专利名称：成套并联结构的电力变换装置及使用了该装置的电梯系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电力变换装置，尤其涉及一种为了实现大容量化而将 两台电力变换器并联连接的成套并联结构的电力变换装置。
背景技术：
在大容量化的成套并联结构的电力变换装置中，使用了多个运算处理 装置，并以时序方式对各自的异常检测信息和因异常检测信息而产生的断 开动作的信息进行检测。并且，在电梯等中使用的电力变换装置中，出于 维护保养方面的考虑，为了迅速掌握导致异常发生的原因以及故障的发生 部位，会对异常发生时的履历信息进行检测和存储。但是，通常在发生一 个异常情况后会以此为诱因而连续发生其他的异常情况。
作为现有技术，例如在专利文献l中公开了一种技术方案，其为了在 主微型计算机与子微型计算机之间相互监视通常运行时数据通信中的异 常情况，当至少一方的微型计算机检测到异常发生时，通过从该微型计算 机输出的复位信号，使双方的微型计算机同时进行复位。
此外，在专利文献2中公开了一种技术方案，其通过对两个微型计算 机的输出进行比较来检测有无异常并发出警报。
并且，在专利文献3中公开了一种电动机控制运算装置的异常检测装 置以及异常检测方法，其针对电动机控制运算装置设置了监视用微型计算 机，以进行异常检测。
而且，在专利文4中公开了一种逆变器装置以及具有该逆变器装置的 汽车，其通过在同一根电缆中设置多个电流传感器来进行故障检测。
另外，在专利文5中公开了一种逆变器用平滑电容器的劣化检测装置， 其检测平滑电容器的放电时间，并与预先设定的基准时间进行比较，以进 行劣化判断。
专利文献1特开2000-705卯号公报专利文献2特幵平9-234227号公报专利文献3特开2004-321931号公报专利文献4特开2005-160136号公报专利文献5特开平6-165523号公报
在上述现有技术中，不能掌握异常发生原因的履历、以及各个微型计 算机之间的绝对顺序，因此难以掌握正确的异常原因。
而且，由于成套并联结构的电力变换装置的零部件个数多，所以运算 处理本身很复杂，这样，不仅会导致成本增加，而且可能会因检测条件产
生误差。
发明内容
本发明的目的在于解决上述以往技术中存在的问题，使得在使用了多 个运算处理装置的成套并联结构的电力变换装置中，也能够正确地掌握异 常信息和断开动作信息以及这些信息的时间顺序。此外，本发明的目的还 在于能够方便地对电流传感器和平滑电容器等零部件进行异常等诊断。
为了实现上述目的，本发明的成套并联结构的电力变换装置具备电 力变换器，其具有PWM整流器和逆变器且构成并联连接；进行所述PWM 整流器的控制运算的PWM整流器侧运算处理装置；以及进行所述逆变器
的控制运算的逆变器侧运算处理装置，其中，具备检测所述PWM整流 器中是否发生了异常的所述PWM整流器侧运算处理装置;以及检测所述 逆变器中是否发生了异常的所述逆变器侧运算处理装置，当所述PWM整 流器侧运算处理装置和所述逆变器侧运算处理装置的任何一方检测出异 常时，将该信号发送给另一方。
图1是表示本发明一个实施形式的电力变换装置的框图。 图2是表示图1中的运算处理装置部的框图。
图3是表示一个实施形式的运算处理装置部所传送的信号的时序图。
图4是表示一个实施形式的存储于运算处理装置的信息的图。
图5是表示另一实施形式的运算处理装置部的框图。
图6是表示又--实施形式的运算处理装置部的框图。
图7是用于说明一个实施形式的电流检测器调整方法的框图。
图8是用于说明一个实施形式的和差控制运算方式的控制框图。
图9是表示一个实施形式的电流检测器调整的流程图。
