JP2010178540A - Power converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電力変換装置に係り、過電圧保護機能を有する電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power converter, and more particularly to a power converter having an overvoltage protection function.
直流リンク部に平滑用の直流コンデンサを有する所謂電圧形の交直変換器を用いた電力変換装置においては、交流側に過電圧が発生すると直流コンデンサが過充電され、場合によっては直流コンデンサが破損する等の問題が生じる場合があった。また、特に交直変換器が多レベル変換器の場合、変換器を構成するスイッチング素子やダイオードが破損して短絡状態になったとき、この影響で直流コンデンサが交流側の線間電圧のピーク値で充電されて過電圧となる場合もあった。 In a power converter using a so-called voltage-type AC / DC converter having a smoothing DC capacitor in the DC link part, the DC capacitor is overcharged when an overvoltage occurs on the AC side, and the DC capacitor may be damaged in some cases. There were cases where problems occurred. In particular, when the AC / DC converter is a multi-level converter, when the switching elements and diodes that make up the converter are damaged and become short-circuited, the DC capacitor becomes the peak value of the line voltage on the AC side due to this effect. In some cases, the battery was overcharged.
上記のような直流コンデンサの過電圧異常を保護する手法として従来から用いられているのは、直流コンデンサと並列にスイッチを介した放電用抵抗器を設け、過電圧が生じたときこのスイッチを投入して直流コンデンサの電荷を放電用抵抗器に吸収させる手法である。(例えば特許文献1参照。)。 As a method for protecting the overvoltage abnormality of the DC capacitor as described above, a discharging resistor through a switch is provided in parallel with the DC capacitor, and this switch is turned on when an overvoltage occurs. This is a technique in which the charge of the DC capacitor is absorbed by the discharging resistor. (For example, refer to Patent Document 1).
特許文献1に示された手法は、例えば交流電源の過電圧が短時間のサージ電圧のような一過性のものである場合には有効であるが、交流電源の過電圧がある程度継続する場合、また交直変換器を構成するスイッチング素子やダイオードが破損して短絡状態となっている場合には、放電用抵抗器への充電電流が直流コンデンサからのみではなく交流電源からダイオード或いはスイッチング素子を介して流入するため、交直変換器を構成するダイオードなどのパワーデバイスが過電流となって破損する恐れがあった。
The technique disclosed in
本発明は上記に鑑みて為されたもので、直流コンデンサが過電圧となる要因がある程度継続しても、交直変換器を構成するパワーデバイスに影響を与えることない過電圧保護機能を備えた電力変換装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and a power conversion device having an overvoltage protection function that does not affect the power device constituting the AC / DC converter even if a factor causing the overvoltage of the DC capacitor continues to some extent The purpose is to provide.
上記目的を達成するために、本発明の電力変換装置は、交流と直流間の電力変換を行なう交直変換器と、前記交直変換器の直流リンク部に設けられた平滑用の直流コンデンサと、
前記直流コンデンサに蓄えられた電荷を放電するために設けられ、第1のスイッチを介して接続された第1の抵抗器と、前記第1の抵抗器より抵抗値が低く、第2のスイッチを介して前記直流コンデンサに蓄えられた電荷を放電するように接続された第2の抵抗器と、
前記第1のスイッチ及び前記第2のスイッチのオンオフを制御するための保護シーケンス回路とを具備し、前記保護シーケンス回路は、前記直流コンデンサの過電圧保護用のトリガ信号が与えられたとき、前記第1のスイッチをオンし、前記第1のスイッチがオンして所定時間経過後前記第2のスイッチをオンするようにしたことを特徴としている。
In order to achieve the above object, the power conversion device of the present invention includes an AC / DC converter that performs power conversion between AC and DC, a smoothing DC capacitor provided in a DC link portion of the AC / DC converter,
A first resistor provided to discharge the electric charge stored in the DC capacitor and connected via a first switch; a resistance value lower than that of the first resistor; A second resistor connected to discharge the charge stored in the DC capacitor via
A protection sequence circuit for controlling on / off of the first switch and the second switch, and the protection sequence circuit receives the trigger signal for overvoltage protection of the DC capacitor. The first switch is turned on, and the second switch is turned on after a lapse of a predetermined time after the first switch is turned on.
