δ結線側に接続されるΔ結線コンバータ回路部11bとを備える。
電流検出部12は、コンバータ回路部11に接続されている直流母線の電流を検出する。
欠相検出部13は、Δ結線側またはY結線側に接続され、接続されている結線に欠相が生じているかどうかを検出する。本実施の形態では、欠相検出部13は、Δ結線側に接続される構成により説明するが、Y結線側に接続される構成でもよい。なお、欠相検出部13の具体的な構成については後述する。
判断部14は、欠相検出部13により検出された検出信号と、電流検出部12により検出された直流母線の電流値とに基づいて、Δ結線またはY結線に欠相が生じていることを判断する。さらに、判断部14は、欠相検出部13により検出された検出信号と、電流検出部12により検出された直流母線の電流値とに基づいて、Δ結線および前記Y結線に欠相が生じていないことも判断する。
具体的には、判断部14は、電流検出部12により検出された直流母線の電流値の周期が電源周波数fの12倍になっていない場合、すなわち電源周期の2倍になっている場合には、欠相検出部13により検出された検出信号に基づいて、Δ結線またはY結線に欠相が生じていることを判断する。なお、Δ結線およびY結線に欠相が生じていない場合には、電流検出部12により検出された直流母線の電流値の周期は、電源周波数fの12倍になる。
出力部15は、欠相検出部13により検出された検出信号と、電流検出部12により検出された直流母線の電流値とに基づいて、Δ結線またはY結線に欠相が生じていることが検出された場合には、Δ結線またはY結線に欠相が生じていることを出力する。また、出力部15は、判断部14によりΔ結線およびY結線に欠相が生じていないことが判断された場合、Δ結線およびY結線に欠相が生じていないことを出力する。具体的には、出力部15は、判断部14の判断結果に基づいて、Δ結線またはY結線に欠相が生じていることまたは、Δ結線およびY結線に欠相が生じていないことを出力する。表示部3は、出力部15の出力に基づいて、Δ結線またはY結線に欠相が生じていること、または、Δ結線およびY結線に欠相が生じていないことを表示する。
平滑コンデンサ16は、コンバータ回路部11により変換された直流電圧のリプル成分を取り除くことにより直流電圧を平滑する。
ここで、欠相検出部13の具体的な構成について説明する。欠相検出部13は、図2に示すように、交流電圧を降圧する降圧部21と、降圧された交流電圧を整流する整流部22と、信号変換を行うフォトカプラ23と、フィルタリングを行うフィルタ部24と、欠相しているか否かを検出する欠相検出部25とを備える。
降圧部21は、Δ結線のR相、S相およびT相に接続されており、各相から出力されてきた交流電圧を降圧する。
整流部22は、ダイオードブリッジで構成されており、降圧部21の出力電圧を全波整流する。
フォトカプラ23は、発光する発光ダイオード23aと、受光するフォトトランジスタ23bとを備える。発光ダイオード23aは、整流部22の出力電圧に基づいて発光する。フォトトランジスタ23bは、発光ダイオード23aから出力された光を受光して、電気信号に変換する。
フィルタ部24は、フォトカプラ23の動作に基づいて、信号を出力する。欠相検出部25は、フィルタ部24から入力された信号に基づいて、Δ結線のR相、S相またはT相のいずれかの相に欠相が生じていることを検出した場合には、異常を示すH信号を判断部14に出力する。欠相検出部25は、フィルタ部24から入力された信号に基づいて、Δ結線側に欠相が生じていないことを検出した場合には、正常を示すL信号を判断部14に出力する。判断部14は、欠相検出部25から入力された信号に基づいて、Δ結線に欠相が生じているかどうかを判断する。
ここで、判断部14による具体的な処理について、図3に示すフローチャートを用いて説明する。
ステップST1において、判断部14は、電流検出部12により検出された直流母線の電流値の周期が電源周波数fの12倍になっているかどうかを判断する。電源周波数fの12倍になっている場合(Yes)には、本工程を繰り返し、電源周波数fの12倍になっていない場合(No)には、ステップST2に進む。
ステップST2において、判断部14は、欠相検出部13から入力された信号がH信号であるかL信号であるかを判断する。H信号であると判断した場合には、ステップST3に進み、L信号であると判断した場合には、ステップST4に進む。
ステップST3において、判断部14は、Δ結線に欠相が生じていると判断する。
ステップST4において、判断部14は、Δ結線には欠相が生じておらず、Y結線に欠相が生じていると判断する。
ステップST5において、判断部14は、ステップST3の工程またはステップST4の工程により判断した結果を出力部15に出力する。
