JP6029993B2

JP6029993B2 - Static frequency conversion power supply

Info

Publication number: JP6029993B2
Application number: JP2013014148A
Authority: JP
Inventors: 功神山
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2013-01-29
Publication date: 2016-11-24
Anticipated expiration: 2033-01-29
Also published as: JP2014147210A

Description

この発明は、商用交流電源を所定の周波数、電圧に変換して任意の交流負荷あるいは負荷配電系統に給電する静止形周波数変換電源装置に関する。 The present invention relates to a static frequency conversion power supply device that converts a commercial AC power source into a predetermined frequency and voltage and supplies power to an arbitrary AC load or load distribution system.

商用交流電源の周波数は50Hzと60Hzの２種類があり、周知のとおり世界各国ではいずれか一方が、日本では両方が用いられている。周波数変換電源装置の用途としては、例えば商用交流電源が50Hzの地域で60Hz用の機器や装置等を試験するための試験用電源としての用途や、特許文献１に示されるような港湾に停泊中の船舶に陸上から給電するシステムにおいて、陸側の商用交流電源の周波数が船舶側電源系統の周波数と異なる場合に周波数変換して給電するなどの用途がある。 There are two types of commercial AC power supply, 50 Hz and 60 Hz. As is well known, either one is used in each country in the world and both are used in Japan. Examples of the use of the frequency conversion power supply device include a use as a test power source for testing equipment and devices for 60 Hz in an area where the commercial AC power supply is 50 Hz, and a berth in a port as shown in Patent Document 1. In a system for supplying power to a ship from the land, there is an application such as power conversion after frequency conversion when the frequency of the commercial AC power supply on the land side is different from the frequency of the power supply system on the ship side.

上記周波数変換電源装置としては、回転機である電動機と発電機を直結した構成のいわゆる「ＭＧセット」と呼ばれる装置が古くから実用に供されているが、回転機械であるために安全面や騒音対策のための付帯設備や建屋構造を要し、一般に設備の構成が複雑で大規模となる。また、基本的に機械設備であるため保守性は静止形の機器に比べ劣る。そこで、電力変換装置を用いた静止形周波数変換電源装置がこれに代わり用いられるようになってきている。静止形周波数変換電源装置は、ＰＷＭによる半導体スイッチング素子のオンオフ制御等によって出力電圧、周波数の精度が向上し、また安定性に優れる利点も有する。ただし、半導体素子を用いた電力変換装置は回転発電機に比べ定格電流に対する過電流の耐量が低く、運転継続不能となる過電流トリップレベルも低い。このために、短絡試験設備のように短時間大電流を供給する必要のある特定の用途では、現在でも専らＭＧセットが用いられている。 As the above-mentioned frequency conversion power supply device, a so-called “MG set” having a configuration in which a motor as a rotating machine and a generator are directly connected has been put into practical use for a long time. Ancillary facilities and building structures are required for countermeasures, and the structure of the facilities is generally complicated and large. In addition, since it is basically a mechanical facility, its maintainability is inferior to that of stationary equipment. Therefore, a static frequency conversion power supply device using a power conversion device has been used instead. The static frequency conversion power supply device has the advantage that the accuracy of the output voltage and frequency is improved by the on / off control of the semiconductor switching element by PWM and the like and the stability is excellent. However, a power conversion device using a semiconductor element has a low withstand capability of overcurrent with respect to a rated current and a low overcurrent trip level at which the operation cannot be continued as compared with a rotary generator. For this reason, the MG set is still used exclusively for specific applications such as a short-circuit test facility where a large current needs to be supplied for a short time.

ここで、前述の特許文献１に記載の船舶への給電を考えると、船舶内の負荷は様々な負荷により構成されており、また船舶の大きさ、種類や用途によって異なっている。停泊中の運用によっては、電動機の始動や変圧器の投入などのインラッシュ電流の発生も想定する必要がある。また、船内には保護リレー等を含む配電系統を有し大型船では大規模で複雑な配電系統を有している。一般に配電系統内での短絡事故等では過電流保護リレーによって事故フィーダの特定と解列がなされる。このためには、電源は保護リレーが過電流として判定できる電流を継続して供給する必要がある。上記のインラッシュ電流や系統事故時の過電流を総称して以下「過渡過電流」と称する。 Here, considering the power feeding to the ship described in Patent Document 1, the load in the ship is composed of various loads, and varies depending on the size, type, and application of the ship. Depending on the operation during berthing, it is also necessary to assume the generation of inrush current such as starting the motor and turning on the transformer. In addition, the ship has a power distribution system including a protection relay and the like, and a large ship has a large and complicated power distribution system. In general, in the case of a short-circuit accident in the distribution system, the fault feeder is specified and disconnected by an overcurrent protection relay. For this purpose, the power source needs to continuously supply a current that can be determined as an overcurrent by the protection relay. The above inrush current and overcurrent at the time of a system fault are collectively referred to as “transient overcurrent”.

特許文献２には、この過渡過電流の供給に着目し、静止形変換器である他励式の電流形電力変換器と回転機である同期調相機の組み合わせで構成される周波数変換電源装置が提案されている。この提案は、船舶用の電機設備で「軸発電装置」として広く知られ実用化されている装置において、船舶の推進用原動機（エンジン）に直結された発電機の出力を前記電流形電力変換器の入力とするのに代えて商用電源を変換器の入力としたものであり、負荷の過電流は回転機である同期調相機（同期機）から供給することによって、過電流耐量を高くすることができる。 Patent Document 2 proposes a frequency conversion power supply device composed of a combination of a separately-excited current source power converter as a static converter and a synchronous phase adjuster as a rotating machine, paying attention to the supply of the transient overcurrent. Has been. This proposal is an apparatus widely known and used as a “shaft generator” in electrical equipment for ships, and the output of the generator directly connected to the propulsion motor (engine) of the ship is used as the current source power converter. The power source is replaced with the input of the converter, and the overcurrent of the load is supplied from a synchronous phase adjuster (synchronous machine), which is a rotating machine, to increase the overcurrent tolerance. Can do.

