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JP6501266B2 - Power converter and control method thereof - Google Patents
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JP6501266B2 - Power converter and control method thereof - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、電力変換装置及びその制御方法に関する。   Embodiments of the present invention relate to a power converter and a control method thereof.

交流電力を直流電力に変換する電圧形コンバータと、直流電力を所望の周波数及び電圧の交流電力に変換して電動機などの負荷に供給するインバータと、を備えた電力変換装置がある。こうした電力変換装置は、例えば、圧延プラントなどに用いられている。   There is a power conversion device provided with a voltage type converter that converts AC power to DC power, and an inverter that converts DC power to AC power of a desired frequency and voltage and supplies the AC power to a load such as a motor. Such a power converter is used, for example, in a rolling plant.

圧延プラントにおいては、圧延機用の電力変換装置の負荷電流が大きい。このため、短時間の1線地絡や2線短絡などの不平衡事故が発生した場合にコンバータの制御を継続していると、電源の位相情報にずれが生じ、コンバータが短時間で直流過電流の故障に至ってしまうことがある。   In a rolling plant, the load current of a power converter for a rolling mill is large. Therefore, if control of the converter is continued when an unbalanced accident such as a short-circuit single-wire ground fault or a short-circuit two-wire short circuit occurs, the phase information of the power supply shifts, causing the converter to It may lead to current failure.

一方、短時間の交流電源の異常が発生した時に、コンバータの制御を停止して同時にインバータの負荷である電動機の出力を抑制すると、圧延機が失速し、圧延を継続できなくなってしまう。圧延を継続するためには、短時間のコンバータの制御停止中でもインバータの出力に制約のない電力変換装置が必要となる。   On the other hand, when abnormality of the AC power supply for a short time occurs, if the control of the converter is stopped and the output of the motor which is the load of the inverter is simultaneously suppressed, the rolling mill stalls and the rolling can not be continued. In order to continue rolling, it is necessary to have a power conversion device with no restriction on the output of the inverter even when control of the converter is stopped for a short time.

例えば、特許文献1では、コンバータから出力される直流電圧が下限値以下になった場合に、コンバータのスイッチング素子をゲートオフにし、ダイオード整流に切り替えるようにしている。そして、コンバータが力行運転中の場合には、直流電圧が下がらないように、負荷の電動機の出力パワーをゼロにする。電動機の負荷が圧延機の場合、電動機の出力の低減は、圧延機の失速につながる。従って、操業を継続することができなくなってしまう。   For example, in Patent Document 1, when the DC voltage output from the converter becomes equal to or less than the lower limit value, the switching element of the converter is gated off to switch to diode rectification. Then, when the converter is in a power running operation, the output power of the load motor is made zero so that the DC voltage does not drop. If the load on the motor is a rolling mill, a reduction in the output of the motor leads to a stall on the rolling mill. Therefore, the operation can not be continued.

このため、電力変換装置では、短時間の1線地絡や2線短絡などの不平衡事故が発生した場合にも、運転を継続できるようにすることが望まれる。   For this reason, in the power conversion device, it is desirable that the operation can be continued even when an unbalanced accident such as a short-circuit one-wire ground fault or a two-wire short circuit occurs.

特許第3158212号明細書Patent No. 3158212 specification

本発明の実施形態は、短時間の1線地絡や2線短絡などの不平衡事故が発生した場合にも、運転を継続できる電力変換装置及びその制御方法を提供する。   An embodiment of the present invention provides a power conversion device capable of continuing operation even when an unbalanced accident such as a short one-wire ground fault or a two-wire short circuit occurs, and a control method thereof.

本発明の実施形態によれば、第1変換器と、複数の平滑コンデンサと、第2変換器と、電圧計と、制御ユニットと、を備えた電力変換装置が提供される。前記第1変換器は、ブリッジ接続された複数のスイッチング素子と、前記複数のスイッチング素子のそれぞれに逆並列に接続された複数の整流素子と、3つの交流端子と、少なくとも3つの直流端子と、を有し、前記複数のスイッチング素子のスイッチングにより、前記3つの交流端子から入力された第1三相交流電圧を、正電位、負電位及び中性点電位の少なくとも3レベルを有する直流電圧に変換し、前記直流電圧を前記少なくとも3つの直流端子から出力する。前記複数の平滑コンデンサは、前記少なくとも3つの直流端子のそれぞれの間に設けられる。前記第2変換器は、前記少なくとも3つの直流端子に接続されるとともに、交流負荷に接続され、前記直流電圧を前記交流負荷に応じた第2三相交流電圧に変換し、前記第2三相交流電圧を前記交流負荷に供給する。前記電圧計は、前記第1三相交流電圧の各相の電圧値を検出する。前記制御ユニットは、前記電圧計の検出結果を基に前記第1三相交流電圧の各相の位相を検出し、検出された前記位相を基に、前記第1三相交流電圧の線間電圧と前記直流電圧との変調率を1.2以上1.5以下とした固定パルスパターン方式により、前記第1変換器の前記複数のスイッチング素子のスイッチングを制御するとともに、検出された前記位相を基に、前記第1三相交流電圧の各相の角速度を検出し、検出された前記角速度と角速度基準値との偏差が一定値以上である場合に、前記複数のスイッチング素子をオフ状態にする。 According to an embodiment of the present invention, there is provided a power conversion device comprising a first converter, a plurality of smoothing capacitors, a second converter, a voltmeter, and a control unit. The first converter includes a plurality of bridge-connected switching elements, a plurality of rectifying elements connected in anti-parallel to each of the plurality of switching elements, three AC terminals, and at least three DC terminals. And converting the first three-phase AC voltage input from the three AC terminals into a DC voltage having at least three levels of positive potential, negative potential and neutral point potential by switching the plurality of switching elements. And the DC voltage is output from the at least three DC terminals. The plurality of smoothing capacitors are provided between each of the at least three DC terminals. The second converter is connected to the at least three DC terminals and is connected to an AC load, and converts the DC voltage into a second three-phase AC voltage according to the AC load, and the second three-phase converter An alternating voltage is supplied to the alternating load. The voltmeter detects a voltage value of each phase of the first three-phase AC voltage. The control unit detects the phase of each phase of the first three-phase AC voltage based on the detection result of the voltmeter, and based on the detected phase, the line voltage of the first three-phase AC voltage The switching of the plurality of switching elements of the first converter is controlled by a fixed pulse pattern method in which the modulation factor of the DC voltage and the DC voltage is 1.2 or more and 1.5 or less, and the detected phase is used as a basis. The angular velocity of each phase of the first three-phase AC voltage is detected, and when the deviation between the detected angular velocity and the angular velocity reference value is equal to or greater than a predetermined value, the plurality of switching elements are turned off.

短時間の1線地絡や2線短絡などの不平衡事故が発生した場合にも、運転を継続できる電力変換装置及びその制御方法が提供される。   A power converter and its control method are provided which can continue operation even when an unbalance accident such as a short one-wire ground fault or a two-wire short circuit occurs.

第1の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。It is a block diagram showing the power converter concerning a 1st embodiment typically. 第1の実施形態に係る変換器を模式的に表すブロック図である。It is a block diagram showing the converter concerning a 1st embodiment typically. 第1の実施形態に係るパルスパターンの一例を表すグラフ図である。It is a graph showing the example of the pulse pattern which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る電力変換装置の動作を模式的に表すフローチャートである。It is a flow chart which expresses operation of a power converter concerning a 1st embodiment typically. 第2の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。It is a block diagram showing the power converter concerning a 2nd embodiment typically. 第2の実施形態に係る電力変換装置の動作を模式的に表すフローチャートである。It is a flowchart which represents operation | movement of the power converter device which concerns on 2nd Embodiment typically.

以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
Hereinafter, each embodiment will be described with reference to the drawings.
The drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each part, the ratio of sizes between parts, and the like are not necessarily the same as the actual ones. In addition, even in the case of representing the same portion, the dimensions and ratios may be different from one another depending on the drawings.
In the specification of the present application and the drawings, the same elements as those described above with reference to the drawings are denoted by the same reference numerals, and the detailed description will be appropriately omitted.

