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JP4487155B2 - Protection device for PWM cycloconverter - Google Patents
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JP4487155B2
JP4487155B2 JP26092999A JP26092999A JP4487155B2 JP 4487155 B2 JP4487155 B2 JP 4487155B2 JP 26092999 A JP26092999 A JP 26092999A JP 26092999 A JP26092999 A JP 26092999A JP 4487155 B2 JP4487155 B2 JP 4487155B2
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input voltage
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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば商用交流電圧を任意の周波数の交流電圧に変換するPWMサイクロコンバータの保護装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
PWMサイクロコンバータは、交流電源(例えば商用交流電圧)を任意の周波数の交流電圧に変換するために、インバータのように平滑コンンサを持たない。そのため、何らかの異常が発生した場合、PWMサイクロコンバータの電力用半導体素子を全てオフにし電流を遮断する。同時に全ての半導体スイッチ素子をオフすると出力側が開放となる。そのため、モータを駆動する場合には、運転中にPWMサイクロコンバータの出力側が開放となると、出力側に大きなサージ電圧が発生する。従来例では、サージ抑制手段としてまず電源と負荷との中間にPWMサイクロコンバータに並列的に接続されスナバ回路が見られる。このスナバ回路は、通常運転時の転流ミスにより発生したサージ電圧と、異常発生時に全てのスイッチをオフした場合に発生するサージ電圧とを抑制する効果を有する。
また、先行技術として特願平10-310843(出願日平成10年10月30日) がある。この先行例は、PWMサイクロコンバータの運転中に何らかの異常が発生した場合、入力電圧情報に基づいて、出力各相から三相入力電圧の中に最大電圧となる入力相への片方向半導体スイッチ素子と、三相入力電圧の中に最小電圧となる入力相から出力各相への片方向半導体スイッチ素子とを常にオンすることにより電源への回生スイッチングを行う保護手段等が挙げられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが従来例のスナバ回路を用いたPWMサイクロコンバータの保護回路では、運転中に全ての半導体スイッチング素子をオフした場合、瞬間的にスナバコンデンサに大きな電流が流れるためコンデンサ容量を大きくしなければならないという課題がある。同様に、先行例は入力電圧情報に基づいて、出力各相から三相入力電圧の中に最大電圧となる入力相への片方向半導体スイッチ素子と、三相入力電圧の中に最小電圧となる入力相から出力各相への片方向半導体スイッチ素子とを常にオンすることにより、電源への回生スイチングを行う保護手段であり、これでは入力三相電源が瞬時停電を起こした場合、PWMサイクロコンバータの入力フィルタに電力を回生するだけであり、回生された電力は抵抗によって消費し、モータは出力を短絡させフリーラン状態にするしかなく、電力の再利用は図れないという課題を有している。ここにおいて本発明は、従来例並びに先行例における技術的隘路を全て払拭するために、瞬時停電が発生した場合入力フィルタ部へ電力を回生するモードと、入力電源情報を基にモータを駆動させるモードを入力電圧レベルにより切り替えることにより電力の有効利用を図るようにしたPWMサイクロコンバータの保護装置を提供することを目的とする。さらにスナバ回路のコンデンサ容量を小さくする。
【0004】
上記目的を達成するために本発明の請求項1の発明は、三相交流電源の各相と、出力各相とを電流が一方向だけ流せる片方向半導体スイッチ素子を相互に逆向きに接続し、かつ各々が独立にオンオフできる構成とする双方向半導体スイッチ素子で直接接続し、入力側に交流フィルタを設け出力側に三相交流電動機を備える電力変換器のPWMサイクロコンバータにおいて、前記PWMサイクロコンバータの故障を検出して故障検出信号を出力する故障検出手段と、前記双方向半導体スイッチ素子の入力側三端子の電圧を三相入力電圧とし、前記三相入力電圧の大小関係が判断できる情報を入力電圧情報として検出する入力電圧情報検出手段と、
