(57)【要約】【課題】インバータ装置において、瞬時の地絡検出を安価な構成で実現する。【解決手段】交流入力電圧を直流電圧に変換出力する整流器（１）と、前記整流器からの直流出力電圧を三相交流電圧に変換出力する変換器（４）を備えたインバータ装置において、整流器（１）と変換器（４）との間を接続する正側及び負側の各直流母線に挿入接続された両巻線が、交流電源側からコモンモードの電流が流入するのを阻止する方向に巻回されたコモンモードコイル（２）と、負側直流母線に挿入接続されたコモンモードコイル（２）の巻線の端子間電圧を監視して地絡発生の有無を検出する手段（７）を備える。【選択図】  図１
2008109748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流入力電圧を直流電圧に変換出力する整流器と、前記整流器からの直流出力電圧を三相交流電圧に変換出力する変換器を備えたインバータ装置において、
前記整流器と前記変換器との間を接続する正側及び負側の各直流母線に挿入接続された両巻線が、交流電源側からコモンモードの電流が流入するのを阻止する方向に巻回されたコモンモードコイルと、
負側直流母線に挿入接続された前記巻線の端子間電圧を監視して地絡発生の有無を検出する手段を備えたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
交流入力電圧を直流電圧に変換出力する整流器と、前記整流器からの直流出力電圧を三相交流電圧に変換出力する変換器を備えたインバータ装置において、
前記整流器と前記変換器との間を接続する正側及び負側の各直流母線に挿入接続された両巻線が、交流電源側からコモンモードの電流が流入するのを阻止する方向に巻回されたコモンモードコイルと、
正側直流母線に挿入接続された前記巻線の端子間電圧を監視して地絡発生の有無を検出する手段を備えたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項３】
交流入力電圧を直流電圧に変換出力する整流器と、前記整流器からの直流出力電圧を三相交流電圧に変換出力する変換器を備えたインバータ装置において、
前記整流器と前記変換器との間を接続する正側及び負側の各直流母線に挿入接続された両巻線が、交流電源側からコモンモードの電流が流入するのを阻止する方向に巻回されたコモンモードコイルと、
負側直流母線に挿入接続された前記巻線の端子間電圧及び正側直流母線上に挿入接続された前記巻線の端子間電圧を用いて地絡発生の有無を検出する手段を備えたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項４】
交流入力電圧を直流電圧に変換出力する整流器と、前記整流器からの直流出力電圧を三相交流電圧に変換出力する変換器を備えたインバータ装置において、
前記整流器と前記変換器との間を接続する正側及び負側の各直流母線に挿入接続された両巻線が、交流電源側からコモンモードの電流が流入するのを阻止する方向に巻回されたコモンモードコイルと、
正側直流母線に挿入接続された前記巻線の端子間電圧の大きさ及び方向を監視する手段と、
負側直流母線に挿入接続された前記巻線の端子間電圧並びに正側直流母線に挿入接続された前記巻線の端子間電圧の大きさ及び方向に関する監視情報に基づいて地絡発生の有無を検出する手段を備えたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項５】
単相交流電源からの入力電圧を直流電圧に変換出力する整流器と、前記整流器からの直流出力電圧を三相交流電圧に変換出力する変換器を備えたインバータ装置において、
単相交流電源と前記整流器との間に挿入接続された両巻線が、単相交流電源側からコモンモードの電流が流入するのを阻止する方向に巻回されたコモンモードコイルと、
いずれか一方の前記巻線の端子間電圧を監視して地絡発生の有無を検出する手段を備えたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項６】
単相交流電源からの入力電圧を直流電圧に変換出力する整流器と、前記整流器からの直流出力電圧を三相交流電圧に変換出力する変換器を備えたインバータ装置において、
単相交流電源と前記整流器との間に挿入接続された両巻線が、単相交流電源側からコモンモードの電流が流入するのを阻止する方向に巻回されたコモンモードコイルと、
前記両巻線の端子間電圧を用いて地絡発生の有無を検出する手段を備えたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項７】
単相交流電源からの入力電圧を直流電圧に変換出力する整流器と、前記整流器からの直流出力電圧を三相交流電圧に変換出力する変換器を備えたインバータ装置において、
単相交流電源と前記整流器との間に挿入接続された両巻線が、単相交流電源側からコモンモードの電流が流入するのを阻止する方向に巻回されたコモンモードコイルと、
