(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-10-16
(45)【発行日】2023-10-24
(54)【発明の名称】電力変換装置
(51)【国際特許分類】
H02M 7/48 20070101AFI20231017BHJP
【ＦＩ】
H02M7/48 E
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2020082940
(22)【出願日】2020-05-11
(65)【公開番号】P2021180533
(43)【公開日】2021-11-18
【審査請求日】2022-09-22
(73)【特許権者】
【識別番号】000006105
【氏名又は名称】株式会社明電舎
(74)【代理人】
【識別番号】100086232
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 博通
(74)【代理人】
【識別番号】100092613
【弁理士】
【氏名又は名称】富岡 潔
(74)【代理人】
【識別番号】100104938
【弁理士】
【氏名又は名称】鵜澤 英久
(74)【代理人】
【識別番号】100210240
【弁理士】
【氏名又は名称】太田 友幸
(72)【発明者】
【氏名】柴田 翔
(72)【発明者】
【氏名】毛塚 信貴
(72)【発明者】
【氏名】光田 純
(72)【発明者】
【氏名】長谷川 勇
【審査官】町田 舞
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－１２９９６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０１１４３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－１６７７７５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｍ ７／４２－７／９８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
フライングキャパシタを有した電力変換器と、前記電力変換器と負荷を結ぶ電路に介挿された、定格の異なる複数の電流検出器および前記各電流検出器を選択する複数の電磁接触器と、
前記複数の電流検出器のうち、前記電磁接触器により選択された側の電流検出器の検出電流と電流指令との偏差に対してＰＩ制御を施して前記電力変換器の電圧指令信号を生成する電流制御器と、
前記電力変換器の運転指令信号のＯＮ期間中に、前記電流制御器の動作許可期間と動作不許可期間とを指定する電流制御イネーブル信号における、前記動作許可期間が終了する時刻よりも設定時間前の時刻に前記電磁接触器のうちいずれか一方の電磁接触器をＯＦＦ制御し、前記動作許可期間が終了した後の動作不許可期間中の設定した時刻に前記電磁接触器のうちいずれか他方の電磁接触器をＯＮ制御する電磁接触器制御部と、
前記運転指令信号と、前記電流制御イネーブル信号と、前記複数の電磁接触器のＯＮ、ＯＦＦ状態を検出したＭＣ＿ＯＮ／ＯＦＦ状態検出信号との論理積をとる回路と、を備え、
前記回路の論理積条件成立時に前記電流制御器を動作させることを特徴とする電力変換装置。
【請求項2】
フライングキャパシタを有した電力変換器と、前記電力変換器と負荷を結ぶ電路に介挿された、定格の異なる複数の電流検出器および前記各電流検出器を選択する複数の電磁接触器と、
前記複数の電流検出器のうち、前記電磁接触器により選択された側の電流検出器の検出電流と電流指令との偏差に対してＰＩ制御を施して前記電力変換器の電圧指令信号を生成する電流制御器と、
前記電力変換器の運転指令信号のＯＮ期間中に、前記電磁接触器のうち、いずれか一方の電磁接触器をＯＦＦ制御してから設定時間後にいずれか他方の電磁接触器をＯＮ制御する電磁接触器制御部と、を備え、
前記電力変換器の運転指令信号のＯＮ期間中に前記電流制御器を動作させることを特徴とする電力変換装置。
【請求項3】
前記電流制御器はＰＩ制御用の積分器を備え、前記複数の電磁接触器のＯＮ、ＯＦＦ状態を検出したＭＣ＿ＯＮ／ＯＦＦ状態検出信号がＯＦＦであるときに、前記積分器の積分ゲインを零に切り換える積分ゲイン切り換え回路を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置。
【請求項4】
前記電流制御器はＰＩ制御用の積分器を備え、前記複数の電磁接触器のＯＮ、ＯＦＦ状態を検出したＭＣ＿ＯＮ／ＯＦＦ状態検出信号がＯＦＦであるときに、前記積分器のリミッタ値を零に切り換えるリミッタ値切り換え回路を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置。
【請求項5】
