TW201349719A - 換流器裝置 - Google Patents

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Abstract

換流器裝置係具備：整流電路，係將由主電源所供應的交流電力予以整流化而產生直流電力；控制電源電路，係使用前述產生之直流電力和由外部電源所供應的直流電力之至少一方而產生控制用直流電力；以及控制部，係接收前述產生之控制用直流電力而進行預定的控制動作，前述控制電源電路係具有：絕緣變壓器，係包含有連接於前述整流電路之1次側繞組、以及與前述1次側繞組絕緣之2次側繞組；第1控制電源用電容器，係經由第1二極體而連接於前述絕緣變壓器之前述2次側繞組；外部電源用電容器，係經由第2二極體而連接於前述第1控制電源用電容器，並經由第3二極體而連接於連接有前述外部電源的端子；以及第2控制電源用電容器，係連接於前述外部電源用電容器。

Description

換流器裝置
本發明係關於換流器(inverter)裝置。
專利文獻1係記載有在供應閘極電源於用以施加往半導體元件的閘極(gate)電壓的閘極驅動電路之閘極電源供應裝置中，閘極電源自給電路係接收半導體元件之關斷(off)狀態時的電壓而進行電阻分壓，並經由二極體(diode)而對電容器(capacitor)進行充電，藉此而自己供應閘極電源，支援(backup)電源電路係於半導體元件之關斷狀態時的電壓降低，且閘極電源自給電路無法蓄積僅維持閘極電壓的電荷於電容器時，則接收閘極電源自給電路的電壓而進行電阻分壓，並經由二極體而對閘極電源自給電路的電容器進行充電之情形。據此，若根據專利文獻1，由於即使未設置外部電源，亦能由支援電源電路而供應閘極電壓於本身之半導體元件的閘極驅動電路，故在並聯有複數個半導體元件時，即使其中1個半導體元件產生短路故障之情形時，亦能確保閘極電源。
專利文獻2係記載有在換流器裝置中，連接有商用電源於換流器本體，並經由參數(parameter)通信電纜(cable)而連接參數單元(unit)於換流器本體，且連接外部電源單元於參數單元之情形。據此，若根據專利文獻2，則即使於換流器本體開始運作時無法導 入商用電源之狀態下，亦能進行設定值的確認或變更。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本特開2007-236134號公報
專利文獻2：國際公開第2004/107551號
由於專利文獻1之技術係以未設置外部電源為前提，故有關如何使主電源之電源供應和外部電源之電源供應得以並存之情形，並無任何記載。
專利文獻2雖亦記載有設置外部電源單元連接連接器(connector)於換流器本體，並將外部電源單元連接於該外部電源單元連接連接器，但有關如何連接外部電源單元連接連接器和連接有商用電源(主電源)之側的電路，則無任何記載，且有關如何使主電源之電源供應和外部電源之電源供應得以並存之情形，亦並無任何記載。
本發明係有鑑於上述之課題而完成者，其目的為取得一換流器裝置，其係能使主電源之電源供應和外部電源之電源供應得以省電且有效地並存。
為了解決上述之課題，並達成目的，本發明之1個態樣之換流器裝置之特徵在於具備：整流電路，其係將由主電源所供應的交流電力予以整流化而產生直流電力； 控制電源電路，其係使用前述產生之直流電力和由外部電源所供應的直流電力之至少一方而產生控制用直流電力；以及控制部，其係接收前述產生之控制用直流電力而進行預定的控制動作，前述控制電源電路係具有：絕緣變壓器(trans)，其係含有連接於前述整流電路之1次側繞組、以及與前述1次側繞組絕緣之2次側繞組；第1控制電源用電容器，其係經由第1二極體而連接於前述絕緣變壓器之前述2次側繞組；外部電源用電容器，其係經由第2二極體而連接於前述第1控制電源用電容器，並經由第3二極體而連接於連接有前述外部電源的端子；以及第2控制電源用電容器，其係連接於前述外部電源用電容器。
根據本發明，即可將主電源供應和主電源+外部電源供應予以分離，且能減少外部電源之供應電力，並達成省電化。此外，由於能將電容器分割為控制電源用電容器和外部電源用電容器，藉此而能減少外部電源用電容器的容量，且能減少由外部電源往外部電源用電容器的突波電流，故能不設置電阻而有效地抑制突波電流。因此，能使主電源之電源供應和外部電源之電源供應得以省電且有效地並存。
1、1i、900、900i‧‧‧換流器裝置
2、902、902i‧‧‧框體
10、903、910‧‧‧整流電路
20-1、20-2、920、920i‧‧‧控制電源電路
40、40i‧‧‧監視部
50、950‧‧‧控制部
51-1至51-k‧‧‧控制電路
70、80-1至80-k‧‧‧開閉部
71至73‧‧‧開關
81-1至81-k‧‧‧遮斷器
904‧‧‧換流器主電路
AC‧‧‧主電源
C1-1、C1-2、C3-1、C3-2‧‧‧控制電源用電容器
C2-1、C2-2‧‧‧外部電源用電容器
C11‧‧‧平滑電容器
C12‧‧‧電容器
D1-1、D1-2、D2-1、D2-2、D3-1、D3-2、D4-1、D4-2、D11、D12、D13、D14、D1‧‧‧二極體
DC、DC-1至DC-k‧‧‧外部電源
