JP2008193830A - 直流電源システムの制御方法 - Google Patents

Description

この発明は入力される交流電圧を、抵抗とコンタクタの接点とを並列接続してなる充電制御回路を介したコンデンサインプット全波整流回路により直流電圧に変換し、さらに、このコンデンサ電圧をチョッパ回路により所望の値の直流電圧に変換して蓄電池設備および負荷機器に供給する直流電源システムの制御方法に関する。

図３は、車両用補助電源装置などに供用されるこの種の直流電源システムの従来例を示す回路構成図であり、この図において、１は単相の交流電源、２は入力コンタクタ、３は直流電源システム、４は出力コンタクタ、５はインバータなどの負荷機器を示している。

この直流電源システム３には充電制御回路としての抵抗３１およびコンタクタ３２と、コンデンサインプット全波整流回路としてのダイオードブリッジ整流器３３およびコンデンサ３４と、チョッパ回路としてのＩＧＢＴ３５，ダイオード３６，リアクトル３７およびコンデンサ３８と、回路遮断器３９と、所定数の蓄電池を直列接続してなる蓄電池設備４０と、コンデンサ３８の両端電圧すなわちこの直流電源システム３の出力電圧を検出する直流電圧検出器４１と、前記出力電圧を所望の値に制御するチョッパ制御回路４２とを備えている。

このチョッパ制御回路４２は、設定される電圧指令値と直流電圧検出器４１の検出値との偏差を零にする調節演算を行い、この調節演算結果を通流率指令値として出力する通流率演算回路４２ａと、前記通流率指令値と例えば三角波状の搬送波とに基づくＰＷＭ演算を行い、このＰＷＭ演算結果に対応したＩＧＢＴ３５への駆動信号を生成する駆動信号演算回路４２ｂと、この直流電源システム３の出力電圧が、例えば何らかの不具合などに起因して、予め設定された電圧下限値を下回ったときにこれを検知して、駆動信号演算回路４２ｂの前記演算動作を停止させる比較器４２ｃとから構成されている。

上述の通流率指令値は前記チョッパ回路での通流率、すなわちＩＧＢＴ３５でのオン期間／（オン期間＋オフ期間）に対応する指令値であり、図３に示した構成のチョッパ回路では、該チョッパ回路での出力電圧／入力電圧と前記通流率とは同じ値になり、また、このチョッパ制御回路４２を構成する通流率演算回路４２ａ，駆動信号演算回路４２ｂなどは周知の技術を用いて形成されている。

図３に示した直流電源システム３では、図示しない運転制御回路からの指令により、先ず、入力コンタクタ２が開路，出力コンタクタ４が開路，コンタクタ３２が開路，チョッパ制御回路４２からＩＧＢＴ３５への駆動信号をオフ状態にした後、回路遮断器３９を投入した状態にし、次に、入力コンタクタ２を閉路させると、交流電源１の交流電圧が直流電源システム３に印加されて、抵抗３１とダイオードブリッジ整流器３３とを介したコンデンサ３４が充電され、このコンデンサ３４への充電がほぼ完了したタイミングで、コンタクタ３２を閉路させると共に、チョッパ制御回路４２の動作を開始させることにより、リアクトル３７とコンデンサ３８で平滑された直流電源システム３の出力電圧が前記電圧指令値に調整され、この出力電圧により蓄電池設備４０を浮動充電状態にする。

その後、出力コンタクタ４を閉路することで、負荷機器５への給電が開始され、この直流電源システム３が通常運転状態に入る。
特開平５−３１６６０１号公報

図３に示した従来の直流電源システム３が通常運転状態中に、コンタクタ３２の断線やコンタクタ３２自身の不具合などによって、その接点が開路状態になると、交流電源１から抵抗３１を介して負荷機器５に給電する状態になり、その結果、コンデンサ３４の両端電圧、すなわち前記チョッパ回路の入力電圧が低下するので、この直流電源システム３の出力電圧を前記電圧指令値に調整するために、チョッパ制御回路４２での通流率指令値が増大し、従って、ＩＧＢＴ３５の通流率も増大する。

前記チョッパ回路の入力電圧がさらに低下して、前記通流率が予め定めた上限値、例えば、「１．０」に至ると、この直流電源システム３の出力電圧が前記電圧指令値を維持できなくなって低下しようとするが、この状態に陥っても、負荷機器５には蓄電池設備４０からの放電により給電される状態が続くことから、先述の電圧下限値を下回り、チョッパ制御回路４２での比較器４２ｃを介して駆動信号演算回路４２ｂの前記演算動作を停止させるときまで、抵抗３１には電流が流れ続けることとなり、その結果、この抵抗３１が過熱焼損する恐れがあった。

この発明の目的は、上記問題点を解消する直流電源システムの制御方法を提供することにある。

この第１の発明は入力される交流電圧を、抵抗とコンタクタの接点とを並列接続してなる充電制御回路を介したコンデンサインプット全波整流回路により直流電圧に変換し、さらに、このコンデンサ電圧をチョッパ回路により所望の値の直流電圧に変換して蓄電池設備および負荷機器に供給する直流電源システムにおいて、
前記チョッパ回路の通流率に基づいた値の平均値を求め、この平均値が予め定めた値を超えたことを検知したときに前記直流電源システムが異常状態であると判定することを特徴とする制御方法を用いる。

また第２の発明は、前記第１の発明の直流電源システムの制御方法において、
前記平均値が予め定めた値を超えたことを検知したときに、前記チョッパ回路の変換動作を停止させることを特徴とする。