つぎに、判断部14の動作について説明する。図4(a)は、欠相検出部13がY結線側に接続されている場合の判断部14による判断結果の全パターンを示す。図4(b)は、欠相検出部13がΔ結線側に接続されている場合の判断部14による判断結果の全パターンを示す。なお、図4(a)、(b)の欠相検出部13の項目における「異常(H)」とは、接続されている結線に欠相が生じており、異常を示すH信号が欠相検出部13から出力されることを意味している。図4(a)、(b)の欠相検出部13の項目における「正常(L)」とは、接続されている結線に欠相が生じておらず、正常を示すL信号が欠相検出部13から出力されることを意味している。
図4(a)、(b)の電流検出部12の項目における「異常(2f)」とは、電流検出部12により検出された直流母線の電流値の周期が電源周波数fの2倍になっていることを意味する。図4(a)、(b)の電流検出部12の項目における「12f」とは、電流検出部12により検出された直流母線の電流値の周期が電源周波数fの12倍になっていることを意味する。
図4(a)のNo.1は、Y結線側のT1相が欠相した場合を示している。No.1の場合、欠相検出部13は、異常を示すH信号を出力する。電流検出部12により検出された直流母線の電流値の周期は、電源周波数fの2倍になる。よって、判断部14は、Y結線が欠相していると判断する。
図4(a)のNo.2は、Y結線側のR1相またはS1相が欠相した場合を示している。No.2の場合、欠相検出部13は、異常を示すH信号を出力する。電流検出部12により検出された直流母線の電流値の周期は、電源周波数fの2倍になる。よって、判断部14は、Y結線が欠相していると判断する。
図4(a)のNo.3は、Δ結線側のT2相が欠相した場合を示している。No.3の場合、欠相検出部13は、正常を示すL信号を出力する。電流検出部12により検出された直流母線の電流値の周期は、電源周波数fの2倍になる。よって、判断部14は、Δ結線が欠相していると判断する。
図4(a)のNo.4は、Δ結線側のR2相またはS2相が欠相した場合を示している。No.4の場合、欠相検出部13は、正常を示すL信号を出力する。電流検出部12により検出された直流母線の電流値の周期は、電源周波数fの2倍になる。よって、判断部14は、Δ結線が欠相していると判断する。
図4(a)のNo.5は、Y結線側のT1相およびΔ結線側のT2相が欠相した場合を示している。No.5の場合、欠相検出部13は、異常を示すH信号を出力する。電流検出部12により検出された直流母線の電流値の周期は、電源周波数fの2倍になる。よって、判断部14は、Y結線が欠相していると判断する。なお、No.5の場合、Δ結線も欠相しているため、Y結線の欠相を正常な状態に戻したあと、再度、判断処理を行った場合、No.3と同様な状況になり、判断部14は、Δ結線が欠相していると判断する。
図4(a)のNo.6は、Y結線側のR1相およびΔ結線側のR2相が欠相した場合または、Y結線側のS1相およびΔ結線側のS2相が欠相した場合を示している。No.6の場合、欠相検出部13は、異常を示すH信号を出力する。電流検出部12により検出された直流母線の電流値の周期は、電源周波数fの2倍になる。よって、判断部14は、Y結線が欠相していると判断する。なお、No.6の場合、Δ結線も欠相しているため、Y結線の欠相を正常な状態に戻したあと、再度、判断処理を行った場合、No.4と同様な状況になり、判断部14は、Δ結線が欠相していると判断する。
図4(a)のNo.7は、Y結線およびΔ結線に欠相が生じていない正常な場合を示している。No.7の場合、欠相検出部13は、正常を示すL信号を出力する。電流検出部12により検出された直流母線の電流値の周期は、電源周波数fの12倍になる。よって、判断部14は、Y結線およびΔ結線に欠相が生じておらず正常であると判断する。
図4(b)のNo.1は、Y結線側のT1相が欠相した場合を示している。No.1の場合、欠相検出部13は、正常を示すL信号を出力する。電流検出部12により検出された直流母線の電流値の周期は、電源周波数fの2倍になる。よって、判断部14は、Y結線が欠相していると判断する。
図4(b)のNo.2は、Y結線側のR1相またはS1相が欠相した場合を示している。No.2の場合、欠相検出部13は、正常を示すL信号を出力する。電流検出部12により検出された直流母線の電流値の周期は、電源周波数fの2倍になる。よって、判断部14は、Y結線が欠相していると判断する。
図4(b)のNo.3は、Δ結線側のT2相が欠相した場合を示している。No.3の場合、欠相検出部13は、異常を示すH信号を出力する。電流検出部12により検出された直流母線の電流値の周期は、電源周波数fの2倍になる。よって、判断部14は、Δ結線が欠相していると判断する。
