充电控制系统、功率转换系统、充电控制装置和功率转换装置的制作方法

本发明涉及充电控制系统、包含充电控制系统的功率转换系统、构成充电控制系统的充电控制装置和设有充电控制装置的功率转换装置。

背景技术：

存在如下功率转换装置，将从交流电源提供的交流电转换成直流电，利用该直流电对电容器进行充电，将充电于电容器的电力转换成交流电并输出。在这种功率转换装置中，在接受直流电前(即接通功率转换装置的电源前)，电容器并未被充电。因此，若开始提供直流电并开始对电容器进行初始充电，则电容器中流过较大浪涌电流。若较大浪涌电流流过电容器，则可能会损坏电容器等。因此，为了抑制这种浪涌电流，在电容器的前级串联连接有电阻器。

然而，在电容器的充电电压充分上升之后，则不需要用于抑制浪涌电流的电阻器。因此，在电容器的充电电压充分上升后，利用接触器等触点元件将该电阻器短路，对电容器进行彻底的充电。

然而，若将该电阻器短路的触点元件发生触点相熔接等短路故障，则无法用电阻器抑制浪涌电流，有较大浪涌电流将流过电容器。因此，例如专利文献1中公开了检测出该触点元件的故障的技术。在专利文献1的技术中，检测出电容器的电压，根据初始充电时电压检测值相对于充电时间的斜率来检测出触点元件的故障。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2012－120376号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

然而，在专利文献1的技术中，为了检测出其触点元件的故障，需要向电容器提供直流电。因此，在专利文献1的技术中，在检测出触点元件的短路故障时，较大浪涌电流已经流过电容器，有可能会损坏电容器等。

本发明鉴于以上说明的技术问题而完成，其目的在于提供一种技术，即，即便将浪涌电流抑制用电阻器短路的触点元件发生短路故障，也能事前防止有较大浪涌电流流过电容器。

用于解决问题的技术方案

为了解决上述问题，本发明的充电控制系统具有充电控制装置和联锁电路，所述充电控制装置包括：接受直流电的电容器；在所述电容器的前级串联连接的电阻器；接触器，具有常开触点元件和常闭触点元件，所述常开触点元件与所述电阻器并联连接，所述常闭触点元件与所述常开触点元件的开闭动作相反地联动，且所述常闭触点元件与所述常开触点元件电隔离；以及外部输入输出接口，所述外部输入输出接口包含与所述常闭触点元件相连接的输入输出端子。所述联锁电路与所述外部输入输出接口的所述输入输出端子相连接，在所述常闭触点元件维持开路状态的状态下，所述联锁电路阻止向所述电容器开始供电。

根据本发明的充电控制系统，若接触器的常开触点元件发生电路故障，则与该常开触点元件联动的常闭触点元件维持开路状态。而且，在常闭触点元件维持开路状态的状态下，充电控制系统的联锁电路阻止向电容器开 始供电。即，在充电控制系统中，若常开触点元件发生短路故障，则不开始向电容器供电。

发明效果

因此，根据本发明，即便将浪涌电流抑制用电阻器短路的触点元件发生短路故障，也能事前防止有较大浪涌电流流过电容器。

附图说明

图1是表示作为本发明的实施方式1的、包含充电控制系统3的功率转换系统1的结构例的图。

图2是表示上述功率转换系统1的外部电路20的结构例的序列图。

图3是说明上述功率转换系统1正常时的动作的时序图。

图4是说明上述功率转换系统1中、接触器MC2的常开触点元件MC2a发生短路故障时的该功率转换系统1的动作的时序图。

图5是表示本发明的实施方式2的功率转换系统1A的结构例的图。

图6是表示本发明的实施方式3的功率转换系统中外部电路20B的结构例的序列图。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的实施方式。

(A：实施方式1)

