JP5079175B1 - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図2
Description
図1は、本発明の実施の形態1に係る電力変換装置に用いられて好適な冷却装置の一構成例を示す概観図であり、(a)は正面図、(b)は側面図である。図1に示す冷却装置50は、沸騰冷却方式による冷却装置(沸騰冷却装置)であり、放熱部としての凝縮器52、吸熱部としての蒸発器53、冷媒54、フィン55などを備えて構成される。後述する電力変換装置に設けられ、主回路を構成するスイッチング素子57は蒸発器53に接して取り付けられている(図1では、蒸発器53の下部に取り付けられる構成を例示)。冷媒54は、蒸発器53の内部に設けられた冷媒室56aに封入されている。
つぎに、実施の形態2に係る電力変換装置について説明する。図14は、実施の形態2に係る電力変換装置の構成を示す図である。実施の形態1では、冷却装置吸気温度Taを温度センサ9cにより検出する構成であったが、実施の形態2では冷却装置吸気温度Taを検出する温度センサ9cは設けてはいない点で相違している。このため、図2と図14との比較から明らかなように、実施の形態2の電力変換装置では、ΔTf-a演算部15に代えてΔTf-f1演算部20が設けられ、ΔTf-f1演算部20の出力を入力信号として動作する実施の形態1とは細部構成の異なる冷却性能低下検知部16Aが設けられている。なお、その他の構成については、実施の形態1と同一または同等であり、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
つぎに、実施の形態3に係る電力変換装置について説明する。図17は、実施の形態3に係る電力変換装置の構成を示す図である。実施の形態1では、冷却性能低下検知部16にはコンバータ素子取付面温度−冷却装置吸気温度差ΔTfc-a、インバータ素子取付面温度−冷却装置吸気温度差ΔTfi-aおよび冷却装置吸気温度Taが入力される構成であったが、実施の形態3では冷却装置吸気温度Taに代えて損失演算部22が生成するコンバータ損失Qcおよびインバータ損失Qiが入力される構成である。即ち、実施の形態3の電力変換装置では、損失演算部22が設けられると共に、ΔTf-a演算部15の出力と損失演算部22の出力とを入力信号として動作する実施の形態1とは細部構成の異なる冷却性能低下検知部16Bが設けられている。なお、その他の構成については、実施の形態1と同一または同等であり、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
実施の形態4では、インバータ主回路およびコンバータ主回路に具備されるスイッチング素子について説明する。電力変換装置で用いられるスイッチング素子としては、珪素(Si)を素材とする半導体トランジスタ素子(IGBT、MOSFETなど)と、同じく珪素を素材とするダイオード素子とを逆並列に接続した構成のものが一般的である。上記実施の形態1,2で説明した技術は、この一般的なスイッチング素子を具備するインバータ主回路およびコンバータ主回路に用いることができる。
2 インバータ主回路
5 直流電源部
6 コンバータ主回路
8 主回路
9a,9b,9c 温度センサ
10 素子過温度検知部
10a,10b 比較器
10c OR回路
11 運転者警告部
11a 表示部
11b 鳴動部
12 運転指令生成部
12a 力行・ブレーキ選択部
13 電力変換回路制御部
13a 電流指令演算部
13b 電圧指令生成部
13c 主回路動作指令生成部
13ca 変調波生成部
13cb 搬送波生成部
13cc 比較器
14 交流電源部
15 ΔTf-a演算部(温度差演算部)
15a Tfc-Ta演算部
15b Tfi-Ta演算部
16 冷却性能低下検知部
16a,16b 比較器
16c OR回路
16A 冷却性能低下検知部
16Aa コンバータ冷却性能低下検知設定信号生成部
16Ab インバータ冷却性能低下検知設定信号生成部
16Ac,16Ad 比較器
16Ae OR回路
16B 冷却性能低下検知部
16Ba コンバータ冷却性能低下検知設定信号生成部
16Bb インバータ冷却性能低下検知設定信号生成部
16Bc,16Bd 比較器
16Be OR回路
17 制御部
18 電力変換装置
20 ΔTf-f1演算部
20a,20c 初期温度記憶部
20b Tf-fc1演算部
20d Tf-fi1演算部
22 損失演算部
22a コンバータ損失演算部
22b インバータ損失演算部
50 冷却装置
52 凝縮器
53 蒸発器
54 冷媒
55 フィン
56a,56b 冷媒室
57 スイッチング素子
58 冷却風
59 温風
60 取付面
Claims (12)
- スイッチング素子のスイッチング動作により、入力された直流電力または交流電力を所望の交流電力に変換して出力し、内蔵された冷媒の沸騰現象を利用する冷却装置を用いて前記スイッチング素子の冷却を行うよう構成された電力変換装置において、
