(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源から与えられる交流電圧をコンバータによって直流に変換し、この直流電圧を直流コンデンサを介してインバータに与えることによって交流電圧を得る２台の電力変換器と、
前記電力変換器のうち１台を選択してこれを運転監視すると共に、与えられた速度指令に従って速度検出器付きの交流電動機を速度制御する制御装置と
で構成され、
前記制御装置は、
前記各々の電力変換器が直流過電圧で故障となったか、これ以外の異常で故障となったかを区別して検出する故障検出手段を備え、
一方の前記電力変換器を運転中に前記故障検出手段が直流過電圧以外の故障を検出したとき、前記電力変換器の運転制御を他方に切替えるようにし、
一方の前記電力変換器を運転中に前記故障検出手段が直流過電圧故障を検出したとき、前記速度指令が前記速度検出器によって検出された速度フィードバック以上であるときに限り、前記電力変換器の運転制御を他方に切替えるようにすることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
交流電源から与えられる交流電圧をコンバータによって直流に変換し、この直流電圧を直流コンデンサを介してインバータに与えることによって交流電圧を得る電力変換器と、
前記電力変換器を運転監視すると共に、与えられた速度指令に従って速度検出器付きの交流電動機を速度制御する２台の制御装置と
で構成され、
各々の前記制御装置は、
前記電力変換器が直流過電圧で故障となったか、これ以外の異常で故障となったかを区別して検出する故障検出手段を備え、
電力変換器を一方の制御装置を用いて運転中に前記故障検出手段が直流過電圧以外の故障を検出したとき、前記電力変換器の運転制御を他方の制御装置に切替えるようにし、
電力変換器を一方の制御装置を用いて運転中に前記故障検出手段が直流過電圧故障を検出したとき、前記速度指令が前記速度検出器によって検出された速度フィードバック以上であるときに限り、前記電力変換器の運転制御を他方に切替えるようにすることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
前記コンバータはダイオードコンバータであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に係り、特に待機冗長性を有する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流電動機を駆動するための電力変換装置の一つとして、商用の交流電源を直流に変換し、この直流を再び交流電力に変換する電力変換装置がある。この電力変換装置は、使用される電力用のスイッチング素子や電力変換方法によりいくつかの種類がある。このうち、スイッチング素子としてＩＧＢＴなどの自己遮断能力を持つ素子を使用する電力変換装置は、パルス幅変調方式（以下ＰＷＭ）が使用できるため、正弦波に近い交流電圧を出力でき、電動機のようなインダクタンス成分の大きな負荷に対して、より高調波の少ない交流電流を供給することができるので、さまざまな応用分野において利用されている。
【０００３】
このような電力変換装置を使用する応用分野のなかには、数年にわたる無停止連続操業を求められる分野がある。電力変換装置自体の連続運転性能や故障率は年々改善される方向にはあるが、一般には故障率はゼロではなく、有寿命部品を使用している関係上、定期的に電力変換装置を停止させて保守作業を行う必要がある。
【０００４】
従って、上記の応用分野においては、１台の電力変換装置が故障や定期保守のために停止しても、システムとして運転継続ができるように、電力変換器を複数台の並列構成とし、常時はその一部で運転し、残りを待機状態とする所謂冗長システムを構築することがある。
【０００５】
また、制御装置を冗長構成する場合、一方の制御装置で制御を行い、他方の制御装置を待機させるような冗長システムを構成する。通常は１台の制御装置で複数台の電力変換器を制御可能なので、制御装置２台で冗長システムを構築するのが一般的である（例えば特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−３１２２７３号公報（全体）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
電力変換器２台での冗長系、また特許文献１に記載された制御装置の冗長系において、通常は一方の電力変換器または制御装置が故障すると、瞬時に待機している電力変換器または制御装置に切り替えて運転を継続する。しかしながら、負荷側の異常を要因とする故障、例えば直流過電圧故障については、たとえその故障要因が一時的な場合であっても、切替えを行った瞬間、同一内容の故障が生じてしまい、システム的に運転継続することができなくなる。
【０００８】