图1是表示作为本发明的实施方式1的、包含充电控制系统3的功率转换系统1的结构例的图。充电控制系统3包含充电控制装置5以及与充电控制装置5相连接的外部电路20。充电控制装置5包含电容器12、电阻器14、接触器MC2、外部输入输出接口(下面将接口标记为I/F)18。充电控制装置5设于功率转换装置10，功率转换装置10除了具有该充电控制装置5，还具有向充电控制装置5提供直流电的转换器部11、从充电控制装置5的电容器12供电的逆变器部(省略图示)。此外，外部电路20包 含接触器MC1的触点元件MC1a，其插入于向功率转换装置10(即，经由转换器部11向充电控制装置5)供电的供电路径。充电控制系统3是基于充电控制装置5的接触器MC2的状态，对外部电路20的触点元件MC1a的开闭进行限制的系统。而且，功率转换系统1是将这种充电控制系统3应用于功率转换装置10的系统。下面，详细说明该功率转换装置10和功率转换系统1。

转换器部11经由外部电路20的接触器MC1的触点元件MC1a与三相交流电源40相连接。转换器部11对二极管进行三相桥接连接，对输入的交流电进行三相全波整流。转换器部11将经过三相全波整流而获得的直流电输出至高电位侧的直流母线11P与低电位侧的直流母线11N之间。

电容器12连接在直流母线11P与11N之间，对电容器部11的输出即直流电进行滤波。电容器12例如为电解电容器。在电容器12的后级设有逆变器部，其将由该电容器12滤波而得到的直流电转换成期望频率的交流电。在逆变器部的后级连接有由功率转换装置10驱动的电动机等负载(省略图示)。

电容器12的前级串联连接有浪涌电流抑制用的电阻器14。更详细地，电阻器14插入于转换器部11与电容器12之间的高电位侧直流母线11P。电阻器14并联连接有接触器MC2，其用于在电容器12的充电电压充分上升后将电阻器14短路。接触器MC2具有常开触点元件MC2a、以及与该常开触点元件MC2a的开闭动作相反地机械性联动的常闭触点元件MC2b。此处，在本说明书中，常开是指所谓始终打开(NO)的情形，对触点元件进行开闭操作的电磁体中没有电流流过(非通电)的状态下，该触点元件成为开路(开路)。此外，常闭是指所谓始终关闭(NC)的情形，对触点元件进行开闭操作的电磁体中没有电流流过(非通电)的状态下，该触点元件成为短路(闭路)。电阻器14与常开触点元件MC2a并联连接。因此， 常开触点元件MC2a是主触点元件。与此不同，常闭触点元件MC2b是与常开触点元件MC2a电隔离的辅助触点元件。电阻器14和接触器MC2起到对电容器12进行充电的充电电路16的作用。

电容器12与电压检测部17并联连接。电压检测部17检测出电容器12的电压并输出表示其检测结果的电压检测信号。

控制部19例如为CPU(中央处理装置)。控制部19基于来自频率设定器(省略图示)的频率指令值运算出电压指令信号，基于该电压指令信号，生成对构成逆变器部的开关元件的导通/截止进行控制的PWM信号。此外，控制部19从电压检测部17获取电压检测信号，基于该电压检测信号，将对常开触点元件MC2a和常闭触点元件MC2b进行开闭的触点信号输出至接触器MC2(更准确地，对常开触点元件MC2a和常闭触点元件MC2b进行开闭操作的接触器MC2的电磁体)。

本实施方式的充电控制装置5的特征之一在于，接触器MC2的常闭触点元件MC2b两端的固定接触件MC2b1和MC2b2可连接至该充电控制装置5的外部电路20。具体地，接触器MC2的常闭触点元件MC2b的一个固定接触件MC2b1连接至外部输入输出I/F18的输入输出端子18b1，另一固定接触件MC2b2连接至外部输入输出I/F18的输入输出端子18b2。外部输入输出端子I/F18例如设于充电控制装置5的壳体(即功率转换装置10的壳体)，输入输出端子18b1和18b2露出于壳体外。而且，这些输入输出端子18b1和18b2连接有与外部电路20相连接的电线等。

