WO2021156948A1 - 電力変換装置および電力変換システム - Google Patents
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- 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 disclosure relates to a power conversion device and a power conversion system having a discharge function.
- the power converter that supplies AC power to the load using the power supplied from the power supply is, for example, a servo mechanism equipped with a motor having a large capacity
- the motor drive circuit after stopping the operation of the servo mechanism. If the smoothing capacitor inside is in a charged state, it is necessary to perform discharging. Therefore, the power conversion device is provided with a discharge circuit. In this power conversion device, if the power conversion device continues to discharge in an abnormal state, the discharge circuit may be destroyed. Therefore, detect the discharge in the abnormal state and protect the discharge circuit. Is desired.
- the power conversion device described in Patent Document 1 is connected to a high voltage battery via a contactor.
- This power conversion device includes a discharge circuit that discharges the electric charge of the smoothing capacitor, and a control circuit that controls turning on and off of the switching element included in the discharge circuit.
- This control circuit turns on the switching element for a short time before discharging the charge of the smoothing capacitor, and determines whether the contactor is on or off based on the voltage between the terminals of the smoothing capacitor before and after the on.
- the control circuit determines that the contactor is on, it repeats the process of determining whether the contactor is on or off after waiting for a specific time, and when it determines that the contactor is off, it determines that discharge is possible. Is continuously discharging.
- the present disclosure has been made in view of the above, and obtains a power conversion device capable of detecting an abnormal discharge during discharge and protecting a discharge circuit even when an abnormal discharge occurs during discharge.
- the purpose is.
- the power converter of the present disclosure includes a converter unit that converts an input alternating current into a direct current, a smoothing capacitor that smoothes the converted direct current, and a smoothed direct current. Is provided with an inverter unit that converts the current into alternating current and outputs it to the load. Further, the power conversion device of the present disclosure includes a discharge circuit that discharges the electric charge charged in the smoothing capacitor when the load is stopped, a voltage measuring unit that measures the voltage between the bus to which the smoothing capacitor is connected as a bus voltage value, and a voltage measuring unit. A discharge control device for controlling discharge by a discharge circuit is provided.
- the discharge control device determines whether or not the discharge is in an abnormal state based on the bus voltage value. While the discharge control device determines that the discharge is in the normal state, the process of causing the discharge circuit to discharge for the first time and the discharge in the second time longer than the first time are in the abnormal state. The process of determining whether or not it is performed is repeated. When the bus voltage value reaches the target value or the discharge is determined to be in an abnormal state, the discharge control device causes the discharge circuit to end the discharge.
- the power conversion device has the effect of being able to detect an abnormal discharge during discharge and protect the discharge circuit even if an abnormal discharge occurs during discharge.
- a timing chart showing a change in the bus voltage value when the power conversion device according to the embodiment changes to an abnormal state after starting discharge in a normal state.
- FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a power conversion system including the power conversion device according to the embodiment.
- the power conversion system 1 includes a power conversion device 10, an AC power supply 100, an electromagnetic switch 101, and a motor 108 as an example of a load.
- the power conversion device 10 converts the power supplied from the AC power supply 100 into an arbitrary frequency and an arbitrary voltage and supplies the electric power to the motor 108.
- the power conversion device 10 functions as a motor drive device that drives the motor 108 by alternating current.
- the power conversion system 1 sets one discharge time by the power conversion device 10 as a time during which the discharge circuit 111 is not destroyed even when the power conversion system 1 is abnormal, and periodically repeats discharging and non-discharging. While the power conversion system 1 determines that the discharge is in a normal state, the process of discharging the discharge circuit 111 and the process of determining whether or not the discharge is in an abnormal state are repeated, and the discharge is completed up to the target. If this happens, or if it is determined that the discharge is in an abnormal state, the discharge is terminated.
- the AC power supply 100 is a power supply that inputs AC to the power conversion device 10.
- the electromagnetic switch 101 is an example of a switch that opens or shuts off the power supplied from the AC power supply 100 to the power conversion device 10.
- the power conversion device 10 includes a converter unit 102, a voltage measurement unit 103, a smoothing capacitor 104, a discharge resistance 105 which is a regeneration resistance, a switch element 106, an inverter unit 107, and a discharge control device 20.
- the smoothing capacitor 104, the switch element 106, and the like described with reference to FIG. 1 are examples, and other parts having the same function may be substituted.
- the discharge circuit 111 is composed of the smoothing capacitor 104, the discharge resistor 105, and the switch element 106.
- the discharge circuit 111 is a circuit that discharges the electric charge charged in the smoothing capacitor 104.
- the discharge circuit 111 discharges when the motor 108 is stopped.
- the smoothing capacitor 104 may be provided outside the discharge circuit 111. In this case, the smoothing capacitor 104 and the discharge resistor 105 constitute the discharge circuit 111.
- the converter unit 102 rectifies the AC voltage applied from the AC power supply 100 and converts it into a DC voltage.
- An example of the converter unit 102 is a full-wave rectifier circuit composed of a diode bridge.
- An inverter unit 107 is connected to the output end of the converter unit 102.
- the converter unit 102 and the inverter unit 107 are connected by a DC bus 11A on the high potential side and a DC bus 11B on the low potential side.
- a voltage measuring unit 103, a smoothing capacitor 104, a discharge resistor 105, and a switch element 106 are arranged between the DC bus 11A and the DC bus 11B.
- Connection points 13A, 14A, 15A are arranged on the DC bus 11A, and connection points 13B, 14B, 15B are arranged on the DC bus 11B.
- the connection point 13A is connected to the converter unit 102, the connection point 15A is connected to one end of the inverter unit 107, and the connection point 14A is connected to the connection points 13A and 15A.
- the connection point 13B is connected to the converter unit 102, the connection point 15B is connected to the other end of the inverter unit 107, and the connection point 14B is connected to the connection points 13B and 15B.
- the voltage measuring unit 103 is connected to the connection point 13A and the connection point 13B.
- the smoothing capacitor 104 is connected to the connection point 14A and the connection point 14B.
- the discharge resistor 105 is connected to the connection point 15A, the switch element 106 is connected to the connection point 15B, and the discharge resistor 105 and the switch element 106 are connected in series.
- the collector of the switch element 106 is connected to the discharge resistor 105. As a result, the collector of the switch element 106 is connected to the positive electrode of the smoothing capacitor 104 via the discharge resistor 105. Further, in the switch element 106, the base is connected to the discharge control device 20 and the emitter is connected to the connection point 15B.
- the converter unit 102 the voltage measurement unit 103, the smoothing capacitor 104, the discharge resistor 105 and the switch element 106 connected in series, and the inverter unit 107 are connected in parallel. There is.
- the voltage between the DC bus 11A and the DC bus 11B is called the bus voltage.
- the smoothing capacitor 104 smoothes the bus voltage, which is a DC voltage, and stabilizes the bus voltage. In this way, the smoothing capacitor 104 smoothes the direct current converted from the alternating current by the converter unit 102.
- the voltage measuring unit 103 is a measuring instrument that measures the bus voltage value, which is the voltage value of the bus voltage.
- the voltage measuring unit 103 may measure the bus voltage value according to the instruction from the discharge control device 20, or may measure the bus voltage value at specific time intervals.
- the voltage measuring unit 103 sends the measured bus voltage value to the discharge control device 20.
- the switch element 106 is turned on when it receives a discharge command signal, which is a discharge command signal, from the discharge control device 20, and the smoothing capacitor 104 and the discharge resistor 105 are electrically connected. As a result, the electric charge charged in the smoothing capacitor 104 is converted into thermal energy by the discharge resistor 105 and discharged.
- a discharge command signal which is a discharge command signal
- the inverter unit 107 has an inverter circuit that converts DC power into AC power and supplies it to the motor 108.
- the inverter unit 107 is configured by using, for example, six switch elements.
- the inverter unit 107 converts the direct current smoothed by the smoothing capacitor 104 into alternating current and outputs it to the motor 108.
- the power conversion system 1 opens the electromagnetic switch 101 when driving the motor 108. As a result, the power conversion system 1 inputs the power of the AC power supply 100 to the power conversion device 10 to charge the smoothing capacitor 104.