前記入力電圧情報に基づいて、前記出力各相から前記三相入力電圧の中の最大電圧となる入力相への前記片方向半導体スイッチ素子のみをオンし、または前記三相入力電圧の中の最小電圧となる入力相から前記出力各相への前記片方向半導体スイッチ素子のみをオンする回生スイッチング手段と、前記PWMサイクロコンバータの入力側の入力電圧値から電圧レベルを検出できる入力電圧値検出手段とを備え
前記PWMサイクロコンバータの運転中(モード1)に入力低電圧信号が発生した場合、前記回生スイチング手段(モード2)により入力側の前記交流フィルタのコンデンサ部へ電力回生し、前記電力回生中に入力電源電圧レベルがある一定の閾値を越えると前記交流フィルタの電力により簡易的に交流電動機を駆動する電動スイッチング(モード4)を行うことを特徴とするPWMサイクロコンバータの保護装置である。
この請求項1の発明によれば、入力電源の瞬時停電の場合に回生スイッチングを適用して交流フィルタに回生された電力を負荷交流電動機の駆動に使い、電力の有効利用が図れるという特段の効果を奏する。
【0005】
本発明の請求項2の発明は、請求項1のPWMサイクロコンバータの保護装置において、前記入力電圧値検出手段は、入力側の電圧を三相全波整流する整流器と、その整流された直流電圧と予め設定された基準となる閾値直流電圧とを比較する比較器から構成されたことを特徴とする請求項1に記載のPWMサイクロコンバータの保護装置である。
この請求項2の発明により、入力側の電圧値(電圧レベル)に対応した適切な電力の処理が可能となる有効性を備えられる。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は本発明の実施の形態に係るPWMサイクロコンバータの回路構成を示すブロック図である。図1において、1は三相交流(商用)電源、2は交流ラインフィルタで、61,62,63はそのリアクタ、64,65,66はそのコンデンサである。
3はPWMサイクロコンバータであり、電流が一方向だけ流せて自己消弧能力を持つ片方向半導体スイッチ素子[例えばInsulated Gate Bipolar Transistor ]とそれに直列に接続されたダイオードから成り、それぞれ片方向半導体スイッチ素子をSur, Ssu, Sus, Stu, Sut, Srv, Svr, Ssv, Stv, Svt, Srw, Swr, Ssw, Sws, Stw, Swtで示し、ダイオードはd1〜d18 で表す。
ここに、片方向半導体スイッチ素子におけるSxyに付したサフイックスは入力のx相から出力y相へ、Syxは出力のy相から入力x相への片方向半導体スイッチ素子( x=r,s,t;y=u,v,w)である。
21は三相交流電動機、22は電源電圧検出部、23はコントローラ、24はゲート信号合成部、25はゲートドライバ、30は入力電圧情報検出部、40は入力電圧値(電圧レベル)検出部、50は保護ゲート信号発生部である。
【0008】
そして、電源電圧検出部22は三相交流電源1の各相の電源電圧瞬時値22a とその電源電圧位相22b をPWMサイクロコンバータ3の動作を制御するコントローラ3 ヘ与え、さらに三相交流電動機21の各相を流れる電動機電流値は変流器71〜73によって検出され、それらの電動機電流値もコントローラ3 ヘ与えられて通常のPWMサイクロコンバータ3の動作の制御が、出力電圧指令23a に従って行われている。
ところで、常時PWMサイクロコンバータ3の動作の異常の有無は、電源1側の電源電圧の監視と、電源1側と電動機21側の各相毎にそれぞれ過電流リレーを設置し、それらのトリップに基づく信号によってPWMサイクロコンバータ3の動作の異常を検出している[図示省略]。
【0009】
図2は、主として入力電圧値(電圧レベル)検出部のとその周辺の回路構成を示すブロック図である。断路器2aから交流ラインフィルタ2を経て、PWMサイクロコンバータ3に印加される入力電圧の値は入力電圧値検出部40において検出される。全波整流器401 で全波整流された後、平滑回路( コンデンサ402)・負荷抵抗( 分圧抵抗403,404)等を介して得られた検出直流電圧が、比較器406 の一方の入力となり他方の直流基準( 閾値) 電圧と比較されて、検出直流電圧値が閾値を越えた時に入力電圧値検出信号V1をコントローラ3 ヘ送出する。
【0010】
図3は、入力電圧情報検出部の回路構成を示すブロック図である。
31〜36はそれぞれ同一構成の電流検出回路であり、37は抵抗である。例えば電流検出回路31について言えば、41,42 はダイオード、43はフォトカプラ、44は抵抗、45は出力端子、Vccは直流基準電圧の正極である。
ダイオード41に電流が流れると、出力端子45の電圧はLow( ロー) になる。逆にダイオード41に電流が流れない場合は、出力端子45の電圧はHigh(ハイ) である。例えばr相の電圧が最大の時出力電圧/Max=0となり、最小の時出力電圧/Min=0となる。s相,t相についても同様である。
【0011】
図4は保護ゲート信号発生部の前後の回路構成を示すブロック図である。
