(57)【要約】【課題】  制御回路と電力変換回路との伝送路に異常が発生したとき、伝送異常を検出して電力変換回路の出力電圧が零となるように制御した電力変換装置を提供する。【解決手段】  交流電力変換装置１は、スイッチング制御回路１０と電力変換回路２０が伝送路３０によって接続されている。スイッチング制御回路１０は、制御演算部１１、スイッチングパルス発生部１２、パルス符号化部１３、および送信部１４から構成され、電力変換回路２０は、受信部２１、パルス復元部２２、電力変換部２３、および受信信号判定部２４から構成されている。交流電力変換装置１の運転時に、伝送路３０において伝送異常が発生した場合には、受信信号判定部２４により伝送異常を検出し、即座に交流電力変換装置１の出力を零にすることができる。【選択図】  図１
2007006580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御回路と電力変換回路が伝送路によって接続され、前記制御回路側に実装された電力変換用の制御演算部で制御信号を生成し、前記電力変換回路の電力変換部からの出力電圧を制御する電力変換装置において、
前記電力変換回路が、
前記伝送路に接続された受信部と、
前記受信部を介して入力された伝送信号から前記制御信号を復元するパルス復元部と、
前記伝送信号の伝送異常の有無を判定して、前記パルス復元部に伝達する受信信号判定部と、
を備え、前記受信信号判定部で伝送異常と判定されたとき、前記パルス復元部により前記出力電圧が零となるように前記電力変換部を制御することを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御回路と電力変換回路が伝送路によって接続された電力変換装置に関し、とくに伝送路における伝送異常の発生時に継続して電力変換を可能とした電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流電力を可変電圧・可変周波数の交流電力に変換するインバータ装置や交流電力を直流電力に変換するコンバータ装置では、誘導電動機などの負荷を駆動するために、ゲートターンオフサイリスタ（ＧＴＯ）やバイポーラ型ＭＯＳＦＥＴ（ＩＧＢＴ）などのパワースイッチング素子を用いて電力変換回路が構成される。こうした交流電力変換装置では、可変電圧、あるいは可変電流を指令するための電力変換用の制御演算部を実装した制御回路と、複数のパワースイッチング素子からなる電力変換部を実装した電力変換回路とに分割され、制御回路から電力変換装置に対して制御信号を信号伝送線によって伝送するようにしたものがある。
【０００３】
特許文献１には、電力変換装置を構成する複数のスイッチング素子をパルス幅変調制御するパルス幅変調制御装置において、ゲート信号伝送用の信号伝送線の数を減少させ得るパルス幅変調制御装置が記載されている。この場合に、出力を停止するとともに、信号伝送線によって伝送される送信データが途中で壊れていないかどうかをチェックし、データの信頼性を向上させることが必要になる。
【０００４】
図６は、電力変換装置から伝送された制御信号が正常に受信された場合の電圧波形を示す図、図７は、従来装置における伝送異常検出時の電圧波形を示す図である。
ここで、後述する図２に示す三相電圧形インバータのように、相電圧として２レベル出力（Ｅ／２，−Ｅ／２）が可能な電力変換部を実装した電力変換回路では、電力変換装置から伝送された制御信号が正常に受信されれば、それぞれ図６（ａ），（ｂ）に示すＵ相出力電圧ＶｕとＶ相出力電圧Ｖｖとから、同図（ｃ）のように線間出力電圧Ｖｕ−Ｖｖの電圧波形は、０→Ｅ→−Ｅ→０→Ｅとなる。この場合に、特許文献１のもののように出力を停止することで対処してもよいが、図７に示すようにデータ伝送タイミングＮ２で伝送異常が検出されたとすると、前回の伝送時（タイミングＮ１）に正常受信できた出力値を保持することもできる。
【０００５】
いま、図６（ｃ）に示すように、データ伝送タイミングＮ２では本来出力すべき線間出力電圧Ｖｕ−Ｖｖの値が（−Ｅ）であるところで、前回のデータ伝送タイミングＮ１の出力値（Ｅ）が保持されていたとすれば、最大２レベル（２Ｅ）の出力差が発生することになる。すなわち、伝送異常の際には、電力変換装置の出力が本来出力すべき出力値に対して大きく異なってしまえば、電力変換装置から負荷に対して過電圧や過電流が供給されるから、電力変換装置の運転は停止されることになる。
【特許文献１】特開平１１−１７８３４９号公報（とくに、段落番号［００３５］および図６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の電力変換装置では、制御回路と電力変換回路との伝送による通信時に、外部ノイズ等による伝送異常が発生して、これにより電力変換回路で出力指令が正常に受信できなくなると、電力変換回路の出力を前回正常に受信できた出力を保持し、あるいは出力停止とするなどしていた。そして、いずれの方式によって対処したとしても、電力変換回路と制御回路との間の伝送路に伝送異常が発生したとき、電力変換装置での急激な出力変化を抑制することができないという問題があった。
【０００７】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、制御回路と電力変換回路との伝送路に異常が発生したとき、伝送異常を検出して電力変換回路の出力電圧が零となるように制御した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】