- the power conversion system 1 shuts off the electromagnetic switch 101 when the driving of the motor 108 is terminated.
- the power of the AC power supply 100 is not input to the power conversion device 10.
- the power conversion system 1 discharges the smoothing capacitor 104, that is, discharges the capacitor by opening and closing (on or off) the switch element 106.
- the discharge control device 20 is a computer that controls the discharge by the discharge circuit 111.
- FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a discharge control device included in the power conversion device according to the embodiment.
- the discharge control device 20 includes an abnormality determination unit 32 and a discharge command generation unit 33.
- the discharge control device 20 can be realized by a processor 21 which is a control unit, a memory 22 which is a storage unit, an input device 23, and an output device 24.
- processor 21 is a CPU (Central Processing Unit, central processing unit, processing unit, arithmetic unit, microprocessor, microcomputer, DSP (Digital Signal Processor)) or system LSI (Large Scale Integration).
- memory 22 is RAM (Random Access Memory) and ROM (Read Only Memory).
- the discharge control device 20 is realized by the processor 21 reading and executing a computer-executable control program for executing the operation of the discharge control device 20 stored in the memory 22. It can be said that the control program, which is a program for executing the operation of the discharge control device 20, causes the computer to execute the procedure or method of the discharge control device 20.
- the control program executed by the discharge control device 20 has a modular configuration including an abnormality determination unit 32 and a discharge command generation unit 33, which are loaded on the main storage device and these are loaded on the main storage device. Will be generated.
- the abnormality determination unit 32 calculates a predicted value of the bus voltage (voltage predicted value described later) when discharging is performed n times (n is a natural number). Further, the abnormality determination unit 32 determines whether or not the bus voltage value when the discharge is performed n times is equal to or less than the voltage predicted value when the discharge is performed n times. When the abnormality determination unit 32 determines that the state is not abnormal, the abnormality determination unit 32 sends a discharge instruction to the discharge command generation unit 33.
- the discharge command generation unit 33 sends a discharge command signal to the switch element 106 to discharge the smoothing capacitor 104.
- the input device 23 receives the bus voltage value sent from the voltage measuring unit 103 and sends it to the processor 21.
- the memory 22 is used as a temporary memory when the processor 21 executes various processes. Further, the memory 22 stores the bus voltage value and the voltage prediction value sent from the processor 21. Further, the memory 22 stores equations (1) to (3), which will be described later, as mathematical expressions. Equations (1) to (3) are mathematical expressions used for discharge control.
- the output device 24 outputs the discharge command signal sent from the processor 21 to the switch element 106.
- the control program used by the discharge control device 20 may be a file in an installable format or an executable format, stored in a computer-readable storage medium, and provided as a computer program product. Further, the control program may be provided to the discharge control device 20 via a network such as the Internet. Some of the functions of the discharge control device 20 may be realized by dedicated hardware such as a dedicated circuit, and some may be realized by software or firmware.
- the processor that executes the processing of the abnormality determination unit 32 and the processor that executes the processing of the discharge command generation unit 33 may be separate processors.
- the program used when executing the processing of the abnormality determination unit 32 and the program used when executing the processing of the discharge command generation unit 33 are separate programs.
- FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure of discharge processing by the power conversion system according to the embodiment.
- the power conversion system 1 drives the discharge resistor 105 for a specific time to discharge the smoothing capacitor 104 for a specific time.
- the voltage measuring unit 103 of the power conversion device 10 measures the bus voltage value realV 0 , which is the bus voltage value before discharging, before discharging the smoothing capacitor 104. That is, the voltage measuring unit 103 measures the bus voltage value realV 0 , which is the voltage in the discharge circuit 111 (step S10).
- the bus voltage value before discharging is referred to as bus voltage value realV 0
- the bus voltage value after n times of discharging is referred to as bus voltage value realV n .
- the voltage measuring unit 103 sends the measured bus voltage value realV 0 to the abnormality determination unit 32 of the discharge control device 20.
- the abnormality determination unit 32 stores the bus voltage value realV 0 in the memory 22.
- the abnormality determination unit 32 calculates the voltage prediction value virtual V 1 , which is the prediction value of the bus voltage after discharge (step S20).
- the voltage prediction value when discharging is performed n times is referred to as a voltage prediction value virtualV n .
- the abnormality determination unit 32 calculates the voltage prediction value virtualV n by the following equation (1).
- Exp in equation (1) is a natural exponential function
- x is one discharge time.
- One discharge time is a time during which the discharge circuit 111 is not destroyed even if discharge is performed at the time of abnormality. That is, the discharge circuit 111 is not destroyed even if the discharge is performed at the time of abnormality for x seconds.
- the value of x is set based on the characteristics of the discharge resistance 105, the current value applied to the discharge resistance 105 at the time of discharge, and the like.
- C is the capacitance of the smoothing capacitor 104
- R is the resistance value of the discharge resistor 105
- Tolerance is the tolerance of the bus voltage.
- An example of an abnormal state in the power conversion system 1 is a case where the electromagnetic switch 101 is in the open state even though the driving of the motor 108 is stopped. In this case, if the power conversion device 10 discharges, an abnormal discharge occurs. Further, even if the electromagnetic switch 101 is in the closed state after the drive of the motor 108 is stopped, if the electromagnetic switch 101 is opened during the discharge by the power conversion device 10, the power conversion system 1 will perform the power conversion system 1. It becomes an abnormal state, and the subsequent discharge becomes an abnormal discharge.
- the abnormality determination unit 32 stores the voltage prediction value virtualV 1 in the memory 22. Further, after the voltage measuring unit 103 measures the bus voltage value realV 0 , which is the bus voltage value, the discharge command generation unit 33 sends a discharge command signal to the switch element 106 to discharge the smoothing capacitor 104.
- the discharge command signal is a signal that causes the switch element 106 to discharge the smoothing capacitor 104 for x seconds. As a result, the smoothing capacitor 104 discharges for x seconds (step S30).
- the voltage measuring unit 103 measures the bus voltage value again. Since the voltage measuring unit 103 here is after one discharge is completed, the bus voltage value realV 1 is measured (step S40). The voltage measuring unit 103 sends the measured bus voltage value realV 1 to the abnormality determination unit 32 of the discharge control device 20.
- the abnormality determination unit 32 stores the bus voltage value realV 1 in the memory 22.
- the abnormality determination unit 32 determines whether or not the following equation (2) is satisfied each time one discharge is completed (step S50). In other words, the abnormality determination unit 32 determines whether or not the bus voltage value realV n is equal to or less than the target voltage value finV, which is the target bus voltage value, each time one discharge is completed. That is, the abnormality determination unit 32 determines whether or not the discharge is normally completed each time one discharge is completed.
- the target voltage value finV is a reference value for determination used to determine whether or not the discharge is normally completed.
- the abnormality determination unit 32 here determines whether or not the bus voltage value realV 1 is equal to or less than the target voltage value finV.
- the abnormality determination unit 32 considers that the normal discharge is completed, whereby the power conversion system 1 causes the power conversion system 1 to complete the discharge. End the discharge.
- the abnormality determination unit 32 determines whether or not the discharge is abnormal.
- the abnormality determination unit 32 determines whether or not the bus voltage value realV n and the voltage prediction value virtualV n satisfy the following equation (3) (step S60). In other words, the abnormality determination unit 32 determines whether or not the bus voltage value realV n is equal to or less than the voltage prediction value virtualV n. That is, the abnormality determination unit 32 determines whether or not an abnormal discharge has occurred.
- the abnormality determination unit 32 here determines whether or not the bus voltage value realV 1 is equal to or less than the voltage prediction value virtualV 1.
- the voltage prediction value virtualV n includes Tolerance, which is a specific value, as shown in the equation (1). Therefore, if no abnormality has occurred in the power conversion system 1, the predicted voltage value virtualV n should be larger than the bus voltage value realV n by the amount of Tolerance. Therefore, if the bus voltage value realV n is equal to or less than the predicted voltage value virtualV n, the power conversion system 1 is considered to be normal. Tolerance is a value smaller than the value of (bus voltage value realV n )-(bus voltage value realV n + 1).