入力電圧情報検出部30からの最大電圧・中間電圧・最小電圧の入力電圧情報は保護ゲート信号発生部40へ与えられ、こでインバータ(位相反転回路)51〜56を経て作成された保護ゲート信号G2 が、次段のゲート信号合成部24へ与えられる( G2yx あるいはG2xy におけるyxあるいはxyは電流が流れる方向の片方向半導体スイチング素子へ与える保護ゲート信号を示す)。
【0012】
このようにして、図1の電源電圧検出部22は電源電圧を入力として電源電圧の位相22b と電源電圧の瞬時値22a を出力し、コントローラ23は出力電圧指令23a と電源電圧の位相22b と電源電圧の瞬時値22a と負荷電流方向に基づき、PWMサイクロコンバータ3が備える18個の片方向半導体スイッチ素子をオン・オフさせる通常のゲート信号(『G1』と略す)を作成して出力する。
かくして本発明は、コントローラ23からの通常のゲート信号G1 と保護ゲート信号発生部40からの保護ゲート信号G2 との論理和をゲート信号合成部24でとり、合成されたゲート信号G3 により各素子を制御している。つまり、図1における入力電圧情報検出部30は各片方向半導体スイッチ素子の電圧を入力して、三相入力電圧の大小関係の情報を作成して出力し、これにより得られた情報から、異常が発生した場合、三相入力電圧の中に最小電圧となる入力相から出力各相への片方向半導体スイッチ素子のみオンすることにより交流電動機電流を流し続け、サージ電圧の発生を抑制する。
【0013】
図5は、運転異常の時にPWMサイクロコンバータ遮断する場合に通常のゲート信号(G1)を全部オフにし、ゲート保護信号G2 によってPWMサイクロコンバータの特定の素子のみをオンしたままになる時の等価回路図である。
すなわち、その特定の素子とはSup, Svp, Swp, Snu, Snv, Snwであり、ここでのp またはn はr,s,t の中のいずれかであり、Svp, Swp, Snuは出力側から入力側への電流方向を表し、Snu, Snv, Snwは入力側から出力側への電流方向を示している。
【0014】
さらにまた、図1の入力電圧値検出部40は入力の三相電圧を三相全波整流し、その電圧レベルがある一定の値・閾値以上になった場合、出力V1 =1となる信号を作成し、この入力電源電圧レベルの検出信号V1 をコントローラ23へ出力する。
検出信号V1 を受けたコントローラ23は、ACラインフィルタ2ヘ回生された電荷を使用して、交流電動機21を簡易的に駆動させることで、その回生電力の有効な適用を図った後に、PWMサイクロコンバータの片方向半導体スイッチ素子のベースブロックを行い、運転を停止する。
一方、PWMサイクロコンバータの故障をを検出してACラインフィルタ2ヘ電力を回生しても、検出信号V1 が得られない場合は従来どうりに、PWMサイクロコンバータの片方向半導体スイッチ素子のベースブロックを行い、運転停止をする。
【0015】
以上の本発明の操作方法の手順を、図6のフローチャートに示す。
すなわち、ステップ601 〜608 の手順に従って操作される。
また、図7は入力情報による従来のモード(MODE)切り替え手段と、本発明で提案するモード切り替え手段とを対比して示すタイムチャートである。
(a) に示すように時点t1で故障発生した時を見る。
(b) の従来のモード切り替えでは、PWMサイクロコンバータの運転中(モード1:43)に入力低電圧信号41が発生した場合、先に述べた回生スイッチング(モード2:44)を行い、暫くしてモータ電流が収束した後全てのスイッチをオフにするベースブロック(モード3:45)を行う。
(c) 及び(d) で示す本発明では、PWMサイクロコンバータの運転中(モード1:43)に入力低電圧信号41が発生した場合、まず先に述べた回生スイチング(モード2:44)により入力側の交流フィルタ2のコンデンサ部64〜66に電力が回生される。この回生された電力により、入力電源電圧レベルがある一定の値[閾値]を越えた場合、入力電圧値検出部40からの出力421 が信号V1 =" 1" となる。
コントローラ23はこの出力信号V1 を検出すると( 時点t3) 、入力電圧情報検出部30から得られた情報を基に、簡易的に交流電動機21を駆動する電動スイッチング(モード4:46)を行う。そして従来と同様にモータ電流が収束した後( 時点t6) 、全てのスイチングをオフにするベースブロック(モード3:45)を行う。
【0016】
【発明の効果】
以上述べたように、PWMサイクロコンバータの保護のために、本発明によって、入力電源の瞬時停電の場合、従来の回生スイッチングを用いてPWMサイクロコンバータに回生された電力によりモータを駆動させ、電力の有効利用を図るという特段の効果を発揮することが可能である。さらにスナバ回路のコンデンサ容量を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係るPWMサイクロコンバータとその周辺を含む全体の回路構成を示すブロック図
【図2】本発明の実施の形態における主として入力電圧値検出部の回路構成を示すブロック図
【図3】本発明の実施の形態での入力電圧情報部の回路構成を示すブロック図
【図4】本発明の実施の形態における主として保護ゲート信号発生部の回路構成を示すブロック図
