WO2020017238A1 - 電力変換装置およびその制御方法 - Google Patents
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- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
Definitions
- the present invention relates to a power conversion device.
- an AC conversion circuit that converts a DC voltage into an arbitrary three-phase AC voltage based on a gate drive command by combining ON / OFF of a plurality of switching elements (IGBTs) has a high switching speed (carrier frequency). If the temperature rise becomes large and the temperature continues to be high, the possibility that the switching element is broken increases. Therefore, a technique is known in which the temperature of the switching element is monitored, and when the temperature exceeds a predetermined value, the carrier frequency is lowered.
- Patent Document 1 is a prior art in this technical field.
- Patent Literature 1 discloses an electric compressor in which an inverter circuit that drives an electric motor is cooled by a suction refrigerant sucked by a compression mechanism. The temperature rise stops, and the control unit changes the carrier frequency according to the element temperature such that the carrier frequency decreases as the element temperature at the time of starting the motor increases in the temperature rise region before the temperature rise stops. It is disclosed that the carrier frequency is changed in accordance with the driving speed of the compression mechanism so that the higher the driving speed of the compression mechanism is, the lower the carrier frequency becomes in the post-temperature-rise stop region, regardless of the element temperature. . It is described that this makes it possible to suppress switching loss while reducing discomfort to users and the like due to carrier noise.
- Patent Document 1 The power conversion device described in Patent Document 1 is premised on operating conditions by a compression mechanism. Therefore, when the power converter is applied for various purposes in a general purpose, there is a problem that operating conditions and element conditions must be set for each application in order to extend the life of the switching element.
- the present invention has been made in view of these problems, and it is an object of the present invention to provide a power conversion device that suppresses switching loss from a temperature specification of a power conversion device and that prolongs the life of a switching element without limiting the application. Aim.
- the present invention has been made in view of the above background art and problems, and to give an example, is a power converter, an AC converter that is configured by a plurality of switching elements and converts a DC voltage to an AC voltage, and an AC converter.
- a computing unit for controlling, the computing unit includes a temperature detecting unit for detecting a temperature of the AC conversion unit, and a gradient computing unit for computing a temperature gradient of the temperature detected by the temperature detecting unit;
- a carrier frequency for generating a PWM signal for switching the switching element according to the gradient is determined, and a temperature gradient of the AC converter is controlled.
- FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a power conversion device according to a first embodiment and a second embodiment.
- 5 is a flowchart illustrating a procedure in which a gradient calculation unit performs a calculation according to the first embodiment.
- FIG. 3 is a diagram illustrating a time-series relationship among an output frequency, an output current, a module temperature, a module temperature gradient, and a carrier frequency of the power converter according to the first embodiment.
- 9 is a flowchart illustrating a procedure in which a gradient calculation unit performs a calculation according to the second embodiment.
- FIG. 1 shows an overall configuration in which a power converter 100, a three-phase AC power supply 101, and an AC motor 105 in this embodiment are connected.
- the power converter 100 includes a DC converter 102, a smoothing capacitor 103, an AC converter 104, a current detector 106, a temperature detector 107, and an arithmetic unit 110.
- the calculation unit 110 includes a current detection unit 111, a current calculation unit 112, a temperature detection unit 113, a gradient calculation unit 114, a control unit 115, a PWM output unit 116, an information storage unit 117, an external communication unit 118, and a temperature calculation unit 119.
- the three-phase AC power supply 101 is, for example, a three-phase AC voltage supplied from a power company or an AC voltage supplied from a generator, and is supplied to the DC converter 102.
- the DC converter 102 includes, for example, a DC conversion circuit including a diode or a DC conversion circuit using an IGBT and a flywheel diode, and converts an AC voltage input from the three-phase AC power supply 101 into a DC voltage. Output to the smoothing capacitor 103.
- FIG. 1 shows a DC converter constituted by a diode as an example.
- the smoothing capacitor 103 smoothes the DC voltage input from the DC converter 102 and outputs the DC voltage to the AC converter 104.
