專(zhuān)利名稱(chēng)：電力變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力變換裝置。
背景技術(shù)：
作為電力變換裝置的逆變器不僅在以工業(yè)界而且在家電產(chǎn)品中 也被廣泛用作交流電動(dòng)機(jī)的速度控制裝置。在使交流電動(dòng)機(jī)減速的情 況下，在電動(dòng)機(jī)的減速時(shí)旋轉(zhuǎn)能量作為靜電能量積蓄到處于電力變換 裝置的直流中間電路的平滑電容器中，但由于其可以處理的積蓄量 小，所以平滑電容器的兩端電壓上升，設(shè)置在電力變換裝置的直流中 間電路內(nèi)的過(guò)電壓檢測(cè)保護(hù)電路動(dòng)作，而電力變換裝置停止。
因此，在電力變換裝置中，在上述直流中間電路中搭載有再生制 動(dòng)電路，在上述交流電動(dòng)機(jī)的減速時(shí)，使用再生制動(dòng)電阻器將旋轉(zhuǎn)能 量以熱能方式消耗。
上述再生制動(dòng)電阻器以及再生制動(dòng)電路內(nèi)的功率半導(dǎo)體的額定 值是有限的，所以如果超過(guò)該容許電力容量而繼續(xù)使用，則對(duì)再生制 動(dòng)電阻器以及功率半導(dǎo)體施加極其大的電力而由于電氣性的發(fā)熱導(dǎo) 致熱破壞。因此，在再生制動(dòng)電阻器中，預(yù)定有作為可以容許的定量
數(shù)值的容許負(fù)載時(shí)間率(以下稱(chēng)為。/oED)。
因此電力變換裝置構(gòu)成為對(duì)設(shè)置于上述直流中間電路內(nèi)的再生 制動(dòng)電路的動(dòng)作累積時(shí)間進(jìn)行管理，在其百分比超過(guò)上述再生制動(dòng)電 阻器的MED而繼續(xù)使用的情況下，為了保護(hù)再生制動(dòng)電阻器而不受 起因于電氣性發(fā)熱的熱破壞的影響，切斷設(shè)置于上述直流中間電路中 的再生制動(dòng)電路內(nèi)的開(kāi)關(guān)元件，切斷再生制動(dòng)電阻器中流過(guò)的電流。
但是，關(guān)于作為電力變換裝置內(nèi)部的直流中間電路內(nèi)設(shè)置的再生 制動(dòng)電路的開(kāi)關(guān)元件用功率半導(dǎo)體的容許負(fù)載時(shí)間率的％ ED ，未嚴(yán)格地進(jìn)行規(guī)定，主要根據(jù)與再生制動(dòng)電阻器的相關(guān)僅決定了 ％EDR。
電力變換裝置中使用的IGBT等功率半導(dǎo)體由于電力變換時(shí)的 電氣發(fā)生損失而發(fā)熱，如果即使超過(guò)半導(dǎo)體元件的動(dòng)作界限溫度也仍 在發(fā)熱的狀態(tài)下繼續(xù)使用，則半導(dǎo)體元件有可能發(fā)生熱破壞而無(wú)法動(dòng) 作。因此，構(gòu)成為具備冷卻功率半導(dǎo)體的冷卻葉片和冷卻風(fēng)扇，使來(lái) 自作為發(fā)熱體的功率半導(dǎo)體的熱向冷卻葉片熱傳導(dǎo)，利用冷卻風(fēng)扇將 空氣送到冷卻葉片以進(jìn)行熱交換而實(shí)現(xiàn)散熱。
在專(zhuān)利文獻(xiàn)l的第0007段中，記載有"具備連接在上述平滑用 電容器的兩端上的制動(dòng)電阻和開(kāi)關(guān)的串聯(lián)電路；在上述平滑用電容器 的兩端的電壓超過(guò)規(guī)定值時(shí)使上述開(kāi)關(guān)閉合的電壓檢測(cè)電路；根據(jù)來(lái) 自外部的開(kāi)始指令，合計(jì)規(guī)定期間(T)內(nèi)的上述開(kāi)關(guān)閉合的時(shí)間， 并輸出該合計(jì)時(shí)間(Et)的合計(jì)電路；根據(jù)上述期間(T)和合計(jì)時(shí) 間(2t)運(yùn)算上述制動(dòng)電阻的使用率(X%: X= (Et/T) *100)的使 用率運(yùn)算電路；以及在上述期間(T)結(jié)束時(shí)向外部顯示上述使用率 (X% )的顯示電路"。
另外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2以及專(zhuān)利文獻(xiàn)3中，記栽有進(jìn)行再生制動(dòng)電 阻的過(guò)負(fù)載保護(hù)以及過(guò)熱保護(hù)的內(nèi)容。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特許第3648932號(hào)
專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)平5 - 168287號(hào)公報(bào)
專(zhuān)利文獻(xiàn)3:日本特許平10 - 229607號(hào)公才艮
在上述以往技術(shù)中，記載了基于再生制動(dòng)電阻器的容許負(fù)載時(shí)間
率。/。ED管理的過(guò)負(fù)載保護(hù)以及過(guò)熱保護(hù)，但未記栽與再生制動(dòng)電路