【図5】本発明の実施の形態における電力回生時の等価回路図
【図6】本発明の実施の形態での操作の手順を示すフローチャート
【図7】本発明の実施の形態におけるモード切り替えと従来のモード切り替えを対比させたタイムチャート
【符号の説明】
1 三相交流電源
2 交流ラインフィルタ
3 PWMサイクロコンバータ(主回路部が片方向半導体スイッチ素子から成る)
21 三相交流電動機
22 電源電圧検出部
22a 電源電圧瞬時値
22b 電源電圧の位相
23 コントローラ
24 ゲート信号合成部
30 入力電圧情報検出部
31〜36 電流検出回路
37,304,403,404 抵抗
301,302,d1〜d18 ダイオード
303 フォトカプラ
305 出力端子
40 入力電圧値(電圧レベル)検出部
401 全波整流器
402,64〜66, C コンデンサ
405 直流基準電圧(Vcc)
406 比較器
43 通常運転モード( モード1)
44 回生スイッチング・モード( モード2)
45 ベースブロック・モード( モード3)
46 簡易的運転モード( モード4)
50 保護ゲート信号発生部
51〜56 インバータ( 位相反転器)
61〜63, L リアクトル
Sru〜Swt 入力側のr相から出力側u相への方向性の片方向半導体スイッチ素子から出力側のw相から入力側t相への方向性の片方向半導体スイッチ素子までの18個の各素子(p=r,s,t)
Sup, Svp, Swp 出力側u相ないしw相から入力側r相ないしt相への方向性を持つ片方向半導体スイッチ素子(n=r,s,t)
Snu, Snv, Snw 入力側r相ないしt相から出力側u相ないしw相への方向性を持つ片方向半導体スイッチ素子
Vp 最大電圧
Vm 中間電圧
Vn 最小電圧
G1 コントローラから出力した通常のゲート信号
G2 保護ゲート信号発生部から出力した保護ゲート信号
G2ur 〜G2tw u相からr相への方向性を持つ片方向半導体スイッチ素子
Surへの保護ゲート信号ないしt相からw相への方向性を持つ片方向半導体スイッチ素子Stwへの保護ゲート信号
G3 通常のゲート信号に保護ゲート信号が合成(論理和)された合成ゲート信号
V1 入力低電圧が起こった場合における電圧レベル(閾値)検出信号
[0001]
[Industrial application fields]
The invention, for example, relate to the protection device of the PWM cycloconverter for converting a commercial AC voltage into an AC voltage of an arbitrary frequency.
[0002]
[Prior art]
The PWM cycloconverter does not have a smoothing capacitor like an inverter in order to convert an AC power supply (for example, a commercial AC voltage) into an AC voltage having an arbitrary frequency. Therefore, when some abnormality occurs, all the power semiconductor elements of the PWM cycloconverter are turned off to interrupt the current. At the same time, when all the semiconductor switch elements are turned off, the output side is opened. Therefore, when driving the motor, if the output side of the PWM cycloconverter becomes open during operation, a large surge voltage is generated on the output side. In the prior art, an intermediate parallel connected to the PWM cycloconverter to by snubber circuit between the first power supply and the load as a surge suppression means is observed. The snubber circuit has an effect of suppressing a surge voltage generated by commutation mistake during the normal operation, a surge voltage generated when turning off all switches when an abnormality occurs.