特開２００５−２３７１５１号公報（全体）JP-A-2005-237151 (Overall) 特開２００７−１５１２１８号公報（全体）JP 2007-151218 (Overall)

特許文献１に示される船舶への陸上からの電源供給用途では前述のとおり過渡過電流への対処が必要である。この過渡過電流に対する静止形周波数変換電源装置における最も簡単な対処方法は、想定される過電流が装置のトリップレベル以下になるように装置容量を選定することであるが、例えばこの過渡過電流は装置定格の１０倍を超えるような電流値となり、一方で装置の瞬時過電流トリップレベルは、使用する半導体素子にもよるが、通常装置定格の２倍程度であるため、一般に極めて不経済な容量選定となって装置の寸法やコストの点から現実的な方法となり得ない。このため、静止形周波数変換電源装置は負荷側の系統の短絡による事故電流や、電動機や変圧器の投入時のインラッシュ電流などの短時間の過渡過電流の発生と給電継続を考慮しなければならないような負荷や用途には適用が難しかった。 In the power supply application from the land to the ship shown in Patent Document 1, it is necessary to deal with the transient overcurrent as described above. The simplest way to deal with this transient overcurrent in a static frequency conversion power supply device is to select the device capacity so that the assumed overcurrent is below the trip level of the device. The current value exceeds 10 times the device rating. On the other hand, the instantaneous overcurrent trip level of the device is usually about twice the device rating, although it depends on the semiconductor elements used. It becomes a selection and cannot be a realistic method in terms of the size and cost of the apparatus. For this reason, static frequency conversion power supplies must take into account the occurrence of short-term transient overcurrents such as accidental currents due to short-circuits on the load side, inrush currents when electric motors and transformers are turned on, and continued power supply. It was difficult to apply to loads and uses that would not be possible.

特許文献２に示される方法は、軸発電機装置の特徴を利用して過渡過電流に対応しようとするものであるが、装置構成に回転機を含むため前述のＭＧセットと同様な問題を有し、また、過電流給電時には電流の大きさに応じて同期調相機の速度変動に伴う電源周波数の変動を生じ、これを防止するためにはフライホイールの追加設置など機械的な慣性の増加で対処することが必要で、要求される電源品質を満足するためには回転機械設備が更に大型化するという問題がある。 The method disclosed in Patent Document 2 attempts to cope with transient overcurrent by utilizing the characteristics of the shaft generator device, but has the same problems as the MG set described above because the device configuration includes a rotating machine. In addition, during overcurrent power supply, fluctuations in the power supply frequency accompanying the speed fluctuations of the synchronous phase adjuster occur depending on the magnitude of the current, and to prevent this, an increase in mechanical inertia such as the addition of a flywheel is required. In order to satisfy the required power quality, there is a problem that the rotating machine equipment is further increased in size.

なお、上記では負荷機器の投入や配電系統の事故などの過渡過電流を想定すべき例として船舶への給電の場合を例に述べたがこれに限るものでは無く、一般の工場内の試験用電源設備等においても用途等により同様の問題が生ずることは明らかである。 In the above description, the case of supplying power to a ship has been described as an example where transient overcurrent such as the introduction of load equipment or an accident in the distribution system should be assumed, but this is not a limitation. It is obvious that the same problem occurs in the power supply facilities depending on the use.

本発明は上記に鑑みて為されたものであり、電力変換器を用いた静止形周波数変換電源装置を過渡過電流が想定される用途にも適用可能とすることを目的とする。より具体的には、過渡過電流に対する装置容量の増大を抑制しつつ装置の過電流トリップを防止して運転継続することができ、また、負荷側の配電系統事故時においては保護リレー等が動作可能な事故電流を供給することができ、過渡過電流の発生が想定される負荷設備への電力供給に好適な静止形周波数変換電源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 an object of the present invention is to make it possible to apply a static frequency conversion power supply apparatus using a power converter to applications in which transient overcurrent is assumed. More specifically, it is possible to continue operation by preventing an overcurrent trip of the device while suppressing an increase in the device capacity against a transient overcurrent, and a protection relay or the like is activated in the event of a power distribution system failure on the load side. An object of the present invention is to provide a static frequency conversion power supply apparatus that can supply a possible accident current and is suitable for supplying power to a load facility in which a transient overcurrent is expected to occur.

