JP6137330B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
本発明は、複数のスイッチ手段を行方向、及び列方向に複数配置して直流電力を交流電力に変換し、負荷に供給する電力変換装置に関する。
特許文献1には、複数の直流電源を有する電力変換装置において、複数の単相インバータを設け、各単相インバータの出力端子を直列に接続し、各単相インバータに設けられる各電子スイッチのオン、オフを制御することにより、高電圧の電力を出力することが開示されている。
しかしながら、上述した特許文献1に開示された例は、複数の単相インバータに設けられる半導体スイッチ(電子スイッチ)のうちの一つに故障が発生すると、電力変換装置全体が機能しなくなり、負荷への電力供給が停止するという問題が発生する。
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、直流電力を交流電力に変換するためのスイッチ手段に設けられる電子スイッチに故障が発生した場合でも、交流電力の出力を継続することが可能な電力変換装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本願発明は、行方向及び列方向に配置された複数のスイッチ手段のうち、同一の行に接続された各スイッチ手段は、同一の直流電源に接続され、同一の列に接続された各スイッチ手段は互いに直列接続され、各スイッチ手段は、直流電源側に接続される一次側回路と、負荷側に接続される二次側回路との間で直流電力を遮断する絶縁手段を備える。制御手段は、スイッチ手段に設けられる各電子スイッチの短絡故障、及び開放故障を検出する機能を有し、短絡故障、または開放故障が発生したことが検出された場合には、短絡故障か開放故障かに応じて、故障が発生したスイッチ手段と同一の行に配置されたスイッチ手段を制御する。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の実施形態に係る電力変換装置の構成を示す回路図である。図1に示すように、本実施形態に係る電力変換装置100は、制御部33(制御手段)を備えており、該制御部33の制御により複数(図では4個)のバッテリVB(直流電源)より出力される直流電圧(直流電力)を交流電圧(交流電力)に変換して、モータM1(交流モータ)に供給し、該モータM1を駆動させる。
また、電力変換装置100は、モータM1のU相に電力を供給するU相スイッチ群21と、V相に電力を供給するV相スイッチ群22、及びW相に電力を供給するW相スイッチ群23を備えている。U相スイッチ群21、V相スイッチ群22、W相スイッチ群23は、それぞれ電源線11,12,13を介してモータM1に接続されている。更に、U相スイッチ群21、V相スイッチ群22、W相スイッチ群23は、それぞれ図中縦方向に4個(4行)配列され、横方向に4個(4列)配列された、合計16個のスイッチ回路(スイッチ手段)を備えている。即ち、U相スイッチ群21、V相スイッチ群22、及びW相スイッチ群23がそれぞれ、4行、4列のスイッチ回路を備えており、全体で48個のスイッチ回路が設けられている。
なお以下では、U相スイッチ群21、V相スイッチ群22、W相スイッチ群23のそれぞれに設けられる16個のスイッチ回路を、行及び列を示すサフィックスで表記する。例えば、U相スイッチ群21に設けられる1行、1列のスイッチ回路をu11とし、2行、1列のスイッチ回路をu12とし、1行、2列のスイッチ回路をu21として表記する。従って、U相スイッチ群21には、16個のスイッチ回路u11〜u44が設けられ、V相スイッチ群22には、16個のスイッチ回路v11〜v44が設けられ、W相スイッチ群23には、16個のスイッチ回路w11〜w44が設けられる。
