(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源との接続を開閉する開閉器と、
前記開閉器に接続され交流を直流に変換する変換部と、
前記変換部出力に接続される平滑コンデンサと
を備えたコンバ−タ装置において、
前記変換部出力の直流部にはインバータ装置が直接並列接続され、
前記変換部出力の出力電圧より低い直流電圧で前記平滑コンデンサを充電する直流電源と、
前記平滑コンデンサの端子間電位を検出する検出部と
を設け、
前記開閉器が交流電源との接続を閉じる前に検出された前記検出部の検出電圧が所定値よりも小さい場合には、前記開閉器を開状態にすること特徴とするコンバータ装置。
【請求項２】
前記開閉器が交流電源との接続を閉じる前に検出された前記検出部の検出電圧が所定値よりも小さい場合には、警報を発する手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のコンバータ装置。
【請求項３】
前記変換部はＰＷＭ制御可能なＰＷＭコンバータ部であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のコンバータ装置。
【請求項４】
前記変換部は整流ダイオードをブリッジ構成した順変換装置であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のコンバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はコンバータ装置とインバータ装置とが接続される装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力回生装置とインバ−タ装置が分離されており、これら両装置の直流端子が並列接続する場合、その誤配線を事前に検出する方法としては、従来、特開平４−２６１３７１のように電力回生装置の直流出力側にコンタクタ−接点を備え、事前にインバ−タ側からつなぎこまれる直流端子の極性を確認してからコンタクタ−接点を閉じる方法がある。
【０００３】
従来、特開平４−２６１３７１の構成のように電力回生装置が１２０゜通電方式のものであって、電力回生装置の交流入力端子とインバータ装置の交流入力端子が電源に並列接続可能なものは、インバ−タ側を先に初充電することにより、インバ−タ装置の直流部極性を確認することが可能である。しかし電力回生装置が１２０゜通電方式のものであっても、複数台のインバータ装置がコンバ−タ直流端子に複数台接続される場合、インバ−タ装置同士間の直流部配線に誤配線があった場合、インバ−タ装置を交流端子側からの初充電する際、電源短絡を引き起こしてしまうという問題を伴い、直流母線部の誤配線有無を確認できなかった。
【０００４】
また、電力回生装置が１８０゜通電方式の場合、電力回生装置の交流入力端子とインバータ装置の交流入力端子が電源に並列接続されると、この両装置間に、直流母線を通してル−プ電流を生じしまう。そこで、１８０゜通電方式の場合、インバ−タの交流入力端子は電源側へ接続されないのが一般的であり、直流部の初充電は電力回生装置を通してインバ−タ装置側へ充電される。そのため従来例の様にインバ−タ側直流部を初充電して、事前にコンバ−タ側へ接続されたインバ−タ側配線の極性を確認することはできないので、直流母線部の誤配線有無を確認できなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的はこれら問題を解決し直流部短絡を交流主電源投入以前に検出し交流主電源投入を阻止する簡単な装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、主電源の交流を整流した電圧値とは異なる別の低い電圧値を持つ直流電源を使用し、この直流電源より電力変換装置の直流部の平滑コンデンサへ、平滑コンデンサの漏れ電流以上の微少の定電流で流し込む手段と、平滑コンデンサの充電電圧値のレベルを検出する手段と、検出結果を出力する手段を備え、直流母線の誤配線を検出することを特徴とする。
