(57)【要約】【課題】スイッチング素子等の回路部品の機能低下による電力変換装置の異常を検出することのできる電力変換装置の異常検出方法を提供する。【解決手段】インバータ回路１３から三相誘導電動機１６に出力される三相交流電力のＵ相電流、Ｖ相電流及びＷ相電流を電流計１７，１８，１９により計測し、電流計１７〜１９の各出力から三相交流電力のＵ相電流波形歪率、Ｖ相電流波形歪率及びＷ相電流波形歪率を求めた後、Ｕ相電流波形歪率、Ｖ相電流波形歪率及びＷ相電流波形歪率を予め定めた基準値と比較し、各電流波形歪率の何れかが基準値より大きい値のときに異常有りと判定して電力変換装置１０の異常を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を三相交流電力に変換して出力するインバータ回路を有する電力変換装置の異常を検出する方法であって、前記インバータ回路から出力される三相交流電力のＵ相電流、Ｖ相電流及びＷ相電流を計測し、前記Ｕ相電流、前記Ｖ相電流及び前記Ｗ相電流の各計測値から前記三相交流電力のＵ相電流波形歪率、Ｖ相電流波形歪率及びＷ相電流波形歪率を求めた後、前記Ｕ相電流波形歪率、前記Ｖ相電流波形歪率及び前記Ｗ相電流波形歪率を予め定めた基準値と比較し、前記Ｕ相電流波形歪率、前記Ｖ相電流波形歪率及び前記Ｗ相電流波形歪率の何れかが前記基準値より大きい値のときに異常有りと判定して前記電力変換装置の異常を検出することを特徴とする電力変換装置の異常検出方法。
【請求項２】
前記インバータ回路から出力される三相交流電力のＵ相電流、Ｖ相電流及びＷ相電流を三個の電流計により計測することを特徴とする請求項１記載の電力変換装置の異常検出方法。
【請求項３】
前記電流計の各出力を高速フーリエ変換して前記三相交流電力のＵ相電流波形歪率、Ｖ相電流波形歪率及びＷ相電流波形歪率を求めることを特徴とする請求項２記載の電力変換装置の異常検出方法。
【請求項４】
直流電力を三相交流電力に変換して出力するインバータ回路と、該インバータ回路を制御するインバータ制御回路と、前記インバータ回路から出力される三相交流電力のＵ相電流を計測する第１の電流計と、前記インバータ回路から出力される三相交流電力のＶ相電流を計測する第２の電流計と、前記インバータ回路から出力される三相交流電力のＷ相電流を計測する第３の電流計と、前記インバータ回路または前記インバータ制御回路の異常を検出する異常検出装置とを備えてなる電力変換装置であって、前記異常検出装置は、前記第１の電流計、前記第２の電流計及び前記第３の電流計の各出力から前記三相交流電力のＵ相電流波形歪率、Ｖ相電流波形歪率及びＷ相電流波形歪率を求めて予め定めた基準値と比較し、前記Ｕ相電流波形歪率、前記Ｖ相電流波形歪率及び前記Ｗ相電流波形歪率の何れかが前記基準値より大きい値のときに異常有りと判定することを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
前記異常検出装置は、前記第１の電流計、前記第２の電流計及び前記第３の電流計の各出力を高速フーリエ変換して前記三相交流電力のＵ相電流波形歪率、Ｖ相電流波形歪率及びＷ相電流波形歪率を求めることを特徴とする請求項４記載の電力変換装置。
【請求項６】
請求項４または５記載の電力変換装置において、交流電源から供給される三相交流電力を直流電力に変換して出力するコンバータ回路と、該コンバータ回路から出力された直流電力を平滑する平滑コンデンサをさらに備え、前記インバータ回路は、前記平滑コンデンサで平滑された直流電力を三相交流電力に変換することを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導電動機などの負荷に三相交流電力を供給する電力変換装置の異常を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導電動機に三相交流電力を供給する電力変換装置として、図５に示すものが従来から知られている。この電力変換装置は入力端子Ｒ，Ｓ，Ｔを介して交流電源から供給される三相交流電力を直流電力に変換して出力するコンバータ回路１１と、このコンバータ回路１１から出力された直流電力を平滑する平滑コンデンサ１２と、この平滑コンデンサ１２で平滑された直流電力を三相交流電力に変換して三相誘導電動機１６に出力するインバータ回路１３と、このインバータ回路１３を制御するインバータ制御回路１５とを備えており、インバータ回路１３はインバータ制御回路１５からのＰＷＭ（パルス幅変調）信号によりスイッチング動作するＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等のスイッチング素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆを有している。