Further, as prior art, Japanese Patent Application No. 10-310843 (filing date: October 30, 1998) is available. This prior example is a one-way semiconductor switching element from an output phase to an input phase that becomes a maximum voltage among three-phase input voltages based on input voltage information when any abnormality occurs during operation of the PWM cycloconverter. And a protective means for performing regenerative switching to the power supply by always turning on the one-way semiconductor switching element from the input phase to the output phase, which is the minimum voltage among the three-phase input voltages.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the protection circuit of the PWM cycloconverter using the conventional snubber circuit, when all the semiconductor switching elements are turned off during operation, a large current flows instantaneously in the snubber capacitor, so that the capacitor capacity must be increased. There are challenges. Similarly, in the preceding example, based on the input voltage information, the one-way semiconductor switching element from each output phase to the input phase that becomes the maximum voltage in the three-phase input voltage, and the minimum voltage in the three-phase input voltage It is a protection means that performs regenerative switching to the power supply by always turning on the unidirectional semiconductor switch element from the input phase to each output phase. In this case, if the input three-phase power supply causes an instantaneous power failure, the PWM cycloconverter Power is regenerated to the input filter, and the regenerated power is consumed by the resistor, and the motor can only be short-circuited to the free-run state and the power cannot be reused. . Here, in order to wipe out all the technical bottlenecks in the conventional example and the previous example, the present invention regenerates power to the input filter unit when an instantaneous power failure occurs, and a mode for driving the motor based on the input power supply information. It is an object of the present invention to provide a protection device for a PWM cycloconverter capable of effectively using electric power by switching the input voltage level depending on the input voltage level. Furthermore, the capacitor capacity of the snubber circuit is reduced.
[0004]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, unidirectional semiconductor switch elements that allow current to flow in only one direction through each phase of a three-phase AC power source and each output phase are connected in opposite directions. In the PWM cycloconverter of a power converter that is directly connected by a bidirectional semiconductor switching element that can be turned on and off independently, an AC filter is provided on the input side, and a three-phase AC motor is provided on the output side, the PWM cycloconverter A fault detection means for detecting a fault and outputting a fault detection signal; and a voltage at the three terminals on the input side of the bidirectional semiconductor switch element as a three-phase input voltage, and information for determining the magnitude relationship of the three-phase input voltage Input voltage information detecting means for detecting as input voltage information;
Based on the input voltage information, only the one-way semiconductor switch element from the output phase to the input phase that is the maximum voltage in the three-phase input voltage is turned on, or the minimum in the three-phase input voltage Regenerative switching means for turning on only the one-way semiconductor switching element from the input phase to be the voltage to each output phase; and input voltage value detecting means capable of detecting a voltage level from the input voltage value on the input side of the PWM cycloconverter. With
When an input low voltage signal is generated during operation of the PWM cycloconverter (mode 1), power is regenerated to the capacitor part of the AC filter on the input side by the regenerative switching means (mode 2), and input during the power regeneration. An apparatus for protecting a PWM cycloconverter, characterized in that when the power supply voltage level exceeds a certain threshold, electric switching (mode 4) for simply driving the AC motor with the power of the AC filter is performed .
According to the first aspect of the present invention, in the case of an instantaneous power failure of the input power supply, the regenerative switching is applied and the power regenerated in the AC filter is used for driving the load AC motor so that the power can be effectively used. Play.
[0005]
According to a second aspect of the present invention, in the protection device for the PWM cycloconverter according to the first aspect, the input voltage value detecting means includes a rectifier that rectifies the three-phase full-wave voltage on the input side, and a rectified DC voltage. 2. The PWM cycloconverter protection device according to claim 1, further comprising a comparator that compares a predetermined reference direct current threshold voltage with a threshold DC voltage.
According to the second aspect of the present invention, it is possible to provide the effectiveness that enables appropriate power processing corresponding to the voltage value (voltage level) on the input side.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a circuit configuration of a PWM cycloconverter according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a three-phase AC (commercial) power source, 2 is an AC line filter, 61, 62 and 63 are its reactors, and 64, 65 and 66 are their capacitors.
Reference numeral 3 denotes a PWM cycloconverter, which is composed of a unidirectional semiconductor switch element [for example, Insulated Gate Bipolar Transistor] having a self-extinguishing capability that allows current to flow only in one direction, and a diode connected in series to the unidirectional semiconductor switch element. Is represented by Sur, Ssu, Sus, Stu, Sut, Srv, Svr, Ssv, Stv, Svt, Srw, Swr, Ssw, Sws, Stw, Swt, and the diodes are represented by d1 to d18.
Here, the suffix attached to Sxy in the unidirectional semiconductor switch element is the x direction from the input x phase to the output y phase, and Syx is the unidirectional semiconductor switch element from the y phase of the output to the input x phase (x = r, s, t Y = u, v, w).