上記目的を達成するために、本発明の静止形周波数変換電源装置は、交流を入力し、電力変換器により負荷設備が要求する周波数の交流電力を出力する静止形周波数変換電源装置であって、前記電力変換器の出力周波数及び出力電圧を制御する制御手段と、前記電力変換器の出力側に設けられた電流検出器と、前記電流検出器の検出電流値を第１の閾値と比較判定する第１の過電流検出手段と、前記電流検出器の検出電流値を、前記第１の閾値より小さい第２の閾値と比較判定する第２の過電流検出手段と、前記電流検出器の検出電流値が所定の電流制限値を超えたとき、電流制限値内となるように制御する電流制限制御手段と、前記電力変換器を構成するスイッチング素子のゲート信号をオフして出力電流を遮断する出力遮断手段とを具備し、前記第１の過電流検出手段が過電流と判定したときは、前記出力遮断手段により前記電力変換器の出力電流を遮断し、前記第２の過電流検出手段が過電流と判定したときは、前記出力遮断手段により前記電力変換器の出力電流を遮断すると共に、前記電流制限制御手段の出力を所定のプリセット値にセットし、且つ所定時間後に前記出力遮断手段による前記電力変換器の出力遮断を解除して通電を再開するようにし、前記電流制限制御手段は、電流制限値１と電流制限値２の複数の電流制限設定値を有すると共に、これを切替える切替手段を更に設け、前記第２の過電流検出手段の検出結果に応じて、前記切替手段により電流制限値１と電流制限値２を切り替えるようにしたことを特徴としている。 In order to achieve the above object, the static frequency conversion power supply apparatus of the present invention is a static frequency conversion power supply apparatus that inputs alternating current and outputs alternating current power of a frequency required by a load facility by a power converter, Control means for controlling the output frequency and output voltage of the power converter, a current detector provided on the output side of the power converter, and the determination of the detected current value of the current detector with a first threshold First overcurrent detection means, second overcurrent detection means for comparing and comparing a detection current value of the current detector with a second threshold value smaller than the first threshold value, and a detection current of the current detector When the value exceeds a predetermined current limit value, current limit control means for controlling the current limit value to be within the current limit value, and an output for cutting off the output current by turning off the gate signal of the switching element constituting the power converter With blocking means When the first overcurrent detection means determines that the current is an overcurrent, the output cutoff means interrupts the output current of the power converter, and when the second overcurrent detection means determines that the current is an overcurrent. The output shutting means shuts off the output current of the power converter, sets the output of the current limit control means to a predetermined preset value, and shuts off the output of the power converter by the output shutting means after a predetermined time. The current limit control means has a plurality of current limit set values of a current limit value 1 and a current limit value 2, and further includes a switching means for switching between the current limit control value and the second current limit control means. The current limiting value 1 and the current limiting value 2 are switched by the switching means according to the detection result of the overcurrent detecting means .

この発明によれば、負荷側の短絡事故や負荷投入時の過渡過電流に対して、装置容量の増加を抑制しつつトリップすることなく運転を継続することが可能な静止形周波数変換電源装置を提供することができる。 According to the present invention, a stationary frequency conversion power supply device capable of continuing operation without tripping while suppressing an increase in device capacity against a short circuit accident on the load side or a transient overcurrent at the time of loading a load. Can be provided.

本発明の実施例１に係る静止形周波数変換電源装置の回路ブロック図。1 is a circuit block diagram of a static frequency conversion power supply apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施例２に係る静止形周波数変換電源装置の回路ブロック図。The circuit block diagram of the static type frequency conversion power supply device which concerns on Example 2 of this invention. 本発明の実施例３に係る静止形周波数変換電源装置の回路ブロック図。The circuit block diagram of the static type frequency conversion power supply device which concerns on Example 3 of this invention.

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

以下、本発明の実施例１に係る静止形周波数変換電源装置を、図１を参照して説明する。図１は本発明の実施例１に係る静止形周波数変換電源装置の回路ブロック図である。 Hereinafter, a stationary frequency conversion power supply apparatus according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a circuit block diagram of a static frequency conversion power supply apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.

交流電源１から与えられる３相交流電圧は、入力変圧器２によって適切な電圧に変換されて電力変換器３に供給される。電力変換器３は、本実施例では交流−直流変換器（順変換器）３１、直流−交流変換器（逆変換器）３２及び平滑コンデンサ３３から構成されている。なお、電力変換器３の仕様によっては入力変圧器２を省略できる場合がある。電力変換器３の出力は負荷設備４に接続され、例えば交流電源１の周波数が50Hzであれば、これを負荷設備４の要求する周波数60Hzに変換すると共に、負荷設備４の定格電圧を供給する。電力変換器３の出力には電流検出器５が設けられ、この電流検出器５の出力は、過電流検出回路６Ａと過電流検出回路７Ａに入力されると共に、減算器９Ａの減算側に入力される。 The three-phase AC voltage supplied from the AC power source 1 is converted into an appropriate voltage by the input transformer 2 and supplied to the power converter 3. In this embodiment, the power converter 3 includes an AC / DC converter (forward converter) 31, a DC / AC converter (inverse converter) 32, and a smoothing capacitor 33. Depending on the specifications of the power converter 3, the input transformer 2 may be omitted. The output of the power converter 3 is connected to the load facility 4. For example, if the frequency of the AC power supply 1 is 50 Hz, this is converted to the frequency 60 Hz required by the load facility 4 and the rated voltage of the load facility 4 is supplied. . The output of the power converter 3 is provided with a current detector 5. The output of the current detector 5 is input to the overcurrent detection circuit 6A and the overcurrent detection circuit 7A, and input to the subtraction side of the subtractor 9A. Is done.

電圧基準（Ｖ）生成回路１０は所定の周波数指令値と電圧指令値によりＰＷＭ回路１２の入力となる電圧基準信号を生成する。この電圧基準信号は乗算器１１によって補正された後、ＰＷＭ回路１２に入力される。ＰＷＭ回路１２はその出力側に図示しないゲート制御回路を有し、ゲート遮断回路１３を介して電力変換器３の直流―交流変換器（逆変換器）３２の図示しないスイッチング素子のオンオフを制御して所定の電圧と周波数の交流を負荷設備４に給電する。ここで、図１における電圧基準（Ｖ）生成回路１０及びＰＷＭ回路１２は電力変換器３の出力電圧及び周波数を制御する制御手段に相当する。 The voltage reference (V) generation circuit 10 generates a voltage reference signal to be input to the PWM circuit 12 based on a predetermined frequency command value and voltage command value. The voltage reference signal is corrected by the multiplier 11 and then input to the PWM circuit 12. The PWM circuit 12 has a gate control circuit (not shown) on its output side, and controls on / off of a switching element (not shown) of the DC-AC converter (inverse converter) 32 of the power converter 3 via the gate cutoff circuit 13. Then, alternating current having a predetermined voltage and frequency is supplied to the load facility 4. Here, the voltage reference (V) generation circuit 10 and the PWM circuit 12 in FIG. 1 correspond to control means for controlling the output voltage and frequency of the power converter 3.