本発明によれば、直流コンデンサが過電圧となる要因がある程度継続しても、交直変換器を構成するパワーデバイスに影響を与えることない過電圧保護機能を備えた電力変換装置を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a power conversion device having an overvoltage protection function that does not affect the power devices constituting the AC / DC converter even if a factor that causes the DC capacitor to become overvoltage continues to some extent. Become.
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明の実施例1に係る電力変換装置の回路構成図である。交流電源から入力用の遮断器1及び入力用の変圧器2を介して交直変換器3に交流電力が給電されている。交直変換器3はパワーデバイスをブリッジ接続して構成されている。図1においては自己消弧型のスイッチング素子及びこれと逆並列に接続されたダイオードによってパワーデバイスが構成されている。従って図1の交直変換器3の場合、回生動作が可能となる。
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a power conversion apparatus according to
交直変換器3の直流リンク部には電圧平滑用の直流コンデンサ4が接続されている。また、直流コンデンサ4に印加される電圧を電圧検出器7で検出している。そして、直流コンデンサ4の電荷を放電するためにスイッチ5Aを介して放電用の抵抗器5Bが、またスイッチ6Aを介して放電用の抵抗器6Bが接続されている。ここで抵抗器6Bの抵抗値は抵抗器6Aの抵抗値より低く選定している。
A DC capacitor 4 for voltage smoothing is connected to the DC link portion of the AC /
電圧検出器7で検出された電圧は保護シーケンス回路10の内部の過電圧検出回路11に与えられる。過電圧検出回路11はこの検出電圧が所定の閾値以上であったとき直流コンデンサ4の過電圧保護用のトリガ信号を発し、このトリガ信号によってスイッチ5Aを投入すると同時に遮断器1を開放する信号を出力する。そして保護シーケンス回路10は遮断器1が開放されたことを開放検出回路12によって検出した後、スイッチ6Aを投入する。
The voltage detected by the
以上の構成における動作について以下説明する。 The operation in the above configuration will be described below.
過電圧検出回路11が過電圧を検出すると、瞬時にスイッチ5Aを投入する。スイッチ5Aを所謂半導体スイッチとしておけば投入遅れは実質的にゼロである。ところが、遮断器1は通常機械式の遮断器であるのでその投入には数10ms以上の時間を要する。そして抵抗器5Bの抵抗値を、遮断器1が開放されるまでの期間の交流電源側からの突入電流がパワーデバイスを破損しないように且つ直流コンデンサ4の過電圧が大きく上昇しないように選定しておく。そして遮断器1が開放されたことを検出した後、スイッチ6Aを投入すれば、コンデンサ4の電荷は低抵抗の抵抗器6Bによって急速に放電されるので、保守作業などに対してもすぐに安全状態とすることができる。
When the
尚、上記においてスイッチ6Aが投入されたあと、スイッチ5Aを開放するようにしても良い。また、スイッチ6Aの正極をスイッチ5Aの負極に接続する構成としても良い。この場合はスイッチ5Aが投入されている条件でスイッチ6Aの投入によって抵抗器6Bに放電電流が流れることになる。
In the above, the
また、電圧検出器7は直流リンクの電圧を検出するようにしたが、交流側の電圧を検出して過電圧検出回路に与えるようにしても良い。この場合、3相のうち何れかの線間電圧を検出する手法の他、検出遅れを防止するため3相全ての電圧を検出する手法などが考えられる。
Further, although the
図2は本発明の実施例2に係る電力変換装置の回路構成図である。 FIG. 2 is a circuit configuration diagram of the power conversion apparatus according to the second embodiment of the present invention.