- step S60, No the abnormality determination unit 32 considers that the discharge is abnormal, whereby the power conversion system 1 ends the discharge.
- the abnormality determination unit 32 determines that the discharge can be continued.
- the power conversion system 1 repeats the above-mentioned discharge and determination until the discharge end condition is reached.
- the power conversion system 1 repeats the above-mentioned discharge and determination while determining that the discharge is in a normal state.
- the abnormality determination unit 32 calculates the voltage prediction value virtualV n + 1 , which is the prediction value of the bus voltage after discharge (step S70). In this case as well, the abnormality determination unit 32 calculates the voltage prediction value virtualV n + 1 by the above equation (1).
- the abnormality determination unit 32 stores the voltage prediction value virtualV n + 1 in the memory 22. After the abnormality determination unit 32 calculates the voltage prediction value virtualV n + 1 , the discharge command generation unit 33 sends a discharge command signal to the switch element 106 to discharge the smoothing capacitor 104. As a result, the smoothing capacitor 104 discharges for x seconds (step S80). Then, the voltage measuring unit 103 measures the bus voltage value realV n + 1 (step S90).
- the power conversion system 1 returns to the process of step S50. Then, if power conversion system 1 has the formula (2) of the bus voltage value bus voltage value RealV n replaced by a bus voltage value realV n + 1 realV n + 1 and the target voltage value finV satisfies the formula (2) or not Is determined. If not satisfied, the power conversion system 1 replaces the bus voltage value realV n in Eq. (3) with the bus voltage value realV n + 1, and replaces the voltage prediction value virtualV n with the voltage prediction value virtualV n + 1 to replace the bus voltage. It is determined whether or not the value realV n + 1 and the voltage prediction value virtualV n + 1 satisfy the equation (3).
- the power conversion system 1 adds 1 to n each time the number of discharges increases by 1.
- the bus voltage value and the target voltage value finV satisfy the equation (2) (step S50, Yes), or the bus voltage value and the predicted voltage value satisfy the equation (3) (step S60, Yes).
- step S50, Yes the bus voltage value and the predicted voltage value satisfy the equation (3)
- step S60, Yes the bus voltage value and the predicted voltage value satisfy the equation (3)
- step S20 may be executed after the process of step S30 or after the process of step S40. Further, the process of step S70 may be executed after the process of step S80 or after the process of step S90.
- FIG. 4 is a timing chart showing a change in the bus voltage value when the power conversion device according to the embodiment discharges in a normal state.
- FIG. 4 shows the change in the bus voltage value when the smoothing capacitor 104 is normally discharged, and the timing of discharge or non-discharge by the switch element 106.
- the smoothing capacitor 104 is normally discharged.
- the graph shown in the upper part of FIG. 4 is a graph showing changes in the bus voltage value
- the graph shown in the lower part of FIG. 4 is a graph showing the timing of discharge or non-discharge.
- the horizontal axis of the graph shown in the upper part of FIG. 4 is time
- the vertical axis is the bus voltage value.
- the power conversion system 1 determines, for example, whether the bus voltage value realV n is equal to or less than the voltage prediction value virtualV n in a period of time T (T> x). Therefore, the power conversion system 1 performs one discharge and one non-discharge during the time T. That is, the power conversion system 1 executes the discharge and the non-discharge in a cycle of time T. Since x, which is the first time, is one discharge time, Tx is one non-discharge time. The time T, which is the second time, is the same time as the cycle in which the processor 21 operates without any problem.
- the voltage measuring unit 103 measures the bus voltage value realV 0 before discharging the smoothing capacitor 104. After measuring the bus voltage value realV 0 , the abnormality determination unit 32 calculates the voltage prediction value virtualV 1 using the bus voltage value realV 0.
- the discharge command generation unit 33 sends a discharge command signal to the switch element 106 to discharge the smoothing capacitor 104.
- the smoothing capacitor 104 discharges for x seconds.
- Voltage measuring unit 103 after measuring the bus voltage value RealV 0, after the elapse of time T, to measure the bus voltage value realV 1.
- Abnormality determining unit 32 determines, unless bus voltage value RealV 1 is less than the target voltage value FINV, bus voltage value RealV 1 is to or less than the voltage predicted value virtualV 1.
- the bus voltage value realV 1 is equal to or less than the voltage prediction value virtualV 1.
- the abnormality determination unit 32 calculates the voltage prediction value virtualV 2 using the bus voltage value realV 0.
- the discharge command generation unit 33 sends a discharge command signal to the switch element 106 to discharge the smoothing capacitor 104.
- the smoothing capacitor 104 discharges for x seconds.
- the voltage measuring unit 103 measures the bus voltage value realV 1 and then measures the bus voltage value realV 2 after a lapse of time T.
- Abnormality determining unit 32 determines, unless bus voltage value RealV 2 is less than the target voltage value FINV, bus voltage value RealV 2 is to or less than the voltage predicted value virtualV 2.
- the power conversion system 1 calculates the voltage prediction value virtualV n , discharges x seconds, and measures the bus voltage value realV n for each time T. And, it is determined whether or not the bus voltage value realV n is equal to or less than the voltage prediction value virtualV n.
- the power conversion system 1 If no abnormality has occurred in the power conversion system 1, the power conversion system 1 repeatedly discharges the smoothing capacitor 104, and the bus voltage value realV n measured by the voltage measuring unit 103 becomes equal to or less than the target voltage value finV. At that time, it is considered that the normal discharge of the smoothing capacitor 104 is completed, and the discharge process is completed. As a result, the discharge that drives the discharge resistor 105 for a short time over a plurality of times is completed.
- the power conversion system 1 executes the discharge by driving the discharge resistor 105 a plurality of times for a short time while confirming whether or not an abnormality has occurred in the power conversion system 1.
- the smoothing capacitor 104 is prevented from being destroyed while the discharge circuit 111 is prevented from being destroyed. Discharge can be carried out.
- FIG. 5 is a timing chart showing a change in the bus voltage value when the power conversion device according to the embodiment starts discharging in an abnormal state.
- FIG. 5 shows a change in the bus voltage value when the discharge of the smoothing capacitor 104 is terminated due to an abnormal state, and a timing of discharge or non-discharge by the switch element 106.
- the discharge of the smoothing capacitor 104 ends.
- the graph shown in the upper part of FIG. 5 is a graph showing changes in the bus voltage value
- the graph shown in the lower part of FIG. 5 is a graph showing the timing of discharge or non-discharge.
- the horizontal axis of the graph shown in the upper part of FIG. 5 is time
- the vertical axis is the bus voltage value.
- the electromagnetic switch 101 may not be cut off (off) for some reason, and the power from the AC power supply 100 may be input to the power conversion device 10.
- the voltage measuring unit 103 of the power conversion system 1 measures the bus voltage value realV 0 before discharging before discharging the smoothing capacitor 104, as in the normal state. After measuring the bus voltage value realV 0 , the abnormality determination unit 32 calculates the voltage prediction value virtualV 1 using the bus voltage value realV 0.
- the discharge command generation unit 33 sends a discharge command signal to the switch element 106 to discharge the smoothing capacitor 104.
- the smoothing capacitor 104 discharges for x seconds.
- Voltage measuring unit 103 after measuring the bus voltage value RealV 0, after the elapse of time T, to measure the bus voltage value realV 1.
- Abnormality determining unit 32 determines, unless bus voltage value RealV 1 is less than the target voltage value FINV, bus voltage value RealV 1 is to or less than the voltage predicted value virtualV 1.
- the smoothing capacitor 104 is charged by the electric power from the AC power supply 100 even if it is discharged. Therefore, the bus voltage value realV 0 cannot be less than or equal to the predicted voltage value virtualV 1. In this case, the abnormality determination unit 32 considers that it is an abnormal discharge. As a result, the power conversion system 1 protects the discharge circuit 111 by ending the discharge.
- the power conversion system 1 prevents the discharge resistance 105 from being destroyed by ending the discharge when the electromagnetic switch 101 is open and the power of the AC power supply 100 is input to the power conversion device 10. be able to.