また、図1に示すように同一行のスイッチ回路(図中、横方向のスイッチ回路)には、同一のバッテリが接続されている。即ち、横方向に並ぶ12個のスイッチ回路u11,u21,u31,u41,v11,v21,v31,v41,w11,w21,w31,w41は、同一のバッテリVB1に接続されている。また、各スイッチ回路とバッテリVB1との間には回路遮断用の遮断機SW1が設けられている。バッテリVB2,VB3,VB4についても同様に、遮断機SW2,SW3,SW4を介して同一行のスイッチ回路に接続されている。即ち、各遮断機SW1〜SW4(遮断手段)は、バッテリVB1〜VB4とスイッチ回路との間に設けられ、これらの間を電気的に遮断する機能を備えている。
そして、U相スイッチ群21、V相スイッチ群22、及びW相スイッチ群23をそれぞれスイッチング制御することにより、U相電圧、V相電圧、W相電圧を生成し、これらをモータM1に供給することにより、モータM1を駆動させる。
なお、制御部33は、例えば、中央演算ユニット(CPU)や、RAM、ROM、ハードディスク等の記憶手段からなる一体型のコンピュータとして構成することができる。
制御部33は、モータM1に供給される三相の交流であるU相、V相、W相を制御するためにベクトル制御を用いる。すなわち、モータM1の所定の回転数N、及びトルクTを実現するため、制御部33は、回転数N、及びトルクTに対応するd軸電流id、及びq軸電流iqを求め、求められたd軸電流id、及びq軸電流iqからU相電圧、V相電圧、W相電圧を計算する。
d軸電流id、q軸電流iqとは、モータM1に流れる三相の交流であるU相電圧、V相電圧、W相電圧と、数学的には座標変換によって関連付けられた物理量である。d軸、q軸は、モータM1の回転子に固定された回転系の座標軸を表しており、d軸は回転子の磁極の方向、q軸は回転子の磁極の方向と直交し、回転子の回転軸と直交する方向に対応している。
制御部33は、回転数N、及びトルクTに対応するd軸電流id、及びq軸電流iqを求めるため、制御部33の記憶手段に記憶された対応表であるid,iqマップを参照する。id,iqマップは、回転数N、及びトルクTと、これらの量に対応するd軸電流id、及びq軸電流iqを表現する対応表である。制御部33は、ベクトル制御を用いることにより、制御しやすい二相の直流であるd軸電流id、及びq軸電流iqを介して、モータM1において所定の回転数N、及びトルクTを出力するようにモータM1を制御することができる。
制御部33は、d軸電流id、及びq軸電流iqを介して計算されたU相電圧、V相電圧、W相電圧を生成するため、U相スイッチ群21、V相スイッチ群22、及びW相スイッチ群23のスイッチング制御を行う。その結果、所定の回転数N、及びトルクTを実現するためのU相電圧、V相電圧、W相電圧がモータM1に供給され、モータM1を所定の回転数N、及びトルクTで駆動させる。
なお、電力変換装置100が必要以上の電力の出力を行うことによる過熱状態となることを防ぐため、電力変換装置100の最大出力、安全率などを考慮し、制御部33は、d軸電流id、及びq軸電流iqに対する出力制限値を有している。制御部33は、d軸電流id、及びq軸電流iqが出力制限値を超えない範囲において制御を行う。
次に、各スイッチ回路の詳細な構成について説明する。図2は、図1に示した各スイッチ回路(48個のスイッチ回路)を代表的にスイッチ回路Y1として示した回路図である。図2に示すように、スイッチ回路Y1は、バッテリVB1より出力される直流電圧を変換するDC/DCコンバータ31と、該DC/DCコンバータ31より出力される直流電圧を交流電圧に変換するHブリッジ回路32(インバータ回路)を備えている。
DC/DCコンバータ31は、バッテリVBより出力される直流電圧の高周波成分を除去するコンデンサC1と、トランスTR1(絶縁手段)と、該トランスTR1の一次側に設けられる電子スイッチQ11〜Q14と、二次側に設けられる電子スイッチQ21〜Q24と、平滑化用のコンデンサC2を備えている。トランスTR1は、バッテリ側(直流電源側)に接続される一次側回路と、負荷側に接続される二次側回路との間で、直流電力を遮断する機能を備える。そして、各電子スイッチQ11〜Q14、Q21〜Q24は、制御部33より駆動信号DSが供給されてスイッチング動作し、入力側より供給される直流電圧を所望のレベルの直流電圧に変換して、Hブリッジ回路32に出力する。
