(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を直流に変換する整流回路及び平滑回路と上記電源の力率を改善する昇圧回路とからなるコンバータ、このコンバータの出力に接続された変換回路、上記コンバータ及び上記変換回路を制御する制御回路、上記変換回路により駆動される負荷を備えた電力変換装置において、
上記交流電源が給電中であって上記負荷を正常な運転状態から停止させる際に、
上記コンバータと上記変換回路とを同時に停止させる信号を上記制御回路に出力する停止信号発生手段を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
交流電源を直流に変換する整流回路及び平滑回路と上記電源の力率を改善する昇圧回路とからなるコンバータ、このコンバータの出力に接続された変換回路、上記コンバータ及び上記変換回路を制御する制御回路、上記変換回路により駆動される負荷を備えた電力変換装置において、
上記コンバータと上記変換回路とを停止させる信号を上記制御回路に出力する停止信号発生手段を備え、
上記制御回路は、上記停止信号発生手段の出力を受けて上記コンバータを停止させる信号より上記変換回路を停止させる信号を遅らせる遅延手段を備え、上記負荷を運転状態から停止させる際に、上記遅延手段の出力を受けて上記変換回路を停止させることを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電源を整流し電源の力率を改善しながら、所望の直流電圧を出力し、さらに上記直流電圧が変換回路により任意の電圧に変換される電力変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、例えば特開平７−１１５７８８号公報に開示された従来の電力変換装置を示す構成図である（以下第一の従来例とする）。図において、１は交流電源、２は交流電源を直流に変換する全波整流回路である。３はリアクトル、４はダイオード、５はトランジスタであり、コンバータとしての昇圧チョッパ回路を構成している。６は平滑用コンデンサ、７は電源電流を検出する電源電流検出素子、８は直流を再び交流に逆変換するインバータ、９はモータ、１０はモータ９の磁極位置を検出する位置検出回路、１１はインバータ８を制御するインバータ制御手段、１２はインバータ制御手段１１からのドライブ信号を受信しインバータ８に出力するドライバ、１３はコンバータを制御するコンバータ制御手段である。また、２００は位置検出回路１０、インバータ制御手段１１、ドライバ１２、コンバータ制御手段１３で構成された制御回路である。
【０００３】
また図９は、インバータ制御手段１１の構成を示すブロック図である。図において、１１１は速度制御部、１１２はＰＷＭ（パルス幅変調）信号作成部、１１３はコンバータ動作制御部である。
【０００４】
次に、図８及び図９を参照にして動作について説明する。交流電源１は全波整流回路２によって直流に変換され、脈動直流電圧を出力する。出力された脈動直流電圧は、トランジスタ５のスイッチング動作及びリアクトル３のエネルギー蓄積効果により昇圧される。昇圧された脈動直流電圧は平滑用コンデンサ６に供給され安定した直流電圧を出力する。平滑用コンデンサ６から供給される直流電圧は、インバータ８によって任意の交流電圧に変換されモータ９を駆動する。
【０００５】
このとき、位置検出回路１０はモータ９の誘起電圧より磁極位置を検出し、インバータ制御手段１１に出力している。インバータ制御手段１１の速度制御部１１１は、位置検出回路１０からの位置検出信号をもとにモータ９の速度を演算し、速度指令値との偏差に応じて通流率信号及び直流電圧指令を作成して、それぞれＰＷＭ信号作成部１１２及びコンバータ制御手段１３に出力する。また、位置検出信号からモータ９が停止していると判断されれば、モータ停止信号をコンバータ動作制御部１１３に出力する。ＰＷＭ信号作成部１１２は通流率信号より通流率に応じたドライブ信号を作成する。ドライバ１２はこのドライブ信号に従ってインバータ８を駆動する。
【０００６】
次に、コンバータ動作制御部１１３の動作について説明する。図１０は、コンバータ動作制御部１１３の動作手順を示すフローチャートである。最初にステップ１で上記モータ９が動作中か否かを上記速度制御部１１１のモータ停止信号より判定する。上記モータ９が停止中の場合、ステップ５に進みコンバータ停止信号を停止状態（スイッチング動作停止）で出力する。逆に上記モータ９が動作中の場合、ステップ２に進み電源電流検出素子７から電源電流を検出する。そして、ステップ３で、検出した電源電流とあらかじめ設定されている基準値とを比較し、電源電流が基準値より大きい場合、ステップ４に進みコンバータ停止信号を動作状態（スイッチング動作許可）にする。電源電流が基準値より小さい場合は、ステップ５に進みコンバータ停止信号を停止状態（スイッチング動作停止）で出力する。