前記スイッチング素子もしくは当該スイッチング素子取付面の温度と前記冷却装置に吸気される冷却風の温度との偏差に基づいて前記電力変換装置の動作を制御する制御部を有し、
前記制御部は、前記偏差が所定の閾値を超えた場合に前記冷却装置の性能低下を表す冷却性能低下検知信号を生成して出力する検知部を有したことを特徴とする電力変換装置。 - スイッチング素子のスイッチング動作により、入力された直流電力または交流電力を所望の交流電力に変換して出力し、内蔵された冷媒の沸騰現象を利用する冷却装置を用いて前記スイッチング素子の冷却を行うよう構成された電力変換装置において、
前記スイッチング素子もしくは当該スイッチング素子取付面の温度と前記冷却装置に吸気される冷却風の温度との偏差に基づいて前記電力変換装置の動作を制御する制御部を有したことを特徴とする電力変換装置。 - 前記検知部は、前記冷却風の温度に基づいて前記閾値を生成する閾値生成部を有し、
前記閾値生成部は、前記冷却風の温度が低いときよりも高いときの方が、前記閾値が小さくなるように生成することを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記検知部は、前記スイッチング素子の損失に基づいて前記閾値を生成する閾値生成部を有し、
前記閾値生成部は、前記スイッチング素子の損失が小さいときよりも大きいときの方が、前記閾値が小さくなるように生成することを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記検知部は、カレンダー機能を有し、当該カレンダー機能による季節情報に基づいて前記閾値を生成する閾値生成部を有し、
前記閾値生成部は、前記季節情報に基づいて予測される外気温が低いときよりも高いときの方が、前記閾値が小さくなるように生成することを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - スイッチング素子のスイッチング動作により、入力された直流電力または交流電力を所望の交流電力に変換して出力し、内蔵された冷媒の沸騰現象を利用する冷却装置を用いて前記スイッチング素子の冷却を行うよう構成された電力変換装置において、
前記スイッチング素子もしくは当該スイッチング素子取付面の動作中温度と動作開始前の温度との偏差に基づいて前記電力変換装置の動作を制御する制御部を有し、
前記制御部は、前記偏差が所定の閾値を超えた場合に前記冷却装置の性能低下を表す冷却性能低下検知信号を生成して出力する検知部を有し、
前記検知部は、前記スイッチング素子の損失に基づいて前記スイッチング素子の損失が小さいときよりも大きいときの方が、前記閾値が小さくなるように前記閾値を生成する閾値生成部を有することを特徴とする電力変換装置。 - スイッチング素子のスイッチング動作により、入力された直流電力または交流電力を所望の交流電力に変換して出力し、内蔵された冷媒の沸騰現象を利用する冷却装置を用いて前記スイッチング素子の冷却を行うよう構成された電力変換装置において、
前記スイッチング素子もしくは当該スイッチング素子取付面の動作中温度と動作開始前の温度との偏差に基づいて前記電力変換装置の動作を制御する制御部を有し、
前記制御部は、前記偏差が所定の閾値を超えた場合に前記冷却装置の性能低下を表す冷却性能低下検知信号を生成して出力する検知部を有し、
前記検知部は、カレンダー機能を有し、当該カレンダー機能による季節情報に基づいて前記閾値を生成する閾値生成部を有し、
前記閾値生成部は、前記季節情報に基づいて予測される外気温が低いときよりも高いときの方が、前記閾値が小さくなるように生成することを特徴とする電力変換装置。 - 前記制御部は、前記偏差が所定の閾値を超えた場合に前記電力変換装置を停止する制御を行うことを特徴とする請求項1、6または7に記載の電力変換装置。
- 前記制御部は、前記偏差が所定の閾値を超えた場合に前記スイッチング素子を動作させるスイッチング周波数を低下させる制御を行うことを特徴とする請求項1、6または7に記載の電力変換装置。
- 前記制御部は、前記偏差が所定の閾値を超えた場合に前記スイッチング素子に通流させる電流を制限する制御を行うことを特徴とする請求項1、6または7に記載の電力変換装置。
- 前記スイッチング素子を構成するトランジスタ素子およびダイオード素子のうちの少なくとも一つがワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることを特徴とする請求項1、6または7に記載の電力変換装置。
- 前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化ケイ素、窒化ガリウム系材料または、ダイヤモンドを用いた半導体であることを特徴とする請求項11に記載の電力変換装置。
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