(57)【要約】【課題】  比較的簡単な構成で入力または出力の欠相の検出が可能な欠相検出回路を有する電力変換装置を提供する。【解決手段】  ３相交流電源を直流電源に変換する整流回路１と、前記整流回路の出力を平滑する直流回路２と、前記直流回路の出力を交流に変換して電動機４を駆動するインバータ回路３と、前記直流回路の出力側の直流電流を検出する電流検出器９と、前記インバータ回路の出力の１周期における前記直流電流の最大値と最小値の差分から電流リプルを算出する電流信号演算器８と、前記電動機の負荷見合い量に比例する欠相検出レベルを設定する欠相検出レベル設定器１０とで構成し、前記電流リプルが前記欠相検出レベルを超えたとき、前記インバータ回路またはその出力側の欠相と判断して装置の保護動作を行うようにする。【選択図】  図１
2006203958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相交流電源を直流電源に変換する整流回路と、
前記整流回路の出力を平滑する直流回路と、
前記直流回路の出力を交流に変換して電動機を駆動するインバータ回路と、
前記直流回路の出力側の直流電流を検出する電流検出器と、
前記インバータ回路の出力の１周期における前記直流電流の最大値と最小値の差分から電流リプルを算出する電流信号演算器と、
前記電動機の負荷見合い量に比例する欠相検出レベルを設定する欠相検出レベル設定器と
を具備し、
前記電流リプルが前記欠相検出レベルを超えたとき、前記インバータ回路またはその出力側の欠相と判断して装置の保護動作を行うようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
３相交流電源を直流電源に変換する整流回路と、
前記整流回路の出力を平滑する直流回路と、
前記直流回路の出力を交流に変換して電動機を駆動するインバータ回路と、
前記直流回路の入力側の直流電流または検出用回路で整流した前記整流回路の入力電流を検出する電流検出器と、
前記整流回路の入力の１周期における前記直流電流の最大値と最小値の差分から電流リプルを算出する電流信号演算器と、
前記電動機の負荷見合い量に比例する欠相検出レベルを設定する欠相検出レベル設定器と
を具備し、
前記電流リプルが前記欠相検出レベルを超えたとき、前記整流回路またはその入力側の欠相と判断して装置の保護動作を行うようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
３相交流電源を直流電源に変換する整流回路と、
前記整流回路の出力を平滑する直流回路と、
前記直流回路の出力を交流に変換し、遮断器を介して電動機を駆動するインバータ回路と、
前記直流回路の出力側の直流電流を検出する電流検出器と、
前記インバータ回路の出力の１周期における前記直流電流の最大値と最小値の差分から電流リプルを算出する電流信号演算器と、
前記電動機の負荷見合い量に比例する欠相検出レベルを設定する欠相検出レベル設定器と
を具備し、
前記電流リプルが前記欠相検出レベルを超えたとき、前記インバータ回路またはその出力側の欠相と判断して装置の保護動作を行うようにした単位電力変換装置
を複数台使用して並列駆動系を構成し、
何れかの前記単位電力変換装置の前記電流リプルが当該単位電力変換装置の前記欠相検出レベルを超えたとき、当該単位電力変換装置の前記遮断器を開放するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
３相交流電源を直流電源に変換する整流回路と、
前記整流回路の出力を平滑する直流回路と、
前記直流回路の出力を交流に変換し、遮断器を介して電動機を駆動するインバータ回路と、
前記直流回路の入力側の直流電流または検出用回路で整流した前記整流回路の入力電流を検出する電流検出器と、
前記整流回路の入力の１周期における前記直流電流の最大値と最小値の差分から電流リプルを算出する電流信号演算器と、
前記電動機の負荷見合い量に比例する欠相検出レベルを設定する欠相検出レベル設定器と
を具備し、
前記電流リプルが前記欠相検出レベルを超えたとき、前記整流回路またはその入力側の欠相と判断して装置の保護動作を行うようにした単位電力変換装置
を複数台使用して並列駆動系を構成し、
何れかの前記単位電力変換装置の前記電流リプルが当該単位電力変換装置の前記欠相検出レベルを超えたとき、当該単位電力変換装置の前記遮断器を開放するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
３相交流電源を直流電源に変換する整流回路と、
前記整流回路の出力を平滑する直流回路と、
前記直流回路の出力を交流に変換し、遮断器を介して電動機を駆動するインバータ回路と、
前記直流回路の出力側の直流電流を検出する電流検出器と、
前記インバータ回路の出力の１周期における前記直流電流の最大値と最小値の差分から電流リプルを算出する電流信号演算器と、
前記電動機の負荷見合い量に比例する欠相検出レベルを設定する欠相検出レベル設定器と