この実施例2の各部について、図1の本発明の実施例1に係る電力変換装置の回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例2が実施例1と異なる点は、交直変換器3Aを3レベル変換器とした点、これに伴い直流コンデンサを正側の直流コンデンサ4Aと負側の直流コンデンサ4Bとに分割し、両者を直列接続してその中点にゼロ電位母線を接続するようにした点、正側の直流コンデンサ4Aの電荷を放電するためにスイッチ5Aを介して放電用の抵抗器5Bを、またスイッチ6Aを介して放電用の抵抗器6Bを接続したことに加え、負側の直流コンデンサ4Bの電荷を放電するためにスイッチ5Cを介して放電用の抵抗器5Dを、またスイッチ6Cを介して放電用の抵抗器6Dを接続した点である。ここで抵抗器5Dは基本的に抵抗器5Bと同一の定格とし、抵抗器6Dは基本的に抵抗器6Bと同一の定格とする。
In the second embodiment, the same parts as those in the circuit configuration diagram of the power conversion apparatus according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. The second embodiment is different from the first embodiment in that the AC /
このように交直変換器がNレベル(Nは3以上の自然数)の構成となっても、Nレベルの直流電位を得るために(N−1)個の直流コンデンサを直列接続し、その各々の直流コンデンサに対して第1のスイッチ及び第1の抵抗器による放電回路並びに第2のスイッチ及び第1の抵抗器より抵抗値の低い第2の抵抗器による放電回路を設け、実施例1で説明したような過電圧保護を各々の直流コンデンサに対して行えば、実施例1と同様の保護機能を達成することが可能となる。 Thus, even if the AC / DC converter has an N level configuration (N is a natural number of 3 or more), in order to obtain an N level DC potential, (N−1) DC capacitors are connected in series, A first capacitor and a discharge circuit using a first resistor, and a second switch and a discharge circuit using a second resistor having a lower resistance value than the first resistor are provided for the DC capacitor. If such overvoltage protection is performed on each DC capacitor, the same protection function as in the first embodiment can be achieved.
尚、図2において電圧検出器7は3レベルの最大の電位差を検出するよう図示してあるが、これを正側及び負側検出用の2台に分割し、その各々の過電圧検出に従って対応する
第1のスイッチ及び第1の抵抗器による放電回路並びに第2のスイッチ及び第2の抵抗器による放電回路を動作させる構成としても良い。
In FIG. 2, the
図3は本発明の実施例3に係る電力変換装置の回路構成図である。 FIG. 3 is a circuit configuration diagram of the power conversion apparatus according to the third embodiment of the present invention.
この実施例3の各部について、図2の本発明の実施例2に係る電力変換装置の回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例3が実施例2と異なる点は、交直変換器3A内に図示しない素子異常検出回路を設け、素子故障検出回路13によって交直変換器3Aを構成するパワーデバイスのうち少なくとも1個のパワーデバイスが短絡故障したことを検出し、この出力信号と過電圧検出回路11の出力信号をOR回路14に与え、このOR回路14の出力を直流コンデンサ4A、4Bの過電圧保護用のトリガ信号とした点である。
In the third embodiment, the same parts as those in the circuit configuration diagram of the power conversion apparatus according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. The third embodiment is different from the second embodiment in that an element abnormality detection circuit (not shown) is provided in the AC /
前述したように、交直変換器3Aを構成するパワーデバイスのうち少なくとも1個のパワーデバイスが短絡故障すると、全てのスイッチング素子をゲートブロックしても交流電源から直流コンデンサを充電する電流ルートが形成され、正、負何れかの直流コンデンサが交流入力の線間電圧のピーク値で充電される恐れがある。
As described above, when at least one of the power devices constituting the AC /
このような場合、上記のパワーデバイスの短絡故障信号を用いれば、電圧検出器7による直流電圧の過電圧検出より素早い応答で直流コンデンサの過電圧保護動作を行なうことが可能となる。
In such a case, if the short-circuit fault signal of the power device is used, the overvoltage protection operation of the DC capacitor can be performed with a quicker response than the detection of the overvoltage of the DC voltage by the
図4は本発明の実施例4に係る電力変換装置の回路構成図である。 FIG. 4 is a circuit configuration diagram of the power conversion device according to the fourth embodiment of the present invention.
