JP3961868B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、出力ケーブルの断線検出機能を備えた電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電力変換装置としては、図８に示す構成のものがよく知られている。同図において、直流電源１からの直流電圧は、インバータ回路２により任意の周波数の（通常は３相）交流電圧に変換され、負荷としての電動機３に可変周波数の交流電力が供給されるようになっている。インバータ回路２の出力ケーブルには、出力電流を検出する電流検出器としての変流器５が取り付けられ、変流器５で検出された出力電流信号は、整流器６で整流された後、電動機３の回転数を制御する制御回路７に入力されている。制御回路７には、この整流された出力電流信号と速度設定器４で発生した速度基準信号４ａとが入力されている。
【０００３】
次に、装置動作を簡単に説明する。制御回路７は、速度設定器４からの速度基準信号４ａと整流器６で整流された出力電流信号とから電動機３が所定の回転数となるようにインバータ回路２に制御信号７ａを出力する。インバータ回路２は、スイッチング素子として自己消弧型の素子（最近ではＩＧＢＴが主流）が使用されており、制御回路７により出力波形及び出力周波数が制御される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電力変換装置は、出力ケーブルが断線した場合に運転を継続してしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、出力ケーブルが断線したとき、これを確実に検出して運転を停止することができ、信頼性を向上させることができる電力変換装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、出力電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段で検出した出力電流信号を整流する整流手段と、この整流した出力電流信号の最大値及び最小値を演算する電流信号演算手段と、この電流信号演算手段からの最大値と最小値の差が予め定めた電流偏差設定値を一定期間継続して超えたときは偏差大継続信号を出力し、一定期間継続しないときは制御異常信号を出力する制御異常判断手段と、前記最小値が予め定めた所定値以下となったとき低下信号を出力する電流レベル検出手段と、前記偏差大継続信号と前記低下信号の論理積をとって断線検出信号を出力する断線検出手段と、前記断線検出信号により装置動作を停止する制御手段とを有することを要旨とする。この構成により、制御異常判断手段では、出力電流信号の最大値と最小値の差が電流偏差設定値を一定期間継続して超えたとき偏差大継続信号が出力され、一定期間継続しないときは制御異常信号が出力される。偏差大継続信号が出力されたときは、これと低下信号の論理積をとることで出力ケーブルの断線が検出されて運転が停止される。一方、制御異常信号が出力されたときは、出力ケーブルの断線ではなく、制御上の不安定と判断される。
【００１０】
請求項２記載の発明は、出力電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段で検出した出力電流信号を整流する整流手段と、この整流した出力電流信号の最大値及び最小値を演算する電流信号演算手段と、前記出力電流信号の最大値から最小値までの時間と出力周波数の周期とを比較し、前記最大値から最小値までの時間が前記出力周波数の周期に対し所定値以上となったときピーク到達時間検出信号を出力するピーク到達時間検出手段と、前記最小値が予め定めた所定値以下となったとき低下信号を出力する電流レベル検出手段と、前記ピーク到達時間検出信号と前記低下信号の論理積をとって断線検出信号を出力する断線検出手段と、前記断線検出信号により装置動作を停止する制御手段とを有することを要旨とする。この構成により、出力ケーブルが断線したとき、出力電流信号の最大値から最小値までの時間は、出力周波数の周期以下となる。リップル周期検出手段では、この最大値から最小値までの時間と出力周波数の周期とが比較され、最大値から最小値までの時間が出力周波数の周期に対し所定値以上となったときピーク到達時間検出信号が出力される。このピーク到達時間検出信号と低下信号の論理積をとることで、出力ケーブルの断線が確実に検出されて運転が停止される。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の電力変換装置において、負荷として複数台の電動機を駆動することを要旨とする。この構成により、負荷である電動機が複数台になっても、出力ケーブルの断線時には出力電流信号の最小値が低下するため、出力ケーブルの断線を確実に検出して運転を停止することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１及び図２は、本発明の第１の実施の形態を示す図である。まず、図１を用いて、本実施の形態の電力変換装置の構成を説明する。同図において、直流電源１からの直流電圧は、インバータ回路２により任意の周波数の（通常は３相）交流電圧に変換され、電動機３に可変周波数の交流電力が供給されるようになっている。インバータ回路２の出力ケーブルには、出力電流を検出する電流検出手段としての変流器５が取り付けられ、変流器５で検出された出力電流信号は、整流手段としての整流器６で整流された後、電動機３の回転数を制御する制御手段としての制御回路７に入力されている。制御回路７には、この整流された出力電流信号６ａと速度設定器４で発生した速度基準信号４ａが入力されている。制御回路７は、速度設定器４で設定された速度基準で電動機３が回転するように、整流された出力電流信号６ａをフィードバックしつつインバータ回路２に対して位相制御信号７ａを出力して制御する。
