KR20160084856A

KR20160084856A - 전력변환기의 제어장치 및 전기차

Info

Publication number: KR20160084856A
Application number: KR1020167015113A
Authority: KR
Inventors: 케이 사카노우에; 히로카즈 카토; 히로키 시모야마; 토모타카 니시지마; 쥰이치 이시이; 야스시 마츠모토; 토시에 키쿠치
Original assignee: 도오까이 료가구 데쓰도오 가부시끼가이샤; 후지 덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2014-10-03
Publication date: 2016-07-14
Also published as: US20160285395A1; JP6159659B2; TW201531008A; JP2015119600A; WO2015093128A1; EP3086465A1; US9654031B2; TWI646769B; CN105814789A

Abstract

서로 병렬로 접속되고, 또한 기계적으로 결합된 복수 대(臺)의 유도전동기(41)를 운전하는 인버터 등의 전력변환기(10)의 제어장치에 있어서, 전력변환기(10)의 출력 전류를 검출하는 전류 검출 수단(30)과, 그 전류 검출값을 전류 명령값에 일치시키는 전압 명령값을 생성하는 전류 제어 수단(90)과, 전압 명령값의 진폭을 연산하는 전압 명령 진폭 연산 수단(100)과, 샘플링 주기마다 유도전동기(41)의 일차 주파수와 그 때의 전압 명령값의 진폭과의 조합을 기억하는 기억 수단(110)과, 기억 수단(110)의 기억 정보에 근거하여 전압 명령값의 진폭의 증가 분(分)을 일차 주파수의 증가 분으로 나눈 값을 연산하고, 그 나눈 결과가 소정의 기준값을 밑돌 때, 복수 대의 유도전동기(41) 중에 전력변환기(10)에 대해 상순(相順, phase sequence)이 오(誤)배선된 적어도 한 대의 유도전동기(41)가 존재하는 것을 판정하여 고장 신호를 출력하는 구배(勾配) 검출 수단(120)을 구비한다.

Description

전력변환기의 제어장치 및 전기차{ELECTRIC VEHICLE AND DEVICE FOR CONTROLLING POWER CONVERTER}

[0001] 본 발명은, 한 대(臺)의 전력변환기에 의해 복수 대의 유도전동기를 구동하는 시스템에 있어서, 복수 대의 유도전동기 중 적어도 한 대의 유도전동기의 상순(相順, phase sequence)의 오(誤)배선 검출 기능을 구비한 전력변환기의 제어장치, 및, 상기 제어장치를 구비한 전기차에 관한 것이다.

[0002] 특허 문헌 1에는, 오배선 검출 기능을 구비한 삼상(三相) 동기(同期) 전동기의 제어장치가 개시되어 있다.

[0003] 도 6은, 상기 종래 기술의 전체적인 구성을 나타낸 블록도이다. 도 6에 있어서, 토크(torque) 명령 발생부(1)는, 속도 명령값(V_c)과 피드백 속도 신호(V_cF) 간의 편차로부터 토크 명령값(T_CMD)을 연산한다. 전류 명령 발생부(2)는, 토크 명령값(T_CMD)에 근거하여 q축 전류 명령값(I_qC) 및 d축 전류 명령값(I_dC)을 연산하며, 이들 전류 명령값(I_qC, I_dC)은 전기자 전류 공급 장치(3)에 입력된다.

[0004] 전기자 전류 공급 장치(3)는 인버터 등의 전력변환기(3e)를 구비하며, 그 삼상 출력 전압은 동기전동기(M)에 공급되고 있다. 동기전동기(M)에는 인코더(6)가 부착되어 있으며, 회전자 위치 신호(θ_m)가 피드백 속도 신호 발생부(7)에 입력되어 상기 피드백 속도 신호(V_cF)가 생성된다.

[0005] 동기전동기(M)의 입력측에는 전류검출기(4)가 설치되어 있으며, 전류검출기(4)에 의해 검출된 U상 및 V상의 전류 신호(I_U, I_V)가 직교 이축(二軸) 변환부(5)에 입력된다. 직교 이축 변환부(5)에서는, 회전자 위치 신호(θ_m)에 근거하여 신호발생기(9)가 생성한 SIN 신호, COS 신호를 이용하여, 상기 전류 신호(I_U, I_V)를 d축 전류 피드백 신호(I_dF), q축 전류 피드백 신호(I_qF)로 변환한다.