【０００３】
このような電力変換装置はインバータ回路のスイッチング素子に短絡破壊やオープン破壊などの機能喪失が生じると三相誘導電動機を正常に駆動することができなくなるため、スイッチング素子の機能喪失による電力変換装置の異常を検出する技術として、スイッチング素子を予め定めた複数の組合せパターンに従って順次スイッチングさせてゆき、このときにインバータ回路から誘導電動機に供給される三相交流電流の変化に基づいて電力変換装置の異常を検出する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に開示された方法によると、インバータ回路のスイッチング素子に生じた異常が短絡破壊であるのかオープン破壊であるのかを判別できると共に異常が生じたスイッチング素子を特定できるという利点があるが、インバータ回路にＰＷＭ信号を出力するインバータ制御回路に異常が生じているときもインバータ回路の異常と誤判定してしまう可能性があり、異常の発生箇所を正確に特定できないという問題点がある。
【０００５】
そこで、インバータ制御回路からインバータ回路に出力されるＰＷＭ信号をモニタ回路によってモニタリングすると共に、インバータ回路から誘導電動機に供給される三相交流電力のＵ相電流、Ｖ相電流及びＷ相電流をそれぞれ電流センサによって検出し、モニタ回路でモニタしたＰＷＭ信号と電流センサで検出した各相電流とに基づいて電力変換装置の異常を検出する技術が特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−３０８２４４号公報
【特許文献２】特開２００５−２１８１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２に開示された技術によると、異常の発生箇所がインバータ主回路であるのかインバータ制御回路であるのかを特定することができる。しかしながら、特許文献２に開示された技術では、インバータ回路から誘導電動機に供給される三相交流電流の波形を理想電流の波形と比較して異常の有無を判定しているため、異常の発生原因が回路部品の機能喪失による場合には電力変換装置の異常を検出できるが、異常の発生原因がスイッチング素子の絶縁特性低下やＰＷＭ信号生成用コンデンサの容量低下などのように回路部品の機能低下による場合には電力変換装置の異常を検出することが難しいという問題点があった。
【０００８】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、スイッチング素子等の回路部品の機能低下による電力変換装置の異常を検出することのできる電力変換装置の異常検出方法を提供することを目的するものである。また、本発明の他の目的は、スイッチング素子等の回路部品の機能低下によるインバータ回路やインバータ制御回路の異常を検出することのできる電力変換装置を提供することを目的するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、第１の発明に係る電力変換装置の異常検出方法は、直流電力を三相交流電力に変換して出力するインバータ回路を有する電力変換装置の異常を検出する方法であって、前記インバータ回路から出力される三相交流電力のＵ相電流、Ｖ相電流及びＷ相電流を計測し、前記Ｕ相電流、前記Ｖ相電流及び前記Ｗ相電流の各計測値から前記三相交流電力のＵ相電流波形歪率、Ｖ相電流波形歪率及びＷ相電流波形歪率を求めた後、前記Ｕ相電流波形歪率、前記Ｖ相電流波形歪率及び前記Ｗ相電流波形歪率を予め定めた基準値と比較し、前記Ｕ相電流波形歪率、前記Ｖ相電流波形歪率及び前記Ｗ相電流波形歪率の何れかが前記基準値より大きい値のときに異常有りと判定して前記電力変換装置の異常を検出することを特徴とするものである。