外部电路与外部输入输出接口18的输入输出端子18b1和18b2相连接，并且包含联锁电路，该联锁电路在接触器MC2的常开触点元件MC2a发生短路故障且常闭触点元件MC2b维持开路状态的状态下，阻止向电容器12开始供电。在充电控制装置5中，常闭触点元件MC2b经由外部输入 输出I/F18与外部电路20相连接，从而该常闭触点元件MC2b起到该联锁电路的一部分的作用。

图2是表示外部电路20的结构例的序列图。图2例示的外部电路20包含联锁电路ILC和电源接通/切断电路21。联锁电路ILC和电源输接通/切断电路21分别连接在高电位侧控制电源线P1和低电位侧控制电源线N1之间。该控制电源线P1和N1是与直流母线11P和11N电隔离的外部控制电源线。例如，控制电源线P1和N1之间施加有直流24V。

电源接通/切断电路21由常开的触点元件PB1a、常闭的触点元件PB2b、常开的触点元件R1a、电磁体R1-C和电磁体R2-C构成。触点元件PB1a和触点元件PB2b根据操作员等对电源接通操作用的按钮PB1和电源切断操作用的按钮Pb2进行的各按压操作来进行开闭。触点元件PB1a、触点元件PB2b和电磁体R1-C串联连接在控制电源线P1和N1之间。触点元件PB1a并联连接有触点元件R1a。触点元件R1a是根据电磁体R1-C的通电/非通电进行开闭的触点元件。电磁体R1-C并联连接有电磁体R2-C。电磁体R2-C根据其通电/非通电对联锁电路ILC的常开的触点元件R2a进行开闭操作。即，电源接通/切断电路21是根据操作员等对按钮PB1和PB2的各按压操作，对联锁电路ILC的触点元件R2a的开闭进行切换的电路。

联锁电路ILC由受到电源接通/切断电路21的开闭操作的触点元件R2a、常开的触点元件R3a、电磁体R3-C、电磁体MC1-C、端子22b1和端子22b2构成。

端子22b1是连接有与外部输入输出I/F18的输入输出端子18b1相连接的电线的端子，端子22b2是连接有与外部输入输出I/F18的输入输出端子18b2相连接的电线的端子。即，端子22b1和22b2与外部输入输出I/F18的输入输出端子18b1和18b2相连接，从而端子22b1与接触器MC2的常 闭触点元件MC2b的固定接触件MC2b1等效，端子22b2与接触器MC2的常闭触点元件MC2b的固定接触件MC2b2等效，接触器MC2的常闭触点元件MC2b等效于组装在端子22b1和22b2之间。

端子22b1经由触点元件R2a与控制电源线P1相连接。此外，端子22b2经由电磁体R3-C与控制电源线N1相连接。电磁体R3-C是对触点元件R3a进行开闭操作的电磁体。触点元件R3a与端子22b1和22b2、即常闭触点元件MC2b并联连接。

电磁体R3-C并联连接有电磁体MC1-C。电磁体MC1-C是对触点元件MC1a(参照图1)进行开闭操作的电磁体，该触点元件MC1a用于对向功率转换装置10的供电和断电进行切换。

以上是包含充电控制系统3的功率转换系统1的结构。

图3是表示正常时的功率转换系统1的动作的时序图。在向功率转换装置10接通电源前(例如，图3的时刻t0)，接触器MC2的常开触点元件MC2a为开路，且常闭触点元件MC2b为短路。此外，由于未接通电源，联锁电路ILC的触点元件R2a和R3a一并开路。在该状态下，电流不流过联锁电路ILC的电磁体MC1-C，因此，接触器MC1的触点元件MC1a开路，不向功率转换装置10供电。

