JPH02155477A - 電力変換装置保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はインバータ等の電力変換装置の保護装置に係り
、特に、電源接続時や電源役人時等に生じる突入電流か
ら回路素子を保護するに好適な電力変換装置保護装置に
関する。

〔従来の技術〕

交流電源に接続された順変換器と、平滑コンデンサを有
する直流中間回路と、フィードバックダイオードを有す
る逆変換器とを備える電力変換装置は、電源接続時に結
線を誤ったりすると、高価なスイッチング素子や還流ダ
イオードに過大な電流が流れて破壊されることがある。

また、電源投入時に平滑コンデンサに突入ｒｉ流が流れ
たときにも、同様のことが起こる恐れがある。そこで、
従来は、実開昭５７−９５０９７号公報記載の様に、平
滑コンデンサと直列に限流充電用（突入電流防止用）抵
抗を接続し、高価なスイッチング素子や還流ダイオード
に過大なｆｆ１ｌが流れないようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

突入電流を抑制するには、平滑コンデンサに直列に接続
する限流充電用抵抗の値を大きくすればそれだけ効果が
ある。しかし、この限流充電用抵抗は、電源接続時ある
いはｔ’！！源投入時にのみ必要な素子であり、電力変
換装置の通常の稼動時には不要なものである。従って、
限流充電用抵抗の値を大きくすると、通常稼動時に多く
の無駄な電力をこの抵抗で消費することになり、効率的
に悪化してしまう。また、この限流充電用抵抗値を小さ
くして無駄な電力消費を抑えるようにすると、突入電流
を抑制する効果が減じてしまう、従って、従来の電力変
換装置は、ある程度の無駄な電力消費を避けることがで
きないという問題と、この限流充電用抵抗の値を決める
場合に、無駄な電力の消費量や、交流電源と順変換器と
の間に設けるヒユーズの容量等を勘案して決めなければ
ならないという煩わしさがある。

一方、上述した様な限流充電用抵抗を用いずに、過大な
電流が流れたときヒユーズ等を溶断させて、平滑コンデ
ンサへの突入電流を遮断し、高価な素子を保護する方法
を採用するＨ置もある。また、上述した限流充電用抵抗
として例えばヒユーズ抵抗を使用し、平滑コンデンサへ
の突入電流が過大になフたときこの限流充電用抵抗を溶
断あるいは焼損させて、他の回路素子を保護する方法を
採用することも可能である。しかし、このような場合、
電源接続時あるいは電源投入時にヒユーズや抵抗が切れ
て電力変換装置が稼動しないとき、操作者はその原因が
結線ミスや突入電流のせいであることをすぐに知ること
ができず、迅速な対策を講じることができないという問
題がある。

本発明の第１の目的は、限流充電用抵抗を用いる場合に
、その抵抗値を大きくして限流効果を高めると共に、稼
動時の無駄な電力消費を回避する電力変換装置保護装置
を提供することにある。

本発明の第２の目的は、限流充電用抵抗を用いない場合
あるいは用いても溶断し易いものを使用した場合に、ヒ
ユーズや抵抗が結線ミスや突入電流で切れたとき、その
原因を操作者に知らせることができる電力変換装置保護
装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記第１の目的は、限流充電用抵抗に並列に電８１接触
器を設け、更にこの電磁接触器の開放・閉成を制御する
手段を設けることで、達成される。

上記第２の目的は、平滑コンデンサと逆変換器との間に
電流検出器を設け、該電流検出器の検出電流値が設定電
流値を越えたとき、誤結線等である旨を表示することで
、達成される。

〔作用〕

限流充電用抵抗に並列に設けた電磁接触器を、電源接続
時や電源投入時にのみ１閉制御手段により間放し、それ
以外のときは電磁接触器を閉成状態にして限流充電用抵
抗を短絡する。これにより、必要なときのみ平滑コンデ
ンサへの電流を抑制できるので、交流電源と順変換器と
の間に設けるヒユーズの容量によらずに限流充電用抵抗
の値を大きくでき、しかも電力変換装置の稼動時には、
この抵抗による無駄な電力消費を無くすことができる。

