(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変圧器の巻線に接続され、前記巻線に印加される交流電圧を分圧するように直列に接続された複数のコンデンサを含む回路の故障を検出する故障検出装置であって、
前記複数のコンデンサが正常のときに電圧が設定値以下となるように設定された、前記巻線の第１の点と、前記直列に接続された複数のコンデンサの間にある第２の点と、の間の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段により検出された電圧が前記設定値を超えた場合に、前記複数のコンデンサのいずれかが故障したと判断する故障判断手段と
を備えたことを特徴とする故障検出装置。
【請求項２】
前記電圧検出手段は、前記回路が正常のとき、検出される電圧がゼロになるように設けられたこと
を特徴とする請求項１に記載の故障検出装置。
【請求項３】
直流電力を交流電力に変換する電力変換回路と、
前記電力変換回路の交流側に設けられた変圧器と、
前記変圧器の巻線に接続され、前記巻線に印加される交流電圧を分圧するように直列に接続された複数のコンデンサを含むフィルタ回路と、
前記フィルタ回路の故障を検出する故障検出手段とを備え、
前記故障検出手段は、
前記複数のコンデンサが正常のときに電圧が設定値以下となるように設定された、前記巻線の第１の点と、前記直列に接続された複数のコンデンサの間にある第２の点と、の間の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段により検出された電圧が前記設定値を超えた場合に、前記複数のコンデンサのいずれかが故障したと判断する故障判断手段とを備えたこと
を特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
前記電圧検出手段は、前記フィルタ回路が正常のとき、検出される電圧がゼロになるように設けられたこと
を特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記故障判断手段により故障と判断された場合、前記電力変換回路を停止する電力変換停止手段
を備えたこと特徴とする請求項３又は請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
変圧器の巻線に接続され、前記巻線に印加される交流電圧を分圧するように直列に接続された複数のコンデンサを含む回路の故障を検出する故障検出方法であって、
前記複数のコンデンサが正常のときに電圧が設定値以下となるように設定された、前記巻線の第１の点と、前記直列に接続された複数のコンデンサの間にある第２の点と、の間の電圧を検出し、
検出した電圧が前記設定値を超えた場合に、前記複数のコンデンサのいずれかが故障したと判断すること
を含むことを特徴とする故障検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、故障を検出する故障検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、コンデンサは、様々な回路に用いられる。例えば、電力変換回路の交流側には、フィルタコンデンサが設けられる。また、複数のコンデンサで構成される回路がある。例えば、２組以上直列接続されたコンデンサ回路において、各組のコンデンサに印加される電圧を検出して、異常を検出することが開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２５５１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、複数のコンデンサで構成された回路において、各コンデンサの電圧を検出して、故障を検出すると、コンデンサの数量の増加に伴い、故障を検出するために必要な回路又は大きさなどが増加する。これは、装置の大型化又は複雑化などを招く。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、複数のコンデンサを含む回路において、各コンデンサの電圧を個別に検出しなくとも、コンデンサによる故障を検出することのできる故障検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の観点に従った故障検出装置は、変圧器の巻線に接続され、前記巻線に印加される交流電圧を分圧するように直列に接続された複数のコンデンサを含む回路の故障を検出する故障検出装置であって、前記複数のコンデンサが正常のときに電圧が設定値以下となるように設定された、前記巻線の第１の点と、前記直列に接続された複数のコンデンサの間にある第２の点と、の間の電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段により検出された電圧が前記設定値を超えた場合に、前記複数のコンデンサのいずれかが故障したと判断する故障判断手段とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、複数のコンデンサを含む回路において、各コンデンサの電圧を個別に検出しなくとも、コンデンサによる故障を検出することのできる故障検出装置を提供することにある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る故障検出装置が適用された電力変換装置の構成を示す構成図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る故障検出装置が適用された電力変換装置の構成を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る故障検出装置１が適用された電力変換装置１０の構成を示す構成図である。なお、図面における同一部分には同一符号を付して、異なる部分を主に説明する。