IPS1-1、IPS2-1、IPS1-2、IPS2-2‧‧‧直流電力
N1-1、N2-1、N1-2、N2-2‧‧‧輸出節點
N3-1、N4-1、N3-2‧‧‧輸入節點
R1、S1、R2-1、S2-1、R2-2、S2-2‧‧‧輸入端子
R11、R12、R1-1、R1-2、R2-2‧‧‧電阻
T-1、T-2、T900‧‧‧絕緣變壓器
T-1a、T-2a、T900a‧‧‧1次側繞組
T-1b、T-2b、T900b‧‧‧2次側繞組
T-1c‧‧‧3次側繞組
TR11、TR-1、TR-2‧‧‧電晶體
第1圖係顯示實施形態1的換流器裝置之構成圖。
第2圖係顯示實施形態1的換流器裝置之構成圖。
第3圖係顯示實施形態1的整流電路、以及控制電源電路之構成圖。
第4圖係顯示實施形態1的換流器裝置的動作之圖。
第5圖係顯示實施形態1的換流器裝置的動作之圖。
第6圖係顯示實施形態2的換流器裝置之構成圖。
第7圖係顯示實施形態2的換流器裝置之構成圖。
第8圖係顯示實施形態2的整流電路、以及控制電源電路之構成圖。
第9圖係顯示基本形態的換流器裝置之構成圖。
第10圖係顯示基本形態的整流電路、以及控制電源電路之構成圖。
第11圖係顯示基本形態的變形例之換流器裝置之構成圖。
第12圖係顯示基本形態的變形例之整流電路、以及控制電源電路之構成圖。
以下，根據圖式詳細說明本發明之換流器裝置的實施形態。又，本發明並不因該實施形態而受到限定。
實施形態1
說明有關實施形態1的換流器裝置1之前，先使用第9圖說明有關基本形態之換流器裝置900。第9圖係顯示基本形態的換流器裝置900之構成圖。
換流器裝置900係由主電源AC接收交流電力，並將接收之交流電力變換成預定的直流電力，進而將變換過之直流電力變換成交流電力，且使用變換過之交流電力來驅動馬達M。又，主電 源AC係例如為AC200V/400V之交流電源。
具體而言，換流器裝置900係具備整流電路903、換流器主電路904、整流電路910、控制電源電路920、以及控制部950。整流電路903、換流器主電路904、整流電路910、控制電源電路920、以及控制部950係例如配置於換流器裝置900的框體902內。
整流電路903係經由框體902上的輸入端子R、S、T，而由主電源AC接收例如3相(R相、S相、T相)之交流電力。整流電路903係將交流電力予以整流化、平滑化而產生直流電力。整流電路903係具有例如橋接(bridge)連接之複數個二極體(未圖示)，並使用複數個二極體將交流電力予以整流化而產生經整流化之直流電力。此外，整流電路903係具有例如平滑電容器(未圖示)，並使用平滑電容器將經整流化之直流電力予以平滑化而產生經平滑化之直流電力。整流電路903係將產生之直流電力供應於換流器主電路904。
換流器主電路904係由整流電路903接收直流電力。換流器主電路904係藉由控制部950之控制而將直流電力變換成例如3相(U相、V相、W相)之交流電力。換流器主電路904係具有對應於例如3相(U相、V相、W相)之複數個轉換(switching)元件，且以預定之時序分別使複數個轉換元件作成導通、關斷，藉此將直流電力例如變換成3相(U相、V相、W相)之交流電力。換流器主電路904係經由框體902上的輸出端子U、V、W而將經變換之交流電力供應於馬達(motor)M，藉此而驅動馬達M。
此時，換流器裝置900係內部性地產生用以使控制部950動作之控制電源。亦即，整流電路910係經由框體902上的輸入端 子R1、S1，由主電源AC接收例如2相(R相、S相)之交流電力。整流電路910係將交流電力予以整流化、平滑化而產生直流電力。例如第10圖所示，整流電路910係具有橋接連接之複數個二極體D911至D914，並使用複數個二極體D911至D914將交流電力予以整流化而產生整流化過之直流電力。此外，例如第10圖所示，整流電路910係於其後段具有平滑電容器C911，並使用平滑電容器C911將直流電力予以平滑化，產生平滑化過之直流電力。整流電路910係將產生之直流電力供應於控制電源電路920。
控制電源電路920係由整流電路910接收直流電力。控制電源電路920係將直流電力予以變壓而產生控制用直流電力。例如第10圖所示，控制電源電路920係具有絕緣變壓器T900，其係含有連接於整流電路910之1次側繞組T900a、以及與1次側繞組T900a絕緣之2次側繞組T900b。絕緣變壓器T900係例如對應於1次側繞組T900a和2次側繞組T900b的捲數比而將直流電力予以變壓(例如降壓)，產生變壓過之直流電力。此外，例如第10圖所示，控制電源電路920係具有控制電源用電容器C901，其係透過二極體D901而連接於2次側繞組T900b。控制電源用電容器C901係經由二極體D901而由2次側繞組T900b接收直流電力，並蓄積對應於接收之直流電力的電荷。控制電源用電容器C901係將對應於蓄積之電荷的電力作為控制用之直流電力IPS900而供應於控制部950。