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。
図1に表したように、電力変換装置10は、第1変換器11と、第2変換器12と、一対の平滑コンデンサ13、14と、制御ユニット15と、電圧計16と、電流計17と、を備える。
First Embodiment
FIG. 1 is a block diagram schematically illustrating the power conversion device according to the first embodiment.
As shown in FIG. 1, the power conversion device 10 includes a first converter 11, a second converter 12, a pair of smoothing capacitors 13 and 14, a control unit 15, a voltmeter 16, and an ammeter 17. And.

第1変換器11は、3つの交流端子11r、11s、11tと、少なくとも3つの直流端子11p、11n、11cと、を有する。各交流端子11r、11s、11tは、変圧器4を介して交流電源2に接続される。交流電源2は、三相交流電源である。各交流端子11r、11s、11tは、交流電源2の三相交流電圧の各相に接続される。これにより、第1変換器11には、各交流端子11r、11s、11tを介して三相交流電圧が入力される。変圧器4は、電力変換装置10に設けてもよいし、電力変換装置10とは別に設けてもよい。   The first converter 11 has three AC terminals 11r, 11s, 11t and at least three DC terminals 11p, 11n, 11c. Each of the AC terminals 11 r, 11 s, 11 t is connected to an AC power supply 2 via a transformer 4. AC power supply 2 is a three-phase AC power supply. Each of the AC terminals 11 r, 11 s, and 11 t is connected to each phase of the three-phase AC voltage of the AC power supply 2. Thereby, a three-phase alternating current voltage is input to the first converter 11 via the respective alternating current terminals 11r, 11s, and 11t. Transformer 4 may be provided in power conversion device 10 or may be provided separately from power conversion device 10.

第1変換器11は、入力された三相交流電圧(第1三相交流電圧)を正電位P、負電位N及び中性点電位Cの少なくとも3レベルを有する直流電圧に変換にする。この例では、三相交流電圧を上記の3レベルに変換する場合について説明する。以下では、各直流端子11p、11n、11cを、それぞれ正電位端子11p、負電位端子11n、中性点端子11cと称す。第1変換器11は、3レベルに限ることなく、三相交流電圧をより多数のレベルを有する直流電圧に変換してもよい。この場合、直流端子の数は、4つ以上でもよい。   The first converter 11 converts the input three-phase AC voltage (first three-phase AC voltage) into a DC voltage having at least three levels of positive potential P, negative potential N and neutral point potential C. In this example, the case of converting a three-phase AC voltage into the above three levels will be described. Hereinafter, each of the DC terminals 11p, 11n, and 11c is referred to as a positive potential terminal 11p, a negative potential terminal 11n, and a neutral point terminal 11c, respectively. The first converter 11 may convert the three-phase AC voltage into a DC voltage having more levels without limiting to three levels. In this case, the number of DC terminals may be four or more.

第1変換器11は、正電位端子11pを正電位Pに設定し、負電位端子11nを負電位Nに設定し、中性点端子11cを中性点電位Cに設定する。中性点電位Cは、正電位Pと負電位Nとの中間の電位である。これにより、第1変換器11は、正電位端子11pと中性点端子11cとの間、及び、中性点端子11cと負電位端子11nとの間のそれぞれに、直流電圧Vdを発生させる。従って、正電位端子11pと負電位端子11nとの間の電圧は、2Vdである。   The first converter 11 sets the positive potential terminal 11 p to the positive potential P, sets the negative potential terminal 11 n to the negative potential N, and sets the neutral point terminal 11 c to the neutral point potential C. The neutral point potential C is an intermediate potential between the positive potential P and the negative potential N. Thereby, the first converter 11 generates a DC voltage Vd between each of the positive potential terminal 11p and the neutral point terminal 11c and between the neutral point terminal 11c and the negative potential terminal 11n. Therefore, the voltage between the positive potential terminal 11 p and the negative potential terminal 11 n is 2 Vd.

平滑コンデンサ13は、正電位端子11pと中性点端子11cとの間に設けられる。平滑コンデンサ13は、正電位端子11pと中性点端子11cとの間に電気的に接続される。平滑コンデンサ14は、中性点端子11cと負電位端子11nとの間に設けられる。平滑コンデンサ14は、中性点端子11cと負電位端子11nとの間に電気的に接続される。平滑コンデンサ13、14は、直流電圧Vdを平滑化する。第1変換器11に4つ以上の直流端子が設けられる場合、平滑コンデンサは、各直流端子のそれぞれの間に設けられる。平滑コンデンサは、直流端子の数に応じて複数設けられる。   The smoothing capacitor 13 is provided between the positive potential terminal 11 p and the neutral point terminal 11 c. The smoothing capacitor 13 is electrically connected between the positive potential terminal 11 p and the neutral point terminal 11 c. The smoothing capacitor 14 is provided between the neutral point terminal 11 c and the negative potential terminal 11 n. The smoothing capacitor 14 is electrically connected between the neutral point terminal 11 c and the negative potential terminal 11 n. The smoothing capacitors 13 and 14 smooth the DC voltage Vd. When the first converter 11 is provided with four or more DC terminals, a smoothing capacitor is provided between each of the DC terminals. A plurality of smoothing capacitors are provided according to the number of direct current terminals.

第2変換器12は、各直流端子11p、11n、11cに接続されるとともに、誘導電動機6に接続される。誘導電動機6は、三相誘導電動機である。第2変換器12は、第1変換器11から入力された直流電圧を、誘導電動機6に応じた所望の周波数及び電圧値の三相交流電圧(第2三相交流電圧)に変換し、その三相交流電圧を誘導電動機6に供給する。これにより、第2変換器12は、誘導電動機6を駆動する。   The second converter 12 is connected to each of the DC terminals 11p, 11n, and 11c and to the induction motor 6. The induction motor 6 is a three-phase induction motor. The second converter 12 converts the DC voltage input from the first converter 11 into a three-phase AC voltage (second three-phase AC voltage) of a desired frequency and voltage value according to the induction motor 6, and Three-phase alternating voltage is supplied to the induction motor 6. Thereby, the second converter 12 drives the induction motor 6.

このように、電力変換装置10は、誘導電動機6の力行運転を行う。第1変換器11は、3レベル式の電圧形コンバータである。第2変換器12は、電圧形のインバータである。また、電力変換装置10は、誘導電動機6で発生した三相交流電圧を交流電源2に応じた三相交流電圧に変換し、変換後の三相交流電圧を電源系統に供給する。すなわち、電力変換装置10は、誘導電動機6の回生運転を行うこともできる。この場合には、第1変換器11がインバータとして機能し、第2変換器12がコンバータとして機能する。第2変換器12が三相交流電圧を供給する交流負荷は、誘導電動機6に限ることなく、他の交流負荷でもよい。電力変換装置10は、誘導電動機6の運転を行う他に、例えば、同期電動機の運転も行う。   Thus, the power conversion device 10 performs the power running operation of the induction motor 6. The first converter 11 is a three-level voltage source converter. The second converter 12 is a voltage type inverter. Further, power conversion device 10 converts the three-phase AC voltage generated by induction motor 6 into a three-phase AC voltage according to AC power supply 2, and supplies the converted three-phase AC voltage to the power system. That is, the power conversion device 10 can also perform the regenerative operation of the induction motor 6. In this case, the first converter 11 functions as an inverter, and the second converter 12 functions as a converter. The AC load to which the second converter 12 supplies the three-phase AC voltage is not limited to the induction motor 6, and may be another AC load. In addition to driving the induction motor 6, the power conversion device 10 also drives, for example, a synchronous motor.

電圧計16は、交流電源2の三相交流の各相の電圧値を検出する。電圧計16は、検出した各相の電圧値を制御ユニット15に入力する。電流計17は、交流電源2の三相交流の各相の電流値を検出する。電流計17は、検出した各相の電流値を制御ユニット15に入力する。   The voltmeter 16 detects the voltage value of each phase of the three-phase alternating current of the alternating current power supply 2. The voltmeter 16 inputs the detected voltage value of each phase to the control unit 15. The ammeter 17 detects the current value of each phase of the three-phase alternating current of the alternating current power supply 2. The ammeter 17 inputs the detected current value of each phase to the control unit 15.

