(57)【要約】【課題】  デット地絡の場合の検出もできるようにするとともに検出回路の部品を安価なもので構成し、地絡検出がインバータ運転時にも可能で、かつ同時に過電流検出までもできるようなインバータ装置を提供する。【解決手段】平滑コンデンサ５とインバータ６の入力端子との間にそれぞれ正側電流検出器３および負側電流検出器４を挿入し、各電流検出器３，４の検出値と基準値をそれぞれ正側差動比較器１０および負側差動比較器１１で比較し、正側差動比較器１０，１１の出力を正側電位→負側電位ディジタル信号レベルシフトした信号出力１２および負側差動比較器の出力を過電流検出信号２３として用いると共に、これらの両出力をカウンタ１３に入力し、カウンタ１３のカウント出力２０を地絡検出信号として用いるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脈動する直流電源間に接続される平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサの両端間に接続されるインバータとを備え、前記インバータが半導体スイッチング素子と前記半導体スイッチング素子に逆並列接続される還流ダイオードとの並列接続体を２個直列接続してなる直列接続体であり、前記直列接続体の両端を入力端子として前記平滑コンデンサの両端間に接続し、前記直列接続体同士の接続部をインバータの出力端子としたインバータ装置において、
前記平滑コンデンサと前記インバータ入力端子との間にそれぞれ正側電流検出器および負側電流検出器を挿入し、前記各電流検出器の検出値と基準値をそれぞれ正側差動比較器および負側差動比較器で比較し、前記正側差動比較器の出力を正側電位から負側電位ディジタル信号へレベルをシフトするレベルシフト器へ送信し、前記レベルシフト器の出力および前記負側差動比較器の出力を過電流検出信号として用いることを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
脈動する直流電源間に接続される平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサの両端間に接続されるインバータとを備え、前記インバータが半導体スイッチング素子と前記半導体スイッチング素子に逆並列接続される還流ダイオードとの並列接続体を２個直列接続してなる直列接続体であり、前記直列接続体の両端を入力端子として前記平滑コンデンサの両端間に接続し、前記直列接続体同士の接続部をインバータの出力端子としたインバータ装置において、
前記平滑コンデンサと前記インバータ入力端子との間にそれぞれ正側電流検出器および負側電流検出器を挿入し、前記各電流検出器の検出値と基準値をそれぞれ正側差動比較器および負側差動比較器で比較し、前記正側差動比較器の出力を正側電位から負側電位ディジタル信号へレベルをシフトするレベルシフト器へ送信し、前記レベルシフト器の出力および前記負側差動比較器の出力をカウンタに入力し、前記カウンタのカウント出力を地絡検出信号として用いることを特徴とするインバータ装置。
【請求項３】
前記レベルシフト器の出力および前記負側差動比較器の出力をカウンタに入力し、前記カウンタのカウント出力を地絡検出信号として用いることを特徴とする請求項1記載のインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータの地絡電流および過電流を運転中、常時検出することの可能なインバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の地絡検出は、インバータ装置が停止している状態で地絡判別しているものであった（例えば、特許文献１参照）。
また、インバータ装置が運転している状態でアナログ回路を用いて地絡判別しているものもあった（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特許第３１０８９６４号
【特許文献２】特開２０００−１１６１４４号公報
【０００３】
