(57)【要約】【課題】リアクトルを介して負荷に供給される電力が急に遮断されることを回避し、負荷に損害が発生するのを防止することを可能とする。【解決手段】電力制御装置１は、リアクトル１２を介して、負荷２に対して一定の電力を出力する電力変換器１１と、リアクトル１２の温度を検出する温度検出器１５と、電力変換器１１によって出力された電流の電流値を検出する電流検出器１３と、電流値に関連付けて、リアクトル１２の温度の時間変化をあらかじめ記憶する運転可能時間記憶部２２と、運転可能時間記憶部２２に記憶されている時間変化及び終了処理時間ｔｓｐに基づいて、終了処理開始温度Ｔｅを設定する設定部２５と、温度検出器１５によって検出された温度が、終了処理開始温度Ｔｅに到達すると、負荷２に終了処理を開始させると判定し、運転終了指令を負荷２に出力する運転継続判定部２３と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リアクトルを介して、負荷に対して一定の電力を出力する電力変換器と、
前記リアクトルの温度を検出する温度検出器と、
前記電力変換器によって出力された電流の電流値を検出する電流検出器と、
電流値に関連付けて、前記リアクトルの温度の時間変化をあらかじめ記憶する運転可能時間記憶部と、
前記運転可能時間記憶部に記憶されている前記時間変化、及び前記負荷が終了処理を開始してから終了するまでの終了処理時間に基づいて、前記負荷に終了処理を開始させる終了処理開始温度を設定する設定部と、
前記温度検出器によって検出された前記温度が、前記終了処理開始温度に到達すると、前記負荷に終了処理を開始させると判定し、運転終了指令を前記負荷に出力する運転継続判定部と、
を備えることを特徴とする電力制御装置。
【請求項２】
前記運転継続判定部は、前記温度検出器によって検出された前記リアクトルの温度が所定の設定温度となった時刻からの経過時間が、前記時間変化によって算出される運転可能時間を超えていない場合に運転指令を前記電力変換器に出力し、前記運転可能時間を超えている場合に前記運転指令を前記電力変換器に出力せず、
前記運転可能時間は、前記リアクトルの温度の時間変化から算出される、前記リアクトルの温度が、前記リアクトルを冷却する冷却装置が正常に動作している場合の最高温度より高く、前記リアクトルが焼損しない温度の上限である限界温度より低い所定の設定温度から、前記限界温度に到達するまでの時間であることを特徴とする請求項１に記載の電力制御装置。
【請求項３】
前記終了処理開始温度は、前記運転可能時間記憶部に記憶されている前記温度の時間変化から算出された前記温度の時間変化率に、前記終了処理時間を乗じた値を、前記限界温度から減算した温度であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力制御装置。
【請求項４】
前記負荷が終了処理を開始してから終了するまでの終了処理時間を前記負荷に関連付けてあらかじめ記憶する終了処理時間記憶部をさらに備え、
前記設定部は、前記終了処理時間記憶部に記憶されている前記終了処理時間に基づいて前記終了処理開始温度を設定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電力制御装置。
【請求項５】
前記運転可能時間は、前記リアクトルの温度の時間変化を表す曲線の近似直線を用いて算出されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リアクトルを有する電力制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、モーター等の負荷に電力を供給するために、インバータ等の電力変換器が直流電力を交流電力に変換する。
【０００３】
このとき、電力変換器によって変換された交流電力の高調波を低減するためにリアクトルを用いることが知られている。リアクトルは、磁性体で構成されたコアの周囲に巻き回された巻線によって構成されている。リアクトルは電流が流れることによって発熱するために温度が上昇し、巻線が焼損してしまうことがある。
【０００４】
このようなコイルの焼損を回避するために、冷却装置がリアクトルを冷却することにより、リアクトル温度が、コイルの焼損を及ぼさずに使用できる限界温度まで上昇するのを防いでいる。しかし、冷却装置が故障等の何らかの理由で正常に動作しないという状況が発生した場合、リアクトルの温度上昇を防ぐことができなくなる。
【０００５】
そこで、特許文献１に記載の電力制御装置は、冷却装置が正常に動作しない場合には、電力制御装置内の温度が限界温度以上になると動作を停止する。