制御ユニット15は、電圧計16及び電流計17の各検出結果を基に、第1変換器11及び第2変換器12の動作を制御する。制御ユニット15は、第1変換器11による三相交流電圧から直流電圧への変換を制御する。制御ユニット15は、第2変換器12による直流電圧から三相交流電圧への変換を制御する。第2変換器12の動作は、制御ユニット15とは別の制御ユニットによって制御してもよい。   The control unit 15 controls the operation of the first converter 11 and the second converter 12 based on the detection results of the voltmeter 16 and the ammeter 17. The control unit 15 controls the conversion of the three-phase AC voltage to the DC voltage by the first converter 11. The control unit 15 controls the conversion from the DC voltage to the three-phase AC voltage by the second converter 12. The operation of the second converter 12 may be controlled by a control unit separate from the control unit 15.

図2は、第1の実施形態に係る変換器を模式的に表すブロック図である。
図2に表したように、第1変換器11は、ブリッジ接続された複数のスイッチング素子21と、各スイッチング素子21のそれぞれに逆並列に接続された複数の整流素子22と、を有する。この例において、第1変換器11は、複数の整流素子23をさらに有する。
FIG. 2 is a block diagram schematically showing the converter according to the first embodiment.
As shown in FIG. 2, the first converter 11 includes a plurality of bridge-connected switching elements 21 and a plurality of rectifying elements 22 connected to the respective switching elements 21 in antiparallel. In this example, the first converter 11 further includes a plurality of rectifying elements 23.

スイッチング素子21は、一対の主端子と、制御端子と、を有する。制御端子は、各主端子間に電流が流れるオン状態と、各主端子間に実質的に電流が流れないオフ状態と、の切り替えに用いられる。スイッチング素子21には、例えば、GTO(Gate Turn Off thyristor)やIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などの自己消弧素子が用いられる。制御端子は、例えば、ゲート端子である。   The switching element 21 has a pair of main terminals and a control terminal. The control terminal is used to switch between an on state in which current flows between the respective main terminals and an off state in which no current substantially flows between the respective main terminals. For the switching element 21, for example, a self arc extinguishing element such as a gate turned off thyristor (GTO) or an insulated gate bipolar transistor (IGBT) is used. The control terminal is, for example, a gate terminal.

第1変換器11は、三相ブリッジ型であり、6つのアームAR、AS、AT、AX、AY、AZを有する。各交流端子11r、11s、11tに接続される各相アームAR、AS、AT、AX、AY、AZのそれぞれの構成は、実質的に同じである。従って、ここでは例示として交流端子11r(R相)に接続される2つのアームAR、AXについて説明する。   The first converter 11 is a three-phase bridge type and has six arms AR, AS, AT, AX, AY, AZ. The configurations of the respective phase arms AR, AS, AT, AX, AY, AZ connected to the respective AC terminals 11r, 11s, 11t are substantially the same. Therefore, the two arms AR and AX connected to the AC terminal 11r (R phase) will be described here as an example.

正側のアームARは、直列接続の2つのスイッチング素子SR1、SR2と、これらのスイッチング素子SR1、SR2のそれぞれに逆並列に接続された整流素子DR1、DR2と、各スイッチング素子SR1、SR2の直列接続点と中性点端子11cとの間に接続された整流素子DR3と、を有する。   The positive side arm AR is a series of two switching elements SR1 and SR2 connected in series, rectifying elements DR1 and DR2 connected in anti-parallel to the switching elements SR1 and SR2, and a series of switching elements SR1 and SR2 And a rectifying element DR3 connected between the connection point and the neutral point terminal 11c.

同様に、負側のアームAXは、直列接続の2つのスイッチング素子SX1、SX2と、これらのスイッチング素子SX1、SX2のそれぞれに逆並列に接続された整流素子DX1、DX2と、各スイッチング素子SX1、SX2の直列接続点と中性点端子11cとの間に接続された整流素子DX3と、を有する。   Similarly, the negative arm AX includes two switching elements SX1 and SX2 connected in series, rectifying elements DX1 and DX2 connected in anti-parallel to the switching elements SX1 and SX2, and switching elements SX1, A rectifying element DX3 connected between the series connection point of SX2 and the neutral point terminal 11c.

両アームAR、AXは、正電位端子11pと負電位端子11nとの間に直列に接続され、両アームAR、AXの直列接続点がR相の交流端子11rに接続される。スイッチング素子SR1、SR2の直列接続点の電位は、整流素子DR3を介して中性点電位Cにクランプされる。同様に、スイッチング素子SX1、SX2の直列接続点の電位は、整流素子DX3を介して中性点電位Cにクランプされる。整流素子DR1、DR2、DX1、DX2(各整流素子22)は、いわゆる還流ダイオードである。整流素子DR3、DX3(各整流素子23)は、いわゆるクランプダイオードである。   Both arms AR and AX are connected in series between the positive potential terminal 11p and the negative potential terminal 11n, and the series connection point of both arms AR and AX is connected to the AC phase terminal 11r of R phase. The potential at the series connection point of the switching elements SR1 and SR2 is clamped to the neutral point potential C via the rectifying element DR3. Similarly, the potential at the series connection point of the switching elements SX1 and SX2 is clamped to the neutral point potential C via the rectifying element DX3. The rectifying elements DR1, DR2, DX1, DX2 (each rectifying element 22) are so-called reflux diodes. The rectifying elements DR3 and DX3 (each rectifying element 23) are so-called clamp diodes.

アームAS、ATの構成は、アームARの構成と実質的に同じである。アームAY、AZの構成は、アームAXの構成と実質的に同じである。これにより、各スイッチング素子21のスイッチングに応じて、交流端子11r、11s、11tの電位が、正電位端子11p、負電位端子11n、及び中性点端子11cの3レベルのいずれかの電位にクランプされる。   The configuration of the arms AS, AT is substantially the same as the configuration of the arms AR. The configuration of arms AY and AZ is substantially the same as the configuration of arm AX. Thereby, according to switching of each switching element 21, the potentials of AC terminals 11r, 11s and 11t are clamped to any of three levels of potentials of positive potential terminal 11p, negative potential terminal 11n and neutral point terminal 11c. Be done.

第2変換器12の構成は、第1変換器11の構成と実質的に同じであるから、詳細な説明は省略する。第2変換器12においては、各平滑コンデンサ13、14と接続された側が直流側(正電位端子11p、負電位端子11n、中性点端子11cに相当)となり、誘導電動機6と接続された側が交流側(交流端子11r、11s、11tに相当)となる。制御ユニット15は、第2変換器12の各スイッチング素子のスイッチングを制御することにより、第2変換器12による直流電圧から三相交流電圧への変換を制御する。   The configuration of the second converter 12 is substantially the same as the configuration of the first converter 11, so a detailed description will be omitted. In the second converter 12, the side connected to the smoothing capacitors 13 and 14 is the DC side (corresponding to the positive potential terminal 11p, the negative potential terminal 11n, and the neutral point terminal 11c), and the side connected to the induction motor 6 is the side It becomes an alternating current side (equivalent to alternating current terminals 11r, 11s, 11t). The control unit 15 controls the switching of each switching element of the second converter 12 to control the conversion from the DC voltage to the three-phase AC voltage by the second converter 12.

制御ユニット15は、位相検出器30と、有効分・無効分電流検出器32と、ゲート制御部34と、を有する。位相検出器30には、電圧計16の検出結果が入力される。位相検出器30は、電圧計16の検出結果を基に、交流電源2の三相交流電圧の各相の位相を検出する。   The control unit 15 has a phase detector 30, an active / reactive current detector 32, and a gate control unit 34. The detection result of the voltmeter 16 is input to the phase detector 30. The phase detector 30 detects the phase of each phase of the three-phase AC voltage of the AC power supply 2 based on the detection result of the voltmeter 16.

また、位相検出器30は、検出した位相の単位時間当たりの変化量を基に、交流電源2の三相交流電圧の各相の角速度を検出する。換言すれば、位相検出器30は、交流電源2の三相交流電圧の各相の周波数を検出する。位相検出器30は、検出した各相の位相情報及び角速度情報をゲート制御部34に入力する。   Further, the phase detector 30 detects the angular velocity of each phase of the three-phase AC voltage of the AC power supply 2 based on the amount of change per unit time of the detected phase. In other words, the phase detector 30 detects the frequency of each phase of the three-phase AC voltage of the AC power supply 2. The phase detector 30 inputs the detected phase information and angular velocity information of each phase to the gate control unit 34.

