JPWO2014038013A1 - 直流電源装置、直流電源装置の制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明の直流電源装置は、直流源を構成する電流形チョッパ部と、電流形チョッパ部の直流出力を複数のスイッチング素子の動作により多相の交流電力に変換する多相インバータ部と、多相インバータ部の出力を交直変換し、負荷に直流を供給する整流部と、電流形チョッパ部および多相インバータ部を制御する制御部とを備える。
電源側から負荷への電力供給を停止する時点において、電流形チョッパ部の動作を停止すると共に、インバータ部の入力側において、正端子側と負端子側を短絡することによって、インバータ部から変圧器側に向かう電流を停止させる機能
(b)電流形チョッパ部の循環電流の保持機能:
電源側から負荷への電力供給の停止中において、停止時で電流形チョッパ部のインダクタ部に流れる電流を循環電流として保持しておき、電力供給の復帰時において、循環電流をインバータ部に流すことでインバータ部を迅速に再起動させる機能
(c)インバータのゲート信号状態の保持機能:
電源側から負荷への電力供給の停止中において、停止時におけるインバータ部を制御するゲート信号状態を保持しておき、電力供給の復帰時において、保持したゲート信号状態からインバータ部の制御を再開させる機能
本発明の直流電源装置の制御部は、直流電源装置の直流出力の停止時、停止中、および再開時において以下の制御を行う機能を有している。
電源装置の直流出力の停止時の制御は、電流形チョッパ部の主スイッチをオン状態からオフ状態に切り替え、多相インバータ部を構成するブリッジ回路のゲート信号の生成を停止すると共に、ブリッジ回路の正端子と負端子間を短絡する。
直流電源装置の直流出力の停止中の制御は、電流形チョッパ部の主スイッチのオフ状態と、ブリッジ回路の正端子と負端子間の短絡状態を保持すると共に、ブリッジ回路のゲート信号状態を停止時のゲート信号状態に保持する。
直流電源装置の直流出力の復帰時の制御は、電流形チョッパ部の主スイッチをオフ状態からオン状態に切り替え、ブリッジ回路のゲート信号の生成を停止時のゲート信号状態から再開し、生成したゲート信号により多相インバータ部を再起動する。
制御部は、直流電源装置の直流出力の停止時および停止中においてブリッジ回路の正端子と負端子間を短絡制御する。この短絡制御は2つの態様で行うことができる。
制御部は、直流電源装置の直流出力の復帰時におけるブリッジ回路のスイッチング素子の制御を2つの態様で行うことができる。
はじめに、本発明の直流電源装置の構成例について図1,図2を用いて説明する。
次に、本発明の直流電源装置の動作例について図3〜図6を用いて説明する。図3は本発明の直流電源装置の動作例を説明するためのフローチャートであり、図4は本発明の直流電源装置の動作例を説明するためのタイミングチャートであり、図5は本発明の直流電源装置のアーク放電発生時の電流の流れを説明するための図であり、図6は本発明の直流電源装置のアーク放電消失時の電流の流れを説明するための図である。
アーク放電の発生が検出された場合には、チョッパ回路のスイッチング素子を停止し(S2)、短絡用オン信号生成回路81dで生成した短絡用オン信号によって(S3)、多相インバータ部の正端子と負端子間を短絡する(S4)。
アーク放電の発生が検出された後、アーク放電の消失が検出された場合、あるいは、アーク放電の消失が想定される時間が経過した場合には(S8)、チョッパ回路のスイッチング素子をオン状態に切り替え(S9)、短絡用オン信号の出力を終了することによって(S10)、多相インバータ部の正端子と負端子間の短絡を停止する(S11)。
2 交流電源
3 出力ケーブル
4 プラズマ発生装置
10 整流部
20 スナバー部
30 電流形チョッパ部
40 多相インバータ部
50 多相変圧部
51 相変圧器
60 多相整流部
80 制御部
81 スイッチング制御部
81a パルス制御信号生成回路
81b ゲート信号生成回路