を具備し、
前記電流リプルが前記欠相検出レベルを超えたとき、前記インバータ回路またはその出力側の欠相と判断して装置の保護動作を行うようにした単位電力変換装置
を複数台使用して並列駆動系を構成し、
何れかの前記単位電力変換装置の前記電流リプルが当該単位電力変換装置の前記欠相検出レベルを超えたとき、
全ての前記単位電力変換装置を一旦停止し、
全ての前記単位電力変換装置のうち最も前記電流リプルの大きい前記単位電力変換装置の前記遮断器を開放し、
残りの前記単位電力変換装置を再起動するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
３相交流電源を直流電源に変換する整流回路と、
前記整流回路の出力を平滑する直流回路と、
前記直流回路の出力を交流に変換し、遮断器を介して電動機を駆動するインバータ回路と、
前記直流回路の入力側の直流電流または検出用回路で整流した前記整流回路の入力電流を検出する電流検出器と、
前記整流回路の入力の１周期における前記直流電流の最大値と最小値の差分から電流リプルを算出する電流信号演算器と、
前記電動機の負荷見合い量に比例する欠相検出レベルを設定する欠相検出レベル設定器と
を具備し、
前記電流リプルが前記欠相検出レベルを超えたとき、前記整流回路またはその入力側の欠相と判断して装置の保護動作を行うようにした単位電力変換装置
を複数台使用して並列駆動系を構成し、
何れかの前記単位電力変換装置の前記電流リプルが当該単位電力変換装置の前記欠相検出レベルを超えたとき、
全ての前記単位電力変換装置を一旦停止し、
全ての前記単位電力変換装置のうち最も前記電流リプルの大きい前記単位電力変換装置の前記遮断器を開放し、
残りの前記単位電力変換装置を再起動するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
前記インバータ回路を制御するための制御回路、前記電流信号演算器、前記欠相検出レベル設定器で構成される制御部を冗長化し、
前記電流リプルが前記欠相検出レベルを超えたとき、前記保護動作により装置を停止し、前記制御部を待機系に切替えて装置を再起動するようにした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。
【請求項８】
前記電動機の負荷見合い量は、
前記電動機の速度または速度基準であることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記電動機の負荷見合い量は、前記インバータ回路の出力電流または出力電流基準であることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記電動機の負荷見合い量は、前記インバータ回路の出力電圧または出力電圧基準であることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項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、改良された欠相検出回路を有する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
商用電源の交流を整流回路で直流に変換し、この直流をフィルタ作用を有する直流回路を介してインバータ回路に供給し、再び所望の交流に変換してその出力で電動機を可変速駆動する構成の電力変換装置は良く知られている。
【０００３】
このような電力変換装置においては、電源側または電動機側で欠相状態が生じると、駆動される電動機に振動が発生する場合や、また装置が過電流となる場合があり、運転を継続するのは好ましくない。従って、何らかの方法でこの欠相状態を検出して、インバータ回路または電力変換装置の動作を停止させる保護機能が必要であった。
【０００４】
このような欠相を検出する方法として、直流回路の直流電圧に含まれる特定の周波数成分を検出して、入力電源の欠相状態を判定する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１１−２０６００３号公報（第２−３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に示された従来の手法では、入力側の欠相のみの検出で、出力側の欠相検出ができないばかりでなく、特定の周波数成分を抽出するという複雑な回路を使用する必要がある。
【０００６】
本発明は上記に鑑みて為されたもので、比較的簡単な構成で入力または出力の欠相の検出が可能な欠相検出回路を有する電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の第１の発明に係る電力変換装置は、３相交流電源を直流電源に変換する整流回路と、前記整流回路の出力を平滑する直流回路と、前記直流回路の出力を交流に変換して電動機を駆動するインバータ回路と、前記直流回路の出力側の直流電流を検出する電流検出器と、前記インバータ回路の出力の１周期における前記直流電流の最大値と最小値の差分から電流リプルを算出する電流信号演算器と、前記電動機の負荷見合い量に比例する欠相検出レベルを設定する欠相検出レベル設定器とを具備し、前記電流リプルが前記欠相検出レベルを超えたとき、前記インバータ回路またはその出力側の欠相と判断して装置の保護動作を行うようにしたことを特徴としている。