[0006] 전기자 전류 공급 장치(3)에 있어서, 전류제어기(3a, 3b)는, 전류 명령값(I_qC, I_dC)과 피드백 신호(I_qF, I_dF) 간의 각각의 편차를 없애는 것과 같은 q축 전압 명령값(V_qC), d축 전압 명령값(V_dC)을 연산한다. 이들 전압 명령값(V_qC, V_dC)이 좌표변환기(3c)에 입력된다.

[0007] 좌표변환기(3c)는, 상기 SIN 신호, COS 신호를 이용하여, 전압 명령값(V_qC, V_dC)을 삼상 전압 명령값(V_UC, V_VC, V_WC)으로 변환하여, PWM 제어기(3d)에 공급한다.

[0008] PWM 제어기(3d)는, 전압 명령값(V_UC, V_VC, V_WC)으로부터 생성된 구동 신호에 의해 전력변환기(3e)를 PWM 제어하여, 직류 전압을 삼상 교류 전압으로 변환하여 동기전동기(M)를 구동하고 있다.

[0009] 그런데, 도 6에 나타낸 종래 기술에는, 전력변환기(3e)의 출력상(出力相)에 대한 동기전동기(M)의 상순의 이상(二相) 오배선 또는 삼상(三相) 오배선을 검출하는 오배선 검출부(8)가 설치되어 있다. 이상 오배선 또는 삼상 오배선이 있는 경우에는 q축 전류 명령값(I_qC)이 포화 상태가 되고, q축 전류 피드백 신호(I_qF)가 소정값 이상이 되는 동시에, q축 전류 피드백 신호(I_qF)와 피드백 속도 신호(V_cF)가 역극성(逆極性)이 된다. 오배선 검출부(8)는, 이 점에 착안하여 오배선을 검출하고, 알람 신호(AS)를 출력한다.

[0010] 오배선 검출부(8)는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 포화 상태 판정부(8a), q축 전류 피드백 신호 판정부(8b), 적산부(積算部; 8c) 및 판정부(8d)에 의해 구성되어 있다.

[0011] 다음으로, 오배선 검출부(8)에 의한 상순의 이상 오배선(예컨대, 전력변환기(3e)의 출력상(U-V-W)에 대해, 동기전동기(M)의 입력상(入力相)이 U-W-V의 상순으로 접속되어 있는 것과 같은 상태)의 검출 동작을, 도 7 및 도 8에 근거하여 설명한다.

[0012] 포화 상태 판정부(8a)는, 도 8(b)에 나타낸 바와 같이 q축 전류 명령값(I_qC)이 포화 상태가 되었음을 판정하고 그 판정 결과를 적산부(8c)에 출력한다. 또한, q축 전류 피드백 신호 판정부(8b)는, q축 전류 피드백 신호(I_qF)가 소정값 이상임을 판정하고 그 판정 결과를 적산부(8c)에 출력한다. 적산부(8c)에서는, q축 전류 피드백 신호(I_qF)가 양극성(正極性)임을 판정한 때부터, 도 8(a) 및 (c)에 나타낸 바와 같이, 속도 명령(V_c)에 추종하지 않고 진동하는 피드백 속도 신호(V_cF)의 음극성(負極性)인 시간을 적산하여, 이것을 적산값(IV)으로서 출력한다. 판정부(8d)에서는, 도 8(c) 및 (d)에 나타낸 바와 같이, 적산값(IV)이 누적 시간(RT)에 도달한 시점에서, 오배선을 알리기 위한 알람 신호(AS)를 출력한다.

[0013] 일본 특허공개공보 제2010-213557호 일본 특허공개공보 제2000-032616호 일본 특허공개공보 제2008-253008호 일본 특허공개공보 H09-016233호 일본 특허공개공보 제2007-318955호

[0014] 그러나, 서로 병렬로 접속되고, 또한 기계적으로 결합된 복수 대(臺)의 유도전동기를 한 대의 전력변환기에 의해 구동하는 경우, 가령 한 대의 전동기의 상순이 오배선되어 있었다 하더라도, 정상적으로 배선된 전동기의 출력 토크에 견인되어 오배선 상태의 전동기도 구동된다. 그 결과, 부하의 속도는 명령값대로 조정 가능하게 되어 버린다. 따라서, 속도나 속도 명령값을 이용하는 종래 기술을 복수 대의 유도전동기에 적용할 수 없다.