図4(b)のNo.4は、Δ結線側のR2相またはS2相が欠相した場合を示している。No.4の場合、欠相検出部13は、異常を示すH信号を出力する。電流検出部12により検出された直流母線の電流値の周期は、電源周波数fの2倍になる。よって、判断部14は、Δ結線が欠相していると判断する。
図4(b)のNo.5は、Y結線側のT1相およびΔ結線側のT2相が欠相した場合を示している。No.5の場合、欠相検出部13は、異常を示すH信号を出力する。電流検出部12により検出された直流母線の電流値の周期は、電源周波数fの2倍になる。よって、判断部14は、Δ結線が欠相していると判断する。なお、No.5の場合、Y結線も欠相しているため、Δ結線の欠相を正常な状態に戻したあと、再度、判断処理を行った場合、No.1と同様な状況になり、判断部14は、Y結線が欠相していると判断する。
図4(b)のNo.6は、Y結線側のR1相およびΔ結線側のR2相が欠相した場合または、Y結線側のS1相およびΔ結線側のS2相が欠相した場合を示している。No.6の場合、欠相検出部13は、異常を示すH信号を出力する。電流検出部12により検出された直流母線の電流値の周期は、電源周波数fの2倍になる。よって、判断部14は、Δ結線が欠相していると判断する。なお、No.6の場合、Y結線も欠相しているため、Δ結線の欠相を正常な状態に戻したあと、再度、判断処理を行った場合、No.2と同様な状況になり、判断部14は、Y結線が欠相していると判断する。
図4(b)のNo.7は、Y結線およびΔ結線に欠相が生じていない正常な場合を示している。No.7の場合、欠相検出部13は、正常を示すL信号を出力する。電流検出部12により検出された直流母線の電流値の周期は、電源周波数fの12倍になる。よって、判断部14は、Y結線およびΔ結線に欠相が生じておらず正常であると判断する。
ここで、上述した図4(a)のNo.1の状況における判断部14の動作について説明する。図5は、欠相検出部13がY結線側に接続されており、Y結線側のT1相が欠相した場合における信号波形を示す。図5(a)は、Y結線側の電圧波形を示している。また、図5(a)中のVR1は、Y結線側のR1相の電圧波形を示し、図5(a)中のVS1は、Y結線側のS1相の電圧波形を示し、図5(a)中のVT1は、Y結線側のT1相の電圧波形を示している。図5(b)は、Δ結線側の電圧波形を示している。また、図5(b)中のVR2は、Δ結線側のR2相の電圧波形を示し、図5(b)中のVS2は、Δ結線側のS2相の電圧波形を示し、図5(b)中のVT2は、Δ結線側のT2相の電圧波形を示している。
判断部14は、図5(c)に示すように、欠相検出部13から入力された検出信号S1が閾値thを超えているため、当該検出信号S1からY結線に欠相が生じていると判断する。また、判断部14は、図5(d)に示すように、電流検出部12により検出された直流母線の電流値の周期Pが電源周波数fの2倍になっているので、異常と判断する。よって、判断部14は、Y結線が欠相していると判断する。
つぎに、上述した図4(b)のNo.1の状況における判断部14の動作について説明する。図6は、欠相検出部13がΔ結線側に接続されており、Y結線側のT1相が欠相した場合における信号波形を示す。図6(a)は、Y結線側の電圧波形を示している。また、図6(a)中のVR1は、Y結線側のR1相の電圧波形を示し、図6(a)中のVS1は、Y結線側のS1相の電圧波形を示し、図6(a)中のVT1は、Y結線側のT1相の電圧波形を示している。図6(b)は、Δ結線側の電圧波形を示している。また、図6(b)中のVR2は、Δ結線側のR2相の電圧波形を示し、図6(b)中のVS2は、Δ結線側のS2相の電圧波形を示し、図6(b)中のVT2は、Δ結線側のT2相の電圧波形を示している。
判断部14は、図6(c)に示すように、欠相検出部13から入力された検出信号S1が閾値thを超えていないため、当該検出信号S1からΔ結線が正常であると判断する。また、判断部14は、図6(d)に示すように、電流検出部12により検出された直流母線の電流値の周期Pが電源周波数fの2倍になっているので、異常と判断する。よって、判断部14は、Y結線が欠相していると判断する。
つぎに、上述した図4(a)のNo.7の状況における判断部14の動作について説明する。図7は、欠相検出部13がΔ結線側に接続されており、Y結線およびΔ結線に欠相が生じていない場合における信号波形を示す。図7(a)は、Y結線側の電圧波形を示している。また、図7(a)中のVR1は、Y結線側のR1相の電圧波形を示し、図7(a)中のVS1は、Y結線側のS1相の電圧波形を示し、図7(a)中のVT1は、Y結線側のT1相の電圧波形を示している。図7(b)は、Δ結線側の電圧波形を示している。また、図7(b)中のVR2は、Δ結線側のR2相の電圧波形を示し、図7(b)中のVS2は、Δ結線側のS2相の電圧波形を示し、図7(b)中のVT2は、Δ結線側のT2相の電圧波形を示している。