【０００８】
また、本発明の第２の発明に係る電力変換装置は、３相交流電源を直流電源に変換する整流回路と、前記整流回路の出力を平滑する直流回路と、前記直流回路の出力を交流に変換して電動機を駆動するインバータ回路と、前記直流回路の入力側の直流電流または検出用回路で整流した前記整流回路の入力電流を検出する電流検出器と、前記整流回路の入力の１周期における前記直流電流の最大値と最小値の差分から電流リプルを算出する電流信号演算器と、前記電動機の負荷見合い量に比例する欠相検出レベルを設定する欠相検出レベル設定器とを具備し、前記電流リプルが前記欠相検出レベルを超えたとき、前記整流回路またはその入力側の欠相と判断して装置の保護動作を行うようにしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、比較的簡単な構成で入力または出力の欠相の検出が可能な欠相検出回路を有する電力変換装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
【実施例１】
【００１１】
以下、本発明の実施例１に係る電力変換装置を図１及び図２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ブロック構成図である。
【００１２】
整流回路１は交流電源を直流に変換し、直流回路２によりこの直流を平滑し、インバータ回路３を介して任意の周波数の交流に変換して、電動機４に可変周波数の交流電力を供給する。ここでインバータ回路３は電圧型であっても電流型であっても良い。電圧型の場合は、直流回路２には図示したような平滑コンデンサがあり、電流型の場合にはこれがない。
【００１３】
速度設定器５から出力された速度基準信号５ａは制御回路６に入力される。そして、制御回路６では速度設定器５によって設定された速度基準信号５ａで電動機４が回転するように制御信号６ａを出力し、インバータ回路３を構成するパワーデバイスを制御する。この制御動作において、制御回路６は、インバータ回路３の出力電流７ａを電流検出器７で検出し、これをマイナーループとしてフィードバック制御するようにして安定な制御を達成している。
【００１４】
電流信号演算器８は、直流回路２の出力側に設けられた電流検出器９によって検出した直流電流９ａをその入力とし、電動機４の運転周波数毎の直流電流の最大値と最小値を演算し、この最大値と最小値の差分から電流リプル８ａを出力する。
【００１５】
欠相検出レベル設定器１０は、速度基準信号５ａに比例した欠相検出レベル１０ａを出力する。
【００１６】
上記の電流リプル８ａと欠相検出レベル１０ａとは欠相検出器１１に入力され、電流リプル８ａが欠相検出レベル１０ａを超えた時、欠相検出信号１１ａを出力する。
【００１７】
そして、制御回路６では、欠相検出器１１からの欠相検出信号１１ａが入力されたとき、インバータ回路３の停止動作を行う。
【００１８】
以上の構成における動作を図２を参照して説明する。図２は正常時と欠相時の直流電流の波形を示したものである。
【００１９】
直流電流は、図２（ａ）に示すように正常運転状態では、電動機４の運転周波数の６倍の電流リプルが現れ、その値は小さい。しかし、図２（ｂ）に示すように、インバータ回路３またはその出力側で欠相が発生すると、欠相している相は電流が流れないため、直流電流の電流リプルは運転周波数の２倍の周期となり、またリプル量も大きくなる。そして、欠相検出器１１はリプルの影響により大きくなった電流リプル８ａが欠相検出レベル１０ａを超える場合に欠相を検出する。
【００２０】
ここで、速度基準信号即ち運転周波数が大きいときは、通常のポンプ等の２乗負荷の場合、電動機の負荷の増大により有効電流が増大し、正常時のリプル量は小さくなり検出が容易となる。従って、運転周波数の低下に従って欠相検出レベル１０ａの設定を低下させるようにする。このようにすれば、ある運転速度以上では確実に欠相の検出が可能となり、従って合理的な検出方法を備えた電力変装置を提供することができる。尚、速度基準信号に代えて速度フィードバック信号を用いても良いことは明らかである。
【実施例２】
【００２１】
図３は本発明の実施例２に係る電力変換装置のブロック構成図である。この実施例２の各部について、図１の実施例１に係る電力変換装置のブロック構成図と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、電流検出器９を直流回路２の入力側に設け、この直流電流信号９ｂを電流信号演算器８に供給するようにした点である。
【００２２】