- FIG. 6 is a timing chart showing a change in the bus voltage value when the power conversion device according to the embodiment changes to an abnormal state after starting discharge in a normal state.
- the power conversion system 1 when the electromagnetic switch 101 changes from the cut-off state to the open state, the discharge of the smoothing capacitor 104 ends.
- the graph shown in the upper part of FIG. 6 is a graph showing a change in the bus voltage value
- the graph shown in the lower part of FIG. 6 is a graph showing the timing of discharge or non-discharge.
- the horizontal axis of the graph shown in the upper part of FIG. 6 is time, and the vertical axis is the bus voltage value.
- the voltage measuring unit 103 measures the bus voltage value realV 0 before discharging the smoothing capacitor 104. After measuring the bus voltage value realV 0 , the abnormality determination unit 32 calculates the voltage prediction value virtualV 1 using the bus voltage value realV 0.
- the discharge command generation unit 33 sends a discharge command signal to the switch element 106 to discharge the smoothing capacitor 104.
- the smoothing capacitor 104 discharges for x seconds.
- Voltage measuring unit 103 after measuring the bus voltage value RealV 0, after the elapse of time T, to measure the bus voltage value realV 1.
- Abnormality determining unit 32 determines, unless bus voltage value RealV 1 is less than the target voltage value FINV, bus voltage value RealV 1 is to or less than the voltage predicted value virtualV 1.
- the bus voltage value realV 1 is equal to or less than the voltage prediction value virtualV 1.
- the abnormality determination unit 32 calculates the voltage prediction value virtualV 2 using the bus voltage value realV 0.
- the discharge command generation unit 33 sends a discharge command signal to the switch element 106 to discharge the smoothing capacitor 104.
- the smoothing capacitor 104 discharges for x seconds.
- the voltage measuring unit 103 measures the bus voltage value realV 1 and then measures the bus voltage value realV 2 after a lapse of time T.
- Abnormality determining unit 32 determines, unless bus voltage value RealV 2 is less than the target voltage value FINV, bus voltage value RealV 2 is to or less than the voltage predicted value virtualV 2.
- the smoothing capacitor 104 becomes the AC power source 100. It is charged by the power from. That is, if the electromagnetic switch 101 is opened for some reason during the (m-1) th to mth discharge, the bus voltage value realV m is the bus voltage before the first discharge is started. The voltage value is equivalent to the value realV 0.
- the abnormality determination unit 32 considers that it is an abnormal discharge. As a result, the power conversion system 1 protects the discharge circuit 111 by ending the discharge.
- the power conversion system 1 starts discharging in a normal state in which the electromagnetic switch 101 is shut off, and ends the discharging when the electromagnetic switch 101 is opened in an abnormal state in the middle of a plurality of discharges. , It is possible to prevent the discharge resistance 105 from being destroyed.
- the time required for the discharge circuit to be destroyed by the abnormal discharge may be shorter than the discharge time required for dropping the potential of the smoothing capacitor to the target value.
- the power conversion system destroys the discharge circuit by the abnormal discharge before lowering the potential of the smoothing capacitor to the target value.
- the one-time discharge time x in the power conversion system 1 of the present embodiment is a time during which the discharge circuit 111 is not destroyed even if the discharge is performed at the time of abnormality. Then, the power conversion system 1 determines whether or not the bus voltage value realV n is equal to or less than the voltage prediction value virtualV n each time one discharge is completed. That is, each time the power conversion system 1 completes one discharge, it determines whether or not the discharge is performed in an abnormal state, and if the discharge is performed in an abnormal state, the discharge is terminated. There is. Therefore, the power conversion system 1 does not destroy the discharge circuit 111 due to the discharge at the time of abnormality.
- the power conversion system 1 can be applied to a system in which the time until the discharge circuit is destroyed by the discharge at the time of abnormality is shorter than the discharge time until the potential of the capacitor is lowered to a safe level. be. Further, the power conversion system 1 can safely discharge the bus without destroying the discharge circuit 111 even when the monitoring cycle of the bus voltage is long.