【００１０】
電力変換装置１０は、直流電源３から出力される直流電力を交流電力に変換して、負荷７に電力供給する。なお、ここでは、電力変換装置１０は、直流電力を単相交流電力に変換する構成として説明するが、直流電力を三相交流電力に変換する構成としてもよい。
【００１１】
電力変換装置１０は、故障検出装置１、電圧検出器２、直流電源３、インバータ４、変圧器５、及び、フィルタ回路６で構成される。
【００１２】
直流電源３は、インバータ４に直流電力を供給する。直流電源３は、発電機、電池、又は、交流電力を直流電力に変換するコンバータなど、直流電力を供給するものであれば、どのようなものでもよい。
【００１３】
インバータ４は、直流電源３から供給される直流電力を交流電力に変換する。インバータ４から出力される交流電力は、変圧器５及びフィルタ回路６を順次に介して、負荷７に供給される。
【００１４】
インバータ４の電力変換回路は、４つのスイッチング素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ及び４つのダイオード４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄで構成される。１組の直列に接続された２つのスイッチング素子４１ａ，４１ｂともう１組の直列に接続された２つのスイッチング素子４１ｃ，４１ｄが並列に接続される。２組の直列に接続されたスイッチング素子４１ａ〜４１ｄは、直流電源３に並列に接続される。ダイオード４２ａ〜４２ｄは、それぞれスイッチング素子４１ａ〜４１ｄと逆並列に接続される。２組のスイッチング素子４１ａ〜４１ｄのそれぞれの接続点は、インバータ４の交流端子（出力端子）となる。以降では、１組目のスイッチング素子４１ａ，４１ｂの接続点からの出力を交流電力のＵ相とし、２組目のスイッチング素子４１ｃ，４１ｄの接続点からの出力を交流電力のＶ相として説明する。
【００１５】
変圧器５は、第１の巻線５１及び第２の巻線５２で構成される絶縁変圧器である。第１の巻線５１（１次側）には、インバータ４の交流側が接続される。第２の巻線５２（２次側）には、フィルタ回路６が接続される。変圧器５は、インバータ４から入力される交流電圧を負荷７に適した電圧に変圧して、フィルタ回路６に出力する。変圧器５は、昇圧してもよいし、降圧してもよいし、変圧比が等倍でもよい。変圧器５は、変圧した交流電力をフィルタ回路６に出力する。
【００１６】
フィルタ回路６の入力側は、変圧器５に接続される。フィルタ回路６の出力側には、負荷７が接続される。フィルタ回路６は、インバータ４で発生する高調波を抑制する。ここでは、フィルタ回路６として説明するが、これに限らない。故障検出装置１による故障検出対象となる回路は、変圧器と接続され、複数のコンデンサで構成された回路であれば、どのような回路でもよい。例えば、力率改善用又は蓄電用などのコンデンサバンクでもよい。
【００１７】
フィルタ回路６は、６つのコンデンサ６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ，６１ｅ，６１ｆで構成されるフィルタコンデンサである。ここでは、コンデンサ６１ａ〜６１ｆの静電容量は全て同じものとする。１組目の直列に接続された２つのコンデンサ６１ａ，６１ｂは、Ｕ−Ｖ相間の電圧を等分に分圧するように、Ｕ相とＶ相との間に接続される。２組目の直列に接続された２つのコンデンサ６１ｃ，６１ｄは、Ｕ相電流が流れる経路に直列に接続される。３組目の直列に接続された２つのコンデンサ６１ｅ，６１ｆは、Ｖ相電流が流れる経路に直列に接続される。なお、Ｕ相及びＶ相の電流が流れる経路上に設けられたコンデンサ６１ｃ〜６１ｆは、無くてもよいし、代わりにリアクトルが設けられていてもよい。
【００１８】
電圧検出器２は、変圧器５の第２の巻線５２を２等分する中点Ｐ１と、Ｕ−Ｖ相間に接続された２つのコンデンサ６１ａ，６１ｂの接続点Ｐ２との間の電圧Ｖｄを検出する。接続点Ｐ２は、Ｕ−Ｖ相間の電圧を丁度２等分する箇所である。電圧検出器２は、検出した電圧Ｖｄを、故障検出装置１に出力する。
【００１９】
フィルタ回路６を電圧検出器２により測定される点Ｐ１，Ｐ２間で分けると、分けられた２つの回路は対象になっている。即ち、２つの回路は同一である。したがって、フィルタ回路６が正常であれば、電圧検出器２により測定される２点Ｐ１，Ｐ２はほぼ同じ電圧となるため、検出される電圧Ｖｄはほぼゼロとなる。
【００２０】
故障検出装置１は、電圧検出器２により検出された電圧Ｖｄと予め設定された設定値を比較して、フィルタ回路６の故障を検出する。設定値は、フィルタ回路６が正常のときに、電圧検出器２で検出される可能性がある最大の電圧値である。ここでは、設定値は、電圧検出器２で検出された電圧が実質的にゼロと判断してもよい最大の電圧値である。故障検出装置１は、検出された電圧Ｖｄが設定値を超えた場合は、フィルタ回路６が故障であると判断して、故障検出信号Ｓｎｇを出力する。即ち、故障検出装置１は、検出された電圧Ｖｄがゼロでない場合、故障と判断する。故障検出装置１は、故障検出信号Ｓｎｇを出力して、インバータ４を保護停止させたり、フィルタ回路６の故障を外部に警報として知らせたりする。なお、故障検出装置１は、インバータ４を制御する制御装置などに故障検出機能が組み込まれた装置でもよい。