ゲート遮断回路１３に遮断指令が入力されるとゲート遮断回路１３は、直流―交流変換器（逆変換器）３２の全てのスイッチング素子をオフして出力を遮断する。ゲート遮断回路１３の遮断指令は図１に示すとおり、過電流検出回路６Ａに設定された第１の閾値を超えたことを記憶するラッチ回路６Ｂの出力（遮断指令１）と、過電流検出回路７Ａに設定された第２の閾値を超えたことを記憶するラッチ回路７Ｂの出力（遮断指令２）がＯＲ回路８により論理合成されゲート遮断回路１３に入力される。また、ラッチ回路６Ｂの記憶を解除するリセット入力は、図示しない故障リセット回路で生成され手動でリセットされる。一方、ラッチ回路７Ｂはタイマ回路７Ｃにより所定時間Ｔｄ後に自動リセットされる。このラッチ回路７Ｂの出力は、後述するようにプリセット機能を有する比例積分器９Ｂのプリセット指令ともなっている。この比例積分器９Ｂは前段の減算器９Ａの出力、すなわち電流制限値と電流検出値との偏差を増幅するが、その出力はリミッタ回路９Ｃにより０から１の範囲に制限され乗算器１１に入力される。 When a cut-off command is input to the gate cut-off circuit 13, the gate cut-off circuit 13 turns off all the switching elements of the DC-AC converter (inverse converter) 32 and cuts off the output. As shown in FIG. 1, the shutoff command of the gate shutoff circuit 13 is output from the latch circuit 6B (shutoff command 1) for storing that the first threshold value set in the overcurrent detection circuit 6A is exceeded, and the overcurrent detection circuit. The output (interruption command 2) of the latch circuit 7B that stores the fact that the second threshold set in 7A has been exceeded is logically synthesized by the OR circuit 8 and input to the gate cutoff circuit 13. The reset input for releasing the memory of the latch circuit 6B is generated by a failure reset circuit (not shown) and manually reset. On the other hand, the latch circuit 7B is automatically reset after a predetermined time Td by the timer circuit 7C. The output of the latch circuit 7B also serves as a preset command for a proportional integrator 9B having a preset function, as will be described later. The proportional integrator 9B amplifies the output of the subtractor 9A in the previous stage, that is, the deviation between the current limit value and the current detection value, but the output is limited to a range of 0 to 1 by the limiter circuit 9C and input to the multiplier 11. Is done.

以上述べた本発明の実施例１に関わる静止形周波数変換電源装置の動作について、その特徴的な部分を主体に説明する。 The operation of the static frequency conversion power supply apparatus according to the first embodiment of the present invention described above will be described mainly with its characteristic parts.

まず、過電流検出回路６Ａと過電流検出回路７Ａの動作について説明する。図示したように過電流検出回路６Ａ及び過電流検出回路７Ａは所定の入力の範囲を超えたとき１を出力するウインドコンパレータを使用している。過電流検出回路６Ａは従来どおりの過電流故障検出のためのもので、電流検出器５によって検出した電流値が所定の第１の閾値を超えたことを検出し、電力変換器３を過電流による損傷から保護するために、電力変換器３をゲート遮断するとともに図示しない入力遮断器などの開放をおこなう。この場合、装置は故障状態となり運転動作を停止するいわゆる故障トリップ状態となり、負荷設備４への電力供給は停止し停電状態となる。 First, operations of the overcurrent detection circuit 6A and the overcurrent detection circuit 7A will be described. As shown in the figure, the overcurrent detection circuit 6A and the overcurrent detection circuit 7A use a window comparator that outputs 1 when a predetermined input range is exceeded. The overcurrent detection circuit 6A is for conventional overcurrent failure detection, detects that the current value detected by the current detector 5 has exceeded a predetermined first threshold value, and sets the power converter 3 to overcurrent. In order to protect from damage caused by the above, the power converter 3 is shut off at the gate and an input breaker (not shown) is opened. In this case, the apparatus is in a failure state and is in a so-called failure trip state in which the operation is stopped, and power supply to the load facility 4 is stopped and a power failure state occurs.

