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CN108352793B - 电力转换装置 - Google Patents

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CN108352793B
CN108352793B CN201680061512.6A CN201680061512A CN108352793B CN 108352793 B CN108352793 B CN 108352793B CN 201680061512 A CN201680061512 A CN 201680061512A CN 108352793 B CN108352793 B CN 108352793B
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Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
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Abstract

提供一种电力转换装置，在电源扰乱产生时，通过对转换器进行门阻挡来避免转换器的过电流和/或过电压的同时，逆变器维持直流电压，在对马达进行了励磁的状态下直接继续运转。电力转换装置具备：对电源扰乱进行检测的电源扰乱检测机构；CNV门阻挡机构，由电源扰乱检测机构检测到电源异常扰乱，并且，在满足规定的功能动作必要条件时，对转换器进行门阻挡；INV控制切换标志信号输出机构，由该机构来门阻挡转换器，并且，在直流电压在规定的电压以下的情况下，对逆变器的控制进行切换；基于该INV控制切换标志信号对逆变器进行控制的逆变器控制机构；在检测到了电源扰乱时，对上述转换器进行门阻挡，并且在上述INV控制切换标志信号输出期间中以继续上述逆变器的动作的方式进行控制。

Description

电力转换装置
技术领域
本发明的实施方式涉及系统电源扰乱时逆变器能继续运转的电力转换装置。
背景技术
例如，在逆变器等驱动器装置的输入电压因系统电源扰乱而变动时，一般地，在PWM转换器中，有可能转换器输出电压的PLL控制无法追随，转换器输出达到过电流、过电压。
以往，在PWM转换器中，PLL控制成为了异常的情况下，与一般的瞬停产生时相同，通过门信号停止转换器输出以及逆变器输出(以下，称为门阻挡)，停止运转直到电源扰乱消除为止，进行再起动，由此避免了系统电源扰乱。
(例如，参照专利文献1)。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009－273281号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在上述专利文献记载的方法中，并不是在系统事故时使用过电流消耗装置等的需要其他装置且进行使用了逆变器的适当控制的装置。
本发明为了解决上述课题而做出，其目的在于提供：在因电源扰乱而PLL控制成为了异常的情况等下，通过门阻挡转换器来避免转换器的过电流和/或过电压的同时，逆变器对转矩电流进行减小而保持直流电压，在励磁的状态下直接运转的电力转换装置，或者，通过以在二极管整流的峰值直流电压下能够输出的电压进行限位，从而以弱磁场保持速度，并继续运转的电力转换装置。
用于解决课题的手段
为了实现上述目的，本发明的电力转换装置，具备将交流电力转换为直流电力的转换器CNV以及将该直流电力转换为交流电力的逆变器INV，该电力转换装置具备：电源扰乱检测机构，对电源扰乱进行检测；CNV门阻挡机构，在由上述电源扰乱检测机构检测到电源异常扰乱且满足规定的功能动作必要条件时，对上述转换器的控制进行门阻挡；INV控制切换机构，在从上述CNV门阻挡机构输出CNV门阻挡标志信号且上述直流电力的直流电压在规定的电压以下的情况下，对上述逆变器的控制进行切换；以及逆变器控制机构，基于从上述INV控制切换机构输出的INV控制切换标志信号来控制逆变器，在通过上述电源扰乱检测机构检测到电源扰乱时，通过上述CNV门阻挡标志信号对上述转换器进行门阻挡，并且上述逆变器控制机构在上述INV控制切换标志信号被输出的期间控制成继续上述逆变器的动作。