いずれか一方の前記巻線の端子間電圧の大きさ及び方向を監視する手段と、
前記端子間電圧の大きさ及び方向に関する監視情報並びにもう一方の前記巻線の端子間電圧に基づいて地絡発生の有無を検出する手段を備えたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項８】
三相交流電源からの入力電圧を直流電圧に変換出力する整流器と、前記整流器からの直流出力電圧を三相交流電圧に変換出力する変換器を備えたインバータ装置において、
三相交流電源と前記整流器との間に挿入接続された各巻線が、三相交流電源側からコモンモードの電流が流入するのを阻止する方向に巻回されたコモンモードコイルと、
いずれか一つの前記巻線の端子間電圧を監視して地絡発生の有無を検出する手段を備えたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項９】
交流入力電圧を直流電圧に変換出力する整流器と、前記整流器からの直流出力電圧を三相交流電圧に変換出力する変換器を備えたインバータ装置において、
前記変換器の三相出力端子と三相負荷との間に挿入接続された各巻線が、前記変換器側からコモンモードの電流が流入するのを阻止する方向に巻回されたコモンモードコイルと、
いずれか一つの前記巻線の端子間電圧を監視して地絡発生の有無を検出する手段を備えたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項１０】
前記地絡発生の有無を検出する手段は、交流電源が瞬時停電から復帰する際には地絡発生の有無を検出しないことを特徴とする請求項１ないし請求項８記載のインバータ装置。
【請求項１１】
前記コモンモードコイルを含むフィルタ回路を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項９記載のインバータ装置。
【請求項１２】
前記コモンモードコイルの全巻線は磁性コア孔に貫通させただけであることを特徴とする請求項１ないし請求項９記載のインバータ装置。
【請求項１３】
交流入力電圧を直流電圧に変換出力する整流器と、前記整流器からの直流出力電圧を三相交流電圧に変換出力する変換器を備えたインバータ装置において、
前記整流器と前記変換器との間を接続する正側直流母線に挿入接続された第１のＤＣリアクトルと、
前記整流器と前記変換器との間を接続する負側直流母線に挿入接続された第２のＤＣリアクトルと、
前記第１のＤＣリアクトルの端子間電圧及び前記第２のＤＣリアクトルの端子間電圧を用いて地絡発生の有無を検出する手段を備えたことを特徴とするインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源を整流して得た直流電圧を任意電圧、任意周波数の交流電圧に変換出力するインバータ装置において、地絡事故が発生した際には瞬時の地絡検出が可能なインバータ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
瞬時の地絡検出が可能なインバータ装置の第１の従来例としては、三相出力のインバータ装置において出力側の出力電流を各相ごと全相について検出し、正常時は三相全ての出力電流の合計値が零になるのに対し、地絡事故が発生した際には前記合計値が零にはならないことを利用して地絡事故の発生を検出するものがある。
【０００３】
また図１３に示す第２の従来例では、整流ダイオード等で構成された整流器の出力側と直流電源部となる平滑コンデンサとの間の正負直流母線を零相リアクトルに挿入し（いいかえれば、正負直流母線を磁性コア孔に貫通させ）、零相リアクトルに巻回された２次巻線に発生する誘導電流に基づいて地絡事故の発生を検出している。（例えば、特許文献１参照）。
図１３に示すインバータ装置は、交流入力電圧を直流電圧に変換出力する整流器１０２，整流器１０２の直流出力電圧を平滑する平滑コンデンサ１０３，整流器１０２からの直流出力電圧を三相交流電圧に変換出力する変換器１０４、変換器１０４を構成する還流ダイオード４Ｄとゲート駆動回路４ＧとＩＧＢＴ４Ｔ，誘導電動機１０５，零相リアクトル１１１，４組のフィルタコンデンサ１１２〜１１５，及び２次巻線１２１等で構成されている。また、２次巻線１２１には電流検出器１３１が接続され、この電流検出器１３１を含めたローパスフィルタ回路１３０が整流器１０２と平滑コンデンサ１０３との間に挿入されている。ここで電流検出器１３１のインピーダンスを適切な値に選定すれば、主回路の配線インダクタンスとフィルタコンデンサとの共振現象の発生を抑制することができる。更に例えばＡ点で接地事故を生じると、正側の直流母線を流れる電流と負側の直流母線を流れる電流とに差を生じて、零相リアクトル１１１の２次巻線１２１にはこの差電流に対応した電流が流れる。電流検出器１３１がこの２次巻線電流を検出し、この２次巻線電流が予め設定した値を越えれば、地絡検出器１３２が動作してインバータ装置に接地事故が発生したことが警報される。この従来例の場合、地絡検出に用いた零相リアクトル１１１及びこれに巻回された２次巻線１２１は、もともとが大地への漏れ電流を抑制するためのローパスフィルタ回路の構成要素であり、従って地絡検出のための専用品ではないので、地絡検出のためのコストアップを抑制できる利点もある。