內(nèi)的功率半導(dǎo)體相關(guān)的。/。ED管理。因此，存在未考慮如下方面的問(wèn)
題由于電氣發(fā)生損失而發(fā)熱，如果即使超過(guò)上述再生制動(dòng)電路內(nèi)的 功率半導(dǎo)體元件的動(dòng)作界限溫度也仍在發(fā)熱的狀態(tài)下繼續(xù)使用，則功
率半導(dǎo)體元件發(fā)生熱破壞而無(wú)法動(dòng)作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，對(duì)設(shè)置于電力變換裝置內(nèi)部的再生制動(dòng)電路內(nèi)的功率半導(dǎo)體的容許負(fù)載時(shí)間率。/。ED也進(jìn)行管理，而實(shí)現(xiàn)功率半 導(dǎo)體的有效利用，并且提高電力變換裝置的性能。
用于解決上述目的的本發(fā)明的具體方式如下所述。一種電力變換 裝置，輸出可變電壓可變頻率的交流電力，其特征在于，具備正變 換器，對(duì)交流電源的交流電壓進(jìn)行整流而變換成直流電壓；直流中間 電路，具有對(duì)該正變換器的直流電壓進(jìn)行平滑化的平滑電容器；檢測(cè) 電路，檢測(cè)上述直流中間電路的電壓；再生制動(dòng)電路，設(shè)置在上述直 流中間電路中；定時(shí)器，累計(jì)上述再生制動(dòng)電路的動(dòng)作累積時(shí)間；以 及逆變換器，將上述正變換器的直流電壓變換成交流電壓，其中，能 夠獨(dú)立地設(shè)定與上述直流中間電路中具備的再生制動(dòng)電路上連接的 再生制動(dòng)電阻器的容許負(fù)載時(shí)間率％ E D和再生制動(dòng)電阻器的電阻值 R。
進(jìn)而，在上述方式中，更優(yōu)選的具體方式如下所述。
(1) 具備設(shè)定上述制動(dòng)電阻器的％ EDR和制動(dòng)電阻器的電阻值 R的操作面板，顯示部設(shè)置在該操作面板中。
(2) 具有將與預(yù)先通過(guò)運(yùn)算求出的制動(dòng)電阻器的電阻值R對(duì)應(yīng) 的上述再生制動(dòng)電路內(nèi)的功率半導(dǎo)體的％EDPM存儲(chǔ)成相關(guān)一覽數(shù)據(jù) 的非易失性的存儲(chǔ)器。
(3) 從上述非易失性的存儲(chǔ)器讀出與上述設(shè)定的制動(dòng)電阻器的 電阻值R對(duì)應(yīng)的上述再生制動(dòng)電路內(nèi)的功率半導(dǎo)體的。/。EDpM。
(4) 具有在由上述檢測(cè)電路檢測(cè)出的電壓成為規(guī)定電壓以上時(shí)， 使上述再生制動(dòng)電路動(dòng)作的驅(qū)動(dòng)電路。
(5) 具有對(duì)上述再生制動(dòng)電路動(dòng)作的時(shí)間(t)進(jìn)行累計(jì)(St) 的定時(shí)器。
(6) 在由上述定時(shí)器累計(jì)的累積時(shí)間百分比(St/T*100)達(dá)到 上述再生制動(dòng)電阻器的％EDR和上述再生制動(dòng)電路內(nèi)的功率半導(dǎo)體 的。/。EDpm中的較小的一方的情況下，不切斷上述電力變換裝置的輸 出，而僅切斷上述再生制動(dòng)電路。
(7) 在經(jīng)過(guò)預(yù)先規(guī)定的時(shí)間T之后自動(dòng)清除(將累計(jì)時(shí)間設(shè)為零)由上述定時(shí)器累計(jì)的累積時(shí)間。
(8)在僅切斷了上述再生制動(dòng)電路時(shí)，在上述操作面板的顯示 部上顯示該異常。
根據(jù)本發(fā)明，對(duì)設(shè)置于電力變換裝置內(nèi)部的再生制動(dòng)電路內(nèi)的功 率半導(dǎo)體的容許負(fù)載時(shí)間率。/。ED也進(jìn)行管理，而實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)電路 內(nèi)的功率半導(dǎo)體的有效利用，并且提高電力變換裝置的性能。


圖l是電力變換裝置的主電路結(jié)構(gòu)的概要圖。
圖2是電力變換裝置的主電路部件配置圖的一個(gè)例子。
圖3是再生制動(dòng)電路中流過(guò)的電流路徑圖。
圖4是與設(shè)定電阻值和再生制動(dòng)電路內(nèi)IGBT的容許負(fù)載時(shí)間率 (%ED)相關(guān)數(shù)據(jù)相關(guān)的非易失性存儲(chǔ)器內(nèi)容的一個(gè)例子。 圖5是再生制動(dòng)器的。/。ED和電阻值的設(shè)定一個(gè)例子。 圖6是設(shè)定電阻值R和再生制動(dòng)電路內(nèi)IGBT的容許負(fù)載時(shí)間 率(％ED)相關(guān)圖的一個(gè)例子。
標(biāo)號(hào)說(shuō)明 1正變換器 2平滑用電容器 3逆變換器 4交流電動(dòng)機(jī) 5控制電路 6冷卻風(fēng)扇 7數(shù)字操作面板 8驅(qū)動(dòng)電路 9再生制動(dòng)電路 10電力變換裝置 11功率半導(dǎo)體12冷卻葉片