控制部950係由控制電源電路920接收控制用之直流電力IPS900。控制部950係使用控制用之直流電力IPS900而進行預定的控制動作。例如，控制部950係由外部(例如，上位之控制裝置 (controller))接收速度指令，並以根據速度指令使馬達M動作之方式，進行用以使換流器主電路904動作的PWM控制而產生控制信號。控制部950係將產生之控制信號供應於換流器主電路904之複數個轉換元件之控制端子，藉此即可以根據速度指令使馬達M動作之方式，以預定的時序(timing)將複數個轉換元件分別作成導通(on)、關斷。
如此，基本形態之換流器裝置900若無主電源(AC200V/400V)的供應電力，則無法確立換流器裝置900內之控制電源(亦即，控制用之直流電力IPS900)。因此，當停電時等之主電源未供應電力時，則無法由控制部950進行控制動作，且有難以使馬達M安全停止之可能性。或者，於瞬間電壓降低等之主電源的電力供應形成不穩定時，則控制部950之控制動作亦形成不安定之狀態，且具有難以使馬達M安全動作之可能性。
相對於此，本發明人係考量除了主電源(例如，AC200V/400V)的電力供應之外，亦藉由進行外部電源(例如，DC24V等)的電力供應，亦即，藉由使主電源之電源供應和外部電源之電源供應得以並存之情形下，於未進行主電源之電力供應時或主電源之電力供應形成不安定之狀態時，或許亦能確立控制電源，且如第11圖所示，以對基本形態之換流器裝置900能連接外部電源DC之方式而予以改良之換流器裝置900i進行檢討。
亦即，於基本形態的變形例之換流器裝置900i係追加有輸入端子R2、S2於框體902i上，如第12圖所示，輸入端子R2係連接於控制電源電路920i內之控制電源用電容器C901的一端，而輸入端子S2係連接於控制電源電路920i內之控制電源用電容器 C901的另一端。本發明人於進行過檢討後，瞭解於換流器裝置900i要以低成本(cost)且有效率地使主電源之供應方式和外部電源之供應方式得以並存，是存在有例如下述之(1)至(5)的問題，且有其困難度。
(1)為了供應非絕緣系之控制電源(亦即，控制用之直流電力IPS900)，由於外部電源DC亦必須絕緣，故花費成本和時間。非絕緣系之外部電源的使用係有困難度。
(2)僅由外部電源(例如，DC24V等)而產生控制電源(亦即，控制用之直流電力IPS900)時，其相較於主電源(例如，AC200V/400V)，則因電壓較低，而必須流通大的電流，且需要大輸出之外部電源DC。
(3)最初由外部電源DC供應直流電力時，則有流通大量的突波電流於控制電源用電容器C901之可能性。若要抑制突波電流雖可將電阻安裝於輸入端子R2、S2和控制電源用電容器C901之間，但會形成電力損失，且效率降低。
(4)同時實施主電源(AC200V/400V)之供應方式和外部電源之供應方式時，當外部電源DC為蓄電用電池(battery)或蓄電池之蓄電用的電源時，則無法節能(energy saving)而效率差。
(5)在僅外部電源DC之供應方式中(亦即，在設有主電源之電源供應的狀態中)，在安全方面，係必需有不驅動馬達M等之控制，但由於換流器裝置900i無法確立簡單判斷供應方式的方法，故難以決定何時進行不驅動馬達M等之控制。
因此，本實施形態係為了解決上述之(1)至(5)的問題，對基本形態之換流器裝置900，進行如第1圖至第3圖所示之改良。第1 圖係顯示實施形態1的換流器裝置1之構成圖。第2圖係更具體地顯示實施形態1的換流器裝置1之構成圖。第3圖係顯示實施形態1的整流電路10、以及控制電源電路20-1、20-2之構成圖。以下，以和基本形態之換流器裝置900不同的部分為中心予以說明。
具體而言，於第9圖所示之換流器裝置900的框體902，其用以確立控制電源的輸入端子係只存在供應主電源(AC200V/400V)之輸入端子R1、S1，但在本實施形態係如第1圖所示，除了輸入端子R1、S1以外，尚安裝有供應外部電源DC-1(例如，DC24V)的端子R2-1、S2-1、以及供應外部電源DC-2(例如，DC5V)的端子R2-2、S2-2於換流器裝置1的框體2，並設置外部電源專用之供應口。
如第2圖和第3圖所示，換流器裝置1係具備：整流電路10、控制電源電路20-1、控制電源電路(第2控制電源電路)20-2、監視部40、控制部50、開閉部70、開閉部80-1、以及開閉部80-2。例如，整流電路10、控制電源電路20-1、控制電源電路(第2控制電源電路)20-2、監視部40、以及控制部50係配置於換流器裝置1的框體2內，例如，開閉部70、開閉部80-1、以及開閉部80-2係配置於換流器裝置1的框體2外。
整流電路10係具有：複數個二極體D11至D14、平滑電容器C11、電阻R11、電容器C12、二極體D15、電晶體(transistor)TR11、以及電阻R12。複數個二極體D11至D14係作成橋接式連接狀態，2個中點係分別連接於輸入端子R1、S1。在複數個二極體D11至D14的後段中，平滑電容器C11係連接於P線路(line)和N線路之 間。在平滑電容器C11的後段中，電阻R11和電容器C12係並聯連接於P線路和二極體D15的陰極(cathode)之間。電晶體TR11係連接於二極體D15的陽極(anode)和N線路之間，電阻R12係連接於於閘極(gate)。