有効分・無効分電流検出器32には、電圧計16の検出結果、及び、電流計17の検出結果が入力される。有効分・無効分電流検出器32は、入力された電圧計16及び電流計17の各検出結果を基に、交流電源2側から第1変換器11に供給される電流の有効電流Ip及び無効電流Iqを演算する。有効分・無効分電流検出器32は、演算した有効電流Ip及び無効電流Iqをゲート制御部34に入力する。   The detection result of the voltmeter 16 and the detection result of the ammeter 17 are input to the active component / ineffective component current detector 32. Based on the detection results of the voltmeter 16 and the ammeter 17 inputted, the active component / reactive component current detector 32 detects the effective current Ip of the current supplied from the AC power supply 2 side to the first converter 11 and the invalid current. Calculate the current Iq. The active / ineffective current detector 32 inputs the calculated active current Ip and reactive current Iq to the gate control unit 34.

ゲート制御部34は、固定パルスパターン方式により、第1変換器11の各スイッチング素子21のスイッチングを制御するための制御信号(例えばゲート信号)を生成する。ゲート制御部34は、生成した各制御信号を各スイッチング素子21の制御端子に入力する。これにより、ゲート制御部34は、各スイッチング素子21のオン・オフを切り替え、第1変換器11の動作を制御する。   The gate control unit 34 generates a control signal (for example, a gate signal) for controlling switching of each switching element 21 of the first converter 11 by a fixed pulse pattern method. The gate control unit 34 inputs the generated control signals to the control terminals of the switching elements 21. Thereby, the gate control unit 34 switches on / off of each switching element 21 and controls the operation of the first converter 11.

固定パルスパターン方式とは、毎周期同一のパルスパターンを発生し続ける方式である。パルスパターンの基本周波数は、交流電源2の周波数と同期する。ゲート制御部34は、位相検出器30で検出された位相情報を基に、パルスパターンの基本周波数を交流電源2の周波数に同期させる。なお、固定パルスパターン方式については、例えば、特許第3630621号、特許第4015795号、及び、特許第5411031号などにより詳しく説明されている。   The fixed pulse pattern method is a method of continuously generating the same pulse pattern every cycle. The fundamental frequency of the pulse pattern is synchronized with the frequency of the AC power supply 2. The gate control unit 34 synchronizes the fundamental frequency of the pulse pattern with the frequency of the AC power supply 2 based on the phase information detected by the phase detector 30. The fixed pulse pattern method is described in detail, for example, in Japanese Patent No. 3630621, Japanese Patent No. 4015795, and Japanese Patent No. 5411031.

また、ゲート制御部34は、例えば、有効分・無効分電流検出器32で検出された有効電流Ip及び無効電流Iqを基に、有効電流Ip及び無効電流Iqの基準値との偏差をゼロにするための位相の補正量を算出する。そして、ゲート制御部34は、交流電源2の位相から補正量の分だけ位相をシフトさせたパルスパターンを生成する。なお、パルスパターンの位相は、位相検出器30の位相情報のみで決定してもよい。   Further, the gate control unit 34 sets, for example, the deviation between the active current Ip and the reference current of the reactive current Iq to zero based on the active current Ip and the reactive current Iq detected by the active component / reactive component current detector 32. The amount of phase correction to be calculated is calculated. Then, the gate control unit 34 generates a pulse pattern in which the phase is shifted by the correction amount from the phase of the AC power supply 2. The phase of the pulse pattern may be determined only by the phase information of the phase detector 30.

図3は、第1の実施形態に係るパルスパターンの一例を表すグラフ図である。
図3は、R相の各スイッチング素子SR1、SR2、SX1、SX2に入力する制御信号GR1、GR2、GX1、GX2、及び、R相の電圧波形Vsrの一例である。図3に表したように、パルスパターンの1/4周期の波形は、90°を挟んで左右対称である。また、3レベル変換器のための正側のパルスと負側のパルスは、上下対称である。さらに、三相各相のパルスパターンは、互いに120°ずれた同一のパルスパターンである。従って、1/4周期のパルスパターンが決定されれば、全てのパルスパターンが決まる。図3では、交流電源半周期あたり3パルスの場合を例示しているが、パルス数は、任意でよい。
FIG. 3 is a graph showing an example of a pulse pattern according to the first embodiment.
FIG. 3 shows an example of control signals GR1, GR2, GX1, GX2 input to the R-phase switching elements SR1, SR2, SX1, SX2 and a voltage waveform Vsr of the R-phase. As shown in FIG. 3, the waveform of the 1⁄4 cycle of the pulse pattern is symmetrical about 90 °. Also, the positive and negative pulses for the tri-level converter are vertically symmetrical. Furthermore, the pulse patterns of the three-phase respective phases are identical pulse patterns shifted by 120 ° from each other. Therefore, if a pulse pattern of 1⁄4 cycle is determined, all pulse patterns are determined. Although FIG. 3 illustrates the case of three pulses per AC power supply half cycle, the number of pulses may be arbitrary.

ゲート制御部34は、上記の固定パルスパターン方式の制御において、交流電源2の線間電圧と正側または負側の直流電圧Vdとの変調率を1.2以上にする。変調率をm、交流電源2の線間電圧をVaとした時、変調率mは、以下の(1)式によって求めることができる。
m=(√2/√3)Va/Vd (1)
すなわち、線間電圧Vaに対して直流電圧Vdを小さくする。これにより、変調率mを1.2以上にすることができる。
The gate control unit 34 sets the modulation factor of the line voltage of the AC power supply 2 and the positive or negative DC voltage Vd to 1.2 or more in the control of the fixed pulse pattern method. Assuming that the modulation factor is m and the line voltage of the AC power supply 2 is Va, the modulation factor m can be obtained by the following equation (1).
m = (√2 // 3) Va / Vd (1)
That is, the DC voltage Vd is made smaller than the line voltage Va. Thereby, the modulation factor m can be made 1.2 or more.

すなわち、線間電圧Vaに対して、直流電圧Vdを以下の(1A)式の値より小さくする。これにより、変調率mを1.2以上にすることができる。
Vd=(√2/√3/1.2)Va (1A)
That is, the DC voltage Vd is made smaller than the value of the following equation (1A) with respect to the line voltage Va. Thereby, the modulation factor m can be made 1.2 or more.
Vd = (√2 // 3 / 1.2) Va (1A)

変調率mは、例えば、図3のパルスP1のタイミングを調整することによって変化させることができる。パルスP1のタイミングを遅らせると、中央のパルス幅が減少し、これにともなって変調率mが減少する。反対に、パルスP1のタイミングを早めると、中央のパルス幅が増大し、変調率mも増大する。これにより、変調率mを任意に設定することができる。また、ゲート制御部34は、例えば、変調率mを1.5以下にする。   The modulation factor m can be changed, for example, by adjusting the timing of the pulse P1 of FIG. When the timing of the pulse P1 is delayed, the central pulse width decreases and the modulation factor m decreases accordingly. On the contrary, when the timing of the pulse P1 is advanced, the central pulse width increases and the modulation factor m also increases. Thereby, the modulation factor m can be set arbitrarily. Further, the gate control unit 34 sets, for example, the modulation factor m to 1.5 or less.

ゲート制御部34は、誘導電動機6の力行運転を行う場合に、位相検出器30から入力された角速度情報を基に、検出された角速度と角速度基準値との偏差が一定値以上であるか否かを判定する。ゲート制御部34は、三相交流電圧の各相のそれぞれについて、上記の判定を行う。角速度基準値は、例えば、交流電源2の周波数に応じて決定される。例えば、交流電源2の周波数が50(Hz)である場合、角速度基準値は、100π(rad/s)である。ゲート制御部34は、例えば、角速度基準値の±10%を一定値として判定を行う。例えば、交流電源2の周波数が50(Hz)である場合、ゲート制御部34は、検出された角速度と角速度基準値との偏差が±10π(rad/s)以上の時に、一定値以上であると判定する。   When the power control operation of the induction motor 6 is performed, the gate control unit 34 determines whether the deviation between the detected angular velocity and the angular velocity reference value is equal to or more than a predetermined value based on the angular velocity information input from the phase detector 30. Determine if The gate control unit 34 performs the above determination for each phase of the three-phase AC voltage. The angular velocity reference value is determined, for example, according to the frequency of the AC power supply 2. For example, when the frequency of the AC power supply 2 is 50 (Hz), the angular velocity reference value is 100π (rad / s). The gate control unit 34 determines, for example, ± 10% of the angular velocity reference value as a constant value. For example, when the frequency of the AC power supply 2 is 50 (Hz), the gate control unit 34 has a predetermined value or more when the deviation between the detected angular velocity and the angular velocity reference value is ± 10π (rad / s) or more. It is determined that

ゲート制御部34は、各相のそれぞれについて一定値未満であると判定した場合、上記のように、変調率1.2以上の固定パルスパターン方式で第1変換器11の各スイッチング素子21のスイッチングを制御する。   When the gate control unit 34 determines that each phase is less than a predetermined value, switching of each switching element 21 of the first converter 11 is performed with the fixed pulse pattern method having a modulation factor of 1.2 or more as described above. Control.