【０００７】
なお、比較する基準値は昇圧回路が扱える最小入力電流値に設定してある。また、モータ電流の過電流検出によるモータ停止など、急に上記モータ９が停止した場合は、割り込み処理によりステップ５が実行される。
【０００８】
以上述べた回路動作及び処理により、モータ９が停止している状態及びモータ９の負荷が小さく最低入力電力値を下回る場合、コンバータとしての昇圧チョッパ回路のスイッチング動作を一時停止し、直流電圧の上昇を抑制することができる。
【０００９】
図１１は、例えば特開平５−１８４１５９号公報に開示された従来の別の電力変換装置を示す図である（以下第二の従来例とする）。図において、８は高周波発生装置としてのインバータ、１４は乗算回路、２１はコンバータとしての昇圧チョッパ回路、９１は放電ランプ、２００は制御回路としてのフリップフロップ回路である。上記第一の従来例は、負荷側にモータを設けた例であったが、この第二の従来例は、負荷側に照明装置を設けた例である。
【００１０】
次に動作について説明する。まず、通常時には、交流電源１を全波整流回路２により整流した電流値がゼロになることを検出巻線Ｌ３により検出して、オア回路ＯＲ１の一方の入力端子から入力される。オア回路ＯＲ１からはハイレベル出力を行い、フリップフロップ制御回路２００のリセット端子Ｒに入力される。フリップフロップ制御回路２００の反転出力端子Ｑ’からハイレベル出力を行い、電界効果トランジスタ５をオンにする。
【００１１】
次に、全波整流回路２の出力端子の電圧を分圧した抵抗Ｒ２及び抵抗Ｒ３間の電位、及びコンデンサ６の電圧を分圧した抵抗Ｒ４及び抵抗Ｒ５間の電位と基準電圧源との誤差電圧を乗算回路１４で乗算する。この乗算した電圧値Ｖｉｎ’と電界効果トランジスタ５の電圧値とをコンパレータＯＰ２で比較し、上記電圧値Ｖｉｎ’が高くなることにより、インダクタＬ２に流れる電流が所定値である全波整流された交流電源１の電流値に達したことを検出して、フリップフロップ制御回路２００の反転出力端子Ｑ’の出力を停止し、電界効果トランジスタ５をオフにする。
【００１２】
このように、電界効果トランジスタ５のオン・オフを繰り返すことにより、コンバータとしての昇圧チョッパ回路２１は昇圧を行うと共に高調波を抑える。そして、インバータ８により高周波に変換して、放電ランプ９１を高周波により点灯させる。
【００１３】
また、インバータ８が発振を停止した場合には、インバータ８の出力がゼロになり、オア回路ＯＲ１の他方の反転入力端子にローレベルの入力を行い、フリップフロップ制御回路２００のリセット端子Ｒに入力される。そして、フリップフロップ制御回路２００の反転出力端子Ｑ’から出力を行い、電界効果トランジスタ５をオン状態にして、コンバータとしての昇圧チョッパ回路２１の出力を停止させる。
【００１４】
以上述べた回路動作により、フリップフロップ制御回路２００でスイッチング素子をオン・オフ発振させ、誘導性素子のエネルギーの蓄積及び放出を行うと共に、高周波発生装置としてのインバータ８の発振を停止させてからコンバータとしての昇圧チョッパ回路２１を停止させることにより、スイッチング素子の負担を軽減することができる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上記第一の従来例において、変換装置の停止作業は、まずインバータ８を停止させ、次にインバータ８の停止によってモータ９が停止したことを上記図１０におけるステップ１で検出してからコンバータを停止させる。しかし、インバータ８が停止してもモータ９は慣性で自走しているため、完全に停止するまで時間がかかる。この間ステップ１では、モータ９は動作状態であると判断する。従って、コンバータも動作状態となり、コンバータはインバータ８が停止しているのにも拘わらず交流電源１から不要なエネルギーを送り続け、その結果、コンバータの出力電圧が上昇して効率が悪くなるという問題点があった。
【００１６】
また、第二の従来例でも、インバータ８が停止するのを検出してからコンバータとしての昇圧チョッパ回路２１の動作を止めるので、信号処理に時間がかかり、その間に電源から不要なエネルギーを送り続けるため、コンバータの出力電圧が上昇するという、第一の従来例と同様の問題点があった。また、高周波発生装置としてのインバータ８内に、インバータ８が停止しているかどうかを検出するための回路が必要であり、コストが高くなるという問題点があった。
