充電控制系統、功率轉換系統、充電控制裝置和功率轉換裝置的製作方法

2024-03-25 00:43:05 2

本發明涉及充電控制系統、包含充電控制系統的功率轉換系統、構成充電控制系統的充電控制裝置和設有充電控制裝置的功率轉換裝置。

背景技術：

存在如下功率轉換裝置，將從交流電源提供的交流電轉換成直流電，利用該直流電對電容器進行充電，將充電於電容器的電力轉換成交流電並輸出。在這種功率轉換裝置中，在接受直流電前(即接通功率轉換裝置的電源前)，電容器並未被充電。因此，若開始提供直流電並開始對電容器進行初始充電，則電容器中流過較大浪湧電流。若較大浪湧電流流過電容器，則可能會損壞電容器等。因此，為了抑制這種浪湧電流，在電容器的前級串聯連接有電阻器。

然而，在電容器的充電電壓充分上升之後，則不需要用於抑制浪湧電流的電阻器。因此，在電容器的充電電壓充分上升後，利用接觸器等觸點元件將該電阻器短路，對電容器進行徹底的充電。

然而，若將該電阻器短路的觸點元件發生觸點相熔接等短路故障，則無法用電阻器抑制浪湧電流，有較大浪湧電流將流過電容器。因此，例如專利文獻1中公開了檢測出該觸點元件的故障的技術。在專利文獻1的技術中，檢測出電容器的電壓，根據初始充電時電壓檢測值相對於充電時間的斜率來檢測出觸點元件的故障。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2012－120376號公報

技術實現要素：

發明所要解決的技術問題

然而，在專利文獻1的技術中，為了檢測出其觸點元件的故障，需要向電容器提供直流電。因此，在專利文獻1的技術中，在檢測出觸點元件的短路故障時，較大浪湧電流已經流過電容器，有可能會損壞電容器等。

本發明鑑於以上說明的技術問題而完成，其目的在於提供一種技術，即，即便將浪湧電流抑制用電阻器短路的觸點元件發生短路故障，也能事前防止有較大浪湧電流流過電容器。

用於解決問題的技術方案

為了解決上述問題，本發明的充電控制系統具有充電控制裝置和聯鎖電路，所述充電控制裝置包括：接受直流電的電容器；在所述電容器的前級串聯連接的電阻器；接觸器，具有常開觸點元件和常閉觸點元件，所述常開觸點元件與所述電阻器並聯連接，所述常閉觸點元件與所述常開觸點元件的開閉動作相反地聯動，且所述常閉觸點元件與所述常開觸點元件電隔離；以及外部輸入輸出接口，所述外部輸入輸出接口包含與所述常閉觸點元件相連接的輸入輸出端子。所述聯鎖電路與所述外部輸入輸出接口的所述輸入輸出端子相連接，在所述常閉觸點元件維持開路狀態的狀態下，所述聯鎖電路阻止向所述電容器開始供電。

根據本發明的充電控制系統，若接觸器的常開觸點元件發生電路故障，則與該常開觸點元件聯動的常閉觸點元件維持開路狀態。而且，在常閉觸點元件維持開路狀態的狀態下，充電控制系統的聯鎖電路阻止向電容器開 始供電。即，在充電控制系統中，若常開觸點元件發生短路故障，則不開始向電容器供電。

發明效果

因此，根據本發明，即便將浪湧電流抑制用電阻器短路的觸點元件發生短路故障，也能事前防止有較大浪湧電流流過電容器。

附圖說明

圖1是表示作為本發明的實施方式1的、包含充電控制系統3的功率轉換系統1的結構例的圖。

圖2是表示上述功率轉換系統1的外部電路20的結構例的序列圖。

圖3是說明上述功率轉換系統1正常時的動作的時序圖。

圖4是說明上述功率轉換系統1中、接觸器MC2的常開觸點元件MC2a發生短路故障時的該功率轉換系統1的動作的時序圖。

圖5是表示本發明的實施方式2的功率轉換系統1A的結構例的圖。

圖6是表示本發明的實施方式3的功率轉換系統中外部電路20B的結構例的序列圖。

具體實施方式

下面，參照附圖說明本發明的實施方式。

(A：實施方式1)