判断部14は、図7(c)に示すように、欠相検出部13から入力された検出信号S1が閾値thを超えていないため、当該検出信号S1からΔ結線が正常であると判断する。また、判断部14は、図7(d)に示すように、電流検出部12により検出された直流母線の電流値の周期Pが電源周波数fの12倍になっているので、正常と判断する。よって、判断部14は、Y結線およびΔ結線に欠相が生じておらず正常であると判断する。
よって、コンバータ装置1は、コンバータ回路部11に接続されている直流母線の電流を検出する電流検出部12と、Δ結線側またはY結線側に接続され、接続されている結線に欠相が生じているかどうかを検出する欠相検出部13と、欠相検出部13により検出された検出信号と、電流検出部12により検出された直流母線の電流値とに基づいて、Δ結線またはY結線に欠相が生じていると判断された場合または、Δ結線およびY結線に欠相が生じていないと判断された場合、当該判断結果を出力する出力部15とを備えるので、欠相が生じた場合、Δ結線側で欠相が生じているのかまたは、Y結線側で欠相が生じているのかを出力部15から出力することができる。
また、コンバータ装置1は、欠相検出部13により検出された検出信号と、電流検出部12により検出された直流母線の電流値とに基づいて、Δ結線またはY結線に欠相が生じていることまたは、Δ結線およびY結線に欠相が生じていないことを判断する判断部14を備えるので、欠相が生じた場合、Δ結線側で欠相が生じているのかまたは、Y結線側で欠相が生じているのかを判断することができる。
また、コンバータ装置1は、電流検出部12により検出された直流母線の電流値の周期が電源周波数fの12倍になっていない場合、すなわち電源周期の2倍になっている場合には、欠相検出部13により検出された検出信号に基づいて、Δ結線またはY結線に欠相が生じていることを判断することができる。
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
1 コンバータ装置、2 12相整流用トランス、3 表示部、11 コンバータ回路部、12 電流検出部、13 欠相検出部、14 判断部、15 出力部、16 平滑コンデンサ、21 降圧部、22 整流部、23 フォトカプラ、23a 発光ダイオード、23b フォトトランジスタ、24 フィルタ部、25 欠相検出部。

Claims (4)

  1. 12相整流用トランスのΔ結線とY結線との2系統から供給される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ回路部と、
    前記コンバータ回路部に接続されている直流母線の電流を検出する電流検出部と、
    前記Δ結線側または前記Y結線側に接続され、接続されている結線に欠相が生じているかどうかを検出する欠相検出部と、
    前記欠相検出部により検出された検出信号と、前記電流検出部により検出された前記直流母線の電流値とに基づいて、前記Δ結線または前記Y結線に欠相が生じていることが検出された場合には、前記Δ結線または前記Y結線に欠相が生じていることを出力する出力部とを備えることを特徴とするコンバータ装置。
  2. 前記欠相検出部により検出された検出信号と、前記電流検出部により検出された前記直流母線の電流値とに基づいて、前記Δ結線または前記Y結線に欠相が生じていることを判断する判断部を備え、
    前記出力部は、前記判断部の判断結果に基づいて、前記Δ結線または前記Y結線に欠相が生じていることを出力する請求項1記載のコンバータ装置。
  3. 前記判断部は、前記欠相検出部により検出された検出信号と、前記電流検出部により検出された前記直流母線の電流値とに基づいて、前記Δ結線および前記Y結線に欠相が生じていないことを判断し、
    前記出力部は、前記判断部により前記Δ結線および前記Y結線に欠相が生じていないことが判断された場合、前記Δ結線および前記Y結線に欠相が生じていないことを出力する請求項2記載のコンバータ装置。
  4. 前記判断部は、前記電流検出部により検出された前記直流母線の電流値の周期が電源周波数の12倍になっていない場合には、前記欠相検出部により検出された検出信号に基づいて、前記Δ結線または前記Y結線に欠相が生じていることを判断する請求項2記載のコンバータ装置。
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