【００１４】
そして、本実施の形態では、さらに整流器６の出力端子に電流信号演算手段としての電流信号演算器８が接続され、電流信号演算器８の出力端子に電流偏差検出手段としての電流偏差検出器９と電流レベル検出手段としての電流レベル検出器１０が並列に接続されている。これら電流偏差検出器９と電流レベル検出器１０の各出力は断線検出手段としての断線検出器１１に入力され、断線検出器１１の出力は制御回路７に入力されている。電流信号演算器８は、整流器６から整流された出力電流信号６ａを入力し、その出力電流信号６ａの最大値と最小値を演算する。電流偏差検出器９は、電流信号演算器８から最大値８ａと最小値８ｂを入力し、最大値８ａと最小値８ｂの差が予め定めた電流偏差設定値を超えたときに偏差大信号９ａを出力する。電流レベル検出器１０は、電流信号演算器８から最小値８ｂを入力し、その最小値８ｂが予め設定した所定値以下になったときに低下信号１０ａを出力する。断線検出器１１は、電流偏差検出器９から偏差大信号９ａを入力し、電流レベル検出器１０から低下信号１０ａを入力して偏差大信号９ａと低下信号１０ａの論理積をとり、断線検出信号１１ａを出力する。制御回路７は、断線検出器１１からの断線検出信号１１ａが入力された場合に装置の停止動作を行う。
【００１５】
次に、図２を用いて、出力ケーブル断線時の制御動作を説明する。出力ケーブル断線時は、整流器６から出力される整流された出力電流信号６ａが低下する。したがって、電流信号演算器８から出力される最小値８ｂが低下する。電流偏差検出器９に入力される最小値８ｂが低下することで、最大値８ａと最小値８ｂの差が大きくなって予め定めた電流偏差設定値を超え、電流偏差検出器９は、偏差大信号９ａを出力する。また、電流レベル検出器１０に入力される最小値８ｂも低下することで、最小値８ｂが予め設定した所定値以下になり、電流レベル検出器１０は低下信号１０ａを出力する。この結果、断線検出器１１に、偏差大信号９ａと低下信号１０ａが入力され、断線検出器１１は、これら両信号９ａ，１０ａの論理積をとって出力ケーブルの断線（３相の場合は欠相を含む）を検出し、断線検出信号１１ａを出力する。そして、制御回路７には、断線検出器１１から断線検出信号１１ａが入力され、運転停止動作が行われる。出力電流信号６ａの最大値８ａと最小値８ｂの差のみから、出力ケーブルの断線（又は欠相）を検出したのでは、制御切り替えによる再始動時に誤検出するおそれがある。これに対し、本実施の形態では、上述したように、最小値８ｂが所定値以下になった場合も判定資料に加味し、偏差大信号９ａと低下信号１０ａの論理積をとることで、出力ケーブルの断線（又は欠相）を確実に検出することができる。
【００１６】
図３には、本発明の第２の実施の形態を示す。なお、図３及び後述の各実施の形態を示す図において前記図１における構成要素と同一ないし均等のものは、前記と同一符号を以って示し、重複した説明を省略する。本実施の形態では、整流器６と整流偏差検出器９との間に平均値検出手段としての平均値検出器１２が接続されている。
【００１７】
平均値検出器１２は、整流器６からの整流された出力電流信号６ａを入力し、その出力電流信号６ａの平均値１２ａを算出して出力する。電流偏差検出器９は、平均値検出器１２からの平均値１２ａを入力し、この平均値１２ａに応じて電流偏差設定値に対して補正（調整）を行う。負荷量が変化すると、出力電流信号６ａの平均値が変化する。そこで、この平均値１２ａを算出し、この平均値１２ａに応じて電流偏差設定値を補正することで、負荷量の変化に対しても、出力ケーブルの断線（又は欠相）を確実に検出することができる。
【００１８】
図４には、本発明の第３の実施の形態を示す。本実施の形態は、図１に示した電流偏差検出器９に代えて、電流信号演算器８と断線検出器１１の間に制御異常判断手段としての制御異常判断器１３が接続されている。制御異常判断器１３は２つの出力端子を備え、一方の出力端子は断線検出器１１に接続され、他方の出力端子は制御回路７に接続されている。
【００１９】
制御異常判断器１３は、電流信号演算器８から出力電流信号６ａの最大値８ａと最小値８ｂを入力し、その最大値８ａと最小値８ｂの差が予め定めた電流偏差設定値を超え、これが一定期間継続したとき偏差大継続信号１３ａを断線検出器１１に出力し、一定期間継続しないときは、制御異常信号１３ｂを制御回路７に出力する。偏差大継続信号１３ａが出力されたときは、断線検出器１１により、この偏差大継続信号１３ａと低下信号１０ａの論理積をとることで、出力ケーブルの断線（又は欠相）が検出され、制御回路７により運転停止が行われる。一方、制御異常信号１３ｂが出力されたときは、出力ケーブルの断線ではなく、制御上の不安定と判断される。
【００２０】
図５には、本発明の第４の実施の形態を示す。本実施の形態は、図１に示した電流偏差検出器９に代えて、電流信号演算器８と断線検出器１１の間にリップル周期検出手段としてのリップル周期検出器１４が接続されている。リップル周期検出器１４は、出力線と入力線を備え、出力線は断線検出器１１に接続され、入力線により制御回路７から出力周波数信号７ｂを入力するようになっている。
【００２１】
