JP7601809B2 - 電力変換装置、電力変換方法、および、産業機器 - Google Patents
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Description
実施の形態1を図1から図6を用いて説明する。
図1は電力変換装置の全体構成の一例を示す図である。電力変換装置100は、主回路部110と、制御回路ユニット120と、制御電源生成回路部130と、電流検出部3等とを備え、当該制御回路ユニット120に搭載しているマイクロコンピュータが電力変換装置100の動作を制御している。また、電力変換装置100は、三相交流電源1を直流電源に変換してスイッチング回路113に直流電力を供給し、前記スイッチング回路113がスイッチング動作をすることで、回転機2を運転する装置である。回転機2は、上述したように、例えばファン、ポンプ、圧縮機等の電気機器に組み込まれる。
三相交流電源1は、例えば発電所で発電された三相交流電源である。電源のR、SおよびTは、主回路部110に供給される。なお、主回路部110に供給される電源は三相交流電源に限定されるわけではない。例えば、電源は、単相交流電源や電池、パワーコンディショナから供給される直流電源であってもよい。ただし、電源が、単相交流電源や直流電源の場合には、主回路部110の構成も変化する。例えば、ダイオードブリッジ111が単相交流電源用に変形、又は、省略される形態があってもよい。以下の説明においては、電源が三相交流電源1である場合を例にして、主回路部110等の構成要素を説明する。
主回路部110は、三相交流電源1に接続され、直流変換部として機能するダイオードブリッジ111と、当該ダイオードブリッジ111によって直流電力が出力される出力端に並列接続される平滑部としての平滑コンデンサ112と、電力変換部として機能する、直流電力を交流電力に変換するスイッチング回路113を備える。スイッチング回路113から出力された交流電力は、回転機2に出力され、回転機2が当該交流電力によって回転する。なお、スイッチング回路113は制御回路ユニット120に搭載されているマイクロコンピュータによって交流電力の周波数と電圧が任意の値となるように制御されている。すなわち、スイッチング回路113を構成するIGBT等のトランジスタのゲートG1、G2、G3、G4、G5、G6に印加されるスイッチング信号SG1、SG2、SG3、SG4、SG5、SG6の波形が、制御回路ユニット120に搭載されているマイクロコンピュータによって制御されている。
電流検出部3は、電力変換部として機能するスイッチング回路113と回転機2とを電気的に接続する導電体に具備される。電流検出部3はホールセンサ等の電流センサである。電流検出部3は少なくとも2つのホールセンサ等の電流センサを当該導電体に近接させ、回転機2に流れる電流を検出する機能を有する。例えば、ホールセンサは電流値Iが流れた際に発生する磁束を検出して電圧信号Voutをアナログ出力する素子であり、IとVoutの関係はI=Vout・G(G=ゲイン)である。ゲインはホールセンサ毎に異なるため、検出する電流値によって選定される値である。
直流電圧検出部4は、分圧抵抗等の回路構成により平滑コンデンサ112の両端にかかる電圧を降圧し、制御回路ユニット120の入力可能な範囲の電圧によって、平滑コンデンサ112の両端にかかる電圧の変化を出力する。例えば、平滑コンデンサ112の両端にかかり得る最大の電圧を+5Vとすれば、0~+5Vの範囲の電圧を電圧信号Vedcとして、制御回路ユニット120に出力する。すなわち、直流電圧検出部4は、入力電圧がダイオードブリッジ111及び平滑コンデンサ112によって直流にされた直流電圧の変動を制御回路ユニット120が監視できるように機能している。
温度検出部5は、スイッチング回路113に内蔵されているサーミスタが温度の変化に対して抵抗値も変化する特性を利用した温度情報を電圧信号で出力する機能を有する。例えば、サーミスタと直列に抵抗器を接続し、サーミスタ又は当該抵抗器の一端に5Vを印加し、他端に0Vを印加する。この構成において、サーミスタの抵抗値が変化するとサーミスタと当該抵抗器の分圧比が変わる。したがって、当該抵抗器のいずれかのポイントの電圧を検出すると、当該ポイントの電圧は、サーミスタの抵抗値の変化に対応して変化する。サーミスタの温度と、当該ポイントの電圧を対応付けて、後述するマイクロコンピュータの内蔵メモリにあらかじめ記憶すれば、当該ポイントの電圧からサーミスタの温度を換算可能になる。なお、サーミスタはスイッチング回路113に内蔵されていなくとも外付け部品として実装されていてもよい。例えば、スイッチング回路113に直付けされていてもよい。
外部インタフェース部6は後述する外部機器7と有線または無線によって、情報を送受信することが可能な回路部として構成されることが可能である。例えば、外部インタフェース部6は、外部機器7から回転機2に対するインストラクションを受信し、回転機2の始動、回転機2の回転の減速及び加速、回転機2の停止等を後述する制御回路ユニット120を介して実行することが可能である。また、外部インタフェース部6は、外部機器7からプログラムを受信し、制御回路ユニット120の図示しない記憶部に記憶させることが可能である。制御回路ユニット120は当該プログラムに基づいて、回転機2を制御することが可能である。さらに、電流検出部3、直流電圧検出部4、及び、温度検出部5のあらたな特性情報を外部機器7から入力することも可能である。例えば、あらたな特性情報は、バージョンアップ情報や、電流検出部3、直流電圧検出部4、温度検出部5のすくなくともいずれか一つの交換に伴う係数等の情報である場合がある。