【００１０】
第１の発明に係る電力変換装置の異常検出方法において、インバータ回路から出力される三相交流電力のＵ相電流、Ｖ相電流及びＷ相電流は、各相の電流をＣＴ（計器用変流器）で検出して電流計により計測することができる。この場合、三相交流電力のＵ相電流波形歪率、Ｖ相電流波形歪率及びＷ相電流波形歪率は、電流計の各出力を高速フーリエ変換し、三相交流電力の各相電流を基本波成分と高調波成分に周波数解析することによって求めることができる。
【００１１】
第２の発明に係る電力変換装置は、直流電力を三相交流電力に変換して出力するインバータ回路と、該インバータ回路を制御するインバータ制御回路と、前記インバータ回路から出力される三相交流電力のＵ相電流を計測する第１の電流計と、前記インバータ回路から出力される三相交流電力のＶ相電流を計測する第２の電流計と、前記インバータ回路から出力される三相交流電力のＷ相電流を計測する第３の電流計と、前記インバータ回路または前記インバータ制御回路の異常を検出する異常検出装置とを備えてなる電力変換装置であって、前記異常検出装置は前記第１の電流計、前記第２の電流計及び前記第３の電流計の各出力から前記三相交流電力のＵ相電流波形歪率、Ｖ相電流波形歪率及びＷ相電流波形歪率を求めて予め定めた基準値と比較し、前記Ｕ相電流波形歪率、前記Ｖ相電流波形歪率及び前記Ｗ相電流波形歪率の何れかが前記基準値より大きい値のときに異常有りと判定することを特徴とするものである。
【００１２】
第２の発明に係る電力変換装置の異常検出装置は、前記第１の電流計、前記第２の電流計及び前記第３の電流計の各出力を高速フーリエ変換して前記三相交流電力のＵ相電流波形歪率、Ｖ相電流波形歪率及びＷ相電流波形歪率を求めるものであってもよい。また、第２の発明に係る電力変換装置は、交流電源から供給される三相交流電力を直流電力に変換して出力するコンバータ回路と、該コンバータ回路から出力された直流電力を平滑する平滑コンデンサをさらに備え、前記インバータ回路は前記平滑コンデンサで平滑された直流電力を三相交流電力に変換するものであってもよい。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明によると、スイッチング素子やＰＷＭ信号生成用コンデンサ等の回路部品に機能低下が生じているときにはＵ相電流波形歪率、Ｖ相電流波形歪率及びＷ相電流波形歪率の何れかが基準値より大きい値となるので、回路部品の機能低下による電力変換装置の異常を検出することができる。
第２の発明によると、スイッチング素子やＰＷＭ信号生成用コンデンサ等の回路部品に機能低下が生じているときにはＵ相電流波形歪率、Ｖ相電流波形歪率及びＷ相電流波形歪率の何れかが基準値より大きい値となるので、回路部品の機能低下によるインバータ回路やインバータ制御回路の異常を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る電力変換装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す異常検出装置の概略構成を示す図である。
【図３】インバータ制御回路の回路部品に機能低下が生じていないときにインバータ回路から出力される三相交流電力の電流波形の一例を示す図である。
【図４】インバータ制御回路の回路部品に機能低下が生じているときにインバータ回路から出力される三相交流電力の電流波形の一例を示す図である。
【図５】電力変換装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
図１〜図４は本発明の一実施形態を説明するための図であり、図１に示す電力変換装置１０はコンバータ回路１１、平滑コンデンサ１２、インバータ回路１３、可変電圧可変周波数インバータ制御回路１５、第１の電流計１７、第２の電流計１８、第３の電流計１９及び異常検出装置２０を備えている。
【００１６】
コンバータ回路１１は交流電源から入力端子Ｒ，Ｓ，Ｔを介して供給される三相交流電力を直流電力に変換して出力するものであって、このコンバータ回路１１から出力された直流電力は平滑コンデンサ１２で平滑されるようになっている。