整流電路10係以複數個二極體D11至D14將由主電源(AC200V/400V)之輸入端子R1、S1所供應的交流電力予以整流化而產生直流電力，進而以平滑電容器C11予以平滑化，並經由電阻R11、電容器C12、以及二極體D15將平滑化之直流電力輸出於控制電源電路20-1。
控制電源電路20-1係具有：絕緣變壓器T-1、二極體D1-1、控制電源用電容器C1-1、二極體D2-1、二極體D3-1、外部電源用電容器C2-1、電阻R1-1、控制電源用電容器C3-1、二極體D4-1、電晶體TR-1、以及電阻R2-1。絕緣變壓器T-1係含有連接於整流電路10的1次側繞組T-1a、與1次側繞組T-1a絕緣之2次側繞組T-1b、以及連接於整流電路10的3次側繞組T-1c。二極體D1-1係陽極為連接於1次側繞組T-1a，陰極為經由輸出節點(node)N1-1而連接於控制電源用電容器C1-1的一端。控制電源用電容器C1-1係一端為以輸出節點N1-1連接於P線路，另一端為連接於N線路。
二極體D2-1係陽極為連接於輸出節點N1-1，陰極為經由輸入節點N3-1而連接於外部電源用電容器C2-1的一端。二極體D3-1係陽極為連接於輸入端子R2-1，陰極為經由輸入節點N3-1而連接於外部電源用電容器C2-1的一端。外部電源用電容器C2-1係一端為以輸入節點N3-1而連接於P線路，另一端為連接於N線路。 N線路上之輸入節點N4-1係連接著輸入端子S2-1。在外部電源用電容器C2-1的後段中，電阻R1-1和控制電源用電容器C3-1係並聯連接於P線路和二極體D4-1的陰極之間。電晶體TR-1係連接於二極體D4-1的陽極和N線路之間，電阻R2-1係連接於於閘極。
控制電源電路20-1係以絕緣變壓器T-1的1次側繞組T-1a接收由整流電路10所輸出的直流電力，且因應於1次側繞組T-1a和2次側繞組T-1b的捲數比而將該直流電力予以變壓(例如，自200/400V降壓至24V)，產生經變壓之直流電力。此外，控制電源用電容器C1-1係經由二極體D1-1而由2次側繞組T-1b接收直流電力，並蓄積因應於接收之直流電力的電荷。控制電源用電容器C1-1係將因應於蓄積之電荷的電力作為絕緣系的內部電源，亦即控制用之直流電力IPS1-1(例如，24V)，自輸出節點N1-1而供應於控制部50之例如控制電路51-1、以及監視部40。
外部電源用電容器C2-1係進行經由二極體D2-1和輸入節點N3-1而由控制電源用電容器C1-1接收直流電力(例如，24V)、以及經由輸入端子R2-1、二極體D3-1和輸入節點N3-1而由外部電源DC-1接收直流電力(例如，24V)之至少一方，並蓄積對應於接收之直流電力的電荷。外部電源用電容器C2-1係經由輸入節點N3-1和輸出節點N2-1而將對應於蓄積之電荷的電力供應於控制電源用電容器C3-1。此外，控制電源用電容器C3-1係經由輸入節點N3-1和輸出節點N2-1而由外部電源用電容器C2-1接收直流電力，並蓄積對應於接收之直流電力的電荷。控制電源用電容器C3-1係將對應於蓄積之電荷的電力作為絕緣系的內部電源，亦即作為控制用之直流電力IPS2-1(例如，24V)，自輸出節點N2-1而供應 於控制部50之例如控制電路51-2。
此處，藉由追加二極體D2-1、二極體D3-1、以及外部電源用電容器C2-1，即可分離為內部電源IPS1-1(主電源供應)和內部電源IPS2-1(主電源供應+外部DC電源供應)，且能謀求解決上述之問題(2)。
相反地，若不將內部電源IPS1-1(主電源供應)和內部電源IPS2-1(主電源供應+外部DC電源供應)予以分離，則必須以外部電源供應全部的電力，且需要大輸出的外部電源。
相對於此，本實施形態係將內部電源IPS1-1(主電源供應)和內部電源IPS2-1(主電源供應+外部DC電源供應)予以分離，並以分離之內部電源IPS1-1驅動需要大的電力者(例如，FAN等)或無需以外部電源作動作者(CPU周邊以外)，藉此即能減少外部電源DC-1的供應電力，且可削減電流。
此外，藉由分別設置由外部電源DC-1而接收電力供應之外部電源用電容器C2-1、以及經由整流電路10而由主電源接收電力供應之控制電源用電容器C1-1，即能減少外部電源用電容器C2-1的容量，且能謀求解決上述之問題(3)。
相反地，若使控制電源用電容器C1-1和外部電源用電容器C2-1形成共通化，則為了經由整流電路10而由主電源穩定地接收電力供應，則必需增大電容器的容量，且有自外部電源DC-1流通大的突波電流於電容器之可能性。
相對於此，本實施形態係將電容器分割為控制電源用電容器C1-1和外部電源用電容器C2-1，藉此而能減少外部電源用電容器C2-1的容量，且能減少自外部電源DC-1往外部電源用電容器C2-1 的突波電流。
控制電源電路20-2係具有：絕緣變壓器T-2、二極體D1-2、控制電源用電容器C1-2、二極體D2-2、二極體D3-2、外部電源用電容器C2-2、電阻R1-2、控制電源用電容器C3-2、二極體D4-2、電晶體TR-2、以及電阻R2-2。控制電源電路20-2其絕緣變壓器T-2係含有連接於控制電源電路20-1的1次側繞組T-2a、與1次側繞組T-2a絕緣之2次側繞組T-2b、以及連接於控制電源電路20-1的3次側繞組T-1c。輸出節點N2-2和二極體D4-2的陽極為相連接。電阻R2-2係一端為連接於電晶體TR-2的閘極，另一端為連接於電晶體TR-2的源極(source)(或汲極(drain))。其以外之點則和控制電源電路20-1之各部的構成相同。