圖1是表示作為本發明的實施方式1的、包含充電控制系統3的功率轉換系統1的結構例的圖。充電控制系統3包含充電控制裝置5以及與充電控制裝置5相連接的外部電路20。充電控制裝置5包含電容器12、電阻器14、接觸器MC2、外部輸入輸出接口(下面將接口標記為I/F)18。充電控制裝置5設於功率轉換裝置10，功率轉換裝置10除了具有該充電控制裝置5，還具有向充電控制裝置5提供直流電的轉換器部11、從充電控制裝置5的電容器12供電的逆變器部(省略圖示)。此外，外部電路20包 含接觸器MC1的觸點元件MC1a，其插入於向功率轉換裝置10(即，經由轉換器部11向充電控制裝置5)供電的供電路徑。充電控制系統3是基於充電控制裝置5的接觸器MC2的狀態，對外部電路20的觸點元件MC1a的開閉進行限制的系統。而且，功率轉換系統1是將這種充電控制系統3應用於功率轉換裝置10的系統。下面，詳細說明該功率轉換裝置10和功率轉換系統1。

轉換器部11經由外部電路20的接觸器MC1的觸點元件MC1a與三相交流電源40相連接。轉換器部11對二極體進行三相橋接連接，對輸入的交流電進行三相全波整流。轉換器部11將經過三相全波整流而獲得的直流電輸出至高電位側的直流母線11P與低電位側的直流母線11N之間。

電容器12連接在直流母線11P與11N之間，對電容器部11的輸出即直流電進行濾波。電容器12例如為電解電容器。在電容器12的後級設有逆變器部，其將由該電容器12濾波而得到的直流電轉換成期望頻率的交流電。在逆變器部的後級連接有由功率轉換裝置10驅動的電動機等負載(省略圖示)。

電容器12的前級串聯連接有浪湧電流抑制用的電阻器14。更詳細地，電阻器14插入於轉換器部11與電容器12之間的高電位側直流母線11P。電阻器14並聯連接有接觸器MC2，其用於在電容器12的充電電壓充分上升後將電阻器14短路。接觸器MC2具有常開觸點元件MC2a、以及與該常開觸點元件MC2a的開閉動作相反地機械性聯動的常閉觸點元件MC2b。此處，在本說明書中，常開是指所謂始終打開(NO)的情形，對觸點元件進行開閉操作的電磁體中沒有電流流過(非通電)的狀態下，該觸點元件成為開路(開路)。此外，常閉是指所謂始終關閉(NC)的情形，對觸點元件進行開閉操作的電磁體中沒有電流流過(非通電)的狀態下，該觸點元件成為短路(閉路)。電阻器14與常開觸點元件MC2a並聯連接。因此， 常開觸點元件MC2a是主觸點元件。與此不同，常閉觸點元件MC2b是與常開觸點元件MC2a電隔離的輔助觸點元件。電阻器14和接觸器MC2起到對電容器12進行充電的充電電路16的作用。

電容器12與電壓檢測部17並聯連接。電壓檢測部17檢測出電容器12的電壓並輸出表示其檢測結果的電壓檢測信號。

控制部19例如為CPU(中央處理裝置)。控制部19基於來自頻率設定器(省略圖示)的頻率指令值運算出電壓指令信號，基於該電壓指令信號，生成對構成逆變器部的開關元件的導通/截止進行控制的PWM信號。此外，控制部19從電壓檢測部17獲取電壓檢測信號，基於該電壓檢測信號，將對常開觸點元件MC2a和常閉觸點元件MC2b進行開閉的觸點信號輸出至接觸器MC2(更準確地，對常開觸點元件MC2a和常閉觸點元件MC2b進行開閉操作的接觸器MC2的電磁體)。

本實施方式的充電控制裝置5的特徵之一在於，接觸器MC2的常閉觸點元件MC2b兩端的固定接觸件MC2b1和MC2b2可連接至該充電控制裝置5的外部電路20。具體地，接觸器MC2的常閉觸點元件MC2b的一個固定接觸件MC2b1連接至外部輸入輸出I/F18的輸入輸出端子18b1，另一固定接觸件MC2b2連接至外部輸入輸出I/F18的輸入輸出端子18b2。外部輸入輸出端子I/F18例如設於充電控制裝置5的殼體(即功率轉換裝置10的殼體)，輸入輸出端子18b1和18b2露出於殼體外。而且，這些輸入輸出端子18b1和18b2連接有與外部電路20相連接的電線等。

