JPH04151571A

JPH04151571A - コンデンサ異常検出回路

Info

Publication number: JPH04151571A
Application number: JP2273404A
Authority: JP
Inventors: Yukinori Tsuruta; 幸憲弦田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-10-15
Filing date: 1990-10-15
Publication date: 1992-05-25

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、直流電力を交流電力へ変換し、交流系統と連
系するインバータシステム等に用いられる直流フィルタ
回路を構成するコンデンサの異常検出回路に関する。

（従来の技術）サイリスタやＧＴ○等の電力用半導体素子の普及により
電力変換装置の大容量化や高圧化に加え、最近では省エ
ネ、高効率化等運転コスト面や信頼性面でも開発研究が
行なわれている。この中にあって、変換器構成部品の信
頼性や故障時の保護検出も、装置開発にあわせて具備し
ていく必要がある。第５図は、このような電源の一代表
例の構成を示す単線結線図である１図中、１は太陽電池
、蓄電池、燃料電池、新形電池等の直流電源、３は直流
リアクトル、４は有効無効電力制御に応じ、出力電圧の
パルス幅が制御される自励式インバータで、ＧＴ○等の
自己消弧形素子で構成される。５は直流フィルタコンデ
ンサ、６はインバータ変圧器である。７は高調波フィル
タで、コンタクタ７ａ、高調波抑制リア゛クトル７ｂ、
高調波フィルタコンデンサ７ｃより構成される。８は交
流連系用リアクトル、９は系統連系／解列用しゃ断器、
１０は交流系統を示す。負荷１２には変圧器１１、系統
分離／連系用しゃ断器１３を介して交流系統に接続され
る。このように構成した系統連系システムでは交流系統
の電力需要に応じ、直流電源より交流系統への放電運転
と交流系統から直流電源への充電運転を行なって、有効
無効電力制御される。第６図はこのように構成したシス
テムの直流フィルタ回路に使用される直流フィルタコン
デンサ５の詳細構成の一例を示す、５１〜６２はコンデ
ンサ４Ｓ３Ｐ接続、５１ａ〜５４ａは分圧抵抗、１４は
主回路Ｐ、Ｎｒｌｌｌｌ直流電圧を検出する絶縁アンプ
である。このような構成は、第５図の例に限らずインバ
ータ装置一般に使用されている。

（発明が解決しようとする課題）１〜２個のコンデンサのオープン故障やショート故障が
発生しても複数個直並列接続構成となっているため、即
時に装置が重故障停止に至ることは少なく、異常が検出
されないまま、運転が継続し、他の健全なコンデンサに
過大なストレスが加わり、コンデンサ全数が劣化し、破
損に至るという問題が考えられる。又、さらにコンデン
サの破損時、電解液が外部へ飛散し、周辺部品の金属類
と反応し腐食が進行するという問題も考えられる。本発
明はコンデンサのオープン故障やショート故障を早期に
検出し保護停止することにより事故が拡大することを防
止するコンデンサ異常検出回路を提供することを目的と
する。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明は前記目的を達成するために検出手段として、正
常時には、少なくとも２個以上、偶数対の同数直並列接
続構成されたコンデンサ群に対し通流するコンデンサリ
プル電流の方向が互いに相殺する極性で変流器を介して
検出するように構成する。異常時すなわちコンデンサの
ショート及びオープン故障によるアンバランス電流発生
時には前記変流器を介して異常時の電流差により得られ
た電圧信号が所定レベルを逸脱したことから無理なくコ
ンデンサの異常の検出が可能となるよう構成したことを
特徴とするコンデンサ異常検出回路である。