Hブリッジ回路32は、4個の電子スイッチQ31〜Q34を備えており、各電子スイッチQ31〜Q34の駆動を制御することにより、直流電圧を交流電圧に変換して出力する。なお、以下では、スイッチ回路Y1(図1に示した48個のスイッチ回路に対応)に設けられる電子スイッチQ11〜Q14を一次側回路、Q21〜Q24及びQ31〜Q34を二次側回路とする。また、上述した各電子スイッチとして、IGBT、MOSFET等の半導体スイッチを用いることができる。
更に、図1に示すように、DC/DCコンバータ31の入力側には、入力電圧V1を測定する電圧センサ35が設けられ、出力側には出力電圧V2を測定する電圧センサ36が設けられている。そして、検出された入力電圧V1、及び出力電圧V2は、制御部33に出力される。制御部33は、上位コントローラ(図示省略)より供給される駆動指令に基づき、各電子スイッチのオン、オフを制御する。また、遮断機のオン、オフを制御する。
図11に示した各スイッチ回路(48個のスイッチ回路)は、全て図2に示す回路構成を有している。なお、以下の説明では、図2に示した各電子スイッチ、及びオン、オフの状態を、図4に示すように簡略化した記号で示すことにする。図4に示す回路において、左側が入力側(INPUT)、右側が出力側(OUTPUT)となっている。
そして、本実施形態に係る電力変換装置100では、複数の電子スイッチのうち任意の電子スイッチにて故障が発生した場合に、該電力変換装置100の作動を停止させることなくモータM1に電力を供給する。以下、故障が発生した場合の処理手順を、図10〜図13に示すフローチャートを参照して説明する。
図10は、故障の発生箇所に基づいて、処理を決定するためのフローチャートである。初めに、ステップS11において、制御部33は、各電子スイッチに故障が発生しているか否かを判断する。故障の発生は、図2に示した電圧センサ35,36で測定される電圧値に基づいて検出することができる。
故障が発生していると判断された場合には、ステップS12において、開放故障であるか、或いは短絡故障であるかを判断する。即ち、駆動信号に拘わらず電子スイッチがオフ状態となった場合には、開放故障であると判断し、駆動信号に拘わらず電子スイッチがオン状態となった場合には、短絡故障であると判断する。
開放故障であると判断された場合には、ステップS13において、制御部33は、開放故障処理を実行する。短絡故障であると判断された場合には、ステップS14において、一次側回路の電子スイッチにて短絡故障が発生したか否かを判断する。そして、一次側回路で短絡故障が発生した場合には、ステップS15において、一次側短絡故障処理を実行する。二次側回路の電子スイッチにて短絡故障が発生した場合には、ステップS16において、二次側短絡故障処理を実行する。
以下、二次側短絡故障処理、一次側短絡故障処理、及び開放故障処理について詳細に説明する。
[二次側短絡故障処理の説明]
図1に示した48個のスイッチ回路u11〜u44、v11〜v44、w11〜w44のうち、いずれかのスイッチ回路の二次側回路にて短絡故障が発生した場合に、この処理が実行される。即ち、図2に示したスイッチ回路Y1の二次側回路(トランスTR1よりも右側の回路)に設けられる8個の電子スイッチQ21,Q22,Q23,Q24,Q31,Q32,Q33,Q34のいずれかにて短絡故障、即ち、オン状態が維持される故障が発生した場合に、この処理が実行される。以下、図11に示すフローチャートを参照して説明する。
図1に示した48個のスイッチ回路u11〜u44、v11〜v44、w11〜w44のうち、いずれかのスイッチ回路の二次側回路にて短絡故障が発生した場合に、この処理が実行される。即ち、図2に示したスイッチ回路Y1の二次側回路(トランスTR1よりも右側の回路)に設けられる8個の電子スイッチQ21,Q22,Q23,Q24,Q31,Q32,Q33,Q34のいずれかにて短絡故障、即ち、オン状態が維持される故障が発生した場合に、この処理が実行される。以下、図11に示すフローチャートを参照して説明する。