【００１７】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、効率が良く且つコストの安い電力変換装置を得ることを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電力変換装置は、交流電源を直流に変換する整流回路及び平滑回路と電源の力率を改善する昇圧回路とからなるコンバータ、このコンバータの出力に接続された変換回路、コンバータ及び変換回路を制御する制御回路、変換回路により駆動される負荷を備えた電力変換装置において、交流電源が給電中であって負荷を正常な運転状態から停止させる際に、コンバータと変換回路とを同時に停止させる信号を制御回路に出力する停止信号発生手段を備えたものである。
【００２０】
また、交流電源を直流に変換する整流回路及び平滑回路と電源の力率を改善する昇圧回路とからなるコンバータ、このコンバータの出力に接続された変換回路、コンバータ及び変換回路を制御する制御回路、変換回路により駆動される負荷を備えた電力変換装置において、コンバータと変換回路とを停止させる信号を制御回路に出力する停止信号発生手段を備え、制御回路は、停止信号発生手段の出力を受けてコンバータを停止させる信号より変換回路を停止させる信号を遅らせる遅延手段を備え、負荷を運転状態から停止させる際に、遅延手段の出力を受けて上記変換回路を停止させるものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本発明と上記二つの従来例との大きな相違点は、従来例はモータや照明などの負荷を停止させる場合、負荷側の停止を検出してからコンバータを停止させていたのに対して、本発明では、負荷側の動作に関係なくコンバータ及びインバータなどの変換回路の動作を同時に停止させる点である。
【００２３】
図１は、この発明の実施の形態１による電力変換装置を示す図である。基本的な構成は、上記第一の従来例と同様である。図において、１は交流電源、２は交流電源１を直流に変換する全波整流回路である。３はリアクトル、４はダイオード、５はトランジスタであり、コンバータとしての昇圧チョッパ回路を構成している。６は平滑用コンデンサ、７は電源電流を検出する電源電流検出素子、８は直流を再び交流に逆変換する変換回路としてのインバータ、９はモータ、１０はモータ９の磁極位置を検出する位置検出回路、１１はインバータ８を制御するインバータ制御手段、１２はインバータ制御手段１１からのドライブ信号を受信しインバータ８に出力するドライバ、１３はコンバータを制御するコンバータ制御手段、１５はインバータ８とコンバータとを同時に停止させるための負荷停止指令信号をインバータ制御手段１１及びコンバータ制御手段１３に出力する停止信号発生手段である。また、２００は位置検出回路１０、インバータ制御手段１１、ドライバ１２、コンバータ制御手段１３で構成された制御回路である。
【００２４】
また図２は、インバータ制御手段１１の構成を示すブロック図である。図において、１１１は速度制御部、１１２はＰＷＭ（パルス幅変調）信号作成部、１１３はコンバータ動作制御部である。
【００２５】
なお、上記第一の従来例では、インバータ制御手段１１の中にコンバータ動作制御部１１３を設けた構成であったが、本実施の形態では、説明を分かり易くするために、コンバータ制御手段１３の中にコンバータ動作制御部１１３を設けた構成となっている。
【００２６】
次に、図１及び図２を参照にして動作について説明する。基本的な動作は上記第一の従来例と同様である。まず、交流電源１は全波整流回路２によって直流に変換され、脈動直流電圧を出力する。出力された脈動直流電圧は、トランジスタ５のスイッチング動作及びリアクトル３のエネルギー蓄積効果により昇圧される。昇圧された脈動直流電圧は平滑用コンデンサ６に供給され安定した直流電圧を出力する。平滑用コンデンサ６から供給される直流電圧は、インバータ８によって任意の交流電圧に変換されモータ９を駆動する。
【００２７】
このとき、位置検出回路１０はモータ９の誘起電圧より磁極位置を検出し、インバータ制御手段１１に出力している。インバータ制御手段１１の速度制御部１１１は、位置検出回路１０からの位置検出信号をもとにモータ９の速度を演算し、速度指令値との偏差に応じて通流率信号及び直流電圧指令を作成して、それぞれＰＷＭ信号作成部１１２及びコンバータ制御手段１３に出力する。ＰＷＭ信号作成部１１２は通流率信号より通流率に応じたドライブ信号を作成する。ドライバ１２はこのドライブ信号に従ってインバータ８を駆動する。また、モータ９を停止させる場合、停止信号発生手段１５から負荷停止指令信号を、ＰＷＭ信号作成部１１２とコンバータ動作制御部１１３とに同時に出力する。
【００２８】
次に、コンバータ動作制御部１１３の動作について説明する。図３は、コンバータ動作制御部１１３の動作手順を示すフローチャートである。上記第一の従来例と異なる点は、モータ９が動作中か否かを検出するステップが無い点である。上記第一の従来例では、モータ９の停止を検出してからコンバータを停止するというシーケンスであるのに対して、本実施の形態では、モータ９の動作とは関係なくインバータ８とコンバータとを同時に停止させるものであるので、モータ９が動作中か否かを検出するステップは必要ない。
