JPH0586149B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、電力変換装置の保護回路の誤動作を
検出する保護回路誤動作検出方法に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

銀行や空港などの社会的に重要な負荷の電源と
して使用される無停電電源装置は、高信頼性であ
ることは勿論のこと故障修復時間の短いことが要
求される。しかし、無停電電源装置の主要部であ
る自励インバータは、サイリスタの点弧順序が狂
つたり予定以上の負荷電流が流れると、故障停止
してしまう。例えば、負荷側で短絡が発生し過大
な負荷電流が流れると、自励インバータは自分の
スイツチング素子（例えばGTO）を保護するた
めに、負荷電流があるレベル以上に達すると瞬時
にインバータ動作を停止する。これにより、スイ
ツチング素子に流れる電流がその過電流耐量を越
えて、スイツチング素子を破壊するのを防止す
る。

このような従来の保護回路の問題点は次の通り
である。

すなわち、問題は保護回路そのものの不良もあ
りうることにある。保護回路内の部品が劣化して
誤つて保護回路が動作すると、負荷電流が異常で
もないのに自励インバータが停止してしまう。

部品が完全に劣化している場合には、故障停止
後の調査で保護回路の不良を発見することもでき
るが、不完全劣化による場合には故障停止後に部
品の表面的な不良が復帰してしまい、不良を発見
できないことがある。

更に困難なことには、負荷の異常の中には例え
ば短絡発生と同時に短絡部が溶断して短絡が解除
され、自励インバータを再運転すると何事もなか
つたように運転できる場合がある。

このため、保護回路内に故障原因があるのか、
あるいは負荷側で瞬時的な短絡が発生したのかを
判断するのが困難な場合があり、遂には原因不明
となることもある。このような場合は波形記録装
置をインバータに接続して次に故障が再発するの
を待つことになるが、真の故障原因を発見してそ
れを除去するまでに数個月を要することがある。

さて、近年、電力変換装置の制御回路における
マイクロコンピユータ化が進められているが、そ
の場合にも同様の問題が残る。制御回路のマイク
ロコンピユータ化により当然保護回路もソフトウ
エア化されようが、システムの信頼性あるいは保
護動作速度の点からどうしてもソフトウエア化で
きず、ハードウエアの保護回路として残らざるを
得ない部分がある。

例えば、前述の負荷の短絡を検出する保護回路
は、数十μSの速度で検出して保護を行なわなけ
れば到底スイツチング素子を保護することはでき
ない。このような高速動作をソフトウエアを介し
て行なうことはおよそ困難である。

従つて、ほとんどのマイクロコンピユータ制御
電力変換装置において、従来のハードウエアのコ
ンパレータによりレベル検出をする保護回路と主
回路電流・電圧をＡ／Ｄ変換器によりデイジタル
化した後に、ソフトウエアでレベル判定をする保
護回路との２本立てとなることが考えられるが、
さきに述べたハードウエアの保護回路誤動作の問
題は残る。

〔発明の目的〕

ここにおいて本発明は、従来手段の欠点に鑑み
てなされたもので、ハードウエアの保護回路の誤
動作を診断して故障原因の除去を短時間に行なえ
る電力変換装置の保護回路誤動作検出方法を提供
することを、その目的とする。

〔発明の概要〕

このため本発明は、ハードウエアの保護回路に
入力される主回路電流・電圧をＡ／Ｄ変換器によ
りデイジタル化し、このデータメモリに逐次書込
み、その記憶内容の異常の有無から保護回路の誤
動作を診断する。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の一実施例の構成を示すブロ
ツク図で、マイクロコンピユータ化制御回路の一
部分を表わす。