出力ケーブルが断線（又は欠相）としたとき、出力電流信号６ａの最大値８ａと最小値８ｂの差が最大となるリップル周期は、出力周波数の周期以下（３相の場合、リップル周期は出力周波数の周期の略３分の１以下）となる。リップル周期検出器１４は、電流信号演算器８から出力電流信号６ａの最大値８ａと最小値８ｂを入力し、制御回路７からは出力周波数信号７ｂを入力する。そして、最大値８ａと最小値８ｂの差が最大となるリップル周期と出力周波数の周期とを比較し、リップル周期が出力周波数の周期に対し所定値以上となったときに、リップル周期検出信号１４ａを断線検出器１１に出力する。断線検出器１１では、リップル周期検出信号１４ａと低下信号１０ａの論理積をとることで、出力ケーブルの断線（又は欠相）を検出し、制御回路７により運転停止が行われる。
【００２２】
図６には、本発明の第５の実施の形態を示す。本実施の形態は、図１に示した電流偏差検出器９に代えて、電流信号演算器８と断線検出器１１の間にピーク到達時間検出手段としてのピーク到達時間検出器１５が接続されている。ピーク到達時間検出器１５は、出力線と入力線を備え、出力線は断線検出器１１に接続され、入力線により制御回路７から出力周波数信号７ｂを入力するようになっている。
【００２３】
出力ケーブルが断線（又は欠相）したとき、出力電流信号６ａの最大値８ａから最小値８ｂになるまでの時間は、出力周波数の周期以下となる。ピーク到達時間検出器１５は、電流信号演算器８から出力電流信号６ａの最大値８ａと最小値８ｂを入力し、制御回路７からは出力周波数信号７ｂを入力する。そして、最大値８ａから最小値８ｂになるまでの時間と出力周波数の周期とを比較し、最大値８ａから最小値８ｂになるまでの時間が出力周波数の周期に対し所定値以上となったときに、ピーク到達時間検出信号１５ａを断線検出器１１に出力する。断線検出器１１では、ピーク到達時間検出信号１５ａと低下信号１０ａの論理積をとることで、出力ケーブルの断線（又は欠相）を検出し、制御回路７により運転停止が行われる。
【００２４】
図７には、本発明の第６の実施の形態を示す。本実施の形態では、負荷として複数台の電動機３，３，…を駆動するようになっている。
【００２５】
複数台の電動機３，３，…を駆動する場合であっても、出力ケーブルの断線時には出力電流信号６ａの最小値８ｂが低下するため、出力ケーブル断線を検出することが可能である。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜３記載の発明によれば、出力ケーブルが断線したとき、これを確実に検出して運転を停止することができ、信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である電力変換装置のブロック図である。
【図２】上記第１の実施の形態における出力ケーブル断線時の制御動作を説明するための出力電流信号波形図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態のブロック図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態のブロック図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態のブロック図である。
【図６】本発明の第５の実施の形態のブロック図である。
【図７】本発明の第６の実施の形態のブロック図である。
【図８】従来の電力変換装置のブロック図である。
【符号の説明】
２ インバータ回路
３ 電動機
５ 変流器（電流検出手段）
６ 整流器（整流手段）
７ 制御回路（制御手段）
８ 電流信号演算器（電流信号演算手段）
９ 電流偏差検出器（電流偏差検出手段）
１０ 電流レベル検出器（電流レベル検出手段）
１１ 断線検出器（断線検出手段）
１２ 平均値検出器（平均値検出手段）
１３ 制御異常判断器（制御異常判断手段）
１４ リップル周期検出器（リップル周期検出手段）
１５ ピーク到達時間検出器（ピーク到達時間検出手段）

Claims (3)

1. 出力電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段で検出した出力電流信号を整流する整流手段と、この整流した出力電流信号の最大値及び最小値を演算する電流信号演算手段と、この電流信号演算手段からの最大値と最小値の差が予め定めた電流偏差設定値を一定期間継続して超えたときは偏差大継続信号を出力し、一定期間継続しないときは制御異常信号を出力する制御異常判断手段と、前記最小値が予め定めた所定値以下となったとき低下信号を出力する電流レベル検出手段と、前記偏差大継続信号と前記低下信号の論理積をとって断線検出信号を出力する断線検出手段と、前記断線検出信号により装置動作を停止する制御手段とを有することを特徴とする電力変換装置。
2. 出力電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段で検出した出力電流信号を整流する整流手段と、この整流した出力電流信号の最大値及び最小値を演算する電流信号演算手段と、前記出力電流信号の最大値から最小値までの時間と出力周波数の周期とを比較し、前記最大値から最小値までの時間が前記出力周波数の周期に対し所定値以上となったときピーク到達時間検出信号を出力するピーク到達時間検出手段と、前記最小値が予め定めた所定値以下となったとき低下信号を出力する電流レベル検出手段と、前記ピーク到達時間検出信号と前記低下信号の論理積をとって断線検出信号を出力する断線検出手段と、前記断線検出信号により装置動作を停止する制御手段とを有することを特徴とする電力変換装置。
3. 負荷として複数台の電動機を駆動することを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。

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