【０００８】
本発明では、上記問題を解決するために、制御回路と電力変換回路が伝送路によって接続され、前記制御回路側に実装された電力変換用の制御演算部で制御信号を生成し、前記電力変換回路の電力変換部からの出力電圧を制御する電力変換装置において、前記電力変換回路が、前記伝送路に接続された受信部と、前記受信部を介して入力された伝送信号から前記制御信号を復元するパルス復元部と、前記伝送信号の伝送異常の有無を判定して、前記パルス復元部に伝達する受信信号判定部と、を備え、前記受信信号判定部で伝送異常と判定されたとき、前記パルス復元部により前記出力電圧が零となるように前記電力変換部を制御することを特徴とする電力変換装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電力変換装置の運転時に、制御回路と電力変換回路の伝送路において伝送異常が発生した場合には、電力変換回路側に設けた受信信号判定部により伝送異常を検出し、即座に電力変換回路の出力を零にすることができる。したがって、電力変換装置が異常な出力とならないようにして、伝送異常があったときでも過電圧や過電流によるトリップの発生を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に係る交流電力変換装置を示すブロック図、図２は交流電力変換装置の電力変換部を示す回路構成図である。
【００１１】
交流電力変換装置１では、スイッチング制御回路１０と電力変換回路２０が伝送路３０によって接続されていて、スイッチング制御回路１０が制御演算部１１、スイッチングパルス発生部１２、パルス符号化部１３、および送信部１４から構成され、電力変換回路２０が受信部２１、パルス復元部２２、電力変換部２３、および受信信号判定部２４から構成されている。
【００１２】
電力変換部２３は、たとえば図２に示すように、６つのスイッチング回路からなる三相電圧形インバータとして構成されている。三相のスイッチング回路は、直流電源の正側（Ｐ）と負側（Ｎ）との間に、オンオフ制御されるトランジスタＴ１〜Ｔ６とそれぞれ逆並列に接続された帰還ダイオードＤ１〜Ｄ６とを備え、負荷に対して各相のスイッチング回路の接続点からＵ相出力電圧Ｖｕ、Ｖ相出力電圧Ｖｖ、Ｗ相出力電圧Ｖｗが出力される。トランジスタＴ１〜Ｔ６は、いずれもＧＴＯあるいはＩＧＢＴなどのパワースイッチング素子によって構成できる。
【００１３】
交流電力変換装置１の運転を行う場合、スイッチング制御回路１０では制御演算部１１が制御信号を受け取って、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔａｉｏｎ）信号を演算する。制御演算部１１より演算結果がスイッチングパルス発生部１２に入力されると、スイッチングパルス発生部１２では入力されたＰＷＭ信号によりパルス変調を行い、電力変換回路２０での各トランジスタＴ１〜Ｔ６を制御するためのスイッチングパルス信号が出力される。スイッチングパルス信号は、スイッチングパルス発生部１２からパルス符号化部１３に入力され、パルス符号化部１３ではスイッチングパルス信号を所定の符号化された送信信号を生成して、送信部１４から伝送路３０に出力される。
【００１４】
こうして送信部１４の送信信号は、伝送路３０を通じて電力変換回路２０の受信部２１に入力される。受信部２１に伝送された受信信号が、パルス復元部２２と受信信号判定部２４に入力されると、受信信号判定部２４では受信信号に伝送異常があるかどうか判定を行い、パルス復元部２２に対して伝送異常判定結果が出力される。パルス復元部２２では入力された受信信号と伝送異常判定結果により、伝送異常判定結果が正常であれば受信信号からスイッチングパルス信号を復元し、それらが電力変換部２３に出力される。電力変換部２３では入力されたスイッチングパルス信号を元に、トランジスタＴ１〜Ｔ６がオンオフ制御される。
【００１５】
つぎに、伝送路３０に対する外部ノイズ等の外乱が発生して、電力変換回路２０の受信信号判定部２４において伝送異常が検出された場合について説明する。
図３は、伝送異常検出時におけるインバータの電圧波形を示す図である。
【００１６】
いま、受信信号判定部２４からの伝送異常判定結果が伝送異常として出力されたとする。パルス復元部２２では伝送異常が入力されることで、受信部２１の出力である伝送受信信号が無視される。それと同時に、電力変換部２３に対してトランジスタＴ１，Ｔ３，Ｔ５をオン、Ｔ２，Ｔ４，Ｔ６をオフにするスイッチングパルス信号が出力される。そのため、電力変換部２３では各相出力電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが同時にＥ／２となって、線間出力電圧Ｖｕ−Ｖｖを零とすることができる。したがって、電力変換装置１の負荷に対する交流出力である線間出力電圧Ｖｕ−Ｖｖは、異常検出前の状態に対して急激に変化しないように制御される。
【００１７】
このように、電力変換回路２０の出力値である線間出力電圧Ｖｕ−Ｖｖが、図６に示すデータ伝送タイミングＮ２以降において本来出力すべき電圧値（Ｅ）に対して、伝送異常検出時であっても電圧値（０）、すなわち最大１レベルの出力差に抑えられる。したがって、図７に示す従来技術の伝送異常に較べて、その電圧値変化を１／２の大きさまで圧縮することができる。
【００１８】