整流回路１、あるいはこの入力の交流電源に欠相が生じたときは、実施例１の場合と同様に、直流電流信号９ｂに電源周波数に応じた大きい電流リプルが重畳されるため、電流リプル８ａが欠相検出レベル１０ａを超えることにより入力側の欠相検出が可能となる。
【００２３】
尚、実施例１の場合と同様に、欠相検出レベル１０ａの設定を電動機速度に比例するようにすれば、欠相検出の精度が向上する。
【実施例３】
【００２４】
図４は本発明の実施例３に係る電力変換装置のブロック構成図である。この実施例３の各部について、図２の実施例２に係る電力変換装置のブロック構成図と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この実施例３が実施例２と異なる点は、電流検出器９に代えて電流検出器１２を整流回路１の入力側に設け、この交流電流信号１２ａを整流器１３に供給し、整流器１３の直流出力である整流した電流信号１３ａを電流信号演算器８に供給するようにした点である。
【００２５】
整流回路１、または入力の交流電源に欠相が生じた場合は、欠相を生じた相の入力電流がゼロとなるため、実施例２の場合と同様に整流した電流信号１３ａに電源周波数に応じた大きい電流リプルが重畳される。従って、電流リプル８ａが欠相検出レベル１０ａを超えることにより入力側の欠相検出が可能となる。
【００２６】
尚、本実施例においても欠相検出レベル１０ａの設定を電動機速度に比例するようにすれば、欠相検出の精度が向上する。
【実施例４】
【００２７】
図５は本発明の実施例４に係る電力変換装置のブロック構成図である。この実施例４の各部について、図１の実施例１に係る電力変換装置のブロック構成図と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この実施例４が実施例１と異なる点は、図１に示した電力変換装置と同様の単位電力変換装置２０及び単位電力変換装置２１を、交流電源に対して並列に接続し、夫々の出力を遮断器１４及び遮断器１５を介して電動機４を並列駆動するようにした点、また、単位電力変換装置２０の欠相検出信号１１ａと、単位電力変換装置２１の欠相検出信号１１ａ１を入力とする選択制御回路１６を設け、この選択制御回路１６の出力である開放指令１６ａ及び開放指令１６ａ１により、夫々遮断器１４及び遮断器１５を開放するようにした点である。
【００２８】
選択制御回路１６に、単位電力変換装置２０からの欠相検出信号１１ａが入力されたときに遮断器１４を開放し、単位電力変換装置２１側で運転を継続する。また、単位電力変換装置２１からの欠相検出信号１１ａ１が入力されたときに遮断器１５を開放し、単位電力変換装置２０側で運転を継続する。
【００２９】
このように構成すれば、単位電力変換装置２０または単位電力変換装置２１の内部に欠相の要因があるような不具合に対し、何れかの単位電力変換装置で運転を継続することが可能となり電動機運転の稼働率を向上させることができる。
【実施例５】
【００３０】
図６は本発明の実施例５に係る電力変換装置のブロック構成図である。この実施例５の各部について、図４の実施例４に係る電力変換装置のブロック構成図と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この実施例５が実施例４と異なる点は、選択制御回路１６に単位電力変換装置２０の電流リプル８ａ及び単位電力変換装置２１の電流リプル８ａ１を与えるようにし、また選択制御回路１６から単位電力変換装置２０及び２１の制御回路へ運転停止信号１６ｂを与えるようにした点である。
【００３１】
この実施例５における選択制御回路１６は、欠相検出信号１１ａまたは欠相検出信号１１ａ１を受けたとき、運転停止信号１６ｂをオフにして、単位電力変換装置２０及び２１を同時に一旦停止し、次に、電流リプル８ａと電流リプル８ａ１を比較して、遮断器１４及び１５のうち電流リプルの大きい方に対応する遮断器に遮断器開放信号１６ａまたは１６ａ１を出力して、欠相している単位電力変換器を切離した後、接続されている単位電力変換器に対し運転停止信号１５ｂをオンとして、再起動を行う。
【００３２】
このように構成することにより、欠相検出の信頼性を向上させるばかりでなく、運転中の遮断器開放のショックを軽減することが可能となる。
【００３３】
尚、実施例４及び実施例５においては、単位電力変換装置が２台の構成について説明したが、何れの例においても単位電力変換装置が３台以上の構成となっても良いことは明らかである。
【実施例６】
【００３４】
図７は本発明の実施例６に係る電力変換装置のブロック構成図である。この実施例６の各部について、図１の実施例１に係る電力変換装置のブロック構成図と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この実施例６が実施例１と異なる点は、制御回路６、電流信号演算回路８、欠相レベル設定器８及び欠相検出器１１で構成される制御部を制御部３０及び３１と２セット設置して冗長化し、選択制御回路１６により何れかを選択可能なように構成した点である。
