TW201644176A - 轉換器及電力變換裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明係具備：轉換器電路部11，係將12相整流用變壓器2的Δ接線及Y接線之2個系統所供應的交流電壓變換成直流電壓；電流檢測器12，係檢測由轉換器電路部11所輸出之直流母線的電流；以及不平衡檢測部13，係檢測在由電流檢測器12所檢測之Δ接線輸出的電流和Y接線輸出的電流之間產生不平衡之情形。藉此，能檢測出流通於Δ接線側的二極體電橋的電流和流通於Y接線側的二極體電橋的電流產生的不平衡之情形。

Description

轉換器及電力變換裝置
本發明係有關於將交流電壓變換成直流電壓的轉換器及電力變換裝置之相關技術。
電力變換裝置係為了抑制高諧波往交流系統的流出而有由12相整流用變壓器(transformer)所構成之情形。12相整流用變壓器係有將一次側作成Y接線而將二次側作成Δ接線與Y接線來構成之情形、以及將一次側作成Δ接線而將二次側作成Δ接線與Y接線來構成之情形。12相整流用變壓器係在二次側中，產生30度的相位差之三相交流，藉由全波整流進行12相整流(參考專利文獻1)。
專利文獻：
專利文獻1：特開2008-295155號公報
另外，在12相整流用變壓器的二次側中，自Δ接線所輸出的交流電壓和自Y接線所輸出的交流電壓產生差異，流通於Δ接線側的二極體電橋(diode bridge)的 電流和流通於Y接線側的二極體電橋的電流產生不平衡之情形時，電流係集中於一方的二極體電橋。當長時間維持該狀態時，一方的二極體電橋有因熱而損壞之可能性。
本發明係有鑑於上述課題而創作者，其目的在於提供一種轉換器及電力變換裝置，能檢測流通於Δ接線側的二極體電橋的電流和流通於Y接線側的二極體電橋的電流產生的不平衡之情形。
為了解決上述課題且達成目的，本發明之特徵在於具備：轉換器電路部，其係將12相整流用變壓器的Δ接線及Y接線之2個系統供應的交流電壓變換成直流電壓；電流檢測器，其係檢測由轉換器電路部所輸出之直流母線的電流；以及不平衡檢測部，其係檢測由電流檢測部所檢測之Δ接線輸出的電流和Y接線輸出的電流產生不平衡之情形。
本發明之轉換器係能檢測流通於Δ接線側的二極體電橋的電流和流通於Y接線側的二極體電橋的電流產生的不平衡之情形。
1、5‧‧‧轉換器
2‧‧‧12相整流用變壓器
3‧‧‧反向器
4‧‧‧電動機
11‧‧‧轉換器電路部
12‧‧‧電流檢測器
13、41‧‧‧不平衡檢測部
14‧‧‧直流電抗器
15‧‧‧平滑電容器
21、22‧‧‧二極體電橋
21a、21b、21c、21d、21e、21f、22a、22b、22c、22d、22e、22f‧‧‧二極體元件
31、51‧‧‧直流電流檢測部
32‧‧‧峰值檢測部
33‧‧‧底值檢測部
34‧‧‧差分檢測部
35、54‧‧‧設定部
36‧‧‧比較部
37、56‧‧‧信號輸出部
52‧‧‧漣波頻率算出部
53‧‧‧平均值算出部
55‧‧‧電流不平衡檢測部
100‧‧‧二極體模組
101‧‧‧基板
102‧‧‧銅配線
103‧‧‧焊料
104‧‧‧膏狀物
105‧‧‧冷卻散熱片
106‧‧‧溫度感測器
S1‧‧‧峰值保持信號
S2‧‧‧底值保持信號
S3‧‧‧直流電流
S4‧‧‧臨限值
S5‧‧‧差分
S6‧‧‧警報信號
第1圖係實施形態1的轉換器之構成圖。
第2圖係說明實施形態1的轉換器的動作之圖。
第3圖係實施形態1的二極體模組之剖面圖。
第4圖係實施形態2的轉換器之構成圖。
第5圖係說明實施形態2的轉換器的動作之圖。
以下，根據圖式詳細說明本發明之實施形態的轉換器、以及電力變換裝置。又，本發明係不受本實施形態所限定。
實施形態1.