フライングキャパシタを有した電力変換器と、前記電力変換器と負荷を結ぶ電路に介挿された、定格の異なる複数の電流検出器および前記各電流検出器を選択する電磁接触器と、
前記複数の電流検出器のうち、前記電磁接触器により選択された側の電流検出器の検出電流と、前記複数の電流検出器を選択切り換えする期間中は零となるように設定した電流指令との偏差に対してＰＩ制御を施して前記電力変換器の電圧指令信号を生成する電流制御器と、
前記電力変換器の運転指令信号のＯＮ期間中に、前記電流指令における、電流検出器を選択切り換えする期間の開始時刻に前記電磁接触器のうちいずれか一方の電磁接触器をＯＦＦ制御し、電流検出器を選択切り換えする期間中の設定した時刻に前記電磁接触器のうちいずれか他方の電磁接触器をＯＮ制御する電磁接触器制御部と、
前記電力変換器の運転指令信号と、前記運転指令信号のＯＮ期間中に、前記電流制御器の動作許可期間と動作不許可期間とを指定する電流制御イネーブル信号との論理積をとる回路と、を備え、
前記回路の論理積条件成立時に前記電流制御器を動作させることを特徴とする電力変換装置。
【請求項6】
前記電力変換器の運転指令信号のＯＮ期間中に動作し、前記電力変換器のフライングキャパシタの電圧検出値と電圧指令値との偏差に基づいてフライングキャパシタの電圧を制御するフライングキャパシタ電圧制御器と、前記電力変換器の運転指令信号のＯＮ期間中に動作し、前記電力変換器のユニット間を循環する横流を検出した横流検出信号と、横流指令信号との偏差に基づいて横流を抑制する横流制御器と、
を備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、フライングキャパシタ（以下、ＦＣと称することもある）と、電流を高精度に制御するために定格の異なる複数の電流検出器（以下、ＨＣＴと称することもある）を有した電力変換装置の運転方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、ＦＣを有した電力変換装置の制御手法及びＦＣの電圧を一定に保つ手法、ＦＣを小型化する手法など様々な提案がなされてきた。しかし、ＦＣを有していて複数のＨＣＴをもった構成において、ＦＣの電圧を一定に保ったままＨＣＴを切り換える運転方法に関する提案はなされていない。
【0003】
従来のＦＣを有する電力変換器の一例を図８に示し、ＦＣ及び複数のＨＣＴを有する電力変換器の構成例を図９に示す。図８において、Ｃは直流電圧源としてのコンデンサであり、コンデンサＣの正極Ｐと負極Ｎ間にはＦＣを有する電力変換器１００のユニット１００ａ，１００ｂが並列に接続されている。
【0004】
ユニット１００ａは、正極Ｐと負極Ｎの間に、スイッチング素子Ｓ１～Ｓ４から成る直列回路とスイッチング素子Ｓ５～Ｓ８から成る直列回路を並列に接続し、スイッチング素子Ｓ１およびＳ２の共通接続点とスイッチング素子Ｓ３およびＳ４の共通接続点の間にフライングキャパシタＦＣ１を接続し、スイッチング素子Ｓ５およびＳ６の共通接続点とスイッチング素子Ｓ７およびＳ８の共通接続点の間にフライングキャパシタＦＣ２を接続し、スイッチング素子Ｓ２およびＳ３の共通接続点とスイッチング素子Ｓ６およびＳ７の共通接続点の間にリアクトルＬ１，Ｌ２を直列に接続して構成されている。
【0005】
リアクトルＬ１およびＬ２の共通接続点は出力端子１０１ａに接続されている。
【0006】
ユニット１００ｂは、正極Ｐと負極Ｎの間に、スイッチング素子Ｓ９～Ｓ１２から成る直列回路とスイッチング素子Ｓ１３～Ｓ１６から成る直列回路を並列に接続し、スイッチング素子Ｓ９およびＳ１０の共通接続点とスイッチング素子Ｓ１１およびＳ１２の共通接続点の間にフライングキャパシタＦＣ３を接続し、スイッチング素子Ｓ１３およびＳ１４の共通接続点とスイッチング素子Ｓ１５およびＳ１６の共通接続点の間にフライングキャパシタＦＣ４を接続し、スイッチング素子Ｓ１０およびＳ１１の共通接続点とスイッチング素子Ｓ１４およびＳ１５の共通接続点の間にリアクトルＬ３，Ｌ４を直列に接続して構成されている。
【0007】
リアクトルＬ３およびＬ４の共通接続点は出力端子１０１ｂに接続されている。
【0008】
電力変換器１００の各スイッチング素子Ｓ１～Ｓ１６は、図示省略の制御回路により生成されたＰＷＭ指令に基づいてスイッチング制御される。
【0009】
図９において、ＦＣを有する電力変換器１００と負荷２００を結ぶ電路には、ＨＣＴ１（電流検出器１）とＨＣＴ１を選択するための電磁接触器１（以下ＭＣ１と称することもある）が直列に介挿されている。
【0010】
ＭＣ１の両端間には、ＨＣＴ１とは定格の異なる（フルスケールの異なる）ＨＣＴ２（電流検出器２）とＨＣＴ２を選択するための電磁接触器２（以下ＭＣ２と称することもある）が直列に接続されている。図９の構成では、ＨＣＴ１の定格値が大きく、ＨＣＴ２の定格値が小さい場合を示している。
【0011】
表２に各ＨＣＴが選択された時のＭＣの動作を示す。