- the DC voltage may be directly input to the smoothing capacitor 103 from the generator without passing through the DC converter 102.
- the AC conversion unit 104 is configured by an AC conversion circuit using, for example, an IGBT and a flywheel diode, and receives a DC voltage of the smoothing capacitor 103 and an output command of the control unit 115 as input, converts the DC voltage to an AC voltage, Output to the electric motor 105.
- the AC converter 104 is configured by an AC conversion circuit that performs AC-AC conversion without passing through the smoothing capacitor 103, the AC converter 104 converts an AC voltage into an AC voltage and outputs the AC voltage to the AC motor 105. You may.
- the current detector 106 includes a Hall CT and a shunt resistor, detects a current output to the AC motor, and outputs the current to the current detection unit 111. Further, the position of the current detector 106 is not limited to the position shown in FIG. 1, but may be a place where the current waveform can be reproduced, for example, inside the AC converter 104, or between the DC converter 102 and the AC converter 104. May be between.
- the operation unit 110 is an operation unit such as an MCU or an FPGA, and is configured by an operation circuit of software or hardware.
- the current detection unit 111 is a conversion unit such as an AD converter, which receives a signal output from the current detector 106 as input, converts the signal into operation data, and outputs the data to the current operation unit 112.
- the current calculation unit 112 receives the current data output from the current detection unit 111 as an input, calculates, for example, an effective value current as the current data, and outputs the current value to the gradient calculation unit 114.
- the temperature detector 107 includes a thermistor, a resistance temperature detector, and the like, detects a temperature at a point where the temperature becomes high in a power converter such as the AC converter 104, and outputs a signal. Note that the position of the temperature detector 107 is not limited to the position shown in FIG. 1 and may be any location where a temperature rise due to output can be detected.
- the temperature detection unit 113 is a conversion unit such as an AD converter, and receives a signal output from the temperature detector 107 as input, converts the signal into operation data, and outputs the data to the temperature operation unit 119.
- the temperature calculation unit 119 receives the temperature data output from the temperature detection unit 113 as input, calculates, for example, a temperature in degrees Celsius as the temperature data, and outputs the temperature data to the gradient calculation unit 114.
- the gradient calculation unit 114 receives the current data of the current calculation unit 112 and the temperature data of the temperature calculation unit 119, calculates a carrier frequency so that the thermal gradient of the element does not exceed a certain value, and controls a command value of the carrier frequency. Output to 115. Further, the gradient calculating unit 114 acquires the maximum value of the temperature gradient stored in the information storage unit 117, and calculates the carrier frequency so that the thermal gradient of the element does not exceed a certain value. That is, the gradient calculation unit 114 is a carrier frequency adjustment unit that adjusts and determines the carrier frequency according to the temperature gradient.
- the control unit 115 calculates a pulse output command for performing a PWM output based on the command value of the carrier frequency output from the gradient calculation unit 114 and operation-related data such as a speed command input to the power converter, Output to the PWM output unit 116.
- the PWM output unit 116 is a PWM signal generation unit that converts a pulse output command input from the control unit 115 into a signal and outputs the signal to the AC conversion unit 104.
- the information storage unit 117 acquires the gradient data, temperature and current data calculated by the gradient calculation unit 114, monitors various data, and stores the data.
- the stored data is output to the external communication unit 118.
- the external communication unit 118 outputs the data input from the information storage unit 117 to an external cloud service or management terminal, or a terminal such as a smartphone or tablet.
- the external communication unit 118 acquires a reference value calculated by the host device, for example, the maximum value of the temperature gradient determined from information such as an increase in the failure frequency of the element when the temperature gradient is a certain value or more, and the information storage unit 117.
- FIG. 2 is a flowchart showing a procedure of a calculation performed by the gradient calculation unit 114 in the present embodiment.
- the gradient calculation unit 114 acquires initial data from the information storage unit 117 (S201).
- the initial data may be only the maximum value of the temperature gradient, data obtained by calculating the correlation between the temperature gradient, current, and carrier frequency, or any data that can be used for controlling the temperature gradient. If there is no initial data, the target value of the temperature gradient may be set to 0 to start, or the user may set parameters.