１は自励インバータ及び２は負荷であり、３は
アナログ量をデイジタル量に変換するＡ／Ｄ変換
器（ADC）で検出器１０により検出された主回
路電流・電圧はこれによりデイジタル化される。
４はプロセツサ回路（CPU）でマイクロコンピ
ユータ部の主制御部であり、５はリードオンリメ
モリ（ROM）でプログラムが格納され、６は書
込み可能メモリ（RAM）で通常のコンピユータ
動作に必要なRAMとしての役割りと本発明の一
つの要旨である主回路電流・電圧波形記憶のため
のRAMとしての役割りを果たす。７はデイジタ
ル出力回路でCPU４からの指令によりゲート回
路８にゲート遮断指令を送出する。９はハードウ
エアのコンパレータ回路で主回路電流・電圧のレ
ベル判定をしてその結果によりゲート回路８にゲ
ート遮断指令を送出する。ゲート回路８は通常は
インバータ１のスイツチング素子のオン・オフを
制御するゲート信号を送出するが、デイジタル出
力回路７あるいはコンパレータ回路９からゲート
遮断指令が送出されると、前記ゲート信号を遮断
する。

本発明の作用を前述の負荷短絡検出用保護回路
の誤動作に関して説明する。

負荷短絡の場合には負荷電流の立上りが急峻な
ので、負荷電流が負荷短絡検出レベルに達してか
ら数十μS以内に保護動作を行なう必要があり、
ソフトウエアを介する保護回路でそれを行なうこ
とはおよそ困難である。

このため第１図に示すようにハードウエアのコ
ンパレータ９により、負荷電流I_Lが例えば定格電
流の170％に達したことを検出して、ゲート回路
８にゲート遮断指令を送出して自励インバータ１
を瞬時に停止する。

一方、負荷２の異常には前述の負荷短絡の他に
過負荷（例えば100％）あるいは過負荷継続（例
えば150％が10秒間続く）などがあるが、これら
は負荷短絡の場合と異なり瞬時に保護動作を行な
う必要がなく、従つてソフトウエアによる保護回
路で対処できる。

過負荷継続の場合におけるソフトウエアによる
保護動作について説明する。

Ａ／Ｄ変換器３により負荷電流I_Lをデイジタル
化し、ソフトウエアによりそれが150％を越えた
か否かを判定する。さらに同様にソフトウエアに
より150％を越えた時間が10秒間継続したことを
検知すると、デイジタル出力回路７からゲート回
路８にゲート遮断指令を送出して、自励インバー
タ１を停止させる。

以上がソフトウエアによる保護回路の一例であ
るが、本発明の一つの要旨は負荷電流I_Lをデイジ
タル化した後に、そのデータを逐次RAM６に書
き込むことにある。負荷電流I_LのＡ／Ｄ変換はあ
る一定のサンプリング周期で行なわれるので、
RAM６への書き込みもその周期で行なわれる。
故障発生後にRAM６への書き込みを停止すれば
RAM６内の記憶データは故障発生前後の負荷電
流I_Lの推移を表わすことになる。

実際に負荷短絡を発生させた時の負荷電流I_Lの
RAM６内の記憶データをグラフ化すると第２図
ａのようになる。これは３相の交流波形を全波整
流した後にデイジタル化してRAM６に書き込ん
だものでt₁は故障検出時点である。明らかに時点
t₁で負荷２に異常な電流が流れたことが検知され
ている。発明者の経験によれば出力周波数の30倍
程度のサンプリング周波数でRAM６への書き込
みを行なえば、負荷電流の異常を検知できること
が分つた。

一方、第２図ｂはコンパレータ回路９の誤動作
（その時点t₁）を模擬した場合の負荷電流I_Lの
RAM６内の記憶データをグラフ化したものであ
るが、第２図ａと異なり何ら異常が認められな
い。