控制電源電路20-2係對應於1次側繞組T-1a和2次側繞組T-1b的捲數比而將由控制電源電路20-1所輸出的直流電力予以變壓(例如，自24V降壓至5V)，產生經變壓之直流電力。此外，控制電源用電容器C1-2係將對應於蓄積之電荷的電力作為絕緣系的內部電源，亦即作為控制用之直流電力IPS1-2(例如，5V)，自輸出節點N1-2供應於控制部50之例如控制電路51-2。外部電源用電容器C2-2係進行經由二極體D2-2和輸入節點N3-2而由控制電源用電容器C1-2接收直流電力(例如，5V)、以及經由輸入端子R2-2、二極體D3-2和輸入節點N3-2而由外部電源DC-2接收直流電力(例如，5V)之至少一方，並蓄積對應於接收之直流電力的電荷。此外，控制電源用電容器C3-2係將對應於蓄積之電荷的電力作為絕緣系的內部電源，亦即控制用之直流電力IPS2-2(例如，5V)，自輸出節點N2-2而供應於控制部50之例如控制電路51-2。 其以外之點則和控制電源電路20-1的動作相同。
此處，藉由內部電源IPS2-1(主電源供應+外部DC電源供應)和絕緣變壓器T-2而供應絕緣系的內部電源IPS1-2，即使以非絕緣系的外部電源供應，亦能供應絕緣系的內部電源，且能解決(1)之問題。
監視部40係由控制電源電路20-1接收控制用之直流電力IPS2-1、IPS2-1(例如，分別為24V)的一方，並使用接收之控制用的直流電力IPS2-1、IPS2-1而動作，且監視控制電源用電容器C1-1的電壓。監視部40係將監視的電壓之值作為監視結果而供應於控制部50(之例如控制電路51-2)。
控制部50係由控制電源電路20-1接收控制用之直流電力IPS2-1、IPS2-1(例如，分別為24V)的一方，且由控制電源電路20-2而接收控制用之直流電力IPS2-2、IPS2-2(例如，分別為5V)的一方。控制部50係分別使用接收之控制用之直流電力IPS2-1、IPS2-1、以及接收之控制用之直流電力IPS2-2、IPS2-2而進行預定的控制動作。
具體而言，控制部50係具有複數個控制電路51-1、51-2。控制電路51-1係含有以較高的高電壓而動作之電路零件，由控制電源電路20-1接收控制用之直流電力IPS2-1、IPS2-1(例如，分別為24V)的一方，並使用接收之控制用之直流電力IPS2-1、IPS2-1而進行預定的控制動作。
控制電路51-2係含有以較低的低電壓而動作之電路零件(例如，電晶體等)，由控制電源電路20-2接收控制用之直流電力IPS2-2、IPS2-2(例如，分別為5V)的一方，並使用接收之控制用 之直流電力IPS2-2、IPS2-2而進行預定的控制動作。
開閉部70係例如連接於主電源AC和輸入端子R、S、T之間。開閉部70係藉由控制部50的控制，將主電源AC和整流電路903之電性連接進行開閉動作。開閉部70係例如具有同步呈現關斷、導通狀態之複數個開關(switch)71至73，並對應於由控制電路51-2所供應的控制信號，將主電源AC和輸入端子R、S、T之電性連接予以同步而使呈現關斷、導通狀態，藉此而將主電源AC和整流電路903之電性連接進行開閉動作。
開閉部80-1係例如連接於外部電源DC-1和輸入端子R2-1、S2-1之間。開閉部80-1係藉由控制部50的控制，將外部電源DC-1和控制電源電路20-1之電性連接進行開閉動作。開閉部80-1係例如具有遮斷外部電源DC-1和輸入端子R2-1之電性連接的遮斷器81-1(例如，繼電器等)，並因應於由控制電路51-2所供應的控制信號(遮斷信號或通電信號)而遮斷主電源AC和輸入端子R、S、T之電氣性連接，或解除其遮斷，藉此而將外部電源DC-1和控制電源電路20-1之電性連接進行開閉動作。
開閉部80-2係例如連接於外部電源DC-2和輸入端子R2-2、S2-2之間。開閉部80-2係藉由控制部50的控制，將外部電源DC-2和控制電源電路20-2之電性連接進行開閉動作。開閉部80-2係例如具有遮斷外部電源DC-2和輸入端子R2-2之電性連接之遮斷器81-2(例如，繼電器(relay)等)，並因應於由控制電路51-2所供應的控制信號(遮斷信號或通電信號)而遮斷主電源AC和輸入端子R、S、T之電性連接，或解除其遮斷，藉此而將外部電源DC-2和控制電源電路20-2之電氣性連接進行開閉動作。
例如，控制電路51-2係由監視部40接收控制電源用電容器C1-1的電壓之監視結果。控制電路51-2係因應於監視部40之監視結果而於由控制電源電路20-1、20-2遮斷外部電源DC-1、DC-2之第1模式(mode)、將主電源AC和外部電源DC-1、DC-2予以併用之第2模式、以及由整流電路903遮斷主電源AC之第3模式之間，將換流器裝置1的動作進行切換。