第1圖係顯示實施形態1的轉換器1之構成圖。第2圖係說明實施形態1的轉換器1的動作之圖。第3圖係實施形態1的二極體模組(diode module)100之剖面圖。
轉換器1係將12相整流用變壓器2供應的交流電壓變換成直流電壓，且將所變換之直流電壓供應於反向器(invertor，又稱逆變器或反向換流器)3。反向器3係將直流電壓變換成交流電壓，且供應於電動機4。實施形態1中，雖將12相整流用變壓器2的一次側構成為Δ接線，但亦可構成為Y接線。
轉換器1係具備：轉換器電路部11，其係將交流電壓變換成直流電壓；電流檢測器12，其係檢測直流母線的電流；不平衡檢測部13，其係檢測電流的不平衡；直流電抗器(reactor)14，其係減低漣波(ripple)成分；以及平滑電容器(capacitor)15，其係將電壓平滑化。
轉換器電路部11係將12相整流用變壓器2 的Δ接線及Y接線之2個系統所供應的交流電壓變換成直流電壓。轉換器電路部11係具備：二極體電橋21，其係將Δ接線的輸出電壓全波整流；以及二極體電橋22，其係將Y接線的輸出電壓全波整流。二極體電橋21係由6個二極體元件21a、21b、21c、21d、21e、21f所構成。二極體電橋22係由6個二極體(diode)元件22a、22b、22c、22d、22e、22f所構成。又，以下係將二極體元件21a、21b、21c、21d、21e、21f、以及二極體元件22a、22b、22c、22d、22e、22f總稱為二極體元件群。
電流檢測器12係檢測由轉換器電路部11所輸出之直流母線的電流，且將檢測之檢測值輸出於不平衡檢測部13。實施形態1中，電流檢測器12係配置於直流電抗器14的上游，但，電流檢測器12亦可配置於直流電抗器14的下游。此外，雖將12相整流用變壓器2的一次側構成為Δ接線，但亦可構成為Y接線。
不平衡檢測部13係檢測由電流檢測器12所檢測之Δ接線輸出的電流和Y接線輸出的電流之間產生不平衡之情形。有關於不平衡檢測部13的詳細構成係容於後述。
直流電抗器14係將由轉換器電路部11所整流之直流電流平滑化而減低漣波成分。
平滑電容器15係去除由轉換器電路部11所變換之直流電壓的漣波成分，藉此將直流電壓平滑化。
此處，說明有關於不平衡檢測部13之具體 的構成。不平衡檢測部13係具備：直流電流檢測部31，其係檢測直流電流S3；峰值檢測部32，其係檢測峰(peak)值；底值檢測部33，其係檢測底值；差分檢測部34，其係檢測峰值和底(bottom)值的差分S5；設定部35，其係設定臨限值S4；比較部36，其係比較差分檢測部34的輸出和設定部35的輸出；以及信號輸出部37，其係輸出警報(alarm)信號S6。
直流電流檢測部31係根據由電流檢測器12所檢測之檢測值而檢測直流電流S3。
峰值檢測部32係檢測由直流電流檢測部31所檢測之直流電流S3的峰值。峰值檢測部32係根據所檢測之峰值而產生峰值保持信號S1。
底值檢測部33係檢測由直流電流檢測部31所檢測之直流電流S3的底值。底值檢測部33係根據所檢測之底值而產生底值保持(bottom hold)信號S2。
差分檢測部34係根據峰值保持(peak hold)信號S1及底值保持信號S2而檢測峰值和底值的差分S5。
設定部35係設定直流電流之峰值和底值的差分之臨限值S4，且將臨限值S4輸出於比較部36。
比較部36係將由設定部35所設定之臨限值S4和由差分檢測部34所檢測的差分S5作比較。
