JP5319250B2 - 交流出力不安定状態検知回路及び電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は交流出力不安定状態検知回路及び電力変換装置に関する。

電力変換装置において交流出力の不安定（欠相状態）を検出する場合、従来は電力変換装置の出力電圧の正側／負側の電圧値のアンバランスを検出し、交流出力の欠相の有無を判断している。しかし出力容量の増加に伴い、電力変換装置に用いている絶縁トランスも大型化し、低負荷時の電流ではトランスが飽和せずに、欠相検知レベルまで出力電圧がアンバランスにならない。

単相交流出力状態において、低負荷時に欠相検知ができない状態で運転を続けた場合、交流出力側に設置した絶縁トランスの温度が上昇し続け、焦損に至る可能性が考えられる。そのため、交流出力が低負荷時でも、欠相を検知する必要が生じている。欠相を検出する装置として特許文献１に記載された技術がある。しかしこの技術においても交流出力が低負荷時にも欠相を検出するには不安があった。
特願平８−３３１７５０号公報

そこでこの発明では、電流値の正負アンバランスを検知するようにし、交流出力が低負荷時でも交流出力の不安定状態を検知できるようにした交流出力不安定状態検知回路及び電力変換装置を提供することを目的とする。

この発明の一面はインバータブリッジ回路の電流検出器の出力のプラス側に流れる電流の所定時間内の最大値を検出する第１の最大値検出回路と、前記電流検出器の出力のマイナス側に流れる電流を反転した反転電流の所定時間内の最大値を検出する第２の最大値検出回路と、前記第１の最大値検出回路の検出電流値が第１の設定値より小さいことを確認する比較器と、前記第２の最大値検出回路の検出電流値が第２の設定値より大きいことを確認する比較器と、前記第１の最大値検出回路の検出電流値が第２の設定値より大きいことを確認する比較器と、前記第２の最大値検出回路の検出電流値が第１の設定値より小さいことを確認する比較器と、前記比較器の出力を用いて、プラス側に流れる電流が前記第１の設定値以下で、マイナス側に流れる電流が前記第２の設定値以上の状態とき、及びプラス側に流れる電流が前記第２の設定値以上で、マイナス側に流れる電流が前記第１の設定値以下の状態ときを論理判断し不安定（欠相）状態検出出力を得る論理回路と、を有したことを特徴とする。

上記の手段により、交流出力が低負荷時でも交流出力の不安定状態を検知でき装置の安全性を維持できる。

以下この発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１はこの発明の一実施の形態である。

１は直流電源であり、この直流電源１はインバータブリッジ回路２に接続されている。インバータブリッジ回路１は、例えば、絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ（以下ＩＧＢＴと略称）を用いてフルブリッジ回路を構成している。即ち、ＩＧＢＴ３１，３２が直列接続され、ＩＧＢＴ３３，３４が直列接続される。そしてこの直列回路が並列接続され、ＩＧＢＴ３１、３３のコレクタが直流電源１のプラス端子に接続され、ＩＧＢＴ３２，３４のエミッタが直流電源１のマイナス端子に接続される。そしてＩＧＢＴ３１−３４の各ゲート電極には、ゲート回路４１−４４がそれぞれ接続され、各トランジスタのターンオン、ターンオフタイミングを制御することができる。

上記インバータブリッジ回路２は、ＩＧＢＴ３１、３４がオン、ＩＧＢＴ３３、３２がオフとなる第１の状態、ＩＧＢＴ３１、３４がオフ、ＩＧＢＴ３３、３２がオンとなる第２の状態を交互に繰り返すことで直流−交流変換出力を得ることができる。

上記インバータブリッジ回路２の一方の出力端子は、ＩＧＢＴ３１，ＩＧＢＴ３２の接続点から導出され、リアクトル６を介して絶縁トランス８の１次巻線８１の一方の端子に接続されている。またインバータブリッジ回路２の他方の出力端子は、ＩＧＢＴ３３，ＩＧＢＴ３４の接続点から導出され、絶縁トランス８の１次巻線８１の他方の端子に接続されている。１次巻線８１と並列にフィルタコンデンサ７が接続されている。

上記構成により、インバータブリッジ回路２の出力に含まれる不要な高調波は、リアクトル６及びフィルタコンデンサ７のフィルタリング機能により抑制される。絶縁トランス８の２次巻線８２の両端子が変換出力端子ＯＵＴ１，ＯＵ２として導出されている。

ここで、インバータブリッジ回路２に流れる電流は、検出コイル５０を有する電流検出器１０１により検出されている。電流検出器１０１から電流検出出力は、第１の最大値検出回路１０２に入力されるとともに、反転回路２０３で反転されて、第２の最大値検出回路１０４に入力されている。