【００２１】
ここで、設定値について説明する。フィルタ回路６が正常のときに、理想的な回路上では、電圧Ｖｄがゼロである場合でも、実際には、電圧検出器２で検出される電圧Ｖｄがゼロとならない場合がある。これは、検出誤差又は浮遊電圧などがからである。このため、上述のように設定値を設定することで、フィルタ回路６の故障をより正確に判断する。
【００２２】
これにより、フィルタ回路６を構成するいずれかのコンデンサ６１ａ〜６１ｆに短絡又は容量減少などの故障が生じると、フィルタ回路６の２点Ｐ１，Ｐ２間の電圧バランスが崩れることで、２点Ｐ１，Ｐ２間に上述の設定値を超える電圧Ｖｄが生じる。故障検出装置１は、電圧検出器２により、２点Ｐ１，Ｐ２間に生じた設定値を超える電圧Ｖｄを検出することで、フィルタ回路６の故障を検出する。
【００２３】
なお、Ｕ−Ｖ相間の電圧を分圧するコンデンサ６１ａ，６１ｂは、２つに限らず、３つ以上のいくつのコンデンサで構成されてもよい。さらに、各コンデンサ６１ａ〜６１ｆは、複数のコンデンサで構成されていてもよい。また、各コンデンサ６１ａ〜６１ｆの静電容量は異なってもよい。
【００２４】
また、電力変換装置１０の構成などにより、フィルタ回路６の正常時に電圧Ｖｄがゼロとなる２点Ｐ１，Ｐ２を検出するように、電圧検出器２を設けられない場合がある。例えば、フィルタ回路６の点Ｐ２に相当する箇所を選択する場合、Ｕ−Ｖ相間に接続されるコンデンサの数及びそれらの静電容量により、Ｕ−Ｖ相間に印加される交流電圧を丁度二等分するような箇所がコンデンサ間に存在しない場合がある。
【００２５】
このような場合、電圧検出器２を接続する点Ｐ１及び点Ｐ２は、次のように選ぶ。点Ｐ１は、変圧器５の第２の巻線５２にあり、第２の巻線５２を二等分する箇所になるべく近い箇所を選ぶ。また、点Ｐ２は、交流電圧を分圧する直列に接続された複数のコンデンサの間にあり、交流電圧を丁度二等分する箇所になるべく近い箇所を選ぶ。このように点Ｐ１又は点Ｐ２が選ばれた場合、フィルタ回路６が正常であっても、電圧Ｖｄが完全にゼロにならない可能性がある。したがって、この場合の設定値は、正常時に検出される電圧Ｖｄがゼロになる場合の設定値よりも高い電圧になる。また、この場合は、フィルタ回路６が正常であれば、発生しているはずの最小の電圧値をもう１つ設定値として設け、この設定値を下回った場合も、故障と判断するようにしてもよい。
【００２６】
本実施形態によれば、変圧器５の第２の巻線５２にある点Ｐ１と、フィルタ回路６のＵ−Ｖ相間の電圧を分圧する２つのコンデンサ６１ａ，６１ｂの接続点Ｐ２との間の電圧Ｖｄを検出することで、各コンデンサ６１ａ〜６１ｆの電圧を個別に検出しなくても、コンデンサ６１ａ〜６１ｆの短絡又は容量減少などのフィルタ回路６の故障を検出することができる。
【００２７】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態に係る故障検出装置１が適用された電力変換装置１０Ａの構成を示す構成図である。
【００２８】
電力変換装置１０Ａは、図１に示す第１の実施形態に係る電力変換装置１０において、変圧器５を変圧器５Ａに代え、フィルタ回路６をフィルタ回路６Ａに代え、電圧検出器２を電圧検出器２Ａに代えたものである。その他の点は、第１の実施形態と同様である。
【００２９】
変圧器５Ａ及びフィルタ回路６Ａは、第１の実施形態における変圧器５とフィルタ回路６との位置を入れ替えている。変圧器５Ａ及びフィルタ回路６Ａは、それぞれ第１の実施形態に係る変圧器５及びフィルタ回路６とそれぞれ同じ回路である。フィルタ回路６Ａは、第１の実施形態に係るフィルタ回路６の入力側（インバータ４側）と出力側（負荷７側）を反対にしている。その他の点は、第１の実施形態に係る変圧器５及びフィルタ回路６と同様である。
【００３０】
フィルタ回路６Ａの入力側には、インバータ４が接続される。フィルタ回路６Ａの出力側には、変圧器５Ａの第１の巻線５１（１次側）が接続される。変圧器５Ａの第２の巻線５２（２次側）には、負荷７が接続される。
【００３１】
電圧検出器２Ａは、フィルタ回路６ＡのＵ−Ｖ相間の電圧を分圧する２つのコンデンサ６１ａ，６１ｂの接続点Ｐ２と、変圧器５Ａの第１の巻線５１の中点Ｐ１Ａとの間の電圧Ｖｄを検出する。中点Ｐ１Ａは、第１の巻線５１にある点以外は、第１の実施形態に係る中点Ｐ１と同様である。電圧検出器２Ａは、中点Ｐ１Ａと接続点Ｐ２との間に印加される電圧Ｖｄを検出して、故障検出装置１に出力する。
【００３２】
故障検出装置１は、第１の実施形態と同様に、電圧検出器２Ａにより検出された電圧Ｖｄに基づいて、フィルタ回路６Ａの故障を検出する。
【００３３】
本実施形態によれば、インバータ４の出力側に、フィルタ回路６Ａ及び変圧器５Ａが順次に設けられた構成であっても、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００３４】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１…故障検出装置、２…電圧検出器、３…直流電源、４…インバータ、５…変圧器、６…フィルタ回路、７…負荷、１０…電力変換装置。
【図１】
0006570073.tif 000002
【図２】
0006570073.tif 000003