過電流検出回路７Ａは、その閾値が第１の閾値より小さい第２の閾値に設定され、例えば過電流検出回路６Ａの第１の閾値が装置定格の200%のとき、過電流検出回路７Ａの第２の閾値をこれより低い175%とする。負荷設備４で過渡過電流が発生して電流が急増した場合、この電流急増はまず過電流検出回路７Ａで検出されることになる。この過電流検出はラッチ回路７Ｂの出力を１とし記憶されるとともにＯＲ回路８で論理合成され直流−交流変換器３２を直ちにゲート遮断することにより、過渡過電流は過電流検出回路７Ａの第２の閾値の電流値で遮断され電流は急速に減少する。ラッチ回路７Ｂの出力が１となると、タイマ回路７Ｃは所定時間Ｔｄ後にラッチ回路７Ｂのリセット入力を１としてリセット操作するが、すでに前述のゲート遮断により電流検出値は減少しているので、ラッチ回路７Ｂは直ちにリセットされゲート遮断は解除されて電力変換器３は負荷設備４への給電を再開する。すなわち第１の閾値は装置をトリップさせ運転停止させる必要のある限界的な過電流保護レベルであるのに対し、第２の閾値は若干余裕のある電流値であり、この第２の閾値で電力変換器３の電流を急速遮断することによって、負荷の過渡過電流を一定のレベル以下に抑制するとともに、電力変換器３の短時間内の再通電がスイッチング素子の温度などの制約を受けずに可能となる。例えば、上記タイマ回路７Ｃの設定時間Ｔｄは一般的な半導体スイッチング素子を用いた電力変換器において数ミリ秒以下とすることができ、この電力供給の断続を負荷にとって実質的に影響ない短時間とすることが可能となる。 The overcurrent detection circuit 7A is set to a second threshold value that is smaller than the first threshold value. For example, when the first threshold value of the overcurrent detection circuit 6A is 200% of the device rating, the overcurrent detection circuit 7A The second threshold is set to 175% lower than this. When a transient overcurrent occurs in the load facility 4 and the current rapidly increases, this rapid increase is first detected by the overcurrent detection circuit 7A. In this overcurrent detection, the output of the latch circuit 7B is stored as 1, and logically synthesized by the OR circuit 8, and the DC-AC converter 32 is immediately gate-cut, whereby the transient overcurrent is detected by the second current of the overcurrent detection circuit 7A. It is cut off at the current value of the threshold value, and the current decreases rapidly. When the output of the latch circuit 7B becomes 1, the timer circuit 7C performs a reset operation by setting the reset input of the latch circuit 7B to 1 after a predetermined time Td. However, since the current detection value has already decreased due to the gate cutoff, the latch circuit 7C 7B is immediately reset, the gate cutoff is released, and the power converter 3 resumes power supply to the load facility 4. That is, the first threshold value is a limit overcurrent protection level that requires the device to be tripped and shut down, whereas the second threshold value is a current value that has a slight margin. By quickly cutting off the current of the converter 3, the transient overcurrent of the load is suppressed to a certain level or less, and the re-energization of the power converter 3 within a short time is not restricted by the temperature of the switching element. It becomes possible. For example, the set time Td of the timer circuit 7C can be set to several milliseconds or less in a power converter using a general semiconductor switching element, and the intermittent supply of power is a short time that does not substantially affect the load. It becomes possible to do.

ラッチ回路７Ｂの出力は比例積分器９Ｂのプリセット指令としても入力されており、この動作を次に説明する。電流制限値を例えば装置定格の150%に設定すると、通常の給電時は負荷電流が装置定格の100％以下であるから、減算器９Ａの出力は＋50%以上であって次段の比例積分器９Ｂの出力はリミッタ回路９Ｃによって出力は１に飽和している。従って電力変換器３の出力は、電圧基準値（Ｖ）生成回路１０によって生成された基準値どおりに制御されている。ここで何らかの原因で負荷電流が増加し電流制限値を超えた場合は、減算器９Ａの出力は負となって比例積分器９Ｂ及びリミッタ回路９Ｃの出力は減少して、乗算器１１の作用により電圧基準の振幅を減少させるように動作して電力変換器３の出力電圧を絞る。この電圧低減により負荷設備４への電流が減少し電流制限値と一致したところで出力電圧は保持される。 The output of the latch circuit 7B is also input as a preset command of the proportional integrator 9B, and this operation will be described next. For example, if the current limit value is set to 150% of the device rating, the load current is 100% or less of the device rating during normal power supply, so the output of the subtractor 9A is + 50% or more and the proportional integrator in the next stage The output of 9B is saturated to 1 by the limiter circuit 9C. Therefore, the output of the power converter 3 is controlled according to the reference value generated by the voltage reference value (V) generation circuit 10. If the load current increases for some reason and exceeds the current limit value, the output of the subtractor 9A becomes negative and the outputs of the proportional integrator 9B and the limiter circuit 9C decrease. The output voltage of the power converter 3 is reduced by operating so as to reduce the amplitude of the voltage reference. As a result of this voltage reduction, the current to the load facility 4 decreases and the output voltage is maintained when it matches the current limit value.