- the gradient calculating unit 114 acquires the temperature data from the temperature calculating unit 119 (S202), and calculates a temperature gradient that is a predetermined amount of temperature change per time, for example, a temperature gradient ⁇ T per second (S203).
- the gradient calculation unit 114 calculates whether the temperature change is stable (S204). For example, if the temperature gradient, which is the amount of change per second, is 0.5 ° C. or less as a specified value, it may be determined that the temperature is stable. If the temperature per second fluctuates within 2 ° C., it may be determined that the fluctuation is stable, and the difference may be set as the limit value of the temperature gradient and determined (S205).
- the process returns to S202 to monitor the temperature again without performing the temperature gradient calculation.
- the gradient calculating unit 114 determines that the temperature is not stable, for example, using the temperature gradient ⁇ T per second, the carrier frequency is decreased as ⁇ T increases in the positive direction, or as the ⁇ T increases in the negative direction.
- the carrier frequency may be increased, or the carrier frequency may be subjected to PI control using ⁇ T as a feedback value (S206).
- the gradient calculator 114 determines a carrier frequency to be output, and outputs a carrier frequency command to the controller 115 (S207). Further, the gradient calculating unit 114 monitors whether the carrier frequency has reached a settable minimum value after the start of the operation (S208), and updates the temperature gradient target value ⁇ T if the carrier frequency has reached the minimum value.
- the temperature gradient ⁇ T per second is set (S209).
- the above-mentioned temperature change amount and carrier frequency minimum value may be set as user parameters for adjustment, or may be automatically set based on external information.
- the carrier frequency is controlled by a temperature gradient to prevent the IGBT element itself from being destroyed due to rapid thermal contraction due to a temperature change and the life from the solder joint of wire bonding. Life can be extended. Also, by reducing the temperature rise during acceleration / deceleration or an impact load in which the temperature rises sharply, it is possible to lower the attained temperature itself and reduce the motor noise in a steady state.
- FIG. 3 is a diagram showing, in a time series, the relationship among the output frequency and output current of the power converter, the module temperature, the module temperature gradient ⁇ T, and the carrier frequency according to the above method.
- a circled portion shown by (1) indicates the time of motor acceleration, and the output current increases accordingly as shown by (2). Therefore, the module temperature also increases as shown in (3). Accordingly, the temperature gradient ⁇ T of the module also increases as shown in (4), and accordingly, the carrier frequency is lowered as shown in (5) by the above method. As a result, it is possible to suppress a temperature rise and thereby control the temperature gradient, thereby suppressing a temperature change and extending the life of the module.
- the output current is large and the module temperature is high as shown in (7) and (8), but the temperature gradient ⁇ T is small as shown in (9), and therefore (10)
- the carrier frequency is increased as shown by. By increasing the carrier frequency, the high frequency is hard to be heard by human ears, so that the carrier noise can be reduced.
- the increase in the output current shown in (11) indicates a case where the load increases, and also in this case, as in the case of acceleration, the carrier frequency decreases as shown in (12) by increasing the temperature gradient ⁇ T.
- the life of the module can be extended.
- the temperature gradient ⁇ T increases and the carrier frequency decreases.
- the carrier frequency is reduced by the temperature gradient in the case where the temperature rise is likely to be sharp during acceleration / deceleration or impact load, and as a result, the temperature gradient can be controlled. Temperature change, and the life of the module can be extended. In other words, it is possible to provide a power converter that suppresses switching loss from the temperature specification of the power converter and extends the life of the element without limiting the application. In addition, carrier noise can be reduced during steady operation.
- This embodiment is a modification of the first embodiment, and the configuration of the power converter in this embodiment is the same as that of FIG.
- This embodiment is an example in which the upper limit of the carrier frequency is determined from the temperature and the amount of current.
- FIG. 4 is a flowchart illustrating a procedure of the calculation performed by the gradient calculation unit 114 in the present embodiment. 4, the same functions as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
- the temperature and the current value are obtained (S302).