然后，在时刻t1，若操作员进行按压电源接通/切断电路21的按钮PB1的操作，则该按钮PB1的触点元件PB1a短路。若PB1a短租，则电流流过电源接通/切断电路21的电磁体R1-C和R2-C。通电后的电磁体R1-C将并联连接于按钮PB1的触点元件PB1a的触点元件R1a短路，从而自保持通电状态。由此，电磁体R2-C也与电磁体R1-C一起保持通电状态。此外，在电流流过该电磁体R2-C的期间，电磁体R2-C将联锁电路ILC的触点元件R2a短路。

在端子22b1和22b2之间，因接触器MC2的常闭触点元件MC2b而短路，因此，若联锁电路ILC的触点元件R2a短路，则电流流过电磁体R3-C和MC1-C。通电后的电磁体R3-C将并联连接于端子22b1和22b2触点元件R3a短路，从而自保持通电状态。由此，电磁体MC1-C也与电磁体R3-C一起保持通电状态。此外，在电流流过该电磁体MC1-C的期间，电磁体MC1-C将触点元件MC1a短路。由此，向功率转换装置10提供交流电。

若接受有交流电，则功率转换装置10利用转换器部11对该交流电进行整流，将整流后的直流电提供至充电电路16从而开始电容器12的初始充电。此时，接触器MC2的常开触点元件MC2a处于开路，因此，经由电阻器14而受抑制的电流流过电容器12。而且，电容器12的两端电压Vdc根据由电阻器14和电容器12的时间常数所决定的时间而上升。

接着，若电容器12的电压达到规定电平，则控制部19开始动作。然后，控制部19在从该动作开始起经过预先设定的时间的时刻t2，将触点信号输出至接触器MC2。若因该触点信号，电流流过接触器MC2的电磁体，则接触器MC2将常开触点元件MC2a短路，且将常闭触点元件MC2b开路。即，控制部19在电容器12的充电电压充分上升后，利用接触器MC2的常开触点元件MC2a将电阻器14短路。由此，对电容器12进行彻底充电。此外，在联锁电路ILC中，利用电磁体R3-C和触点元件R3a来自保持通电状态，因此，即便常闭触点元件MC2b开路，电磁体MC1-C也维持通电状态。因此，在初始充电的中途或通常的功率转换动作的中途，不会切断对功率转换装置10的供电。

在之后的时刻t3，为了切断电源，由操作员对按钮PB2进行按压操作，则按钮PB2的触点元件PB2b开路，电流不流过电磁体R1-C和R2-C。成为非通电的电磁体R1-C将触点元件R1a开路，成为非通电的电磁体R2-C 将联锁电路ILC中的触点元件R2a开路。

若联锁电路ILC的触点元件R2a开路，则电流不会流过电磁体R3-C和MC1-C。成为非通电的电磁体R3-C将触点元件R3a开路。此外，成为非通电的电磁体MC1-C将触点元件MC1a开路，切断向功率转换装置10提供交流电。若交流电的提供被切断，则电容器12放电，电容器12的电压Vdc下降。此外，若电容器12的电压成为规定电压以下(时刻t4)，则控制部19停止输出触点信号。由此，接触器MC2的常开触点元件MC2a开路，且常闭触点元件MC2b短路。

以上是正常时的动作。

此处，在功率转换装置10进行通常的功率转换动作的状态下，接触器MC2的常闭触点元件MC2a的触点发生焊接并成为短路故障。图4是表示此时的功率转换系统1的动作的时序图。在功率转换装置10进行通常的功率转换动作的状态下，常开触点元件MC2a成为短路状态。因此，例如，即便在时刻t10，常开触点元件MC2a的触点发生熔接，在该时刻也能维持通常的功率转换动作。

之后，在时刻t13，为了切断功率转换装置10的电源，由操作员对按钮PB2进行按压操作。若对按钮PB2进行按压操作，则与正常时相同地，将联锁电路ILC的触点元件R2a开路，电磁体R3-C和MC1-C成为非通电，触点元件R3a和MC1a开路。因此，与正常时相同地，切断向功率转换装置10提供交流电，电容器12的电压Vdc下降。