【0012】
【表2】
【0013】
表２に示す動作「ＯＮ」とはＭＣを閉じることであり、「ＯＦＦ」とはＭＣを開くことである。ＨＣＴ１を選択した場合には、ＭＣ１のみをＯＮさせる。これにより、ＨＣＴ２の回路は開いているため電流が流れない。よって、ＨＣＴ２に定格値以上の過大な電流が流れることはない。また、ＨＣＴ２を選択した場合には、ＭＣ２のみをＯＮさせる。この場合には、ＨＣＴ１にも電流が流れるがＨＣＴ２の検出値を使用して制御を実施する。
【0014】
ＦＣを有する電力変換器１００の制御構成図を図１０に示す。図１０において１１は、図９のＨＣＴ１又はＨＣＴ２で検出された電流と電流指令に基づいて電流を制御する電流制御器である。１２は、図８の各ＦＣ１～ＦＣ４の電圧を検出したＦＣ電圧検出値とＦＣ電圧指令値に基づいてＦＣ電圧を一定に保つＦＣ電圧制御器である。１３は、電力変換器１００のユニット１００ａ、１００ｂ間を循環する横流を検出した横流検出値と横流指令値に基づいて、横流を抑制する横流制御器である。
【0015】
電流制御器１１、ＦＣ電圧制御器１２、横流制御器１３は電力変換器１００の運転指令と同期して動作し、運転指令がＯＦＦすると各制御器もＯＦＦされる構成となっている。
【0016】
電流制御器１１の出力とＦＣ電圧制御器１２の出力は加算器１４において加算され、加算器１４の出力は加算器１５において横流制御器１３の出力と加算されて、電力変換器１００のスイッチング素子Ｓ１～Ｓ１６をスイッチング制御するためのＰＷＭ指令信号として出力される。
【0017】
図９に示す構成の場合における電流指令と電流検出、電流制御の構成例を図１１に示す。図１１において、２１は電流検出１（ＨＣＴ１）で取得した値に変換ゲイン１を乗算する乗算器であり、２２は電流検出２（ＨＣＴ２）で取得した値に変換ゲイン２を乗算する乗算器である。
【0018】
２３は乗算器２１又は２２の出力（電流検出値）を選択するスイッチであり、スイッチ２３で選択された電流検出値は電流制御器１１内の減算器２４において、電流指令との偏差がとられる。
【0019】
電流制御器１１は減算器２４の偏差出力に対してＰＩ制御を施すものであり、減算器２４の偏差出力にはゲイン乗算器２５の比例ゲインＫｐが乗算され、比例項が生成される。
【0020】
ゲイン乗算器２５の出力にはゲイン乗算器２６の積分ゲインＫｉが乗算された後、加算器２７を介して積分器リミッタ２８に入力されリミッタがかけられる。
【0021】
加算器２７は、積分器リミッタ２８の出力をバッファ２９を通して遅延させた値とゲイン乗算器２６の出力とを加算する。
【0022】
ゲイン乗算器２５の出力（比例項）と積分器リミッタ２８の出力（積分項）は加算器３０において加算され、加算器３０から電圧指令信号が出力される。
【0023】
図９および図１１において、ＨＣＴ１を選択した場合（スイッチ２３が乗算器２１側に選択制御された場合）には電流制御器１１に入力される電流検出値は、電流検出１で取得した値を乗算器２１の変換ゲイン１によって物理値にしたものとなる。この値を電流検出値１とする。
【0024】
また、ＨＣＴ２を選択した場合（スイッチ２３が乗算器２２側に選択制御された場合）には電流制御器１１に入力される電流検出値は、電流検出２で取得した値を乗算器２２の変換ゲイン２によって物理値にしたものとなる。この値を電流検出値２とする。
【0025】
例えば、ＨＣＴ１からＨＣＴ２に切り換える場合には、ＨＣＴ１には電流が流れていない状態からＭＣを動作させてＨＣＴ２に電流が流れる経路を作る必要がある。もし、定格値の大きいＨＣＴ１に電流が流れていて、定格値の小さいＨＣＴ２に電流が流れない状態で切り換えてしまうと電流検出値１が急に０となってしまう。
【0026】
この時に電流指令と電流検出値の偏差が大きくなるため、過大な電圧指令が発生する。このため、過大な電流が発生する恐れがあり、最悪の場合には装置を破壊する電流が流れてしまう。
【0027】
次にＨＣＴ２からＨＣＴ１に切り換える場合を考える。ＭＣ２をＯＮした状態でＨＣＴ１に切り換えるとＨＣＴ１の検出器でノイズなどによる異常な電流検出値を観測していた場合には、電流検出値１が大きくなってしまう。ＭＣ２をＯＦＦしきれていないとＨＣＴ２の定格を超えた電流が流れる可能性がありＨＣＴ２を壊してしまう。
【0028】
尚、電力変換装置において、検出可能な電流域と分解能とを含む、仕様の異なる複数の電流センサを切り換える方法は、例えば特許文献１、２に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0029】
【文献】特開２０１５－２２０７９２号公報
【文献】特開２０１５－２２８７７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0030】