【０００６】
図３を参照して、このような従来技術の例である電力制御装置３について説明する。
【０００７】
電力制御装置３では、電力変換器１１がリアクトル１２を介して負荷２へ一定の電力を供給する。また、電流検出器１３が電力変換器１１から出力された電流の電流値を検出して、検出した電流値を電力変換器１１にフィードバックする。このとき、上述のようにリアクトル１２は、電力変換器１１から入力された電流によって発熱する。そこで、冷却装置１４がリアクトル１２を冷却することで、リアクトル１２の温度が限界温度に達するのを防ぎ、電力制御装置３がリアクトル１２を介して負荷２へ電力を供給し続けることができる。
【０００８】
このような電力制御装置３において、なんらかの理由で冷却装置１４が正常に動作しなくなった場合に、リアクトル１２を介して負荷２へ電力を供給し続ける、すなわちリアクトル１２に電流が流れ続けると、リアクトル１２の温度は限界温度に達する。これを回避するために、温度検出器１５がリアクトル１２の温度を測定し、温度異常判定器１６が、温度検出器１５によって測定されたリアクトル１２の温度が限界温度に達しているかを判定する。そして、リアクトル１２の温度が限界温度以上と判定された場合、運転指令有効／無効切換接点１７が電力変換器１１に対して運転指令を出力しない。これによって、電力変換器１１がリアクトル１２を介した負荷２への電力供給が停止される。このためリアクトル１２の温度が限界温度に達するのを回避でき、リアクトル１２の巻線が焼損するのを防ぐことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−１６１８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記のような従来技術では、負荷への電力供給中に冷却装置が正常に動作しなくなった場合に、リアクトルの温度は発熱により限界温度に達すると、電力制御装置によって負荷へ供給される電力が急に遮断される。そのため、負荷は所定の終了処理を経て終了することができず、負荷に損害が発生することがある。
【００１１】
かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、リアクトルを介して負荷に供給される電力が急に遮断されることを回避し、負荷に損害が発生するのを防止することができる電力制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決すべく、本発明に係る電力制御装置は、リアクトルを介して、負荷に対して一定の電力を出力する電力変換器と、前記リアクトルの温度を検出する温度検出器と、前記電力変換器によって出力された電流の電流値を検出する電流検出器と、電流値に関連付けて、前記リアクトルの温度の時間変化をあらかじめ記憶する運転可能時間記憶部と、前記運転可能時間記憶部に記憶されている前記時間変化、及び前記負荷が終了処理を開始してから終了するまでの終了処理時間に基づいて、前記負荷に終了処理を開始させる終了処理開始温度を設定する設定部と、前記温度検出器によって検出された前記温度が、前記終了処理開始温度に到達すると、前記負荷に終了処理を開始させると判定し、運転終了指令を前記負荷に出力する運転継続判定部と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る電力制御装置において、前記運転継続判定部は、前記温度検出器によって検出された前記リアクトルの温度が所定の設定温度となった時刻からの経過時間が、前記時間変化によって算出される運転可能時間を超えていない場合に運転指令を前記電力変換器に出力し、前記運転可能時間を超えている場合に前記運転指令を前記電力変換器に出力せず、前記運転可能時間は、前記リアクトルの温度の時間変化から算出される、前記リアクトルの温度が、前記リアクトルを冷却する冷却装置が正常に動作している場合の最高温度より高く、前記リアクトルが焼損しない温度の上限である限界温度より低い所定の設定温度から、前記限界温度に到達するまでの時間であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る電力制御装置において、前記終了処理開始温度は、前記運転可能時間記憶部に記憶されている前記温度の時間変化から算出された前記温度の時間変化率に、前記終了処理時間を乗じた値を、前記限界温度から減算した温度であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る電力制御