外部機器7は、電力変換装置100と情報を送受信する機器である。外部機器7には、操作パネル、表示ランプ、通信機器、異常発報ブザーなどを挙げることができる。外部機器7は、電力変換装置100へのインストラクションや回転機2の運転状態の監視を実行することが可能である。また、通信機器は中継装置として機能し、外部または離れた場所にある、運転監視センター等に情報を中継することも可能である。運転監視センターは各所情報を収集し、中央管理する場所であってもよい。
制御電源生成回路部130は平滑コンデンサ112によって平滑された直流電圧からトランス部131およびスイッチング回路132により、トランス部131の2次側に制御電圧(電源電圧)を生成する。スイッチングICはMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)などで構成されており、制御電源調整部133によって制御される。制御電源調整部133はトランス部131の2次側巻き線の電圧をフィードバックし、一定電圧になるように制御する。しかしながら、2次側巻き線が複数ある場合は、フィードバック制御していない巻き線の電圧が1次側巻き線の電圧、2次側巻き線の負荷によって変動する。また、平滑された直流電圧が変動する場合には、2次側巻き線の電圧が変動する。
図1及び図2を用いて制御回路ユニット120の構成及び動作について説明する。図2に示すように、制御回路ユニット120は、PWM出力部121、第1アナログ検出部123、第2アナログ検出部122、第3アナログ検出部124、外部インタフェース処理部125、及び、制御部126を具備する。なお、制御部126の一例には、マイクロコンピュータが挙げられる。したがって、制御部126をマイクロコンピュータと読み替えることも可能である。また、制御回路ユニット120は、補正演算部140及び記憶部150をさらに具備する。
図4に電流検出部3の一例であるCT(Current Transformer)の出力電圧と制御部126の一例であるマイクロコンピュータの検出電流の関係を示す。CTとマイクロコンピュータにはそれぞれ異なる電源が制御電源生成回路部130から提供され、提供された電源の電圧値がCTの最大出力電圧値およびマイクロコンピュータの最大検出電圧値となる。すなわち、CT及びマイクロコンピュータは供給された電圧以上の信号電圧を情報として処理することはできない。
誤差[比]=1-CTの基準電圧端子の出力検出値[V]÷設定値2.5[V] ―(1)
誤差[%]=誤差[比]×100 ―(2)
図6は、電力変換装置100の補正処理を実行する手順の一例を示すフローチャートである。
なお、ステップS601とステップS602は実行順番が逆になってもよい。例えば、ステップS601において、補正演算部140は、記憶部150に記憶された基準デジタル電圧を記憶部150から入力することが可能である。そして、ステップS602において、第1アナログ検出部123は、電流検出部3が検出した電流を電圧に変換したアナログ電圧を入力し、デジタル値に変換することが可能である。また、第1アナログ検出部123は、電流検出部3に内蔵される、又は、電流検出部3の外部に設けられる図示しない定電圧出力部から出力されるアナログ一定電圧を入力し、デジタル値に変換することが可能である。
実施の形態2の構成及び動作について図7を用いて説明する。
実施の形態3の構成及び動作についても図7を用いて説明する。実施の形態3は、図7の過電流処理部129の構成及び動作に関する実施形態である。
2…回転機
3…電流検出部(定電圧出力部を含む)
4…直流電圧検出部
5…温度検出部
6…外部インタフェース部
7…外部機器
100…電力変換装置
110…主回路部
111…ダイオードブリッジ(直流変換部)
112…平滑コンデンサ(平滑部)
113…スイッチング回路(電力変換部)
120…制御回路ユニット(制御ユニット)
121…PWM出力部
122…第2アナログ検出部
123…第1アナログ検出部
124…第3アナログ検出部
125…外部インタフェース処理部
126…制御部
127…FM出力部
128…アナログ出力部
129…過電流処理部
130…制御電源生成回路部
131…トランス部
132…スイッチング回路
133…制御電源調整部
140…補正演算部
150…記憶部
Claims (12)
- 外部から供給される電源を直流に変換する直流変換部と、
前記直流変換部から出力される直流電流を平滑する平滑部と、
前記平滑部から出力される平滑電流をスイッチングする電力変換部と、
前記電力変換部を制御する制御ユニットを備える電力変換装置であって、
前記平滑部と並列接続され、前記制御ユニットの電源電圧を生成するトランス部と、
前記平滑電流が変動した場合にもアナログ一定電圧を出力する定電圧出力部と、
前記アナログ一定電圧を基準デジタル電圧としてあらかじめ記憶する記憶部と、
前記定電圧出力部から出力される前記アナログ一定電圧をデジタル一定電圧に変換する第1アナログ検出部と、
前記デジタル一定電圧と前記基準デジタル電圧とを比較し、前記制御ユニットの電源電圧を補正する補正係数を演算し、前記電源電圧を補正する補正演算部と、を備え、