13樹(shù)脂模制殼
14主電路基板
R、 S、 T輸入電源交流端子
BR再生制動(dòng)電阻器
具體實(shí)施例方式
以下，利用圖1~圖6對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。另外， 本發(fā)明不限于圖示例子。 實(shí)施例1
圖l是本實(shí)施例中的電力變換裝置的電路結(jié)構(gòu)的概要圖。l是將 交流電力變換成直流電力的正變換器，2是處于直流中間電路中的平 滑用電容器，3是將直流電力變換成任意頻率的交流電力的逆變換器， 4是交流電動(dòng)機(jī)。
6是用于冷卻上述正變換器以及逆變換器內(nèi)的功率模塊的冷卻 風(fēng)扇，7是可以對(duì)電力變換裝置的各種控制數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)定、變更、異 常狀態(tài)以及監(jiān)視顯示的數(shù)字操作面板。
5是控制逆變換器的開(kāi)關(guān)元件、起到控制電力變換裝置整體的作 用、且搭載有微型機(jī)(控制運(yùn)算裝置)的控制電路，其構(gòu)成為可以根 據(jù)從數(shù)字操作面板7輸入的各種控制數(shù)據(jù)進(jìn)行所需的控制處理?？刂?電路5根據(jù)利用數(shù)字操作面板7輸入的各種控制數(shù)據(jù)對(duì)逆變換器3的 開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行控制，另外還進(jìn)行裝置整體所需的控制處理。
雖然省略了內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但搭載有根據(jù)來(lái)自存儲(chǔ)了各種控制數(shù)據(jù)的 存儲(chǔ)部的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的信息進(jìn)行運(yùn)算的微型機(jī)(控制運(yùn)算裝置)。8是 驅(qū)動(dòng)逆變換器的開(kāi)關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路8根據(jù)來(lái)自控制電路 5的指令來(lái)驅(qū)動(dòng)逆變換器3的開(kāi)關(guān)元件和再生制動(dòng)電路9內(nèi)的開(kāi)關(guān)元
件等。構(gòu)成為在上述直流中間電路的電壓VpN檢測(cè)電路的檢測(cè)值成為
規(guī)定電壓以上時(shí)，驅(qū)動(dòng)上述再生制動(dòng)電路9內(nèi)的開(kāi)關(guān)元件。進(jìn)而，搭 載于控制電路5的微型機(jī)使用定時(shí)器對(duì)上述再生制動(dòng)電路的動(dòng)作累積時(shí)間進(jìn)行累計(jì)管理。
另外，構(gòu)成為在由該定時(shí)器累計(jì)的累積時(shí)間百分比超過(guò)規(guī)定的％
ED時(shí)，不切斷上述電力變換裝置的輸出，而僅切斷上述再生制動(dòng)電 路的動(dòng)作，在上述數(shù)字操作面板7上顯示該異常。另外，在驅(qū)動(dòng)電路 8內(nèi)搭載有開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器電路(DC/DC轉(zhuǎn)換器)，生成電力變換裝置的 運(yùn)轉(zhuǎn)所需的各直流電壓，將其供給到各結(jié)構(gòu)。9是設(shè)置于直流中間電 路的再生制動(dòng)電路，IO是電力變換裝置。
在上述再生制動(dòng)電路9內(nèi)，作為代表性的開(kāi)關(guān)元件搭載有IGBT。 當(dāng)然，該元件不限于IGBT,只要是具有作為開(kāi)關(guān)元件的形態(tài)的元件 即可。BR是再生制動(dòng)電阻器，發(fā)揮在交流電動(dòng)機(jī)的減速時(shí)將旋轉(zhuǎn)能 量以熱能方式消耗的作用。
搭栽于上述再生制動(dòng)電路9內(nèi)的IGBT的額定電流是有限的，所 以為了不使該IGBT破壞，針對(duì)每個(gè)電力變換裝置的容量還將與再生 制動(dòng)電路可以連接的制動(dòng)電阻器BR的容許最小電阻值Rmin預(yù)先設(shè) 定成產(chǎn)品規(guī)格。該容許最小電阻值Rmin記載于電力變換裝置的產(chǎn)品 目錄或操作說(shuō)明書(shū)中。
可以從操作面板7設(shè)定并變更電力變換裝置的各種控制數(shù)據(jù)。在 操作面板7中設(shè)置有可以進(jìn)行異常顯示的顯示部，如果檢測(cè)到電力變 換裝置中的異常，則在該顯示部上進(jìn)行顯示。作為本實(shí)施例的操作面 板7,其種類(lèi)沒(méi)有特別限定，但作為數(shù)字操作面板考慮裝置使用者的 操作性而構(gòu)成為可以一邊觀察顯示部的顯示一邊進(jìn)行操作。