一方、ゲート制御部34は、各相の少なくとも1つについて一定値以上であると判定した場合、第1変換器11の各スイッチング素子21をオフ状態にする。ゲート制御部34は、各スイッチング素子21をオフ状態にする制御信号を生成し、その制御信号を各スイッチング素子21の制御端子に入力することにより、各スイッチング素子21のそれぞれをオフ状態にする。これにより、ゲート制御部34は、第1変換器11を各整流素子22によるダイオードコンバータとして第1変換器11を動作させる。   On the other hand, when the gate control unit 34 determines that at least one of the phases is equal to or more than a predetermined value, the gate control unit 34 turns off the switching elements 21 of the first converter 11. The gate control unit 34 generates a control signal to turn off each switching element 21 and inputs the control signal to the control terminal of each switching element 21 to turn off each switching element 21. As a result, the gate control unit 34 operates the first converter 11 as a diode converter with the rectifying elements 22.

このように、ゲート制御部34は、変調率1.2以上の固定パルスパターン方式により電圧形コンバータとして第1変換器11を動作させるコンバータモードと、ダイオードコンバータとして第1変換器11を動作させるダイオード整流モードと、を有する。   Thus, the gate control unit 34 operates the first converter 11 as a voltage source converter according to a fixed pulse pattern method with a modulation factor of 1.2 or more, and the diode operates the first converter 11 as a diode converter. And a rectification mode.

ゲート制御部34は、偏差が一定値以上であると判定した後、一定値未満の状態に復帰した場合、第1変換器11の動作をダイオード整流モードからコンバータモードに戻す。すなわち、ゲート制御部34は、複数のスイッチング素子21をオフ状態にした後、偏差が一定値未満の状態に復帰した場合に、固定パルスパターン方式による複数のスイッチング素子21の制御を再開する。   The gate control unit 34 returns the operation of the first converter 11 from the diode rectification mode to the converter mode when determining that the deviation is equal to or more than a predetermined value and then returning to the state less than the predetermined value. That is, the gate control unit 34 resumes control of the plurality of switching elements 21 according to the fixed pulse pattern method when the deviation returns to a state less than a predetermined value after the plurality of switching elements 21 are turned off.

図4は、第1の実施形態に係る電力変換装置の動作を模式的に表すフローチャートである。
図4は、誘導電動機6を力行運転する場合の動作を模式的に表す。
図4に表したように、電力変換装置10では、誘導電動機6の力行運転を行う場合、制御ユニット15のゲート制御部34が、変調率1.2以上の固定パルスパターン方式で第1変換器11の各スイッチング素子21のスイッチングを制御し、第1変換器11をコンバータモードで動作させる。これにより、ゲート制御部34は、交流電源2の三相交流電圧を直流電圧に変換する。また、制御ユニット15は、第2変換器12の動作を制御し、第1変換器11から出力された直流電圧を誘導電動機6に対応した三相交流電圧に変換する。第2変換器12は、変換した三相交流電圧を誘導電動機6に供給する。これにより、誘導電動機6が力行運転される。
FIG. 4 is a flowchart schematically illustrating the operation of the power conversion device according to the first embodiment.
FIG. 4 schematically shows the operation of the induction motor 6 in the power running mode.
As shown in FIG. 4, in the power conversion device 10, when performing the powering operation of the induction motor 6, the gate control unit 34 of the control unit 15 uses the fixed pulse pattern method of the modulation factor of 1.2 or more as the first converter The switching of each of the 11 switching elements 21 is controlled to operate the first converter 11 in the converter mode. Thereby, the gate control unit 34 converts the three-phase AC voltage of the AC power supply 2 into a DC voltage. The control unit 15 also controls the operation of the second converter 12 and converts the DC voltage output from the first converter 11 into a three-phase AC voltage corresponding to the induction motor 6. The second converter 12 supplies the converted three-phase AC voltage to the induction motor 6. Thus, the induction motor 6 is driven in power.

ゲート制御部34は、誘導電動機6を力行運転する場合、第1変換器11の動作を制御するとともに、三相交流電圧の各相のそれぞれについて、検出された角速度と角速度基準値との偏差が一定値以上であるか否かを判定する。   The gate control unit 34 controls the operation of the first converter 11 when the induction motor 6 is in a power running operation, and the deviation between the detected angular velocity and the angular velocity reference value for each phase of the three-phase AC voltage is It is determined whether or not it is a fixed value or more.

ゲート制御部34は、各相のそれぞれについて一定値未満であると判定した場合、コンバータモードによる第1変換器11の動作を継続させる。   When it is determined that each of the phases is less than the predetermined value, the gate control unit 34 continues the operation of the first converter 11 in the converter mode.

一方、ゲート制御部34は、各相の少なくとも1つについて一定値以上であると判定した場合、各スイッチング素子21をオフ状態にし、第1変換器11の動作をコンバータモードからダイオード整流モードに切り替える。   On the other hand, when the gate control unit 34 determines that at least one of the phases is equal to or larger than a predetermined value, the gate control unit 34 turns off the switching elements 21 and switches the operation of the first converter 11 from the converter mode to the diode rectification mode. .

交流電源2の三相交流電圧のうちの1相又は2相において、検出された角速度と角速度基準値との偏差が一定値以上であると判定された場合、交流電源2に不平衡事故が発生していると考えられる。交流電源2に不平衡事故が発生すると、位相検出器30での位相検出にずれが生じる可能性がある。このため、不平衡事故時に第1変換器11をコンバータモードで動作させ続けると、場合によっては、直流過電流などにより、第1変換器11や第2変換器12が故障してしまう。   If it is determined that the deviation between the detected angular velocity and the angular velocity reference value is greater than or equal to a predetermined value in one or two phases of the three-phase AC voltage of AC power supply 2, an imbalance accident occurs in AC power supply 2 it seems to do. If an unbalance accident occurs in the AC power supply 2, a phase shift may occur in phase detection in the phase detector 30. For this reason, if the first converter 11 continues to operate in the converter mode at the time of unbalance accident, the first converter 11 or the second converter 12 may fail due to a DC overcurrent or the like in some cases.

また、第1変換器11をダイオード整流モードで動作させた場合の変調率mは、例えば、約1.21である。このため、コンバータモード時の変調率mとダイオード整流モード時の変調率mとの差が大きい場合には、第1変換器11をダイオード整流モードに切り替えた時に、直流電圧が過度に大きくなったり、小さくなったりしてしまう。   The modulation factor m when the first converter 11 is operated in the diode rectification mode is, for example, about 1.21. Therefore, when the difference between the modulation factor m in the converter mode and the modulation factor m in the diode rectification mode is large, the DC voltage becomes excessively large when the first converter 11 is switched to the diode rectification mode. Or become smaller.

例えば、コンバータモード時の変調率mを1.2よりも小さくすると、第1変換器11をダイオード整流モードに切り替えた時に、直流電圧Vdが小さくなり、誘導電動機6の力行運転を継続することができなくなってしまう。例えば、第1変換器11をPWM制御で動作させる場合、三相のうちの一相を120°の期間オンを継続する、いわゆる二相変調の時に、変調率mが最大になると考えられる。この時の変調率mは1.15であり、1.2よりも小さい。   For example, when the modulation factor m in the converter mode is smaller than 1.2, when the first converter 11 is switched to the diode rectification mode, the DC voltage Vd becomes smaller, and the power running operation of the induction motor 6 can be continued. It will not be possible. For example, when the first converter 11 is operated by PWM control, it is considered that the modulation factor m becomes maximum at the time of so-called two-phase modulation in which one of the three phases is kept on for 120 °. The modulation factor m at this time is 1.15, which is smaller than 1.2.