21 is a three-phase AC motor, 22 is a power supply voltage detection unit, 23 is a controller, 24 is a gate signal synthesis unit, 25 is a gate driver, 30 is an input voltage information detection unit, 40 is an input voltage value (voltage level) detection unit, Reference numeral 50 denotes a protection gate signal generator.
[0008]
Then, the power supply voltage detection unit 22 gives the power supply voltage instantaneous value 22a of each phase of the three-phase AC power supply 1 and the power supply voltage phase 22b to the controller 3 for controlling the operation of the PWM cycloconverter 3. The motor current values flowing through the respective phases are detected by current transformers 71 to 73, and those motor current values are also given to the controller 3 to control the operation of the normal PWM cycloconverter 3 in accordance with the output voltage command 23a. Yes.
By the way, the presence / absence of abnormal operation of the PWM cycloconverter 3 is always based on the monitoring of the power supply voltage on the power supply 1 side and the installation of overcurrent relays for each phase on the power supply 1 side and the motor 21 side. An abnormality in the operation of the PWM cycloconverter 3 is detected by the signal [not shown].
[0009]
FIG. 2 is a block diagram mainly showing a circuit configuration of the input voltage value (voltage level) detection unit and its periphery. The value of the input voltage applied to the PWM cycloconverter 3 from the disconnector 2a through the AC line filter 2 is detected by the input voltage value detector 40. After full-wave rectification by full-wave rectifier 401, the detected DC voltage obtained through the smoothing circuit (capacitor 402), load resistance (voltage-dividing resistors 403, 404), etc. becomes one input to comparator 406 and the other DC Compared with the reference (threshold) voltage, the input voltage value detection signal V1 is sent to the controller 3 when the detected DC voltage value exceeds the threshold value.
[0010]
FIG. 3 is a block diagram illustrating a circuit configuration of the input voltage information detection unit.
31 to 36 are current detection circuits having the same configuration, and 37 is a resistor. For example, regarding the current detection circuit 31, 41 and 42 are diodes, 43 is a photocoupler, 44 is a resistor, 45 is an output terminal, and Vcc is a positive electrode of a DC reference voltage.
When a current flows through the diode 41, the voltage at the output terminal 45 becomes Low. On the other hand, when no current flows through the diode 41, the voltage at the output terminal 45 is High. For example, the output voltage / Max = 0 when the r-phase voltage is maximum, and the output voltage / Min = 0 when the voltage is minimum. The same applies to the s phase and the t phase.
[0011]
FIG. 4 is a block diagram showing a circuit configuration before and after the protection gate signal generator.
The input voltage information of the maximum voltage, the intermediate voltage, and the minimum voltage from the input voltage information detection unit 30 is given to the protection gate signal generation unit 40, and the protection gate signal created through the inverters (phase inverting circuits) 51 to 56 G2 is given to the gate signal synthesizing unit 24 in the next stage (yx or xy in G2yx or G2xy represents a protection gate signal given to the unidirectional semiconductor switching element in the direction of current flow).
[0012]
In this way, the power supply voltage detector 22 in FIG. 1 receives the power supply voltage and outputs the power supply voltage phase 22b and the power supply voltage instantaneous value 22a. The controller 23 outputs the output voltage command 23a, the power supply voltage phase 22b and the power supply voltage. Based on the instantaneous voltage value 22a and the load current direction, a normal gate signal (abbreviated as “G1”) for turning on / off the 18 unidirectional semiconductor switch elements included in the PWM cycloconverter 3 is generated and output.
Thus, the present invention takes the logical sum of the normal gate signal G1 from the controller 23 and the protection gate signal G2 from the protection gate signal generation unit 40 by the gate signal synthesis unit 24, and uses the synthesized gate signal G3 to select each element. I have control. That is, the input voltage information detection unit 30 in FIG. 1 inputs the voltage of each unidirectional semiconductor switch element, creates and outputs information on the magnitude relation of the three-phase input voltage, and from the obtained information, When this occurs, the AC motor current continues to flow by turning on only the one-way semiconductor switching element from the input phase to the output phase, which is the minimum voltage among the three-phase input voltage, and the generation of the surge voltage is suppressed.
[0013]
FIG. 5 shows an equivalent circuit when all the normal gate signals (G1) are turned off when the PWM cycloconverter is shut off in the case of an abnormal operation, and only specific elements of the PWM cycloconverter are kept on by the gate protection signal G2. FIG.
That is, the specific element is Sup, Svp, Swp, Snu, Snv, Snw, where p or n is one of r, s, t, and Svp, Swp, Snu is the output side. Represents the current direction from the input side to the input side, and Snu, Snv, Snw indicate the current direction from the input side to the output side.