インバータ回路１３は平滑コンデンサ１２で平滑された直流電力を三相交流電力に変換して負荷である三相誘導電動機１６に出力するものであって、インバータ制御回路１５からのＰＷＭ（パルス幅変調）信号によりスイッチング動作するＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトラジスタ）等のスイッチング素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆを有している。これらのスイッチング素子１４ａ〜１４ｆのうちスイッチング素子１４ａ，１４ｃ，１４ｅのコレクタはインバータ回路１３の正極母線１３１に接続されている。また、スイッチング素子１４ａ，１４ｃ，１４ｅのエミッタはスイッチング素子１４ｂ，１４ｄ，１４ｆのコレクタに接続され、スイッチング素子１４ｂ，１４ｄ，１４ｆのエミッタはインバータ回路１３の負極母線１３２に接続されている。
【００１７】
インバータ回路１３は、また、三相交流電力を出力する出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗを有している。これらの出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗのうち出力端子Ｕはスイッチング素子１４ａのエミッタとスイッチング素子１４ｂのコレクタとの接続点に接続され、出力端子Ｖはスイッチング素子１４ｃのエミッタとスイッチング素子１４ｄのコレクタとの接続点に接続されている。そして、出力端子Ｗはスイッチング素子１４ｅのエミッタとスイッチング素子１４ｆのコレクタとの接続点に接続されている。
【００１８】
インバータ制御回路１５はインバータ回路１３を制御してインバータ回路１３から出力される三相交流電力の電圧と周波数を調整するものであって、図示を省略したが、ＰＷＭ信号を生成するためのＰＷＭ信号生成用電子回路を有している。
第１の電流計１７、第２の電流計１８及び第３の電流計１９はインバータ回路１３から三相誘導電動機１６に出力される三相交流電力のＵ相電流、Ｖ相電流及びＷ相電流を計測するものであって、これらの電流計１７〜１９はそれぞれＣＴ（計器用変流器）を介して各相に接続されている。
【００１９】
異常検出装置２０は電流計１７〜１９により計測された三相交流電力の各相電流に基づいてインバータ回路１３やインバータ制御回路１５の異常を検出するものであって、この異常検出装置２０は、例えば、図２に示すように、ＦＦＴ回路２１，２２，２３、歪率演算回路２４，２５，２６及び比較判定回路２７を備えて構成されている。
ＦＦＴ回路２１は電流計１７の出力を高速フーリエ変換して、インバータ回路１３から三相誘導電動機１６に出力される三相交流電力のＵ相電流を基本波成分Ｉｕ０と各次数の高調波成分Ｉｕ（ｎ）に周波数解析するものであって、このＦＦＴ回路２１で得られたＵ相電流の基本波成分Ｉｕ０と高調波成分Ｉｕ（ｎ）は歪率演算回路２４に供給されるようになっている。
【００２０】
ＦＦＴ回路２２は電流計１８の出力を高速フーリエ変換して、インバータ回路１３から三相誘導電動機１６に出力される三相交流電力のＶ相電流を基本波成分Ｉｖ０と各次数の高調波成分Ｉｖ（ｎ）に周波数解析するものであって、このＦＦＴ回路２２で得られたＶ相電流の基本波成分Ｉｖ０と高調波成分Ｉｖ（ｎ）は歪率演算回路２５に供給されるようになっている。
【００２１】
ＦＦＴ回路２３は電流計１９の出力を高速フーリエ変換して、インバータ回路１３から三相誘導電動機１６に出力される三相交流電力のＷ相電流を基本波成分Ｉｗ０と各次数の高調波成分Ｉｗ（ｎ）に周波数解析するものであって、このＦＦＴ回路２３で得られたＷ相電流の基本波成分Ｉｗ０と高調波成分Ｉｗ（ｎ）は歪率演算回路２６に供給されるようになっている。
【００２２】
歪率演算回路２４はインバータ回路１３から三相誘導電動機１６に出力される三相交流電力のＵ相電流波形歪率Ｄｕを下式（１）から演算するものであって、この歪率演算回路２４で算出されたＵ相電流波形歪率Ｄｕは比較判定回路２７に供給されるようになっている。