【００２９】
最初にステップ１で電源電流検出素子７から電源電流を検出する。次にステップ２で、検出した電源電流とあらかじめ設定されている基準値とを比較し、電源電流が基準値より大きい場合、ステップ３に進みコンバータ停止信号を動作状態（スイッチング動作許可）にする。電源電流が基準値より小さい場合は、ステップ４に進みコンバータ停止信号を停止状態（スイッチング動作停止）で出力する。なお、比較する基準値は昇圧回路が扱える最小入力電流値に設定してある。また、停止信号発生手段１５から負荷停止指令信号が出力されたら、遅滞なくステップ４が実効され、コンバータを停止させる。ここで、負荷停止指令信号は、ＰＷＭ信号作成部１１２へも出力されているので、インバータ８とコンバータとは同時に停止することとなる。
【００３０】
以上のような動作により、モータ負荷が小さく最低入力電力値を下回る場合、コンバータとしての昇圧回路のスイッチング動作を一時停止し、直流電圧の上昇を抑制することができる。また、モータ９を停止させる場合、停止信号発生手段１５からの負荷停止指令信号により、インバータ８とコンバータとを同時に停止させるので、交流電源１からの不要なエネルギー伝送を防ぎ、コンバータの出力電圧の上昇を抑制して電力変換装置の効率を良くすることができる。また、コンバータの停止を速くすることができるため、トランジスタ５におけるスイッチング損失の低減や電磁波発生ノイズの低減を図ることができる。
【００３１】
なお、上記実施の形態１では、変換回路として直流を交流に逆変換するインバータ８を用いた場合について説明したが、これがＤＣ−ＤＣコンバータなどであっても同様の効果を得ることができる。
【００３２】
また、上記実施の形態１では単相のコンバータを示したが、電源系統が例えば３相のような多相からなる場合には多相のコンバータに置き換えて構成しても同様の効果を得ることができる。
【００３３】
また、上記実施の形態１では、コンバータ制御手段１３の中にコンバータ動作制御部１１３を設けた構成としたが、上記第一の従来例のように、インバータ制御手段１１の中にコンバータ動作制御部１１３を設けた構成であっても良いことは言うまでもない。
【００３４】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、上記第一の従来例のように負荷としてモータを設けた装置に本発明を適用した場合について説明したが、上記第二の従来例のような負荷として照明を設けた装置に本発明を適用しても良いことは言うまでもない。この場合、上記図１１において、インバータ８内に設けられたインバータ８が停止しているかどうかを検出するための回路を省略することができる。従って、上記実施の形態１で得られる効果の他に、製作コストが安くなるという効果も得ることができる。
【００３５】
実施の形態３．
上記実施の形態１では、インバータ８とコンバータとを同時に停止させたが、負荷停止指令信号が発生した後、インバータ８によりモータ９をゆっくりと減速させたい場合などにおいては、コンバータを先に停止してからインバータ８を停止させても、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
図４は、この発明の実施の形態３による電力変換装置の制御回路を示す構成図である。図において、１６はインバータ制御手段１１への負荷停止指令信号の出力を遅らせるための遅延回路である。また図５は、遅延回路１６の回路構成を示す図である。図において、１６１は制御回路用電圧源、１６２は抵抗器、１６３はコンデンサ、１６４はダイオード、１６５はＡＮＤ回路でその入力は停止信号発生手段１５に、出力はインバータ制御手段１１に接続される。また図６は、遅延回路１６の動作を説明するための図である。図６（ａ）は上記図５におけるＡ点の信号波形（負荷停止指令信号の波形）、（ｂ）は上記図５におけるＢ点の信号波形、（ｃ）は上記図５におけるＣ点の信号波形である。
【００３７】
次に動作について説明する。まず、停止信号発生手段１５からの負荷停止指令信号が発生していない状態、即ち、負荷停止指令信号がローであるとする。上記図５におけるＡ点がロー状態になることから、ダイオード１６４を介してコンデンサ１６３の電荷を完全に放出するため、Ｂ点の信号もロー状態であり、Ｃ点の信号も同様にロー状態となる。
【００３８】
次に、上記図６に示すように、時刻ｔ０にて負荷停止指令信号が発生、即ち、負荷停止指令信号がローからハイに変わったとする。Ａ点はハイ状態になるため、ダイオード１６４はオフとなる。このとき、制御回路用電圧源は１６１は、抵抗器１６２を介してコンデンサ１６３に充電を始める。