- the gradient calculation unit 114 sets the temperature reference value to, for example, 40 ° C. or more, and if the temperature is equal to or less than the reference value, does not perform the carrier frequency control, continues the temperature detection, and if the temperature exceeds the reference value, performs the carrier frequency control. Is performed (S303).
- the gradient calculation unit 114 sets an upper limit of the carrier frequency from the acquired temperature and current, and the relationship between the rated temperature and the rated current (S304).
- a temperature gradient ⁇ T calculation (S203) is performed, and a carrier frequency calculation (S206), an output carrier frequency change (S207), a carrier frequency minimum value monitoring (S208), and a ⁇ T target value storage (S209) are performed.
- the gradient calculation unit 114 may perform the temperature stable region calculation (S204) and the temperature stability determination (S205) after S203.
- the present invention is not limited to the above-described embodiments, but includes various modifications.
- the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described above.
- a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of one embodiment can be added to the configuration of another embodiment.
- each of the above configurations, functions, processing units, and the like may be partially or entirely realized by hardware, for example, by designing an integrated circuit.
- the software may be realized by a processor interpreting and executing a program for realizing each function.
- 100 power converter
- 101 three-phase AC power supply
- 102 DC converter
- 103 smoothing capacitor
- 104 AC converter
- 105 AC motor
- 106 current detector
- 107 temperature detector
- 110 operation Unit
- 111 current detection unit
- 112 current calculation unit
- 113 temperature detection unit
- 114 gradient calculation unit
- 115 control unit
- 116 PWM output unit
- 117 information storage unit
- 118 external communication unit
- 119 Temperature calculation unit
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Abstract