[0015] 특허 문헌 1에 기재된 종래 기술에서는, 복수 대의 전동기를 전력변환기에 의해 구동하는 경우의 오배선 검출 방법에 대해 기재되어 있지 않아, 상기와 같이 복수 대의 전동기 중에 오배선된 전동기가 포함되어 있는 경우의 문제를 해결할 수 없다. 애초에, 특허 문헌 1은 동기전동기를 대상으로 한 것이며, 유도전동기의 오배선에 대해서는 언급되어 있지 않다.

[0016] 따라서, 본 발명의 해결 과제는, 서로 병렬로 접속되고, 또한 기계적으로 결합된 복수 대의 유도전동기 중 적어도 한 대의 전동기의 상순이 오배선임을 검출 가능하도록 한 전력변환기의 제어장치, 및, 이러한 제어장치를 구비한 전기차를 제공하는 데 있다.

[0017] 상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 1에 따른 전력변환기의 제어장치는, 반도체 스위칭 소자의 동작에 의해 직류 전압을 변환하여 얻은 삼상(三相) 교류 전압을, 서로 병렬로 접속되어 기계적으로 결합된 복수 대(臺)의 유도전동기에 공급하여 이들 유도전동기를 운전하는 전력변환기의 제어장치로서,

상기 전력변환기의 출력 전류를 검출하는 전류 검출 수단과,

상기 전류 검출 수단에 의한 전류 검출값을 전류 명령값에 일치시키는 것과 같은 전압 명령값을 생성하는 전류 제어 수단과,

상기 전압 명령값의 진폭을 연산하는 전압 명령 진폭 연산 수단과,

샘플링 주기마다 상기 유도전동기의 일차 주파수와 그 때의 상기 전압 명령값의 진폭과의 조합을 기억하는 기억 수단과,

상기 기억 수단의 기억 정보에 근거하여 상기 전압 명령값의 진폭의 증가 분(分)을 상기 일차 주파수의 증가 분으로 나눈 값을 연산하고, 그 나눈 결과가 소정의 기준값을 밑돌 때, 복수 대의 상기 유도전동기 중에 상기 전력변환기에 대해 상순(相順, phase sequence)이 오(誤)배선된 적어도 한 대의 유도전동기가 존재하는 것을 판정하여 고장 신호를 출력하는 구배(勾配) 검출 수단을 구비한 것이다.

[0018] 청구항 2에 따른 전력변환기의 제어장치는, 반도체 스위칭 소자의 동작에 의해 직류 전압을 변환하여 얻은 삼상 교류 전압을, 서로 병렬로 접속되어 기계적으로 결합된 복수 대의 유도전동기에 공급하여 이들 유도전동기를 운전하는 전력변환기의 제어장치로서,

상기 전력변환기의 출력 전압을 검출하는 전압 검출 수단과,

상기 전압 검출 수단에 의한 전압 검출값의 진폭을 연산하는 전압 검출값 진폭 연산 수단과,

샘플링 주기마다 상기 유도전동기의 일차 주파수와 그 때의 상기 전압 검출값의 진폭과의 조합을 기억하는 기억 수단과,

상기 기억 수단의 기억 정보에 근거하여 상기 전압 명령값의 진폭의 증가 분을 상기 일차 주파수의 증가 분으로 나눈 값을 연산하고, 그 나눈 결과가 소정의 기준값을 밑돌 때, 복수 대의 상기 유도전동기 중에 상기 전력변환기에 대해 상순이 오배선된 적어도 한 대의 유도전동기가 존재하는 것을 판정하여 고장 신호를 출력하는 구배 검출 수단을 구비한 것이다.

[0019] 또한, 청구항 3에 따른 전기차는, 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 제어장치가 상기 전력변환기와 함께 차량에 탑재되고, 상기 전력변환기에 의해 차륜 구동용의 복수 대의 유도전동기를 운전하는 것을 특징으로 한다.