若电容器12的电压Vdc下降并成为规定电压以下，则控制部19停止输出触点信号。然而，接触器MC2的常开触点元件MC2a的触点没有发生熔接，因此，即便从控制部19提供的触点信号停止也不会成为开路，能维持短路状态。此外，接触器MC2的常闭触点元件MC2b与常开触点元件 MC2a进行机械性联动，因此，即便从控制部19提供的触点信号停止也能维持开路状态。因此，联锁电路ILC的端子22b1和22b2之间维持开路状态。

之后，在时刻t21，为了再次使功率转换装置10上升，假设由操作员对按钮PB1进行按压操作。通过该操作，按钮PB1的触点元件PB1a短路，电流流过电磁体R1-C和R2-C，联锁电路ILC中触点元件R2a短路。

然而，由于常开触点元件MC2a的短路故障，端子22b1和22b2之间成为开路，且触点元件R3a成为开路，因此，即便触点元件R2a短路，也能维持电磁体R3-C和电磁体MC1-C的非通电状态。因此，维持触点元件MC1a的开路装置，维持功率转换装置10的交流电的切断。未开始向功率转换装置10供电，因此，电容器12的初始充电未开始，电容器12的电压Vdc不上升。

之后，在时刻t23，若操作员对按钮PB2进行按压操作，则按钮PB2的触点元件PB2b开路，联锁电路ILC的触点元件R2a开路。电磁体R3-C和电磁体MC1-C在触点元件R2a将要开路之前就已经成为非通电状态，因此，在触点元件R2a开路后，也仍然能维持非通电状态。因此，维持触点元件MC1a的开路状态。

如上所述，本实施方式的包含充电控制系统3的功率转换系统1中，在接触器MC2的常开触点元件MC2a发生短路故障且常闭触点元件MC2b维持开路状态的状态下，阻止开始向电容器12供电。这通过常闭触点元件MC2b与外部输入输出I/F18的输入输出端子18b1和18b2相连接来实现。在常开触点元件MC2a发生短路故障的状态下，不会开始向充电控制装置5供电，因此，能事前防止较大浪涌电流流过电容器12。由此，因接触器MC2的故障而使得连电容器12、转换器部11的二极管也发生故障这一的 故障扩大的情况能得以防止，能将功率转换装置10的故障抑制到最小限。因此，仅通过交换接触器MC2就能修复功率转换装置10。此外，在功率转换系统1中，在控制部19不工作的状态下，也能可靠地事前防止有较大浪涌电流流过电容器12。此外，在功率转换系统1中，在向电容器12供电的状态下，即便常闭触点元件MC2b开闭，也能维持对电容器12的供电，因此，不会在充电中途等情况下中断向电容器12的供电。

(B：实施方式2)

图5是表示包含本发明的实施方式2的功率转换装置10A的功率转换系统1A的结构的框图。本实施方式的功率转换装置10A与实施方式1的功率转换装置10的不同点在于，控制部19进一步添加有如下功能：即，获取接触器MC2的常闭触点元件MC2b的两端电压的功能。

功率转换装置10A的控制部19在将逆变器部的主电源关闭的状态下，根据参数设定来输出对接触器MC2的常开触点元件MC2a和常闭触点元件MC2b进行开闭的触点信号，对这些常开触点元件MC2a和常闭触点元件MC2b进行强制性开闭。而且，控制部19获取常闭触点元件MC2b两端的电压，将输出的触点信号与所获取的常闭触点元件MC2b两端的电压进行比较。控制部19在所输出的触点信号与所获取的常闭触点元件MC2b两端的电压不一致的情况下，判断为接触器MC2发生故障。

如上所述，在本实施方式中，使控制部19动作的功率转换装置10A内的控制电源接通的状态下，控制部19对接触器MC2的故障进行诊断。因此，根据功率转换装置10A，在切断对功率转换装置10A提供交流电之前，也能检测出接触器MC2的故障。

