(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号によりオン・オフ制御されるスイッチングデバイスをオン状態に制御する時に発光するとともに前記スイッチングデバイスをオフ状態に制御する時に消光して前記スイッチングデバイスに対する指令信号を発生する指令信号用発光素子と、
前記スイッチングデバイスがオン状態にある時に消光するとともに前記スイッチングデバイスがオフ状態にある時に発光して返送信号を発生する返送信号用発光素子と、
前記返送信号用発光素子が発生した返送信号を監視して故障を検出する故障検出手段と、
前記故障検出手段の動作を無効とする故障検出制御手段と、
前記返送信号用発光素子を消光させる消光制御手段とを備え、
前記スイッチングデバイスを有する電力変換装置が一定時間以上運転を停止するとき、
前記故障検出制御手段が前記故障検出手段の動作を無効とした後、
前記消光制御手段が前記返送信号用発光素子を消光させることを特徴とする点消弧監視装置。
【請求項２】
前記電力変換装置が一定時間以上運転を停止した後運転を再開する前に、
前記消光制御手段が前記返送信号用発光素子の消光を解除し、
前記故障検出制御手段が前記故障検出手段の動作の無効を解除して、
前記故障検出手段が故障検出を行うことを特徴とする請求項１に記載の点消弧監視装置。
【請求項３】
光信号によりオン・オフ制御されるスイッチングデバイスを備えた電力変換装置において、
前記スイッチングデバイスをオン状態に制御する時に発光するとともに前記スイッチングデバイスをオフ状態に制御する時に消光して前記スイッチングデバイスに対する指令信号を発生する指令信号用発光素子と、
前記スイッチングデバイスがオン状態にある時に消光するとともに前記スイッチングデバイスがオフ状態にある時に発光して返送信号を発生する返送信号用発光素子と、
前記返送信号用発光素子が発生した返送信号を監視して故障を検出する故障検出手段と、
前記故障検出手段の動作を無効とする故障検出制御手段と、
前記返送信号用発光素子を消光させる消光制御手段とを備え、
前記電力変換装置が一定時間以上運転を停止するとき、
前記故障検出制御手段が前記故障検出手段の動作を無効とした後、
前記消光制御手段が前記返送信号用発光素子を消光させる点消弧監視装置を設けたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
前記点消弧監視装置は、
前記電力変換装置が一定時間以上運転を停止した後運転を再開する前に、
前記消光制御手段が前記返送信号用発光素子の消光を解除し、
前記故障検出制御手段が前記故障検出手段の動作の無効を解除して、
前記故障検出手段が故障検出を行うことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号によりオン・オフ制御されるスイッチングデバイスの動作を監視する点消弧監視装置及びそれを備えた電力変換装置に係り、特に電力変換装置が長時間運転を停止する場合に好適な点消弧監視装置及びそれを備えた電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光信号によりオン・オフ制御されるスイッチングデバイスを用いた電力変換装置では、光信号を発生する発光素子の故障や光信号を伝送する光伝送路の断線等による事故を防止するため、スイッチングデバイスの動作を監視する点消弧監視装置が設けられる。
【０００３】
図３は、従来の電力変換装置のブロック図である。点消弧監視装置は、電力変換装置の制御装置側に設けられた制御装置側監視装置１０ｃと、スイッチングデバイス３０側に設けられたデバイス側監視装置１０ｂとから構成される。制御装置側監視装置１０ｃは、スイッチングデバイス３０をオン・オフ制御する指令信号を発生する指令信号用ＬＥＤ（発光ダイオード）１３、指令信号用ＬＥＤ１３を駆動するＬＥＤ駆動回路１２、デバイス側監視装置１０ｂからの返送信号を監視して故障を検出する故障検出回路１６、及びこれらを制御するＣＰＵ１１を備える。デバイス側監視装置１０ｂは、返送信号を発生する返送信号用ＬＥＤ１５、及び返送信号用ＬＥＤ１５を駆動するＬＥＤ駆動回路１４を備える。