ここで負荷の過渡過電流の場合について考えると、前述のとおりその要因は電動機の始動や変圧器の投入、負荷系統の短絡事故などであり、これらは共通的に負荷側のインピーダンスの急激な低下としてとらえることができる。この場合、電流増加の変化率（di/dt）が大きく、上記の電流制限制御による電流絞込みが間に合わないという問題がある。そこで、前述の過電流検出回路７Ａによる短時間ゲート遮断の動作と連動して、ゲート遮断中にあらかじめ電圧を絞り込んでおけば、タイマ回路７Ｃに設定した所定時間Ｔｄ後の再通電時に負荷電流を所定の電流制限値に安定して制御して給電することができる。この電流制限値上限で負荷給電する間に、電動機の加速による始動電流の減少や変圧器の過渡現象の終了、負荷側系統の事故部位の解列などで負荷電流が電流制限値より減少すると、比例積分器９Ａの出力は自動的に増加し、電力変換器３の出力電圧は定格に戻る。上記はラッチ回路７Ｂの出力が１であるとき、比例積分器９Ｂを所定のプリセット値にセットするように構成すれば簡単に実現できる。比例積分器９Ｂを所定のプリセット値にセットするとは、比例積分器９Ｂの積分回路の積分値、すなわち比例積分器９Ｂの出力を所定のプリセット値にセットするということである。このプリセット値としては、一般に装置定格の0〜20%程度で所望の特性が得られ、厳密な調整は必要ない。すなわち、通電を再開したときの電力変換器３の出力電流は0〜20%という低い値から比例積分器９Ｂの制御応答性に従って次第に増大するようになるので、安定した運転を行うことが可能となる。 Considering the case of transient overcurrent of the load, as mentioned above, the causes are the start of the motor, the introduction of the transformer, the short circuit accident of the load system, etc., and these are the sudden drop of the impedance on the load side in common. Can be taken as. In this case, there is a problem that the rate of change in current increase (di / dt) is large and current narrowing by the current limiting control is not in time. Therefore, in conjunction with the short-time gate cutoff operation by the overcurrent detection circuit 7A described above, if the voltage is narrowed down in advance during the gate cutoff, the load current is reduced at the time of re-energization after the predetermined time Td set in the timer circuit 7C. Power can be supplied with stable control to a predetermined current limit value. While the load is being fed at the upper limit of this current limit value, if the load current decreases below the current limit value due to reduction of the starting current due to acceleration of the motor, termination of the transformer transient, disconnection of the fault site of the load side system, etc. The output of the proportional integrator 9A automatically increases, and the output voltage of the power converter 3 returns to the rating. The above can be easily realized if the proportional integrator 9B is set to a predetermined preset value when the output of the latch circuit 7B is 1. Setting the proportional integrator 9B to a predetermined preset value means that the integral value of the integrating circuit of the proportional integrator 9B, that is, the output of the proportional integrator 9B is set to a predetermined preset value. As the preset value, desired characteristics are generally obtained at about 0 to 20% of the device rating, and no strict adjustment is required. That is, when the energization is resumed, the output current of the power converter 3 gradually increases according to the control response of the proportional integrator 9B from a low value of 0 to 20%, so that stable operation can be performed. Become.

以上、説明したように本実施例によれば、負荷に過渡過電流が発生した場合でも故障検出してトリップすることなく運転継続でき、所定の電流制限値内で安定した通電をおこなうことができる静止形周波数変換電源装置が比較的簡単な構成で得られる。また、以下に説明する他の実施例についても同様に上記利点が活かされている。 As described above, according to the present embodiment, even when a transient overcurrent occurs in the load, the operation can be continued without detecting a fault and tripping, and stable energization can be performed within a predetermined current limit value. A static frequency conversion power supply device can be obtained with a relatively simple configuration. The advantages described above are also utilized in other embodiments described below.

図２は本発明の実施例２に係わる静止形周波数変換電源の回路ブロック図である。この実施例２の各部について、図１の本発明の実施例１に係る静止形周波数変換電源装置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、電力変換器３の出力側にリアクトル１４を設けた点である。 FIG. 2 is a circuit block diagram of a static frequency conversion power supply according to the second embodiment of the present invention. The same parts of the second embodiment as those of the stationary frequency conversion power supply device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. The second embodiment differs from the first embodiment in that a reactor 14 is provided on the output side of the power converter 3.

このリアクトル１４は負荷の過渡過電流の電流変化率（di/dt）を抑制するために設ける。電力変換器３は一般に直流回路に平滑コンデンサ３３を有する電圧形電力変換器が用いられるが、電圧形電力変換器は負荷に対して電圧源として作用するので、負荷側の短絡事故等で想定されるインピーダンスが小さいほど過渡過電流の電流変化率が大きくなる。一方、過電流検出回路６Ａおよび７Ａの検出時間遅れのばらつきなどから、電流変化率が大きすぎると過電流検出回路７Ａによるゲート遮断動作の前に過電流検出回路６Ａが動作し装置が故障トリップする恐れがある。 This reactor 14 is provided to suppress the current change rate (di / dt) of the transient overcurrent of the load. As the power converter 3, a voltage type power converter having a smoothing capacitor 33 in a DC circuit is generally used. However, since the voltage type power converter acts as a voltage source for the load, it is assumed in a short circuit accident on the load side. The smaller the impedance, the greater the rate of change of transient overcurrent. On the other hand, if the current change rate is too large due to variations in the detection time delay of the overcurrent detection circuits 6A and 7A, the overcurrent detection circuit 6A operates before the gate cut-off operation by the overcurrent detection circuit 7A, and the device trips. There is a fear.

このように負荷特性によって過渡過電流の電流変化率が大きすぎ、回路動作の確実性が損なわれる場合は、リアクトル１４を設けることで過渡過電流の変化率の最大値を制限することができる。適正なリアクタンス値は回路の動作時間のばらつきや遅れ時間にもよるが、通常、装置定格ベースの％IXで５〜10％程度のリアクトルの設置で安定した動作が得られる。 Thus, when the current change rate of the transient overcurrent is too large due to the load characteristics and the reliability of the circuit operation is impaired, the maximum value of the change rate of the transient overcurrent can be limited by providing the reactor 14. Although an appropriate reactance value depends on variations in circuit operation time and delay time, normally, stable operation can be obtained by installing a reactor of about 5 to 10% in% IX of the device rating base.

なお、リアクトル１４は、負荷側に図示しないコンデンサを接続することによって、上記過渡電流の変化率抑制の効果と同時に、電力変換器３のＰＷＭ出力電圧をフィルタリングするフィルタ用リアクトルとして兼用することもできる。 The reactor 14 can also be used as a filter reactor for filtering the PWM output voltage of the power converter 3 simultaneously with the effect of suppressing the change rate of the transient current by connecting a capacitor (not shown) on the load side. .