图10是用于说明另一实施形式的电流检测器调整的控制框图。
图11是表示一个实施形式的零相电流检测的流程图。
图12是用于说明一个实施形式的平滑电容器诊断的时序图。
图13是表示一个实施形式的平滑电容器诊断的流程图。
图14是用于说明另一实施形式的平滑电容器诊断的时序图。
图15是表示又一实施形式的平滑电容器诊断的流程图。
图中
〖0045]
1—三相商用电源，2—电动机,3— PWM整流器，3A—第1系列PWM
整流器，3B—第2系列PWM整流器，4一逆变器，4A—第l系列逆变器， 4B—第2系列逆变器，5A—第1系列平滑电容器，5B—第2系列平滑电 容器，6— PWM整流器侧运算处理装置，6A—PWM整流器侧运算处理 装置的存储部，7 —逆变器侧运算处理装置，7A—逆变器侧运算处理装置 内的存储部，8—输出侧电抗器，9A—第l系列逆变器侧电流检测器，9B 一第2系列逆变器侧电流检测器，IOA—第1系列PWM整流器侧电流检 测器，10B—第2系列PWM整流器侧电流检测器，11、 12—运算处理装 置部的传送信号，13—第3运算处理装置
具体实施形式
下面，参照附图对本发明的实施形式进行说明。
图1表示电力变换装置，其具有三相商用电源1、电动机2、第1系 列PWM整流器3A、第2系列PWM整流器3B、第1系列逆变器4A、第 2系列逆变器4B、第1系列平滑电容器5A、第2系列平滑电容器5B、PWM 整流器侧运算处理装置6、逆变器侧运算处理装置7、输出侧电抗器8、第 1系列逆变器侧电流检测器9A、第2系列逆变器侧电流检测器9B、第1 系列PWM整流器侧电流检测器10A以及第2系列PWM整流器侧电流检 测器亂
在电力变换装置中，为了实现大容量化，将由2组PWM整流器(转换 器CNV)和逆变器(INV)组成的电力变换器并联连接，并通过输出侧电抗器 8与电动机2连接。第1系列PWM整流器3A及第2系列PWM整流器 3B将从商用电源1获得的交流电力变换为直流电力。第1系列PWM整流 器3A以及第2系列PWM整流器3B的控制运算，由PWM整流器侧运算 处理装置6分别根据通过第1系列PWM整流器侧电流检测器iOA和第2 系列PWM整流器侧电流检测器10B检测到的输入电流等来进行。第1系 列逆变器4A和第2系列逆变器4B分别将通过第1系列平滑电容器5A和 第2系列平滑电容器5B获得的直流电力变换为所希望频率的交流电力以 驱动电动机2。第1系列逆变器4A和第2系列逆变器4B的控制运算，由 逆变器侧运算处理装置7分别根据通过第1系列逆变器侧电流检测器9A 和第2系列逆变器侧电流检测器9B检测到的输出电流与电动机2的磁极 位置信息来进行。在此，运算处理装置为微型计算机、DSP或者ASIC等 运算装置。
图2表示了图l所示的运算处理装置。在PWM整流器侧运算处理装 置6中，当检测到在各系列的PWM整流器中发生了过电流、过电压、电 流不足、电压不足、短路或者开路等的异常情况时，为了使各系列的PWM 整流器以异常模式运行，且逆变器也以异常模式运行，将异常检测信号ll 发送给逆变器侧运算处理装置7。同样，在逆变器侧运算处理装置7中， 当检测到在各系列的逆变器中发生了过电流、过电压、电流不足、电压不 足、短路、开路等的异常情况时，为了使各系列的逆变器以异常模式运行， 且PWM整流器也以异常模式运行，将异常情况检测信号12发送给PWM 整流器侧运算处理装置6。另外，在商用电源1和电动机2以及未图示的 周边设备发生异常的情况时，也会在任意一个运算处理装置中进行检测， 或在接收到检测信号后实施电力变换器的异常模式的处理。