【特許文献１】特開平８−２３７９３６号公報（第４頁、第６図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
瞬時の地絡検出が可能な第１の従来例においては、インバータ装置として三相の出力電流を全て検出する必要があるため３個の電流検出器が必要となる。このため、正常時だけであれば二相分の電流検出（いいかえれば２個の電流検出器）だけで十分な所、地絡検出のためだけに絶縁機能を備えた高価な電流検出器を１個追加して、全相分の電流検出を行なうことが必要となる。
【０００５】
一方、第２の従来例においては、零相リアクトルに巻回された２次巻線と正負直流母線間ですでに絶縁が確保されているので、新たに追加される電流検出器自体が絶縁機能を備える必要はない。従って、追加した電流検出器自体のコストアップ分は少ないが、２次巻線を備えた特製の零相リアクトルが必須となるので、特製の零相リアクトルによるコストアップの問題、零相リアクトル内での２次巻線と１次巻線間の絶縁を確保するための処理及び２次巻線のプリント基板配線パターンへの接続等に関する煩わしさの問題が生じる。
【０００６】
本発明の目的は、インバータ装置において瞬時の地絡検出が可能でありながら、これを低価格で実現できるインバータ装置を提供することにあり、地絡事故が発生した場合には瞬時の地絡検出機能に基づいてＩＧＢＴトランジスタ等の半導体スイッチング素子で構成された変換器の破損を防止できるインバータ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため請求項１記載の発明は、交流入力電圧を直流電圧に変換出力する整流器と、前記整流器からの直流出力電圧を三相交流電圧に変換出力する変換器を備えたインバータ装置において、前記整流器と前記変換器との間を接続する正側及び負側の各直流母線に挿入接続された両巻線が、交流電源側からコモンモードの電流が流入するのを阻止する方向に巻回されたコモンモードコイルと、負側直流母線に挿入接続された前記巻線の端子間電圧を監視して地絡発生の有無を検出する手段を備えたことを特徴としている。
インバータ装置において漏れ電流や発生ノイズを低減するフィルタ回路の一部として使用されているコモンモードコイルを、地絡発生を検出するための構成要素として兼用しており、また、負側直流母線に挿入接続された前記巻線の端子間電圧を監視して地絡発生の有無を検出するので電流検出器も不要となる。このため極めて安価な構成で瞬時の地絡検出機能を備えることが可能となる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、交流入力電圧を直流電圧に変換出力する整流器と、前記整流器からの直流出力電圧を三相交流電圧に変換出力する変換器を備えたインバータ装置において、前記整流器と前記変換器との間を接続する正側及び負側の各直流母線に挿入接続された両巻線が、交流電源側からコモンモードの電流が流入するのを阻止する方向に巻回されたコモンモードコイルと、正側直流母線に挿入接続された前記巻線の端子間電圧を監視して地絡発生の有無を検出する手段を備えたことを特徴としている。
ここで用いられるコモンモードコイルは、正側の直流母線に挿入接続された巻線及び負側の直流母線に挿入接続された巻線の２つの巻線を備えている。そこで、請求項１記載の発明は負側直流母線に挿入接続された巻線の端子間電圧を監視して地絡発生の有無を検出するのに対して、正側直流母線に挿入接続された巻線の端子間電圧を監視しても同様の原理で地絡発生の有無を検出できることに着目したものである。
【０００９】
請求項３記載の発明は、交流入力電圧を直流電圧に変換出力する整流器と、前記整流器からの直流出力電圧を三相交流電圧に変換出力する変換器を備えたインバータ装置において、前記整流器と前記変換器との間を接続する正側及び負側の各直流母線に挿入接続された両巻線が、交流電源側からコモンモードの電流が流入するのを阻止する方向に巻回されたコモンモードコイルと、負側直流母線に挿入接続された前記巻線の端子間電圧及び正側直流母線上に挿入接続された前記巻線の端子間電圧を用いて地絡発生の有無を検出する手段を備えたことを特徴としている。
正側及び負側の各直流母線に挿入接続された両巻線端子間に生じる各電圧につき、両巻線間では、正常時に流れる電流（ノーマルモードの電流）によって生じる端子間電圧は互いに逆極性となるが、地絡電流によって生じる端子間電圧は互いに同極性となることを利用し、正常時に流れる電流によって生じる端子間電圧の影響を除去しようとしたものである。このために、両巻線の端子間電圧を用いて地絡発生の有無を検出するようにしたものである。