发明的效果
根据该发明，在系统电源扰乱检测时，能够通过对转换器电源输出进行门阻挡来避免转换器的过电流和/或过电压的同时，对逆变器的转矩电流进行减小而保持直流电压，在进行了励磁的状态下直接继续电动机的运转。
附图说明
图1是用于检测实施例1涉及的系统电源扰乱的框图。
图2是对使用了图1涉及的系统电源扰乱检测时输出的逆变器控制切换标志的逆变器控制进行说明的框图。
图3是对图2涉及的系统电源扰乱检测时的逆变器控制进行说明的时间图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施例进行说明。
实施例1
图1是用于检测实施例1涉及的系统电源扰乱的框图。使用该框图对(1)输入电源扰乱检测机构、(2)转换器(CNV)异常检测机构、(3)电源扰乱复原机构、(4)功能动作必要条件进行说明。
(1)输入电源扰乱检测机构
作为输入电源扰乱检测机构的输入电源扰乱检测部10具备直接检测输入电源变动的机构以及以转换器控制量(CNV控制量)进行检测的机构。
(直接检测输入电源变动的机构)
直接检测输入电源变动的机构(第3机构)构成为具有：检测输入电源电压(VAC)变动的电压变动检测部11a、绝对值计算部11b以及输入电压电平判断部11c等。
电压变动检测部11a使用输入电压的微分要素来检测输入电源电压的变动，将检测到的差分电压输出到绝对值计算部11b。上述电压变动的检测方法以及绝对值计算方法是公知技术，这里省略其详细说明。
绝对值计算部11b计算从电压变动检测部11a输入的差分电压的绝对值，将所计算的绝对值输出到输入电压电平判断部11c。
输入电压电平判断部11c将从绝对值计算部11b输入的差分电压的绝对值与输入电压变动检测电平进行比较。该比较的结果是差分电压的绝对值超过输入电压变动检测电平的情况下，视为检测到输入电压(VAC)的变动，输出输入电压异常检测信号11a(例如，1(H电平))。
从输入电压电平判断部11c输出的输入电压异常检测信号11a被输出到OR电路14。
OR电路14接受输入电压异常检测信号11d的输入，视为检测到输入电源扰乱，输出输入电源扰乱检测信号14a。输入电源扰乱检测信号14a被输入到AND电路31的一个端子。
在后述的转换器异常通过CNV异常检测部20检测的期间，转换器异常检测信号23a被输入到AND电路31的另一个端子。因此，在输出了输入电源扰乱检测信号14a时也输出了上述的CNV异常检测信号23a的情况下，该输入信号的逻辑AND条件成立，触发器32被设置，从触发器32的输出端子Q输出CNV门阻挡标志(FLG_CNV_GB)。从该触发器32的输出端子输出CNV门阻挡标志(FLG_CNV_GB)的期间，具有作为对转换器进行门阻挡的CNV门阻挡机构的功能。
CNV门阻挡标志(FLG_CNV_GB)被输入到AND电路33的一个端子。
后述的直流电压异常(例如，直流电压降低)被直流电压电平判断部30检测出时，直流电压降低检测信号30a被从该直流电压电平判断部30输出，并被输入到AND电路33的另一个端子。
通过输出上述输入电源扰乱检测信号，触发器32被设置并输出CNV门阻挡标志(FLG_CNV_GB)时，在上述直流电压降低检测信号30a被输出的情况下，在AND电路33中，该输入信号的逻辑AND条件成立，从该AND电路33的输出端子输出INV控制切换标志(FLG_INV)。在从该AND电路33的输出端子输出INV控制切换标志(FLG_INV)的期间，具有作为INV控制切换机构的功能，该INV控制切换机构是不管转换器是否被门阻挡，都为了使逆变器继续动作而进行切换的机构。
(以CNV控制量检测的机构)