具體而言，控制電路51-2係因應於監視部40之監視結果而控制開閉部70、開閉部80-1、以及開閉部80-2。例如，控制電路51-2係於第1模式中，控制成開閉部70為將主電源AC和整流電路903之電性連接作成閉狀態，開閉部80-1為將外部電源DC-1和控制電源電路20-1之電性連接作成開狀態，開閉部80-2為將外部電源DC-2和控制電源電路20-2之電性連接作成開狀態。此外，例如，控制電路51-2係於第2模式中，控制成開閉部70為將主電源AC和整流電路903之電性連接作成閉狀態，開閉部80-1為將外部電源DC-1和控制電源電路20-1之電性連接作成閉狀態，開閉部80-2為將外部電源DC-2和控制電源電路20-2之電性連接作成閉狀態。此外，例如，控制電路51-2係於第3模式中，控制成開閉部70為將主電源AC和整流電路903之電性連接作成開狀態，開閉部80-1為將外部電源DC-1和控制電源電路20-1之電性連接作成閉狀態，開閉部80-2為將外部電源DC-2和控制電源電路20-2之電性連接作成閉狀態。
亦即，監視部40係監視控制電源用電容器C1-1的電壓，控制部50係因應於該監視結果，判斷目前的電源供應狀態為主電源(AC200V/400V)方式之供應、或外部電源方式之供應，藉此而能 達成第4圖所示，解決上述之(4)、(5)之問題。第4圖係顯示用以判斷目前的電源供應狀態的演算法(algorithm)之圖。
如第4圖所示，首先，供應電源，使含有監視部40和控制部50的CPU(未圖示)動作(步驟(step)ST1)。繼而CPU係檢測經分離之控制電源用電容器C1-1的電壓，例如將該電壓和預定之臨界值作比較，藉此而判斷有無控制電源用電容器C1-1的電壓(步驟ST2)。判斷為有控制電源用電容器C1-1的電壓時，則瞭解為由主電源AC所供應(步驟ST3、ST4)，判斷為無控制電源用電容器C1-1的電壓時，則瞭解為由外部電源DC-1所供應(步驟ST5)。據此，即可判斷電源的供應來源，且能變更換流器裝置1的控制模式。
瞭解為由主電源AC所供應時(步驟ST3、ST4)，對使用者進行僅為主電源所供應、或將主電源和外部電源予以併用之詢問等，據此而等待僅為主電源所供應、或將主電源和外部電源予以併用之選擇指示(步驟ST6)。
選擇僅為主電源之方式(由參數或外部輸入而設定)時，將換流器裝置1的控制模式變更為第1模式(步驟ST8)。據此，以主電源AC和外部電源DC-1同時進行電力供應時，即可遮斷不必要之外部電源方式，且能謀求外部電源(蓄電池、電池等)之省電化，並解決上述的(4)之問題。
遮斷方法係例如由控制部50將遮斷信號輸出於遮斷器81-1、81-2(步驟ST10)，且由框體2外部之遮斷器81-1、81-2予以遮斷(步驟ST12)。第5圖為其時序圖(time chart)。顯示CPU係以外部電源DC-1開始動作，當由主電源AC供應電力時，則檢測控制電源用電容器C1-1的電壓，且輸出遮斷信號之例。
選擇主電源和外部電源供應之併用方式(由參數或外部輸入而設定)時，將換流器裝置1的控制模式變更為第2模式(步驟ST9)。第2模式係由控制部50將通電信號輸出於遮斷器81-1、81-2(步驟ST11)，且由框體2外部之遮斷器81-1、81-2解除該遮斷(步驟ST13)。例如，第2模式係成為無論因任何理由而中斷主電源AC時，亦不會切斷CPU的電源，且能掌握狀況、並可進行判斷、記錄之高可靠性模式。此外，此時，例如只要由控制電源電路20-1將直流電力供應於換流器主電路904，即可繼續馬達M之驅動的動作。
此外，於主電源AC因瞬間停電或停電等而中斷時，根據第4圖之演算法，可瞭解為由外部電源DC-1所供應(步驟ST5)，故將換流器裝置1的控制模式變更為第3模式(步驟ST7)。據此，即可再開始往CPU的電力供應。此時，CPU即可記錄瞬間停電或停電等之情形。第3模式係主電源供應和外部電源供應之併用方式，未導入主電源AC，也能簡單確認換流器裝置1的設定變更或換流器裝置1的狀態，並可提升換流器裝置1的方便性與維護性。由於無需高電壓(100V至200V以上)，且能安全確認換流器裝置1的狀態或無需流通電氣於換流器主電路904，故能省電化。此外，亦能使用CC-LINK等通信，並藉由遠距離方式確認換流器裝置1的狀態。此外，由於無法進行馬達M之驅動的動作，且功能係自動被限制，故能確保馬達M之驅動的安全性，且能解決上述的(5)之問題。
如上述，實施形態1係在控制電源電路20-1中，絕緣變壓器T-1係含有連接於整流電路10之1次側繞組T-1a、以及與1次側 繞組T-1a絕緣之2次側繞組T-1b。控制電源用電容器C1-1係經由二極體D1-1而連接於絕緣變壓器T-1的2次側繞組T-1b。外部電源用電容器C2-1係經由二極體D2-1而連接於控制電源用電容器C1-1，並經由二極體D3-1而連接於連接有外部電源DC-1之輸入端子R2-1。控制電源用電容器C3-1係連接於外部電源用電容器C2-1。據此，即能將內部電源IPS1-1(主電源供應)和內部電源IPS2-1(主電源供應+外部DC電源供應)予以分離，且能減輕外部電源DC-1之供應電力，並可謀求省電化。此外，由於將電容器予以分割為控制電源用電容器C1-1和外部電源用電容器C2-1，藉此而能減少外部電源用電容器C2-1的容量，且能減少由外部電源DC-1往外部電源用電容器C2-1的突波電流，故能不設置電阻而有效的抑制突波電流。因此，能使主電源之電源供應和外部電源之電源供應得以省電且有效的並存。