初めに、ステップS31において、同一行の全てのスイッチ回路の一次側回路に設けられる電子スイッチを全てオフとする。例えば、図3に示す符号p1のスイッチ回路w44にて二次側回路の短絡故障が発生した場合には、このスイッチ回路w44と同一行となるスイッチ回路、即ち、符号p2に示す11個のスイッチ回路について、一次側回路に設けられる電子スイッチを全てオフとする。同様に、このスイッチ回路w44についても、一次側回路に設けられる電子スイッチを全てオフとする。具体的には、図4に示すように、4個の電子スイッチQ11,Q12,Q13,Q14を全てオフとする。
更に、図11のステップS32において、同一行の全てのスイッチ回路の二次側回路に設けられる電子スイッチを全てオンとする。具体的には、図4に示すように、8個の電子スイッチQ21,Q22,Q23,Q24,Q31,Q32,Q33,Q34を全てオンとする。
その結果、図3に示す4行目スイッチ回路(p1,p2に示すスイッチ回路)は、全て一次側回路がオフとされるので、バッテリVB4より出力される直流電圧は遮断される。また、全ての二次側回路がオンとされるので、この部分が短絡され、3行目のスイッチ回路とグランドが直接接続されることになる。
つまり、4個のスイッチ回路が直列に接続された状態から、3個のスイッチ回路が直列に接続された状態に切り替えられ、この3個のスイッチ回路の直列接続により生成される電力がモータM1に供給されることになる。
次に、ステップS33において、キャリア波形(三角波)を修正する。Hブリッジ回路32(インバータ回路)による交流電圧を生成する方式がレベルシフト方式によるものである場合には、図5に示すように、Hブリッジ回路32に供給するキャリア波形のレベルシフト量(振幅)を補正する。即ち、故障発生前は、4個のスイッチ回路より出力される交流電圧を直列接続していたが、故障の発生により、3個のスイッチ回路の直列接続となるので、その分キャリア波形のレベルシフト量を大きくする。詳細には、波形a1,a2,a3,a4の振幅haに対して、修正後の波形b1,b2,b3の振幅hamが(4/3)倍となるように修正する。こうすることにより、故障発生前と同様の電圧をモータM1に供給することが可能となる。
一方、Hブリッジ回路32(インバータ回路)による交流電圧を生成する方式が位相シフト方式によるものである場合には、図6に示すように、Hブリッジ回路32に供給するキャリア波形(三角波)の位相シフト量を補正する。即ち、故障発生前は、4個のスイッチ回路により全体の位相を4分割し、図6のc1,c2,c3,c4に示す如くの位相差としていたが、故障の発生により、3個のスイッチ回路となるので、その分、位相差を大きくする。詳細には、波形c1,c2,c3,c4の位相差Phに対して、修正後の波形d1,d2,d3の位相差Phmが(4/3)倍となるように修正する。こうすることにより、故障発生前と同様の電圧をモータM1に供給することが可能となる。
このように、スイッチ回路の二次側回路に設けられた電子スイッチに短絡故障が発生した場合には、故障が発生した電子スイッチと同一の行に設けられる電子スイッチの一次側回路をオフ(開放)とし、二次側回路をオン(短絡)とするので、故障が発生した行に設けられるスイッチ回路の機能を全て停止させる。従って、残りの行(故障発生以外の行)に設けられたスイッチ回路によりモータM1に所望の電力を供給することができ、モータM1の駆動を継続して行うことが可能となる。また、残りの行に供給する三角波の振幅、或いは位相を変更することにより、故障発生前と同一の電圧を供給することができ、モータM1を継続して駆動させることができる。
[開放故障処理の説明]
次に、スイッチ回路に設けられる各電子スイッチに開放故障が発生した場合の処理について、図12に示すフローチャートを参照して説明する。
次に、スイッチ回路に設けられる各電子スイッチに開放故障が発生した場合の処理について、図12に示すフローチャートを参照して説明する。