本発明は上記問題点を鑑みて為されたもので、その目的は、直流過電圧故障によって、冗長切替えを行う場合、一時的な要因の場合にはシステムを停止することなく運転継続を可能とした電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の電力変換装置は、交流電源から与えられる交流電圧をコンバータによって直流に変換し、この直流電圧を直流コンデンサを介してインバータに与えることによって交流電圧を得る２台の電力変換器と、前記電力変換器のうち１台を選択してこれを運転監視すると共に、与えられた速度指令に従って速度検出器付きの交流電動機を速度制御する制御装置とで構成され、前記制御装置は、前記各々の電力変換器が直流過電圧で故障となったか、これ以外の異常で故障となったかを分別して検出する故障検出手段を備え、一方の前記電力変換器を運転中に前記故障検出手段が直流過電圧以外の故障を検出したとき、前記電力変換器の運転制御を他方に切替えるようにし、一方の前記電力変換器を運転中に前記故障検出手段が直流過電圧故障を検出したとき、前記速度指令が前記速度検出器によって検出された速度フィードバック以上であるときに限り、前記電力変換器の運転制御を他方に切換えるようにすることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、直流過電圧故障によって、冗長切替えを行う場合、一時的な要因の場合にはシステムを停止することなく運転継続を可能とした電力変換装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１に係る電力変換装置のシステム構成図。
【図２】本発明の実施例２に係る電力変換装置のシステム構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１３】
以下、本発明の実施例１に係る電力変換装置を、図１を参照して説明する。図１は本発明の実施例１に係る電力変換装置のシステム構成図である。
【００１４】
図１（ａ）における電力変換装置は、電力変換器１Ａ、１Ｂ及び制御装置３で構成される。電力変換器１Ａ、１Ｂは、各々交流電源から与えられる交流入力をコンバータで直流に変換し、直流コンデンサを介してインバータによって再び交流に変換する。そして各々出力側に設けられた開閉器を介して交流電動機３を駆動する。電力変換器１Ａ、１Ｂの各々のインバータは、制御装置３から与えられるゲートパルスによって、各々電力変換器の構成要素であるスイッチング素子をオンオフさせることによって直流電圧を交流電圧に変換する。
【００１５】
交流電動機３の回転速度は、速度検出器４によって検出され、速度フィードバック信号として制御装置３に与えられる。電力変換器１Ａ、１Ｂの各々の状態信号は監視用信号として制御装置３に与えられる。監視用信号としては、直流電圧、出力電流、入力電流などがある。電力変換器１Ａまたは１Ｂを運転中にこれらの監視用信号が所定の閾値を超えて異常となったとき、後述するように電力変換器が故障したと判断し、待機中の電力変換器に運転を切り替える。
【００１６】
以下、制御装置３の内部構成を、図１（ｂ）を参照して説明する。通常は外部から与えられる速度指令は減算器３１に与えられる。そして、この速度指令から速度検出器４によって検出された速度フィードバック信号が減算器３１によって減算され、その出力は速度制御器３２に与えられる。速度制御器３２は入力された偏差が小さくなるように電圧基準を出力し、出力変換器３３に与える。尚、通常は速度制御器３２の後段に電流制御器を設けるが、この図１（ｂ）では図示を省略している。出力変換器３３においては、運転中の電力変換器１Ａまたは１Ｂの出力電圧が速度制御器３２の出力である電圧基準となるようにゲートパルスを出力する。通常はここでＰＷＭ制御を行う。そして出力変換器３３の出力は切替器３４に与えられる。切替器３４においては、電力変換器１Ａ、１Ｂの何れかが運転選択されるかの指令に応じてゲートパルスの選択切替を行う。
【００１７】
電力変換器１Ａ及び１Ｂの監視用信号はそれぞれ故障検出器３５Ａ、３５Ｂに与えられる。故障検出器３５Ａ、３５Ｂの各々においては、監視用信号が閾値を越えたかどうか判定する。そして監視用信号が閾値を越えたとき、故障信号を出力する。ここで、故障信号は２種類あり、閾値を越えた監視用信号が直流過電圧のときは故障信号（１）を出力し、これ以外の故障信号の場合は故障信号（２）として分離出力する。そして故障検出器３５Ａ、３５Ｂからの各々の故障信号（２）は、それぞれＯＲ回路３６Ａ、３６Ｂの一方の入力となる。ＯＲ回路３６Ａ、３６Ｂの出力は切替器３４に与えられているので、故障信号（２）を受けたときには瞬時にゲートパルス出力を切替える。
【００１８】
減算器３１の出力である偏差信号は、正値検出器３７Ａ、３７Ｂに各々与えられる。正値検出器３７Ａ、３７Ｂは、各々この偏差信号が正であるか負であるかを判定し、偏差信号がゼロを含む正信号のときＡＮＤ回路３８Ａ、３８Ｂの一方の入力にそれぞれ１の論理信号を与える。ＡＮＤ回路３８Ａ、３８Ｂの他方の入力には、それぞれ故障検出器３５Ａ、３５Ｂからの故障信号（１）が与えられており、ＡＮＤ回路３８Ａ、３８Ｂの各々の出力は夫々ＯＲ回路３６Ａ、３６Ｂの他方の入力とする。
【００１９】
以上の実施例１の構成によれば、故障検出器３５Ａ、３５Ｂによって故障が検出されたとき、その故障が直流過電圧以外のときには瞬時にゲートパルス出力を待機側の電力変換器に切替え、故障が直流過電圧のときには、交流電動機２の回転速度が速度指令以下となったときに限りゲートパルス出力を待機側の電力変換器に切替える。このようにすれば、例えば交流電動機２を運転中、その負荷が急減して回生運転となって直流過電圧となったとき、回生運転中に瞬時に電力変換器を待機側に切替えることによる再度の直流過電圧故障を防止することが可能となる。交流電動機２を運転中、外力が加わって速度指令を超える速度となった場合も同様である。