反対に、コンバータモード時の変調率mを1.5よりも大きくすると、第1変換器11をダイオード整流モードに切り替えた時に、直流電圧Vdが大きくなり、第1変換器11や第2変換器12の故障が懸念される。   On the other hand, if the modulation factor m in the converter mode is larger than 1.5, the DC voltage Vd becomes large when the first converter 11 is switched to the diode rectification mode, and the first converter 11 or the second converter 12 failures are a concern.

本実施形態に係る電力変換装置10では、コンバータモードにおいて、変調率1.2以上の固定パルスパターン方式により、第1変換器11を動作させる。これにより、第1変換器11をダイオード整流モードに切り替えた時の直流電圧Vdの変動を抑制することができる。従って、電力変換装置10では、短時間の不平衡事故が発生した場合でも、第1変換器11をダイオード整流モードに切り替えることにより、誘導電動機6の力行運転を継続することができる。   In the power conversion device 10 according to the present embodiment, in the converter mode, the first converter 11 is operated by the fixed pulse pattern method having a modulation factor of 1.2 or more. Thereby, it is possible to suppress the fluctuation of the DC voltage Vd when the first converter 11 is switched to the diode rectification mode. Therefore, in the power conversion device 10, the power running operation of the induction motor 6 can be continued by switching the first converter 11 to the diode rectification mode even when an imbalance accident for a short time occurs.

また、本実施形態に係る電力変換装置10では、コンバータモード時の変調率mを1.5以下にする。これにより、第1変換器11をダイオード整流モードに切り替えた時の直流電圧Vdの変動をより適切に抑制することができる。コンバータモード時の直流電圧Vdをダイオード整流モード時の直流電圧Vdよりも大きくする場合、変調率mは、例えば、1.2以上1.35未満である。   Further, in the power conversion device 10 according to the present embodiment, the modulation factor m in the converter mode is set to 1.5 or less. Thereby, it is possible to more appropriately suppress the fluctuation of the DC voltage Vd when the first converter 11 is switched to the diode rectification mode. When the DC voltage Vd in the converter mode is made larger than the DC voltage Vd in the diode rectification mode, the modulation factor m is, for example, 1.2 or more and less than 1.35.

ゲート制御部34は、第1変換器11をダイオード整流モードに切り替えた後、検出された角速度と角速度基準値との偏差が一定値未満の状態に復帰したか否かを判定する。ゲート制御部34は、一定値未満の状態に復帰したと反対した場合、第1変換器11の動作をダイオード整流モードからコンバータモードに戻す。   After switching the first converter 11 to the diode rectification mode, the gate control unit 34 determines whether or not the deviation between the detected angular velocity and the angular velocity reference value has returned to a state less than a predetermined value. The gate control unit 34 returns the operation of the first converter 11 from the diode rectification mode to the converter mode when it is opposed to returning to the state less than the predetermined value.

また、制御ユニット15は、第1変換器11をダイオード整流モードに切り替えた後、ダイオード整流モードへの切り替えのタイミングから所定時間経過したか否かを判定する。不平衡事故が所定時間以上継続された場合には、交流電源2に異常が発生していると考えられる。従って、制御ユニット15は、所定時間経過したと判定した場合、すなわち、偏差が一定値以上の状態が所定時間継続された場合、第2変換器12の動作を停止させ、誘導電動機6の力行運転を停止する。これにより、例えば、交流電源2の異常から電力変換装置10や誘導電動機6などを保護することができる。   Further, after switching the first converter 11 to the diode rectification mode, the control unit 15 determines whether or not a predetermined time has elapsed from the timing of switching to the diode rectification mode. If the imbalance accident continues for a predetermined time or more, it is considered that an abnormality occurs in the AC power supply 2. Therefore, when the control unit 15 determines that the predetermined time has elapsed, that is, when the deviation is a predetermined value or more continues for a predetermined time, the operation of the second converter 12 is stopped, and the power running operation of the induction motor 6 is performed. Stop. Thereby, for example, the power conversion device 10, the induction motor 6, and the like can be protected from the abnormality of the AC power supply 2.

(第2の実施形態)
図5は、第2の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。
図5に表したように、電力変換装置110の制御ユニット15は、電圧検出器36をさらに有する。なお、上記第1の実施形態と機能・構成上実質的に同じものについては、同符号を付し、詳細な説明を省略する。
Second Embodiment
FIG. 5 is a block diagram schematically showing the power conversion device according to the second embodiment.
As shown in FIG. 5, the control unit 15 of the power conversion device 110 further includes a voltage detector 36. The same reference numerals are given to components substantially the same in function and configuration as the first embodiment, and the detailed description will be omitted.

電圧検出器36には、電圧計16の検出結果が入力される。電圧検出器36は、電圧計16の検出結果を基に、交流電源2の三相交流電圧の一定値以上の低下を検出する。電圧検出器36の検出する電圧は、三相交流電圧の各相の相電圧でもよいし、三相交流電圧の各相の線間電圧でもよい。電圧の閾値は、例えば、交流電源2の三相交流電圧の定格電圧の20%〜30%である。電圧検出器36は、例えば、交流電源2の三相交流電圧の各相のいずれかが、定格電圧の20%以下になった場合に、一定値以上の低下を検出する。電圧検出器36は、三相交流電圧の一定値以上の低下を検出した場合、電圧低下の検出を表す電圧低下検出信号をゲート制御部34に入力する。   The detection result of the voltmeter 16 is input to the voltage detector 36. The voltage detector 36 detects, based on the detection result of the voltmeter 16, the decrease of the three-phase AC voltage of the AC power supply 2 by a predetermined value or more. The voltage detected by the voltage detector 36 may be a phase voltage of each phase of the three-phase AC voltage, or may be a line voltage of each phase of the three-phase AC voltage. The threshold value of the voltage is, for example, 20% to 30% of the rated voltage of the three-phase AC voltage of the AC power supply 2. The voltage detector 36 detects, for example, a decrease equal to or more than a predetermined value when any of the three-phase AC voltages of the AC power supply 2 becomes 20% or less of the rated voltage. The voltage detector 36 inputs a voltage drop detection signal indicating detection of a voltage drop to the gate control unit 34 when the voltage detector 36 detects a drop of the three-phase AC voltage by a predetermined value or more.

図6は、第2の実施形態に係る電力変換装置の動作を模式的に表すフローチャートである。
図6に表したように、ゲート制御部34は、第1変換器11をコンバータモードで動作させ、誘導電動機6を力行運転させている状態において、電圧検出器36によって電圧の低下が検出された場合、各スイッチング素子21をオフ状態にし、第1変換器11をコンバータモードからダイオード整流モードに切り替える。すなわち、この例において、ゲート制御部34は、交流電源2の三相交流電圧の各相のいずれかが一定値以上低下した場合に、交流電源2に不平衡事故が発生したと判断する。
FIG. 6 is a flowchart schematically illustrating the operation of the power conversion device according to the second embodiment.
As shown in FIG. 6, the gate control unit 34 operates the first converter 11 in the converter mode, and a voltage drop is detected by the voltage detector 36 in a state where the induction motor 6 is in a power running operation. In this case, each switching element 21 is turned off, and the first converter 11 is switched from the converter mode to the diode rectification mode. That is, in this example, the gate control unit 34 determines that an unbalance accident has occurred in the alternating current power supply 2 when any of the phases of the three-phase alternating current voltage of the alternating current power supply 2 lowers by a predetermined value or more.

ゲート制御部34は、電圧検出器36によって三相交流電圧の低下が検出された後、三相交流電圧が一定値よりも大きい状態に復帰した場合、第1変換器11の動作をダイオード整流モードからコンバータモードに戻す。すなわち、ゲート制御部34は、複数のスイッチング素子21をオフ状態にした後、交流電源2の三相交流電圧が一定値よりも大きい状態に復帰した場合に、固定パルスパターン方式による複数のスイッチング素子21の制御を再開する。また、制御ユニット15は、ダイオード整流モードへの切り替えから所定時間経過した場合、第2変換器12の動作を停止させ、誘導電動機6の力行運転を停止する。   The gate control unit 34 operates the first converter 11 in the diode rectification mode when the voltage detector 36 detects a drop in the three-phase AC voltage and then returns to a state in which the three-phase AC voltage is larger than a predetermined value. Return to converter mode from. That is, when the three-phase AC voltage of AC power supply 2 is restored to a state larger than a predetermined value after the plurality of switching elements 21 are turned off, gate control unit 34 switches the plurality of switching elements according to the fixed pulse pattern method. Resume control of 21. Further, when a predetermined time has elapsed since the switching to the diode rectification mode, the control unit 15 stops the operation of the second converter 12 and stops the power running operation of the induction motor 6.