汎用的な電力変換装置では、スイッチング素子の寿命を延命するためには、種々の用途に対し、用途毎に運転パターンと素子条件を設定しなければならない課題がある。 上記課題を解決するために、電力変換装置であって、複数のスイッチング素子で構成され直流電圧を交流電圧に変換する交流変換部と、交流変換部を制御する演算部を有し、演算部は、交流変換部の温度を検出する温度検出部と、温度検出部の検出した温度の温度勾配を演算する勾配演算部を備え、勾配演算部は、温度勾配に応じてスイッチング素子をスイッチングさせるためのＰＷＭ信号を生成するキャリア周波数を決定し、交流変換部の温度勾配を制御するように構成する。
Description
本発明は、電力変換装置に関するものである。
一般に、複数のスイッチング素子（ＩＧＢＴ）のＯＮ／ＯＦＦを組み合わせることで、直流電圧をゲートドライブ指令に基づく任意の３相交流電圧に変換する交流変換回路は、スイッチング速度（キャリア周波数）が大きいと、温度上昇が大きくなり、温度が高い状態が続くとスイッチング素子が破壊する可能性が高まる。そのため、スイッチング素子の温度を監視し、温度が所定値を超えたら、キャリア周波数を低くする技術が知られている。
本技術分野の先行技術として、特許文献１がある。特許文献１には、電動モータを駆動するインバータ回路が、圧縮機構が吸入する吸入冷媒により冷却される電動圧縮機であって、スイッチング素子の温度が上昇した後に吸入冷媒により冷却されてスイッチング素子の温度上昇が停止し、制御手段は、温度上昇が停止する前の温度上昇領域では、モータ起動時の素子温度が高いときほどキャリア周波数が低くなるように素子温度に応じてキャリア周波数を変更し、温度上昇停止後領域では、素子温度に係わらず、圧縮機構の駆動回転数が大きいときほどキャリア周波数が低くなるように圧縮機構の駆動回転数に応じてキャリア周波数を変更する点が開示されている。これにより、キャリア騒音によるユーザ等の不快感を低減しつつスイッチング損失を抑制することが可能となると記載されている。
特許文献１に記載された電力変換装置では、圧縮機構による運転条件が前提となっている。そのため、種々の用途に対応し汎用的に電力変換装置を適用する場合、スイッチング素子の寿命を延命するためには用途毎に運転条件と素子条件を設定しなければならない問題があった。
本発明は、これらの課題に鑑みなされたものであって、用途を限定せず、電力変換装置の温度仕様からスイッチング損失を抑制し、スイッチング素子の寿命を延命する電力変換装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記背景技術及び課題に鑑み、その一例を挙げるならば、電力変換装置であって、複数のスイッチング素子で構成され直流電圧を交流電圧に変換する交流変換部と、交流変換部を制御する演算部を有し、演算部は、交流変換部の温度を検出する温度検出部と、温度検出部の検出した温度の温度勾配を演算する勾配演算部を備え、勾配演算部は、温度勾配に応じてスイッチング素子をスイッチングさせるためのＰＷＭ信号を生成するキャリア周波数を決定し、交流変換部の温度勾配を制御するように構成する。
本発明によれば、用途を限定せず、電力変換装置の温度仕様からスイッチング損失を抑制し、素子の寿命を延命する電力変換装置を提供できる。
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
図１に、本実施例における電力変換装置１００と三相交流電源１０１と交流電動機１０５とを接続した全体構成を示す。
図１において、電力変換装置１００は、直流変換部１０２、平滑コンデンサ１０３、交流変換部１０４、電流検出器１０６、温度検出器１０７、演算部１１０から構成される。また、演算部１１０は、電流検出部１１１、電流演算部１１２、温度検出部１１３、勾配演算部１１４、制御部１１５、ＰＷＭ出力部１１６、情報蓄積部１１７、外部通信部１１８、温度演算部１１９を有する。
三相交流電源１０１は、例えば電力会社から供給される三相交流電圧や発電機から供給される交流電圧であり、直流変換部１０２に供給される。
直流変換部１０２は、例えばダイオードで構成された直流変換回路やＩＧＢＴとフライホイールダイオードを用いた直流変換回路で構成され、三相交流電源１０１から入力された交流電圧を、直流電圧に変換し、平滑コンデンサ１０３に出力する。図１では、一例としてダイオードで構成された直流変換部を示している。
平滑コンデンサ１０３は、直流変換部１０２から入力された直流電圧を平滑化し、交流変換部１０４に直流電圧を出力する。例えば発電機の出力が直流電圧の場合、平滑コンデンサ１０３は、直流変換部１０２を介さず、直接発電機から直流電圧を入力されても構わない。
交流変換部１０４は、例えばＩＧＢＴとフライホイールダイオードを用いた交流変換回路で構成され、平滑コンデンサ１０３の直流電圧と、制御部１１５の出力指令を入力とし、直流電圧を交流電圧に変換し、交流電動機１０５に出力する。また、交流変換部１０４は、平滑コンデンサ１０３を介さず、交流－交流変換を行うような交流変換回路で構成されている場合には、交流電圧を交流電圧に変換し、交流電動機１０５に出力してもよい。