装置において、前記負荷が終了処理を開始してから終了するまでの終了処理時間を前記負荷に関連付けてあらかじめ記憶する終了処理時間記憶部をさらに備え、前記設定部は、前記終了処理時間記憶部に記憶されている前記終了処理時間に基づいて前記終了処理開始温度を設定することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る電力制御装置において、前記運転可能時間は、前記リアクトルの温度の時間変化を表す曲線の近似直線を用いて算出されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、リアクトルを介して負荷に供給される電力が急に遮断されることを回避し、負荷に損害が発生するのを防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態に係る電力制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】リアクトルの温度の時間変化を示すグラフである。
【図３】従来技術における電力制御装置の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、本実施形態に係る電力制御装置１の構成例を示すブロック図である。図１に示す例では、電力制御装置１は、電力変換器１１、リアクトル１２、電流検出器１３、冷却装置１４、温度検出器１５、タイマー２１、運転可能時間記憶部２２、運転継続判定部２３、終了処理時間記憶部２４、及び設定部２５を備える。また、電力制御装置１は負荷２に接続される。
【００２１】
電力変換器１１は、不図示の直流電源に接続され、直流電源から入力された直流電力を一定の交流電力に変換する、例えばインバータであり、変換された一定の交流電力を、リアクトル１２を介して負荷２に供給する。
【００２２】
リアクトル１２は、電力変換器１１と負荷２の間に接続される。
【００２３】
電流検出器１３は、電力変換器１１によって出力され、リアクトル１２に入力する電流の電流値を検出する。また、電流検出器１３は、検出した電流値を運転継続判定部２３に送信する。また、電流検出器１３は、電力変換器１１が出力する電流を制御するように、検出した電流値を電力変換器１１に送信する。
【００２４】
冷却装置１４は、リアクトル１２を冷却することによってリアクトル１２の温度上昇を抑制する。冷却装置１４は、任意の公知の方法によってリアクトル１２を冷却し、例えば、水冷によってリアクトル１２を冷却してもよいし、空冷によってリアクトル１２を冷却してもよい。
【００２５】
温度検出器１５は、リアクトル１２の温度を検出する。そして、温度検出器１５は、検出した温度が予め設定されている設定温度Ｔ０になるとその旨を表す温度加熱信号をタイマー２１及び運転継続判定部２３に送信する。設定温度Ｔ０とは、冷却装置１４が正常に動作している場合のリアクトル１２の最高温度Ｔｍａｘより高く、リアクトル１２が焼損しない温度の上限である限界温度Ｔｔｏｐより低い、所定の温度である。
【００２６】
なお、温度検出器１５は、リアクトル１２が予め設定した所定の温度に到達したことを検出するものであってもよいし、リアクトル１２の温度を測定するものであってもよい。
【００２７】
タイマー２１は、温度検出器１５によって送信された温度加熱信号を受信すると、受信してからの時刻を計測して運転継続判定部２３に時刻を表す時刻信号を送信する。
【００２８】
運転可能時間記憶部２２は、電流検出器１３によって検出される電流値ごとに、リアクトル１２の温度の時間変化をあらかじめ記憶する。
【００２９】
図２を参照して、運転可能時間記憶部２２に記憶されている、リアクトル１２の温度の時間変化の例を説明する。リアクトル１２に入力される電流値、すなわち電流検出器１３から送信された電流値信号が表す電流値がＩ１である場合、図２の「電流Ｉ１」で示される点線がリアクトル１２の温度の時間変化である。また、実線（１）は、この温度変化を表す曲線の近似直線である。この近似直線に基づいてリアクトル１２は時刻ｔ１以降に限界温度Ｔｔｏｐに到達すると推定される。
【００３０】
同様にして、リアクトル１２に入力される電流値、すなわち電流検出器１３から送信された電流値信号が表す電流値がＩ２である場合、図２の「電流Ｉ２」で示される点線がリアクトル１２の温度の時間変化である。また、実線（２）は、この温度変化を表す曲線の近似直線である。この近似直線に基づいてリアクトル１２は時刻ｔ２以降に限界温度Ｔｔｏｐに到達すると推定される。
【００３１】