图3是运算处理装置所传送的信号11、 12的例示图。图3(a)中，在 运行开始时向另一个运算处理装置发送ON信号。并且，在检测到异常情 况时将信号转变为OFF。在另一个运算处理装置中，将信号从ON变成 OFF时的边缘和OFF的连续状态检测为中断信号并判断出现了异常情况， 从而实施停止等处理。
图3(b)中，在考虑到信号发生器本身的异常的基础上，定期地收发包 含OFF信号的脉冲信号。此时，当处于OFF状态的期间比规定值大时， 判断出现了异常状态，实施停止等处理。如图3(b)所示，能够定期地确认 另一方运算处理装置的健全性。并且，如图3(a)和(b)所示，由于不是发送 控制信号本身，而只是发送ON/OFF信号，所以处理极其简单，能够抑制 误动作。
图4是保存在运算处理装置中的信息的例示图。在PWM整流器侧运 算处理装置6以及逆变器侧运算处理装置7中，出于维护保养方面的考虑， 为了迅速掌握导致异常发生的原因以及故障的发生部位，将异常情况发生 时检测到的信号作为履历信息存储在图2的存储部6A、 7A中。此时，由 于各个运算处理装置独自存储检测信息，所以，各运算处理装置内的存储 信息能够以时序方式掌握，但难以掌握对方的相对顺序。尤其是在图1的 电力变换装置中，当发生了一个故障后，会以此为诱因而连续发生其他的 异常。例如，当逆变器侧的任意相发生了短路故障时，会连续地发生输出 电流的过电流异常和平滑电容器电压的电压不足异常或者零相电流异常 等，并且在PWM整流器中也作为异常情况而被检测到。
鉴于此，如图4所示，在检测履历中将异常检测信号的发送信息和接 收时的中断信息作为履历而保存。由此，通过对照异常检测信号的收发时 间，能够掌握对方的相对顺序，可迅速地进行保养等。并且，虽然在通信 传输方面有时会花费一定的时间，但由于能够预先掌握中断等所需要的时 间，所以，只要在排列对方的履历信息的顺序时对该时间进行调整即可。 并且，图2中在运算处理装置6、 7的内部设置了存储部6A、 6B，但也可 以在装置外部把存储部作为周边机器来连接。
图5是运算处理装置部的第2例示图，在一方或者双方的运算处理装 置中使用了双CPU的微型计算机。并且，将双CPU中的一方分配为用于 变换器的驱动运算，将另一方分配为用于获取异常检测的履历。由此，因 为能够通过履历获取用CPU的绝对时间对相互的微型计算机的异常检测 信息进行管理，所以能够方便地掌握异常检测的检测顺序。
图6是运算处理装置部的例示图，新设置了第3运算处理装置13，其 被分配成用于获取异常检测的履历。因此，与图5的示例一样，能够通过 第3运算处理装置13的绝对时间来管理相互的微型计算机的异常检测信 息，所以能够方便地掌握异常检测的检测顺序。尤其是在将第3运算处理
装置13特定为根据中断信号等来获取履历的情况下，处理内容本身与通 常的控制运算处理相比要小得多，可通过廉价的运算处理装置来实现。
图7是电力变换装置的电流检测器调整法的示例说明图，对第1系列 逆变器侧电流检测器9A和第2系列逆变器侧电流检测器9B的调整方法 进行了举例说明。
当各系列的至少设置为二相以上的电流检测器中出现了偏差时，会导 致电动机2的转矩出现脉动等。因此，需要至少降低各系列的电流检测器 之间的偏差(虽然绝对值精度也很重要，但是通过对下述的和分量以及差 分量进行控制，能够在一定程度上进行修正。因此，有必要至少降低相对 性的偏差。)
在成套并联结构的电力变换器中，通过控制各个逆变器输出电流的和 分量及差分量，能够独立地控制用于驱动电动机2的电流以及在逆变器之 间循环的电流。即，在将第l系列逆变器4A的各相的电流设为iul、 iW、 iwl，将第2系列逆变器4B的电流设为iu2、 iv2、 iw2时，