電流検出器１０６は、ホールＣＴやシャント抵抗で構成され、交流電動機に出力される電流を検出し、電流検出部１１１に出力する。また、電流検出器１０６の位置は、図１の位置に限定されることはなく、電流波形を再現可能な場所、例えば交流変換部１０４の内部、あるいは、直流変換部１０２と交流変換部１０４の間であってもよい。
演算部１１０は、ＭＣＵやＦＰＧＡなどの演算器であって、ソフトウェアあるいはハードウェアの演算回路で構成される。
電流検出部１１１は、ＡＤ変換器などの変換部であって、電流検出器１０６が出力した信号を入力とし、演算用データに変換して、電流演算部１１２に出力する。
電流演算部１１２は、電流検出部１１１の出力した電流データを入力とし、電流データとして例えば実効値電流を計算し、勾配演算部１１４に出力する。
温度検出器１０７は、サーミスタ、測温抵抗体等で構成され、交流変換部１０４などの電力変換装置の中で温度が高くなる地点での温度を検出し、信号を出力する。なお、温度検出器１０７の位置は、図１の位置に限定されることはなく、出力による温度上昇が検出できる場所であればいずれでもよい。
温度検出部１１３は、ＡＤ変換器などの変換部であって、温度検出器１０７が出力した信号を入力とし、演算用データに変換して、温度演算部１１９に出力する。
温度演算部１１９は、温度検出部１１３の出力した温度データを入力とし、温度データとして例えば摂氏温度を計算し、勾配演算部１１４に出力する。
勾配演算部１１４は、電流演算部１１２の電流データと温度演算部１１９の温度データを入力とし、素子の熱勾配が一定値以上にならないようキャリア周波数を演算し、キャリア周波数の指令値を制御部１１５に出力する。また、勾配演算部１１４は、情報蓄積部１１７に格納された温度勾配最大値を取得し、素子の熱勾配が一定値以上にならないようキャリア周波数を演算する。すなわち、勾配演算部１１４は、温度勾配に応じてキャリア周波数を調整し決定するキャリア周波数調整部である。
制御部１１５は、勾配演算部１１４が出力したキャリア周波数の指令値と、電力変換装置に入力された速度指令などの運転関連データに基づいて、ＰＷＭ出力を行うためのパルス出力指令を演算し、ＰＷＭ出力部１１６に出力する。
ＰＷＭ出力部１１６は、制御部１１５から入力したパルス出力指令を信号に変換し、交流変換部１０４に出力するＰＷＭ信号生成部である。
情報蓄積部１１７は、勾配演算部１１４が演算した勾配データや、温度および電流データを取得し、種々のデータをモニタリングしてデータを記憶する。記憶したデータは、外部通信部１１８に出力する。
外部通信部１１８は、情報蓄積部１１７から入力したデータを外部のクラウドサービスや管理端末、あるいはスマートフォンやタブレットなどの端末に出力する。外部通信部１１８は、上位装置で演算された基準値、例えば、温度勾配が一定値以上で素子の故障頻度が上がる等の情報から定められた温度勾配の最大値を取得し、情報蓄積部１１７に出力する。
図２は、本実施例における勾配演算部１１４が行う演算の手順を示すフローチャートである。図２において、勾配演算部１１４は、情報蓄積部１１７から初期データを取得する（Ｓ２０１）。初期データは、温度勾配の最大値のみでも良いし、温度勾配と電流、キャリア周波数の相関関係を演算したデータでも良く、温度勾配の制御に使用できるデータであればいずれでも良い。初期データがない場合は、温度勾配の目標値を０に設定し開始してもよく、ユーザによるパラメータ設定でもよい。勾配演算部１１４は、温度演算部１１９から温度データを取得し（Ｓ２０２）、あらかじめ定めた時間当たりの温度変化量である温度勾配、例えば１秒当たりの温度勾配ΔＴを演算する（Ｓ２０３）。また、勾配演算部１１４は、温度変化が安定しているかを演算する（Ｓ２０４）。例えば、１秒当たりの変化量である温度勾配が規定値として０．５℃以下であれば温度は安定していると判断しても良いし、温度の長期的な揺らぎを見て、例えば６０秒間の温度が２℃以内で上下している場合には、安定時の揺らぎと判断し、その差分を温度勾配の限界値として設定し、判断してもよい（Ｓ２０５）。
勾配演算部１１４は、温度が安定していると判断した場合、温度勾配演算を行わずに、再び温度を監視するためＳ２０２に戻る。勾配演算部１１４は、温度が安定していないと判断した場合、例えば１秒当たりの温度勾配ΔＴを用い、ΔＴが正方向に大きいほどキャリア周波数を低くする、または、ΔＴが負方向に大きいほどキャリア周波数を高くする、あるいはΔＴをフィードバック値としてキャリア周波数をＰＩ制御してもよい（Ｓ２０６）。