- the power conversion system 1 is bus voltage value RealV n is based on or less than the voltage predicted value VirtualV n, since it is determined whether or not the power conversion system 1 which is an abnormal state, the converter Even when the unit 102 does not have a function of monitoring whether or not power is supplied, it can be determined whether or not it is in an abnormal state.
- the discharge circuit may be destroyed.
- whether or not the power conversion system 1 is in an abnormal state based on whether or not the bus voltage value realV n is equal to or less than the voltage prediction value virtualV n regardless of the monitoring cycle. Since it is determined whether or not, the discharge circuit 111 can be prevented from being destroyed.
- the power conversion device 10 determines whether or not the discharge is in an abnormal state based on the bus voltage value realV n , and while the power converter 10 determines that the discharge is in a normal state, the discharge is performed.
- the process of discharging the circuit 111 for x seconds and the process of determining whether or not the discharge is in an abnormal state are repeated every time T.
- the power conversion device 10 terminates the discharge in the discharge circuit 111 when the bus voltage value realV n reaches the target voltage value finV or when it is determined that the discharge is in an abnormal state. Therefore, the power conversion device 10 can detect the abnormal discharge during the discharge and protect the discharge circuit 111 even when the abnormal discharge occurs during the discharge.
- the configuration shown in the above embodiments is an example, and can be combined with another known technique, can be combined with each other, and does not deviate from the gist. It is also possible to omit or change a part of the configuration.
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Abstract
電力変換装置(10)が、コンバータ部(102)と、平滑コンデンサ(104)と、インバータ部(107)と、平滑コンデンサ(104)に充電された電荷をモータ(108)の停止時に放電する放電回路(111)と、平滑コンデンサ(104)が接続された母線間の電圧を母線電圧値として計測する電圧計測部(103)と、放電回路(111)による放電を制御する放電制御装置(20)と、を備え、放電制御装置(20)は、母線電圧値に基づいて放電が異常状態であるか否かを判定し、放電が正常状態であると判定している間は、放電回路(111)にx秒だけ放電させる処理と、時間T毎に放電が異常状態であるか否かを判定する処理とを繰り返し、母線電圧値が目標値に到達した場合、または放電が異常状態であると判定した場合には、放電回路(111)に放電を終了させる。
Description
本開示は、放電機能を有した電力変換装置および電力変換システムに関する。
電源から供給される電力を用いて負荷に交流電力を供給する電力変換装置は、例えば、負荷が大容量のモータを備えたサーボ機構である場合、サーボ機構の運転を停止した後、モータ駆動回路内の平滑コンデンサが充電状態であれば、放電を実施する必要がある。このため、電力変換装置には、放電回路が設けられている。この電力変換装置において、電力変換装置が異常な状態で放電を継続してしまうと、放電回路が破壊されてしまう恐れがあるので、異常な状態での放電を検知し、放電回路を保護することが望まれる。
特許文献1に記載の電力変換装置は、コンタクタを介して高電圧バッテリに接続されている。この電力変換装置は、平滑コンデンサの電荷を放電する放電回路と、放電回路が備えるスイッチング素子のオンおよびオフを制御する制御回路とを備えている。この制御回路は、平滑コンデンサの電荷を放電する前に、短時間だけスイッチング素子をオンし、オン前後の平滑コンデンサの端子間電圧に基づいて、コンタクタのオンまたはオフを判定している。制御回路は、コンタクタがオンであると判定した場合には、特定時間待機した後にコンタクタのオンまたはオフを判定する処理を繰り返し、コンタクタがオフであると判定した場合には、放電可能と判断して連続放電を行っている。
しかしながら、上記特許文献1の技術では、一度放電可能と判断した後は、連続放電を行っているので、放電中に異常放電となってしまった場合を検知できず、放電中に異常放電となった場合には放電回路を破壊してしまう恐れがあった。
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、放電中に異常放電となった場合であっても放電中の異常放電を検知して放電回路を保護することができる電力変換装置を得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、本開示の電力変換装置は、入力された交流を直流に変換するコンバータ部と、変換された直流を平滑する平滑コンデンサと、平滑された直流を交流に変換して負荷に出力するインバータ部とを備える。また、本開示の電力変換装置は、平滑コンデンサに充電された電荷を負荷の停止時に放電する放電回路と、平滑コンデンサが接続された母線間の電圧を母線電圧値として計測する電圧計測部と、放電回路による放電を制御する放電制御装置と、を備える。放電制御装置は、母線電圧値に基づいて放電が異常状態であるか否かを判定する。放電制御装置は、放電が正常状態であると判定している間は、放電回路に第1の時間だけ放電させる処理と第1の時間よりも長い第2の時間毎に放電が異常状態であるか否かを判定する処理とを繰り返す。放電制御装置は、母線電圧値が目標値に到達した場合、または放電が異常状態であると判定した場合には、放電回路に放電を終了させる。
本開示にかかる電力変換装置は、放電中に異常放電となった場合であっても放電中の異常放電を検知して放電回路を保護することができるという効果を奏する。
以下に、本開示の実施の形態にかかる電力変換装置および電力変換システム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開示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電力変換装置を備えた電力変換システムの構成を示す図である。電力変換システム1は、電力変換装置10と、交流電源100と、電磁開閉器101と、負荷の一例であるモータ108とを備えている。電力変換装置10は、交流電源100から供給される電力を、任意の周波数および任意の電圧に変換してモータ108に供給する。負荷がモータ108である場合、電力変換装置10は、交流によってモータ108を駆動するモータ駆動装置として機能する。
図1は、実施の形態にかかる電力変換装置を備えた電力変換システムの構成を示す図である。電力変換システム1は、電力変換装置10と、交流電源100と、電磁開閉器101と、負荷の一例であるモータ108とを備えている。電力変換装置10は、交流電源100から供給される電力を、任意の周波数および任意の電圧に変換してモータ108に供給する。負荷がモータ108である場合、電力変換装置10は、交流によってモータ108を駆動するモータ駆動装置として機能する。
電力変換システム1は、電力変換装置10による1回の放電時間を、電力変換システム1の異常時でも放電回路111が破壊されない時間とし、周期的に放電と非放電とを繰り返す。電力変換システム1は、放電が正常状態であると判定している間は、放電回路111に放電させる処理と放電が異常状態であるか否かを判定する処理とを繰り返し、放電が目標まで完了した場合、または放電が異常状態であると判定した場合には、放電を終了させる。
交流電源100は、電力変換装置10に交流を入力する電源である。電磁開閉器101は、交流電源100から電力変換装置10に供給される電力の開放または遮断を行う開閉器の一例である。
電力変換装置10は、コンバータ部102と、電圧計測部103と、平滑コンデンサ104と、回生抵抗である放電抵抗105と、スイッチ素子106と、インバータ部107と、放電制御装置20とを有している。なお、図1で説明する平滑コンデンサ104、スイッチ素子106などは、一例であり、同様の機能を有した他の部品で代用されてもよい。