交流電源2の不平衡事故の具合によっては、位相検出器30による異常の検出よりも先に、電圧検出器36によって異常が検出される場合がある。従って、本実施形態に係る電力変換装置110では、力行運転中に電圧低下が検出された場合に、第1変換器11をコンバータモードからダイオード整流モードに切り替える。これにより、例えば、交流電源2の不平衡事故をより適切に検出することができる。例えば、交流電源2の不平衡事故にともなう第1変換器11や第2変換器12などの故障をより適切に抑制することができる。   Depending on the condition of the unbalance accident of the AC power supply 2, the voltage detector 36 may detect an abnormality prior to the detection of the abnormality by the phase detector 30. Therefore, in the power conversion device 110 according to the present embodiment, the first converter 11 is switched from the converter mode to the diode rectification mode when a voltage drop is detected during powering operation. Thereby, for example, the unbalance accident of AC power supply 2 can be detected more appropriately. For example, it is possible to more appropriately suppress the failure of the first converter 11 or the second converter 12 due to the unbalance accident of the AC power supply 2.

このように、この例では、誘導電動機6の力行運転中において、位相検出器30の検出結果に基づく角速度、及び、電圧検出器36の検出結果に基づく電圧の少なくとも一方によって、交流電源2の不平衡事故を検出する。交流電源2の不平衡事故の検出は、上記第1の実施形態に示したように角速度のみで行ってもよいし、図6に表したように電圧のみで行ってもよい。   Thus, in this example, during powering operation of induction motor 6, at least one of the angular velocity based on the detection result of phase detector 30 and the voltage based on the detection result of voltage detector 36 Detect a balancing accident. The detection of the unbalance accident of the AC power supply 2 may be performed with only the angular velocity as shown in the first embodiment, or may be performed with only the voltage as shown in FIG.

なお、以上では変調率を1.2以上としたが、第1変換器11の電流定格に余裕が有る場合には、直流電圧Vdの低下に対し、電流を増加させることで必要な電力量を第2変換器12に供給することが可能である。つまり、変調率が1.2を下回る場合でも、第1変換器11がダイオード整流モードになった場合の直流電圧Vdの低下の程度の逆数の余裕を第1変換器11の電流定格に持たせれば、本発明の実施が可能である。   Although the modulation factor is 1.2 or more in the above description, if there is a margin in the current rating of the first converter 11, the necessary amount of power can be increased by increasing the current against the drop of the DC voltage Vd. It is possible to supply the second converter 12. That is, even when the modulation factor is less than 1.2, the current rating of the first converter 11 has a margin that is the inverse of the degree of decrease in the DC voltage Vd when the first converter 11 enters the diode rectification mode For example, implementation of the present invention is possible.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   While certain embodiments of the present invention have been described, these embodiments have been presented by way of example only, and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and the gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.

2…交流電源、 4…変圧器、 6…誘導電動機、 10、110…電力変換装置、 11…第1変換器、 12…第2変換器、 13、14…平滑コンデンサ、 15…制御ユニット、 16…電圧計、 17…電流計、 21…スイッチング素子、 22…整流素子、 23…整流素子、 30…位相検出器、 32…有効分・無効分電流検出器、 34…ゲート制御部、 36…電圧検出器   DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... AC power supply, 4 ... Transformer, 6 ... Induction motor, 10, 110 ... Power converter, 11 ... 1st converter, 12 ... 2nd converter, 13, 14 ... Smoothing capacitor, 15 ... Control unit, 16 ... Voltmeter 17 17 Ammeter 21 Switching element 22 Rectifying element 23 Rectifying element 30 Phase detector 32 Active current / reactive current detector 34 Gate control section 36 Voltage Detector

Claims (7)