外部電路與外部輸入輸出接口18的輸入輸出端子18b1和18b2相連接，並且包含聯鎖電路，該聯鎖電路在接觸器MC2的常開觸點元件MC2a發生短路故障且常閉觸點元件MC2b維持開路狀態的狀態下，阻止向電容器12開始供電。在充電控制裝置5中，常閉觸點元件MC2b經由外部輸入 輸出I/F18與外部電路20相連接，從而該常閉觸點元件MC2b起到該聯鎖電路的一部分的作用。

圖2是表示外部電路20的結構例的序列圖。圖2例示的外部電路20包含聯鎖電路ILC和電源接通/切斷電路21。聯鎖電路ILC和電源輸接通/切斷電路21分別連接在高電位側控制電源線P1和低電位側控制電源線N1之間。該控制電源線P1和N1是與直流母線11P和11N電隔離的外部控制電源線。例如，控制電源線P1和N1之間施加有直流24V。

電源接通/切斷電路21由常開的觸點元件PB1a、常閉的觸點元件PB2b、常開的觸點元件R1a、電磁體R1-C和電磁體R2-C構成。觸點元件PB1a和觸點元件PB2b根據操作員等對電源接通操作用的按鈕PB1和電源切斷操作用的按鈕Pb2進行的各按壓操作來進行開閉。觸點元件PB1a、觸點元件PB2b和電磁體R1-C串聯連接在控制電源線P1和N1之間。觸點元件PB1a並聯連接有觸點元件R1a。觸點元件R1a是根據電磁體R1-C的通電/非通電進行開閉的觸點元件。電磁體R1-C並聯連接有電磁體R2-C。電磁體R2-C根據其通電/非通電對聯鎖電路ILC的常開的觸點元件R2a進行開閉操作。即，電源接通/切斷電路21是根據操作員等對按鈕PB1和PB2的各按壓操作，對聯鎖電路ILC的觸點元件R2a的開閉進行切換的電路。

聯鎖電路ILC由受到電源接通/切斷電路21的開閉操作的觸點元件R2a、常開的觸點元件R3a、電磁體R3-C、電磁體MC1-C、端子22b1和端子22b2構成。

端子22b1是連接有與外部輸入輸出I/F18的輸入輸出端子18b1相連接的電線的端子，端子22b2是連接有與外部輸入輸出I/F18的輸入輸出端子18b2相連接的電線的端子。即，端子22b1和22b2與外部輸入輸出I/F18的輸入輸出端子18b1和18b2相連接，從而端子22b1與接觸器MC2的常 閉觸點元件MC2b的固定接觸件MC2b1等效，端子22b2與接觸器MC2的常閉觸點元件MC2b的固定接觸件MC2b2等效，接觸器MC2的常閉觸點元件MC2b等效於組裝在端子22b1和22b2之間。

端子22b1經由觸點元件R2a與控制電源線P1相連接。此外，端子22b2經由電磁體R3-C與控制電源線N1相連接。電磁體R3-C是對觸點元件R3a進行開閉操作的電磁體。觸點元件R3a與端子22b1和22b2、即常閉觸點元件MC2b並聯連接。

電磁體R3-C並聯連接有電磁體MC1-C。電磁體MC1-C是對觸點元件MC1a(參照圖1)進行開閉操作的電磁體，該觸點元件MC1a用於對向功率轉換裝置10的供電和斷電進行切換。

以上是包含充電控制系統3的功率轉換系統1的結構。

圖3是表示正常時的功率轉換系統1的動作的時序圖。在向功率轉換裝置10接通電源前(例如，圖3的時刻t0)，接觸器MC2的常開觸點元件MC2a為開路，且常閉觸點元件MC2b為短路。此外，由於未接通電源，聯鎖電路ILC的觸點元件R2a和R3a一併開路。在該狀態下，電流不流過聯鎖電路ILC的電磁體MC1-C，因此，接觸器MC1的觸點元件MC1a開路，不向功率轉換裝置10供電。