また、リアクトル１２に入力される電流値、すなわち電流検出器１３から送信された電流値信号が表す電流値がＩ３である場合、図２の「電流Ｉ３」で示される点線がリアクトル１２の温度の時間変化である。この場合、リアクトル１２に電流が流れ続けても限界温度Ｔｔｏｐには到達しないと推定される。
【００３２】
運転継続判定部２３は、温度検出器１５によって送信された温度加熱信号を受信すると、電流検出器１３が検出した電流値に対応付けて運転可能時間記憶部２２にあらかじめ記憶されているリアクトル１２の温度の時間変化に基づいて、限界温度Ｔｔｏｐに到達するまでの運転可能時間ｔを算出する。具体的には、運転継続判定部２３は、温度の時間変化が表す曲線の近似直線を算出し、この近似直線に基づいてリアクトル１２は運転可能時間ｔ以降に限界温度Ｔｔｏｐに到達すると算出する。
【００３３】
そして、運転継続判定部２３は、タイマー２１によって送信された、設定温度Ｔ０となった時刻からの経過時間が、運転可能時間記憶部２２に記憶されている温度の時間変化によって算出された運転可能時間ｔを超えているか否かを判定する。経過時間が運転可能時間ｔを超えていない場合、運転継続判定部２３は運転指令を電力変換器１１に出力する。また、経過時間が運転可能時間ｔを超えている場合、運転継続判定部２３は運転指令を電力変換器１１に出力しない。
【００３４】
図２に示す例を用いて説明すると、運転継続判定部２３は、電流検出器１３が検出した電流値がＩ１である場合、電流Ｉ１で示される温度の時間変化を示す曲線の近似直線（実線（１）参照）を用いてリアクトル１２の温度が、限界温度Ｔｔｏｐに到達する時刻をｔ１と算出する。そして、運転継続判定部２３は、時刻ｔ１となるまで電力変換器１１に運転指令を出力し、時刻ｔ１になると運転指令の出力を停止する。
【００３５】
また、電流検出器１３が検出した電流値がＩ２である場合、電流Ｉ２で示される温度の時間変化を示す曲線の近似直線（実線（２）参照）を用いてリアクトル１２の温度が、限界温度Ｔｔｏｐに到達する時刻をｔ２と算出する。そして、運転継続判定部２３は、時刻ｔ２となるまで電力変換器１１に運転指令を出力する。時刻ｔ２になると運転指令の出力を停止する。
【００３６】
なお、電流検出器１３が検出した電流値がＩ３である場合、上述のようにリアクトル１２の温度は限界温度Ｔｔｏｐに到達しないため、電力変換器１１が動作を継続してもリアクトル１２の巻線が焼損することはないので、運転継続判定部２３は、運転指令を電力変換器１１に出力し続ける。
【００３７】
また、運転継続判定部２３は、温度検出器１５によって検出されたリアクトル１２の温度が終了処理開始温度Ｔｅに到達すると、運転終了指令を負荷２に出力する。この運転終了指令を受けた負荷２は、予め定められている終了処理を経て、終了処理開始温度Ｔｅに到達してから終了処理時間ｔｓｐ後に運転を終了する。なお、終了処理開始温度Ｔｅについては、以降の設定部２５の構成で詳細に説明する。
【００３８】
終了処理時間記憶部２４は、負荷２に関連付けて、負荷２が終了処理を開始してから終了するまでの時間である終了処理時間ｔｓｐをあらかじめ記憶する。
【００３９】
設定部２５は、電流検出器１３によって検出された電流値に基づいて、運転可能時間記憶部２２に記憶されているリアクトル１２の温度の時間変化を用いて終了処理開始温度Ｔｅを算出し、温度検出器１５に設定する。終了処理開始温度Ｔｅとは、リアクトル１２がこの温度に到達してから負荷２が終了処理を開始した場合、リアクトル１２の温度が限界温度Ｔｔｏｐに到達するまでに負荷２が終了処理を終了することのできる温度である。
【００４０】
ここで、終了処理開始温度Ｔｅを算出するための設定部２５の構成について詳細に説明する。
【００４１】
設定部２５は、電流検出器１３によって検出された電流値Ｉを受信し、運転可能時間記憶部２２に対応付けて記憶されているリアクトル１２の温度の時間変化に基づいて、リアクトル１２の温度が設定温度Ｔ０から限界温度Ｔｔｏｐに変化するまでの運転可能時間ｔを算出する。そして、設定部２５は設定温度Ｔ０、限界温度Ｔｔｏｐ、及び運転可能時間ｔに基づいて、式（１）で示すように温度の時間変化率ＫＴＩを算出する。
【００４２】
ＫＴＩ＝（Ｔｔｏｐ−Ｔ０）／ｔ                                        （１）
【００４３】
そして、設定部２５は、時間変化率ＫＴＩ、限界温度Ｔｔｏｐ、及び負荷２に関連付けて終了処理時間記憶部２４に予め記憶されている終了処理時間ｔｓｐに基づき、式（２）で示すように時間変化率ＫＴＩに、終了処理時間ｔｓｐを乗じた値を、限界温度Ｔｔｏｐから減算して終了処理開始温度Ｔｅを算出する。