また、限流充電用抵抗を使用せずに、過大な電流が流れ
たときに回路を遮断し回路素子を保護する装置の場合、
電流検出器により過大な電流を検出したとき誤結線であ
る旨を表示させることで、操作者はすぐに誤結線が原因
であることを知ることができ、迅速な対策を講じること
ができる。

〔実施例〕

以下、本発明の好適な実施例を図面を参照して説明する
。

第１図は、請求項１記載の発明の一実施例に係る保護装
置を備える電力変換装置の構成図である。

第１図において、電力変換装置２０は、交流を直流に変
換する順変換装置１と、順変換装置ｌから出力される直
流を平滑化する平滑コンデンサ３と、平滑された直流を
任意の周波数、任意の電圧の交流に変換する逆変換器２
とを備えている。更に、逆変換器２を構成するスイッチ
ング素子を駆動するドライバ８と、このドライバ８やそ
の他の制御を行なう制御回路９と、交流出力の周波数を
設定する周波数設定器１０とを備えている。この電力変
換装置２０の入力端子Ｒ，Ｓ、Ｔを、図示しないヒユー
ズフリーブレーカを介して商用交流電源７に接続し、出
力端子Ｕ、Ｖ、Ｗに負荷である交流器４を接続するよう
になっている。しかし、熟練した者でないと、出力端子
Ｕ、Ｖ、Ｗを商用交流器Ｒ７に接続してしまうことがあ
る。このような誤結線をすると、突入電流が流れ、順変
換器１や逆変換器２を構成する高価な半導体素子等や平
滑コンデンサが破壊されてしまう、また、正規に交流器
［７を入力端子Ｒ，Ｓ、Ｔに接続しである場合でも、ｒ
ｔ、Ｒ投入時に過大な突入電流が流れて、同様に半導体
素子等が破壊されることがある。そこでこの様な突入Ｎ
流を限流する目的で、平滑コンデンサ３に直列に限流充
電用抵抗５を接続しである。しかし、限流充電用抵抗５
を設けただけでは、上述したように無駄な電力消費の問
題等が起きる。そこで、本発明では、この限流充電用抵
抗５と並列に電磁接触器６を設け、この電磁接触器６の
開閉制御を制御回路９で行なうようにしている。また負
荷（交流器）４と出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗとの間に電流検出
器１２を設は負荷電流を検出して制御回路９に送り、平
滑コンデンサ３の端子電圧を検出して制御回路９に送る
ようにしている。

更に、制御回路９に表示器１３を接続している。

そして、制御回路９は、電圧検出器１２の検出信号と、
平滑コンデンサ３端子電圧値と、周波数設定器１０の設
定値信号とに基づき、ドライバ８を制御すると共に、電
磁接触器６を開閉制御する。

尚、本実施例では、平滑コンデンサ３と、限流充電用抵
抗５と、電磁接触器６とで、直流中間回路が構成される
。

制御回路９は、平滑コンデンサ３の端子電圧が所定電圧
に達するまで電磁接触器６を開放状態にし、所定電圧に
達したとき電磁接触器６を閉成するように制御信号を電
磁接触器６に送出する。従って、電源接続時あるいは電
源役人時は、平滑コンデンサ３には限流充電用抵抗５を
通して電流が流れるので、過大な突入電流が平滑コンデ
ンサ３に流れることはない。このため、スイッチング素
子等の高価な回路素子が破壊されることはない。平滑コ
ンデンサ３の端子電圧が徐々に増大して所定電圧に達す
ると、電磁接触器６が閉成し抵抗５が短絡される。この
ときは、平滑コンデンサ３はある程度充電が進んでいる
ので、電Ｒ投入時のような期間充電電流が回路に流れる
ことは無い、このため、電源の接続ミスがあったとして
も、スイッチング素子等に過大な電流が流れ゛Ｃ破壊さ
れたり、Ｔ４磁接触器６の接点が火花で荒れることはな
い。