转换器将作为输入电源的交流电源转换为直流电源。因此，通过直接检测输入电源的变动能够检测输入电源扰乱，如上面所述。另一方面，在检测到了输入电源扰乱的情况下，有以控制该转换器的转换器控制量进行检测的机构。
作为转换器控制量有：对转换器控制电流的异常进行检测的对转换器控制电流的变动进行检测的机构(第1机构)，以及对转换器控制电压的变动进行检测的对转换器控制电压的变动进行检测的机构(第2机构)。
对转换器控制电流的变动进行检测的机构(第1机构)构成为具有：电流变动检测部12a、绝对值计算部12b以及转换器控制电流电平判断部(CNV控制电流电平判断部)12c等。
作为转换器控制电流(CNV控制电流)，例如有转换器d轴电流反馈(CNVd轴电流FBK)。
电流变动检测部12a将CNVd轴电流FBK与转换器d轴电流基准(未图示)比较，检测其差分电流，输出到绝对值计算部12b。
绝对值计算部12b计算从电流变动检测部12a输入的差分电流的绝对值，输出到CNV控制电流电平判断部12c。
CNV控制电流电平判断部12c将从绝对值计算部12b输入的差分电流的绝对值与CNV控制电流检测电平(未图示)比较。该比较的结果是差分电流的绝对值超过CNV控制电流检测电平的情况下，视为检测到了CNV控制电流的变动，将CNV控制电流异常检测信号12d(例如，1(H电平))输出到OR电路14。
OR电路14接受CNV控制电流异常检测信号12d的输入，视为检测到了输入电源扰乱，输出输入电源扰乱检测信号14a。输入电源扰乱检测信号14a被输入到AND电路31的一个端子。
此外，通过对上述的CNV控制电流进行检测，也能够检测到PLL的异常。
对转换器控制电压的变动进行检测的机构(第2机构)构成为具有绝对值计算部13a以及转换器控制电压电平判断部13b等。
作为转换器控制电压(CNV控制电压)，例如有转换器d轴电压反馈(CNVd轴电压FBK)。
绝对值计算部13a计算所输入的CNVd轴电压FBK的绝对值并输出至CNV控制电压电平判断部13b。
CNV控制电压电平判断部13b将从绝对值计算部13a输入的CNVd轴电压FBK的绝对值与CNV控制电压检测电平(未图示)比较。该比较的结果是CNV控制电压的绝对值超过CNV控制电压检测电平的情况下，视为检测到了CNV控制电压的变动，输出CNV控制电压异常检测信号13c(例如，1(H电平))。
从CNV控制电压电平判断部13b输出的CNV控制电压异常检测信号13c被输入到OR电路14。这样通过输入电源扰乱检测部10检测到了输入电源扰乱以后的动作如上述那样。
(2)转换器异常检测机构
转换器异常检测部20构成为具有转换器电流电平判断部(CNV电流电平判断部)21、和转换器直流电压电平判断部(CNV直流电压电平判断部)22。
CNV电流电平判断部21将CNV电流(I_CNV)与转换器电流基准(CNV电流基准，未图示)比较。该比较的结果是CNV电流超过CNV电流基准的情况下，视为检测到了过电流，输出过电流检测信号21a。过电流检测信号21a被输入到OR电路23。
OR电路23从CNV电流电平判断部21被输入了过电流检测信号21a的情况下，视为检测到了转换器异常，输出CNV异常检测信号23a。
CNV直流电压电平判断部22将CNV直流电压(VDC)与转换器直流电压基准(CNV直流电压基准，未图示)比较。该比较的结果是CNV直流电压超过CNV直流电压基准的情况下，视为检测到了过电压，输出过电压检测信号22a。过电压检测信号22a被输入到OR电路23。
OR电路23从CNV直流电压电平判断部22被输入了过电压检测信号22a的情况下，视为检测到了转换器异常，输出CNV异常检测信号23a。
(3)电源扰乱复原检测机构
电源是否正常或者上述的电源扰乱是否复原为正常通过CNV控制电压复原电平判断部15来判断。
CNV控制电压复原电平判断部15将从绝对值计算部13a输出的CNVd轴电压FBK的绝对值与CNV控制电压复原电平(未图示)比较。该比较的结果是CNVd轴电压FBK在CNV控制电压复原电平以下的情况下，作为电源正常或者电源扰乱复原为正常，复位触发器电路32。