另外，顯示部無(wú)需一定與操作面板7—體構(gòu)成，但優(yōu)選一體構(gòu)成 為操作面板7的操作者可以一邊觀察顯示一邊進(jìn)行操作。
從操作面板7輸入的電力變換裝置的各種控制數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到未圖 示的存儲(chǔ)部中。由于作為電力變換裝置的逆變器是公知的技術(shù)，所以 省略詳細(xì)的說(shuō)明。
圖2是主電路部件配置圖的一個(gè)例子。正變換器1和逆變換器3 以及再生制動(dòng)電路9是搭載于一個(gè)模塊內(nèi)的復(fù)合模塊。具備冷卻構(gòu)成 為復(fù)合模塊的功率半導(dǎo)體11的冷卻葉片12和冷卻風(fēng)扇6，使來(lái)自作為發(fā)熱體的功率半導(dǎo)體11的熱熱傳導(dǎo)到冷卻葉片12，利用冷卻風(fēng)扇 6將空氣送到冷卻葉片以進(jìn)行熱交換而實(shí)現(xiàn)散熱。
14是主電路基板，13是樹(shù)脂模制殼。在構(gòu)成為復(fù)合模塊的功率 半導(dǎo)體ll中，搭載有溫度檢測(cè)器而檢測(cè)功率模塊內(nèi)部的溫度。該溫
度檢測(cè)器由電阻值根據(jù)溫度而變化的熱敏電阻器構(gòu)成。
圖3是示出再生制動(dòng)電路動(dòng)作時(shí)流過(guò)的電流路徑的圖。在由電力 變換裝置10驅(qū)動(dòng)的交流電動(dòng)機(jī)4減速的情況下，由于作為旋轉(zhuǎn)體的 交流電動(dòng)機(jī)的慣性，旋轉(zhuǎn)能量被回饋到作為電源的電力變換裝置內(nèi)部 的平滑電容器2。在該情況下，平滑電容器2將上述旋轉(zhuǎn)能量積蓄成 靜電能量，但在旋轉(zhuǎn)能量大的情況下，該平滑電容器的兩端電壓VPN 增加，所以構(gòu)成為檢測(cè)該電壓VPN，并在檢測(cè)電壓值成為規(guī)定電壓 VPNDO以上時(shí)切斷電力變換裝置的輸出，而附加用于從該過(guò)電壓保護(hù) 該平滑電容器2的過(guò)電壓保護(hù)功能。
因此，以避免過(guò)電壓保護(hù)功能的動(dòng)作為目的，在電力變換裝置中 附加用于使用再生制動(dòng)電阻器BR將在交流電動(dòng)機(jī)減速時(shí)發(fā)生的旋轉(zhuǎn) 能量消耗成熱的再生制動(dòng)電路9。在圖中用虛線表示用于使用再生制 動(dòng)電阻器BR將在交流電動(dòng)機(jī)減速時(shí)發(fā)生的旋轉(zhuǎn)能量消耗成熱的再生 制動(dòng)電路9中流過(guò)的電流路徑。
對(duì)再生制動(dòng)電路的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。對(duì)處于直流中間電路中的平滑
電容器2的兩端電壓VpN總是進(jìn)行檢測(cè)監(jiān)視，在該檢測(cè)電壓VpND達(dá) 到預(yù)先規(guī)定的電壓VpMH以上時(shí)使用驅(qū)動(dòng)電路8驅(qū)動(dòng)作為再生制動(dòng)電
路9內(nèi)的開(kāi)關(guān)元件的IGBT。另外，構(gòu)成為在該檢測(cè)電壓VpND成為預(yù)
先規(guī)定的電壓VpND2以下時(shí)使用驅(qū)動(dòng)電路8切斷作為再生制動(dòng)電路9
內(nèi)的開(kāi)關(guān)元件的IGBT。構(gòu)成為此時(shí)使用定時(shí)器累計(jì)上述再生制動(dòng)電 路的動(dòng)作累積時(shí)間。
此處，在設(shè)置于上述直流中間電路內(nèi)的電壓檢測(cè)電路的檢測(cè)電壓
VPNDO、 VPND1、 VpND2之間，VpND。>VPND1>VPND2的關(guān)系必定成立。雖
然使用再生制動(dòng)電阻器BR將在交流電動(dòng)機(jī)減速時(shí)發(fā)生的旋轉(zhuǎn)能量以 熱能方式消耗，但無(wú)法使再生制動(dòng)電阻器將無(wú)限的能量以熱能方式消耗。制動(dòng)電阻器將交流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)能量變換成熱能而消耗，所以如 果即使超過(guò)動(dòng)作界限溫度也仍在發(fā)熱的狀態(tài)下繼續(xù)使用，則有可能由 于異常發(fā)熱而導(dǎo)致燒壞甚至火災(zāi)。
當(dāng)然，所消耗的電力與時(shí)間之積(VPND2/R*t)是能量。即，由 再生制動(dòng)電阻器的規(guī)格決定可以以何種程度的時(shí)間容許所消耗的電 力(VPND2/R)。將施加容許累積時(shí)間(St)除以某預(yù)定的時(shí)間間隔T 而得到的百分比的數(shù)值是o/。ED ( %ED = i:t/T*100)。
例如，如果再生制動(dòng)電阻器的容許負(fù)載時(shí)間率是5%ED，則在 將時(shí)間間隔T設(shè)為100 (s)的情況下，意味著作為累積累計(jì)時(shí)間僅可 以容許施加5 (s)期間(5/100*100)的電力。這才羊，制造電力變換 裝置的制造商選擇性地銷(xiāo)售再生制動(dòng)電阻器，并作為規(guī)格預(yù)定再生制 動(dòng)電阻器的電阻值和其％ED。