次に、勾配演算部１１４は、出力すべきキャリア周波数を決定し、制御部１１５にキャリア周波数指令を出力する（Ｓ２０７）。また、勾配演算部１１４は、運転を開始してからキャリア周波数が設定可能な最低値に到達したかどうかを監視し（Ｓ２０８）、最低値であれば温度勾配目標値ΔＴを更新し、この時点での１秒当たりの温度勾配ΔＴを設定する（Ｓ２０９）。なお、上記の温度変化量やキャリア周波数最低値は、調整のためのユーザパラメータとして設定されてもよいし、外部の情報を元に自動で設定されてもよい。
上記の方法により、例えばスイッチング素子としてＩＧＢＴモジュールを採用した場合、温度変化による急激な熱収縮によって起きるＩＧＢＴ素子自体の破壊やワイヤボンディングのはんだ接合部の寿命破壊を、温度勾配によってキャリア周波数を制御することで延命する事ができる。また、温度上昇が激しくなる加減速時やインパクト負荷に対し、温度上昇を低減することで、到達温度自体を低くし、また定常時のモータ騒音を低減することが可能である。
図３は、上記方法による、電力変換装置の出力周波数と出力電流、モジュール温度、モジュールの温度勾配ΔＴ、キャリア周波数の関係を時系列で示した図である。図３において、（１）で示す丸で囲った部分はモータ加速時を示しており、それに対応して、（２）で示すように出力電流が増加する。そのため、（３）で示すようにモジュール温度も増加する。したがって、モジュールの温度勾配ΔＴも（４）で示すように大きくなり、これを受けて、上記方法により（５）で示すようにキャリア周波数を低くする。これにより、温度上昇を抑え、しいては、温度勾配を制御することで温度変化を抑えモジュールの寿命を延ばすことができる。
また、（６）で示す定常時は、（７）、（８）で示すように出力電流は大きく、モジュール温度も高いが、（９）で示すように温度勾配ΔＴは小さく、そのため（１０）で示すようにキャリア周波数を高くする。キャリア周波数を高くすることで、高周波数は人間の耳には聞こえにくいので、キャリア騒音を低減できる。
なお、（１１）で示す出力電流の増加は負荷が大きくなった場合を示しており、これも加速時と同様に、温度勾配ΔＴが大きくなることで（１２）で示すようにキャリア周波数を低くし、モジュールの寿命を延ばすことができる。また、（１３）で示す減速時も、（１４）、（１５）で示すように出力電流の増加に伴い温度勾配ΔＴが大きくなりキャリア周波数を低くする。
以上のように、本実施例によれば、加減速やインパクト負荷時などで温度上昇が急激となりそうな状況の場合に温度勾配によってキャリア周波数を低減させ、その結果、温度勾配を制御することができ、温度変化を抑え、モジュールの寿命を延ばすことができる。言い換えれば、用途を限定せず、電力変換装置の温度仕様からスイッチング損失を抑制し、素子の寿命を延命する電力変換装置を提供できる。また、定常運転時はキャリア騒音を低減できる。
本実施例は、実施例１の変形例であって、本実施例における電力変換装置の構成は、既に説明した図１と同一であるので、その説明は省略する。
本実施例は、温度および電流量から、キャリア周波数の上限値を決めた場合の例である。
図４は、本実施例における勾配演算部１１４が行う演算の手順を示すフローチャートである。図４において、図２と同じ機能は同じ符号を付し、その説明は省略する。
図４において、Ｓ２０１で初期データを取得した後、温度及び電流値を取得する（Ｓ３０２）。勾配演算部１１４は、温度基準値を例えば４０℃以上とし、温度が基準値以下ならば、キャリア周波数制御は行わず、温度の検出を継続し、温度が基準値を超えていればキャリア周波数制御を行う（Ｓ３０３）。勾配演算部１１４は、取得した温度および電流と、定格温度と定格電流の関係から、キャリア周波数の上限を設定する（Ｓ３０４）。
その後、温度勾配ΔＴ演算（Ｓ２０３）を行い、キャリア周波数演算（Ｓ２０６）、出力キャリア周波数変更（Ｓ２０７）、キャリア周波数最低値監視（Ｓ２０８）、ΔＴ目標値記憶（Ｓ２０９）を行う。
なお、図２と同様に、勾配演算部１１４は、温度安定領域演算（Ｓ２０４）、温度安定判断（Ｓ２０５）を、Ｓ２０３の後に行ってもよい。
以上のように、本実施例によれば、実施例１と同様に、素子や接合部の寿命を延命し、定常時のモータ騒音を低減することが可能である。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、上記の各構成、機能、処理部等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。
１００：電力変換装置、１０１：三相交流電源、１０２：直流変換部、１０３：平滑コンデンサ、１０４：交流変換部、１０５：交流電動機、１０６：電流検出器、１０７：温度検出器、１１０：演算部、１１１：電流検出部、１１２：電流演算部、１１３：温度検出部、１１４：勾配演算部、１１５：制御部、１１６：ＰＷＭ出力部、１１７：情報蓄積部、１１８：外部通信部、１１９：温度演算部
Claims (6)
- 複数のスイッチング素子で構成され直流電圧を交流電圧に変換する交流変換部と、
前記交流変換部を制御する演算部を有し、