(4)功能动作必要条件
用于设置CNV门阻挡标志(FLG_CNV_GB)、逆变器控制切换标志(FLG_INV)的必要条件是，CNV电流(I_CNV)成为了过电流的情况、CNV直流电压(VDC)成为了过电压的情况。
通过成为这样的构成，无需仅仅通过检测了输入电源的扰乱来使转换器门阻挡(停止)，在检测到了电源扰乱的状态下，仅在成为了过电流、过电压的情况下，通过门阻挡，防止由误检测导致的误动作，使作为电源系统的继续运转的可能性提高，由此将该条件作为功能动作的必要条件。
通过上述AND电路31而AND条件成立了的情况下，检测到满足了上述的功能动作必要条件的电源扰乱，从AND电路31输出电源扰乱检测信号31a，按照规定的必要条件，触发器电路32被设置。
所谓上述规定的必要条件是指，在CNVd轴电压FBK的绝对值未由CNV控制电压复原电平判断部15检测到的情况下，视为电源扰乱继续，释放触发器32的端子R。在满足该必要条件的情况下，在输出了上述电源扰乱检测信号31a的情况下，检测出上述电源扰乱。
通过触发器电路32的输出即CNV门阻挡标志(FLG_CNV_GB)，对转换器进行门阻挡，避免过电流和/或过电压的异常。另外，转换器通过二极管整流而继续运转，逆变器也相同地继续运转。
图2是对使用了图1涉及的系统电源扰乱时输出的逆变器控制切换标志(FLG_INV)的逆变器控制进行说明的框图。也参照图1进行说明。
马达52的转速通过速度检测部47来检测，输入到速度控制部42。速度控制部42对由速度基准设定部41设定的速度基准和由速度检测部47检测到的转速进行比较，使马达52的转速包含于从由速度基准设定部41设定的转速允许的范围内地进行控制。
马达52通过上述速度控制部42被控制了速度并以由速度基准设定部设定的转速动作时，由图1中说明过的电源扰乱检测到了电源异常的情况下，从AND电路33输出的INV控制切换标志(FLG_INV)被输入到转矩/磁束基准设定部43。
转矩/磁束基准设定部43在被输入INV控制切换标志并检测到了上述电源异常的情况下，操作转矩基准、磁束基准，尽可能地继续马达52的运转。
转矩基准设定部43a设定用于驱动马达52的转矩基准。例如，在减小转矩的转矩减小控制中，为了保持或者增加直流电压(VDC)而减小转矩基准(参照图3(4)(F))。
磁束基准设定部43b设定用于驱动马达52的磁束基准。例如，在减弱磁束的磁束减弱控制中，在调制度达到饱和的情况下(图3(3)(D))，减弱磁束使调制度降低而释放饱和状态后，进行逐渐使磁束恢复的控制(参照图3(3)(D)(E))。
例如，在输出INV控制切换标志(FLG_INV)信号的期间，有CNV被门阻挡而直流电压降低了时调制度增加达到饱和的情况。在本实施例中，为了防止这样的情况，伴随着直流电压的降低，磁束基准设定部43b进行减弱马达52的磁束的设定(磁束减弱控制，图3(3))，由此使上述调制度缓慢增加(图3(3)(D))，从而能够在规定的范围内更长时间地保持马达的转速、磁束以及转矩。
上述的转矩减小控制以及磁束减弱控制能够组合某一方或者两方的控制来进行。其目的在于，允许在允许范围内的直流电压(VDC)的降低，在允许范围内对直流电压进行保持，在可能的范围内继续马达52的运转。
由转矩基准设定部43a设定的转矩基准以及由磁束基准设定部43b设定的磁束基准被输入到电流基准运算部44。
电流基准运算部44进行用于按照所输入的转矩基准以及磁束基准来继续上述运转的运算，设定电流基准，将设定的电流基准输入到电流控制部45。
电流控制部45对由电流基准运算部44设定的电流基准和由电流检测部46检测到的马达52的电流进行比较。其比较结果被输入到电压基准设定部48。
电压基准设定部48按照从电流控制部45输入的比较结果设定电压基准，输入到PWM控制部49。
PWM控制部49按照从电压基准48输入的电压基准来设定脉冲宽度、脉冲数等，并输入到CNV/INV51。
CNV(转换器)/INV(逆变器)51基于从PWM控制部输入的脉冲宽度、脉冲数等，CNV按照从发电机50输出的交流电力生成直流电力，INV31按照上述直流电力生成为了驱动马达52而需要的交流电力。