信號輸出部37係在比較部36比較之結果為差分檢測部34所檢測的差分S5超過設定部35所設定之臨限值S4時，將警報信號S6輸出於反向器3。反向器3係 根據警報信號S6的輸入而停止電動機4的動作。
此處，說明有關於在時刻t1中，在自構成12相整流用變壓器2的二次側之Δ接線所輸出的交流電壓和自Y接線所輸出的交流電壓產生差異，使得流通於二極體電橋21的電流和流通於二極體電橋22的電流產生的不平衡之情形。又，以下係假定電流為集中於二極體電橋21之情形。
在時刻t1中，當流通於二極體電橋21的電流和流通於二極體電橋22的電流產生不平衡之情形時，如第2圖(a)所示，相較於電流為平衡時，流通於二極體電橋21的電流I1係變小，並且，流通於二極體電橋22的電流I2係變大。此係如第2圖(b)所示，由於自轉換器電路部11所輸出之直流母線的電流的漣波成分增加，而自直流電流檢測部31輸出之直流電流S3的漣波成分亦增加之故。
此外，當流通於二極體電橋21的電流和流通於二極體電橋22的電流產生不平衡之情形時，由於自峰值檢測部32輸出之峰值保持信號S1增加，自底值檢測部33輸出之底值保持信號S2減少，故如第2圖(b)所示，峰值保持信號S1和底值保持信號S2的差分係變大。
比較部36係比較由設定部35設定之臨限值S4和由差分檢測部34檢測的差分S5，且將比較之結果輸出於信號輸出部37。實施形態1中，如第2圖(b)所示，假設在時刻t2中差分S5超過臨限值S4之情形。
信號輸出部37係根據比較部36的比較結 果，在檢測出差分S5超過臨限值S4時，如第2圖(c)所示，將警報信號S6輸出於反向器3。
反向器3係根據警報信號S6而停止電動機4的運轉。由於以反向器3停止電動機4的運轉，使得施加於轉換器1之二極體電橋21及二極體電橋22的電流成為零。
因此，轉換器1係當流通於Δ接線側之二極體電橋21的電流和流通於Y接線側之二極體電橋22的電流產生不平衡之情形時，能在短時間內藉由不平衡檢測部13檢測出電流的不平衡之情形。此外，由於轉換器1係在不平衡檢測部13檢測出電流的不平衡之情形時，將警報信號S6輸出於反向器3而停止電動機4的運轉，故能避免電流長時間集中於一方的二極體電橋，而能防止一方的二極體電橋因熱而損壞。
此處，說明有關於構成二極體電橋21及二極體電橋22的二極體模組100。第3圖係二極體模組100之剖面圖。二極體模組100係以焊料103固定形成於基板101之銅配線102以及二極體元件群。二極體模組100係藉由放熱用的膏狀物104而固定於冷卻散熱片105。此外，冷卻散熱片(fin)105係安裝有檢測周圍的溫度之溫度感測器(censor)106。
轉換器1係當溫度感測器106所檢測的溫度超過設定值時，則判斷二極體電橋21或二極體電橋22產生異常的發熱，亦可考量為能檢測電流的不平衡之情形之 構成。惟，該構成中，當二極體電橋21及二極體電橋22為一體的形成於二極體模組100時，即使一方的二極體電橋產生發熱，亦會因熱干涉而使溫度平均化，或者因熱容量大的冷卻散熱片105的散熱，以致於有無法檢測發熱或檢測花費時間之可能性。
對此，實施形態1的轉換器1係不會受到二極體電橋21及二極體電橋22之間的熱干涉以及冷卻散熱片105之熱容量的影響，能在短時間內檢測出電流的不平衡之情形而停止電動機4的運轉，故能防止二極體電橋因熱而損壞之情形。
此外，當二極體元件群反覆於超過上限值的溫度上升以及超過下限值的溫度下降時，已知會導致疲勞破壞。由於實施形態1的轉換器1係能在短時間內檢測出電流的不平衡之情形而停止電動機4的運轉，故能抑制溫度上升不超過上限值而能防止二極體元件群的疲勞破損。
實施形態2.