通常ＨＣＴを切り替える際には、電力変換器の運転を停止しＭＣを確実にＯＮ／ＯＦＦさせる動作を行ってから運転を再開することを行う。このとき運転を停止してしまうため、ＦＣを有する電力変換器の場合には、ＦＣ電圧を保つことができず、再度ＦＣ電圧を充電することから始める必要がある。このため、電流検出器を切り換えながら運転するような用途には適用することができない問題点がある。
【0031】
本発明は、上記課題を解決するものであり、その目的は、電力変換器の運転を停止させることなく定格の異なる複数の電流検出器を切り換えることができる電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0032】
上記課題を解決するための請求項１に記載の電力変換装置は、
フライングキャパシタを有した電力変換器と、
前記電力変換器と負荷を結ぶ電路に介挿された、定格の異なる複数の電流検出器および前記各電流検出器を選択する複数の電磁接触器と、
前記複数の電流検出器のうち、前記電磁接触器により選択された側の電流検出器の検出電流と電流指令との偏差に対してＰＩ制御を施して前記電力変換器の電圧指令信号を生成する電流制御器と、
前記電力変換器の運転指令信号のＯＮ期間中に、前記電流制御器の動作許可期間と動作不許可期間とを指定する電流制御イネーブル信号における、前記動作許可期間が終了する時刻よりも設定時間前の時刻に前記電磁接触器のうちいずれか一方の電磁接触器をＯＦＦ制御し、前記動作許可期間が終了した後の動作不許可期間中の設定した時刻に前記電磁接触器のうちいずれか他方の電磁接触器をＯＮ制御する電磁接触器制御部と、
前記運転指令信号と、前記電流制御イネーブル信号と、前記複数の電磁接触器のＯＮ、ＯＦＦ状態を検出したＭＣ＿ＯＮ／ＯＦＦ状態検出信号との論理積をとる回路と、を備え、
前記回路の論理積条件成立時に前記電流制御器を動作させることを特徴とする。
フライングキャパシタを有した電力変換器と、
前記電力変換器と負荷を結ぶ電路に介挿された、定格の異なる複数の電流検出器および前記各電流検出器を選択する複数の電磁接触器と、
前記複数の電流検出器のうち、前記電磁接触器により選択された側の電流検出器の検出電流と電流指令との偏差に対してＰＩ制御を施して前記電力変換器の電圧指令信号を生成する電流制御器と、
前記電力変換器の運転指令信号のＯＮ期間中に、前記電流制御器の動作許可期間と動作不許可期間とを指定する電流制御イネーブル信号における、前記動作許可期間が終了する時刻よりも設定時間前の時刻に前記電磁接触器のうちいずれか一方の電磁接触器をＯＦＦ制御し、前記動作許可期間が終了した後の動作不許可期間中の設定した時刻に前記電磁接触器のうちいずれか他方の電磁接触器をＯＮ制御する電磁接触器制御部と、
前記運転指令信号と、前記電流制御イネーブル信号と、前記複数の電磁接触器のＯＮ、ＯＦＦ状態を検出したＭＣ＿ＯＮ／ＯＦＦ状態検出信号との論理積をとる回路と、を備え、
前記回路の論理積条件成立時に前記電流制御器を動作させることを特徴とする。
【0033】
請求項２に記載の電力変換装置は、
フライングキャパシタを有した電力変換器と、
前記電力変換器と負荷を結ぶ電路に介挿された、定格の異なる複数の電流検出器および前記各電流検出器を選択する複数の電磁接触器と、
前記複数の電流検出器のうち、前記電磁接触器により選択された側の電流検出器の検出電流と電流指令との偏差に対してＰＩ制御を施して前記電力変換器の電圧指令信号を生成する電流制御器と、
前記電力変換器の運転指令信号のＯＮ期間中に、前記電磁接触器のうち、いずれか一方の電磁接触器をＯＦＦ制御してから設定時間後にいずれか他方の電磁接触器をＯＮ制御する電磁接触器制御部と、を備え、
前記電力変換器の運転指令信号のＯＮ期間中に前記電流制御器を動作させることを特徴とする。
フライングキャパシタを有した電力変換器と、
前記電力変換器と負荷を結ぶ電路に介挿された、定格の異なる複数の電流検出器および前記各電流検出器を選択する複数の電磁接触器と、
前記複数の電流検出器のうち、前記電磁接触器により選択された側の電流検出器の検出電流と電流指令との偏差に対してＰＩ制御を施して前記電力変換器の電圧指令信号を生成する電流制御器と、
前記電力変換器の運転指令信号のＯＮ期間中に、前記電磁接触器のうち、いずれか一方の電磁接触器をＯＦＦ制御してから設定時間後にいずれか他方の電磁接触器をＯＮ制御する電磁接触器制御部と、を備え、
前記電力変換器の運転指令信号のＯＮ期間中に前記電流制御器を動作させることを特徴とする。
【0034】
請求項３に記載の電力変換装置は、請求項１又は２において、
前記電流制御器はＰＩ制御用の積分器を備え、
前記複数の電磁接触器のＯＮ、ＯＦＦ状態を検出したＭＣ＿ＯＮ／ＯＦＦ状態検出信号がＯＦＦであるときに、前記積分器の積分ゲインを零に切り換える積分ゲイン切り換え回路を設けたことを特徴とする。
前記電流制御器はＰＩ制御用の積分器を備え、