また、接続が正常な場合は、以後、制御回路９は所要の
周波数設定値に従ってドライバ８を駆動し、電力変換装
置２０を作動させることになるが、限流充電用抵抗５は
短絡状態になっているので、この抵抗５で無駄に電力を
消費することはない。この様に、突入電流の心配が漸く
なった後に限流充電用抵抗５を短絡するので、限流充電
用抵抗５として、ヒユーズフリーブレーカ等の容量に無
間係に大きな抵抗値のものを使用できる。制御回路９は
、電流検出器１２の検出値を判断し、負荷変動や急加減
速、負荷短絡等を検出したときは、その旨を表示器１３
に表示する。

上述した実施例では、平滑コンデンサ３の端子電圧を監
視して、電磁接触器６の開閉制御を行なったが、本発明
はこのような開閉制御に限定されるものではない０例え
ばタイマを用い、電源接続時や電Ｒ投入時から所定時閉
、例えば１００ｍ５を計数し、この所定時間経過前は電
磁接触器６を開放状態とし、所定時閉経過後に電磁接触
器６を閉成して限流充電用抵抗５を短絡するようにして
もよい、このようにしても、前述の実施例と同じ効果が
得られる。

第２図は、請求項２記載の発明の一実施例に係る保護装
置を備える電力変換装置の構成図である。

本実施例に係る電力変換装置２１は、第１図の電力変換
装置とは異なり、電磁接触器を設けていない、このため
、制御回路９は平滑コンデンサ３の端子電圧を検出して
いない、この代わり、平滑コンデンサ３と逆変換器２と
の間に直流を流検出器１１を設け、この直流電流検出器
１１の検出値を制御回路９が取り込むようになっている
。そして、限流充電用抵抗５−とじて溶断し易いものを
使用し、平滑コンデンサ３に突入電流が流れたとき焼き
切れるようになっている。尚、限流充電用抵抗５−を使
用せずに、他所に設けたヒユーズ等が突入電流で溶断し
て平滑コンデンサ３への過大な電流を遮断するような構
成でもよい、この様な電力変換装置において、突入電流
が生じても、限流充電用抵抗５−やヒユーズ等が溶断し
、回路素子の保護が図られるが、このままでは、操作者
はどのような原因で電力変換ｖ＆ｌｌが作動しないのか
分からない、そこで、本実施例では、直流電流検出器１
１の横出値で誤結線による作動停止か否かを判断し、誤
結線や、突入電流によるｖＡ流充電用抵抗５−、ヒユー
ズ等の溶断である旨を表示器１３に表示する。これによ
り、操作者は電力変換装置の作動不可の原因を知ること
ができる。

第２図の実施例では、突入電流による不具合を直流電流
検出器１１の検出値で判定し、負荷変動等を検出する負
荷電流は電流検出器１２で検出している。つまり１、電
流検出器を２つ設けている。

これに対し、第３図は、平滑コンデンサ３と逆変換器２
との間に設けた１つの電流検出器１１の検出信号で、負
荷電流の過電流表示と、突入電流による過電流表示を行
なう保護回路の構成図である。

電流検出器１１の検出信号は、先ず、アクティブフィル
タ３０でノイズが除去される。ノイズが除去された検出
信号は、全波整流回路３１を通してコンパレータＣＰＩ
の非反転入力端子に人力されると共に、コンパレータＣ
Ｐ２の反転入力端子にも人力される。コンパレータＣＰ
Ｉの反転入力端子には第１の設定基準電位■１が印加さ
れ、コンパレータＣＰ２の非反転入力端子には第２の設
定基準電位ｖ２が印加される。尚、設定基準電位Ｖｌ、
Ｖ２を夫々抵抗Ｒ１１，Ｒ１２とＲ１４゜Ｒ１５で分圧
して与えるＰ■、ＮＶは、夫々正電圧、負電圧を示す、
斯かる構成により、負荷変動等による過電流が生じると
、全波整流回路３１の出力レベルが第１の設定基準電位
Ｖ１を越え、コンパレータＣＰ１から所定の信号が出力
される。