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能够如上式所示进行坐标变换，当将电动机2的磁极设为e时，和分
量的励磁电流分量(d轴分量)idw、转矩电流分量(q轴分量)iqw、差分量的 励磁电流分量(d轴分量)ids以及转矩电流分量(q轴分量)iqs分别为
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这里，和分量相当于用于驱动电动机2的电流，差分量相当于在各个 逆变器之间循环的电流。
图8是和差控制运算方式中的和电流、差电流的控制框图。在分别对 和分量以及差分量进行了 PI控制后，进一步实施用于取得和值以及差值 的处理，并进行三相/二相的变换，以生成指令值。在通常的控制中，由于 在各逆变器之间循环的电流是不需要的电流，所以，差分量的d轴电流指 令值id^以及q轴电流分量iqs+被设为零。可有效地利用该差分量的电流 来实施电流检测器的诊断。
图9是电流检测器调整法的流程图。在步骤17中，向差分量的d轴 电流或者差分量的q轴电流发出指令作为诊断用电流的指令值。接着，在 步骤18中驱动逆变器以输出诊断用电流。这里，如只提供差分量作为指 令值，则诊断用电流如图7所示在各逆变器之间循环。接下来，在步骤18 中，禾'」用第1系列逆变器侧电流检测器9A以及第2系列逆变器侧电流检 测器9B来测量诊断用电流，并通过比较步骤20，比较所检测到的电流与 所希望的指令电流之间的偏差。当该偏差小于预先设定的规定值时，作为 调整己经结束而终止调整处理。
图IO是电流检测器调整法的其他示例的说明图。
在图10中，使用零相电流iol来代替差电流进行调整。零相电流iol 是从各相以同振幅、同相位流出的电流，可通过公式(1)或者公式(2)求得。 由于该电流还成为在各个逆变器之间循环的电流，所以也能够在电流检测 器的调整中使用。此时，如图10所示，在对其与指令值10*之间的差分迸 行了 PI控制运算之后，通过将该值与各相的电压指令值相加，能够流出 所希望的零相电流。同差电流的情况一样，调整的顺序如图9的流程图所 示。在图10中，以根据第1系列逆变器4A的输出电流检测到的零相电流 iol为例进行了说明，但也可以根据第2系列逆变器4B的输出电流检测到 的零相电流io2实施同样的处理，此时的效果与采用零相电流iol时的效 果相同。
以上的零相电流从装置的异常检测方面来看也很重要。即，零相电流 在正常状态下基本上不出现，但是在大多数的异常情况下，例如短路和开 路等异常情况下会发生其大小不能够忽视的零相电流。也就是说，零相电 流检测部是否正常动作会给异常检测带来很大的影响。所以，通过本实施 例的电力变换装置实施对零相电流检测部进行诊断的处理。
图11是电力变换装置中的零相电流检测部的诊断方法的流程图。
在步骤22中，赋予作为诊断用零相电流的指令值，并在步骤23中驱 动逆变器以输出诊断用零相电流。接着，在步骤23中检测零相电流，并 通过比较分支20将检测到的电流值与预先设定的规定值进行比较。在检 测值小于规定值时结束处理。当检测值大于规定值时，例如若是将电梯作 为对象的电力变换装置时，则在步骤26中使电力变换装置处于休止状态， 并通知维护中心。通过对该零相电流检测部进行定期性的诊断，能够提升 系统的安全性能。并且，此处理不仅能够在逆变器侧实施，而且在PWM 整流器侧也能够实施同样的处理而取得相同的效果。以上的电流检测器的
调整或零相电流检测部的诊断可以在电动机的休止时间内等实施，例如若 是电梯等装置，则可以在不进行升降动作的待机时间内实施。
图12是电力变换器中的平滑电容器诊断法的第一示例的说明图。