前記複数の電磁接触器のＯＮ、ＯＦＦ状態を検出したＭＣ＿ＯＮ／ＯＦＦ状態検出信号がＯＦＦであるときに、前記積分器の積分ゲインを零に切り換える積分ゲイン切り換え回路を設けたことを特徴とする。
【0035】
請求項４に記載の電力変換装置は、請求項１又は２において、
前記電流制御器はＰＩ制御用の積分器を備え、
前記複数の電磁接触器のＯＮ、ＯＦＦ状態を検出したＭＣ＿ＯＮ／ＯＦＦ状態検出信号がＯＦＦであるときに、前記積分器のリミッタ値を零に切り換えるリミッタ値切り換え回路を設けたことを特徴とする。
前記電流制御器はＰＩ制御用の積分器を備え、
前記複数の電磁接触器のＯＮ、ＯＦＦ状態を検出したＭＣ＿ＯＮ／ＯＦＦ状態検出信号がＯＦＦであるときに、前記積分器のリミッタ値を零に切り換えるリミッタ値切り換え回路を設けたことを特徴とする。
【0036】
請求項５に記載の電力変換装置は、
フライングキャパシタを有した電力変換器と、
前記電力変換器と負荷を結ぶ電路に介挿された、定格の異なる複数の電流検出器および前記各電流検出器を選択する電磁接触器と、
前記複数の電流検出器のうち、前記電磁接触器により選択された側の電流検出器の検出電流と、前記複数の電流検出器を選択切り換えする期間中は零となるように設定した電流指令との偏差に対してＰＩ制御を施して前記電力変換器の電圧指令信号を生成する電流制御器と、
前記電力変換器の運転指令信号のＯＮ期間中に、前記電流指令における、電流検出器を選択切り換えする期間の開始時刻に前記電磁接触器のうちいずれか一方の電磁接触器をＯＦＦ制御し、電流検出器を選択切り換えする期間中の設定した時刻に前記電磁接触器のうちいずれか他方の電磁接触器をＯＮ制御する電磁接触器制御部と、
前記電力変換器の運転指令信号と、前記運転指令信号のＯＮ期間中に、前記電流制御器の動作許可期間と動作不許可期間とを指定する電流制御イネーブル信号との論理積をとる回路と、を備え、
前記回路の論理積条件成立時に前記電流制御器を動作させることを特徴とする。
フライングキャパシタを有した電力変換器と、
前記電力変換器と負荷を結ぶ電路に介挿された、定格の異なる複数の電流検出器および前記各電流検出器を選択する電磁接触器と、
前記複数の電流検出器のうち、前記電磁接触器により選択された側の電流検出器の検出電流と、前記複数の電流検出器を選択切り換えする期間中は零となるように設定した電流指令との偏差に対してＰＩ制御を施して前記電力変換器の電圧指令信号を生成する電流制御器と、
前記電力変換器の運転指令信号のＯＮ期間中に、前記電流指令における、電流検出器を選択切り換えする期間の開始時刻に前記電磁接触器のうちいずれか一方の電磁接触器をＯＦＦ制御し、電流検出器を選択切り換えする期間中の設定した時刻に前記電磁接触器のうちいずれか他方の電磁接触器をＯＮ制御する電磁接触器制御部と、
前記電力変換器の運転指令信号と、前記運転指令信号のＯＮ期間中に、前記電流制御器の動作許可期間と動作不許可期間とを指定する電流制御イネーブル信号との論理積をとる回路と、を備え、
前記回路の論理積条件成立時に前記電流制御器を動作させることを特徴とする。
【0037】
請求項６に記載の電力変換装置は、請求項１から５のいずれか１項において、
前記電力変換器の運転指令信号のＯＮ期間中に動作し、前記電力変換器のフライングキャパシタの電圧検出値と電圧指令値との偏差に基づいてフライングキャパシタの電圧を制御するフライングキャパシタ電圧制御器と、
前記電力変換器の運転指令信号のＯＮ期間中に動作し、前記電力変換器のユニット間を循環する横流を検出した横流検出信号と、横流指令信号との偏差に基づいて横流を抑制する横流制御器と、
を備えたことを特徴とする。
前記電力変換器の運転指令信号のＯＮ期間中に動作し、前記電力変換器のフライングキャパシタの電圧検出値と電圧指令値との偏差に基づいてフライングキャパシタの電圧を制御するフライングキャパシタ電圧制御器と、
前記電力変換器の運転指令信号のＯＮ期間中に動作し、前記電力変換器のユニット間を循環する横流を検出した横流検出信号と、横流指令信号との偏差に基づいて横流を抑制する横流制御器と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0038】
（１）請求項１～６に記載の発明によれば、定格の異なる複数の電流検出器の切り換え時に過大電流は発生せず、電力変換器の運転を停止することなく切り換えが行われる。電流検出器の切り換え時に運転停止しないので、電力変換器のフライングキャパシタ電圧を保持することができる。
（２）請求項３、４に記載の発明によれば、電流制御器の積分器から異常な値が出力されることが防止され、正常な電圧指令信号を生成することができる。
（３）請求項６に記載の発明によれば、定格の異なる複数の電流検出器の切り換え時にも、フライングキャパシタの電圧制御および横流制御を実行することができる。
（２）請求項３、４に記載の発明によれば、電流制御器の積分器から異常な値が出力されることが防止され、正常な電圧指令信号を生成することができる。