[0014]
Furthermore, the input voltage value detection unit 40 in FIG. 1 performs three-phase full-wave rectification on the input three-phase voltage, and when the voltage level exceeds a certain value / threshold value, a signal that outputs V1 = 1 is output. The input power supply voltage level detection signal V1 is generated and output to the controller 23.
The controller 23 that has received the detection signal V1 uses the electric charge regenerated to the AC line filter 2 to drive the AC motor 21 simply, thereby effectively applying the regenerative power, and then performing PWM cycling. The base block of the unidirectional semiconductor switch element of the converter is performed and the operation is stopped.
On the other hand, if the detection signal V1 is not obtained even if the failure of the PWM cycloconverter is detected and the power is regenerated to the AC line filter 2, the base block of the unidirectional semiconductor switch element of the PWM cycloconverter is used as usual. To stop operation.
[0015]
The procedure of the operation method of the present invention is shown in the flowchart of FIG.
That is, the operation is performed according to the procedures of steps 601 to 608.
FIG. 7 is a time chart showing a comparison between conventional mode (MODE) switching means based on input information and mode switching means proposed in the present invention.
As shown in (a), look at the time when a failure occurred at time t1.
In the conventional mode switching of (b), when the input low voltage signal 41 is generated during the operation of the PWM cycloconverter (mode 1:43), the regenerative switching (mode 2:44) described above is performed for a while. After the motor current converges, the base block (mode 3: 45) for turning off all the switches is performed.
In the present invention shown in (c) and (d), when the input low voltage signal 41 generated during the PWM cycloconverter operation (mode 1:43), first regenerative Control button quenching previously described (mode 2:44 ) To regenerate power in the capacitor portions 64 to 66 of the AC filter 2 on the input side. When the input power supply voltage level exceeds a certain value [threshold value] by the regenerated power, the output 421 from the input voltage value detection unit 40 becomes signal V1 = “1”.
When the controller 23 detects the output signal V1 (time point t3), the controller 23 simply performs electric switching (mode 4:46) for driving the AC motor 21 based on the information obtained from the input voltage information detection unit 30. The conventional after the motor current has converged in the same manner (time t6), performs base block (mode 3:45) to turn off all the Control button quenching.
[0016]
【The invention's effect】
As described above, in order to protect the PWM cycloconverter, according to the present invention, in the case of an instantaneous power failure of the input power supply, the motor is driven by the power regenerated by the PWM cycloconverter using the conventional regenerative switching. It is possible to exhibit a special effect of effective use. It is possible to further reduce the capacitance of the snubber circuit.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an overall circuit configuration including a PWM cycloconverter according to an embodiment of the present invention and its periphery. FIG. 2 mainly shows a circuit configuration of an input voltage value detection unit in the embodiment of the present invention. FIG. 3 is a block diagram showing a circuit configuration of an input voltage information section in the embodiment of the present invention. FIG. 4 is a block diagram mainly showing a circuit configuration of a protection gate signal generating section in the embodiment of the present invention. FIG. 5 is an equivalent circuit diagram at the time of power regeneration in the embodiment of the present invention. FIG. 6 is a flowchart showing an operation procedure in the embodiment of the present invention. Time chart that contrasts mode switching [Description of sign]
1 Three-phase AC power supply 2 AC line filter 3 PWM cycloconverter (the main circuit section is composed of a unidirectional semiconductor switch element)
21 Three-phase AC motor
22 Power supply voltage detector
22a Power supply voltage instantaneous value
22b Power supply voltage phase
23 Controller
24 Gate signal synthesis unit
30 Input voltage information detector
31 to 36 Current detection circuit
37,304,403,404 Resistance
301,302, d1 ~ d18 diode
303 Photocoupler
305 Output terminal
40 Input voltage value (voltage level) detector
401 full-wave rectifier