(C：实施方式3)

本发明的实施方式3的功率转换装置的结构与实施方式1的功率转换 装置10相同。本实施方式的功率转换系统与实施方式1的功率转换系统1的不同点在于，具有外部电路20B以替代外部电路20。图6是表示本实施方式的功率转换系统的外部电路20B的一个示例的序列图。图6所示序列图与图2的序列图的不同点在于，设置电源接通/切断电路21B以替代电源接通/切断电路21，设置联锁电路ILCB以替代联锁电路ILC，且进一步添加通知电路24。电源接通/切断电路21B与电源接通/切断电路21的不同点在于，电磁体R4-C与电磁体R1-C和电磁体R2-C并联连接。联锁电路ILCB与联锁电路ILC的不同点在于，电磁体R5-C与电磁体R3-C和电磁体MC1-C并联连接。

通知电路24是将常开的触点元件R4a、常闭的触点元件R5b和灯L串联连接在控制电源线P1和N1之间的电路。触点元件R4a根据电源接通/切断电路21B的电磁体R4-C的通电/非通电来进行开闭。触点元件R5a根据联锁电路ILCB的电磁体R5-C的通电/非通电来进行开闭。在电流流过电磁体R4-C且触点元件R4a短路，并且电流不流过电磁体R5-C且触点元件R5b短路的情况下，灯L有电流流过并点亮。即，通知电路24是如下电路：即便进行电源的接通操作，在电磁体MC1-C为非通电、触点元件MC1a维持开路状态的情况下，利用灯L的点亮来通知接触器MC2的常开触点元件MC2a的短路故障。

如上所述，若使用本实施方式的功率转换系统，在不向功率转换装置10供电的状态下，能明确知晓接触器MC2的常开触点元件MC2a的短路故障。

(D：变形)

以上，对本发明的实施方式1～3进行了说明，但这些实施方式也可以添加以下变形。

(1)在实施方式1～实施方式3的功率转换系统1～1A中，根据按钮PB1和PB2的按压操作，对联锁电路ILC和ILCB的触点元件R2a进行开闭。然而，也可以将触点元件R2a替换为断路器。在该情况下，操作员直接操作断路器即可，因此，可省略电源接通/切断电路21。

(2)外部电路20和20B的具体结构不限于实施方式1和实施方式3中例示的结构。

(3)在实施方式1～实施方式3的功率转换系统1～1A中，利用转换器部11将提供给功率转换装置10～10A的交流电转换为直流电，之后，将该直流电提供给功率转换装置10～10A中的充电控制装置5。然而，功率转换装置可不设有转换器部11，功率转换装置的充电控制装置5经由触点元件MC1a与直流电源相连接。此外，在实施方式1～3中，功率转换装置10～10A设有充电控制装置5。然而，可在功率转换装置以外的装置(例如，不包含转换功率过程的装置)上设置充电控制装置，也可将充电控制系统用于功率转换装置以外的装置。

标号说明

1，1A 功率转换系统、

3，3A 充电控制系统、

5，5A 充电控制装置、

10，10A 功率转换装置、

11 转换器部、

12 电容器、

14 电阻器、

16 充电电路、

17 电压检测部、

18 外部输入输出I/F、

18b1，18b 输入输出端子、

222b1，22b2 端子、

19 控制部、

20，20B 外部电路、

21，21B 电源接通/切断电路、

24 通知电路、

40 交流电源、

ILC，ILCB 联锁电路、

MC1，MC2 接触器、

MC2a 常开触点元件、

MC2b 常闭触点元件、

MC2b1，MC2b2 固定接触件、

R1a，R2a，R3a，R4a，R5b，MC1a，PB1a，PB1b 触点元件、

R1－C，R2－C，R3－C，R4－C，R5－C，MC1－C

电磁体、

L 灯。