【００３９】
次に、時刻ｔ１にて、ＡＮＤ回路１６５にハイ・ローを決定するスレッシュホールドレベルを超えると、ＡＮＤ回路１６５はＢ点がハイになったと判定し、Ｃ点の信号も同様にハイになる。即ち、負荷停止指令信号であるＡ点の信号と、インバータ制御手段１１に入力されるＣ点の信号との間に遅延が発生する。また、この遅延の時間は、抵抗器１６２とコンデンサ１６３の値により、所望の値に設定される。このようにして、遅延回路１６によりコンバータを先に停止してからインバータ８を停止させることができる。
【００４０】
実施の形態４．
上記実施の形態３では、制御回路２００に遅延回路１６を設けて、コンバータを先に停止してからインバータ８を停止させる構成としたが、停止信号発生手段１５に、コンバータ制御手段１３への負荷停止指令信号よりインバータ制御手段１１への負荷停止指令信号を遅らせるプログラムを組み込んだものでも良い。
【００４１】
図７は、この発明の実施の形態４による電力変換装置の停止信号発生手段及び制御回路を示す構成図である。まず最初に、コンバータを停止させるための信号ｐをコンバータ制御手段１３に出力し、一定時間をおいて、インバータ８を停止させるための信号ｑをインバータ制御手段１１に出力するといったプログラムを停止信号発生手段１５に入力しておけば、上記実施の形態３と同様の効果が得られる。
【００４２】
実施の形態５．
上記実施の形態１から３において、停止信号発生手段としてマイコン、ＤＳＰ（ディジタル・シグナル・プロセッサ）、リモコンなどで構成すれば所期の目的を達成することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように請求項１記載の発明によれば、コンバータと変換回路とを同時に停止させる信号を制御回路に出力する停止信号発生手段を備えたので、効率が良く且つコストの安い電力変換装置を得る効果がある。
【００４５】
また、請求項２記載の発明によれば、コンバータと変換回路とを停止する信号を制御回路に出力する停止信号発生手段を備え、制御回路は、停止信号発生手段の出力を受けてコンバータを停止させる信号より変換回路を停止させる信号を遅らせる遅延手段を備え、負荷を運転状態から停止させる際に、遅延手段の出力を受けて上記変換回路を停止させるので、効率が良く且つコストの安い電力変換装置を得る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による電力変換装置を示す構成図である。
【図２】  この発明の実施の形態１による電力変換装置のインバータ制御手段を示すブロック図である。
【図３】  この発明の実施の形態１による電力変換装置のコンバータ動作制御部の動作手順を示すフローチャートである。
【図４】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の制御回路を示す構成図である。
【図５】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の遅延回路を示す回路図である。
【図６】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の遅延回路の動作を示す図である。
【図７】  この発明の実施の形態４による電力変換装置の遅延手段を示す構成図である。
【図８】  従来の電力変換装置を示す構成図である。
【図９】  従来の電力変換装置のインバータ制御手段を示すブロック図である。
【図１０】  従来の電力変換装置のコンバータ動作制御部の動作手順を示すフローチャートである。
【図１１】  従来の別の電力変換装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１  交流電源、２  全波整流回路、３  リアクトル、４  ダイオード、５  トランジスタ、６  平滑コンデンサ、７  電源電流検出素子、８  インバータ、９  モータ、１０  位置検出回路、１１  インバータ制御手段、１２  ドライバ、１３  コンバータ制御手段、１４  乗算回路、１５  停止信号発生手段、１６  遅延回路、１１１  速度制御部、１１２  ＰＷＭ信号作成部、１１３  コンバータ動作制御部、２００  制御回路
【図１】
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【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】
0003872172.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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