特許文献１記載の発明は、間欠運転する制御対象である原子炉の制御棒などの停止中に制御対象を駆動するモータ回路に小さな電圧を印加し、診断パターンを採用することにより、モータ回路の異常状態を確実かつ容易に検知し、この異常検知に基づいて、実際に制御対象を駆動する際、事前にモータ回路に通常運転時の大きな電圧を印加することを阻止することができるようにするもので、そのため、間欠運転する制御対象を駆動するモータに対して、前記モータを回転駆動するインバータと、前記インバータに供給する出力電圧が可変であるコンバータと、前記インバータの直流部に流れる電流を検出する手段と、モータ回路の診断パターンを有する診断制御手段とからなり、前記制御対象の稼働停止中に、前記診断制御手段によって前記コンバータを制御して前記モータ回路に通常のモータ駆動時の電圧より低い電圧を印加すると共に、このときに前記インバータの直流部に流れる電流を前記診断パターンに基づいて診断判定するようにしている。
【０００４】
特許文献２記載の発明は、地絡検出装置を安価に構成でき、インバータ装置の運転中においても地絡検出ができるインバータ装置を提供するためのもので、そのためにインバータ装置において、半導体整流素子群の正極側出力端子と電流検出器との間に並列接続されている直列接続体全ての負極側半導体スイッチング素子に対し、演算装置からのオンオフ制御信号が全てオン指令状態になる際に信号を発生する信号発生手段と、信号発生手段から信号出力された際に負極側半導体スイッチング素子から電流検出器を介して半導体整流素子群の負極側出力端子へと流れる電流の有無を判別検出する判別検出装置とを備えるようにしている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１および特許文献２記載の発明は、地絡検出がインバータ運転時には不可能であり、さらにデット地絡（インバータ出力端子を介して電源短絡する）の検出も不可能であり、さらに地絡検出と過電流の両方を同時に検出することが不可能であった。
【０００６】
さらに、先行発明として図３のような検出回路も考えられる。
図において、１は正側回路、２は負側回路、３は正側電流検出器、４は負側電流検出器、５は平滑コンデンサ、６はインバータ、７はＵ、Ｖ、Ｗ出力電流、１４は正側差動増幅器、１５は１次遅れフィルタ、１６はＰ電位→Ｎ電位アナログ信号レベルシフト、１７は比較器、２０は地絡検出信号、２１はＮ側平均電流アナログ信号、２２はＰ側平均電流アナログ信号である。図から判るように、正側回路１と負側回路２に接続された平滑コンデンサ５とインバータ６の間に正側電流検出器３および負側電流検出器４が接続されている。正側電流検出器３および負側電流検出器４に接続された各差動増幅器１４および各１次遅れフィルタ１５によって正側回路１と負側回路２に流れる平均電流をそれぞれ検出し、Ｐ電位→Ｎ電位アナログ信号レベルシフト１２の出力である正側平均電流信号２２と、負側平均電流信号２１を比較することによって地絡検出信号を生成している。このように、図３に係る地絡検出は、アナログ回路を用いて検出をしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、従来の地絡検出回路は、アナログ回路で検出する手段を用いており、検出するまでに時間がかかるため、デット地絡（インバータ出力端子を介して電源短絡する）の場合、保護できないという問題点があった。その理由は、例えば入力Ｓ相と出力Ｖ相がデッド地絡した場合、入力Ｒ、Ｗ→整流ダイオード→インバータの半導体素子→出力Ｖ相→入力Ｓ相と短絡経路ができるが、この経路において抵抗成分が無いため、短絡した瞬間（数μｓ）に数百Ａの電流が流れ、このデッド地絡の整流ダイオードとインバータ半導体素子の間に置いている電流検出回路をアナログ回路で構成した場合、検出からインバータ半導体素子のスイッチングをＯＦＦするまでに回路上にフィルタ等がつくため、数μに対してかなりな長い時間を要するからであり、検出できるが結局保護できない状態になった。
上記のように、従来の地絡検出回路は、アナログ回路で検出する手段を用いており、検出するまでに時間がかかるため、デット地絡（インバータ出力端子を介して電源短絡する）の場合、検出できないという問題点があった。
また、アナログ回路であるため地絡検出回路が高価な部品で構成されるというような問題もあった。
また、地絡検出がインバータ運転時には不可能であり、さらに地絡検出と過電流検出の両方を同時に実現できないという問題があった。
