JP7046168B2 - 回転機電力変換装置 - Google Patents
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Description
電力変換手段は、複数の半導体スイッチを所定のスイッチング周波数でオン、オフすることにより、直流電源の直流電力を所定の交流電力に変換して、負荷である三相交流回転機のトルク、回転数を調節する。また、三相交流回転機は、動作状況によっては発電機として動作し、発電によって生じる回生電力を直流電源に充電する。なお、電動化車両に適用される三相交流回転機として、効率が良い永久磁石三相同期電動機がよく用いられる。
また、電力変換手段の各相に設けられるスイッチング素子を順次オンおよびオフさせることにより、三相同期電動機の各相に互いに位相が120度ずつ異なる交流電力を供給して三相同期電動機を駆動させる。以下、特に断らない限り、三相交流回転機は三相同期電動機を指すものとする。
また、電力変換手段の1相がオフ故障し、且つ三相交流回転機の回転速度が上昇する場合、三相交流回転機が発生する電圧が電力変換手段の直流電源を超える場合に、直流電源への過剰な電力回生、回生トルク、異常トルクを発生させるという問題がある。
図1は実施の形態1による回転機電力変換装置1と三相交流回転機2の概略図である。回転機電力変換装置1は、三相交流回転機2と直流電源3の間に接続され、直流電源3からの直流電力を交流電力に変換して三相交流回転機2に電力を供給するものであって、直流電源3からの直流電力を三相交流回転機2への交流電力に変換する電力変換手段5と、三相交流回転機2に流れる相電流を検出する電流検出手段4と、三相交流回転機2からの回転機角度から回転速度を演算する回転速度演算手段6と、電力変換手段5に相電圧指令または電力変換停止指令を出力する電流制御手段8と、電力変換手段5の1相オフ故障を検出、確定し、異常を判定する異常判定手段7によって構成される。なお、電力変換手段5は、上段側のスイッチング素子と下段側のスイッチング素子とが直列接続された三相の直列回路が夫々直流電源と並列に接続され、直列回路の各々における上段側のスイッチング素子と下段側のスイッチ素子との間が三相交流回転機の巻線の夫々に接続されている。
電力変換手段5において1相オフ故障が発生しており(ステップS1)、且つ、回転速度演算手段6で演算された回転速度があらかじめ決められた所定の回転速度よりも大きい場合(ステップS2)、電力変換停止部11を使用して電力変換を停止する(ステップS3)。また、ステップS2において回転速度があらかじめ決められた所定の回転速度よりも小さいと判断された場合、異常時電流制御部10を使用して異常時電流制御を実施する(ステップS4)。また、ステップS1において、電力変換手段5に1相オフ故障が発生していないと判断された場合、正常時電流制御部9を使用して正常時電流制御を実施する(ステップS5)。
図3は、実施の形態2における回転機電力変換装置1aと三相交流回転機2の概略図であって、基本的構成は実施の形態1と同様に構成されているが、電力変換手段5には昇圧部14を備えており、この昇圧部14は直流電源3と電力変換手段5との間に設けられている。
電力変換手段5に1相オフ故障が発生していると判断された場合(ステップS1)、昇圧部14によって電力変換手段5の昇圧動作が実施され(ステップS6)、次にステップS2において、回転速度演算手段6で演算された回転速度があらかじめ決められた所定の回転速度よりも大きい場合(ステップS2)、電力変換停止部11を使用して電力変換を停止する(ステップS3)。また、ステップS2において回転速度があらかじめ決められた所定の回転速度よりも小さいと判断された場合、異常時電流制御部10を使用して異常時電流制御を実施する(ステップS4)。また、ステップS1において、電力変換手段5に1相オフ故障が発生していないと判断された場合、正常時電流制御部9を使用して正常時電流制御を実施する(ステップS5)。
図5は実施の形態3における回転機電力変換装置1bと三相交流回転機102と三相交流回転機202の概略図である。実施の形態3は、複数の三相交流回転機を対象としたものであって、電力変換手段、電流制御手段の基本的構成は実施の形態2と同様に構成されているが、回転機電力変換装置1bが複数の三相交流回転機102、202に接続されている。実施の形態3における回転機電力変換装置1bの動作は、実施の形態2と基本的に同じである。