図1に示した複数のスイッチ回路u11〜u44、v21〜v44、w11〜w44のうち、いずれかのスイッチ回路の一次側回路または二次側回路にて開放故障が発生した場合に、この処理が実行される。即ち、図2に示したスイッチ回路Y1に設けられる12個の電子スイッチQ11,Q12,Q13,Q14,Q21,Q22,Q23,Q24,Q31,Q32,Q33,Q34のいずれかにて開放故障、即ち、オフ状態が維持される故障が発生した場合に、この処理が実行される。
この処理では、図12のステップS51において、故障が発生したスイッチ回路に設けられる電子スイッチを全てオフとする。例えば、図7に示すように、スイッチ回路w44の電子スイッチにて開放故障が発生した場合には、このスイッチ回路w44に設けられる全ての電子スイッチを全てオフとする。
ステップS52において、他相の同位置(行、列が一致する位置)のスイッチ回路、即ち、図7に示すスイッチ回路u44,v44に設けられる電子スイッチを全てオフとする。つまり、各スイッチ回路u44,v44,w44について、図8に示すように、全ての電子スイッチQ11〜Q34をオフとする。こうすることにより、図7に示した各スイッチ回路w44,u44,v44には電流が流れなくなり、その他のスイッチ回路を作動させることにより、モータM1に交流電力を供給することができる。
ステップS53において、モータM1をベクトル制御する際の、d軸電流id、及びq軸電流iqに対する出力制限値を小さくする。即ち、図9に示すように、回転数NとトルクTとの関係により決定されるd軸電流id、及びq軸電流iqの最大出力値が、符号R1に示す領域(図9において、斜線を付して示す領域)の分だけ低下するように、d軸電流id、及びq軸電流iqに対する出力制限値を小さくする。こうすることにより、モータM1に流れる最大の電流値を制限することができ、開放故障に起因して電力変換装置100が過熱状態となることを防止できる。
出力制限値を小さくしなければならない理由は次にように説明される。モータM1を所定の回転数N、及びトルクTで駆動させているときに、各スイッチ回路w44,u44,v44が停止すると、停止していない他のスイッチ回路における電力変換の負荷が増大する。そのため、各スイッチ回路w44,u44,v44が停止する前と比較して、電力変換装置100は過熱状態となりやすくなる。よって、各スイッチ回路w44,u44,v44の停止に合わせて出力制限値を小さくし、d軸電流id、及びq軸電流iqの最大出力値を低下させる必要がある。
開放故障時のスイッチ回路の制御と合わせて、出力制限値を小さく設定しなおすことで、図9の符号R1に示す領域に対応する回転数N、及びトルクTでのモータM1の駆動は行われなくなる。その結果、開放故障に起因して電力変換装置100が過熱状態となることを防止できる。
このように、スイッチ回路に設けられた電子スイッチに開放故障が発生した場合には、故障が発生したスイッチ回路、及び他の相の、同位置にあるスイッチ回路に設けられる全ての電子スイッチをオフとするので、故障が発生していないスイッチ回路を用いて、モータM1への電力供給を継続させることが可能となる。
[一次側短絡故障処理の説明]
図1に示した48個のスイッチ回路u11〜u44、v11〜v44、w11〜w44のうち、いずれかのスイッチ回路の一次側回路にて短絡故障が発生した場合に、この処理が実行される。即ち、図2に示したスイッチ回路Y1の一次側回路(トランスTR1よりも左側の回路)に設けられる4個の電子スイッチQ11,Q12,Q13,Q14のいずれかにて短絡故障が発生した場合に、この処理が実行される。以下、図13に示すフローチャートを参照して説明する。
図1に示した48個のスイッチ回路u11〜u44、v11〜v44、w11〜w44のうち、いずれかのスイッチ回路の一次側回路にて短絡故障が発生した場合に、この処理が実行される。即ち、図2に示したスイッチ回路Y1の一次側回路(トランスTR1よりも左側の回路)に設けられる4個の電子スイッチQ11,Q12,Q13,Q14のいずれかにて短絡故障が発生した場合に、この処理が実行される。以下、図13に示すフローチャートを参照して説明する。