平滑电容器5A、 5B中，在电力变换器的运行结束后通过电磁接触器 等断开了电力供应的情况下，基于未图示的放电用电阻的效果使充电电压 降低。放电时的电压值Vc大致被表示为 Vc^EXP(-C' R' t)…(5)
式中，C表示静电容量值、R表示电阻值(电容器的内部电阻+放电电 路的电阻)、t表示时间。当平滑电容器劣化时，由于静电容量值C减小， 所以在通常情况下放电时间将变短。另一方面，静电容量值C和内部抵抗 值也与周边温度或者因变换器的驱动而引起内部温度的上升等有关，所 以，根据检测条件，放电时间有可能发生误差。
为此，在图12的平滑电容器诊断方法中，通过相对比较各系列的平 滑电容器5A、 5B的放电量来掌握平滑电容器的交换时期的预兆。根据该 方式，通过实施相对比较，能够抵消环境温度对特性的影响，从而可以对 其忽略不计。
图13是平滑电容器诊断的流程图。首先，在步骤27中，通过电磁接 触器等断开对电力变换器的电力供应。接下来，在步骤28中，检测tO秒 后的各系列平滑电容器5A、 5B的电压值。然后，在比较步骤29中对检 测到的电压值实施比较。这里，如果平滑电容器处于正常状态，则如图12 的实线所示，各系列的电压以大致相同的时间常数放电，因此形成下式所 示的状态。
vl-v2"0…(6)
另一方面，在单侧的平滑电容器中出现劣化的情况时，例如第l系列 电容器5A出现劣化时，如图12的虚线所示，由于放电速度增大，所以 vl'和v2的差分将变大。g卩，在比较步骤29中获取各系列的电压差，将该
电压差的值与预先规定的值进行比较，并在该电压差的值小于规定值时结 束处理。如果该电压差的值大于规定值时，例如若是第一实施例所示的将
电梯作为对象的电力变换装置时，则在步骤30中进行与维护中心联系的处理。
图14是平滑电容器诊断法的另一示例的说明图，如图所示，通过对 各系列的平滑电容器5A、 5B的放电时间进行相对比较，能够掌握平滑电 容器的交换时期的预兆。图15是该示例的流程图。首先，在步骤31中， 通过电磁接触器等断开对电力变换器的电力供应。接下来，在步骤32中， 检测各系列的平滑电容器5A、 5B的电压值变为v0的时间。然后，在比 较步骤33中对检测到的时间实施比较。这里，如果平滑电容器处于正常 状态，则如图14的实线所示，各系列的电压以大致相同的时间常数放电， 因此形成下式所示的状态。 tl-t2^0…(7)
另一方面，在单侧的平滑电容器中出现劣化的情况时，例如第l系列 电容器5A出现劣化时，如图14的虚线所示，由于放电速度增大，所以tl' 和t2的差分将变大。即，在比较步骤33中，获取各系列放电至同一电压 的时间差，并将该时间差的值与预先规定的值进行比较，如果该时间差的 值小于该规定值，则结束处理。如果该时间差的值大于规定值时，例如若 是将电梯作为对象的电力变换装置时，则在步骤34中进行与维护中心联 系的处理。
权利要求
1.一种成套并联结构的电力变换装置，具备电力变换器，其具有PWM整流器和逆变器且构成并联连接；进行所述PWM整流器的控制运算的PWM整流器侧运算处理装置；以及进行所述逆变器的控制运算的逆变器侧运算处理装置，其特征在于，具备检测所述PWM整流器中是否发生了异常的所述PWM整流器侧运算处理装置；和检测所述逆变器中是否发生了异常的所述逆变器侧运算处理装置；当所述PWM整流器侧运算处理装置和所述逆变器侧运算处理装置的任何一方检测出异常时，将该信号发送给另一方。
2 .如权利要求1所述的成套并联结构的电力变换装置，其特征在于， 当由所述PWM整流器侧运算处理装置接收到表示在所述逆变器侧运算处 理装置中检测到了异常的信号时，停止所述PWM整流器的运转，当由所述逆变器侧运算处理装置接收到表示在所述PWM整流器侧运 算处理装置中检测到了异常的信号时，停止所述逆变器的运转。 '