電力変換システム1では、平滑コンデンサ104、放電抵抗105、およびスイッチ素子106によって放電回路111が構成されている。放電回路111は、平滑コンデンサ104に充電された電荷を放電する回路である。放電回路111は、モータ108の停止時に、放電を実施する。なお、平滑コンデンサ104は、放電回路111の外部に設けられてもよい。この場合、平滑コンデンサ104および放電抵抗105によって放電回路111が構成される。
コンバータ部102は、交流電源100から印加される交流電圧を整流して直流電圧に変換する。コンバータ部102の一例は、ダイオードブリッジで構成された全波整流回路である。コンバータ部102の出力端には、インバータ部107が接続される。コンバータ部102とインバータ部107とは、高電位側の直流母線11Aと低電位側の直流母線11Bとによって接続される。直流母線11Aと直流母線11Bとの間には、電圧計測部103と、平滑コンデンサ104と、放電抵抗105と、スイッチ素子106とが配置されている。
直流母線11A上には、接続点13A,14A,15Aが配置されており、直流母線11B上には、接続点13B,14B,15Bが配置されている。接続点13Aは、コンバータ部102に接続され、接続点15Aは、インバータ部107の一端に接続され、接続点14Aは、接続点13A,15Aに接続されている。接続点13Bは、コンバータ部102に接続され、接続点15Bは、インバータ部107の他端に接続され、接続点14Bは、接続点13B,15Bに接続されている。
電圧計測部103は、接続点13Aおよび接続点13Bに接続されている。平滑コンデンサ104は、接続点14Aおよび接続点14Bに接続されている。放電抵抗105は接続点15Aに接続され、スイッチ素子106は接続点15Bに接続され、放電抵抗105とスイッチ素子106とが直列接続されている。
スイッチ素子106は、コレクタが放電抵抗105に接続されている。これにより、スイッチ素子106のコレクタは、放電抵抗105を介して平滑コンデンサ104の正極に接続されている。また、スイッチ素子106では、ベースが放電制御装置20に接続され、エミッタが接続点15Bに接続されている。
このように、電力変換装置10では、コンバータ部102と、電圧計測部103と、平滑コンデンサ104と、直列接続された放電抵抗105およびスイッチ素子106と、インバータ部107と、が並列に接続されている。
直流母線11Aと直流母線11Bとの間の電圧は、母線電圧と呼ばれる。平滑コンデンサ104は、直流電圧である母線電圧を平滑して、母線電圧を安定化する。このように、平滑コンデンサ104は、コンバータ部102で交流から変換された直流を平滑する。
電圧計測部103は、母線電圧の電圧値である母線電圧値を計測する計測器である。電圧計測部103は、放電制御装置20からの指示に従って母線電圧値を計測してもよいし、特定の時間毎に母線電圧値を計測してもよい。電圧計測部103は、計測した母線電圧値を放電制御装置20に送る。
スイッチ素子106は、放電制御装置20から放電指令の信号である放電指令信号を受信するとオンになり、平滑コンデンサ104と放電抵抗105とが電気的に接続される。これにより、平滑コンデンサ104に充電された電荷が、放電抵抗105によって熱エネルギーへ変換されて放電される。
インバータ部107は、直流電力を交流電力に変換してモータ108に供給するインバータ回路を有している。インバータ部107は、例えば6つのスイッチ素子を用いて構成されている。インバータ部107は、平滑コンデンサ104で平滑された直流を交流に変換してモータ108に出力する。
電力変換システム1は、モータ108を駆動する際に電磁開閉器101を開放する。これにより、電力変換システム1は、交流電源100の電力を電力変換装置10に入力し、平滑コンデンサ104を充電する。
また、電力変換システム1は、モータ108の駆動を終了する際に電磁開閉器101を遮断する。これにより、電力変換システム1では、交流電源100の電力が電力変換装置10に入力されない状態となる。その後、電力変換システム1は、スイッチ素子106の開閉(オンまたはオフ)によって、平滑コンデンサ104の放電、すなわちコンデンサ放電を実施する。
放電制御装置20は、放電回路111による放電を制御するコンピュータである。ここで、放電制御装置20の構成について説明する。図2は、実施の形態にかかる電力変換装置が備える放電制御装置の構成を示す図である。放電制御装置20は、異常判定部32および放電指令生成部33を備えている。放電制御装置20は、制御部であるプロセッサ21、記憶部であるメモリ22、入力装置23、および出力装置24により実現することができる。
プロセッサ21の例は、CPU(Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、DSP(Digital Signal Processor)ともいう)またはシステムLSI(Large Scale Integration)である。メモリ22の例は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)である。
放電制御装置20は、プロセッサ21が、メモリ22で記憶されている放電制御装置20の動作を実行するための、コンピュータで実行可能な、制御プログラムを読み出して実行することにより実現される。放電制御装置20の動作を実行するためのプログラムである制御プログラムは、放電制御装置20の手順または方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。
放電制御装置20で実行される制御プログラムは、異常判定部32と、放電指令生成部33とを含むモジュール構成となっており、これらが主記憶装置上にロードされ、これらが主記憶装置上に生成される。
異常判定部32は、放電をn回(nは自然数)実施した時の母線電圧の予測値(後述する電圧予測値)を算出する。また、異常判定部32は、放電をn回実施した時の母線電圧値が、放電をn回実施した時の電圧予測値以下であるか否かを判定する。異常判定部32は、異常状態でないと判定した場合に、放電指令生成部33に放電指示を送る。
放電指令生成部33は、異常判定部32が異常状態でないと判定した場合に、スイッチ素子106に放電指令信号を送ることで、平滑コンデンサ104の放電を実施する。
入力装置23は、電圧計測部103から送られてくる母線電圧値を受け付けてプロセッサ21に送る。メモリ22は、プロセッサ21が各種処理を実行する際の一時メモリに使用される。また、メモリ22は、プロセッサ21から送られてくる母線電圧値および電圧予測値を記憶する。また、メモリ22は、数式として、後述する式(1)から(3)を記憶しておく。式(1)から(3)は、放電制御に用いられる数式である。出力装置24は、プロセッサ21から送られてくる放電指令信号を、スイッチ素子106に出力する。
放電制御装置20が用いる制御プログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルで、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体に記憶されてコンピュータプログラムプロダクトとして提供されてもよい。また、制御プログラムは、インターネットなどのネットワーク経由で放電制御装置20に提供されてもよい。なお、放電制御装置20の機能について、一部を専用回路などの専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。
また、異常判定部32の処理を実行するプロセッサと、放電指令生成部33の処理を実行するプロセッサとは、別々のプロセッサであってもよい。この場合、異常判定部32の処理を実行する際に用いられるプログラムと、放電指令生成部33の処理を実行する際に用いられるプログラムとは、別々のプログラムとなる。
図3は、実施の形態にかかる電力変換システムによる放電処理の処理手順を示すフローチャートである。本実施の形態では、電力変換システム1は、放電抵抗105を特定時間ずつ駆動させて平滑コンデンサ104の放電を特定時間ずつ実施する。
電力変換装置10の電圧計測部103は、平滑コンデンサ104の放電を実施する前に放電前の母線電圧値である母線電圧値realV0を計測する。すなわち、電圧計測部103は、放電回路111内の電圧である母線電圧値realV0を計測する(ステップS10)。なお、本実施の形態では、放電前の母線電圧値を母線電圧値realV0といい、n回の放電が終了した後の母線電圧値を母線電圧値realVnという。電圧計測部103は、計測した母線電圧値realV0を放電制御装置20の異常判定部32に送る。
異常判定部32は、母線電圧値realV0をメモリ22に記憶させる。異常判定部32は、放電後の母線電圧の予測値である電圧予測値virtualV1を算出する(ステップS20)。なお、本実施の形態では、放電をn回実施した時の電圧予測値を電圧予測値virtualVnという。異常判定部32は、以下の式(1)によって電圧予測値virtualVnを算出する。
式(1)におけるexpは、自然指数関数であり、xは、1回の放電時間である。本実施の形態では、xの単位が秒である場合について説明する。1回の放電時間は、異常時に放電が行われても放電回路111が破壊されない時間である。すなわち、x秒の間、異常時に放電が行われても放電回路111は破壊されない。xの値は、放電抵抗105の特性、放電時に放電抵抗105に印加される電流値などに基づいて設定される。Cは、平滑コンデンサ104の静電容量であり、Rは、放電抵抗105の抵抗値であり、Toleranceは、母線電圧の許容誤差である。
電力変換システム1における異常状態の例は、モータ108の駆動を停止させたにもかかわらず、電磁開閉器101が開状態となっている場合である。この場合に電力変換装置10が放電を実施すると、異常放電となる。また、モータ108の駆動を停止させた後に電磁開閉器101が閉状態となっていても、電力変換装置10による放電の実施中に電磁開閉器101が開状態になると、電力変換システム1は、異常状態となり、以後の放電は異常放電となる。
異常判定部32は、電圧予測値virtualV1をメモリ22に記憶させる。また、電圧計測部103が母線電圧値である母線電圧値realV0を計測した後、放電指令生成部33は、スイッチ素子106に放電指令信号を送り平滑コンデンサ104の放電を実施する。放電指令信号は、スイッチ素子106にx秒だけ平滑コンデンサ104の放電を実施させる信号である。これにより、平滑コンデンサ104は、x秒だけ放電を実施する(ステップS30)。
平滑コンデンサ104がx秒の放電を実施した後、電圧計測部103は、再度母線電圧値を計測する。ここでの電圧計測部103は、1回の放電が完了した後なので、母線電圧値realV1を計測する(ステップS40)。電圧計測部103は、計測した母線電圧値realV1を放電制御装置20の異常判定部32に送る。