（作用）本発明によれば、前述の通り、異常時のコンデンサリプ
ル電流のアンバランス電流を検出する手段を具備するこ
とにより、複数個直並列接続構成したコンデンサ群の異
常を検出できるので、大容量化や高圧化した場合でもコ
ンデンサの構成に見合った検出回路を提供することがで
きる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面によって説明する。第１図
は１本発明の一実施例を示すコンデンサ異常検出方式を
示すブロック図である。第６図と同一あるいは同相当部
分には同一符号を付してその説明を省略する。説明上コ
ンデンサ５１〜５４を第１のコンデンサ群、コンデンサ
５５〜５８を第２のコンデンサ群とする。　５１ａ〜６
６ａは分圧用抵抗、７０゜７１は変流器、　７２．７３
は演算増幅器で構成された整流回路、３５は可変抵抗器
で、コンデンサ５１〜６６のいずれかの故障時に発生す
るアンバランス電流により変流器７０．７１を介して生
ずる電圧信号ＶＤｆｌＴが所定レベルＶＬＩ！Ｂを越え
るかどうかを判別するために用いる電圧レベルＶＬＩ！
Ｂを作成する。３１〜３４は入力抵抗、　２１．２２は
演算増幅器、　４４．４５はツェナダイオード、１５３
，１５４は反転論理ゲート、１５０はＯＲ論理回路、１
５１は運転中以外に発生する電圧を異常検出としないた
めのインターロック用ＡＮＤ論理回路、１５２はフリッ
プフロップ回路である。第２図、第３図は、第１図の本
発明の詳細な説明するためのタイムチャートを示してい
る。第２図はコンデンサ５１が運転中、オープン故障と
なった場合、第３図はコンデンサ５１がショート故障し
た場合のタイムチャートを示している。第２図時刻ｔ０
から運転を開始し、時刻１．にて、コンデンサ５１が、
オープン故障したと仮定する。（ａ）は変流器７０の２
次電流を示し、時刻ｔ０〜１．の期間は第１のコンデン
サ群５１〜５４を通流するリプル電流工に、と第２のコ
ンデンサ群５５〜５８を通流するリプル電流ＩＲｚ　が
互いに相殺する極性で変流器７０に対し、磁束変化を生
じるため、変流器７０の２次出力は零である０時刻１．
以後は、コンデンサ５１がオープン故障となるため、第
１のコンデンサ群のリプル電流ＩＲｘは、はぼ零（コン
デンサ分圧抵抗の微小電流程度）となるため、第２のコ
ンデンサ群のリプル電流ＩＲｚ　に対応する２水出力Ｉ
ＲＤｆ！丁は第２図（ａ）に示すように異常電圧を発生
する。（ｂ）は、変流器７０の２次出力ＩＲＱＥＴの発
生した異常電圧を整流回路７３を介して得られる電圧信
号ＶＤＩ！Ｔを示している。

得られた異常信号■Ｄ訂は、可変抵抗器３５で設定され
た電圧判定レベルＶ　Ｌｌ！Ｂと抵抗３３．３４を介し
演算増幅器２２で比較され、反転論理ゲート回路１５４
を介し、波形整形信号ｖ２となる。第２図（Ｃ）は、得
られた異常電圧信号ｖ２の変化の様子を示している。

異常発生後、装置が停止するまで、「０」→「１」→ｒ
ＯＪ→「１」→と繰り返す、Ｖ□はＯＲ論理回路１５０
、運転しているので、インターロックを受は付けないＡ
ＮＤ論理回路１５１を介し、フリップフロップ１５２を
セットし、故障信号ＦＡＵＬＴが、「０」→「１」へ保
持変化する。第２図（ｄ）は、ＦＡＵＬＴ信号の「０」
→「１」への変化の状況を示している。

ＦＡＩＪＬＴ信号が、ｒＯＪ→「１」への変化し、装置
は保護停止する。第３図はコンデンサ５１が時刻ｔＦで
ショート故障した場合、５１を除く第１のコンデンサ５
２〜５４は、第２のコンデンサ群を含む他の健全なコン
デンサ群５５〜６６の充電電荷により短時間に充電され
る。この時間ｔ、１は、計算例として例えば、配線のイ
ンダクタンス分を１μＨと仮定すると、Ｃ＝５６００μ
Ｆとすると、ｔｖ＝ｚ孔Ｃ＝　πＪｌ　μＨ・５６００
μＦ＝２３５μｓ程度と考えられ、この時間ｔｌｒ−ｔ
ｗに変流器７０の２次出力ＩＲＤＩＩ！Ｔは、第３図（
ａ）のように異常電圧が突出するようになる。ｔｗ以後
はコンデンサ５１がショートした第１のコンデンサ群と
第２のコンデンサ群のリプル電流の差分のリプル電流に
対する電圧が発生する。この変化に対応し、整流回路７
３の出力ＩＤＥＴも同様の変化を示し、第３図（ｂ）と
なる。ＶＤ１！τは異常検出レベルＶＬＩ！Ｂを越える
ため、この時点で反転ゲート回路１５４の出力Ｖよは第
３図（ｃ）のように「０」→「１」へ変化する。異常信
号ｖ２はＯＲ論理回路１５０の入力となり、運転してい
るので、インターロックのかからないＡＮＤ論理回路１
５１　を介しフリップフロップ１５２をセットする。こ
の時点で第３図（ｄ）に示すようにＦＡＵＬＴ信号は、
「０」→「１」へ変化する。これにより装置は保護停止
する６以上は、第１のコンデンサ群５１〜５４の異常に
対して述べたが、第２のコンデンサ群５５〜５８に対し
ても同様である。さらに、コンデンサ群５９〜６２．６
３〜６６に対しては、同様に別検出系、変流器７１、整
流回路７２、演算増幅器２１、反転ゲート回路１５３に
より、異常検出が可能である。