3 .如权利要求1所述的成套并联结构的电力变换装置，其特征在于， 所述PWM整流器侧运算处理装置及所述逆变器侧运算处理装置能够分别 存储表示检测到了异常的信息。
4 .如权利要求1所述的成套并联结构的电力变换装置，其特征在于， 具备与所述PWM整流器侧运算处理装置及所述逆变器侧运算处理装置相 互发送接收的第3运算处理装置，该第3运算处理装置对在所述PWM整 流器侧运算处理装置及所述逆变器侧运算处理装置中检测到的异常信息 进4亍记录。
5 .如权利要求1所述的成套并联结构的电力变换装置，其特征在于， 具备所述逆变器，其和中性点与负荷连接的电抗器连接；以及设置在各 所述逆变器的输出侧的电流检测器；所述逆变器侧运算处理装置输出在所 述逆变器之间循环的诊断用电流，通过所述电流检测器检测所述诊断用电 流，并基于检测的值调整所述电流检测器的检测值。
6 .如权利要求1所述的成套并联结构的电力变换装置，其特征在于， 具备设置在各所述逆变器的输出侧的电流检测器，所述逆变器侧运算处理 装置从各相输出以同振幅、同相位流动的电流即零相电流的循环电流，并 将由所述电流检测器检测到的所述零相电流的检测值与指令值的差和预 先规定的规定值进行比较。
7 .如权利要求1所述的成套并联结构的电力变换装置，其特征在于， 在停止运行的情况下，通过所述PWM侧运算处理装置或所述逆变器侧运 算处理装置检测在并联连接的各个所述PWM整流器与所述逆变器之间设 置的各个平滑电容器的电压，并对彼此的平滑电容器的放电量或放电时间 进行比较。
8. —种电梯系统，使用了成套并联结构的电力变换装置，所述成套 并联结构的电力变换装置具备电力变换器，其具有PWM整流器和逆变 器且构成并联连接；进行所述PWM整流器的控制运算的PWM整流器侧 运算处理装置；以及进行所述逆变器的控制运算的逆变器侧运算处理装 置，所述电梯系统具备检测所述PWM整流器中是否发生了异常的所述PWM整流器侧运算 处理装置；和检测所述逆变器中是否发生了异常的所述逆变器侧运算处理装置； 当所述PWM整流器侧运算处理装置和所述逆变器侧运算处理装置的 任何一方检测出异常时，将该信号发送给另一方。
9. 如权利要求8所述的电梯系统，其特征在于，从各相输出以同振幅、同相位流动的电流即零相电流的循环电流，并 将所述零相电流的值和指令值之间的差与预先规定的规定值进行比较。
10. 如权利要求8所述的电梯系统，其特征在于，在电梯的待机时间内从各相输出以同振幅、同相位流动的电流即零相 电流的循环电流，并在所述零相电流的值与指令值的差大于预先规定的规 定值时，向维护中心通报。
全文摘要
一种成套并联结构的电力变换装置，具备电力变换器，具有PWM整流器(3A、3B)和逆变器(4a、4B)且构成并联连接；进行PWM整流器的控制运算的PWM整流器侧运算处理装置(6)；和进行逆变器的控制运算的逆变器侧运算处理装置(7)，具备检测PWM整流器中是否发生了异常的PWM整流器侧运算处理装置(6)；和检测逆变器中是否发生了异常的逆变器侧运算处理装置(7)，当PWM整流器侧运算处理装置(6)和逆变器侧运算处理装置(7)任何一方检测出异常时，将该信号发送给另一方。由此，可在使用了多个运算处理装置的成套并联结构的电力变换装置中，正确掌握异常信息和断开动作信息及这些信息的时间顺序。
文档编号H02P27/06GK101359896SQ20071019712
公开日2009年2月4日 申请日期2007年12月5日 优先权日2007年7月30日
发明者三田史明, 保立尚史, 大沼直人, 森和久, 稻叶博美, 绫野秀树, 蛭田清玄, 迫田友治 申请人:株式会社日立制作所