【０００４】
電力変換装置の運転時、制御装置側監視装置１０ｃのＬＥＤ駆動回路１２はＣＰＵ１１の制御により指令信号用ＬＥＤ１３を駆動し、指令信号用ＬＥＤ１３はスイッチングデバイス３０をオン状態に制御する時に発光するとともにオフ状態に制御する時に消光してスイッチングデバイス３０に対する指令信号を発生する。指令信号用ＬＥＤ１３からの指令信号は、指令信号用光ファイバ２０を通ってスイッチングデバイス３０へ伝送される。スイッチングデバイス３０は、指令信号に従ってオン状態又はオフ状態に制御される。デバイス側監視装置１０ｂのＬＥＤ駆動回路１４は、スイッチングデバイス３０がオン状態にある時は返送信号用ＬＥＤ１５を消光させ、スイッチングデバイス３０がオフ状態にある時は返送信号用ＬＥＤ１５を発光させて返送信号を発生させる。
【０００５】
返送信号用ＬＥＤ１５からの出力光は、スイッチングデバイス３０のオフ状態に対応する返送信号として、返送信号用光ファイバ４０を通って制御装置側監視装置１０ｃの故障検出回路１６へ伝送される。故障検出回路１６は、ＣＰＵ１１の制御により、返送信号を監視し、制御装置側監視装置１０ｃからスイッチングデバイス３０をオン状態に制御する指令信号を発生した時は返送信号用ＬＥＤ１５からの出力光が検出されないことで正常と認識し、スイッチングデバイス３０をオフ状態に制御する指令信号を発生した時は返送信号用ＬＥＤ１５からの出力光が検出されることで正常と認識する。
【０００６】
図４は、従来の電力変換装置の動作を説明するタイミングチャートである。指令信号用ＬＥＤの発光時は返送信号用ＬＥＤが消光し、指令信号用ＬＥＤの消光時は返送信号用ＬＥＤが発光する。なお、電力変換装置では、通常、運転時はスイッチングデバイスが非常に短い時間間隔で点弧・消弧を交互に行ってオン状態・オフ状態を交互に繰り返すように制御されるものであり、これに対応して、指令信号用ＬＥＤおよび返送信号用ＬＥＤも時間的に非常に小刻みに発光・消光を繰り返す。一方、運転停止中は、スイッチングデバイスが常にオフ状態にあるように制御される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の点消弧監視装置は、フェイルセイフの観点から、スイッチングデバイスがオン状態にある時は返送信号用ＬＥＤを発光させず、スイッチングデバイスがオフ状態にある時は常に返送信号用ＬＥＤを発光させていた。従って、電力変換装置の運転停止中は、常にスイッチングデバイスがオフ状態にあることから、常に返送信号用ＬＥＤが発光した状態となる。これにより、運転停止中に指令信号用ＬＥＤ又は返送信号用ＬＥＤの故障や、指令信号用光ファイバ又は返送信号用光ファイバの断線等が発生しても、運転再開前に故障を検出して事故を未然に防止することができる。
【０００８】
しかしながら、夜間の運転停止や、電気料金の安い夜間に運転して昼間は運転を停止するなど、電力変換装置が長時間運転を停止している間も、常に返送信号用ＬＥＤを発光させているため、返送信号用ＬＥＤの方が指令信号用ＬＥＤに比べてその発光素子としての寿命がより早く低下するという問題があった。
【０００９】
一般に発光素子としては発光ダイオードが使用されるが、発光ダイオードの寿命は使用時間や温度等で変化するため、定期的に光量を検査して光量が低下してきたら交換しなければならない。このため、装置の保守の面から、返送信号用の発光ダイオードの寿命を指令信号用の発光ダイオードの寿命と同程度にすることが望まれる。
【００１０】