第１、第２の最大値検出回路１０１、１０４は、電流検出出力を予め定めている所定時間内の最大値を検出する回路である。

次に第１の最大値検出回路１０２の検出電流値は、比較器１１１に入力される。この比較１１１は、第１の最大値検出回路１０２の検出電流値が第１の設定値より小さいことを確認する回路である。比較器１１１は、第１の最大値検出回路１０２の検出電流値が第１の設定値より小さい場合にハイレベルを出力し、それ以外はローベルを出力する。

また第２の最大値検出回路１０４の検出電流値は、比較器１１２に入力される。この比較器１１２は、第２の最大値検出回路１０４の検出電流値が第２の設定値より大きいことを確認する回路である。比較器１１２は、第２の最大値検出回路１０４の検出電流値が第２の設定値より大きい場合にハイレベルを出力し、それ以外はローレベルを出力する。

また第１の最大値検出回路１０２の検出電流値は、比較器１１３に入力される。この比較１１３は、第１の最大値検出回路１０２の検出電流値が第２の設定値より大きいことを確認する回路である。比較器１１３は、第１の最大値検出回路１０２の検出電流値が第２の設定値より大きい場合にハイレベルを出力し、それ以外はローベルを出力する。

さらにまた、第２の最大値検出回路１０２の検出電流値は、比較器１１４に入力される。この比較１１４は、第２の最大値検出回路１０４の検出電流値が第１の設定値より小さいことを確認する回路である。比較器１１４は、第２の最大値検出回路１０４の検出電流値が第１の設定値より小さい場合にハイレベルを出力し、それ以外はローレベルを出力する。

上記した比較器１１１−１１４の出力は、論理回路１２０に入力される。この論理回路１２０は、比較器１１１−１１４の出力を用いて、プラス側に流れる電流が第１の設定値以下で、マイナス側に流れる電流が第２の設定値以上の状態のとき、及びプラス側に流れる電流が第２の設定値以上で、マイナス側に流れる電流が第１の設定値以下の状態のときを論理判断し不安定（欠相）状態検出出力を得る。論理回路１２０は、比較器１１１，１１２の出力の論理積を得るアンド回路１１５と、比較器１１３、１１４の出力の論理積を得るアンド回路１１６と、アンド回路１１５，１１６の出力の論理和を得るオア回路１１７を有する。オア回路１１７の出力は、例えば５秒遅延回路１１８を介して、インバータブリッジ回路２を制御する制御回路（図示せず）に入力される。制御回路は、不安定状態が検出された場合、一時的に変換装置のインバータ動作を停止する。遅延回路１１８は、一定時間不安定状態が続いたことを確定する回路として設けられている。

比較器１１１−１１４において、第１の設定値を４０Ａ、第２の設定値を８０Ａとしているが、この値は一例であり、各電力変換装置の規格や要望に応じて任意に設定される。

図２は、上記の装置の動作例を簡単化して説明するための図である。図２には、電流検出器１０１の電流検出出力、最大値検出回路１０１、１０４の検出出力と、比較器１１１−１１４の判定出力を示している。期間ｔ２、ｔ３では論理回路１２０が不安定を判断している。つまり比較器１１１−１１４、論理回路１２０は、最大値検出回路１０１、１０４の検出した電流のプラス側とマイナス側の最大値のアンバランスを表す比が所定値範囲Ｘ（１＞Ｘ＞０）で所定時間続いた場合、不安定状態の検出出力を得る。

この発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。上記の実施形態では、インバータブリッジ回路２内の電流を検出したが、さらに装置の出力側の電流も合わせて検出してもよい。

図３にはこの発明のさらに他の実施の形態を示している。図１の実施形態と異なる部分を説明する。絶縁トランス８の出力側の電流を検出コイル５２を介して検出する電流検出器１２１が追加されている。そして、この電流検出器１２１の検出出力は、比較器１２２に入力される。この比較器１２２は電流値が４０Ａ以下であるか否かを検出し、４０Ａ以下のときはハイレベルを出力する。この判定出力は、アンド回路１１５、１１６に入力されている。他の部分は、図１に示した実施形態と同じ構成である。上記の実施形態によると、不安定状態をさらに装置の出力側で確認するので、正確に不安定状態の検出を得ることができる。