【００２３】
【数１】
2011055590.tif 000003
【００２４】
歪率演算回路２５はインバータ回路１３から三相誘導電動機１６に出力される三相交流電力のＶ相電流波形歪率Ｄｖを下式（２）から演算するものであって、この歪率演算回路２５で算出されたＶ相電流波形歪率Ｄｖは比較判定回路２７に供給されるようになっている。
【００２５】
【数２】
2011055590.tif 000004
【００２６】
歪率演算回路２６はインバータ回路１３から三相誘導電動機１６に出力される三相交流電力のＷ相電流波形歪率Ｄｗを下式（３）から演算するものであって、この歪率演算回路２６で算出されたＷ相電流波形歪率Ｄｗは比較判定回路２７に供給されるようになっている。
【００２７】
【数３】
2011055590.tif 000005
【００２８】
比較判定回路２７は歪率演算回路２４〜２６で算出された波形歪率Ｄｕ，Ｄｖ，Ｄｗを予め定めた基準値と比較して異常の有無を判定するものであって、この比較判定回路２７は歪率演算回路２４〜２６で算出された波形歪率Ｄｕ，Ｄｖ，Ｄｗを予め定めた基準値と比較し、波形歪率Ｄｕ，Ｄｖ，Ｄｗの何れかが基準値より大きい値のときに異常有りと判定するように構成されている。
【００２９】
インバータ制御回路１５の回路部品に劣化等による機能低下が生じていないときにインバータ回路１３から出力される三相交流電力の電流波形の一例を図３に、インバータ制御回路１５の回路部品に劣化等による機能低下が生じているときにインバータ回路１３から出力される三相交流電力の電流波形の一例を図４に示す。
図３に示すように、インバータ制御回路１５の回路部品に機能低下が生じていないときには、三相交流電力の電流波形が歪みのない正弦波形となり、このときのＵ相電流波形歪率Ｄｕが基準値（この場合は１０．０％）より小さい値となることがわかる。これに対し、インバータ制御回路１５の回路部品に機能低下が生じているときには、図４に示すように、三相交流電力の電流波形が歪みのある波形となり、このときのＵ相電流波形歪率Ｄｕが基準値より大きい値となることがわかる。
【００３０】
したがって、上述した本発明の一実施形態のように、インバータ回路１３から三相誘導電動機１６に出力される三相交流電力のＵ相電流、Ｖ相電流及びＷ相電流を計測し、計測した各相電流から三相交流電力のＵ相電流波形歪率Ｄｕ、Ｖ相電流波形歪率Ｄｖ及びＷ相電流波形歪率Ｄｗを求めた後、Ｕ相電流波形歪率Ｄｕ、Ｖ相電流波形歪率Ｄｖ及びＷ相電流波形歪率Ｄｗを予め定めた基準値と比較することで、スイッチング素子等の回路部品に機能低下が生じているときにはＵ相電流波形歪率Ｄｕ、Ｖ相電流波形歪率Ｄｖ及びＷ相電流波形歪率Ｄｗの何れかが基準値より大きい値となるので、回路部品の機能低下による電力変換装置１０の異常を検出することができる。
【００３１】
なお、上述した本発明の一実施形態では、インバータ回路１３から三相誘導電動機１６に出力される三相交流電力のＵ相電流、Ｖ相電流及びＷ相電流を電流計１７，１８，１９により計測し、これら電流計１７〜１９の各出力を高速フーリエ変換して三相交流電力のＵ相電流波形歪率Ｄｕ、Ｖ相電流波形歪率Ｄｖ及びＷ相電流波形歪率Ｄｗを求めるようにしたが、電流計１７〜１９の各出力から各相電流の基本波成分と高調波成分をバンドパスフィルタにより抽出して三相交流電力のＵ相電流波形歪率Ｄｕ、Ｖ相電流波形歪率Ｄｖ及びＷ相電流波形歪率Ｄｗを求めるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１０…電力変換装置、１１…コンバータ回路、１２…平滑コンデンサ、１３…インバータ回路、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ…スイッチング素子、１５…インバータ制御回路、１６…三相誘導電動機、１７，１８，１９…電流計、２０…異常検出回路、２１，２２，２３…ＦＦＴ回路、２４，２５，２６…歪率演算回路、２７…比較判定回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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