この処理では、図13のステップS71において、短絡が発生したスイッチ回路と、バッテリとの間に設けられる遮断機を遮断する。例えば、図3の符号p1に示したスイッチ回路w44にて一次側回路の短絡故障が発生した場合には、バッテリVB4とスイッチ回路w44との間に設けられる遮断機SW4を遮断する。従って、バッテリVBより出力される直流電圧は遮断される。
図13のステップS72において、同一行の全てのスイッチ回路の一次側回路に設けられる電子スイッチを全てオフとする。この処理では、スイッチ回路w44と同一行となるスイッチ回路、即ち、図3の符号p2に示す11個のスイッチ回路について、一次側回路に設けられる電子スイッチを全てオフとする。同様に、このスイッチ回路w44についても、一次側回路に設けられる電子スイッチを全てオフとする。具体的には、図4に示すように、4個の電子スイッチQ11,Q12,Q13,Q14を全てオフとする。
更に、図13のステップS73において、同一行の全てのスイッチ回路の二次側回路に設けられる電子スイッチを全てオンとする。具体的には、図4に示すように、8個の電子スイッチQ21,Q22,Q23,Q24,Q31,Q32,Q33,Q34を全てオンとする。
その結果、図3に示す4行目スイッチ回路(p1,p2に示すスイッチ回路)は、全て一次側回路がオフ(故障した電子スイッチを除く)とされるので、バッテリVB4より出力される直流電圧は遮断される。また、全ての二次側回路がオンとされるので、この部分が短絡され、3行目のスイッチ回路とグランドが直接接続されることになる。
つまり、前述した二次側短絡故障の場合と同様に、4個のスイッチ回路が直列接続された状態から、3個のスイッチ回路が直列に接続された状態に切り替えられ、この3個のスイッチ回路の直列接続により生成される電力がモータM1に供給されることになる。
次いで、ステップS74において、キャリア信号を修正する。この処理は、図11に示したステップS33の処理と同様であるので、説明を省略する。
このように、スイッチ回路の一次側回路に設けられた電子スイッチに短絡故障が発生した場合には、故障が発生した電子スイッチと同一の行に設けられる電子スイッチの一次側回路を開放し、二次側回路を短絡するので、故障が発生した行に設けられるスイッチ回路の機能を全て停止させることができる。更に、遮断機SW4を遮断することにより、バッテリVB4の出力を停止させることができる。従って、残りの行に設けられたスイッチ回路によりモータM1に所望の電力を供給することができ、モータM1の駆動を継続して行うことが可能となる。
このようにして、本実施形態に係る電力変換装置100では、複数の行、複数の列に配置された各スイッチ回路(図1に示す48個のスイッチ回路)のうち、いずれかのスイッチ回路に設けられる電子スイッチにて短絡故障、或いは開放故障が発生した場合には、短絡故障であるか開放故障であるかに応じて、故障が発生したスイッチ回路と同一の行に配置されたスイッチ回路に設けられる電子スイッチを制御するので、電子スイッチに故障が発生した場合でもモータM1への電力供給を継続させることができる。
電子スイッチの故障が、スイッチ回路の二次側回路に設けられた電子スイッチの短絡故障である場合には、故障が発生した電子スイッチと同一の行に設けられるスイッチ回路の一次側回路に設けられる電子スイッチを全てオフ(開放)とする。従って、一次側回路に供給される電圧を停止させることができる。
また、この行のスイッチ回路の二次側回路に設けられる電子スイッチを全てオン(短絡)とするので、残りの行(故障発生以外の行)に設けられたスイッチ回路によりモータM1に所望の電力を供給することができ、モータM1の駆動を継続して行うことが可能となる。この際、各スイッチ回路は、一次側回路と二次側回路の間にトランスTR1(絶縁手段)が設けられているので、一次側回路から二次側回路に向けて直流電圧が伝達されることを防止できる。
更に、残りの行に設けられるスイッチ回路の、各電子スイッチに供給するキャリア信号(三角波)の振幅、或いは位相を変更するので、故障発生前と同一の電圧を供給することができ、モータM1を継続して駆動させることができる。