スイッチング素子で構成された電力変換手段5aは第1の電力変換部105と第2の電力変換部205により構成され、複数の三相交流回転機102、202を個別に駆動できる。第1の電流制御手段108は第1の電力変換部105に相電圧指令を出力し、第2の電流制御手段208は第2の電力変換部205に相電圧指令を出力する構成となっているが、第1の電力変換停止部111と第2の電力変換停止部211はそれぞれ第1の電力変換部105と第2の電力変換部205の両方に出力する構成となっている。
図6は、図1に示す実施の形態1における回転機電力変換装置1を電動化車両に応用した例を示す概念図である。なお、他の実施の形態としては、図3に示す実施の形態2における回転機電力変換装置1a、または図5に示す実施の形態3における回転機電力変換装置1bを電動化車両に用いることができる。実施の形態4においても、回転機電力変換装置は、他の実施の形態と同様の動作が行われる。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
Claims (6)
- 三相交流回転機と直流電源の間に設けられ、上段側のスイッチング素子と下段側のスイッチング素子とが直列接続された三相の直列回路が夫々前記直流電源と並列に接続され、前記直列回路の各々における前記上段側のスイッチング素子と前記下段側のスイッチング素子との間が前記三相交流回転機の各相の巻線の夫々に接続された電力変換手段を有し、前記直流電源からの直流電力を交流電力に変換する回転機電力変換装置であって、
前記三相交流回転機の回転速度を演算する回転速度演算手段と、前記電力変換手段の1相オフ故障の異常を判定する異常判定手段と、前記電力変換手段への相電圧指令値を決定する電流制御手段を備え、
前記電流制御手段は、前記電力変換手段が正常時に使用する正常時電流制御部と、前記電力変換手段が異常時に使用する異常時電流制御部と、前記電力変換手段を停止させる電力変換停止部と、前記異常判定手段の判定結果によって前記正常時電流制御部と前記異常時電流制御部を切り替える正常時/異常時電流制御部選択部と、前記回転速度演算手段の演算結果があらかじめ決められた所定の回転速度よりも小さい場合に使用する前記異常時電流制御部と前記回転速度演算手段の演算結果があらかじめ決められた所定の回転速度よりも大きい場合に使用する前記電力変換停止部を切り替える異常時電流制御部/電力変換停止部選択部と、を具備し、
前記異常判定手段において前記電力変換手段に1相オフ故障が発生していないと判断された場合、前記正常時/異常時電流制御部選択部で切り替えられた前記正常時電流制御部を使用して正常時電流制御を実施し、
前記異常判定手段において前記電力変換手段に1相オフ故障が発生したと判断された場合、前記正常時/異常時電流制御部選択部で切り替えられた前記異常時電流制御部を選択し、且つ、前記回転速度演算手段の演算結果があらかじめ決められた所定の回転数よりも小さい場合に前記異常時電流制御部/電力変換停止部選択部で切り替えられた前記異常時電流制御部を使用して異常時電流制御を実施し、
前記異常判定手段において前記電力変換手段に1相オフ故障が発生したと判断された場合、前記回転速度演算手段の演算結果があらかじめ決められた所定の回転数よりも大きい場合に前記異常時電流制御部/電力変換停止部選択部で切り替えられた前記電力変換停止部を使用して電力変換を停止することを特徴とする回転機電力変換装置。 - 前記異常時電流制御部/電力変換停止部選択部は、前記回転速度が前記所定の回転速度よりも小さい場合、前記異常時電流制御部を使用するが、前記異常時電流制御部と前記電力変換停止部を交互に選択することを特徴とする請求項1に記載の回転機電力変換装置。
- 前記異常時電流制御部/電力変換停止部選択部は、前記異常時電流制御部と前記電力変換停止部を選択する割合を変化させることを特徴とする請求項2に記載の回転機電力変換装置。
- 前記電力変換手段の1相オフ故障の異常時は前記電力変換手段の出力を正常時よりも高い電圧に昇圧する昇圧部を備えたことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の回転機電力変換装置。
- 複数の三相交流回転機に対して前記電力変換手段と前記電流制御手段を備え、前記電力変換手段は複数の三相交流回転機を個別に駆動できる複数の電力変換部を有し、前記電力変換停止部は前記複数の電力変換部に電力変換停止指令を出力することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の回転機電力変換装置。
- 電動化車両に設けられ、前記電動化車両の駆動用の三相交流回転機に電力を供給することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の回転機電力変換装置。
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