これにより、第２図の表示器１３に負荷ｉｔ電流常の表
示がされる。また、突入Ｗｉ流が生じると、フィルタ３
０の出力レベルが第１の設定基準電位■ｌより高い第２
の設定基準電位■２を越え、コンパレータＣＰ２から所
定の信号が出力される。これにより、第２図の表示器１
３に突入電流の表示がされる。尚、本実施例で、負ｕＷ
ｉ流の異常を検知する−のに全波整流回路３１を使用し
たのは、通常の負荷電流の向きに対し、回生電流が逆向
きに流れるので、どちらの方向にＲ１流が流れてもその
異常を１つのコンパレータＣＰＩで判定できる様にした
ためである。

〔発明の効果〕

請求項１の発明によれば、限流充電用抵抗として抵抗値
の大きいものを使用でき、しかも限流充電用抵抗が不要
なときにはこの抵抗による無駄な電力消費を回避できる
効果がある。

請求項２の発明によれば、電源への接続ミスや電Ｒ段人
時の突入電流で電力変Ｉｇ！装置が作動不能となった場
合、この原因が表示されるので、操作者は直ちにその対
策を講じることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は請求項１の発明の一実施例に係る保護Ｈ置を備
える電力変換装置の構成図、第２図は請求項２の発明の
一実施例に係る保ｉｆ装置を備える電力変換装置の構成
図、第３図は請求項２の発明の別の実施例に係る保Ｆｉ
装置の構成図である。 ｌ・・・順変１負器、２・・・逆変換器、３・・・平滑
コンデンサ、４・・・交流器（負荷）、５．５−・・・
限流充電用抵抗、６・・・電磁接触器、７・・・交流電
源、８・・・トライバ、９・・・制御回路、１０・・・
周波数設定器、ｌｉ・・・直流Ｎ流検出器、１２・・・
電流検出器、１３・・・表示器、２０．２１・・・電力
変換装置、３０・・・ノイズフィルタ、３１・・・全波
整流回路、Ｒ，Ｓ、Ｔ・・・入力端子、Ｕ、Ｖ、Ｗ・・
・出力端子、Ｒ１〜ＲＩＢ・・・抵抗、Ｃ１・・・コン
デンサ、ＤＩ、Ｄ２・・・ダイオード、ＯＰＩ　〜０Ｐ
３−・・演算増幅器、ＣＰｌ、ＣＦ２・・・コンパレー
タ、ＰＶ・・・正電位、ＮＶ・・・負電位。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、交換電源に接続された順変換器と、平滑コンデンサ
   及びこれに直列に接続した限流充電用抵抗を有する直流
   中間回路と、フィードバックダイオードを有する逆変換
   器とを備える電力変換装置において、前記限流充電用抵
   抗に並列に設けた電磁接触器と、該電磁接触器の開放・
   閉成を制御する電磁接触器制御手段とを備えることを特
   徴とする電力変換装置保護装置。 ２、交流電源に接続された順変換器と、平滑コンデンサ
   を有する直流中間回路と、フィードバックダイオードを
   有する逆変換器とを備える電力変換装置において、前記
   平滑コンデンサに流れる電流が所定電流より大きいとき
   に該平滑コンデンサへの電流を遮断する電流遮断手段と
   、前記平滑コンデンサと前記逆変換器との間に設けた電
   流検出器と、該電流検出器の検出電流値がある設定電流
   値を越えたときに異常結線状態を表示する異常結線表示
   手段とを備えることを特徴とする電力変換装置保護装置
   。 ３、請求項１または請求項２において、平滑コンデンサ
   と逆変換器との間あるいは負荷と逆変換器との間に設け
   た電流検出器と、該電流検出器が過電流を検出したとき
   過電流表示を行なう手段とを備えることを特徴とする電
   力変換装置保護装置。