異常判定部32は、母線電圧値realV1をメモリ22に記憶させる。異常判定部32は、1回分の放電が完了するたびに、以下の式(2)を満たすか否かを判定する(ステップS50)。換言すると、異常判定部32は、1回分の放電が完了するたびに、母線電圧値realVnが、目標とする母線電圧値である目標電圧値finV以下であるか否かを判定する。すなわち、異常判定部32は、1回分の放電が完了するたびに、放電が正常に完了したか否かを判定する。
目標電圧値finVは、放電が正常に完了したか否かの判定に用いられる判定の基準値である。ここでの異常判定部32は、母線電圧値realV1が目標電圧値finV以下であるか否かを判定する。
異常判定部32は、母線電圧値realVnが目標電圧値finVになると、すなわち式(2)を満たす場合(ステップS50、Yes)、正常な放電完了とみなし、これにより、電力変換システム1は、放電を終了する。
異常判定部32は、式(2)を満たさない場合(ステップS50、No)、異常放電であるか否かを判定する。異常判定部32は、母線電圧値realVnおよび電圧予測値virtualVnが以下の式(3)を満たすか否かを判定する(ステップS60)。換言すると、異常判定部32は、母線電圧値realVnが電圧予測値virtualVn以下となっているか否かを判定する。すなわち、異常判定部32は、異常放電が発生しているか否かを判定する。
ここでの異常判定部32は、母線電圧値realV1が電圧予測値virtualV1以下となっているか否かを判定する。電圧予測値virtualVnは、式(1)に示したように、特定値であるToleranceを含んでいる。したがって、電力変換システム1に異常が発生していなければ、電圧予測値virtualVnは、母線電圧値realVnよりもTolerance分だけ大きくなっているはずである。このため、母線電圧値realVnが電圧予測値virtualVn以下となっていれば、電力変換システム1は正常であると考えられる。なお、Toleranceは、(母線電圧値realVn)-(母線電圧値realVn+1)の値よりも小さな値である。
式(3)を満たさない場合(ステップS60、No)、異常判定部32は、異常放電であるとみなし、これにより、電力変換システム1は、放電を終了する。
一方、式(3)を満たす場合(ステップS60、Yes)、異常判定部32は、放電の継続が可能であると判断する。放電の継続が可能である場合、電力変換システム1は、放電の終了条件となるまで上述した放電と判定とを繰り返す。換言すると、電力変換システム1は、放電が正常状態であると判定している間は、上述した放電と判定とを繰り返す。この場合、電力変換システム1では、異常判定部32が、放電後の母線電圧の予測値である電圧予測値virtualVn+1を算出する(ステップS70)。この場合も、異常判定部32は、上述の式(1)によって電圧予測値virtualVn+1を算出する。
異常判定部32は、電圧予測値virtualVn+1をメモリ22に記憶させる。異常判定部32が電圧予測値virtualVn+1を算出した後、放電指令生成部33は、スイッチ素子106に放電指令信号を送り平滑コンデンサ104の放電を実施する。これにより、平滑コンデンサ104は、x秒だけ放電を実施する(ステップS80)。そして、電圧計測部103は、母線電圧値realVn+1を計測する(ステップS90)。
この後、電力変換システム1は、ステップS50の処理に戻る。そして、電力変換システム1は、式(2)の母線電圧値realVnを母線電圧値realVn+1に置き換えて母線電圧値realVn+1および目標電圧値finVが式(2)を満たすか否かを判定する。満たさない場合、電力変換システム1は、式(3)の母線電圧値realVnを母線電圧値realVn+1に置き換え、電圧予測値virtualVnを電圧予測値virtualVn+1に置き換えて、母線電圧値realVn+1および電圧予測値virtualVn+1が式(3)を満たすか否かを判定する。
電力変換システム1は、放電回数が1回増える毎に、nに1ずつ加算していく。電力変換システム1は、母線電圧値および目標電圧値finVが式(2)を満たす(ステップS50、Yes)か、母線電圧値および電圧予測値が式(3)を満たす(ステップS60、Yes)まで、ステップS50からS90の処理を繰り返す。
なお、ステップS20の処理は、ステップS30の処理以降、またはステップS40の処理以降に実行されてもよい。また、ステップS70の処理は、ステップS80の処理以降、またはステップS90の処理以降に実行されてもよい。
図4は、実施の形態にかかる電力変換装置が、正常状態で放電を実施する場合の母線電圧値の変化を示すタイミングチャートである。図4では、平滑コンデンサ104の放電が正常に実施された場合の母線電圧値の変化と、スイッチ素子106による放電または非放電のタイミングとを示している。電力変換システム1では、電磁開閉器101が遮断状態である場合に、平滑コンデンサ104の放電が正常に実施される。
図4の上段に示すグラフは、母線電圧値の変化を示すグラフであり、図4の下段に示すグラフは、放電または非放電のタイミングを示すグラフである。図4の上段に示すグラフの横軸は時間であり、縦軸は母線電圧値である。
電力変換システム1は、例えば、時間T(T>x)の周期で、母線電圧値realVnが電圧予測値virtualVn以下となるかを判定する。したがって、電力変換システム1は、時間Tの間に放電と非放電とを1回ずつ実施する。すなわち、電力変換システム1は、放電と非放電との実施を、時間Tの周期で実施する。第1の時間であるxは、1回の放電時間であるので、T-xが、1回の非放電時間となる。第2の時間である時間Tは、プロセッサ21が問題なく動作する周期と同じ時間とする。
電圧計測部103は、平滑コンデンサ104の放電を実施する前に、母線電圧値realV0を計測する。異常判定部32は、母線電圧値realV0を計測した後、母線電圧値realV0を用いて電圧予測値virtualV1を算出する。
また、放電指令生成部33は、スイッチ素子106に放電指令信号を送り平滑コンデンサ104の放電を実施する。これにより、平滑コンデンサ104は、x秒だけ放電を実施する。
電圧計測部103は、母線電圧値realV0を計測した後、時間Tの経過後に、母線電圧値realV1を計測する。異常判定部32は、母線電圧値realV1が目標電圧値finV以下でなければ、母線電圧値realV1が電圧予測値virtualV1以下であるか否かを判定する。
電力変換システム1に異常が発生していなければ、母線電圧値realV1は、電圧予測値virtualV1以下である。この場合、異常判定部32は、母線電圧値realV0を用いて電圧予測値virtualV2を算出する。
また、放電指令生成部33は、スイッチ素子106に放電指令信号を送り平滑コンデンサ104の放電を実施する。これにより、平滑コンデンサ104は、x秒だけ放電を実施する。
電圧計測部103は、母線電圧値realV1を計測した後、時間Tの経過後に、母線電圧値realV2を計測する。異常判定部32は、母線電圧値realV2が目標電圧値finV以下でなければ、母線電圧値realV2が電圧予測値virtualV2以下であるか否かを判定する。
このように、電力変換システム1は、電力変換システム1に異常が発生していなければ、時間T毎に、電圧予測値virtualVnの算出と、x秒の放電と、母線電圧値realVnの計測と、母線電圧値realVnが電圧予測値virtualVn以下であるか否かの判定とを実施する。
電力変換システム1は、電力変換システム1に異常が発生していなければ、平滑コンデンサ104の放電を繰り返し、電圧計測部103にて測定される母線電圧値realVnが、目標電圧値finV以下となった時に、平滑コンデンサ104の正常な放電完了とみなし、放電処理を終了する。これにより、複数回に渡って放電抵抗105を短時間駆動する放電が完了する。
このように、電力変換システム1は、電力変換システム1に異常が発生しているか否かを確認しながら、放電抵抗105を複数回に渡って短時間駆動することで放電を実施する。これにより、電力変換システム1は、電磁開閉器101が遮断状態であり交流電源100からの電力が電力変換装置10に入力されない正常状態では、放電回路111の破壊を防止しながら、平滑コンデンサ104の放電を実施することができる。
図5は、実施の形態にかかる電力変換装置が、異常状態で放電を開始する場合の母線電圧値の変化を示すタイミングチャートである。図5では、異常状態が原因で平滑コンデンサ104の放電が終了される場合の母線電圧値の変化と、スイッチ素子106による放電または非放電のタイミングとを示している。電力変換システム1では、電磁開閉器101が開放状態である場合に、平滑コンデンサ104の放電は終了となる。
図5の上段に示すグラフは、母線電圧値の変化を示すグラフであり、図5の下段に示すグラフは、放電または非放電のタイミングを示すグラフである。図5の上段に示すグラフの横軸は時間であり、縦軸は母線電圧値である。
平滑コンデンサ104が放電される際に、電磁開閉器101が何らかの原因で遮断(オフ)されておらず、交流電源100からの電力が電力変換装置10に入力されている状態となる場合がある。
電力変換システム1の電圧計測部103は、正常時と同様に、平滑コンデンサ104の放電を実施する前に、放電前の母線電圧値realV0を計測する。異常判定部32は、母線電圧値realV0を計測した後、母線電圧値realV0を用いて電圧予測値virtualV1を算出する。
また、放電指令生成部33は、スイッチ素子106に放電指令信号を送り平滑コンデンサ104の放電を実施する。これにより、平滑コンデンサ104は、x秒だけ放電を実施する。
電圧計測部103は、母線電圧値realV0を計測した後、時間Tの経過後に、母線電圧値realV1を計測する。異常判定部32は、母線電圧値realV1が目標電圧値finV以下でなければ、母線電圧値realV1が電圧予測値virtualV1以下であるか否かを判定する。
電磁開閉器101が遮断されていない場合、平滑コンデンサ104は放電をしても、交流電源100からの電力によって充電される。したがって、母線電圧値realV0は、電圧予測値virtualV1以下にならない。この場合、異常判定部32は、異常放電であるとみなす。これにより、電力変換システム1は、放電を終了することで、放電回路111を保護する。
このように、電力変換システム1は、電磁開閉器101が開放状態で交流電源100の電力が電力変換装置10に入力された状態では、放電を終了することで、放電抵抗105の破壊を防止することができる。