即，在購(gòu)入了作為制造商的純正部件的再生制動(dòng)電阻器的情況 下，無(wú)法超過(guò)作為其電阻器的規(guī)格的。/。ED來(lái)使用。作為制造商的純 正部件的再生制動(dòng)電阻器的電阻值(％ED規(guī)定)的種類(lèi)有限，并未 準(zhǔn)備無(wú)數(shù)的種類(lèi)的再生制動(dòng)電阻器。
因此，用戶(hù)自己設(shè)計(jì)與機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)適合的再生制動(dòng)電阻器的 電阻值和％ ED,在具有該設(shè)計(jì)電阻值的再生制動(dòng)電阻器并非為制造商 的純正部件的情況下，向電阻器的專(zhuān)業(yè)制造商委托制造的情況也較 多。在該情況下，用戶(hù)必需設(shè)計(jì)電力變換裝置的產(chǎn)品目錄或操作說(shuō)明 書(shū)中記載的容許最小電阻值(Rmin)以上的制動(dòng)電阻器BR。
在所設(shè)計(jì)的制動(dòng)電阻器BR滿(mǎn)足容許最小電阻值(Rmin)以上，
但是并非制造商的純正部件的電阻值的情況下，將向?qū)I(yè)電阻器制造 商委托制造的制動(dòng)電阻器BRA、或者用戶(hù)保管的其它制動(dòng)電阻器BRB
連接到再生制動(dòng)電路。此時(shí)，用戶(hù)為了保護(hù)制動(dòng)電阻器BR而不受電 氣性發(fā)熱影響，必需從上述數(shù)字操作面板7設(shè)定制動(dòng)電阻器的容許負(fù) 載時(shí)間率(％EDR)。
但是，發(fā)生用戶(hù)無(wú)法判斷在上述制動(dòng)電阻器BRA或BRB的電 阻值R下搭載于上述再生制動(dòng)電路內(nèi)的IGBT的容許負(fù)載時(shí)間率(％EDPM)成為何種程度、或者在該設(shè)定的制動(dòng)電阻器的容許負(fù)載時(shí)間率 (%EDR)下在熱性能上是否可靠這樣的問(wèn)題。
因此，設(shè)為可以從上述數(shù)字操作面板7設(shè)定用戶(hù)新設(shè)計(jì)的制動(dòng)電 阻器的容許負(fù)載時(shí)間率(％EDR)和其電阻值R的結(jié)構(gòu)。通過(guò)設(shè)為這 樣的結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)用戶(hù)從數(shù)字操作面板7設(shè)定的制動(dòng)電阻器的電阻 值R，通過(guò)下式(1)容易地導(dǎo)出再生制動(dòng)電路內(nèi)搭載的IGBT中流 過(guò)的電流I。
I = VPND/R ( 1)
此處，VpND是上述直流中間電路的電壓Vpjv的檢測(cè)值，且是驅(qū)
動(dòng)上述再生制動(dòng)電路9內(nèi)的開(kāi)關(guān)元件的預(yù)定的規(guī)定電壓(VPND =
VpNDl ) o
搭載于控制電路5內(nèi)的微型機(jī)(控制運(yùn)算裝置)執(zhí)行上述計(jì)算式 的電流I的運(yùn)算，根據(jù)該運(yùn)算電流，計(jì)算出搭載于再生制動(dòng)電路9內(nèi) 的IGBT的發(fā)生損失，求出IGBT的容許負(fù)載時(shí)間率(％EDPM)。
上述IGBT的發(fā)生損失P—般用下式(2)來(lái)表示。
P = Pon + Poff+Psat (2)
此處，Pon是作為功率半導(dǎo)體的IGBT從截止?fàn)顟B(tài)向?qū)顟B(tài)轉(zhuǎn) 移時(shí)的導(dǎo)通損失，Poff是作為功率半導(dǎo)體的IGBT從導(dǎo)通狀態(tài)向截止 狀態(tài)轉(zhuǎn)移時(shí)的截止損失，Psat是固定損失。
上述發(fā)生損失P的詳細(xì)的計(jì)算式公開(kāi)在功率半導(dǎo)體制造商的使 用說(shuō)明書(shū)等中而被公知，所以此處省略。
在上述非易失性的存儲(chǔ)器中預(yù)先存儲(chǔ)上述功率半導(dǎo)體的損失詳
細(xì)計(jì)算式，根據(jù)所設(shè)定的制動(dòng)電阻器的電阻值R來(lái)計(jì)算出搭載于再生 制動(dòng)電路內(nèi)的IGBT中流過(guò)的電流(I-VPND/R),微型機(jī)使用上述存 儲(chǔ)器內(nèi)的損失計(jì)算式來(lái)運(yùn)算該IGBT的發(fā)生損失，根據(jù)該運(yùn)算損失求 出上述IGBT的容許負(fù)栽時(shí)間率(％EDPM)，顯示在上述數(shù)字操作面 板7上。