81c ゲート信号保持回路
81d 短絡用オン信号生成回路
82 アーク検出回路
90 配線
C0 電極容量
CF1 出力コンデンサ
CFO 出力コンデンサ
D1 ダイオード
L0 配線インダクタンス
LF1 直流リアクトル
LFO 出力リアクトル
Lm1,Lm2,Lm3 インダクタンス
LR インダクタンス
Pc アークエネルギー
Q1 スイッチング素子
Q3 スイッチング素子
QR,QS,QT スイッチング素子
QX,QY,QZ スイッチング素子
R 接続点
S 接続点
T 接続点
tarc 保持時間
Vo 出力電圧
Δi 循環電流
Claims (10)
- 直流源を構成する電流形チョッパ部と、前記電流形チョッパ部の直流出力を複数のスイッチング素子の動作により多相の交流電力に変換する多相インバータ部と、前記多相インバータ部の出力を交直変換し、得られた直流を負荷に供給する整流部と、前記電流形チョッパ部および前記多相インバータ部を制御する制御部とを備える直流電源装置であって、
前記制御部は、直流出力の停止・復帰制御を行う制御機能において、
前記停止・復帰制御を行う制御機能は、
直流電源装置の直流出力の停止時において、
前記電流形チョッパ部の主スイッチをオン状態からオフ状態に切り替え、
前記多相インバータ部を構成するブリッジ回路のゲート信号の生成を停止すると共に、前記ブリッジ回路の正端子と負端子間を短絡する停止制御と、
直流電源装置の直流出力の停止中において、
前記電流形チョッパ部の主スイッチのオフ状態と、前記ブリッジ回路の正端子と負端子間の短絡状態を保持し、
前記ブリッジ回路のゲート信号状態を停止時のゲート信号状態に保持する停止保持制御と、
直流電源装置の直流出力の復帰時において、
前記電流形チョッパ部の主スイッチをオフ状態からオン状態に切り替え、
前記ブリッジ回路のゲート信号の生成を前記停止時のゲート信号状態から再開し、当該ゲート信号により前記多相インバータ部を再起動する復帰制御の各制御機能を備えることを特徴とする、直流電源装置。 - 前記制御部は、ブリッジ回路の正端子と負端子間を短絡する停止制御において、
パルス幅制御によるパルス制御信号の生成を停止し、
停止時のパルス制御信号と、前記ブリッジ回路の負端子側の全てのスイッチング素子をオン状態とするパルス制御信号との両パルス制御信号のオア出力をゲート信号として出力する制御機能を有することを特徴とする、請求項1に記載の直流電源装置。 - 前記制御部は、ブリッジ回路の正端子と負端子間を短絡する停止制御において、
前記ブリッジ回路の正端子側および負端子側のアーム対において、
ブリッジ回路の正端子側のアームに対して、停止時の正端子側のゲート信号状態におけるゲート信号を出力し、
停止時にオン状態であるブリッジ回路の正端子側のアームのスイッチング素子と対を成す負端子側のアームのスイッチング素子に、当該負端子側のアームのスイッチング素子をオン状態とするパルス制御信号をゲート信号として出力する制御機能を有することを特徴とする、請求項1に記載の直流電源装置。 - 前記制御部は、前記復帰制御において、
前記ブリッジ回路の負端子のアームのスイッチング素子の全てをオン状態とするパルス制御信号を停止し、
各スイッチング素子のゲート信号の生成を停止時のゲート信号状態から再開し、ブリッジ回路の正端子側および負端子側のアームのスイッチング素子にゲート信号を出力することを特徴とする、請求項2に記載の直流電源装置。 - 前記制御部は、前記復帰制御において、
前記ブリッジ回路の対を成す正端子側および負端子側のアームのスイッチング素子をオン状態とするパルス制御信号を停止し、
各スイッチング素子のゲート信号の生成を停止時のゲート信号状態から再開し、ブリッジ回路の正端子および負端子のアームのスイッチング素子にゲート信号を出力することを特徴とする、請求項3に記載の直流電源装置。 - アーク発生装置を負荷とし、当該アーク発生装置のアーク状態を検出するアーク検出部を備え、
前記制御部は、前記停止・復帰制御において、