または、本発明は、交流電源との接続を開閉する開閉器と、前記開閉器に接続され交流を直流に変換する変換部と、前記変換部出力に接続される平滑コンデンサとを備えたコンバ−タ装置において、前記変換部出力の直流部にはインバータ装置が直接並列接続され、前記変換部出力の出力電圧より低い直流電圧で前記平滑コンデンサを充電する直流電源と、前記平滑コンデンサの端子間電位を検出する検出部とを設け、前記開閉器が交流電源との接続を閉じる前に検出された前記検出部の検出電圧が所定値よりも小さい場合には、前記開閉器を閉じないこと特徴とするものである。
【０００７】
【作用】
本発明によれば、直流母線の誤配線を検出するときは、主電源の交流を整流した電圧値とは異なる別の低い電圧値を持つ直流電源から電力変換装置の直流部の平滑コンデンサへ、平滑コンデンサの漏れ電流以上の微少の定電流が流し込まれるので、直流部に短絡の状態がなければ、平滑コンデンサの充電電圧は立ち上がる。この結果、レベル検知が行われ、検知信号が発生され、誤配線はないと判定される。
【０００８】
電力変換装置の接続極性が誤配線により反対になっていると、電力変換装置のスイッチング素子に逆並列に接続されたフライホイールダイオードにより短絡され、受電電圧は立ち上がらないか、立ち上がったとしても上記フライホイールダイオードの順方向ドロップ電圧以上に立ち上がれない。この結果、レベル検知が行われず、検知信号の発生もなく、誤配線があると判定される。
【０００９】
また短絡状態があっても、定電流の微少電流で流し込むため装置の破壊に至ることはない。さらに、充電の立ち上がりの初期の低い電圧値でレベル判定が行われ、平滑コンデンサを満充電することなく、短時間の内に誤配線の有無が検知される。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図１、図２により説明する。
【００１１】
１は三相交流電源である。７は電圧型ＰＷＭコンバ−タ装置であり、電磁開閉器２、交流リアクトル３、電流検出器４、逆変換器５、平滑コンデンサ６を備える。平滑コンデンサ８と逆変換器９とからなるインバ−タ装置１０は、電圧型ＰＷＭコンバ−タ装置７の直流出力を受け、これを交流に変換して負荷となる電動機１１に任意の電圧と周波数を与える。これら電圧型ＰＷＭコンバ−タ装置７とインバ−タ装置１０の両装置は互いに直流端子ＰとＮで接続され、電力変換の方向は電動機１１の運転状態により切り替わる。すなわち電動機１１が力行の時はＰＷＭコンバ−タ装置７の交流側より電力が供給され、このＰＷＭコンバ−タ装置７の直流部、インバ−タ装置１０の直流部および逆変換器部９を通り電動機へと電力が供給される。また、電動機１１が与えられた周波数以上に負荷側から速く回されようとした場合、電動機１１は回生状態となり、その回生電力が、インバ−タ装置１０の直流部、ＰＷＭコンバ−タ装置７の直流部および逆変換部５を通り、電源側へと送られる。これらの構成において、インバ−タ装置１０と同じ機能を有するインバ−タ装置１２がコンバ−タ装置７の直流部端子へ追加接続された場合、電力変換の方向はそれぞれのインバ−タ装置１０、１２に接続された電動機１１、および１３の動作状態により決まる。いま仮に、電動機１１が力行で、電動機１３が回生運転であったとするなら、両インバ−タ１０、１２の直流間で力行電力と回生電力との電力の相殺が行われ、その結果、直流部の電力が不足の場合、ＰＷＭコンバ−タ装置７は力行運転状態となり、三相交流電源１側より、電力を供給する。また逆に直流部の電力が余剰の時はＰＷＭコンバ−タ装置７は回生運転状態となり電力を三相交流電源１側へ戻す。これら一連の動作から成る構成は共通コンバ−タ方式と呼ばれる。この方式においては、各種の電力変換装置が直流端子を通じて互いに並列接続されるのが特徴である。
【００１２】