上述したような負荷電流I_Lの記憶データを基に
した保護回路の診断プログラムは第３図のように
なる。

すなわち、負荷短絡を検出して（ステツプ32）
インバータ１が停止すると、負荷電流I_LのRAM
６内の記憶データをレベル判定し、例えば170％
を越えているものがあるか否かを調べていく（ス
テツプ33）。一つでも越えているものがあれば、
実際に負荷短絡が発生したと診断して「負荷短
絡」の故障表示を行なう（ステツプ34）。負荷電
流I_Lの記憶データ全てに170％を越えているもの
がなければ、保護回路が誤動作したものと診断し
て「保護回路誤動作」の故障表示を行なう（ステ
ツプ35，36）。後者の場合は、場合によつてはイ
ンバータ１を再始動させてもよい。診断の判定基
準として必ずしもコンパレータ回路９のレベル判
定基準である170％である必要はなく、むしろ、
それよりも低く、かつ正常時に想定しうる最大の
負荷電流値よりも高い値を判定の基準として選ん
だ方がよい。

次に本発明の他の実施例を説明する。前述の一
実施例における保護回路の誤動作の診断はあくま
でＡ／Ｄ変換器３が正常であることを前提として
いる。もし、Ａ／Ｄ変換器３が異常である場合に
負荷短絡が発生すると、実際に負荷短絡が発生し
たにもかかわらず、「保護回路誤動作」の故障表
示が出ることになり、かえつて故障原因の追求に
混乱を招くことにもなりかねない。

そこで、本発明の実施例として第１図のＡ／Ｄ
変換器３に第４図に表わすように基準電圧回路１
２と切換スイツチ１１を設ける。負荷短絡が発生
すると切換スイツチ１１によりＡ／Ｄ変換器３へ
の入力を負荷電流I_Lから基準電圧回路１２に切り
換える。しかる後に基準電圧（例えば＋5V）を
入力してデイジタル化し、それがある範囲内にあ
るか否かを調べる。もし範囲外であればＡ／Ｄ変
換器の異常と診断し、保護回路誤動作の診断を行
なわない。この場合には「負荷短絡」と「Ａ／Ｄ
変換器異常」の両方を故障表示する。以上の診断
プログラムをフローチヤートに示すと第５図のよ
うになる。

これまでの記載では自励インバータにおける負
荷短絡の場合を例にとり説明したが、交流の過電
圧、交流の不足電圧、直流の過電圧、直流の不足
電圧、他の保護回路においても同様の誤動作診断
が行なえること、更に電力変換装置として自励イ
ンバータのみならず、整流器、チヨツパあるいは
他励インバータなどについても同様に適用できる
ことは言うまでもない。

〔発明の効果〕

かくして本発明によれば、従来困難であつた保
護回路の誤動作を直ちに検知でき、特に部品の不
完全劣化による誤動作の場合の自励インバータの
故障修復時間を著しく短縮することができ、無停
電電源装置の信頼度向上に寄与するところ大であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２
図は負荷短絡時及び保護回路誤動作時の各々の
RAM内の記憶データをグラフ化した図、第３図
は本発明に係わる診断フローチヤート、第４図は
他の実施例を示す構成図、第５図は他の実施例に
おける診断フローチヤートである。 １…自励インバータ、２…負荷、３…Ａ／Ｄ変
換器、４…プロセツサ回路（CPU）、５…リード
オンリメモリ（ROM）、６…書込み可能メモリ
（RAM）、７…デイジタル出力回路、８…ゲート
回路、９…コンパレータ回路、１０…検出器、１
１…切換スイツチ、１２…基準電圧回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電力変換装置における各部の電流あるいは電
   圧を検出してコンパレータ回路へ与え、前記コン
   パレータ回路で前記検出した値と設定値とを比較
   し、前記検出値が前記設定値に到達した際に、電
   力変換装置を停止又は警報表示させる電力変換装
   置の保護回路において、 前記検出した値をアナログからデイジタルに変
   換し、そのデイジタル化されたデータを逐時書込
   み可能メモリに書込み、且つ、前記保護回路の動
   作後に前記書込みを停止し、前記データの中に前
   記設定値に到達したデータが存在しないことを条
   件として保護回路の誤動作を検出することを特徴
   とする電力変換装置の保護回路誤動作検出方法。 ２ 前記検出した値をアナログからデイジタルへ
   変換する回路が正常であることを条件に保護回路
   の誤動作を検出することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の電力変換装置の保護回路誤動作
   検出方法。