ブリッジ接続された複数のスイッチング素子と、前記複数のスイッチング素子のそれぞれに逆並列に接続された複数の整流素子と、3つの交流端子と、少なくとも3つの直流端子と、を有し、前記複数のスイッチング素子のスイッチングにより、前記3つの交流端子から入力された第1三相交流電圧を、正電位、負電位及び中性点電位の少なくとも3レベルを有する直流電圧に変換し、前記直流電圧を前記少なくとも3つの直流端子から出力する第1変換器と、
前記少なくとも3つの直流端子のそれぞれの間に設けられた複数の平滑コンデンサと、
前記少なくとも3つの直流端子に接続されるとともに、交流負荷に接続され、前記直流電圧を前記交流負荷に応じた第2三相交流電圧に変換し、前記第2三相交流電圧を前記交流負荷に供給する第2変換器と、
前記第1三相交流電圧の各相の電圧値を検出する電圧計と、
前記電圧計の検出結果を基に前記第1三相交流電圧の各相の位相を検出し、検出された前記位相を基に、前記第1三相交流電圧の線間電圧と前記直流電圧との変調率を1.2以上1.5以下とした固定パルスパターン方式により、前記第1変換器の前記複数のスイッチング素子のスイッチングを制御するとともに、検出された前記位相を基に、前記第1三相交流電圧の各相の角速度を検出し、検出された前記角速度と角速度基準値との偏差が一定値以上である場合に、前記複数のスイッチング素子をオフ状態にする制御ユニットと、
を備えた電力変換装置。
A plurality of bridge-connected switching elements, a plurality of rectifying elements connected in anti-parallel to each of the plurality of switching elements, three AC terminals, and at least three DC terminals; The first three-phase AC voltage input from the three AC terminals is converted into a DC voltage having at least three levels of positive potential, negative potential and neutral point potential by switching of the switching element, and the DC voltage is converted to the DC voltage A first converter outputting from at least three DC terminals;
A plurality of smoothing capacitors provided between each of the at least three DC terminals;
It is connected to the at least three DC terminals and connected to an AC load, converts the DC voltage to a second three-phase AC voltage according to the AC load, and converts the second three-phase AC voltage to the AC load. Supplying a second converter,
A voltmeter for detecting a voltage value of each phase of the first three-phase AC voltage;
The phase of each phase of the first three-phase AC voltage is detected based on the detection result of the voltmeter, and the inter-line voltage of the first three-phase AC voltage and the DC voltage are detected based on the detected phase. Controlling the switching of the plurality of switching elements of the first converter by a fixed pulse pattern method in which the modulation factor of the first converter is 1.2 or more and 1.5 or less, and based on the detected phase, A control unit that detects angular velocity of each phase of three-phase alternating current voltage, and turns off the plurality of switching elements when a deviation between the detected angular velocity and an angular velocity reference value is equal to or greater than a predetermined value;
Power converter equipped with.
前記制御ユニットは、前記複数のスイッチング素子をオフ状態にした後、前記偏差が前記一定値未満の状態に復帰した場合に、前記固定パルスパターン方式による前記複数のスイッチング素子の制御を再開する請求項1記載の電力変換装置。   The control unit resumes control of the plurality of switching elements by the fixed pulse pattern method when the deviation returns to a state less than the predetermined value after the plurality of switching elements are turned off. The power converter according to 1. 前記制御ユニットは、前記電圧計によって検出された前記第1三相交流電圧が一定値以上低下した場合に、前記複数のスイッチング素子をオフ状態にする請求項1又は2に記載の電力変換装置。   The power conversion device according to claim 1 or 2, wherein the control unit turns off the plurality of switching elements when the first three-phase AC voltage detected by the voltmeter decreases by a predetermined value or more. 前記制御ユニットは、前記複数のスイッチング素子をオフ状態にした後、前記第1三相交流電圧が前記一定値よりも大きい状態に復帰した場合に、前記固定パルスパターン方式による前記複数のスイッチング素子の制御を再開する請求項3記載の電力変換装置。   When the control unit returns to a state where the first three-phase AC voltage is larger than the predetermined value after the plurality of switching elements are turned off, the control unit is configured to use the plurality of switching elements according to the fixed pulse pattern method. The power converter according to claim 3, wherein control is resumed. ブリッジ接続された複数のスイッチング素子と、前記複数のスイッチング素子のそれぞれに逆並列に接続された複数の整流素子と、3つの交流端子と、少なくとも3つの直流端子と、を有し、前記複数のスイッチング素子のスイッチングにより、前記3つの交流端子から入力された第1三相交流電圧を、正電位、負電位及び中性点電位の少なくとも3レベルを有する直流電圧に変換し、前記直流電圧を前記少なくとも3つの直流端子から出力する第1変換器と、
前記少なくとも3つの直流端子のそれぞれの間に設けられた複数の平滑コンデンサと、
前記少なくとも3つの直流端子に接続されるとともに、交流負荷に接続され、前記直流電圧を前記交流負荷に応じた第2三相交流電圧に変換し、前記第2三相交流電圧を前記交流負荷に供給する第2変換器と、
前記第1三相交流電圧の各相の電圧値を検出する電圧計と、
前記電圧計の検出結果を基に前記第1三相交流電圧の各相の位相を検出し、検出された前記位相を基に、前記第1三相交流電圧の線間電圧と前記直流電圧との変調率を1.2以上1.5以下とした固定パルスパターン方式により、前記第1変換器の前記複数のスイッチング素子のスイッチングを制御するとともに、前記電圧計によって検出された前記第1三相交流電圧が一定値以上低下した場合に、前記複数のスイッチング素子をオフ状態にする制御ユニットと、
を備えた電力変換装置。
A plurality of bridge-connected switching elements, a plurality of rectifying elements connected in anti-parallel to each of the plurality of switching elements, three AC terminals, and at least three DC terminals; The first three-phase AC voltage input from the three AC terminals is converted into a DC voltage having at least three levels of positive potential, negative potential and neutral point potential by switching of the switching element, and the DC voltage is converted to the DC voltage A first converter outputting from at least three DC terminals;
A plurality of smoothing capacitors provided between each of the at least three DC terminals;
It is connected to the at least three DC terminals and connected to an AC load, converts the DC voltage to a second three-phase AC voltage according to the AC load, and converts the second three-phase AC voltage to the AC load. Supplying a second converter,
A voltmeter for detecting a voltage value of each phase of the first three-phase AC voltage;
The phase of each phase of the first three-phase AC voltage is detected based on the detection result of the voltmeter, and the inter-line voltage of the first three-phase AC voltage and the DC voltage are detected based on the detected phase. Controlling the switching of the plurality of switching elements of the first converter by the fixed pulse pattern method in which the modulation factor of the first converter is 1.2 or more and 1.5 or less, and the first three phases detected by A control unit that turns off the plurality of switching elements when the AC voltage decreases by a predetermined value or more;
Power converter equipped with.
ブリッジ接続された複数のスイッチング素子と、前記複数のスイッチング素子のそれぞれに逆並列に接続された複数の整流素子と、3つの交流端子と、少なくとも3つの直流端子と、を有し、前記複数のスイッチング素子のスイッチングにより、前記3つの交流端子から入力された第1三相交流電圧を、正電位、負電位及び中性点電位の少なくとも3レベルを有する直流電圧に変換し、前記直流電圧を前記少なくとも3つの直流端子から出力する第1変換器と、
前記少なくとも3つの直流端子のそれぞれの間に設けられた複数の平滑コンデンサと、
前記少なくとも3つの直流端子に接続されるとともに、交流負荷に接続され、前記直流電圧を前記交流負荷に応じた第2三相交流電圧に変換し、前記第2三相交流電圧を前記交流負荷に供給する第2変換器と、
前記第1三相交流電圧の各相の電圧値を検出する電圧計と、
を備えた電力変換装置の制御方法であって、
前記電圧計の検出結果を基に前記第1三相交流電圧の各相の位相を検出する工程と、
検出された前記位相を基に、前記第1三相交流電圧の線間電圧と前記直流電圧との変調率を1.2以上1.5以下とした固定パルスパターン方式により、前記第1変換器の前記複数のスイッチング素子のスイッチングを制御する工程と、
検出された前記位相を基に、前記第1三相交流電圧の各相の角速度を検出する工程と、
検出された前記角速度と角速度基準値との偏差が一定値以上である場合に、前記複数のスイッチング素子をオフ状態にする工程と、
を有する電力変換装置の制御方法。
A plurality of bridge-connected switching elements, a plurality of rectifying elements connected in anti-parallel to each of the plurality of switching elements, three AC terminals, and at least three DC terminals; The first three-phase AC voltage input from the three AC terminals is converted into a DC voltage having at least three levels of positive potential, negative potential and neutral point potential by switching of the switching element, and the DC voltage is converted to the DC voltage A first converter outputting from at least three DC terminals;
A plurality of smoothing capacitors provided between each of the at least three DC terminals;
It is connected to the at least three DC terminals and connected to an AC load, converts the DC voltage to a second three-phase AC voltage according to the AC load, and converts the second three-phase AC voltage to the AC load. Supplying a second converter,
A voltmeter for detecting a voltage value of each phase of the first three-phase AC voltage;
And a control method of a power converter including:
Detecting the phase of each phase of the first three-phase AC voltage based on the detection result of the voltmeter;
The first converter according to the fixed pulse pattern method in which the modulation ratio between the line voltage of the first three-phase AC voltage and the DC voltage is 1.2 or more and 1.5 or less based on the detected phase. Controlling switching of the plurality of switching elements of
Detecting an angular velocity of each phase of the first three-phase AC voltage based on the detected phase;
Turning the plurality of switching elements off when the deviation between the detected angular velocity and the angular velocity reference value is equal to or greater than a predetermined value;
And controlling the power converter.
ブリッジ接続された複数のスイッチング素子と、前記複数のスイッチング素子のそれぞれに逆並列に接続された複数の整流素子と、3つの交流端子と、少なくとも3つの直流端子と、を有し、前記複数のスイッチング素子のスイッチングにより、前記3つの交流端子から入力された第1三相交流電圧を、正電位、負電位及び中性点電位の少なくとも3レベルを有する直流電圧に変換し、前記直流電圧を前記少なくとも3つの直流端子から出力する第1変換器と、
前記少なくとも3つの直流端子のそれぞれの間に設けられた複数の平滑コンデンサと、
前記少なくとも3つの直流端子に接続されるとともに、交流負荷に接続され、前記直流電圧を前記交流負荷に応じた第2三相交流電圧に変換し、前記第2三相交流電圧を前記交流負荷に供給する第2変換器と、
前記第1三相交流電圧の各相の電圧値を検出する電圧計と、
を備えた電力変換装置の制御方法であって、
前記電圧計の検出結果を基に前記第1三相交流電圧の各相の位相を検出する工程と、
検出された前記位相を基に、前記第1三相交流電圧の線間電圧と前記直流電圧との変調率を1.2以上1.5以下とした固定パルスパターン方式により、前記第1変換器の前記複数のスイッチング素子のスイッチングを制御する工程と、
前記電圧計によって検出された前記第1三相交流電圧が一定値以上低下した場合に、前記複数のスイッチング素子をオフ状態にする工程と、
を有する電力変換装置の制御方法。
A plurality of bridge-connected switching elements, a plurality of rectifying elements connected in anti-parallel to each of the plurality of switching elements, three AC terminals, and at least three DC terminals; The first three-phase AC voltage input from the three AC terminals is converted into a DC voltage having at least three levels of positive potential, negative potential and neutral point potential by switching of the switching element, and the DC voltage is converted to the DC voltage A first converter outputting from at least three DC terminals;
A plurality of smoothing capacitors provided between each of the at least three DC terminals;
It is connected to the at least three DC terminals and connected to an AC load, converts the DC voltage to a second three-phase AC voltage according to the AC load, and converts the second three-phase AC voltage to the AC load. Supplying a second converter,
A voltmeter for detecting a voltage value of each phase of the first three-phase AC voltage;
And a control method of a power converter including:
Detecting the phase of each phase of the first three-phase AC voltage based on the detection result of the voltmeter;
The first converter according to the fixed pulse pattern method in which the modulation ratio between the line voltage of the first three-phase AC voltage and the DC voltage is 1.2 to 1.5 based on the detected phase. Controlling switching of the plurality of switching elements of
Turning the plurality of switching elements off when the first three-phase alternating voltage detected by the voltmeter decreases by a predetermined value or more;
And controlling the power converter.
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