然後，在時刻t1，若操作員進行按壓電源接通/切斷電路21的按鈕PB1的操作，則該按鈕PB1的觸點元件PB1a短路。若PB1a短租，則電流流過電源接通/切斷電路21的電磁體R1-C和R2-C。通電後的電磁體R1-C將並聯連接於按鈕PB1的觸點元件PB1a的觸點元件R1a短路，從而自保持通電狀態。由此，電磁體R2-C也與電磁體R1-C一起保持通電狀態。此外，在電流流過該電磁體R2-C的期間，電磁體R2-C將聯鎖電路ILC的觸點元件R2a短路。

在端子22b1和22b2之間，因接觸器MC2的常閉觸點元件MC2b而短路，因此，若聯鎖電路ILC的觸點元件R2a短路，則電流流過電磁體R3-C和MC1-C。通電後的電磁體R3-C將並聯連接於端子22b1和22b2觸點元件R3a短路，從而自保持通電狀態。由此，電磁體MC1-C也與電磁體R3-C一起保持通電狀態。此外，在電流流過該電磁體MC1-C的期間，電磁體MC1-C將觸點元件MC1a短路。由此，向功率轉換裝置10提供交流電。

若接受有交流電，則功率轉換裝置10利用轉換器部11對該交流電進行整流，將整流後的直流電提供至充電電路16從而開始電容器12的初始充電。此時，接觸器MC2的常開觸點元件MC2a處於開路，因此，經由電阻器14而受抑制的電流流過電容器12。而且，電容器12的兩端電壓Vdc根據由電阻器14和電容器12的時間常數所決定的時間而上升。

接著，若電容器12的電壓達到規定電平，則控制部19開始動作。然後，控制部19在從該動作開始起經過預先設定的時間的時刻t2，將觸點信號輸出至接觸器MC2。若因該觸點信號，電流流過接觸器MC2的電磁體，則接觸器MC2將常開觸點元件MC2a短路，且將常閉觸點元件MC2b開路。即，控制部19在電容器12的充電電壓充分上升後，利用接觸器MC2的常開觸點元件MC2a將電阻器14短路。由此，對電容器12進行徹底充電。此外，在聯鎖電路ILC中，利用電磁體R3-C和觸點元件R3a來自保持通電狀態，因此，即便常閉觸點元件MC2b開路，電磁體MC1-C也維持通電狀態。因此，在初始充電的中途或通常的功率轉換動作的中途，不會切斷對功率轉換裝置10的供電。

在之後的時刻t3，為了切斷電源，由操作員對按鈕PB2進行按壓操作，則按鈕PB2的觸點元件PB2b開路，電流不流過電磁體R1-C和R2-C。成為非通電的電磁體R1-C將觸點元件R1a開路，成為非通電的電磁體R2-C 將聯鎖電路ILC中的觸點元件R2a開路。

若聯鎖電路ILC的觸點元件R2a開路，則電流不會流過電磁體R3-C和MC1-C。成為非通電的電磁體R3-C將觸點元件R3a開路。此外，成為非通電的電磁體MC1-C將觸點元件MC1a開路，切斷向功率轉換裝置10提供交流電。若交流電的提供被切斷，則電容器12放電，電容器12的電壓Vdc下降。此外，若電容器12的電壓成為規定電壓以下(時刻t4)，則控制部19停止輸出觸點信號。由此，接觸器MC2的常開觸點元件MC2a開路，且常閉觸點元件MC2b短路。

以上是正常時的動作。

此處，在功率轉換裝置10進行通常的功率轉換動作的狀態下，接觸器MC2的常閉觸點元件MC2a的觸點發生焊接並成為短路故障。圖4是表示此時的功率轉換系統1的動作的時序圖。在功率轉換裝置10進行通常的功率轉換動作的狀態下，常開觸點元件MC2a成為短路狀態。因此，例如，即便在時刻t10，常開觸點元件MC2a的觸點發生熔接，在該時刻也能維持通常的功率轉換動作。

之後，在時刻t13，為了切斷功率轉換裝置10的電源，由操作員對按鈕PB2進行按壓操作。若對按鈕PB2進行按壓操作，則與正常時相同地，將聯鎖電路ILC的觸點元件R2a開路，電磁體R3-C和MC1-C成為非通電，觸點元件R3a和MC1a開路。因此，與正常時相同地，切斷向功率轉換裝置10提供交流電，電容器12的電壓Vdc下降。