この実施例4の各部について、図3の本発明の実施例3に係る電力変換装置の回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例4が実施例3と異なる点は、交直変換器3Bを3レベルのインバータとし、その交流出力で交流電動機8を駆動する構成とした点、開放検出回路12に代えてタイマ15を設け、OR回路14の出力をタイマ15に与え、タイマ15の出力で第2のスイッチ6A、6Bを投入する構成とした点である。尚、図4においては直流電圧を与えるための電源7の図示を省略している。
In each part of the fourth embodiment, the same parts as those in the circuit configuration diagram of the power conversion apparatus according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. The fourth embodiment is different from the third embodiment in that the AC /
交直変換器3Bによって交流電動機8を駆動する場合、出力側に開閉器を設けないのが通常である。従って、図4の場合、第2のスイッチ6A、6Cを投入するタイミングが問題となる。交直変換器3B内のパワーデバイスの故障を素子故障検出回路13が検出して第1のスイッチ5A、5Cが投入されたあとの回路動作を予めシミュレーション等によって解析しておけば、第1のスイッチ5A、5Cが投入されてから所定の時間後第2のスイッチ6A、6Cを投入しても過電流による素子ダメージが生じないことを予め推定することが可能であるので、この時間をタイマ15の設定値とする。
When the AC motor 8 is driven by the AC /
また、タイマ15を使用せずに、電圧検出器7の検出電圧が所定の値以下になったことを過電圧検出回路11によって検出し、このタイミングで第2のスイッチ6A、6Cを投入するようにしても良い。
Further, the
1 遮断器
2 変圧器
3、3A、3B 交直変換器
4、4A、4B 直流コンデンサ
5A、5C スイッチ
5B、5D 抵抗器
6A、6C スイッチ
6B、6D 抵抗器
7 電圧検出器
8 交流電動機
10 保護シーケンス回路
11 過電圧検出器
12 開放検出器
13 素子故障検出回路
14 OR回路
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記交直変換器の直流リンク部に設けられた平滑用の直流コンデンサと、
前記直流コンデンサに蓄えられた電荷を放電するために設けられ、第1のスイッチを介して接続された第1の抵抗器と、
前記第1の抵抗器より抵抗値が低く、第2のスイッチを介して前記直流コンデンサに蓄えられた電荷を放電するように接続された第2の抵抗器と、
前記第1のスイッチ及び前記第2のスイッチのオンオフを制御するための保護シーケンス回路と
を具備し、
前記保護シーケンス回路は、
前記直流コンデンサの過電圧保護用のトリガ信号が与えられたとき、前記第1のスイッチをオンし、
前記第1のスイッチがオンして所定時間経過後前記第2のスイッチをオンするようにしたことを特徴とする電力変換装置。 An AC / DC converter that performs power conversion between AC and DC;
DC capacitor for smoothing provided in the DC link part of the AC / DC converter,
A first resistor provided for discharging the charge stored in the DC capacitor and connected via a first switch;
A second resistor having a resistance value lower than that of the first resistor and connected to discharge the electric charge stored in the DC capacitor via a second switch;
A protection sequence circuit for controlling on / off of the first switch and the second switch,
The protection sequence circuit includes:
When a trigger signal for overvoltage protection of the DC capacitor is given, the first switch is turned on,
A power conversion apparatus, wherein the second switch is turned on after a predetermined time has elapsed since the first switch was turned on.
前記直流コンデンサはNレベルの直流電位を得るために(N−1)個が直列接続され、
その各々の前記直流コンデンサに対して前記第1のスイッチ及び前記第1の抵抗器並びに前記第2のスイッチ及び前記第2の抵抗器が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 The AC / DC converter is an N (N is a natural number of 3 or more) level converter,
(N-1) DC capacitors are connected in series to obtain an N level DC potential.
The first switch and the first resistor, and the second switch and the second resistor are provided for each of the DC capacitors. Power conversion device.
前記保護シーケンス回路は、
前記トリガ信号が与えられたとき、前記遮断器にオフ指令を出力し、
前記遮断器がオフした後、前記第2のスイッチをオンするようにしたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電力変換装置。 A circuit breaker provided between an AC power supply and the AC / DC converter,
The protection sequence circuit includes:
When the trigger signal is given, an off command is output to the circuit breaker,
The power converter according to claim 1 or 2, wherein the second switch is turned on after the circuit breaker is turned off.
少なくとも直流電圧及び交流電圧の何れか一方が所定の閾値以上になったとき発するようにしたことを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の電力変換装置。 The trigger signal is
The power converter according to any one of claims 1 to 3, wherein the power converter is configured to emit when at least one of a DC voltage and an AC voltage becomes a predetermined threshold value or more.
前記トリガ信号は、
前記故障検出手段が故障を検出したとき発するようにしたことを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか1項に記載の電力変換装置。 A fault detecting means for detecting a short-circuit fault of a switching element constituting the AC / DC converter;
The trigger signal is
The power conversion device according to claim 1, wherein the power conversion device emits when the failure detection unit detects a failure.
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