此外，實施形態1係在控制電源電路20-2中，絕緣變壓器T-2係含有連接於整流電路10的1次側繞組T-2a、以及與1次側繞組T-2a絕緣之2次側繞組T-2b。控制電源用電容器C1-2係經由二極體D1-2而連接於絕緣變壓器T-2的2次側繞組T-2b。外部電源用電容器C2-2係經由二極體D2-2而連接於控制電源用電容器C1-2，並經由二極體D3-2而連接於連接有外部電源DC-2之輸入端子R2-2。控制電源用電容器C3-2係連接於外部電源用電容器C2-2。據此，由於藉由內部電源IPS2-1(主電源供應+外部DC電源供應)和絕緣變壓器T-2而供應絕緣系之內部電源IPS1-2，故能於以非絕緣系之外部電源進行電力供應時，外部電源DC亦不會絕緣，且能供應絕緣系之內部電源。結果，即能以低成本而使主 電源之電源供應和外部電源之電源供應得以並存。
此外，實施形態1係在換流器裝置1中，監視部40係監視控制電源用電容器C1-1的電壓。控制部50係因應於監視部40之監視結果而於由控制電源電路20-1、20-2遮斷外部電源DC-1、DC-2之第1模式、將主電源AC和外部電源DC-1、DC-2予以併用之第2模式、以及由整流電路903遮斷主電源AC之第3模式之間，將換流器裝置1的動作進行切換。據此，即能自動判斷電源供應來源(主電源供應/外部電源供應)，且能配合該供應方式和目的(設定)而變更換流器裝置1的控制模式。例如，藉由變更為第1模式，即可於主電源供應/外部電源供應的併用時遮斷外部電源，且能謀求外部電源之電池等之省電化。或者，例如，藉由變更為第2模式，即可於任何時間均不會中斷CPU(監視部40和控制部50)的電源，而能提升換流器裝置1的動作之可靠性。或者，例如，藉由變更為第3模式，即可自動進行不驅動馬達M等之限制，且能安全地設定、維護(maintenance)換流器裝置1。
實施形態2
繼而使用第6圖說明關於實施形態2之換流器裝置1i。第6圖係顯示換流器裝置1i之構成圖。以下，以和實施形態1不同的部分為中心而予以說明。
實施形態1係連接2種外部電源DC-1、DC-2於換流器裝置1，而實施形態2則連接多種外部電源DC-1、DC-2、…、DC-k(k為3以上的整數)於換流器裝置1i。
具體而言，作為用以確立控制電源之輸入端子，除了輸入端子R1、S1以外，安裝供應外部電源DC-1的端子R2-1、S2-1、以 及供應外部電源DC-2的端子R2-2、S2-2、…、安裝供應外部電源DC-k的端子R2-k、S2-k於換流器裝置1i的框體2，並設置外部電源專用的供應來源。
更具體而言，如第7圖和第8圖所示，換流器裝置1i係使用複數個絕緣變壓器T-1、T-2、…、T-k而多段性連接控制電源電路20-1、控制電源電路20-2、…、以及控制電源電路20-k。此時，最後段除外之控制電源電路20-1、控制電源電路20-2、…、控制電源電路20-(k-1)的內部構成，其分別和實施形態1的控制電源電路20-1之內部構成相同，最後段之控制電源電路20-k的內部構成則和實施形態1的控制電源電路20-2之內部構成相同。據此，以多階段性予以變壓的準位(level)(例如，DC48V、DC24V、DC5V、DC3.3V等)而產生絕緣系的內部電源，亦即產生控制用的直流電力IPS1-1、IPS2-1、IPS1-2、IPS2-2、…、IPS1-k、IPS2-k，且於控制部50內存在有以不同準位的電力而動作之控制電路51-1、51-2、…、51-k時，則可供應絕緣系的內部電源於各個之控制電路。
此外，監視部40i係監視最後段除外之控制電源電路20-1、控制電源電路20-2、…、控制電源電路20-(k-1)之各控制電源用電容器C1-1、C1-2、…、C1-(k-1)的電壓。監視部40i係將監視的各電壓之值作為監視結果而供應於控制部50(之例如控制電路51-2)。
例如，控制電路51-2係由監視部40i接收控制電源用電容器C1-1的電壓、控制電源用電容器C1-2的電壓、…、以及控制電源用電容器C1-k的電壓之監視結果。控制電路51-2係因應於監視部40i之監視結果而於由控制電源電路20-1、20-2遮斷外部電源 DC-1、DC-2、…、DC-k之第1模式、將主電源AC和外部電源DC-1、DC-2、…、DC-k予以併用之第2模式、以及由整流電路903遮斷主電源AC之第3模式之間，將換流器裝置1i的動作進行切換。控制電路51-2係因應於監視部40i之監視結果而控制開閉部70、開閉部80-1、開閉部80-2、…、以及開閉部80-k。據此，即能自動而多階段性地判斷電源供應來源(主電源供應/外部電源供應)，且能配合該供應方式和目的(設定)而更正確地變更換流器裝置1i的控制模式。
又，由於能因應於監視部40i之監視結果而自動且多階段性地判斷電源供應來源(主電源供應/外部電源供應)，故控制電路51-2進而亦可於多數個控制模式之間切換換流器裝置1i的動作。例如，亦可設置由控制電源電路20-1、20-2遮斷外部電源DC-1、DC-2、…、DC-k的一部分之模式，更可設置將主電源AC和外部電源DC-1、DC-2、…、DC-k的一部分予以併用之模式。據此，即能配合該供應方式和目的(設定)而極細緻地使換流器裝置1i動作。
(產業上之利用可能性)