本発明は、返送信号を発生する発光素子の寿命低下を防止することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る点消弧監視装置は、光信号によりオン・オフ制御されるスイッチングデバイスをオン状態に制御する時に発光するとともにスイッチングデバイスをオフ状態に制御する時に消光してスイッチングデバイスに対する指令信号を発生する指令信号用発光素子と、スイッチングデバイスがオン状態にある時に消光するとともにスイッチングデバイスがオフ状態にある時に発光して返送信号を発生する返送信号用発光素子と、返送信号用発光素子が発生した返送信号を監視して故障を検出する故障検出手段と、故障検出手段の動作を無効とする故障検出制御手段と、返送信号用発光素子を消光させる消光制御手段とを備え、スイッチングデバイスを有する電力変換装置が一定時間以上運転を停止するとき、故障検出制御手段が故障検出手段の動作を無効とした後、消光制御手段が返送信号用発光素子を消光させるものである。電力変換装置が長時間運転を停止するとき、返送信号用発光素子は、消光制御手段により消光され寿命が低下しない。このとき、故障検出制御手段が故障検出手段の動作を無効とするので、点消弧監視装置は返送信号が検出されなくても故障と判断しない。
【００１２】
また、本発明に係る点消弧監視装置は、光信号によりオン・オフ制御されるスイッチングデバイスを有する電力変換装置が一定時間以上運転を停止した後運転を再開する前に、消光制御手段が返送信号用発光素子の消光を解除し、故障検出制御手段が故障検出手段の動作の無効を解除して、故障検出手段が故障検出を行うものである。これにより、電力変換装置が長時間運転を停止していた間に発光素子の故障や光伝送路の断線等が発生しても、運転再開前に故障を検出して事故を未然に防止する。
【００１３】
本発明に係る電力変換装置は、光信号によりオン・オフ制御されるスイッチングデバイスを備えた電力変換装置に、上述の点消弧監視装置を設けたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。図１は、本発明の一実施の形態による電力変換装置のブロック図である。本実施の形態の点消弧監視装置は、電力変換装置の制御装置側に設けられた制御装置側監視装置１０ａと、スイッチングデバイス３０側に設けられたデバイス側監視装置１０ｂとから構成される。制御装置側監視装置１０ａは、スイッチングデバイス３０をオン・オフ制御する指令信号を発生する指令信号用ＬＥＤ（発光ダイオード）１３、指令信号用ＬＥＤ１３を駆動するＬＥＤ駆動回路１２、デバイス側監視装置１０ｂからの返送信号を監視して故障を検出する故障検出回路１６、故障検出回路１６の動作を無効とする故障検出制御回路１８、デバイス側監視装置１０ｂの返送信号用ＬＥＤ１５を消光させるＬＥＤ消光制御回路１７、及びこれらを制御するＣＰＵ１１を備える。デバイス側監視装置１０ｂは、返送信号を発生する返送信号用ＬＥＤ１５、及び返送信号用ＬＥＤ１５を駆動するＬＥＤ駆動回路１４を備える。
【００１５】
電力変換装置の運転時、制御装置側監視装置１０ａのＬＥＤ駆動回路１２はＣＰＵ１１の制御により指令信号用ＬＥＤ１３を駆動し、指令信号用ＬＥＤ１３はスイッチングデバイス３０をオン状態に制御する時に発光するとともにオフ状態に制御する時に消光してスイッチングデバイス３０に対する指令信号を発生する。指令信号用ＬＥＤ１３からの指令信号は、指令信号用光ファイバ２０を通ってスイッチングデバイス３０へ伝送される。スイッチングデバイス３０は、指令信号に従ってオン状態又はオフ状態に制御される。デバイス側監視装置１０ｂのＬＥＤ駆動回路１４は、スイッチングデバイス３０がオン状態にある時は返送信号用ＬＥＤ１５を消光させ、スイッチングデバイス３０がオフ状態にある時は返送信号用ＬＥＤ１５を発光させて返送信号を発生させる。
【００１６】
返送信号用ＬＥＤ１５からの出力光は、スイッチングデバイス３０のオフ状態に対応する返送信号として、返送信号用光ファイバ４０を通って制御装置側監視装置１０ａの故障検出回路１６へ伝送される。故障検出回路１６は、故障検出制御回路１８を介してＣＰＵ１１の制御により、返送信号を監視し、制御装置側監視装置１０ａからスイッチングデバイス３０をオン状態に制御する指令信号を発生した時は返送信号用ＬＥＤ１５からの出力光が検出されないことで正常と認識し、スイッチングデバイス３０をオフ状態に制御する指令信号を発生した時は返送信号用ＬＥＤ１５からの出力光が検出されることで正常と認識する。
【００１７】
次に、電力変換装置が一定時間以上運転を停止し、その後運転を再開するときの動作について説明する。図２は、本発明の一実施の形態による電力変換装置の動作を説明するタイミングチャートである。
【００１８】