１９は誤配線を検出する誤配線検出装置である。この誤配線検出装置１９は、降圧トランス１４、単相整流ブリッジ１５、平滑コンデンサ１６から成る直流電源部分１７を備え、直流電源１７は１２Ｖ程度の直流電源を作り出す。抵抗Ｒ２は前記直流電源１７よりＰＷＭコンバ−タ装置７およびインバータ装置１０の平滑コンデンサ６、８へ数十〜百ミリアンペア程度を流し込むための限流抵抗である。ダイオ−ドＤＰは、ＰＷＭコンバ−タ装置７およびインバータ装置１０が交流主電源からの充電を受け、平滑コンデンサ６、８の両端電圧が高圧となった時でも誤配線検出装置１９の耐圧破壊を防止するブロックダイオ−ドである。１８は電磁リレ−で、主電源用電磁開閉器２の投入インタ−ロックを司る。Ｒ１、Ｒ３は抵抗、ＺＤは定電圧ダイオ−ドである。Ｑ７はトランジスタ電磁リレ−１８を駆動する部分である。ダイオ−ドＤ７はトランジスタＱ７の過電圧破壊を防止するために接続されている。
【００１３】
次に、これら構成からなる誤配線検出装置１９の動作について以下説明する。
【００１４】
まず誤配線がなかった場合、誤配線検出装置１９の直流電源１７より平滑コンデンサ６、８へル−トＬ１の経路を通り充電電流が流れ込み、充電電圧ＶＣが立ち上がる。この電圧ＶＣから、ダイオ−ドＤＰの順方向ドロップ電圧ＶＰ、抵抗Ｒ３の両端電圧Ｖ２、トランジスタＱ７のベ−ス．エミッタ間電圧ＶＢを加算した値を差し引いた電圧が定電圧ダイオ−ドＺＤのブレ−ク電圧ＶＺを越えた時、トランジスタＱ７へベ−ス電流が供給され、Ｑ７のコレクタ．エミッタ間が導通状態となり電磁リレ−１８のコイルに限流抵抗Ｒ１を通して電流が流れる。この結果電磁リレ−１８は接点を閉じ、これが電磁開閉器２のインタ−ロック信号となる。ここで、電磁リレ−１８が動作する時の充電電圧ＶＣと定電圧ダイオ−ドＺＤのブレ−ク電圧ＶＺの関係を式に示すと以下の様になる。
ＶＺ＝ＶＣ＋ＶＰ−Ｖ２−ＶＢ
また抵抗Ｒ２の定数は誤配線検出装置１９の直流電源１７の電圧をＶＳ、各平滑コンデンサ６、８の漏れ電流の総合和をＩｃｍとすれば、以下の関係がなければ充電を行うことが出来ない。
Ｉｃｍ≦〔ＶＳ−（ＶＣ＋ＶＰ）〕／Ｒ２
この式の関係より抵抗Ｒ２の実際値は通常数１００オ−ム程度となる。また平滑コンデンサ６、８の総合和の値は低圧三相電動機用インバ−タの容量が４００ＫＶＡクラスで２００００μＦぐらいであり定電圧ダイオ−ドＺＤのブレ−ク電圧ＶＺまでの充電時間は数秒以下に押さえられる。また平滑コンデンサ６、８の経年変化により漏れ電流値が増え、
Ｉｃｍ≧〔ＶＳ−（ＶＣ＋ＶＰ）〕／Ｒ２
の関係となる。この状態となった場合、充電電圧は立ち上がらず、定電圧ダイオ−ドＺＤのブレ−ク動作とならないため平滑コンデンサ６、８の劣化を知る手掛かりともなる。
【００１５】
次に、インバータ装置１２の直流部の接続に誤配線があった場合を例にとり、図２より説明する。
【００１６】
図２はインバ−タ装置１２が誤配線により直流部が逆極性に接続された場合を示すものである。図２のように誤配線がある場合直流部は短絡状態となる。この状態で三相交流電源１が投入された場合、短絡電流がＰＷＭコンバ−タ装置７の逆変換器５、インバ−タ装置１２の逆変換器部９に使用されているスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のフライホイ−ルダイオ−ドＤ１〜Ｄ６を通過し流れるため、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のドライブ信号で短絡電流を遮断することが出来ず、装置の破損を拡大させてしまう。これを事前に検出して三相交流電源１への接続を阻止する動作について説明する。
【００１７】