なお、この交流電力変換装置１では、伝送異常検出時にパルス復元部２２から図２の各トランジスタＴ１〜Ｔ６に出力されるスイッチングパルス信号によって、各相出力電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが同時にＥ／２としたが、トランジスタＴ１，Ｔ３，Ｔ５をオフにするとともにトランジスタＴ２，Ｔ４，Ｔ６をオンにすることで、各相出力電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを同時に−Ｅ／２としてもよい。
【００１９】
また、伝送路３０には各トランジスタＴ１〜Ｔ６に出力されるスイッチングパルス信号をシリアル伝送としてもよいし、あるいはパラレル伝送とすることもできる。さらに、スイッチング制御回路１０では、制御演算部１１の出力を符号化して伝送路３０を通じで電力変換回路２０へ送信し、電力変換回路２０側で受信した信号を復元してからスイッチングパルスを発生するようにしてもよい。こうすれば、スイッチング制御回路１０側のスイッチングパルス発生部１２は不要になる。
【００２０】
（実施の形態２）
図４は、この発明の実施の形態２に係る交流電力変換装置を示すブロック図である。
この交流電力変換装置２では、スイッチング制御回路１０が伝送路３１〜３６によって電力変換装置部４１〜４６と接続され、それぞれ直列２多重に接続された３組の電力変換装置部４１〜４６を制御して、出力端子２ａ，２ｂ，２ｃに対してＵ，Ｖ，Ｗ各相出力電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを生成する構成となっている。図４のスイッチング制御回路１０は、実施の形態１（図１）のものと基本的に同一に構成されており、同一の部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００２１】
図５は、図４に示す電力変換装置部の具体的構成を示すブロック図であって、図４の電力変換装置部４１〜４６はいずれも同一の構成となっている。
電力変換装置部４は、受信部２１、パルス復元部２２、受信信号判定部２４、および電力変換部２５から構成されている。電力変換部２５は、４つのスイッチング回路からなる単相インバータとして構成され、トランジスタＴ１とＴ２との接続点が出力端子４ａに接続され、トランジスタＴ３とＴ４との接続点が出力端子４ｂに接続されている。
【００２２】
ここで、６台の電力変換装置部４１〜４６のうち、その一部分において伝送路３１〜３６に外部ノイズ等の外乱が発生して受信信号判定部２４により伝送異常が検出されたとする。その場合、伝送異常を検出した電力変換装置部４の電力変換部２５のみで、トランジスタＴ１，Ｔ３をオン、Ｔ２，Ｔ４をオフにするスイッチングパルス信号、あるいは反対にトランジスタＴ１，Ｔ３をオフ、Ｔ２，Ｔ４をオンにするスイッチングパルス信号を出力することで、電力変換部２５の出力を零とすることができる。したがって、実施の形態１の場合と同様に、交流電力変換装置２の出力端子２ａ，２ｂ，２ｃから出力される各相出力電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが急激に変化しないように制御される。
【００２３】
以上では、２つの実施の形態について説明したが、この発明はこれらのものに限られない。たとえば、電力変換部２３の回路構成としては、実施の形態１では三相インバータについて、実施の形態２では単相インバータについて説明したが、三相以上の多相出力構成とすることもできる。また、電力変換部２３のインバータ回路を、上下に各１つずつのスイッチング回路を設けて２レベル構成としたが、マルチレベル構成とすることもできる。さらに、実施の形態１の場合でもスイッチング制御回路１０によって２台以上の電力変換回路２０を制御するように構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の実施の形態１に係る交流電力変換装置を示すブロック図である。
【図２】交流電力変換装置の電力変換部を示す回路構成図である。
【図３】伝送異常検出時におけるインバータの電圧波形を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る交流電力変換装置を示すブロック図である。
【図５】図４に示す電力変換装置部の具体的構成を示すブロック図である。
【図６】電力変換装置から伝送された制御信号が正常に受信された場合の電圧波形を示す図である。
【図７】従来装置における伝送異常検出時の電圧波形を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１，２  交流電力変換装置
１０  スイッチング制御回路
１１  制御演算部
１２  スイッチングパルス発生部
１３  パルス符号化部
１４  送信部
２０  電力変換回路
２１  受信部
２２  パルス復元部
２３，２５  電力変換部
２４  受信信号判定部
３０，３１〜３６  伝送路
４１〜４６  電力変換装置部
Ｔ１〜Ｔ６  トランジスタ
Ｄ１〜Ｄ６  帰還ダイオード
【図１】
2007006580.tif 000003
【図２】
2007006580.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007006580.tif 000006
【図５】
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【図６】
2007006580.tif 000008
【図７】
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