図４にはさらにこの発明の他の実施の形態を示している。図１及び図３の実施形態と異なる部分を説明する。この実施形態では、システム制御部３００の制御機能を示している。システム制御部３００には、遅延回路１１８の不安定検出出力が入力されている。不安定状態が発生したときは、停止制御部３０１が、インバータブリッジ回路２のゲート回路を制御することで、装置の動作を停止することができる。停止制御部３０１は、さらに装置の動作を停止したとき警告を出力するようにしてもよい。また一定時間が経過したとき再起動する機能を設けてもよい。

さらにシステム制御部３００は、比較値調整部３０２を有する。この比較値調整部３０２は、比較器１１１−１１４，１２２の被比較値を可変することができる。この可変は、利用者の操作入力に応じて実行される。この被比較値の可変が行われると、インバータブリッジ回路に流れる電流の正負アンバランス量に対する不安定検出感度が変化する。

さらにまた、システム制御部３００は遅延時間調整部３０３を有し、この遅延時間調整部３０３は遅延回路１１８の遅延時間を可変する。この可変は、利用者の操作入力に応じて実行される。この遅延時間の可変が行われると、不安定検出時点から装置が停止されるまでの時間が変化する。

上記の遅延時間の調整、被比較値の調整を利用者が行うとしたが、インバータブリッジ回路に流れる電流の正負アンバランスの比率を測定し、その測定結果に応じて、予め設定したテーブルのデータを用いて、遅延時間及び被比較値の値を自動的に制御してもよい。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

この発明の一実施の形態を示す回路構成説明図である。 図１に示した回路の動作例を示すタイミングチャートである。 この発明の他の実施の形態を示す回路構成説明図である。 この発明のさらに他の実施の形態を示す回路構成説明図である。

符号の説明

１・・・直流電源、２・・・インバータブリッジ回路、６・・・リアクトル、７・・・フィルタコンデンサ、８・・・絶縁トランス、３１−３４・・・ＩＧＢＴ、４１−４４・・・ゲート回路、１０１、１２１・・・電流検出器、１０２，１０４・・・最大値検出回路、２０３・・・反転回路、１１１−１１４，１２２・・・比較器、１１５，１１６・・・アンド回路、１１７・・・オア回路、１１８・・・遅延回路。

Claims (5)

1. インバータブリッジ回路の電流検出器の出力のプラス側に流れる電流の所定時間内の最大値を検出する第１の最大値検出回路と、
   前記電流検出器の出力のマイナス側に流れる電流を反転した反転電流の所定時間内の最大値を検出する第２の最大値検出回路と、
   前記第１の最大値検出回路の検出電流値が第１の設定値より小さいことを確認する第１の比較器と、
   前記第２の最大値検出回路の検出電流値が第２の設定値より大きいことを確認する第２の比較器と、
   前記第１の最大値検出回路の検出電流値が第２の設定値より大きいことを確認する第３の比較器と、
   前記第２の最大値検出回路の検出電流値が第１の設定値より小さいことを確認する第４の比較器と、
   前記比較器の出力を用いて、プラス側に流れる電流が前記第１の設定値以下で、マイナス側に流れる電流が前記第２の設定値以上の第１の状態のとき、及びプラス側に流れる電流が前記第２の設定値以上で、マイナス側に流れる電流が前記第１の設定値以下の第２の状態のときを論理判断し、不安定状態検出出力を得る論理回路と、
   を有したことを特徴とする交流出力不安定状態検知回路。
2. 請求項１において、前記インバータブリッジ回路の出力電流が所定値以下であることを条件に前記論理回路が不安定状態検出出力を得るように該論理回路の入力を制御する手段を設けたことを特徴とする交流出力不安定状態検知回路。
3. 請求項１又は２において、前記第１乃至第４の比較器の被比較電流値を変化させる比較値調整部を有したことを特徴とする交流出力不安定状態検知回路。
4. 請求項１又は請求項２において、前記論理回路から前記不安定状態検出出力が得られてから前記インバータ回路の動作を停止するまでの遅延時間を得る遅延回路と、この遅延回路の遅延時間を変更する遅延時間調整部を有したことを特徴とする交流出力不安定状態検知回路。
5. インバータブリッジ回路と、前記インバータブリッジ回路の出力電圧を変換する絶縁トランスとを有する電力変換装置において、
   前記インバータブリッジ回路に流れる交流電流のプラス側と、マイナス側の最大値を検出する第１第２の最大値検出回路と、
   前記プラス側とマイナス側の最大値のアンバランスを表す比が所定値範囲Ｘ（１＞Ｘ＞０）で所定時間続いた場合、不安定状態の検出出力を得る比較器及び論理回路による回路部と、
   前記不安定状態の検出出力に応答して、前記インバータブリッジ回路の動作を停止する制御部と、を有することを特徴とする電力変換装置。

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