【００３５】
すなわち、選択制御回路１６は、制御部３０及び制御部３１からの各々の欠相検出信号１１ａ及び１１ａ１を受け、何れかの欠相検出信号を受けたとき、切替え信号１６ａにより何れか待機側の制御部に切替えるようにする。
【００３６】
このように構成したことにより、制御部の誤動作による電力変換装置の停止を防止することが可能となり運転稼働率を向上させることが可能となる。
【実施例７】
【００３７】
図８は本発明の実施例７に係る電力変換装置のブロック構成図である。この実施例７の各部について、図１の実施例１に係る電力変換装置のブロック構成図と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この実施例７が実施例１と異なる点は、制御回路６を速度制御部１７と電流制御部１８に分解し、速度制御部１７の出力である電流基準信号１７ａに応じて欠相検出器１０の欠相検出レベル１０ａを変化させるようにした点である。
【００３８】
前述したように、電流が増大すると通常時のリプル量は小さくなり検出が容易となる。従って、実施例１の場合と同様、電流基準信号１７ａの低下に従って欠相検出レベル１０ａの設定を低下させるようにすれば、ある運転電流以上では確実に欠相の検出が可能となり、従って合理的な検出方法を備えた電力変装置を提供することができる。
【実施例８】
【００３９】
図９は本発明の実施例８に係る電力変換装置のブロック構成図である。この実施例８の各部について、図１の実施例１に係る電力変換装置のブロック構成図と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この実施例８が実施例１と異なる点は、欠相検出器１０の入力信号を速度基準信号５ａに代えて出力電流７ａに比例した信号とした点である。
【００４０】
このように構成すれば、実施例７の動作と基本的に同一となるので、ある運転電流以上では確実に欠相の検出が可能となり、従って合理的な検出方法を備えた電力変装置を提供することができる。
【実施例９】
【００４１】
図１０は本発明の実施例９に係る電力変換装置のブロック構成図である。この実施例９の各部について、図１の実施例１に係る電力変換装置のブロック構成図と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この実施例９が実施例１と異なる点は、電圧検出器１９によりインバータ回路３の出力電圧１９ａを検出し、この信号に比例して欠相検出器１０の欠相検出レベル１０ａを変化させるようにした点である。
【００４２】
電動機４を運転する場合、電動機速度基準５ａに比例してインバータ回路３の出力電圧１９ａを変化させるようにする。従ってこの実施例９は、実施例１の場合と同様、ある運転速度以上では確実に欠相の検出が可能となり、合理的な検出方法を備えた電力変装置を提供することができる。
【００４３】
尚、上記出力電圧に代えて、制御回路６の内部の出力電圧基準を使用しても同一の効果が得られることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施例１に係る電力変換装置のブロック構成図。
【図２】正常時と欠相時の直流電流の波形図。
【図３】本発明の実施例２に係る電力変換装置のブロック構成図。
【図４】本発明の実施例３に係る電力変換装置のブロック構成図。
【図５】本発明の実施例４に係る電力変換装置のブロック構成図。
【図６】本発明の実施例５に係る電力変換装置のブロック構成図。
【図７】本発明の実施例６に係る電力変換装置のブロック構成図。
【図８】本発明の実施例７に係る電力変換装置のブロック構成図。
【図９】本発明の実施例８に係る電力変換装置のブロック構成図。
【図１０】本発明の実施例９に係る電力変換装置のブロック構成図。
【符号の説明】
【００４５】
１  整流回路
２  直流回路
３  インバータ回路
４  電動機
５  速度設定器
５ａ  速度基準信号
６  制御回路
６ａ  制御信号
７  電流検出器
７ａ  出力電流
８  電流信号演算器
８ａ  電流リプル
９  電流検出器
９ａ  直流電流信号
１０  欠相検出レベル設定器
１０ａ  欠相検出レベル
１１  欠相検出器
１１ａ、１１ａ１  欠相検出信号
１２  電流検出器
１２ａ  入力電流
１３  整流器
１３ａ  整流した電流信号
１４、１５  遮断器
１６  選択制御回路
１６ａ、１６ａ１  遮断器開放信号
１６ｂ  運転停止信号
１７  速度制御器
１７ａ  電流基準値
１８  電流制御器
１９  電圧検出器
１９ａ  出力電圧
２０、２１  単位電力変換装置
３０、３１  制御部
【図１】
2006203958.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2006203958.tif 000011
【図１０】
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