【実施例２】
【００２０】
以下、本発明の実施例２に係る電力変換装置を、図２を参照して説明する。図２は本発明の実施例２に係る電力変換装置のシステム構成図である。
【００２１】
この実施例２の各部について、図１の本発明の実施例１に係る電力変換装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、図２（ａ）のシステム構成において電力変換器１Ａ、１Ｂの２台を電力変換器１の１台とした点、制御装置３の１台を制御装置３Ａ、３Ｂの２台の冗長系とした点である。また、図２（ｂ）においては、図1（ｂ）の制御装置３が共通の内部ブロック構成であったのを制御装置３Ａ、３Ｂの２台に分離している、尚、制御装置３Ａと３Ｂの内部ブロック構成は同一であるので、制御装置３Ａのみ図示し、制御装置３Ｂの図示は省略している。
【００２２】
図２（ａ）において、電力変換器１は制御装置３Ａ及び制御装置３Ｂの何れかからゲートパルスが供給されて動作する構成となっている。そして制御装置３Ａ、３Ｂには電力変換器１からの監視用信号及び速度検出器４からの速度フィードバック信号が並列に供給される。すなわちこの場合は、電力変換器１は制御装置３Ａまたは制御装置３Ｂの何れか一方で運転され、他方は待機する待機冗長系となっている。このような制御装置の冗長系の場合、運転中の制御装置が故障したとき、待機中の制御装置への切替を行うようにシステムを構成する。
【００２３】
しかるに、図２（ａ）の電力変換装置のシステム構成において、電力変換器１の監視用信号が異常となって図２（ｂ）の故障検出器が故障判定を行った場合、監視用信号の異常は運転中の制御装置の故障、しかも制御装置側で検知されない故障によって生じている場合がある。このような場合には、運転中の制御装置を待機中の制御装置に切替えれば運転継続が可能となる場合があるので、監視用信号が異常となったときにも制御装置の切替を行う。図２（ｂ）に示すように、制御装置３Ａを運転中に故障検出器３５Ａによって故障が検出されたとき監視用信号が直流過電圧のときは故障信号（１）を出力し、これ以外の故障信号の場合は故障信号（２）として分離出力する。そして故障検出器３５Ａからの故障信号（２）は、ＯＲ回路３６Ａの一方の入力となる。ＯＲ回路３６Ａの出力は切替器３４Ａに与えられているので、故障信号（２）を受けたときには瞬時にゲートパルス出力を他方の制御装置に切替える。すなわち、この実施例２の場合は、切替器３６Ａはオンオフの切替を行う。そして、制御装置３Ａと制御装置３Ｂを排他的に切替えるためにＯＲ回路３６Ａの出力を制御装置３Ｂの切替器に与える構成としている。実施例１の場合と同様、故障検出器３５Ａで検出された故障信号が故障信号（１）の場合は、この信号をＡＮＤ回路３８Ａの一方の入力に与える。そしてＡＮＤ回路３８Ａの他方には正値検出器３７Ａの出力信号が与えられる。
【００２４】
このような実施例２に示すシステム構成によれば、例えば交流電動機２を運転中、その負荷が急減して回生運転となって直流過電圧となって、運転継続の可能性チャレンジのために制御装置を運転切替したとき、回生運転中に瞬時に電力変換器を待機側に切替えることによる再度の直流過電圧故障を防止することが可能となる。
【００２５】
以上本発明の実施例を説明したが、これは例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施例やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００２６】
例えば、実施例１の図１（ｂ）において、故障検出回路３５Ｂ、ＯＲ回路３６Ｂ、正値検出器３７Ｂ、ＡＮＤ回路３８Ｂを全て省略し、故障検出器３５Ａに電力変換器３Ｂの監視用信号を入力する構成としても良い。この場合、切替器３４はＯＲ回路３６Ａからの信号で運転すべき電力変換器を反転選択すれば良い。また実施例２の場合についても同様に図２（ｂ）の故障検出器３５Ａに電力変換器３Ｂの監視用信号を入力する構成とすることが可能である。
【００２７】
また、各実施例において、電力変換器から監視用信号を制御装置に与えると説明したが、電力変換器側に故障検出器を設ける構成とし、電力変換器から故障信号（１）及び故障信号（２）を制御装置に与える構成としても良い。
【００２８】
更に、各実施例において電力変換装置のコンバータは、回生能力のないダイオードコンバータとして図示したが、電力変換装置の定格容量以下の容量の回生能力のあるコンバータであっても良い。また、電力変換装置１、１Ａ、１Ｂは複数台の電力変換装置を並列接続して成るものであっても良く、これらの電力変換装置に並列に電力変換装置の定格容量以下の容量の回生能力のある回生コンバータを接続した構成であっても良い。
【符号の説明】
【００２９】
１、１Ａ、１Ｂ  電力変換器
２  交流電動機
３、３Ａ、３Ｂ  制御装置
４  速度検出器
５  速度検出器
３１、３１Ａ  減算器
３２、３２Ａ  速度制御器
３３、３３Ａ  出力変換器
３４、３４Ａ  切替器
３５Ａ、３５Ｂ  故障検出器
３６Ａ、３６Ｂ  ＯＲ回路
３７Ａ、３７Ｂ  正値検出器
３８Ａ、３８Ｂ  ＡＮＤ回路
【図１】
0006023034.tif 000002
【図２】
0006023034.tif 000003