402,64-66, C capacitor
405 DC reference voltage (Vcc)
406 Comparator
43 Normal operation mode (Mode 1)
44 Regenerative switching mode (Mode 2)
45 Base block mode (Mode 3)
46 Simple operation mode (Mode 4)
50 Protection gate signal generator
51-56 inverter (phase inverter)
61-63, L reactor Sru-Swt Directional unidirectional semiconductor switching element from input side r phase to output side u phase to output side w phase to input side t phase Up to 18 elements (p = r, s, t)
Sup, Svp, Swp One-way semiconductor switching element (n = r, s, t) having directivity from output side u phase or w phase to input side r phase or t phase
Snu, Snv, Snw One-way semiconductor switching element Vp having directionality from input side r phase or t phase to output side u phase or w phase Vp Maximum voltage Vm Intermediate voltage Vn Minimum voltage G1 Normal gate signal G2 output from controller Protective gate signal G2ur to G2tw output from the protective gate signal generating unit A unidirectional semiconductor gate switch to the unidirectional semiconductor switching device Sur having a direction from the u phase to the r phase or a unidirectional direction from the t phase to the w phase Protective gate signal G3 to the semiconductor switch element Stw Synthetic gate signal V1 obtained by synthesizing (logical sum) the protective gate signal with the normal gate signal V1 Voltage level (threshold) detection signal when an input low voltage occurs

Claims (2)

三相交流電源の各相と、出力各相とを電流が一方向だけ流せる片方向半導体スイッチ素子を相互に逆向きに接続し、かつ各々が独立にオンオフできる構成とする双方向半導体スイッチ素子で直接接続し、入力側に交流フィルタを設け出力側に三相交流電動機を備える電力変換器のPWMサイクロコンバータにおいて、
前記PWMサイクロコンバータの故障を検出して故障検出信号を出力する故障検出手段と、
前記双方向半導体スイッチ素子の入力側三端子の電圧を三相入力電圧とし、前記三相入力電圧の大小関係が判断できる情報を入力電圧情報として検出する入力電圧情報検出手段と、
前記入力電圧情報に基づいて、前記出力各相から前記三相入力電圧の中の最大電圧となる入力相への前記片方向半導体スイッチ素子のみをオンし、または前記三相入力電圧の中の最小電圧となる入力相から前記出力各相への前記片方向半導体スイッチ素子のみをオンする回生スイッチング手段と、
前記PWMサイクロコンバータの入力側の入力電圧値から電圧レベルを検出できる入力電圧値検出手段とを備え
前記PWMサイクロコンバータの運転中(モード1)に入力低電圧信号が発生した場合、前記回生スイチング手段(モード2)により入力側の前記交流フィルタのコンデンサ部へ電力回生し、前記電力回生中に入力電源電圧レベルがある一定の閾値を越えると前記交流フィルタの電力により簡易的に交流電動機を駆動する電動スイッチング(モード4)を行うことを特徴とするPWMサイクロコンバータの保護装置。
A bidirectional semiconductor switching element in which each phase of the three-phase AC power supply and each output phase are connected to each other in a direction opposite to each other and each element can be turned on and off independently. In a PWM cycloconverter of a power converter that is directly connected, an AC filter is provided on the input side, and a three-phase AC motor is provided on the output side,
Fault detection means for detecting a fault in the PWM cycloconverter and outputting a fault detection signal;
An input voltage information detecting means for detecting, as input voltage information, information on which the magnitude of the three-phase input voltage can be determined as a voltage at the three terminals on the input side of the bidirectional semiconductor switch element as a three-phase input voltage;
Based on the input voltage information, only the one-way semiconductor switch element from the output phase to the input phase that is the maximum voltage in the three-phase input voltage is turned on, or the minimum in the three-phase input voltage Regenerative switching means for turning on only the one-way semiconductor switch element from the input phase to be a voltage to each of the output phases;
And an input voltage value detecting means for detecting a voltage level from the input voltage value of the input side of the PWM cycloconverter,
When an input low voltage signal is generated during operation of the PWM cycloconverter (mode 1), power is regenerated to the capacitor part of the AC filter on the input side by the regenerative switching means (mode 2), and input during the power regeneration. An apparatus for protecting a PWM cycloconverter, characterized in that when the power supply voltage level exceeds a certain threshold value, electric switching (mode 4) for simply driving the AC motor by the power of the AC filter is performed .
請求項1のPWMサイクロコンバータの保護装置において、前記入力電圧値検出手段は、入力側の電圧を三相全波整流する整流器と、その整流された直流電圧と予め設定された基準となる閾値直流電圧とを比較する比較器から構成されたことを特徴とする請求項1に記載のPWMサイクロコンバータの保護装置。  2. The protection apparatus for a PWM cycloconverter according to claim 1, wherein the input voltage value detecting means includes a rectifier for three-phase full-wave rectification of the voltage on the input side, a rectified DC voltage, and a threshold DC that is a preset reference. 2. The protection device for a PWM cycloconverter according to claim 1, comprising a comparator for comparing the voltage.
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