JP2008086094A

JP2008086094A - マトリクスコンバータ

Info

Publication number: JP2008086094A
Application number: JP2006261631A
Authority: JP
Inventors: Noboru Takada; 高田　　昇
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2006-09-27
Filing date: 2006-09-27
Publication date: 2008-04-10

Abstract

【課題】主回路の１相の故障発生にも自動復旧運転ができるようにする。
【解決手段】双方向スイッチにそれぞれ接点を直列に介挿した３つの電磁開閉器ＭＣ１〜ＭＣ３と、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つの双方向スイッチ構成と同等のスイッチ構成にした相部Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２と、この相部それぞれ接点を直列に介挿した１つの電磁開閉器ＭＣ４と、この相部の負荷側の共通接続点とＵ，Ｖ，Ｗ相の負荷側の各相との間にそれぞれ介挿した１接点構成の電磁開閉器ＭＣ５，ＭＣ６，ＭＣ７とを設けた予備部とを備える。
主回路の双方向スイッチの故障をＵ，Ｖ，Ｗ相の相単位の故障で検出し、予備相を故障相に代えて主回路に介挿する。
【選択図】図１

Description

本発明は、３相／３相交流直接電力変換器によって、交流電源から任意の電圧または周波数の３相変換出力を得るマトリクスコンバータ（交流−交流直接変換装置）に係り、特に電力変換器の主回路スイッチが故障したときの運転継続方式に関する。

マトリクスコンバータは、交流をダイレクトに周波数の異なる交流に変換する装置で、近年誘導電動機のドライブ装置などに多用されつつある。その基本構成を図２に示す。

図２の双方向スイッチＳ１〜９は、ＩＧＢＴの逆並列接続（図３参照）で構成されており、双方向に電流を流すことができる。これらのスイッチＳ１〜Ｓ９のスイッチングを数ｋＨｚでパルス幅変調（ＰＷＭ）することにより、その出力の電圧、周波数を可変にすることができる。また、その時の出力電流皮形をほぼ正弦波状にすることができる（例えば、特許文献１参照）。なお、図２中のＬとＣは、電源電流の高調波を抑制するためのフィルタになる。

マトリクスコンバータは、回路構成がシンプルで小型、電源回生が可能、電源力率≒１で運転できるといった特長をもっており、今後、電動機のドライブ装置として主流になっていくと予測される。

なお、比較参考として、従来の誘導電動機ドライブ用に多用されてきたインバータ回路の構成を図４に示す。これは、交流を一旦直流に変換してからさらに交流に変換する。
特開２００５−１６８１９８号公報

マトリクスコンバータの主回路を構成する双方向スイッチは９個設けられるが、このうちの１個だけでも故障した場合、その後の装置の運転ができなくなる。その場合、電動機負荷への給電が止まってしまうという問題がある。

本発明の目的は、主回路の１相の故障発生にも自動復旧運転ができるマトリクスコンバータを提供することにある。

本発明は、前記の課題を解決するため、主回路の双方向スイッチの故障をＵ，Ｖ，Ｗ相の相単位の故障で検出し、この故障相と同等の構成にした予備相を故障相に代えて主回路に介挿するようにしたもので、以下の構成を特徴とする。

（１）Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各相にそれぞれ３つの双方向スイッチを設けた３相／３相交流直接電力変換器の制御によって、交流電源から任意の電圧または周波数の３相変換出力を得るマトリクスコンバータにおいて、
前記双方向スイッチにそれぞれ接点を直列に介挿した３つの電磁開閉器ＭＣ１〜ＭＣ３と、
前記Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つの双方向スイッチ構成と同等のスイッチ構成にした相部と、この相部の双方向スイッチにそれぞれ接点を直列に介挿した１つの電磁開閉器ＭＣ４と、この相部の負荷側の共通接続点と前記Ｕ，Ｖ，Ｗ相の負荷側の各相との間にそれぞれ介挿した１接点構成の電磁開閉器ＭＣ５，ＭＣ６，ＭＣ７とを設けた予備部と、
マトリクスコンバータの正常連転中は、前記電磁開閉器ＭＣ１，２，３は接点をＯＮ状態、電磁開閉器ＭＣ４，５，６，７は接点をＯＦＦ状態、前記相部のスイッチはＯＦＦ状態にしてマトリクスコンバータ運転を行い、前記Ｕ，Ｖ，Ｗ相のいずれかの相が故障したとき、前記予備相を故障相に代えて主回路に介挿し、マトリクスコンバータ運転を再開する制御手段を備えたことを特徴とする。

以上のとおり、本発明によれば、主回路の双方向スイッチの故障をＵ，Ｖ，Ｗ相の相単位の故障で検出し、この故障相と同等の構成にした予備相を故障相に代えて主回路に介挿するようにしたため、主回路の１相の故障発生にも自動復旧運転ができる。

図１は、本発明の実施形態を示す主回路構成図である。マトリクスコンバータの主回路構成は、従来と同様に、Ｕ，Ｖ，Ｗの相部１Ｕ．１Ｖ，１Ｗをそれぞれ双方向スイッチＳ１〜Ｓ３、Ｓ４〜Ｓ６、Ｓ７〜Ｓ９で構成する。