[0020] 또한, 청구항 4에 따른 전기차는, 청구항 3에 따른 전기차에 있어서, 상기 차량이 가장 낮은 토크 성능의 역행(力行) 노치(notch)로 운전되고 있을 때, 상기 구배 검출 수단이 상기 고장 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

[0021] 또한, 청구항 5에 따른 전기차는, 청구항 3에 따른 전기차에 있어서, 상기 차량의 속도가 소정값 이하일 때, 상기 구배 검출 수단이 상기 고장 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

[0022] 또한, 청구항 6에 따른 전기차는, 청구항 3에 따른 전기차에 있어서, 상기 차량이 가장 낮은 토크 성능의 역행 노치로 운전되고 있을 때이며, 또한 상기 차량의 속도가 소정값 이하일 때, 상기 구배 검출 수단이 상기 고장 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

[0023] 본 발명에 의하면, 서로 병렬로 접속되고, 또한 기계적으로 결합되어 있는 복수 대의 유도전동기 중에서, 전력변환기에 대해 상순이 오배선된 적어도 한 대의 유도전동기가 존재하는 것을, 일차 주파수의 증가 분에 대한 전압 명령값 또는 전압 검출값의 진폭의 증가 분의 비(比)에 근거하여 확실히 검출할 수 있다.

[0024] 도 1은, 본 발명의 실시형태가 적용되는 유도전동기의 구동 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는, 유도전동기의 T형 등가 회로를 나타낸 도면이다.
도 3은, 복수 대의 유도전동기를 병렬 접속한 경우의 등가 회로를 나타낸 도면이다.
도 4는, 한 대의 유도전동기의 정상(正常) 배선시와 오(誤)배선시에 있어서, 이차측 임피던스의 크기의 계산예를 비교한 도면이다.
도 5는, 복수 대의 유도전동기가 정상 배선되어 있는 경우와 오배선된 한 대의 유도전동기를 포함하는 경우에 있어서, 복수 대의 유도전동기의 합성 임피던스의 크기의 계산예를 비교한 도면이다.
도 6은, 특허 문헌 1에 기재된 종래 기술의 블록도이다.
도 7은, 도 6에 있어서의 오배선 검출부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 8은, 도 6에 있어서의 오배선 검출부의 동작 설명도이다.

[0025] 이하에서는, 도면에 따라 본 발명의 실시형태를 설명한다.

[0026] 도 1은, 본 발명의 실시형태가 적용되는 유도전동기의 구동 시스템을 나타낸 것으로서, 청구항 1에 따른 발명에 상당한다. 도 1에 있어서, 인버터 등의 전력변환기(10)에는 직류 전원(20)이 접속되어 있으며, 전력변환기(10) 내의 반도체 스위칭 소자의 동작에 의해, 직류 전원(20)의 직류 전압이 삼상 교류 전압으로 변환되어 유도전동기군(群)(40)에 공급되고 있다.

[0027] 유도전동기군(40)은, 서로 병렬로 접속되고, 또한 기계적으로 결합된 복수 대(예컨대, 4대)의 유도전동기(41)에 의해 구성되어 있다.

[0028] 여기서, 전력변환기(10)의 제어장치는 이하와 같이 구성되어 있다.

[0029] 즉, 슬립 주파수(슬립 각 주파수(slip angle frequency)) 명령값(ω_se*)과 유도전동기군(40)의 회전 속도 검출값(ω_re)이 일차 주파수 연산 수단(50)에 의해 가산되어, 일차 주파수(일차 각 주파수)(ω₁)가 생성된다. 상기 일차 주파수(ω₁)는, 적분 수단(60)에 의해 적분되어 벡터 제어에 필요한 각도(θ)가 연산되는 동시에, 기억 수단(110)에도 입력되고 있다.

[0030] 또한, 전력변환기(10)의 출력측에는 전류 검출 수단(30)이 설치되고, 삼상의 전류 검출값(i_u, i_v, i_w)이 좌표 변환 수단(70)에 입력되고 있다. 좌표 변환 수단(70)에서는, 전류 검출값(i_u, i_v, i_w)을 각도(θ)에 근거하여 이상량(二相量, two phase quantity)의 d축 전류 검출값(i_d), q축 전류 검출값(i_q)으로 변환하여, 전류 제어 수단(90)으로 출력한다.