前記演算部は、前記交流変換部の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部の検出した温度の温度勾配を演算する勾配演算部を備え、
前記勾配演算部は、前記温度勾配に応じて前記スイッチング素子をスイッチングさせるためのＰＷＭ信号を生成するキャリア周波数を決定し、前記交流変換部の温度勾配を制御することを特徴とする電力変換装置。 - 請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記勾配演算部は、前記温度勾配が上昇下降する際、前記温度勾配が規定値以下の変化量になるよう前記キャリア周波数を制御することを特徴とする電力変換装置。 - 請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記勾配演算部は、前記温度勾配が大きいほど前記キャリア周波数を低くし、前記温度勾配が小さいほど前記キャリア周波数を高くすることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記勾配演算部は、前記温度勾配に応じてキャリア周波数を決定しキャリア周波数指令を出力し、
前記演算部は、前記勾配演算部が出力したキャリア周波数指令値と前記電力変換装置の運転関連データでＰＷＭ信号を生成するためのパルス出力指令を演算する制御部と、該制御部からのパルス出力指令を信号に変換し前記交流変換部にＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ出力部を有することを特徴とする電力変換装置。 - 複数のスイッチング素子で構成され直流電圧を交流電圧に変換する交流変換部と、
前記スイッチング素子の温度を検出する温度検出部と、
入力される電圧指令とキャリア周波数に基づいて前記スイッチング素子をスイッチングさせるためのＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、
前記キャリア周波数を調整するキャリア周波数調整部とを備え、
前記キャリア周波数調整部は、前記スイッチング素子の温度の変化に応じて前記キャリア周波数を調整することを特徴とする電力変換装置。 - 複数のスイッチング素子で構成され直流電圧を交流電圧に変換する交流変換部を有する電力変換装置の制御方法であって、
前記交流変換部の温度の温度勾配を演算し、
該温度勾配に応じて前記スイッチング素子をスイッチングさせるためのＰＷＭ信号を生成するキャリア周波数を決定することを特徴とする電力変換装置の制御方法。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| JP2018135625A JP7077167B2 (ja) | 2018-07-19 | 2018-07-19 | 電力変換装置およびその制御方法 |
| JP2018-135625 | 2018-07-19 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2020017238A1 true WO2020017238A1 (ja) | 2020-01-23 |
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| JPH04156288A (ja) * | 1990-10-18 | 1992-05-28 | Okuma Mach Works Ltd | 電動機制御装置 |
| JPH09140155A (ja) * | 1995-11-16 | 1997-05-27 | Sanyo Electric Co Ltd | インバータ駆動装置の保護方法 |
| JP2012135119A (ja) * | 2010-12-21 | 2012-07-12 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | インバータ装置 |
| JP2017060310A (ja) * | 2015-09-16 | 2017-03-23 | 株式会社日本製鋼所 | インバータの保護方法に特徴を有するモータの制御方法 |
-
2018
- 2018-07-19 JP JP2018135625A patent/JP7077167B2/ja active Active
-
2019
- 2019-06-21 WO PCT/JP2019/024714 patent/WO2020017238A1/ja active Application Filing
Patent Citations (4)
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| JP2020014329A (ja) | 2020-01-23 |
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