この構成の付加回路として、本実施形態は、各双方向スイッチＳ１〜Ｓ３、Ｓ４〜Ｓ６、Ｓ７〜Ｓ９の電源側にはそれぞれ３接点回路構成の電磁開閉器ＭＣ１〜ＭＣ３の各接点をスイッチ別に直列に介挿する。

さらに、予備部回路２は、負荷側を共通接続した双方向スイッチＳ１０，Ｓ１１，Ｓ１２と、これらの電源側に直列接続でそれぞれ接点を介挿させた３接点構成の電磁開閉器ＭＣ４と、双方向スイッチＳ１０〜Ｓ１２の負荷側の共通接続点と１Ｕ，１Ｖ，１Ｗ相部の負荷側になるＵ，Ｖ，Ｗ相との間にそれぞれ介挿した１接点構成の電磁開閉器ＭＣ５，ＭＣ６，ＭＣ７で構成する。すなわち、予備部２は、電磁開閉器ＭＣ４と双方向スイッチＳ１０〜Ｓ１２によって１Ｕ，１Ｖ，１Ｗと同等の予備相を構成し、１Ｕ，１Ｖ，１Ｗのうちの１つの相部が故障したときにこの故障相部に接続される電磁開閉器ＭＣ５〜ＭＣ７の１つを投入することで、予備相を当該故障相部に代えた主回路スイッチとして使用可能にする。

以上の構成において、マトリクスコンバータの通常運転時には、電磁開閉器ＭＣ１〜ＭＣ３の各接点を閉じ、予備部２は電磁開閉器ＭＣ４の接点開放および双方向スイッチＳ１０〜Ｓ１２をオフ制御しておき、電磁開閉器ＭＣ５〜ＭＣ７は全て開放しておき、制御装置（図示省略）による双方向スイッチＳ１〜Ｓ９のＰＷＭ制御によって交流−交流直接変換を行い、負荷としての誘導電動機ＩＭを駆動する。

マトリクスコンバータの運転中に、例えばスイッチＳ１が故障したとする。その時、制御装置は相電流の異常等から当該相部の故障を検出し、スイッチＳ１〜Ｓ９をすべてＯＦＦさせて、装置を一旦停止する。この後、制御装置は故障したスイッチのあるＵ相部の電磁開閉器ＭＣ１の全接点を開き制御し、予備部２の電磁開閉器ＭＣ４の全接点を閉じ、かつ電磁開閉器ＭＣ５を閉じることで、予備回路を故障したＵ相部の代わりに接続する。そして、制御装置は、予備部のスイッチＳ１０〜Ｓ１２を、それまでのＵ相部と同じスイッチングパターンで制御する。また、健全なＶ相部、Ｗ相部のスイッチＳ４〜Ｓ９も、故障発生前と同じスイッチングパターンで制御する。

これら一連の制御により、負荷となる電動機ＩＭの駆動を再開（自動復旧運転）することができる。また、Ｖ相部またはＷ相部のスイッチが故障したときも、同様な手順で、装置運転を再開することができる。

なお、本実施形態における自動復旧運転には、故障相から予備部への切換えに負荷への給電が一旦停止されるが、負荷が誘導電動機などの慣性をもつ場合には給電の一旦停止にもその慣性で運転を継続できる。

また、電磁開閉器ＭＣ４は省略して同等の作用効果を得ることができるが、予備相をＵ．Ｖ．Ｗ相と同じ相構成とすることにより、製品管理や製作が簡易になる。

本発明の実施形態を示す主回路構成図。マトリクスコンバータの基本構成図。双方向ＩＧＢＴの回路図。インバータ回路の構成図。

符号の説明

１Ｕ、１Ｖ、１Ｗ相部
２予備部
Ｓ１〜Ｓ１２双方向スイッチ
ＭＣ１〜ＭＣ４３接点構成の電磁開閉器
ＭＣ５〜ＭＣ７１接点構成の電磁開閉器

Claims

Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各相にそれぞれ３つの双方向スイッチを設けた３相／３相交流直接電力変換器の制御によって、交流電源から任意の電圧または周波数の３相変換出力を得るマトリクスコンバータにおいて、
前記双方向スイッチにそれぞれ接点を直列に介挿した３つの電磁開閉器ＭＣ１〜ＭＣ３と、
前記Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つの双方向スイッチ構成と同等のスイッチ構成にした相部と、この相部の双方向スイッチにそれぞれ接点を直列に介挿した１つの電磁開閉器ＭＣ４と、この相部の負荷側の共通接続点と前記Ｕ，Ｖ，Ｗ相の負荷側の各相との間にそれぞれ介挿した１接点構成の電磁開閉器ＭＣ５，ＭＣ６，ＭＣ７とを設けた予備部と、
マトリクスコンバータの正常連転中は、前記電磁開閉器ＭＣ１，２，３は接点をＯＮ状態、電磁開閉器ＭＣ４，５，６，７は接点をＯＦＦ状態、前記相部のスイッチはＯＦＦ状態にしてマトリクスコンバータ運転を行い、前記Ｕ，Ｖ，Ｗ相のいずれかの相が故障したとき、前記予備相を故障相に代えて主回路に介挿し、マトリクスコンバータ運転を再開する制御手段を備えたことを特徴とするマトリクスコンバータ。