本発明の他の実施例を第４図に示す。第１図と同一ある
いは、同相当部分には、同一符号を付して、説明は省略
する。変換器７０は、コンデンサ群５１〜６０に対し一
括してリプル電流が互いに相殺し、正常時のバランス状
態では、磁束変化が２次誘起電力を生じないような極性
で使用している。絶対値増幅回路７２以降は、第１図と
同様に動作し故障ＦＡＩＪＬＴ　カ、　　丁ＯＪ→「１
」へ変化することにより装置は保護停止するよう構成し
ている０以上、本発明の実施例について説明したが、上
述の例は単に一例を示すものである６例えば、コンデン
サ４８４Ｐの場合について述べたが、多数個直並列され
るインバータシステムに対しても、本発明は適用可能で
ある。又、変流器の検出位置もＮ側母線側に限定せず、
Ｐ側母線側でも適用可能である。

〔発明の効果〕

以上１本発明の実施例について説明したが。

本発明では、主回路側で電流差を検出できる構成として
いるので、制御回路側での差動増幅が省略でき、コンデ
ンサの異常を検出する手段として電流検出器や電圧検出
器を全数設けることなく、必要数に低減して設けるメリ
ットがある。多数直並列接続したコンデンサの異常検出
のため変流器を設けているので、１〜２個のコンデンサ
の故障でも早期に異常検出が可能であり、信頼性の高い
インバータシステムを達成できる。又、変流器は。

コンデンサの充放電電流がバランスしている状態で、互
いに相殺し磁束変化が２次誘起電力を生じない構成とし
ているので、コンデンサの劣化による静電容量の変化に
対しても、検出レベルの調整により検出が可能であり、
定期点検の手間を省くことも考えられる。

【図面の簡単な説明】

第ｉｍｌは本発明の一実施例を示す構成図、第２図は第
１図を説明するタイムチャート、第３図は第１図を説明
するタイムチャート、第４図は本発明の他の実施例を示
す構成図、第５図は本発明を適用出来るインバータシス
テム系統図、第６図は第５図のフィルタ回路のコンデン
サの構成図である。１・・・太陽電池、蓄電池、燃料電池、新型電池等直流
電源、３・・・直流リアクトル、　　４・・・インバー
タ。５・・・直流フィルタコンデンサ、６・・・インバータ変圧器、７・・・高周波フィルタ、
８・・・連系リアクトル、９．１３・・・しゃ断器、１
１・・・変圧器、　１２・・・負荷、１０・・・交流系
統、５１〜６６・・・コンデンサ、　５１ａ〜６６ａ・
・・抵抗。７０．７１・・・変圧器、　７２．７３・・・整流回路
。３１〜３４・・・抵抗、　３５・・・可変抵抗。２１．２２・・・演算増幅器、　４４．４５・・・ツェ
ナダイオ−Ｖ１５３．１５４・・・反転論理回路、１５０・・・ＯＲ論理回路。１５１・・・ＡＮＤ論理回路。１５２・・・フリップフロップ。

Claims

【特許請求の範囲】

直流回路母線に接続され、少なくとも２個以上並列接続
構成したコンデンサ群の異常を検出する回路において、
第１のコンデンサ群のリプル電流と第２のコンデンサ群
のリプル電流が正常時には互いに相殺し、磁束変化が２
次誘起電力を生じさせない方向で少なくとも１個以上の
変流器を介し検出する手段、前記変流器の２次出力にお
いて異常時の電流差による発生電圧が所定レベルを越え
たことを比較検出するコンパレータから構成され、前記
変流器の２次出力が所定レベルを越えたことで、コンデ
ンサの異常を検出することを特徴とするコンデンサ異常
検出回路。