[0031] 전류 제어 수단(90)은, d축 전류 검출값(i_d)을 d축 전류 명령값(i_d*)에 일치시키고, q축 전류 검출값(i_q)을 q축 전류 명령값(i_q*)에 일치시키는 것과 같은 d축 전압 명령값(v_d*) 및 q축 전압 명령값(v_q*)을 연산하여 출력한다. 참고로, d축 전류 명령값(i_d*) 및 q축 전류 명령값(i_q*)은, 도시되어 있지 않은 상위 컨트롤러로부터 부여되고 있다.

[0032] 좌표 변환 수단(80)은, d축 전압 명령값(v_d*) 및 q축 전압 명령값(v_q*)을 각도(θ)에 근거하여 삼상의 전압 명령값으로 변환하고, 상기 전압 명령값을 전력변환기(10)에 부여한다. 전력변환기(10)는, 반도체 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해, 상기 전압 명령값에 따른 삼상 교류 전압을 생성하여 유도전동기군(40)에 공급한다.

[0033] 전류 제어 수단(90)으로부터 출력된 d축 전압 명령값(v_d*) 및 q축 전압 명령값(v_q*)은, 전압 명령 진폭 연산 수단(100)에도 입력되어 있다. 전압 명령 진폭 연산 수단(100)은, 수학식 1에 의해 전압 명령값의 진폭(v_a*)을 연산하여 기억 수단(110)에 기억시킨다.

[0034] [수학식 1]

[0035] 기억 수단(110)은, 일정한 간격으로 샘플링된 일차 주파수(ω₁) 및 전압 명령값의 진폭(v_a*)을 기억하고 있다. 예컨대, k회째의 샘플링 주기에서 얻어진 일차 주파수를 ω₁(k), 전압 명령값의 진폭을 v_a*(k)로 하면, 이들 ω₁(k)와 v_a*(k)와의 조합이 기억 수단(110)에 기억된다.

[0036] 구배 검출 수단(120)은, 새롭게 얻어진 k회째의 데이터인 ω₁(k), v_a*(k)와 전회(前回)의 데이터인 ω₁(k－1), v_a*(k－1)을 이용하여, 수학식 2에 의해, 일차 주파수의 증가 분에 대한 전압 명령값의 진폭의 증가 분의 비(Δv_a*/Δω₁)를 구한다.

[0037] [수학식 2]

[0038] 그리고, 구배 검출 수단(120)은, 상기의 비(Δv_a*/Δω₁)가 소정의 기준값을 밑돌았을 경우에, 유도전동기군(40) 중에서 적어도 한 대의 유도전동기(41)의 상순이 전력변환기(10)의 출력상에 대해 이상(二相) 오배선임을 검출한다. 유도전동기군(40)의 상순이 전력변환기(10)의 출력상에 대해 이상 오배선이라는 것은, 예컨대, 전력변환기(10)의 출력상(U-V-W)에 대해, 유도전동기(41)의 입력상이 U-W-V의 상순으로 접속되어 있는 것과 같은 상태를 말한다. 구배 검출 수단(120)은, 적어도 한 대의 유도전동기(41)의 상순이 전력변환기(10)의 출력상에 대해 이상 오배선임을 검출하면, 고장 신호를 생성하여, 전력변환기(10)에 출력한다. 고장 신호를 받은 전력변환기(10)는, 모든 반도체 스위칭 소자를 오프(모든 게이트 오프)함으로써, 유도전동기군(40)으로의 전력 공급을 정지한다.

[0039] 다음으로, 도 1에 나타낸 구성에 의해, 유도전동기(41)의 이상 오배선을 검출 가능한 이유에 대해 기술한다.

[0040] 유도전동기의 벡터 제어에서는, 전력변환기의 출력 주파수(일차 주파수)로 회전하는 좌표계(d－q축 좌표계)를 이용하여 해석한다. 이 때문에, 가령 전력변환기의 삼상(三相) 출력 중 이상(二相)이 오배선되어 입력상의 상순이 바뀌어 있는 유도전동기는, 등가적으로 회전자측이 역회전하고 있는 것으로 해석한다. 이 경우, 유도전동기의 일차 주파수(ω₁)의 극성을 양으로 하면, 회전 속도(ω_re)의 극성은 음이 되지만, 슬립 주파수의 극성은 양이 된다. 오배선된 유도전동기의 슬립 주파수를 ω_se2로 하면, ω_se2, ω_re, ω₁의 관계는 수학식 3과 같이 되어, 슬립 주파수(ω_se2)가 회전 속도(ω_re)의 2배 정도까지 되는 것을 알 수 있다.