【０００８】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、地絡検出回路をディジタル化することにより、検出までの時間を短くしてデット地絡の場合の検出もできるようにするとともに検出回路の部品を安価なもので構成し、地絡検出がインバータ運転時にも可能で、かつ同時に過電流検出機能までも有することができる地絡検出回路装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記問題を解決するため、請求項１記載の発明は、インバータ装置に係り、脈動する直流電源間に接続される平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサの両端間に接続されるインバータとを備え、前記インバータが半導体スイッチング素子と前記半導体スイッチング素子に逆並列接続される還流ダイオードとの並列接続体を２個直列接続してなる直列接続体であり、前記直列接続体の両端を入力端子として前記平滑コンデンサの両端間に接続し、前記直列接続体同士の接続部をインバータの出力端子としたインバータ装置において、前記平滑コンデンサと前記インバータ入力端子との間にそれぞれ正側電流検出器および負側電流検出器を挿入し、前記各電流検出器の検出値と基準値をそれぞれ正側差動比較器および負側差動比較器で比較し、前記正側差動比較器の出力を正側電位から負側電位ディジタル信号へレベルをシフトするレベルシフト器へ送信し、前記レベルシフト器の出力および前記負側差動比較器の出力を過電流検出信号として用いることを特徴としている。
また、請求項２記載の発明も、インバータ装置に係り、脈動する直流電源間に接続される平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサの両端間に接続されるインバータとを備え、前記インバータが半導体スイッチング素子と前記半導体スイッチング素子に逆並列接続される還流ダイオードとの並列接続体を２個直列接続してなる直列接続体であり、前記直列接続体の両端を入力端子として前記平滑コンデンサの両端間に接続し、前記直列接続体同士の接続部をインバータの出力端子としたインバータ装置において、前記平滑コンデンサと前記インバータ入力端子との間にそれぞれ正側電流検出器および負側電流検出器を挿入し、前記各電流検出器の検出値と基準値をそれぞれ正側差動比較器および負側差動比較器で比較し、前記正側差動比較器の出力を正側電位から負側電位ディジタル信号へレベルをシフトするレベルシフト器へ送信し、前記レベルシフト器の出力および前記負側差動比較器の出力をカウンタに入力し、前記カウンタのカウント出力を地絡検出信号として用いることを特徴としている。
請求項３記載の発明は、請求項1記載のインバータ装置において、前記レベルシフト器の出力および前記負側差動比較器の出力をカウンタに入力し、前記カウンタのカウント出力を地絡検出信号として用いることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
上記のように請求項１および２記載の発明によると、デジタル回路を用いるのでフィルタ等の検出の遅れ要素がなくなるため、デッド地絡の検出、保護が可能になり、検出時間が短縮でき、さらに安価な部品を使用することで過電流検出ができたり、または地絡検出ができるようになる。
さらに、請求項３に記載の発明によると、地絡検出回路で過電流検出もすることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の実施例１に係る回路である。
図１において、１は正側回路、２は負側回路、３は正側電流検出器、４は負側電流検出器、５は平滑コンデンサ、６はインバータ、７はＵ、Ｖ、Ｗ出力電流、１０は正側差動比較器、１１は負側差動比較器、１２はＰ電位→Ｎ電位ディジタル信号レベルシフト、１３はカウンタ、２０は地絡検出信号、２３は過電流検出信号である。正側回路１と負側回路２の間に接続された平滑コンデンサ５とインバータ６の間に、正側回路１側に正側電流検出器３が、および負側回路２側に負側電流検出器４がそれぞれ接続されている。
また、正側電流検出器３の両端電位が正側差動比較器１０の入力側に入れられ、その出力がＰ電位→負電位ディジタル信号レベルシフト１２に入れられ、その出力が過電流検出信号２３となる。
また、負側電流検出器４の両端電位が負側差動比較器１１の入力側に入れられ、その出力が過電流検出信号２３となる。
さらに、Ｐ電位→負電位ディジタルレベルシフト１２の出力信号と負側差動比較器１１の出力信号をそれぞれカウンタ１３に入力することによって、地絡検出信号２０を生成する。
【００１３】