誤配線出装置１９の直流電源１７より限流抵抗Ｒ２、ダイオ−ドＤＰを通過しインバ−タ装置１２のへスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のフライホイ−ルダイオ−ドＤ１〜Ｄ６を通過する電流が、ル−トＬ２の経路で流れる。このため平滑コンデンサ６、８は充電されず、直流部１７に発生する電圧はインバ−タ装置１２のフライホイ−ルダイオ−ドＤ１とＤ４（あるいはＤ２とＤ５、あるいはＤ３とＤ６）の順方向ドロップ電圧ＶＤとな。これより、トランジスタＱ７をオンさせる条件式を考えると
ＶＺ≧ＶＤ＋ＶＰ−Ｖ２−ＶＢ
となり、定電圧ダイオ−ドＺＤのブレ−ク電圧ＶＺを越えないため電磁リレ−１８は接点を閉じず、この電磁リレ−１８よりインタ−ロックを掛けられた電磁開閉器２は接点を閉じない。よって、交流主電源が投入されることはない。
【００１８】
図３は誤配線検出装置１９に相当する回路がＰＷＭコンバ−タ装置４６の内部に組込まれた場合の実施例を示す。
【００１９】
４６はＰＷＭコンバ−タ装置全体の構成を示す。２１は、電源の位相を検出するためのトランス２０、交流入力電流を検出するための検出器４、直流電圧の大きさを検出する検出器４８からの情報を得てＰＷＭコンバ−タの制御を司る制御回路である。２２は２１からＰＭＷ信号を受け、逆変換器部５のスイッチング素子を駆動するドライブ回路である。２３は２１、２２の回路を駆動するためのスイッチングレギュレータ方式の制御電源回路である。２４は検出装置である。２９は制御電源をサポ−トするバックアップ電源である。
【００２０】
御電源回制路２２は直流電圧入力を受け動作するスイッチングレギュレ−タ方式の回路となっており、通常は三相交流電源１が投入されている場合は主回路の直流部Ｐ，Ｎより入力を得る。
【００２１】
バックアップ電源２９は絶縁トランス２５、単相整流ブリッジ２６、平滑コンデンサ２７、ブロックダイオ−ド２８から構成され主回路の直流電圧（Ｐ−Ｎ間電圧）と同等レベルが作り出される。この電圧により、三相交流電源１がない場合でも御電源回制路２２に直流を供給し制御回路２１が動作可能となっている。よって、検出装置２４の直流電源として電圧ＶＳを制御電源回路２３より取り出して使用することが可能である。次に検出装置２４の動作を説明する。
【００２２】
動作原理は図１の誤配線検出装置１９と同じであるが、異なるところはまず、直流電源電圧ＶＳを御電源回制路２３より受けること、電磁リレ−１８の替わりにフォトトランジスタＰＣの１次側に電流を流しその２次側の信号を制御回路２１に送り、この信号を主電源投入条件回路４７に入力し、主電源投入用電磁開閉器２の動作をこの回路で行わせるものである。このようにすれば主電源投入を他の条件と組み合わせて制御することが出来る。さらに検出装置の簡素化が可能となる。
【００２３】
本発明の他の実施例を図４、図５に示す。
【００２４】
図４はインバ−タ装置３２、３６が直流母線を通じて並列接続された場合を示す。このような構成においても、検出装置１９を直流部につなぐことができ、各インバ−タ装置３２、３６の主電源投入用電磁開閉器３０、３４のインタ−ロックを取ることにより本発明が適用可能である。
【００２５】
図４で３１、３５は交流リアクトルでインバ−タ装置の負荷分担のバランスを取る目的で挿入される。
【００２６】
４０は補助電磁リレ−で主電源投入用電磁開閉器３０、３４を電磁リレ−１８により、直接駆動出来ないために挿入される。
【００２７】
図５は図１の実施例でＰＷＭコンバ−タ装置７に相当する部分が、４１の三相整流ブリッジからなる順変換装置に置き替えた場合を示す。この場合でも本発明の検出装置１９を直流部につなげることにより、直流部の誤配線が検出可能である。
【００２８】
以上の実施例からわかるように、本発明の直流母線誤配線検出装置は、電力変換装置がコンバ−タ装置、インバ−タ装置に限らず、交直変換機能を有する複数の電力変換装置同志を直流母線により接続す構成において、その誤配線を見分ける装置として有効である。
【００２９】