更に、スイッチ回路に設けられた電子スイッチに開放故障が発生した場合には、故障が発生したスイッチ回路、及び他の相の、同位置(同一の行、列)にあるスイッチ回路に設けられる全ての電子スイッチをオフとする。従って、故障が発生していないスイッチ回路を用いて、モータM1への電力供給を継続させることが可能となる。
更に、開放故障の発生に起因して二次側回路の電子スイッチを全てオフとしたスイッチ回路が存在する場合には、電源線11,12,13に流れる最大電流値を制限するので、電力変換装置100に流れる電流が過電流となることを防止できる。
また、スイッチ回路の一次側回路に設けられた電子スイッチに短絡故障が発生した場合には、故障が発生した電子スイッチと同一の行に設けられるスイッチ回路の一次側回路に設けられる電子スイッチを全てオフ(開放)とする。更に、故障が発生したスイッチ回路に接続される遮断機を遮断する。従って、一次側回路に供給される電圧を停止させることができる。 また、この行のスイッチ回路の二次側回路に設けられる電子スイッチを全てオン(短絡)とするので、残りの行(故障発生以外の行)に設けられたスイッチ回路によりモータM1に所望の電力を供給することができ、モータM1の駆動を継続して行うことが可能となる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は本発明の理解を容易にするために記載された単なる例示に過ぎず、本発明は当該実施形態に限定されるものではない。本発明の技術的範囲は、上記実施形態で開示した具体的な技術事項に限らず、そこから容易に導きうる様々な変形、変更、代替技術なども含むものである。
例えば、上述した実施形態では、負荷として三相のモータM1を用いる場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、三相以外、及び他の負荷を接続する場合についても適用することができる。
また、上述した実施形態では、各系統の電源線11,12,13について、それぞれ4行、4列のスイッチ回路を設け、合計48個のスイッチ回路を用いる例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数行、複数列のスイッチ回路を用いる場合に適用することが可能である。
本出願は、2013年10月17日に出願された日本国特許願第2013−216281号に基づく優先権を主張しており、この出願の全内容が参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、複数のスイッチ回路のうちの、いずれかのスイッチ回路の電子スイッチにて故障が発生した場合でも、電力供給を継続させることに利用することができる。
11,12,13 電源線
21 U相スイッチ群
22 V相スイッチ群
23 W相スイッチ群
31 DC/DCコンバータ
32 Hブリッジ回路
33 制御部(制御手段)
35 電圧センサ
36 電圧センサ
100 電力変換装置
u11〜u44、v11〜v44、w11〜w44 スイッチ回路
SW1〜SW4 遮断機
VB1〜VB4 バッテリ
M1 モータ
Q11〜Q14、Q21〜Q24、Q31〜Q34 電子スイッチ
C1,C2 コンデンサ
Y1 スイッチ回路
TR1 トランス
21 U相スイッチ群
22 V相スイッチ群
23 W相スイッチ群
31 DC/DCコンバータ
32 Hブリッジ回路
33 制御部(制御手段)
35 電圧センサ
36 電圧センサ
100 電力変換装置
u11〜u44、v11〜v44、w11〜w44 スイッチ回路
SW1〜SW4 遮断機
VB1〜VB4 バッテリ
M1 モータ
Q11〜Q14、Q21〜Q24、Q31〜Q34 電子スイッチ
C1,C2 コンデンサ
Y1 スイッチ回路
TR1 トランス
Claims (9)
- 負荷に接続される各系統の電源線に対して、複数の行及び複数の列に配列された複数のスイッチ手段を備え、各スイッチ手段のオン、オフを制御して直流電力を交流電力に変換する電力変換装置において、