對(duì)用戶(hù)從上述數(shù)字操作面板7設(shè)定的制動(dòng)電阻器的容許負(fù)載時(shí) 間率(％EDR)、與根據(jù)設(shè)定的制動(dòng)電阻器的電阻值R通過(guò)運(yùn)算求出的再生制動(dòng)電路內(nèi)搭載的IGBT的上述容許負(fù)載時(shí)間率(％EDPM)ii 行比較，在上述定時(shí)器累積累計(jì)時(shí)間百分比(St/TMOO)達(dá)到上述再 生制動(dòng)電阻器的。/。EDR與上述功率半導(dǎo)體的。/。EDpM中的較小的值時(shí)， 不切斷上述電力變換裝置的輸出，而僅自動(dòng)地切斷上述再生制動(dòng)電路 內(nèi)的功率半導(dǎo)體。
如果此時(shí)設(shè)定的制動(dòng)電阻器的電阻值R為針對(duì)每個(gè)電力變換裝 置的容量預(yù)定的容許最小電阻值(未圖示的存儲(chǔ)部中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù))以 下，則在上述數(shù)字操作面板7上將IGBT的容許負(fù)載時(shí)間率顯示為0 。/oED。此時(shí)的上述數(shù)字操作面板7上顯示的IGBT的容許負(fù)載時(shí)間率 (。/。EDpM)的顯示目的在于，用于告知用戶(hù)所設(shè)定的上述制動(dòng)電阻器 的電阻值R是否良好,無(wú)需拘泥于顯示0%ED，而不論是顯示O還是 顯示0%，都不會(huì)影響本發(fā)明的意圖。
例如，既可以明確地顯示成設(shè)定電阻值異常，也可以是意味設(shè)定 電阻值異常的NG-R。關(guān)于該顯示內(nèi)容，該顯示的意思只要是可以 由裝置使用者區(qū)分的形式即可，而并不限定顯示內(nèi)容。
通過(guò)如此在數(shù)字操作面板7上顯示結(jié)果，可以向操作者通知所設(shè) 定的狀態(tài)，所以可以才艮據(jù)該顯示內(nèi)容明確地判斷狀況。
在該情況下，根據(jù)所設(shè)定的制動(dòng)電阻器的電阻值R求出的再生 制動(dòng)電路9內(nèi)搭載的IGBT的容許負(fù)栽時(shí)間率(％EDPM)的一方短， 而且成為0%，所以意味著再生制動(dòng)電路不進(jìn)行一切動(dòng)作。這可以未 然地防止如下情況制動(dòng)電阻器的電阻值R選定成針對(duì)每個(gè)電力變換 裝置的容量預(yù)定的容許最小電阻值Rmin以下的做法是錯(cuò)誤的，由此 導(dǎo)致搭載于再生制動(dòng)電路9內(nèi)的IGBT被破壞。
圖4是其它實(shí)施例，在該例子中構(gòu)成為預(yù)先計(jì)算出與制動(dòng)電阻值 R對(duì)應(yīng)的再生制動(dòng)電路內(nèi)的IGBT容許負(fù)栽時(shí)間率(。/。EDpM)相關(guān)數(shù) 據(jù)，將該結(jié)果存儲(chǔ)到非易失性的存儲(chǔ)器，并從該存儲(chǔ)器讀出。
還可以從功率半導(dǎo)體制造商的HP下載針對(duì)上述功率半導(dǎo)體的 發(fā)生損失P的損失運(yùn)算仿真軟件。
使用該仿真軟件，根據(jù)制動(dòng)電阻器的上述設(shè)定電阻值R求出上述功率半導(dǎo)體中流過(guò)的電流I = VPND/R，計(jì)算出任意動(dòng)作條件下的功 率半導(dǎo)體的發(fā)生損失P，根據(jù)該計(jì)算損失預(yù)先求出針對(duì)上述設(shè)定電阻 值R的上述IGBT的容許負(fù)載時(shí)間率(％EDPM)的做法是可以容易 執(zhí)行的。
圖4示出與制動(dòng)電阻器的上述設(shè)定電阻值R對(duì)應(yīng)的再生制動(dòng)電 路內(nèi)的IGBT容許負(fù)載時(shí)間率(％ EDPM )相關(guān)數(shù)據(jù)所涉及的非易失性 存儲(chǔ)器內(nèi)容的一個(gè)例子。該存儲(chǔ)器內(nèi)容實(shí)際,上是以二進(jìn)制數(shù)存儲(chǔ)的， 但為了易于理解而記載成十進(jìn)制數(shù)，但并不影響本發(fā)明的意圖。另外， 所記載的各數(shù)值僅為一個(gè)例子而不限于該數(shù)值。
將該結(jié)果作為與制動(dòng)電阻器的設(shè)定電阻值R對(duì)應(yīng)的再生制動(dòng)電 路內(nèi)的IGBT容許負(fù)載時(shí)間率(％EDPM)的相關(guān)數(shù)據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)到非易 失性的存儲(chǔ)器，并從非易失性的存儲(chǔ)器讀出與所設(shè)定的制動(dòng)電阻器的 電阻值R對(duì)應(yīng)的IGBT的容許負(fù)載時(shí)間率(°/。EDPM)。