若電容器12的電壓Vdc下降並成為規定電壓以下，則控制部19停止輸出觸點信號。然而，接觸器MC2的常開觸點元件MC2a的觸點沒有發生熔接，因此，即便從控制部19提供的觸點信號停止也不會成為開路，能維持短路狀態。此外，接觸器MC2的常閉觸點元件MC2b與常開觸點元件 MC2a進行機械性聯動，因此，即便從控制部19提供的觸點信號停止也能維持開路狀態。因此，聯鎖電路ILC的端子22b1和22b2之間維持開路狀態。

之後，在時刻t21，為了再次使功率轉換裝置10上升，假設由操作員對按鈕PB1進行按壓操作。通過該操作，按鈕PB1的觸點元件PB1a短路，電流流過電磁體R1-C和R2-C，聯鎖電路ILC中觸點元件R2a短路。

然而，由於常開觸點元件MC2a的短路故障，端子22b1和22b2之間成為開路，且觸點元件R3a成為開路，因此，即便觸點元件R2a短路，也能維持電磁體R3-C和電磁體MC1-C的非通電狀態。因此，維持觸點元件MC1a的開路裝置，維持功率轉換裝置10的交流電的切斷。未開始向功率轉換裝置10供電，因此，電容器12的初始充電未開始，電容器12的電壓Vdc不上升。

之後，在時刻t23，若操作員對按鈕PB2進行按壓操作，則按鈕PB2的觸點元件PB2b開路，聯鎖電路ILC的觸點元件R2a開路。電磁體R3-C和電磁體MC1-C在觸點元件R2a將要開路之前就已經成為非通電狀態，因此，在觸點元件R2a開路後，也仍然能維持非通電狀態。因此，維持觸點元件MC1a的開路狀態。

如上所述，本實施方式的包含充電控制系統3的功率轉換系統1中，在接觸器MC2的常開觸點元件MC2a發生短路故障且常閉觸點元件MC2b維持開路狀態的狀態下，阻止開始向電容器12供電。這通過常閉觸點元件MC2b與外部輸入輸出I/F18的輸入輸出端子18b1和18b2相連接來實現。在常開觸點元件MC2a發生短路故障的狀態下，不會開始向充電控制裝置5供電，因此，能事前防止較大浪湧電流流過電容器12。由此，因接觸器MC2的故障而使得連電容器12、轉換器部11的二極體也發生故障這一的 故障擴大的情況能得以防止，能將功率轉換裝置10的故障抑制到最小限。因此，僅通過交換接觸器MC2就能修復功率轉換裝置10。此外，在功率轉換系統1中，在控制部19不工作的狀態下，也能可靠地事前防止有較大浪湧電流流過電容器12。此外，在功率轉換系統1中，在向電容器12供電的狀態下，即便常閉觸點元件MC2b開閉，也能維持對電容器12的供電，因此，不會在充電中途等情況下中斷向電容器12的供電。

(B：實施方式2)

圖5是表示包含本發明的實施方式2的功率轉換裝置10A的功率轉換系統1A的結構的框圖。本實施方式的功率轉換裝置10A與實施方式1的功率轉換裝置10的不同點在於，控制部19進一步添加有如下功能：即，獲取接觸器MC2的常閉觸點元件MC2b的兩端電壓的功能。

功率轉換裝置10A的控制部19在將逆變器部的主電源關閉的狀態下，根據參數設定來輸出對接觸器MC2的常開觸點元件MC2a和常閉觸點元件MC2b進行開閉的觸點信號，對這些常開觸點元件MC2a和常閉觸點元件MC2b進行強制性開閉。而且，控制部19獲取常閉觸點元件MC2b兩端的電壓，將輸出的觸點信號與所獲取的常閉觸點元件MC2b兩端的電壓進行比較。控制部19在所輸出的觸點信號與所獲取的常閉觸點元件MC2b兩端的電壓不一致的情況下，判斷為接觸器MC2發生故障。