前記複数のスイッチ手段のうち、同一の行に接続された各スイッチ手段は、同一の直流電源に接続され、同一の列に接続された各スイッチ手段は互いに直列接続され、前記各スイッチ手段は、直流電源側に接続される一次側回路と、負荷側に接続される二次側回路との間で直流電力を遮断する絶縁手段を有し、
前記各スイッチ手段のオン、オフを制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記スイッチ手段に設けられる各電子スイッチの短絡故障、及び開放故障を検出する機能を有し、前記短絡故障、または開放故障が発生したことが検出された場合には、短絡故障か開放故障かに応じて、故障が発生したスイッチ手段と同一の行に配置されたスイッチ手段を制御することを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1に記載の電力変換装置であって、
前記制御手段は、一のスイッチ手段の二次側回路に設けられる電子スイッチが短絡故障した場合には、前記一のスイッチ手段の一次側回路に設けられる電子スイッチ、及び、前記一のスイッチ手段と同一の行に配置された全てのスイッチ手段の一次側回路に設けられる電子スイッチ、を全てオフとすること
を特徴とする電力変換装置。 - 請求項1に記載の電力変換装置であって、
前記直流電源と前記複数のスイッチ手段との間には、これらを電気的に遮断する遮断手段が設けられ、
前記制御手段は、一のスイッチ手段の一次側回路に設けられる電子スイッチが短絡故障した場合には、一のスイッチ手段に接続された遮断手段を遮断すると共に、前記一のスイッチ手段の一次側回路に設けられる短絡故障した電子スイッチ以外の電子スイッチ、及び、前記一のスイッチ手段と同一の行に配置された全てのスイッチ手段の一次側回路に設けられる電子スイッチ、を全てオフとすること
を特徴とする電力変換装置。 - 請求項2又は3に記載の電力変換装置であって、
前記制御手段は、前記一のスイッチ手段と同一の行に配置された全てのスイッチ手段の二次側回路に設けられる電子スイッチを全てオンとすること
を特徴とする電力変換装置。 - 請求項2乃至4のいずれか一項に記載の電力変換装置であって、
前記スイッチ手段は、直流電力を交流電力に変換するために、レベルシフト方式のインバータ回路を備え、
前記制御手段は、一の行のスイッチ手段の一次側回路に設けられる電子スイッチが全てオフとされた場合には、その他の行のスイッチ手段に設けられる電子スイッチを制御するキャリア波形のレベルシフト量を補正すること
を特徴とする電力変換装置。 - 請求項2乃至4のいずれか一項に記載の電力変換装置であって、
前記スイッチ手段は、直流電力を交流電力に変換するために、位相シフト方式のインバータ回路を備え、
前記制御手段は、一の行のスイッチ手段の一次側回路に設けられる電子スイッチが全てオフとされた場合には、その他の行のスイッチ手段に設けられる電子スイッチを制御するキャリア波形の位相シフト量を補正すること
を特徴とする電力変換装置。 - 請求項1に記載の電力変換装置であって、
前記制御手段は、一の系統の電源線に接続された一のスイッチ手段の二次側回路に設けられる電子スイッチが開放故障した場合には、他の全ての系統の、前記一のスイッチ手段と同一の行、同一の列となるスイッチ手段の二次側回路に設けられる電子スイッチを全てオフとすること
を特徴とする電力変換装置。 - 請求項1に記載の電力変換装置であって、
前記制御手段は、一の系統の電源線に接続された一のスイッチ手段の一次側回路に設けられる電子スイッチが開放故障した場合には、前記一のスイッチ手段の二次側回路、及び、他の全ての系統の、前記一のスイッチ手段と同一の行、同一の列となるスイッチ手段の二次側回路、に設けられる電子スイッチを全てオフとすること
を特徴とする電力変換装置。 - 請求項7又は8に記載の電力変換装置であって、
前記制御手段は、前記開放故障に起因して二次側回路の電子スイッチを全てオフとしたスイッチ手段が存在する場合には、電源線に流れる最大電流を制限すること
を特徴とする電力変換装置。
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