即使根據(jù)微型機(jī)的負(fù)載率進(jìn)行判斷，與使微型機(jī)運(yùn)算復(fù)雜的功率 半導(dǎo)體的發(fā)生損失相比，作為與制動(dòng)電阻器的設(shè)定電阻值R對(duì)應(yīng)的再 生制動(dòng)電路內(nèi)的IGBT容許負(fù)載時(shí)間率(％EDPM)的相關(guān)數(shù)據(jù)預(yù)先存 儲(chǔ)到非易失性的存儲(chǔ)器，并從非易失性的存儲(chǔ)器讀出與所設(shè)定的制動(dòng) 電阻器的電阻值R對(duì)應(yīng)的IGBT的容許負(fù)載時(shí)間率(％EDPM)的結(jié) 構(gòu)可以說(shuō)是更現(xiàn)實(shí)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
圖5是用戶(hù)從上述數(shù)字操作面板7設(shè)定的再生制動(dòng)電阻器BR的 % EDR和其電阻值R的一個(gè)例子。由用戶(hù)設(shè)定的制動(dòng)電阻器是％ EDR =20.0%/電阻值11 = 3.6 (Q)規(guī)格的電阻器，但與該電阻值對(duì)應(yīng)的再 生制動(dòng)電路內(nèi)的IGBT容許負(fù)載時(shí)間率(。/。EDpM)是從圖4的非易失 性存儲(chǔ)器讀出的值、W%EDPM = 3.3。
在該情況下，控制電路內(nèi)的微型機(jī)對(duì)制動(dòng)電阻器的％ EDR = 20.0
的值。/。EDpM-3.3進(jìn)行比較，在上述制動(dòng)電路動(dòng)作的時(shí)間的累積累計(jì) 值百分比(Et/T*100 )達(dá)到上述2個(gè)值(％ EDR - 20.0和％ EDPM = 3.3 ) 的小的一方、即St/TH00= %EDPM = 3.3的時(shí)刻，僅切斷上述制動(dòng)電路的動(dòng)作，在上述數(shù)字操作面板7上顯示該異常。
圖6是再生制動(dòng)電阻器的設(shè)定電阻值R和再生制動(dòng)電路內(nèi)IGBT 的容許負(fù)載時(shí)間率(Q/。EDpM)相關(guān)圖的一個(gè)例子。該相關(guān)圖的數(shù)據(jù)曲 線值存儲(chǔ)在上述非易失性存儲(chǔ)器中。
橫軸是制動(dòng)電阻器的設(shè)定電阻值R，縱軸是再生制動(dòng)電路內(nèi) IGBT的容許負(fù)載時(shí)間率(％EDPM)。再生制動(dòng)電阻器的容許最低電 阻值Rmin中的上述IGBT的容許負(fù)栽時(shí)間率是％ EDPM = % EDmin ， 在該值以下，上述IGBT的容許負(fù)載時(shí)間率(。/。EDpM)成為0%。即， 意味著在容許最低電阻值Rmin以下的電阻值下，無(wú)法使上述再生制 動(dòng)電路內(nèi)的IGBT動(dòng)作。
另外，電阻值R則是上述IGBT的容許負(fù)載時(shí)間率(％ EDpm ) 成為100%的電阻值，所以意味著如果是該電阻值R兩以上的電阻， 則上述再生制動(dòng)電路內(nèi)的IGBT可以連續(xù)使用。
圖6記載的再生制動(dòng)電阻器的設(shè)定電阻值R和再生制動(dòng)電路內(nèi) IGBT的容許使用率(％EDPM)相關(guān)圖的關(guān)系近似于一次曲線，但即 使是嚴(yán)密的n次曲線，也不會(huì)影響本發(fā)明的意圖。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)從上述數(shù)字操作面板7設(shè)定再生制動(dòng)電阻器 BR的(％EDR)和其電阻值R,自動(dòng)地讀出與該設(shè)定電阻值R對(duì)應(yīng) 的上述再生制動(dòng)電路內(nèi)的IGBT容許負(fù)載時(shí)間率(％EDPM)，顯示在 上述數(shù)字操作面板7上，并且在上述制動(dòng)電路動(dòng)作的時(shí)間的累積累計(jì) 值百分比(2t/T)達(dá)到上述2個(gè)值中的較小的一方的時(shí)刻僅切斷上述 制動(dòng)電路的動(dòng)作，在上述數(shù)字操作面板7上顯示該異常，所以對(duì)作為 設(shè)置于電力變換裝置內(nèi)部的再生制動(dòng)電路內(nèi)的功率半導(dǎo)體的IGBT的 容許負(fù)載時(shí)間率(％EDPM)也可以進(jìn)行管理，可以實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)電路 內(nèi)的功率半導(dǎo)體的有效利用，并且可以提高電力變換裝置的性能。
權(quán)利要求
1. 一種電力變換裝置，輸出可變電壓可變頻率的交流電力，其特征在于，具備正變換器，對(duì)交流電源的交流電壓進(jìn)行整流而變換成直流電壓；直流中間電路，具有對(duì)上述正變換器的直流電壓進(jìn)行平滑化的平滑電容器；檢測(cè)電路，檢測(cè)上述直流中間電路的電壓；再生制動(dòng)電路，設(shè)置在上述直流中間電路中；驅(qū)動(dòng)電路，在上述檢測(cè)電路檢測(cè)出規(guī)定的電壓時(shí)，驅(qū)動(dòng)上述再生制動(dòng)電路；定時(shí)器，累計(jì)上述再生制動(dòng)電路的動(dòng)作累積時(shí)間；以及逆變換器，將上述正變換器的直流電壓變換成交流電壓，其中，能夠獨(dú)立地設(shè)定與上述直流中間電路中具備的再生制動(dòng)電路連接的再生制動(dòng)電阻器的容許負(fù)載時(shí)間率％ED和再生制動(dòng)電阻器的電阻值R。