[수학식 3]

ω_se2=ω_re＋ω₁

도 2는, 유도전동기(41)의 T형 등가 회로이다. 상기 T형 등가 회로는, 일차 저항(R_s), 일차측 누설 인덕턴스(L_s), 이차측 누설 인덕턴스(L_r), 여자(勵磁) 인덕턴스(M) 및 이차 저항(R_r)에 의해 나타내어진다. 도시된 바와 같이, 전력변환기로부터 유도전동기(41)에 d축 전압(v_d), q축 전압(v_q)(도면 내에서, v_dq로 표시됨)이 인가(印加)되고, 상기 전압에 의해, d축 전류(i_d), q축 전류(i_q)(도면 내에서, i_dq로 표시됨)가 유입된다고 생각할 수 있다.

[0041] 참고로, 도 3은, 도 1과 같이 복수 대의 유도전동기(41)가 서로 병렬로 접속되어 있는 경우의 등가 회로이다.

[0042] 여기서, 유도전동기(41)의 전압 방정식을 복소(複素) 벡터 형식으로 나타내면, 수학식 4가 된다.

[0043] [수학식 4]

[0044] 수학식 4에 있어서, v_dq：전력변환기(10)에 의한 인가 전압, φ_dq：이차 자속 벡터, i_dq：전류 벡터, ω₁：일차 주파수, σL_s：누설 인덕턴스(M/L_r(L_s＋L_r)과 거의 동일한 값을 취함)이다.

[0045] 지금, 인가 전압(v_dq)으로부터 일차 저항(R_s) 및 누설 인덕턴스(σL_s)에 있어서의 전압 강하를 뺀 이차 자속(φ_dq)에 의해 발생하는 유기(誘起) 전압을 e_dq로 두면, 일차측의 dq축 전류(i_dq)와 유기 전압(e_dq)의 관계는, 수학식 5와 같이 된다. 참고로, 수학식 5에서는 미분항(微分項)을 무시하고 있으며, 정상(定常) 상태를 고려하고 있다.

[0046] [수학식 5]

[0047] 수학식 5는, 일차 전류(i_dq)와 유기 전압(e_dq)의 관계를 나타내고 있으며, 양 변(邊)을 일차 전류(i_dq)에 의해 나눔으로써, 유도전동기의 이차측의 임피던스(Z)를 얻을 수 있다.

[0048] 다음으로, 일차 주파수가 2.5［Hz］∼10［Hz］(유도전동기의 회전 속도가 16［rad/s］∼63［rad/s］에 상당)까지 증가한 경우에 있어서의, 한 대의 정상 배선된 유도전동기 및 상순이 오배선된 유도전동기의 이차측 임피던스(Z)의 크기의 계산예를, 도 4에 나타낸다. 참고로, 전동기 상수는, 정격 전압 200［V］, 정격 출력 7.5［kW］의 벡터 제어용 유도전동기의 상수를 이용하고 있다.

[0049] 상순이 오배선된 유도전동기에서는, 전술한 수학식 3과 같이 회전 속도와 일차 주파수의 합계값이 슬립 주파수로 되어 있다. 즉, 슬립 주파수가 일정한 상황 하에서는 회전 속도가 상승함에 따라 일차 주파수가 저하되기 때문에, 수학식 5로부터 구해지는 이차측의 임피던스(Z)는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 회전 속도가 상승하더라도 낮은 값에 머물러 있다.

[0050] 또한, 유도전동기 전체로서의 합성 임피던스의 크기는, 일차 주파수가 상승함에 따라 이차측 임피던스가 지배적이 된다. 도 5는, 병렬 접속된 복수 대(예컨대 4대)의 유도전동기가 모두 올바른 상순으로 정상적으로 배선되어 있는 경우와, 복수 대의 유도전동기 중 한 대의 상순이 이상 오배선되어 있는 경우의 합성 임피던스의 계산 결과를 나타내고 있다.