図３は本発明の実施例３に係わる静止形周波数変換電源装置の回路ブロック図である。この実施例３の各部について、図２の本発明の実施例２に係る静止形周波数変換電源装置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、ラッチ回路７Ｂの出力が１となったことを記憶するラッチ回路１５を追加し、更に電流制限値として電流制限値１と電流制限値２を用意し、ラッチ回路１５の出力に応じて減算器９Ａに与える電流制限値を切替える切替回路１６を設けた点である。 FIG. 3 is a circuit block diagram of a static frequency conversion power supply apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. The same parts of the third embodiment as those of the stationary frequency conversion power supply apparatus according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. The third embodiment is different from the second embodiment in that a latch circuit 15 for storing that the output of the latch circuit 7B is 1 is added, and a current limit value 1 and a current limit value 2 are prepared as current limit values. In addition, a switching circuit 16 is provided for switching the current limit value applied to the subtracter 9A in accordance with the output of the latch circuit 15.

このような構成とすることで、通常の給電時と過渡過電流が発生した場合とで電流制限動作を変えることができる。すなわち、切替回路１６はラッチ回路１５の出力が０の通常運転時に電流制限値１を出力し、ラッチ回路１５の出力が１のときは電流制限値２に切り替えるように構成する。例えば、電流制限値１を第１の過電流検出回路６Ａの閾値（例えば200%）以上に設定し、電流制限値２を第２の過電流検出回路の閾値（例えば175%）より小さい値（例えば150%）に設定すると、電流制限値１が使用されている通常時には負荷電流は常に電流制限値１より小さいのでリミッタ回路の出力は常時１となり、電力変換器３は常時電圧制御のみで動作する。このとき、負荷に過渡過電流が発生して過電流検出回路７Ａの閾値を越えた場合には電流制限値２に切り替わり、実施例１で述べた通常の電流制限動作を行うことになる。このようにすれば、通常は動作が単純な電圧制御のみの電源として動作させ、負荷に過渡過電流が発生した可能性がある場合のみ電流制限制御を活かすという運用が可能となる。 With this configuration, the current limiting operation can be changed between normal power feeding and when a transient overcurrent occurs. That is, the switching circuit 16 is configured to output the current limit value 1 during normal operation when the output of the latch circuit 15 is 0, and to switch to the current limit value 2 when the output of the latch circuit 15 is 1. For example, the current limit value 1 is set to be equal to or higher than the threshold value (for example, 200%) of the first overcurrent detection circuit 6A, and the current limit value 2 is set to a value smaller than the threshold value (for example, 175%) of the second overcurrent detection circuit. For example, when the current limit value 1 is used, the load current is always smaller than the current limit value 1, so that the output of the limiter circuit is always 1, and the power converter 3 is always operated only by voltage control. To do. At this time, when a transient overcurrent occurs in the load and exceeds the threshold value of the overcurrent detection circuit 7A, the load is switched to the current limit value 2, and the normal current limit operation described in the first embodiment is performed. In this way, it is possible to operate such that the operation is usually performed as a power source only for voltage control having a simple operation, and the current limit control is utilized only when there is a possibility that a transient overcurrent has occurred in the load.

以上本発明の実施例を説明したが、この実施例は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施例やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although the embodiment of the present invention has been described above, this embodiment is presented as an example and is not intended to limit the scope of the invention. The novel embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

例えば、図１における直流−交流変換器３２の制御手段は、電圧指令と周波数指令とから単純に出力を決めるような開ループのいわゆるＶ／ｆ制御として説明したが、電流フィードバックによって有効電流と無効電流を個別に制御する２軸制御としても良い。そしてこの２軸制御の場合は、過電流検出回路６Ａ、７Ａ、減算器９Ａに与える電流を有効電流とすることや無効電流とすること、更には両者のベクトル和の電流とすることもできる。 For example, the control means of the DC-AC converter 32 in FIG. 1 has been described as an open loop so-called V / f control in which the output is simply determined from the voltage command and the frequency command. It is good also as 2 axis control which controls an electric current separately. In the case of this two-axis control, the current supplied to the overcurrent detection circuits 6A and 7A and the subtractor 9A can be an effective current, a reactive current, or a vector sum of both currents.

また、図１の開ループ制御を、電力変換器３の出力電圧をフィードバックして電圧の閉ループ制御を行うように変更しても良い。 Further, the open loop control of FIG. 1 may be changed so that the output voltage of the power converter 3 is fed back to perform the closed loop control of the voltage.

また、電力変換器３は通常の交流−直流変換器と直流−交流変換器の組合せとして説明したが、単位変換器を複数使用した多重構成のものであっても良く、またマトリクスコンバータであっても良く、また変換器方式によっては必ずしもＰＷＭ制御を行う必要はない。 The power converter 3 has been described as a combination of a normal AC-DC converter and a DC-AC converter. However, the power converter 3 may be of a multiple configuration using a plurality of unit converters, and may be a matrix converter. Further, depending on the converter system, it is not always necessary to perform PWM control.

また、図３におけるリアクトル１４は実施例２の説明で述べたように負荷の特性によっては省略可能である。 Further, the reactor 14 in FIG. 3 can be omitted depending on the characteristics of the load as described in the description of the second embodiment.

更に、ラッチ回路７Ｂの出力が１になった回数をカウンタによってカウントし、このカウント値が所定の値に到達したとき、例えばタイマ回路７Ｃの出力が生じないようにして電力変換器の出力遮断の解除を行わないようにし、装置の運転継続を諦めることも可能である。この場合、出力遮断の解除を１回乃至２回程度に制限するように、カウント値を設定するのが実用的である。 Further, the counter counts the number of times the output of the latch circuit 7B becomes 1, and when this count value reaches a predetermined value, for example, the output of the power converter is cut off so that the output of the timer circuit 7C does not occur. It is also possible to give up the continuation of operation of the apparatus by not performing the release. In this case, it is practical to set the count value so as to limit the cancellation of the output cutoff to about once or twice.