図２は、入力電源の接地相の電圧波形と地絡時のインバータ出力電流を示す波形図で、（ａ）はＡＣ入力電源接地相の電圧波形を表し、（ｂ）は地絡時のインバータ出力電流を表している。図において、３０はＡＣ入力電源接地相電圧波形、３１は地絡時のインバータ出力電流である。
図から判るように、地絡した場合に、ＡＣ入力電源接地相電圧３０の周期と同期して、インバータの出力電流３１が電源周波数の半周期ごとに、正側および負側に変わることに着目したものである。そこで、この正負反転信号を利用して正側電流検出器３と、負側電流検出器４によって検出された電流信号をカウントすることで、地絡検出することができるようになる。
【００１４】
次に、実施例１の回路動作について説明する。
いま、例えば、入力電源が１相接地した場合を仮定すると、地絡時のインバータ出力電流３１は図２の（ｂ）に示す波形になり、これは図２（ａ）のＡＣ入力電源接地相の電圧の位相に従い、インバータ出力電流の向きが変化し、地絡電流がインバータ出力端子から流れ出る場合は正側回路、インバータに流れ込んでくる場合は負側回路を流れることになる。
この回路での地絡検出の方法は、入力電源電圧が電源周波数の半周期ごとに正側回路、負側回路に地絡電流が流れるので、過電流検出信号の検出時間を正側回路、負側回路ごとにカウントすれば地絡判定ができることになる。
そこで、図１において、平滑コンデンサ５とインバータ６の入力端子との間にそれぞれ正側電流検出器３および負側電流検出器４を挿入し、正側電流検出器３の検出値と基準値を正側差動比較器１０で比較して基準値以上の電流を出力し、正側電位から負側電位ディジタル信号へレベルをシフトするレベルシフト器１２へ送信し、レベルシフト器１６の出力をカウンタ１３に入力し、一方、負側電流検出器４の検出値と基準値を負側差動比較器１１で比較し、負側差動比較器１１の出力をカウンタ１３に入力し、カウンタ１３は正側と負側の出力電流のカウント出力を地絡検出信号２０として出力する。このように、過電流が所定期間継続していることをカウンタで知ることができ、また、電源の位相により地絡電流が正側の母線を通る場合と負側の母線を通る場合があり，どちらか片方の検出しかない場合電源の位相が変わるまで検出できない（ちなみに６０Ｈｚの電源を使っていれば、位相が変わるまで１６ｍｓほどかかる。）ので、これではデッド地絡を検出できないが、本発明のように正と負の両信号を入れることにより、デッド地絡を速やかに検出できることになる。
また、レベルシフト器１６は正負で検出した信号のグランドラインを合わせるために用いている。すなわち、正側の差動比較器はＰ側電位を基準に構成されており，負側の差動比較器はＮ側の電位を基準に構成しているため、このまま信号をカウンタに入れた場合、それぞれの基準電圧が違うために信号が検出できないので、このレベルシフト器１６によって正負で検出した信号のグランドラインを合わせている。
本発明によれば、以上のように、地絡検出回路をディジタル化することにより、検出までの時間を短くしてデット地絡の場合の検出もできるようにするとともに検出回路の部品を安価なもので構成し、地絡検出がインバータ運転時にも可能で、かつ同時に過電流検出機能までも有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１に係る回路図である。
【図２】入力電源の接地相の電圧波形と地絡時のインバータ出力電流を示す波形図である。
【図３】従来の地絡検出回路構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００１６】
１  正側回路
２  負側回路
３  正側電流検出器
４  負側電流検出器
５  平滑コンデンサ
６  インバータ
７  Ｕ、Ｖ、Ｗ出力電流
１０  正側差動比較器
１１  負側差動比較器
１２  Ｐ電位→Ｎ電位ディジタル信号レベルシフト
１３  カウンタ
１４  差動増幅器
１５  １次遅れフィルタ
１６  Ｐ電位→Ｎ電位アナログ信号レベルシフト
１７  比較器
２０  地絡検出信号
２１  Ｎ側平均電流アナログ信号
２２  Ｐ側平均電流アナログ信号
２３  過電流検出信号
３０  ＡＣ入力電源接地相電圧波形
３１  地絡時のインバータ出力電流
【図１】
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【図２】
2006304423.tif 000004
【図３】
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