（３）請求項６に記載の発明によれば、定格の異なる複数の電流検出器の切り換え時にも、フライングキャパシタの電圧制御および横流制御を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【0039】
【図1】本発明の実施例１におけるＦＣを有する電力変換器の制御構成図。
【図2】本発明の実施例１におけるＨＣＴを切り換えるシーケンス図。
【図3】本発明の実施例２におけるＦＣを有する電力変換器の制御構成図。
【図4】本発明の実施例２における電流制御器の制御構成図。
【図5】本発明の実施例３における電流制御器の制御構成図。
【図6】本発明の実施例４におけるＦＣを有する電力変換器の制御構成図。
【図7】本発明の実施例４におけるＨＣＴを切り換えるシーケンス図。
【図8】ＦＣを有する電力変換器の一例を示す回路図。
【図9】ＦＣ及び複数のＨＣＴを有する電力変換器の構成図。
【図10】先行技術におけるＦＣを有する電力変換器の制御構成図。
【図11】電流制御器の制御構成図。
【発明を実施するための形態】
【0040】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。以下の実施例では、本発明を図８～図１１に示す、ＦＣ及び複数のＨＣＴを有する電力変換器に適用した例として説明するが、これに限らず他の構成のＦＣ及び複数のＨＣＴを有する電力変換器に適用してもよい。
【実施例1】
【0041】
図１は実施例１におけるＦＣを有する電力変換器の制御構成図である。図１において、図１０と同一部分は同一符号をもって示している。図１において図１０と異なる点は、電力変換器の運転指令信号と、電流制御イネーブル信号と、複数の電磁接触器（図９のＭＣ１、ＭＣ２）のＯＮ，ＯＦＦ状態を検出したＭＣ＿ＯＮ／ＯＦＦ状態検出信号との論理積をとるアンド回路５０を設け、アンド回路５０の論理積条件が成立したときに電流制御器１１を動作させるものであり、その他の部分は図１０と同一に構成されている。
【0042】
この構成にすることにより、電力変換器の運転を停止せずにＨＣＴの切り換えが可能となる。ＭＣ＿ＯＮ／ＯＦＦ状態検出信号は表１と定義する。ＨＣＴの選択が完了した場合にＯＮする信号である。
【0043】
【表1】
【0044】
ＦＣ電圧制御と横流制御は電力変換器自体の運転継続に必要な制御であるため、従来通り運転指令をイネーブル信号とする。
【0045】
【0046】
まず、運転開始時刻ｔ１において、運転指令信号がＯＮとなり、ＦＣ電圧制御ＯＮ／ＯＦＦ状態信号および横流制御ＯＮ／ＯＦＦ状態信号がＯＮとなる。
【0047】
次にＨＣＴ１選択時刻ｔ２では、図示省略の電磁接触器制御部がＭＣ１をＯＮ動作させることによりＨＣＴ１が選択され、ＭＣ１＿ＯＮ／ＯＦＦ状態信号がＯＮとなり、これにともなってＭＣ＿ＯＮ／ＯＦＦ状態検出信号がＯＮとなる。
【0048】
次に電流制御開始時刻ｔ３において電流制御イネーブル信号がＯＮとなると（動作許可期間がスタートすると）、運転指令信号と電流制御イネーブル信号とＭＣ＿ＯＮ／ＯＦＦ状態検出信号がすべてＯＮとなってアンド回路５０の論理積条件が成立し、電流制御器１１が動作して電流制御ＯＮ／ＯＦＦ状態信号がＯＮとなる。
【0049】
次にＨＣＴ２選択時刻ｔ４において、ＨＣＴ１からＨＣＴ２に切り換えるために、電磁接触器制御部はまずＭＣ１をＯＦＦ動作させるので、ＭＣ１＿ＯＮ／ＯＦＦ状態信号がＯＦＦとなり、ＭＣ＿ＯＮ／ＯＦＦ状態検出信号もＯＦＦとなる。これによってアンド回路５０の論理積条件が不成立となって電流制御ＯＮ／ＯＦＦ状態信号もＯＦＦとなる。
【0050】
次に時刻ｔ４ａでは、電流制御イネーブル信号の動作許可期間が終了して電流制御イネーブル信号がＯＦＦとなる（動作不許可期間がスタートする）。
【0051】
次に電流制御イネーブル信号の動作不許可期間中の設定した時刻ｔ４ｂにおいて、電磁接触器制御部はＭＣ２をＯＮ動作させることによりＨＣＴ１からＨＣＴ２への選択切り換えが行われ、ＭＣ２＿ＯＮ／ＯＦＦ状態信号がＯＮとなり、ＭＣ＿ＯＮ／ＯＦＦ状態検出信号がＯＮとなる。
【0052】
次に電流制御開始時刻ｔ５において電流制御イネーブル信号がＯＮになると（動作許可期間がスタートすると）、運転指令信号と電流制御イネーブル信号とＭＣ＿ＯＮ／ＯＦＦ状態検出信号がすべてＯＮとなってアンド回路５０の論理積条件が成立し、電流制御ＯＮ／ＯＦＦ状態信号がＯＮとなる。
【0053】
次に運転停止時刻ｔ６において運転指令信号がＯＦＦされると、ＦＣ電圧制御ＯＮ／ＯＦＦ状態信号および横流制御ＯＮ／ＯＦＦ状態信号がＯＦＦとなり、また、電流制御イネーブル信号、ＭＣ２＿ＯＮ／ＯＦＦ状態信号、ＭＣ＿ＯＮ／ＯＦＦ状態検出信号、電流制御ＯＮ／ＯＦＦ状態信号がすべてＯＦＦとなる。
【0054】