１交流電源
２入力変圧器
３電力変換器
４負荷設備
５電流検出器
６Ａ、７Ａ過電流検出回路
６Ｂ、７Ｂ、１５ラッチ回路
７Ｃタイマ回路
８ＯＲ回路
９Ａ減算器
９Ｂ比例積分器（プリセット機能付）
９Ｃリミッタ回路
１０電圧基準値(Ｖ)生成回路
１１乗算器
１２ＰＷＭ回路
１３ゲート遮断回路
１４リアクトル
１６切替回路
３１交流−直流変換器（順変換器）
３２直流−交流変換器（逆変換器）
３３平滑コンデンサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC power supply 2 Input transformer 3 Power converter 4 Load equipment 5 Current detector 6A, 7A Overcurrent detection circuit 6B, 7B, 15 Latch circuit 7C Timer circuit 8 OR circuit 9A Subtractor 9B Proportional integrator (with preset function)
9C Limiter circuit 10 Voltage reference value (V) generation circuit 11 Multiplier 12 PWM circuit 13 Gate cut-off circuit 14 Reactor 16 Switching circuit 31 AC-DC converter (forward converter)
32 DC-AC converter (inverse converter)
33 Smoothing capacitor

Claims

交流を入力し、電力変換器により負荷設備が要求する周波数の交流電力を出力する静止形周波数変換電源装置であって、
前記電力変換器の出力周波数及び出力電圧を制御する制御手段と、
前記電力変換器の出力側に設けられた電流検出器と、
前記電流検出器の検出電流値を第１の閾値と比較判定する第１の過電流検出手段と、
前記電流検出器の検出電流値を、前記第１の閾値より小さい第２の閾値と比較判定する第２の過電流検出手段と、
前記電流検出器の検出電流値が所定の電流制限値を超えたとき、電流制限値内となるように制御する電流制限制御手段と、
前記電力変換器を構成するスイッチング素子のゲート信号をオフして出力電流を遮断する出力遮断手段と
を具備し、
前記第１の過電流検出手段が過電流と判定したときは、前記出力遮断手段により前記電力変換器の出力電流を遮断し、
前記第２の過電流検出手段が過電流と判定したときは、前記出力遮断手段により前記電力変換器の出力電流を遮断すると共に、前記電流制限制御手段の出力を所定のプリセット値にセットし、且つ所定時間後に前記出力遮断手段による前記電力変換器の出力遮断を解除して通電を再開するようにし、
前記電流制限制御手段は、電流制限値１と電流制限値２の複数の電流制限設定値を有すると共に、これを切替える切替手段を更に設け、前記第２の過電流検出手段の検出結果に応じて、前記切替手段により電流制限値１と電流制限値２を切り替えるようにしたことを特徴とする静止形周波数変換電源装置。 A static frequency conversion power supply device that inputs alternating current and outputs alternating current power of a frequency required by the load facility by a power converter,
Control means for controlling the output frequency and output voltage of the power converter;
A current detector provided on the output side of the power converter;
First overcurrent detection means for comparing and determining a detected current value of the current detector with a first threshold;
Second overcurrent detection means for comparing and determining a detected current value of the current detector with a second threshold value smaller than the first threshold value;
Current limit control means for controlling to be within the current limit value when the detected current value of the current detector exceeds a predetermined current limit value;
An output blocking means for cutting off an output current by turning off a gate signal of a switching element constituting the power converter;
Comprising
When the first overcurrent detection means determines an overcurrent, the output interruption means interrupts the output current of the power converter,
When the second overcurrent detection means determines an overcurrent, the output cutoff means cuts off the output current of the power converter and sets the output of the current limit control means to a predetermined preset value, And after a predetermined time, canceling the output cutoff of the power converter by the output cutoff means to resume energization ,
The current limit control means has a plurality of current limit set values of a current limit value 1 and a current limit value 2, and further includes a switching means for switching between them, and according to the detection result of the second overcurrent detection means. A static frequency conversion power supply apparatus characterized in that the current limiting value 1 and the current limiting value 2 are switched by the switching means .

前記電力変換器の出力側にリアクトルを更に設け、
前記電力変換器の出力電流の変化率が負荷の特性や条件によらず一定の上限値以下となるようにし、これにより前記第２の過電流検出手段が前記第１の過電流検出手段より確実に先行して過電流検出するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の静止形周波数変換電源装置。 Further providing a reactor on the output side of the power converter,
The rate of change of the output current of the power converter is set to a certain upper limit value or less regardless of load characteristics and conditions, whereby the second overcurrent detection means is more reliable than the first overcurrent detection means. 2. The static frequency conversion power supply apparatus according to claim 1, wherein overcurrent is detected prior to the operation.

前記所定のプリセット値は、装置定格の0〜20%の範囲としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の静止形電力変換電源装置。 3. The static power conversion power supply device according to claim 1, wherein the predetermined preset value is in a range of 0 to 20% of a device rating. 4.

前記第２の過電流検出手段が過電流と判定した回数をカウントし、所定のカウント回数に到達したときには、前記電力変換器の出力遮断の解除を行わないようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の静止形電力変換電源装置。 The number of times that the second overcurrent detection means determines that the current is overcurrent is counted, and when the predetermined number of times is reached, the output cutoff of the power converter is not canceled. The static power conversion power supply device according to any one of claims 1 to 3 .