前記アーク検出部によるアークの発生検出に基づいて直流出力の停止制御を行い、
前記アーク検出部によるアークの消失検出、又は任意に設定可能な保持時間の経過に基づいて直流出力の復帰制御を行うことを特徴とする、請求項1から5の何れかに記載の直流電源装置。 - 直流源を構成する電流形チョッパ部と、前記電流形チョッパ部の直流出力を複数のスイッチング素子の動作により多相の交流電力に変換する多相インバータ部と、前記多相インバータ部の出力を交直変換し、得られた直流を負荷に供給する整流部と、前記電流形チョッパ部および前記多相インバータ部を制御する制御部とを備える直流電源装置の制御方法であって、
前記制御部は、停止制御、停止保持制御、および復帰制御の各制御により直流出力の停止および復帰を制御する停止・復帰制御において、
前記停止制御は、直流電源装置の直流出力の停止時において、
前記電流形チョッパ部の主スイッチをオン状態からオフ状態に切り替え、
前記多相インバータ部を構成するブリッジ回路のゲート信号の生成を停止すると共に、前記ブリッジ回路の正端子と負端子間を短絡し、
前記停止保持制御は、直流電源装置の直流出力の停止中において、
前記電流形チョッパ部の主スイッチのオフ状態と、前記ブリッジ回路の正端子と負端子間の短絡状態を保持すると共に、
前記ブリッジ回路のゲート信号状態を停止時のゲート信号状態に保持し、
前記復帰制御は、直流電源装置の直流出力の復帰時において、
前記電流形チョッパ部の主スイッチをオフ状態からオン状態に切り替え、
前記ブリッジ回路のゲート信号の生成を前記停止時のゲート信号状態から再開し、当該ゲート信号により前記多相インバータ部を再起動することを特徴とする、直流電源装置の制御方法。 - 前記制御部は、
前記負荷の電圧降下に基づいて直流出力を停止する停止制御を行い、
前記負荷の電圧降下の継続、又は任意に設定可能な保持時間に基づいて直流出力の停止を保持する停止保持制御を行い、
前記負荷の電圧降下からの電圧回復、又は前記保持時間の経過に基づいて直流出力を復帰する復帰制御を行うことを特徴とする、請求項7に記載の直流電源装置の制御方法。 - 前記制御部は、多相インバータ部を構成するブリッジ回路を制御し、
前記停止制御は、直流電源装置の直流出力の停止時において、
パルス幅制御によるパルス制御信号の生成を停止し、停止時のパルス制御信号と、前記ブリッジ回路の負端子側の全てのスイッチング素子をオン状態とするパルス制御信号との両パルス制御信号のオア出力をゲート信号として出力し、
前記停止保持制御は、直流電源装置の直流出力の停止中において、
前記停止時におけるゲート信号を継続して出力し、
前記復帰制御は、直流電源装置の直流出力の復帰時において、
前記ブリッジ回路のパルス制御信号の生成を前記停止時のパルス制御信号の状態から再開し、当該パルス制御信号をゲート信号として出力することを特徴とする、請求項7又は8に記載の直流電源装置の制御方法。 - 前記制御部は、多相インバータ部を構成するブリッジ回路を制御し、
前記停止制御は、直流電源装置の直流出力の停止時において、
パルス幅制御によるパルス制御信号の生成を停止し、
前記ブリッジ回路の正端子側および負端子側のアーム対において、
ブリッジ回路の正端子側のアームに対して停止時の正端子側のパルス制御信号をゲート信号として出力し、ブリッジ回路の負端子側のアームに対して、停止時においてオン状態のブリッジ回路の正端子側のアームと対を成す負端子側のアームのスイッチング素子をオン状態とするパルス制御信号をゲート信号として出力し、
前記停止保持制御は、直流電源装置の直流出力の停止中において、
前記停止時におけるゲート信号を継続して出力し、
前記復帰制御は、直流電源装置の直流出力の復帰時において、
前記ブリッジ回路のパルス制御信号の生成を前記停止時のパルス制御信号の状態から再開し、当該パルス制御信号をゲート信号として出力することを特徴とする、請求項7又は8に記載の直流電源装置の制御方法。
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