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電力變換裝置，其特征在于， 根據(jù)上述再生制動(dòng)電阻器的設(shè)定的電阻值，運(yùn)算作為上述再生制動(dòng)電路內(nèi)的開(kāi)關(guān)元件的功率半導(dǎo)體中流過(guò)的電流，根據(jù)所運(yùn)算出的電 流值，求出功率半導(dǎo)體的發(fā)生損失，運(yùn)算該功率半導(dǎo)體的容許負(fù)載時(shí) 間率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電力變換裝置，其特征在于， 具備根據(jù)上述再生制動(dòng)電阻器的設(shè)定的電阻值預(yù)先存儲(chǔ)有上述頂時(shí)間率的相關(guān)數(shù)據(jù)的非易失性的存儲(chǔ)器，從該非易失性的存儲(chǔ)器讀出與上述再生制動(dòng)電阻器的設(shè)定的電 阻值對(duì)應(yīng)的功率半導(dǎo)體的容許負(fù)栽時(shí)間率數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的電力變換裝置，其特征在于， 對(duì)上述再生制動(dòng)電阻器的容許負(fù)載時(shí)間率與根據(jù)上述再生制動(dòng)電阻器的設(shè)定的電阻值求出的功率半導(dǎo)體的容許負(fù)載時(shí)間率進(jìn)行比 較，在上述定時(shí)器累計(jì)時(shí)間達(dá)到上述再生制動(dòng)電阻器的容許負(fù)載時(shí)間 率和上述功率半導(dǎo)體的容許負(fù)載時(shí)間率中的較小的值時(shí)，不切斷上述電力變換裝置的輸出，而僅自動(dòng)地切斷上述再生制動(dòng)電路內(nèi)的功率半 導(dǎo)體。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的電力變換裝置，其特征在于， 具備顯示上述運(yùn)算或從上述非易失性的存儲(chǔ)器讀出的功率半導(dǎo)體的容許負(fù)載時(shí)間率的顯示部。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的電力變換裝置，其特征在于，在上述再生制動(dòng)電阻器的設(shè)定的電阻值是預(yù)先規(guī)定的容許最低 電阻值以下的情況下，在上述顯示部上將功率半導(dǎo)體的容許負(fù)載時(shí)間 率顯示為0%ED。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的電力變換裝置，其特征在于， 在上述再生制動(dòng)電阻器的設(shè)定的電阻值是預(yù)先規(guī)定的容許最低電阻值以下的情況下，在顯示部上顯示可以識(shí)別出設(shè)定電阻值異常的 記號(hào)或文字。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5 7中的任意一項(xiàng)所述的電力變換裝置，其特 征在于，具備能夠獨(dú)立地設(shè)定上述再生制動(dòng)電阻器的容許負(fù)載時(shí)間率和 上述再生制動(dòng)電阻器的電阻值的操作面板， 上述顯示部設(shè)置在該操作面板中。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電力變換裝置，對(duì)設(shè)置于裝置內(nèi)部的再生制動(dòng)電路內(nèi)的功率半導(dǎo)體的容許負(fù)載時(shí)間率也進(jìn)行管理，而實(shí)現(xiàn)功率半導(dǎo)體的有效利用，并且提高電力變換裝置的性能。構(gòu)成為可以使用搭載于電力變換裝置的操作面板來(lái)設(shè)定在電動(dòng)機(jī)的減速時(shí)將旋轉(zhuǎn)能量以熱能方式消耗的制動(dòng)電阻器的電阻值。根據(jù)該設(shè)定電阻值，運(yùn)算上述再現(xiàn)制動(dòng)電路中流過(guò)的電流，求出該電流值下的再生制動(dòng)電路內(nèi)的功率半導(dǎo)體的發(fā)生損失，根據(jù)該發(fā)生損失，決定功率半導(dǎo)體的容許負(fù)載時(shí)間率。
文檔編號(hào)H02M7/48GK101534068SQ20091000586
公開(kāi)日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2009年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月10日
發(fā)明者井堀敏, 內(nèi)野禎敬, 平賀正宏, 渡邊弘 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立產(chǎn)機(jī)系統(tǒng)