如上所述，在本實施方式中，使控制部19動作的功率轉換裝置10A內的控制電源接通的狀態下，控制部19對接觸器MC2的故障進行診斷。因此，根據功率轉換裝置10A，在切斷對功率轉換裝置10A提供交流電之前，也能檢測出接觸器MC2的故障。

(C：實施方式3)

本發明的實施方式3的功率轉換裝置的結構與實施方式1的功率轉換 裝置10相同。本實施方式的功率轉換系統與實施方式1的功率轉換系統1的不同點在於，具有外部電路20B以替代外部電路20。圖6是表示本實施方式的功率轉換系統的外部電路20B的一個示例的序列圖。圖6所示序列圖與圖2的序列圖的不同點在於，設置電源接通/切斷電路21B以替代電源接通/切斷電路21，設置聯鎖電路ILCB以替代聯鎖電路ILC，且進一步添加通知電路24。電源接通/切斷電路21B與電源接通/切斷電路21的不同點在於，電磁體R4-C與電磁體R1-C和電磁體R2-C並聯連接。聯鎖電路ILCB與聯鎖電路ILC的不同點在於，電磁體R5-C與電磁體R3-C和電磁體MC1-C並聯連接。

通知電路24是將常開的觸點元件R4a、常閉的觸點元件R5b和燈L串聯連接在控制電源線P1和N1之間的電路。觸點元件R4a根據電源接通/切斷電路21B的電磁體R4-C的通電/非通電來進行開閉。觸點元件R5a根據聯鎖電路ILCB的電磁體R5-C的通電/非通電來進行開閉。在電流流過電磁體R4-C且觸點元件R4a短路，並且電流不流過電磁體R5-C且觸點元件R5b短路的情況下，燈L有電流流過並點亮。即，通知電路24是如下電路：即便進行電源的接通操作，在電磁體MC1-C為非通電、觸點元件MC1a維持開路狀態的情況下，利用燈L的點亮來通知接觸器MC2的常開觸點元件MC2a的短路故障。

如上所述，若使用本實施方式的功率轉換系統，在不向功率轉換裝置10供電的狀態下，能明確知曉接觸器MC2的常開觸點元件MC2a的短路故障。

(D：變形)

以上，對本發明的實施方式1～3進行了說明，但這些實施方式也可以添加以下變形。

(1)在實施方式1～實施方式3的功率轉換系統1～1A中，根據按鈕PB1和PB2的按壓操作，對聯鎖電路ILC和ILCB的觸點元件R2a進行開閉。然而，也可以將觸點元件R2a替換為斷路器。在該情況下，操作員直接操作斷路器即可，因此，可省略電源接通/切斷電路21。

(2)外部電路20和20B的具體結構不限於實施方式1和實施方式3中例示的結構。

(3)在實施方式1～實施方式3的功率轉換系統1～1A中，利用轉換器部11將提供給功率轉換裝置10～10A的交流電轉換為直流電，之後，將該直流電提供給功率轉換裝置10～10A中的充電控制裝置5。然而，功率轉換裝置可不設有轉換器部11，功率轉換裝置的充電控制裝置5經由觸點元件MC1a與直流電源相連接。此外，在實施方式1～3中，功率轉換裝置10～10A設有充電控制裝置5。然而，可在功率轉換裝置以外的裝置(例如，不包含轉換功率過程的裝置)上設置充電控制裝置，也可將充電控制系統用於功率轉換裝置以外的裝置。

標號說明

1，1A 功率轉換系統、

3，3A 充電控制系統、

5，5A 充電控制裝置、

10，10A 功率轉換裝置、

11 轉換器部、

12 電容器、

14 電阻器、

16 充電電路、

17 電壓檢測部、

18 外部輸入輸出I/F、

18b1，18b 輸入輸出端子、

222b1，22b2 端子、

19 控制部、

20，20B 外部電路、

21，21B 電源接通/切斷電路、

24 通知電路、

40 交流電源、

ILC，ILCB 聯鎖電路、

MC1，MC2 接觸器、

MC2a 常開觸點元件、

MC2b 常閉觸點元件、

MC2b1，MC2b2 固定接觸件、

R1a，R2a，R3a，R4a，R5b，MC1a，PB1a，PB1b 觸點元件、

R1－C，R2－C，R3－C，R4－C，R5－C，MC1－C

電磁體、

L 燈。