如上述，本發明之換流器裝置係有助於控制電源之確立。
10‧‧‧整流電路
20-1、20-2‧‧‧控制電源電路
40‧‧‧監視部
C1-1、C1-2、C3-1、C3-2‧‧‧控制電源用電容器
C2-1、C2-2‧‧‧外部電源用電容器
D1-1、D1-2、D2-1、D2-2、D3-1、D3-2、D4-1、D11、D12、D13、D14、D15、D4-2‧‧‧二極體
T-1、T-2‧‧‧絕緣變壓器
T-1a、T-2a‧‧‧1次側繞組
T-1b、T-2b‧‧‧2次側繞組
R1、S1、R2-1、S2-1、R2-2、S2-2‧‧‧輸入端子
C11‧‧‧平滑電容器
R11、R12、R1-1、R1-2、R2-2‧‧‧電阻
C12‧‧‧電容器
TR11、TR-1、TR-2‧‧‧電晶體
T-1c‧‧‧3次側繞組
IPS1-1、IPS2-1、IPS1-2、IPS2-2‧‧‧直流電力
N1-1、N2-1、N1-2、N2-2‧‧‧輸出節點
N3-1、N4-1、N3-2‧‧‧輸入節點

Claims (6)

  1. 一種換流器裝置，係具備：整流電路，係將由主電源所供應的交流電力予以整流化而產生直流電力；控制電源電路，係使用前述產生之直流電力和由外部電源所供應的直流電力之至少一方而產生控制用直流電力；以及控制部，其使用前述產生之控制用直流電力而進行預定的控制動作，前述控制電源電路係具有：絕緣變壓器，係含有連接於前述整流電路之1次側繞組、以及與前述1次側繞組絕緣之2次側繞組；第1控制電源用電容器，係經由第1二極體而連接於前述絕緣變壓器之前述2次側繞組；外部電源用電容器，係經由第2二極體而連接於前述第1控制電源用電容器，並經由第3二極體而連接於連接有前述外部電源的端子；以及第2控制電源用電容器，係連接於前述外部電源用電容器。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之換流器裝置，更具備第2控制電源電路，係使用前述產生之控制用直流電力和由第2外部電源所供應的直流電力之至少一方而產生第2控制用直流電力，前述控制部係使用前述產生之控制用直流電力和前述產生之第2控制用直流電力而進行預定的控制動作，前述第2控制電源電路係具有：第2絕緣變壓器，係含有連接於前述第2控制電源用電容 器之1次側繞組、以及與前述1次側繞組絕緣之2次側繞組；第3控制電源用電容器，係經由第4二極體而連接於前述第2絕緣變壓器之前述2次側繞組；第2外部電源用電容器，係經由第5二極體而連接於前述第3控制電源用電容器，並經由第6二極體連接於連接有前述第2外部電源的端子；以及第4控制電源用電容器，係連接於前述第2外部電源用電容器。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之換流器裝置，更具備：監視部，係監視前述第1控制電源用電容器的電壓；第2整流電路，係將由前述主電源所供應的交流電力予以整流化而產生直流電力；以及換流器主電路，係將由前述第2整流電路所產生的直流電力變換成交流電力，並使用經變換之交流電力來驅動馬達，前述控制部係因應於前述監視部的監視結果，而於將前述外部電源遮斷於前述控制電源電路之外之第1模式、將前述主電源和前述外部電源予以併用之第2模式、以及將前述主電源遮斷於前述第2整流電路之外之第3模式之間，將前述換流器裝置的動作進行切換。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之換流器裝置，更具備：第1開閉部，係將前述主電源和前述第2整流電路的電性連接進行開閉；以及第2開閉部，係將前述外部電源和前述控制電源電路的電性連接進行開閉， 前述控制部係因應於前述監視部的監視結果而控制前述第1開閉部、以及前述第2開閉部。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之換流器裝置，更具備：監視部，係監視前述第1控制電源用電容器的電壓、以及前述第3控制電源用電容器的電壓；第2整流電路，係將由前述主電源所供應的交流電力予以整流化而產生直流電力；以及換流器主電路，係將由前述第2整流電路所產生的直流電力變換成交流電力，並使用經變換之交流電力而驅動馬達，前述控制部係因應於前述監視部的監視結果，而於將前述外部電源遮斷於前述控制電源電路之外且將前述第2外部電源遮斷於前述第2控制電源電路之外之第1模式、將前述主電源、前述外部電源以及前述第2外部電源予以併用之第2模式、以及將前述主電源遮斷於前述第2整流電路之外之第3模式之間，將前述換流器裝置的動作進行切換。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之換流器裝置，更具備：第1開閉部，係將前述主電源和前述第2整流電路的電性連接進行開閉；第2開閉部，係將前述外部電源和前述控制電源電路的電性連接進行開閉；以及第3開閉部，係將前述第2外部電源和前述第2控制電源電路的電性連接進行開閉，前述控制部係因應於前述監視部的監視結果而控制前述第1開閉部、前述第2開閉部、以及前述第3開閉部。
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