CNV门阻挡标志(FLG_CNV_GB)被输入到CNV/INV51。这是在上述那样设置CNV门阻挡标志的情况下，按照该信号，仅对转换器(CNV)进行门阻挡，逆变器进行上述的转矩减小控制或者磁束减弱控制等逆变器控制。
图3是对图2涉及的系统电源扰乱检测时的逆变器控制进行说明的时间图。下面对(1)电源正常动作时、(2)(FLG_CNV_GB)开启(ON)动作时、(3)磁束减弱动作时、(4)转矩减小动作时、(5)(CNV_GB)开启(ON)动作时、(6)电源正常动作时各自的情况下的动作进行说明。
(1)电源正常动作时
电源正常动作时是，电源异常时设置的电源异常位成为复位状态(“0”电平)。
在电源正常时，以下，直流电压、速度、调制度、磁束以及转矩电流进行稳定动作。因此，以图示的电平进行稳定动作。
(2)(FLG_CNV_GB)开启(ON)动作时
(FLG_CNV_GB)开启(ON)动作时是，触发器32设置了的状态((FLG_CNV_GB)为“1”电平)，检测到了电源扰乱的状态。作为该情况的对应的一个，使用对转换器进行门阻挡，直接驱动逆变器的方法。图3示出该状态的动作。
此时，由于对转换器进行门阻挡，直流电压降低((2)(B))。另一方面，伴随着直流电压的降低，调制度反比例地增加((2)(D))，因此在调制度的允许范围内，速度、磁束、转矩在规定的范围内被保持((2)(C)、(E)、(F))。
然而，调制度伴随着增加而饱和，因此在(FLG_CNV_GB)开启(ON)动作时，输出INV控制切换标志(FLG_INV)，因此也能使用该信号来进行磁束减弱控制。即，通过减弱磁束而如((2)(E)b)所示的波形那样磁束缓慢衰减，伴随于此，调制度缓慢增加，能够抑制调制度的饱和。
(3)磁束减弱
如上述那样，通过减弱磁束，来抑制调制度的饱和，由此调制度缓慢增加((3)、(D)b)。其结果，即使直流电压降低，只要是在允许的范围内，速度、磁束、转矩在规定的范围内被保持。
(4)转矩减小
通过以转矩电流成为负电流的方式来减小转矩(图3(4)(F))，速度会降低((4)(C))，但会在再生方向上流动电流，直流电压逐渐上升((4)(B))。
(5)(FLG_CNV_GB)开启(ON)动作时
停止上述(4)转矩减小处理后，转矩复原，直流电压的上升停止，直流电压逐渐降低((5)(B))，速度上升((5)(C))。伴随着直流电压的降低，调制度与上述相同地上升((5)(D))。
(6)电源正常
电源正常地复原后，AND电路18的输出信号即INV控制切换标志(FLG_INV)变成关闭(OFF)。其结果，直流电压((6)(B))、速度((6)(C))、调制度((6)(D))复原到正常状态。
如以上说明的那样，能够提供：在因电源扰乱而PLL控制变得异常的情况等下，通过对转换器进行门阻挡来避免转换器的过电流和/或过电压的同时，逆变器对转矩电流进行减小而保持直流电压，在励磁的状态下直接继续运转的电力转换装置，或者，通过以在二极管整流的峰值直流电压下能够输出的电压进行限位，从而以弱磁场保持速度，继续运转的电力转换装置。
附图标记的说明
10 输入电源扰乱检测部
11a 电压变动检测部
11b 绝对值计算部
11c 输入电压电平判断部
12a 电流变动检测部
12b 绝对值计算部
12c CNV控制电流电平判断部
13a 绝对值计算部
13b CNV控制电压电平判断部
13b CNV控制电压电平判断部
14 OR电路
15 CNV控制电压复原电平判断部
20 CNV异常检测部
21 CNV电流电平判断部
22 CNV直流电压电平判断部
23 OR电路
30 直流电压电平判断部
31，33 AND电路
32 触发器
41 速度基准设定部
42 速度控制部
43 转矩/磁束基准设定部
44 电流基准运算部
45 电流控制部
46 电流检测部
47 速度检测部
48 电压基准设定部
49 PWM控制部
50 发电机
51 CNV/INV