前記第1アナログ検出部が変換可能なアナログ最大電圧は前記制御ユニットの前記電源電圧である電力変換装置。 - 前記電力変換部から出力される電流を電圧に変換して、検出出力電圧として出力する電流検出部をさらに備え、
前記第1アナログ検出部は、アナログ電圧である前記検出出力電圧をデジタル検出出力電圧に変換する請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記定電圧出力部は前記電流検出部に設けられ、前記電流検出部の前記検出出力電圧は、前記定電圧出力部の前記アナログ一定電圧を中心電圧として、検出されるべき電流が流れる方向及び検出されるべき電流の大きさに対応した電圧であり、
前記電流検出部は、前記アナログ一定電圧を前記検出出力電圧を出力する端子とは異なる端子から出力する請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記制御ユニットは、前記補正係数によって、前記制御ユニットの外部から入力される電圧情報及び電流情報を補正し、補正後の電圧情報及び電流情報を用いて内部演算を実行し、前記内部演算による内部演算情報を出力する請求項2または3に記載の電力変換装置。
- 内部演算情報は、FM信号情報、デジタル情報、及び、アナログ情報で出力可能である請求項4に記載の電力変換装置。
- 前記補正演算部は、前記補正係数によって、前記電流検出部の前記検出出力電圧を補正し、補正された補正検出出力電圧を出力し、
前記制御ユニットは、前記補正検出出力電圧を制御情報の一つとして、前記電力変換部を制御する請求項4または5に記載の電力変換装置。 - 前記補正検出出力電圧が、前記電力変換部に接続される電気機器の過電流を超える電流に対応する電圧であるか否かを判定する過電流処理部をさらに備える請求項6に記載の電力変換装置。
- 前記電力変換部には、温度検出部が設けられ、前記温度検出部が出力するアナログ温度電圧をデジタル温度電圧に変換する第2アナログ検出部をさらに備え、
前記補正演算部は、前記第2アナログ検出部の出力する前記デジタル温度電圧を前記補正係数によって補正し、補正された補正デジタル温度電圧を出力し、
前記制御ユニットは、前記補正デジタル温度電圧を含む前記制御情報によって、前記電力変換部を制御する請求項6に記載の電力変換装置。 - 前記制御ユニットのアナログ電源電圧をデジタル電源電圧に変換する第3アナログ検出部をさらに備え、
前記補正演算部は、前記第3アナログ検出部の出力する前記デジタル電源電圧を前記補正係数によって補正し、補正された補正デジタル電源電圧を出力し、
前記制御ユニットは、前記補正デジタル電源電圧を含む前記制御情報によって、前記電力変換部を制御する請求項6に記載の電力変換装置。 - 前記外部から供給される前記電源は、三相交流電源であり、
前記電流検出部は、三相のうち少なくとも2相に取り付けられる請求項2に記載の電力変換装置。 - 外部から供給される電源を直流に変換する直流変換部と、前記直流変換部から出力される直流電流を平滑する平滑部と、前記平滑部から出力される平滑電流をスイッチングする電力変換部と、前記電力変換部を制御する制御ユニットを備える電力変換装置の電力変換方法であって、
前記平滑部と並列接続されるトランス部が、前記制御ユニットの電源電圧を生成するステップと、
定電圧出力部が、前記平滑電流が変動した場合にもアナログ一定電圧を出力するステップと、
前記制御ユニットの記憶部が、前記アナログ一定電圧をデジタル電圧値情報としてあらかじめ記憶するステップと、
前記制御ユニットの第1アナログ検出部が、前記定電圧出力部の前記アナログ一定電圧をデジタル一定電圧に変換するステップと、
前記制御ユニットの補正演算部が、前記デジタル一定電圧と前記デジタル電圧値情報とを比較し、前記制御ユニットの電源電圧を補正する補正係数を演算して出力するステップと、を備え、
前記第1アナログ検出部が変換可能なアナログ最大電圧は前記制御ユニットの前記電源電圧である電力変換方法。 - 請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の電力変換装置と、
前記電力変換装置によって制御される回転機を含む電気機器と、を備える産業機器。
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| JP2022013336A JP7601809B2 (ja) | 2022-01-31 | 2022-01-31 | 電力変換装置、電力変換方法、および、産業機器 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2001259860A (ja) | 2000-03-23 | 2001-09-25 | Miyachi Technos Corp | 抵抗溶接電源装置 |
| JP2001282368A (ja) | 2000-03-31 | 2001-10-12 | Brother Ind Ltd | 入力電圧検出回路及び入力電圧検出方法 |
| JP2003086347A (ja) | 2001-09-10 | 2003-03-20 | Toshiba Corp | 加熱調理器及びアナログ/デジタル変換値補正方法 |
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