図6は、実施の形態にかかる電力変換装置が、正常状態で放電を開始した後に異常状態に変化した場合の母線電圧値の変化を示すタイミングチャートである。図6では、平滑コンデンサ104の放電が正常に開始された後に異常が原因で平滑コンデンサ104の放電が終了される場合の母線電圧値の変化と、スイッチ素子106による放電または非放電のタイミングとを示している。電力変換システム1では、電磁開閉器101が遮断状態から開放状態に変化した場合に、平滑コンデンサ104の放電は終了となる。
図6の上段に示すグラフは、母線電圧値の変化を示すグラフであり、図6の下段に示すグラフは、放電または非放電のタイミングを示すグラフである。図6の上段に示すグラフの横軸は時間であり、縦軸は母線電圧値である。
電圧計測部103は、平滑コンデンサ104の放電を実施する前に、母線電圧値realV0を計測する。異常判定部32は、母線電圧値realV0を計測した後、母線電圧値realV0を用いて電圧予測値virtualV1を算出する。
また、放電指令生成部33は、スイッチ素子106に放電指令信号を送り平滑コンデンサ104の放電を実施する。これにより、平滑コンデンサ104は、x秒だけ放電を実施する。
電圧計測部103は、母線電圧値realV0を計測した後、時間Tの経過後に、母線電圧値realV1を計測する。異常判定部32は、母線電圧値realV1が目標電圧値finV以下でなければ、母線電圧値realV1が電圧予測値virtualV1以下であるか否かを判定する。
電力変換システム1に異常が発生していなければ、母線電圧値realV1は、電圧予測値virtualV1以下である。この場合、異常判定部32は、母線電圧値realV0を用いて電圧予測値virtualV2を算出する。
また、放電指令生成部33は、スイッチ素子106に放電指令信号を送り平滑コンデンサ104の放電を実施する。これにより、平滑コンデンサ104は、x秒だけ放電を実施する。
電圧計測部103は、母線電圧値realV1を計測した後、時間Tの経過後に、母線電圧値realV2を計測する。異常判定部32は、母線電圧値realV2が目標電圧値finV以下でなければ、母線電圧値realV2が電圧予測値virtualV2以下であるか否かを判定する。
この後、母線電圧値realVm(mは、2からnの何れかの自然数)が目標電圧値finV以下となる前に、電磁開閉器101が開放されると、平滑コンデンサ104は、交流電源100からの電力によって充電される。すなわち、(m-1)回目からm回目の放電の実施中に何らかの原因で電磁開閉器101が開放となった場合、母線電圧値realVmは、1回目の放電が開始される前の母線電圧値realV0と同等の電圧値になる。
このように、放電中に電力変換システム1に異常が発生すると、母線電圧値realVmは、電圧予測値virtualVm以下にならない。この場合、異常判定部32は、異常放電であるとみなす。これにより、電力変換システム1は、放電を終了することで、放電回路111を保護する。電力変換システム1は、電磁開閉器101が遮断された正常状態で放電を開始し、複数回に渡る放電の途中で電磁開閉器101が開放された異常状態になった場合、放電を終了させるので、放電抵抗105の破壊を防止することができる。
ところで、1回の放電処理で、平滑コンデンサが持っている電位を目標値に落とす電力変換システムがある。この電力変換システムでは、平滑コンデンサが持っている電位を目標値に落とすまでに必要な放電時間よりも、異常時の放電で放電回路が破壊されるまでの時間のほうが短くなる場合がある。この場合、電力変換システムは、平滑コンデンサの電位を目標値まで下げる前に、異常時の放電で放電回路を破壊させてしまう。
本実施の形態の電力変換システム1における1回分の放電時間であるxは、異常時に放電が行われても放電回路111が破壊されない時間である。そして、電力変換システム1は、1回分の放電が完了するたびに、母線電圧値realVnが電圧予測値virtualVn以下であるか否かを判定する。すなわち、電力変換システム1は、1回分の放電が完了するたびに、異常な状態で放電が行われていないかを判定し、異常な状態で放電が行われている場合は放電を終了させている。したがって、電力変換システム1は、異常時の放電で放電回路111を破壊させてしまうことはない。また、電力変換システム1は、コンデンサの電位を安全なレベルに落とすまでの放電時間よりも、異常時の放電で放電回路が破壊されるまでの時間の方が短いシステムに対しても適用可能である。また、電力変換システム1は、母線電圧の監視周期が長い場合であっても、放電回路111を破壊させることなく安全な放電が可能である。
また、電力変換システム1は、母線電圧値realVnが電圧予測値virtualVn以下であるか否かに基づいて、電力変換システム1が異常な状態であるか否かを判定しているので、コンバータ部102に電力が供給されているか否かを監視する機能が無い場合であっても、異常な状態であるか否かを判定できる。
コンバータ部とインバータ部とが一体となった電力変換システムでは、コンバータ部に電力が供給されているか否かを監視する機能があれば、電力変換システムが異常な状態であるか否かの判定は容易である。一方、コンバータ部とインバータ部とが分かれている電力変換システムでは、コンバータ部に電力が供給されているか否かを監視する機能があっても、電力変換システムが異常な状態であるか否かの判定は困難であった。本実施の形態の電力変換システム1は、コンバータ部102とインバータ部107とが分かれているが、母線電圧値realVnが電圧予測値virtualVn以下であるか否かに基づいて、電力変換システム1が異常な状態であるか否かを判定しているので、異常状態の判定が容易である。
コンバータ部に電力が供給されているか否かを監視する機能を有した電力変換システムであっても、監視周期が長い場合には、放電回路を破壊させてしまう場合がある。本実施の形態の電力変換システム1は、監視周期に関わらず、母線電圧値realVnが電圧予測値virtualVn以下であるか否かに基づいて、電力変換システム1が異常な状態であるか否かを判定しているので、放電回路111の破壊を防止することができる。
このように実施の形態では、電力変換装置10が、母線電圧値realVnに基づいて放電が異常状態であるか否かを判定し、放電が正常状態であると判定している間は、放電回路111にx秒だけ放電させる処理と時間T毎に放電が異常状態であるか否かを判定する処理とを繰り返している。そして、電力変換装置10は、母線電圧値realVnが目標電圧値finVに到達した場合、または放電が異常状態であると判定した場合には、放電回路111に放電を終了させている。したがって、電力変換装置10は、放電中に異常放電となった場合であっても放電中の異常放電を検知して放電回路111を保護することができる。
以上の実施の形態に示した構成は、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、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、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 電力変換システム、10 電力変換装置、11A,11B 直流母線、13A,13B,14A,14B,15A,15B 接続点、20 放電制御装置、21 プロセッサ、22 メモリ、23 入力装置、24 出力装置、32 異常判定部、33 放電指令生成部、100 交流電源、101 電磁開閉器、102 コンバータ部、103 電圧計測部、104 平滑コンデンサ、105 放電抵抗、106 スイッチ素子、107 インバータ部、108 モータ、111 放電回路。
Claims (6)
- 入力された交流を直流に変換するコンバータ部と、
変換された前記直流を平滑する平滑コンデンサと、
平滑された前記直流を交流に変換して負荷に出力するインバータ部と、
前記平滑コンデンサに充電された電荷を前記負荷の停止時に放電する放電回路と、
前記平滑コンデンサが接続された母線間の電圧を母線電圧値として計測する電圧計測部と、
前記放電回路による放電を制御する放電制御装置と、
を備え、
前記放電制御装置は、
前記母線電圧値に基づいて前記放電が異常状態であるか否かを判定し、前記放電が正常状態であると判定している間は、前記放電回路に第1の時間だけ放電させる処理と前記第1の時間よりも長い第2の時間毎に前記放電が異常状態であるか否かを判定する処理とを繰り返し、前記母線電圧値が目標値に到達した場合、または前記放電が異常状態であると判定した場合には、前記放電回路に前記放電を終了させる、
ことを特徴とする電力変換装置。 - 前記第1の時間は、前記第1の時間だけ前記放電が実施されても前記放電回路を破壊しない時間である、
ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記第1の時間は、前記放電回路の特性と、前記放電回路が備える放電抵抗に印加される電流とに基づいて設定された時間である、
ことを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記放電制御装置は、前記第2の時間毎に計測された母線電圧値が、当該母線電圧値に対応する基準値以下の場合に、前記放電が異常状態であると判定する、
ことを特徴とする請求項1から3の何れか1つに記載の電力変換装置。 - 前記基準値は、前記第2の時間毎に計測された母線電圧値の予測値である電圧予測値に、特定値を加えた値である、
ことを特徴とする請求項4に記載の電力変換装置。 - 交流電源と、
交流によって駆動される負荷と、
前記交流電源から供給される電力を用いて前記負荷に交流を供給する電力変換装置と、
前記交流電源から前記電力変換装置に供給される電力の開放または遮断を行う開閉器と、
を有し、
前記電力変換装置は、
入力された交流を直流に変換するコンバータ部と、
変換された前記直流を平滑する平滑コンデンサと、
平滑された前記直流を交流に変換して負荷に出力するインバータ部と、
前記平滑コンデンサに充電された電荷を前記負荷の停止時に放電する放電回路と、
前記平滑コンデンサが接続された母線間の電圧を母線電圧値として計測する電圧計測部と、
前記放電回路による放電を制御する放電制御装置と、
を備え、
前記放電制御装置は、
前記母線電圧値に基づいて前記放電が異常状態であるか否かを判定し、前記放電が正常状態であると判定している間は、前記放電回路に第1の時間だけ放電させる処理と前記第1の時間よりも長い第2の時間毎に前記放電が異常状態であるか否かを判定する処理とを繰り返し、前記母線電圧値が目標値に到達した場合、または前記放電が異常状態であると判定した場合には、前記放電回路に前記放電を終了させる、
ことを特徴とする電力変換システム。
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