上記のように、電流制御イネーブル信号の動作許可期間が終了する時刻ｔ４ａよりも設定時間前の時刻ｔ４においてＭＣ１をＯＦＦとし、動作許可期間が終了した後の動作不許可期間中の設定した時刻ｔ４ｂにおいてＭＣ２をＯＮとしているので、運転指令信号のＯＮ期間中に、図１１の電流制御器１１で使用される電流検出値を電流検出値１から電流検出値２に切り換えることができる。
【0055】
このようにシーケンスを組むことにより、電流制御器１１の電流制御が正常に実施でき、過大な電圧指令を出力することはなくなる。このため、過大な電流を発生させることなくＨＣＴを切り換えられる。この一連のシーケンスでは、運転指令信号はＯＦＦされないため、ＦＣ電圧制御器１２のＦＣ電圧制御及び横流制御器１３の横流制御は実施される。よって、運転停止せずにＨＣＴを切り替えることが可能となる。
【実施例2】
【0056】
図３は実施例２における電力変換器の制御構成を示し、図１と同一部分は同一符号をもって示している。図３において図１と異なる点は、図１のアンド回路５０を除去し、電流制御器１１を動作させる許可信号としては運転指令信号のみを用い、ＭＣ＿ＯＮ／ＯＦＦ状態検出信号を、電流制御器１１の積分器の積分ゲイン切り換え信号として利用したことにあり、その他は図１と同一に構成されている。
【0057】
尚、本実施例２における電磁接触器制御部は、ＨＣＴ１からＨＣＴ２に選択切り換えを行う際、図９のＭＣ１をＯＦＦ制御してから設定時間後にＭＣ２をＯＮ制御するものである。
【0058】
実施例２における電流制御器１１の構成を図４に示す。図４において図１１と同一部分は同一符号をもって示している。図４において図１１と異なる点は、ＭＣ＿ＯＮ／ＯＦＦ状態検出信号がＯＦＦしたときに、積分ゲインをゲイン乗算器２６のＫｉからゲイン設定器３１の零に切り換えるスイッチ６１と、加算器２７に加算する積分項をバッファ２９の出力から積分項初期値に切り換えるスイッチ６２とを設けたことにあり、その他の部分は図１１と同一に構成されている。
【0059】
図４に示すように、ＭＣ＿ＯＮ／ＯＦＦ状態検出信号がＯＦＦした時にスイッチ６１をゲイン設定器３１側にして積分ゲインを０とし、積分項にはスイッチ６２を切り換えて初期値を入力する。この積分項初期値は、負荷の電圧を設定すれば良い。このようにすると電流制御器１１の積分器が動作しない。
【0060】
ＭＣ１とＭＣ２が同時にＯＦＦした状態で電流制御器１１の積分器が動作すると、電流検出の状態に応じて電流指令と電流検出の偏差を加算し続ける。このため、異常に大きな値が積分器として出力されるため、ＨＣＴ切り換え時に異常な電圧指令が出力されてしまう。よって、積分ゲインを０とすると電流指令と電流検出の偏差を加算し続けることがなくなるため、異常な電圧指令とならない。ＨＣＴ切り換え時にも過大な電流が発生することなく切り替えることができる。
【0061】
尚、本実施例２の、ＭＣ＿ＯＮ／ＯＦＦ状態検出信号がＯＦＦであるときに、電流制御器１１の積分器の積分ゲインを零に切り換える構成は、実施例１に適用してもよく、その場合も前記と同様の作用、効果が得られる。
【実施例3】
【0062】
本実施例３における電流制御器１１の構成を図５に示す。図５において、図１１と同一部分は同一符号をもって示している。図５において図１１と異なる点は、積分リミッタ２８に変えて、リミッタ値を変更することができる可変リミッタ３８を設け、ＭＣ＿ＯＮ／ＯＦＦ状態検出信号がＯＦＦしたときに可変リミッタ３８のリミッタ値を零に切り換える構成とした点にあり、その他の部分は図１１と同一に構成されている。
【0063】
図５において、ＭＣ＿ＯＮ／ＯＦＦ状態検出信号がＯＦＦした時に、可変リミッタ３８の積分器リミッタ値を０とする（リミッタ値切り換え回路）。このようにすると電流制御器１１の積分器が動作しない。リミッタが０となるため積分器の出力が常に０となる。このため、異常な電圧指令とならない。ＨＣＴ切り換え時にも過大な電流が発生することなく切り換えることができる。
【0064】
また、ＭＣ＿ＯＮ／ＯＦＦ状態検出信号がＯＮした時に、積分器のリミッタ（可変リミッタ３８）を通常の値に戻す。これにより、ＨＣＴ切り換え後には、正常な状態で電流制御を実現できる。
【0065】
尚、本実施例３の、ＭＣ＿ＯＮ／ＯＦＦ状態検出信号がＯＦＦであるときに、電流制御器１１の積分器のリミッタ値を零にする構成は、実施例１、２に適用することができ、適用した場合も前記と同様の作用、効果が得られる。
【実施例4】
【0066】
図６は実施例４におけるＦＣを有する電力変換器の制御構成図を示し、図１と同一部分は同一符号をもって示している。図６において図１と異なる点は、図１のアンド回路５０の代わりに、電力変換器の運転指令信号と電流制御イネーブル信号との論理積をとるアンド回路６０を設け、アンド回路６０の論理積条件が成立したときに電流制御器１１を動作させることと、電流制御器１１における検出電流との偏差をとるための電流指令を、複数の電流検出器を選択切り換えする期間中は零となる電流指令としたことにあり、その他の部分は図１と同一に構成されている。