以上の実施例によれば、電力変換装置の直流部の誤配線により、どこかに短絡箇所があれば、警報をうながし、主電源投入による電源短絡破壊をくい止める事ができ、とくに電力変換装置が共通コンバ−タ方式の時、誤配線を招きやすく、被害も拡大しやすいので有効である。また、電力変換装置の素子故障で直流部短絡状態がある時も有効である。更に、コンデンサの漏れ電流が大きくなった場合平滑コンデンサの充電電圧が検知レベルに達せず、コンデンサの寿命を予知する効果も生まれる。また本発明装置を電力変換装置に一体化させ、本発明装置の直流電源を電力変換装置の制御電源から供給することで本発明装置の簡素化が行える。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、電力変換装置の直流部の誤配線により、どこかに短絡箇所があれば、警報をうながし、また主電源投入を防止できるので、電源短絡破壊をくい止める事ができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の制御ブロック図で、配線が正常な場合を示す。
【図２】本発明の一実施例の制御ブロック図で、誤配線がある場合を示す。
【図３】本発明の他の実施例で、発明の装置が電力変換装置の一部に組み込まれ場合を示す。
【図４】本発明の他の実施例で、インバ−タ装置が並列接続される場合を示す。
【図５】本発明の他の実施例で、順変換器を持つ直流電源装置にインバ−タ装置が並列接続される場合を示す。
【符号の説明】
１…三相交流電源、  ２…電磁開閉器、  ３…交流リアクトル、４…電流検出器、  ５…逆変換器、  ６…平滑コンデンサ、  ７…ＰＷＭコンバ−タ装置、  ８…平滑コンデンサ、  ９…逆変換器、  １０…インバ−タ装置、  １１…交流電動機、  １２…インバ−タ装置、  １３…交流電動機、  １４…降圧トランス、１５…単相整流ブリッジ、  １６…平滑コンデンサ、  １７…誤配線検出装置１９内の直流電源、  １８…電磁リレ−、  １９…誤配線検出装置、  ２０…電源位相検出用トランス、  ２１…ＰＷＭコンバ−タ装置の制御回路、  ２２…ベ−ス駆動回路、２３…制御電源回路、  ２４…検出装置、  ２５…絶縁トランス、  ２６…単相整流ブリッジ、  ２７…平滑コンデンサ、  ２８…ブロックダイオ−ド、  ２９…バックアップ電源回路、  ３０…交流主電源投入用電磁開閉器、  ３１…交流リアクトル、  ３２…インバ−タ装置、  ３３…交流電動機、  ３４…交流主電源投入用電磁開閉器、  ３５…交流リアクトル、  ３６…インバ−タ装置、  ３７…交流電動機、  ３８…補助電磁リレ−の接点、  ３９…補助電磁リレ−の接点、  ４０…補助電磁リレ−のコイル、４１…三相整流ブリッジ、  ４２…インバ−タ装置、  ４３…交流電動機、  ４４…インバ−タ装置、  ４５…交流電動機、  ４６…ＰＷＭコンバ−タ制御装置、  ４７…主電源投入条件回路、  ４８…直流電圧検出器、  Ｐ，（＋）…直流部の主回路端子正極側を示す、  Ｎ，（−）…直流部の主回路端子負極側を示す、  Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…抵抗器、  ＤＰ，Ｄ７…ダイオ−ド、  ＺＤ…定電圧ダイオ−ド、  Ｑ７…ＮＰＮトランジスタ、  Ｑ１〜Ｑ６…バイポ−ラ型トランジスタ、Ｄ１〜Ｄ６…フライホイ−ルダイオ−ド、  ＶＳ…検出装置の直流電源電圧、  Ｖ１…抵抗Ｒ２の両端電圧、  Ｖ２…抵抗Ｒ３の両端電圧、  ＶＰ…ダイオ−ドＤＰの順方向ドロップ電圧、  ＶＺ…定電圧ダイオ−ドのブレ−ク電圧、  ＶＢ…トランジスタＱ７のベ−ス．エミッタ間電圧、  ＶＤ…インバ−タ装置逆変換器部野フライホイ−ルダイオ−ドの順方向ドロップ電圧、  Ｌ１…正常配線時の電流ル−ト、  Ｌ２…誤配線時の電流ル−ト、  ＰＣ…ホトトランジスタ。
【図１】
0003547204.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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