【００４４】
Ｔｅ＝Ｔｔｏｐ−ＫＴＩ×ｔｓｐ                                        （２）
【００４５】
図２に示す例で説明すると、電流検出器１３によって検出された電流値がＩ１である場合にリアクトル１２の温度が設定温度Ｔ０から限界温度Ｔｔｏｐに変化するまでの時間がｔ１であるため、設定部２５は、リアクトル１２の温度の時間変化率ＫＴＩ１を式（３）のように算出する。
【００４６】
ＫＴＩ１＝（Ｔｔｏｐ−Ｔ０）／ｔ１                                    （３）
【００４７】
そして、設定部２５は、電流Ｉ１での時間変化率ＫＴＩ１、限界温度Ｔｔｏｐ、及び負荷２に応じて予め定められている終了処理時間ｔｓｐに基づいて、電流Ｉ１での終了処理開始温度Ｔｅ１を式（４）で示すように、時間変化率ＫＴＩ１に、終了処理時間ｔｓｐを乗じた値を、限界温度Ｔｔｏｐから減算して算出する。
【００４８】
Ｔｅ１＝Ｔｔｏｐ−ＫＴＩ１×ｔｓｐ                                    （４）
【００４９】
以上のように、本実施形態によれば、設定部２５が、リアクトル１２の温度の時間変化、及び負荷２の終了処理時間ｔｓｐに基づいて、負荷２に終了処理を開始させる終了処理開始温度Ｔｅを設定し、運転継続判定部２３が、リアクトル１２の温度が終了処理開始温度Ｔｅに到達すると運転終了指令を負荷２に出力する。このため、リアクトル１２が限界温度Ｔｔｏｐに到達したときに、負荷２は急に電力の供給を遮断されて終了するのではなく、所定の処理を経て終了することができる。したがって、電力の供給が遮断されたことによる負荷２の損害の発生を防止することができる。
【００５０】
また、本実施形態によれば、リアクトル１２の温度が設定温度Ｔ０となった時刻からの経過時間が、運転可能時間ｔを超えていない場合に運転指令を電力変換器１１に出力し、運転可能時間ｔを超えている場合に運転指令を電力変換器１１に出力しない。すなわち、運転可能時間ｔを算出して、設定温度Ｔ０になってからの経過時間が運転可能時間ｔを超えたときに運転指令の出力を停止する。このため、リアクトル１２の温度が限界温度Ｔｔｏｐを超える前に確実に電力変換器１１を停止することができ、リアクトル１２の巻線の焼損を確実に防ぐことが可能となる。
【００５１】
また、本実施形態によれば、運転可能時間ｔは、リアクトル１２の温度の時間変化を表す曲線の近似直線を用いて算出されるため、運転継続判定部２３は、実際に限界温度Ｔｔｏｐに到達するより前に電力変換器１１への運転指令の出力を停止する。そのため、より確実に電力変換器１１は動作を停止することができ、これにより、より確実にリアクトル１２の焼損を防ぐことができる。
【００５２】
本実施形態においては、運転継続判定部２３が、運転可能時間記憶部２２に記憶されているリアクトル１２の温度の時間変化に基づいて運転可能時間ｔを算出するが、この限りではない。例えば、運転可能時間記憶部２２が、実験等により予め決定された運転可能時間を記憶してもよい。
【００５３】
本実施形態においては、運転可能時間記憶部２２がリアクトル１２の温度の時間変化を記憶し、運転継続判定部２３が運転可能時間ｔを算出するがこの限りではない。例えば、運転可能時間記憶部２２が、実験等により決定されたリアクトル１２の温度の時間変化に基づいてあらかじめ算出された運転可能時間ｔを記憶してもよい。
【００５４】
本発明を図面及び実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形または修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形または修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各ブロック、に含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数のブロックを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１    電力制御装置
２    負荷
１１  電力変換器
１２  リアクトル
１３  電流検出器
１４  冷却装置
１５  温度検出器
２１  タイマー
２２  運転可能時間記憶部
２３  運転継続判定部
２４  終了処理時間記憶部
２５  設定部
【図１】
2017175728.tif 000003
【図２】
2017175728.tif 000004
【図３】
2017175728.tif 000005