電力変換装置が一定時間以上運転を停止するとき、制御装置側監視装置１０ａの故障検出制御回路１８は、ＣＰＵ１１の制御により、故障検出回路１６の動作を無効とする故障検出マスク信号を故障検出回路１６へ出力する（図２（ｃ））。これにより、故障検出回路１６は、故障検出を行わない。続いて、ＬＥＤ消光制御回路１７は、ＣＰＵ１１の制御により、返送信号用ＬＥＤ１５を消光させるＬＥＤ消光信号をＬＥＤ駆動回路１４へ出力する（図２（ｄ））。これによりＬＥＤ駆動回路１４は、返送信号用ＬＥＤ１５を消光させる（図２（ｅ））。
【００１９】
電力変換装置が運転を再開するとき、ＬＥＤ消光制御回路１７は、ＣＰＵ１１の制御により、ＬＥＤ消光信号の出力を停止して、返送信号用ＬＥＤ１５の消光を解除する（図２（ｄ））。これによりＬＥＤ駆動回路１４は、返送信号用ＬＥＤ１５を発光させる（図２（ｅ））。続いて、故障検出制御回路１８は、ＣＰＵ１１の制御により、故障検出マスク信号の出力を停止して、故障検出回路１６の動作の無効を解除する（図２（ｃ））。故障検出回路１６は、故障検出制御回路１８を介してＣＰＵ１１の制御により、返送信号を監視し、故障検出を行う。ＣＰＵ１１は、事故診断モードをオンにして故障検出回路１６の検出結果の判定を行い（図２（ｆ））、異常がなければ運転を再開する。
【００２０】
本実施の形態によれば、電力変換装置が長時間運転を停止するとき返送信号用ＬＥＤ１５は消光されるので、返送信号用ＬＥＤ１５の寿命低下を防止することができる。従って、返送信号用ＬＥＤ１５の寿命を指令信号用ＬＥＤ１３の寿命と同程度にすることができる。
【００２１】
また、本実施の形態によれば、故障検出回路１６の動作を無効とした後に返送信号用ＬＥＤ１５を消光させるので、点消弧監視装置は電力変換装置が長時間運転を停止するとき返送信号用ＬＥＤ１５からの出力光が検出されなくても故障と判断しない。
【００２２】
さらに、本実施の形態によれば、電力変換装置が長時間運転を停止した後運転を再開する前に故障検出を行うので、運転停止中に指令信号用ＬＥＤ１３又は返送信号用ＬＥＤ１５の故障や、指令信号用光ファイバ２０又は返送信号用光ファイバ４０の断線等が発生しても、運転再開前に故障を検出して事故を未然に防止することができる。
【００２３】
本実施の形態では発光素子として発光ダイオードを用いたが、本発明の返送信号用発光素子及び指令信号用発光素子は、レーザダイオード等の他の発光素子でもよい。また、本発明の電力変換装置のスイッチングデバイスとしては、例えば、スイッチング素子として絶縁ゲートバイポーラモードトランジスタを用いるとともに、光信号によるオン・オフ制御指令を受けて前記スイッチング素子を点弧・消弧させるゲートドライブを備えた構成とすることができるが、本発明におけるスイッチングデバイスはこれに限らず、光信号によりオン・オフ制御される構成であればよい。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、電力変換装置が長時間運転を停止するとき返送信号を発生する発光素子は消光されるので、返送信号を発生する発光素子の寿命低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態による電力変換装置のブロック図である。
【図２】  本発明の一実施の形態による電力変換装置の動作を説明するタイミングチャートである。
【図３】  従来の電力変換装置のブロック図である。
【図４】  従来の電力変換装置の動作を説明するタイミングチャートである。
【符号の説明】
１０ａ…制御装置側監視装置、１０ｂ…デバイス側監視装置、１１…ＣＰＵ、
１２，１４…ＬＥＤ駆動回路、１３…指令信号用ＬＥＤ、
１５…返送信号用ＬＥＤ、１６…故障検出回路、１７…ＬＥＤ消光制御回路、
１８…故障検出制御回路、２０…指令信号用光ファイバ、
３０…スイッチングデバイス、４０…返送信号用光ファイバ
【図１】
0004366883.tif 000002
【図２】
0004366883.tif 000003
【図３】
0004366883.tif 000004
【図４】
0004366883.tif 000005