この発明によれば、前記直流電源システムを構成するチョッパ回路の通流率の平均値を求め、この平均値が予め定めた値を超えたことを検知したときに該直流電源システムが異常状態であると判定すると共に、前記チョッパ回路の変換動作を停止させることにより、前記充電制御回路の抵抗の過熱焼損を防止することができる。

図１は、この発明の直流電源システムの制御方法の実施例を示す回路構成図であり、この図において、図３に示した従来例構成と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。

すなわち図１に示した直流電源システム６では、従来の直流電源システム３のチョッパ制御回路４２に代えて、チョッパ制御回路６１を備えている。

このチョッパ制御回路６１は、設定される電圧指令値と直流電圧検出器４１の検出値との偏差を零にする調節演算を行い、この調節演算結果を通流率指令値として出力する通流率演算回路６１ａと、前記通流率指令値と例えば三角波状の搬送波とに基づくＰＷＭ演算を行い、このＰＷＭ演算結果に対応したＩＧＢＴ３５への駆動信号を生成する駆動信号演算回路６１ｂと、この直流電源システム６の出力電圧が、例えば何らかの不具合などに起因して、予め設定された電圧下限値を下回ったときにこれを検知して、駆動信号演算回路６１ｂの前記演算動作を停止させる比較器６１ｃと、ＩＧＢＴ３５の通流率［＝オン期間／（オン期間＋オフ期間）］に対応した前記通流率指令値の平均値を求める平均値演算器６１ｄと、この平均値が予め設定されたα上限値を超えたときにこれを検知して、駆動信号演算回路６１ｂの前記演算動作を停止させる比較器６１ｅとから構成されており、これらの構成要素は周知の技術を用いて形成されている。

この発明の直流電源システムの制御方法について、図２に示す波形図を参照しつつ、以下に説明をする。

図１に示した直流電源システム６では、図示しない運転制御回路からの指令により、先ず、入力コンタクタ２が開路，出力コンタクタ４が開路，コンタクタ３２が開路，チョッパ制御回路６１からＩＧＢＴ３５への駆動信号をオフ状態にした後、回路遮断器３９を投入した状態にし、次に、入力コンタクタ２を閉路させると、交流電源１の交流電圧が直流電源システム６に印加されて、抵抗３１とダイオードブリッジ整流器３３とを介したコンデンサ３４が充電され、このコンデンサ３４への充電がほぼ完了したタイミングで、コンタクタ３２を閉路させると共に、チョッパ制御回路６１の動作を開始させることにより、リアクトル３７とコンデンサ３８で平滑された直流電源システム３の出力電圧が前記電圧指令値に調整され、この出力電圧により蓄電池設備４０を浮動充電状態にする。

その後、出力コンタクタ４を閉路することで、負荷機器５への給電が開始され、この直流電源システム６が通常運転状態に入る。

この直流電源システム６が通常運転状態では、図２（イ）に示すような単相の交流電源１の交流電圧が直流電源システム６に印加されることにより、図２（ロ）に示すような波形の整流電圧がコンデンサ３４の両端に生成される。従って、チョッパ制御回路６１の動作により、リアクトル３７とコンデンサ３８で平滑された直流電源システム６の出力電圧を前記電圧指令値に調整するためのＩＧＢＴ３５の通流率［＝オン期間／（オン期間＋オフ期間）］は、図２（ハ）に示すように脈動する。

そこで、この発明の直流電源システム６の制御方法では、チョッパ制御回路６１の通流率演算回路６１ａの出力である前記通流率に対応した通流率指令値の平均値を平均値演算器６１ｄで求め、この平均値が予め設定されたα上限値を超えたか否かを比較器６１ｅで監視するようにしている。

すなわち、直流電源システム６が通常運転状態中に、コンタクタ３２の断線やコンタクタ３２自身の不具合などによって、その接点が開路状態になると、交流電源１から抵抗３１を介して負荷機器５に給電する状態になり、その結果、コンデンサ３４の両端電圧が低下するので、この直流電源システム６の出力電圧を前記電圧指令値に調整するために、チョッパ制御回路６１での通流率指令値が増大する。このときの前記通流率指令値の平均値が前記α上限値を超えると、比較器６１ｅがこれを検知して、駆動信号演算回路６１ｂの前記演算動作を停止させることで、抵抗３１の過熱焼損を防止することができる。

この発明の実施例を示す直流電源システムの回路構成図 図１の動作を説明するための波形図 従来例を示す直流電源システムの回路構成図

符号の説明

１…交流電源、２…入力コンタクタ、３…直流電源システム、４…出力コンタクタ、５…負荷機器、６…直流電源システム、３１…抵抗、３２…コンタクタ、３３…ダイオードブリッジ整流器、３４…コンデンサ、３５…ＩＧＢＴ、３６…ダイオード、３７…リアクトル３７、３８…コンデンサ、３９…回路遮断器、４０…蓄電池設備、４１…直流電圧検出器、４２…チョッパ制御回路、６１…チョッパ制御回路。

Claims (2)

1. 入力される交流電圧を、抵抗とコンタクタの接点とを並列接続してなる充電制御回路を介したコンデンサインプット全波整流回路により直流電圧に変換し、さらに、このコンデンサ電圧をチョッパ回路により所望の値の直流電圧に変換して蓄電池設備および負荷機器に供給する直流電源システムにおいて、
   前記チョッパ回路の通流率に基づいた値の平均値を求め、この平均値が予め定めた値を超えたことを検知したときに前記直流電源システムが異常状態であると判定することを特徴とする直流電源システムの制御方法。
2. 請求項１に記載の直流電源システムの制御方法において、
   前記平均値が予め定めた値を超えたことを検知したときに、前記チョッパ回路の変換動作を停止させることを特徴とする直流電源システムの制御方法。

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