[0051] 도 5에 의하면, 모든 유도전동기가 정상 배선되어 있는 경우에 비해 오배선의 유도전동기를 포함하는 경우에서는, 회전 속도에 대한 합성 임피던스의 기울기가 감소하고 있음을 알 수 있다.

[0052] 한편, 전력변환기(10)의 제어장치는 전류 제어를 행하고 있기 때문에, 도 3에 나타낸 바와 같이, 복수 대의 유도전동기(41)에 대해 전류원으로서 거동하고 있다. 따라서, 동일한 전류 명령값에 근거하는 전류를 각 유도전동기(41)에 흘리면, 도 5에 나타낸 바와 같은 각각의 경우에 대응하는 합성 임피던스의 크기에 비례하는 진폭의 전압이, 전력변환기(10)의 출력단(出力端)에 나타나게 된다.

[0053] 이 때문에, 도 1에 나타낸 바와 같이, 기억 수단(110)에 일차 주파수(ω₁)와 전압 명령의 진폭(v_a*)을 기억시켜 둔다. 구배 검출 수단(120)이 수학식 2의 연산을 행하여 일차 주파수(ω₁)의 증가 분(회전 속도의 증가 분)에 대한 전압 명령의 진폭(v_a*)의 증가 분의 비(Δv_a*/Δω₁)를 검출한다. 그 비가 소정의 기준값을 밑돈 것, 환언하자면, 회전 속도에 대한 합성 임피던스의 변화 분(分)이 소정의 기준값을 밑돈 것에 기초하여, 적어도 한 대의 유도전동기(41)의 상순의 오배선을 검출할 수 있다.

[0054] 이렇게 하여 유도전동기(41)의 오배선을 검출한 경우에는, 구배 검출 수단(120)으로부터 고장 신호를 출력시켜 전력변환기(10)의 운전 정지 등의 처리를 실행하면 된다.

[0055] 상기 실시형태에서는, 오배선의 검출에 전압 명령값의 진폭을 이용하고 있지만, 전압 검출값의 진폭을 이용해도 된다. 즉, 도시되어 있지 않지만, 청구항 2에 기재하는 바와 같이, 전력변환기(10)의 출력 전압을 전압 검출 수단에 의해 검출하고, 그 전압 검출값의 진폭을 도 1의 전압 명령 진폭 연산 수단(100)을 대신하는 전압 검출값 진폭 연산 수단에 의해 연산한다. 이와 함께, 상기 전압 검출값의 진폭과 일차 주파수와의 조합을 기억 수단(110)에 기억시킨다.

[0056] 그리고, 구배 검출 수단(120)에서는, 일차 주파수의 증가 분에 대한 전압 검출값의 진폭의 증가 분의 비를 연산하고, 그 비가 소정의 기준값을 밑돌았을 때 유도전동기(41)의 상순의 오배선을 검출하는 것이다.

[0057] 참고로, 본 발명은, 차량에 탑재된 한 대의 가변 전압 가변 주파수 인버터(VVVF 인버터) 등의 전력변환기에 의해, 차륜 구동용의 복수 대의 유도전동기를 운전하는 전기차로서도 실현 가능하다.

[0058] 전기차에서는, 차량의 조립이나 정비·점검시에 전기 기기 및 기기 간 배선의 분리와 부착이 행해지는 경우가 있다. 그리고, 차량 또는 전기 기기의 조립 후에는, 전기차를 역행 1 노치로 기동하여, 낮은 속도로부터 서서히 가속하는 등의 주행 시험이 실시된다. 이러한 주행 시험에 의해, 각 전기 기기가 정상적으로 동작하는 것을 확인할 수 있다. 역행 1 노치는, 가장 낮은 토크 성능이 할당된 역행 노치이다.

[0059] 따라서, 본 발명을 전기차에 적용하는 경우, 차량이 역행 1 노치로 운전되고 있을 때, 유도전동기(41)의 오배선을 검출하는 것이 좋다. 또한, 차량이 소정의 속도(예컨대, 역행 1 노치로 가속 가능한 최고 속도) 이하일 때, 유도전동기(41)의 오배선을 검출하도록 해도 된다. 나아가, 차량이 역행 1 노치로 운전되고 있을 때이며, 또한 차량이 소정의 속도 이하일 때, 유도전동기(41)의 오배선을 검출하도록 해도 된다.