第4圖係顯示實施形態2的轉換器5之構成圖。第5圖係說明實施形態2的轉換器的動作之圖。轉換器5係將由12相整流用變壓器2供應的交流電壓變換成直流電壓，且將所變換之直流電壓供應於反向器3。反向器3係將直流電壓變換成交流電壓，且供應於電動機4。實施形態2中，雖將12相整流用變壓器2的一次側構成為Δ接線，但 亦可構成為Y接線。
轉換器5係具備：轉換器電路部11，其係將交流電壓變換成直流電壓；電流檢測器12，其係檢測直流母線的電流；不平衡檢測部41，其係檢測電流的不平衡；直流電抗器14，其係減低漣波成分；以及平滑電容器15，其係將電壓平滑化。
實施形態2之轉換器5和實施形態1之轉換器1係不平衡檢測部41和不平衡檢測部13的構成不同。由於不平衡檢測部41以外的構成和實施形態1所說明者相同，故標記相同的符號而省略其說明。以下，說明有關於不平衡檢測部41的構成。
不平衡檢測部41係根據電流檢測器12所檢測之檢測值而檢測出電流產生不平衡之情形。不平衡檢測部41係具備：直流電流檢測部51，其係檢測直流電流S11；漣波頻率算出部52，其係算出直流電流S11的漣波頻率S12；平均值算出部53，其係算出直流電流S11的平均值S13；設定部54，其係設定臨限值S14；電流不平衡檢測部55，其係檢測電流產生不平衡之情形；以及信號輸出部56，其係輸出警報信號S15。
直流電流檢測部51係根據由電流檢測器12所檢測之檢測值而檢測直流電流S11。
漣波頻率算出部52係算出由直流電流檢測部51所檢測之直流電流S11的漣波頻率S12。此處，說明有關於藉由漣波頻率算出部52所算出之直流電流的漣波 頻率S12。轉換器5係自12相整流用變壓器2供應交流電壓。因此，藉由漣波頻率算出部52算出之漣波頻率S12係在平衡狀態中，形成電源電壓頻率的12倍。但，當流通於二極體電橋21的電流和流通於二極體電橋22的電流產生不平衡之情形時，藉由漣波頻率算出部52算出之漣波頻率S12係減少為電源電壓頻率的6倍。又，漣波頻率雖因測定精度而產生誤差，但成為電源電壓頻率的12倍或6倍。
平均值算出部53係算出由直流電流檢測部51所檢測之直流電流S11的平均值S13。設定部54係設定臨限值S14。
電流不平衡檢測部55係在由漣波頻率算出部52所算出之直流電流的漣波頻率S12不為電源電壓頻率的12倍，且由平均值算出部53所算出之直流電流的平均值S13超過由設定部54所設定之臨限值S14時，檢測出根據由電流檢測器12所檢測之檢測值之電流產生不平衡之情形。
信號輸出部56係在由電流不平衡檢測部55檢測出電流不平衡之情形時，將警報信號S15輸出於反向器3。反向器3係根據警報信號S15的輸入而停止電動機4的動作。
此處，假定在時刻t1中，流通於二極體電橋21的電流和流通於二極體電橋22的電流產生不平衡之情形，且在時刻t2中，在二極體電橋21或二極體電橋22 產生大的發熱之情形而進行說明。
在時刻t1中，當流通於二極體電橋21的電流和流通於二極體電橋22的電流產生不平衡之情形時，如第5圖(a)所示，相較於未產生不平衡之情形，由直流電流檢測部51所檢測之直流電流S11的漣波成分係變大。
此外，電動機4的負載較輕，軸輸出較小之情形時，由於集中於二極體電橋21或二極體電橋22的一方之電流較小，故可考量二極體元件群因熱而損壞的可能性較低。
但，電動機4的負載較重，軸輸出較大之情形時，由於藉由轉換器電路部11整流之電流變大，故集中於二極體電橋21或二極體電橋22的一方之電流變大，而可考量二極體元件群因熱而損壞的可能性變高。
對此，電流不平衡檢測部55係如第5圖(b)、5(c)所示，檢測出由漣波頻率算出部52所算出之直流電流的漣波頻率S12未成為電源電壓頻率的12倍，亦即成為6倍之情形，且在檢測出由平均值算出部53所算出之直流電流S11的平均值S13超過由設定部54所設定之臨限值S14時，檢測出根據由電流檢測器12所檢測之檢測值之電流產生不平衡之情形。又，實施形態2係在時刻t3中，檢測出電流產生不平衡之情形。