【0067】
尚、本実施例４における電磁接触器制御部は、ＨＣＴ１からＨＣＴ２に選択切り換えを行う際、電流指令における電流検出器選択切り換え期間の開始時刻に図９のＭＣ１をＯＦＦ制御し、電流検出器選択切り換え期間中の設定した時刻にＭＣ２をＯＮ制御するものである。
【0068】
次にＨＣＴを切り換える際のシーケンス図を図７に示す。図７の電流指令信号は、電流制御器１１が動作している期間（運転指令信号と電流制御イネーブル信号がともにＯＮであり、図６のアンド回路６０の論理積条件が成立している期間）であっても、ＨＣＴの選択切り換えが行われる期間は制御値を零とする信号である。
【0069】
電流制御イネーブル信号は、電流制御器１１の動作許可期間ではＯＮとなり、動作不許可期間ではＯＦＦとなる信号である。
【0070】
まず、運転開始時刻ｔ１において、運転指令信号がＯＮとなり、ＦＣ電圧制御ＯＮ／ＯＦＦ状態信号および横流制御ＯＮ／ＯＦＦ状態信号がＯＮとなる。
【0071】
次にＨＣＴ１選択時刻ｔ２では、図示省略の電磁接触器制御部がＭＣ１をＯＮ動作させることによりＨＣＴ１が選択され、ＭＣ１＿ＯＮ／ＯＦＦ状態信号がＯＮとなり、これにともなってＭＣ＿ＯＮ／ＯＦＦ状態検出信号がＯＮとなる。
【0072】
次に電流制御開始時刻ｔ３において電流制御イネーブル信号がＯＮとなると（動作許可期間がスタートすると）、運転指令信号と電流制御イネーブル信号が両方ともＯＮとなってアンド回路６０の論理積条件が成立し、電流制御ＯＮ／ＯＦＦ状態信号がＯＮとなる。同時に電流指令信号が立上がり所定の制御値となる。
【0073】
次にＨＣＴ２選択時刻ｔ４（電流指令信号が零となる電流検出器選択切り換え期間の開始時刻）において、ＨＣＴ１からＨＣＴ２に切り換えるために、電磁接触器制御部はＭＣ１をＯＦＦ動作させるので、ＭＣ１＿ＯＮ／ＯＦＦ状態信号がＯＦＦとなり、ＭＣ＿ＯＮ／ＯＦＦ状態検出信号もＯＦＦとなる。
【0074】
このようにＭＣ＿ＯＮ／ＯＦＦ状態検出信号がＯＦＦとなっても、この信号は図６のアンド回路６０の論理積条件に入っていないため電流制御器１１の動作は継続され、電流制御ＯＮ／ＯＦＦ状態信号はＯＮを継続する。
【0075】
次に、図７のＨＣＴ切り換え遷移期間（電流検出器選択切り換え期間）中の設定した時刻ｔ４ａにおいて、電磁接触器制御部はＭＣ２をＯＮ動作させることによりＨＣＴ１からＨＣＴ２への選択切り換えが行われ、ＭＣ２＿ＯＮ／ＯＦＦ状態信号がＯＮとなり、ＭＣ＿ＯＮ／ＯＦＦ状態検出信号がＯＮとなる。
【0076】
次に電流制御開始時刻ｔ５になると、電流指令信号の電流検出器選択切り換え期間が終了し、電流指令信号は所定の制御値となる。
【0077】
次に運転停止時刻ｔ６において運転指令信号がＯＦＦされると、ＦＣ電圧制御ＯＮ／ＯＦＦ状態信号および横流制御ＯＮ／ＯＦＦ状態信号がＯＦＦとなり、また、電流制御イネーブル信号、ＭＣ２＿ＯＮ／ＯＦＦ状態信号、ＭＣ＿ＯＮ／ＯＦＦ状態検出信号、電流制御ＯＮ／ＯＦＦ状態信号がすべてＯＦＦとなる。
【0078】
上記のように、電流検出器選択切り換え期間（図７のＨＣＴ切り換え遷移期間）中は電流指令を０にしているので、電流検出と電流指令の偏差も小さいものとなる。このため、電流制御器１１の出力に関しても小さい値となる。ＨＣＴ切り換え遷移期間を短くするようにＭＣ１、ＭＣ２の動作を実施できれば、電流制御器１１の積分器の出力も異常な加算を行わなくなり積分器の出力も過大な値とならない。このため、ＨＣＴ切り換え時にも過大な電流が発生することなく切り替えることができる。
【符号の説明】
【0079】
１１…電流制御器
１２…ＦＣ電圧制御器
１３…横流制御器
１４，１５，２７，３０…加算器
２１，２２…乗算器
２３，６１，６２…スイッチ
２４…減算器
２５，２６…ゲイン乗算器
２８…積分器リミッタ
２９…バッファ
３１…ゲイン設定器
３８…可変リミッタ
５０，６０…アンド回路
１００…ＦＣを有する電力変換器
２００…負荷
ＭＣ１…電磁接触器１
ＭＣ２…電磁接触器２
ＨＣＴ１…電流検出器１
ＨＣＴ２…電流検出器２
ＦＣ１～ＦＣ４…フライングキャパシタ
Ｓ１～Ｓ１６…スイッチング素子
１２…ＦＣ電圧制御器
１３…横流制御器
１４，１５，２７，３０…加算器
２１，２２…乗算器
２３，６１，６２…スイッチ
２４…減算器
２５，２６…ゲイン乗算器
２８…積分器リミッタ
２９…バッファ
３１…ゲイン設定器
３８…可変リミッタ
５０，６０…アンド回路
１００…ＦＣを有する電力変換器
２００…負荷
ＭＣ１…電磁接触器１
ＭＣ２…電磁接触器２
ＨＣＴ１…電流検出器１
ＨＣＴ２…電流検出器２
ＦＣ１～ＦＣ４…フライングキャパシタ
Ｓ１～Ｓ１６…スイッチング素子
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】