52 马达

Claims (5)

1.一种电力转换装置，具备将交流电力转换为直流电力的转换器CNV以及将该直流电力转换为交流电力的逆变器INV，
该电力转换装置具备：
电源扰乱检测机构，对电源扰乱进行检测；
CNV门阻挡机构，在由上述电源扰乱检测机构检测到电源异常扰乱且满足规定的功能动作必要条件时，以上述转换器输出的直流电压下降的方式对该转换器的控制进行门阻挡；
INV控制切换机构，在从上述CNV门阻挡机构输出CNV门阻挡标志信号且上述直流电力的直流电压在规定的电压以下的情况下，对上述逆变器的控制进行切换；以及
逆变器控制机构，基于从上述INV控制切换机构输出的INV控制切换标志信号来控制逆变器，
在通过上述电源扰乱检测机构检测到电源扰乱时，通过上述CNV门阻挡标志信号对上述转换器进行门阻挡，并且上述逆变器控制机构在上述INV控制切换标志信号被输出的期间控制成继续上述逆变器的动作，
上述电源扰乱检测机构还具备：
第1机构，检测并判断CNV控制电流的变动；以及
第2机构，检测并判断CNV控制电压的变动，
上述第1机构具备：
电流变动检测部，将作为CNV控制电流的CNVd轴电流反馈的变动作为差分电流进行检测；
绝对值计算部，对由上述电流变动检测部检测到的差分电流的绝对值进行计算；以及
CNV控制电流电平判断部，将由上述绝对值计算部计算出的差分电流的绝对值与CNV控制电流检测电平比较，在该比较的结果是上述差分电流的绝对值超过上述CNV控制电流检测电平的情况下，判断为检测到CNV控制电流的变动，输出CNV控制电流异常信号，
上述第2机构具备：
绝对值计算部，对作为CNV控制电压的CNVd轴电压反馈的绝对值进行计算；以及
CNV控制电压电平判断部，将由上述绝对值计算部计算出的CNVd轴电压反馈的绝对值与CNV控制电压检测电平比较，在该比较的结果是上述CNVd轴电压反馈的绝对值超过CNV控制电压检测电平的情况下，判断为检测到CNV控制电压的变动，输出CNV控制电压异常检测信号。
2.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，
上述电源扰乱检测机构具备对输入电源的变动进行直接检测的第3机构，
上述第3机构具备：
电源变动检测部，将输入电压的变动作为差分电压来检测；
绝对值计算部，对由上述电源变动检测部检测到的差分电压的绝对值进行计算；以及
输入电压电平判断部，将由上述绝对值计算机构计算出的差分电压的绝对值与输入电压变动检测电平比较，在该比较的结果是上述差分电压的绝对值超过上述输入电压变动检测电平的情况下，判断为检测到输入电压的变动，输出输入电压异常检测信号。
3.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，
上述逆变器控制机构，
通过上述CNV门阻挡标志信号被输出，上述转换器被门阻挡，直流电压降低，但调制度增加，因此能够在规定的范围内保持马达的转速、磁束以及转矩。
4.如权利要求1或3所述的电力转换装置，其特征在于，
上述逆变器控制机构还具备对用于驱动马达的磁束基准进行设定的磁束基准设定部，
通过上述CNV门阻挡标志信号被输出，上述转换器被门阻挡，直流电压降低，此时，为了防止调制度增加而达到饱和，上述磁束基准设定部在上述INV控制切换标志信号被输出的期间，伴随着上述直流电压的降低，进行减弱上述马达的磁束的设定，由此使上述调制度缓慢地增加，从而能够在规定的范围内更长时间地保持马达的转速、磁束以及转矩。
5.如权利要求4所述的电力转换装置，其特征在于，
上述逆变器控制机构还具备对用于驱动马达的转矩基准进行设定的转矩基准设定部，
通过上述CNV门阻挡标志信号被输出，上述转换器被门阻挡，直流电压降低，此时，为了保持或者增加直流电压，上述磁束基准设定部在上述INV控制切换标志信号被输出的期间进行减小转矩基准的设定，由此来保持或者增加直流电压。
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