信號輸出部56係在由電流不平衡檢測部55檢測出電流不平衡之情形時，如第5圖(d)所示，將警報信號S15輸出於反向器3。
反向器3係根據警報信號S15而停止電動機4的運轉。由於以反向器3停止電動機4的運轉，使得施加於轉換器5之二極體電橋21及二極體電橋22的電流成為零。
因此，轉換器5係當流通於Δ接線側之二極體電橋21的電流和流通於Y接線側之二極體電橋22的電流產生不平衡之情形時，能在短時間內藉由不平衡檢測部41檢測出電流的不平衡之情形。此外，由於轉換器5係在不平衡檢測部41檢測出電流的不平衡之情形時，將警報信號S15輸出於反向器3而停止電動機4的運轉，故能避免電流長時間集中於一方的二極體電橋，而能防止一方的二極體電橋因熱而損壞。
以上之實施形態所示之構成係本發明的內容之一例，亦可和其他之習知的技術作組合，在不脫離本發明的要旨的範圍內，亦可省略、變更構成的一部分。
1‧‧‧轉換器
2‧‧‧12相整流用變壓器
3‧‧‧反向器
4‧‧‧電動機
11‧‧‧轉換器電路部
12‧‧‧電流檢測器
13‧‧‧不平衡檢測部
14‧‧‧直流電抗器
15‧‧‧平滑電容器
21、22‧‧‧二極體電橋
21a、21b、21c、21d、21e、21f、22a、22b、22c、22d、22e、 22f‧‧‧二極體元件
31‧‧‧直流電流檢測部
32‧‧‧峰值檢測部
33‧‧‧底值檢測部
34‧‧‧差分檢測部
35‧‧‧設定部
36‧‧‧比較部
37‧‧‧信號輸出部
S1‧‧‧峰值保持信號
S2‧‧‧底值保持信號
S3‧‧‧直流電流
S4‧‧‧臨限值
S5‧‧‧差分
S6‧‧‧警報信號

Claims (4)

  1. 一種轉換器，具備：轉換器電路部，係將12相整流用變壓器的Δ接線及Y接線之2個系統供應的交流電壓變換成直流電壓；電流檢測器，係檢測由前述轉換器電路部所輸出之直流母線的電流；以及不平衡檢測部，係檢測在由前述電流檢測器所檢測之Δ接線所輸出的電流和Y接線所輸出的電流之間產生不平衡之情形。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之轉換器，其中，前述不平衡檢測部係具備：直流電流檢測部，係根據由前述電流檢測器所檢測之檢測值而檢測直流電流；峰值檢測部，係檢測前述直流電流的峰值；底值檢測部，係檢測前述直流電流的底值；差分檢測部，係檢測前述峰值和前述底值的差分；設定部，係設定前述直流電流的峰值和底值的差分之臨限值；比較部，係比較由前述設定部所設定之臨限值和由前述差分檢測部所檢測的差分；以及信號輸出部，係在由前述比較部比較的結果為由前述差分檢測部所檢測的差分超過由前述設定部所設定之臨限值時，輸出警報信號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之轉換器，其中， 前述不平衡檢測部係具備：直流電流檢測部，係根據由前述電流檢測器所檢測之檢測值而檢測直流電流；漣波頻率算出部，係算出由前述直流電流檢測部所檢測之直流電流的漣波頻率；平均值算出部，係算出由前述直流電流檢測部所檢測之直流電流的平均值；設定部，係設定臨限值；電流不平衡檢測部，係在由漣波頻率算出部所算出之直流電流的漣波頻率不會成為電源電壓頻率的12倍，且由前述平均值算出部所算出之直流電流的平均值超過由前述設定部所設定之臨限值時，檢測出根據由前述電流檢測器所檢測之檢測值之電流產生不平衡之情形；以及信號輸出部，係在由前述電流不平衡檢測部檢測出電流不平衡之情形時，輸出警報信號。
  4. 一種電力變換裝置，具備：申請專利範圍第1項所記載之轉換器；以及反向器，係輸入自前述轉換器所輸出之警報信號。
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