[0060] 이와 같이 하면, 차량 또는 전기 기기의 조립 후의 빠른 단계에서, 유도전동기(41)의 오배선을 검출할 수 있다.

Claims

반도체 스위칭 소자의 동작에 의해 직류 전압을 변환하여 얻은 삼상(三相) 교류 전압을, 서로 병렬로 접속되어 기계적으로 결합된 복수 대(臺)의 유도전동기에 공급하여 이들 유도전동기를 운전하는 전력변환기의 제어장치로서,
상기 전력변환기의 출력 전류를 검출하는 전류 검출 수단과,
상기 전류 검출 수단에 의한 전류 검출값을 전류 명령값에 일치시키는 것과 같은 전압 명령값을 생성하는 전류 제어 수단과,
상기 전압 명령값의 진폭을 연산하는 전압 명령 진폭 연산 수단과,
샘플링 주기마다 상기 유도전동기의 일차 주파수와 그 때의 상기 전압 명령값의 진폭과의 조합을 기억하는 기억 수단과,
상기 기억 수단의 기억 정보에 근거하여 상기 전압 명령값의 진폭의 증가 분(分)을 상기 일차 주파수의 증가 분으로 나눈 값을 연산하고, 그 나눈 결과가 소정의 기준값을 밑돌 때, 복수 대의 상기 유도전동기 중에 상기 전력변환기에 대해 상순(相順, phase sequence)이 오(誤)배선된 적어도 한 대의 유도전동기가 존재하는 것을 판정하여 고장 신호를 출력하는 구배(勾配) 검출 수단
을 구비한 것을 특징으로 하는 전력변환기의 제어장치.
반도체 스위칭 소자의 동작에 의해 직류 전압을 변환하여 얻은 삼상 교류 전압을, 서로 병렬로 접속되어 기계적으로 결합된 복수 대의 유도전동기에 공급하여 이들 유도전동기를 운전하는 전력변환기의 제어장치로서,
상기 전력변환기의 출력 전류를 검출하는 전류 검출 수단과,
상기 전력변환기의 출력 전압을 검출하는 전압 검출 수단과,
상기 전류 검출 수단에 의한 전류 검출값을 전류 명령값에 일치시키는 것과 같은 전압 명령값을 생성하는 전류 제어 수단과,
상기 전압 검출 수단에 의한 전압 검출값의 진폭을 연산하는 전압 검출값 진폭 연산 수단과,
샘플링 주기마다 상기 유도전동기의 일차 주파수와 그 때의 상기 전압 검출값의 진폭과의 조합을 기억하는 기억 수단과,
상기 기억 수단의 기억 정보에 근거하여 상기 전압 명령값의 진폭의 증가 분을 상기 일차 주파수의 증가 분으로 나눈 값을 연산하고, 그 나눈 결과가 소정의 기준값을 밑돌 때, 복수 대의 상기 유도전동기 중에 상기 전력변환기에 대해 상순이 오배선된 적어도 한 대의 유도전동기가 존재하는 것을 판정하여 고장 신호를 출력하는 구배 검출 수단
을 구비한 것을 특징으로 하는 전력변환기의 제어장치.
제 1항 또는 제 2항에 기재된 전력변환기의 제어장치가 상기 전력변환기와 함께 차량에 탑재되고, 상기 전력변환기에 의해 차륜 구동용의 복수 대의 유도전동기를 운전하는 것을 특징으로 하는 전기차.
제 3항에 있어서,
상기 차량이 가장 낮은 토크 성능의 역행(力行) 노치(notch)로 운전되고 있을 때, 상기 구배 검출 수단이 상기 고장 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전기차.
제 3항에 있어서,
상기 차량의 속도가 소정값 이하일 때, 상기 구배 검출 수단이 상기 고장 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전기차.
제 3항에 있어서,
상기 차량이 가장 낮은 토크 성능의 역행 노치로 운전되고 있을 때이며, 또한 상기 차량의 속도가 소정값 이하일 때, 상기 구배 검출 수단이 상기 고장 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전기차.