【００１０】
請求項４記載の発明は、交流入力電圧を直流電圧に変換出力する整流器と、前記整流器からの直流出力電圧を三相交流電圧に変換出力する変換器を備えたインバータ装置において、前記整流器と前記変換器との間を接続する正側及び負側の各直流母線に挿入接続された両巻線が、交流電源側からコモンモードの電流が流入するのを阻止する方向に巻回されたコモンモードコイルと、正側直流母線に挿入接続された前記巻線の端子間電圧の大きさ及び方向を監視する手段と、負側直流母線に挿入接続された前記巻線の端子間電圧並びに正側直流母線に挿入接続された前記巻線の端子間電圧の大きさ及び方向に関する監視情報に基づいて地絡発生の有無を検出する手段を備えたことを特徴としている。
負側直流母線に挿入接続された巻線の端子間電圧を監視して地絡発生の有無を検出するという請求項１記載の発明に対して、地絡発生の有無を判断するための情報として正側直流母線に挿入接続された巻線の端子間電圧の大きさ及び方向に関する情報をも用いることとし、これによって地絡発生の検出精度を向上させるものである。
【００１１】
請求項５記載の発明は、単相交流電源からの入力電圧を直流電圧に変換出力する整流器と、前記整流器からの直流出力電圧を三相交流電圧に変換出力する変換器を備えたインバータ装置において、単相交流電源と前記整流器との間に挿入接続された両巻線が、単相交流電源側からコモンモードの電流が流入するのを阻止する方向に巻回されたコモンモードコイルと、いずれか一方の前記巻線の端子間電圧を監視して地絡発生の有無を検出する手段を備えたことを特徴としている。
請求項１記載の発明ではコモンモードコイルが直流母線に挿入接続されるのに対し、本発明ではコモンモードコイルが単相交流電源と整流器との間を繋ぐ接続線に挿入接続されている。単相交流電源に接続されたコモンモードコイルの巻線も２個なので、請求項１記載の発明と同様の原理で地絡発生の有無を検出できることに着目したものである。
【００１２】
請求項６記載の発明は、単相交流電源からの入力電圧を直流電圧に変換出力する整流器と、前記整流器からの直流出力電圧を三相交流電圧に変換出力する変換器を備えたインバータ装置において、単相交流電源と前記整流器との間に挿入接続された両巻線が、単相交流電源側からコモンモードの電流が流入するのを阻止する方向に巻回されたコモンモードコイルと、前記両巻線の端子間電圧を用いて地絡発生の有無を検出する手段を備えたことを特徴としている。
コモンモードコイルが直流母線に挿入接続された請求項３記載の発明に対し、本発明ではコモンモードコイルが単相交流電源と整流器との間を繋ぐ接続線に挿入接続されている。単相交流電源に接続されたコモンモードコイルの巻線も２個なので、請求項３記載の発明と同様の原理で地絡発生の有無を検出できることに着目したものである。
【００１３】
請求項７記載の発明は、単相交流電源からの入力電圧を直流電圧に変換出力する整流器と、前記整流器からの直流出力電圧を三相交流電圧に変換出力する変換器を備えたインバータ装置において、単相交流電源と前記整流器との間に挿入接続された両巻線が、単相交流電源側からコモンモードの電流が流入するのを阻止する方向に巻回されたコモンモードコイルと、いずれか一方の前記巻線の端子間電圧の大きさ及び方向を監視する手段と、前記端子間電圧の大きさ及び方向に関する監視情報並びにもう一方の前記巻線の端子間電圧に基づいて地絡発生の有無を検出する手段を備えたことを特徴としている。
コモンモードコイルが直流母線に挿入接続された請求項４記載の発明に対し、本発明ではコモンモードコイルが単相交流電源と整流器との間を繋ぐ接続線に挿入接続されている。単相交流電源に接続されたコモンモードコイルの巻線も２個なので、請求項４記載の発明と同様の原理で地絡発生の有無を検出できることに着目したものである。
【００１４】
請求項８記載の発明は、三相交流電源からの入力電圧を直流電圧に変換出力する整流器と、前記整流器からの直流出力電圧を三相交流電圧に変換出力する変換器を備えたインバータ装置において、三相交流電源と前記整流器との間に挿入接続された各巻線が、三相交流電源側からコモンモードの電流が流入するのを阻止する方向に巻回されたコモンモードコイルと、いずれか一つの前記巻線の端子間電圧を監視して地絡発生の有無を検出する手段を備えたことを特徴としている。
コモンモードコイルが単相交流電源と整流器との間を繋ぐ接続線に挿入接続された請求項５記載の発明に対し、本発明ではコモンモードコイルが三相交流電源と整流器との間を繋ぐ接続線に挿入接続されている。コモンモードコイルの巻線数は３個となるが、地絡電流に伴って各巻線端子間に誘起電圧が発生する点は巻線数に関係なく共通なことに着目し、いずれか一つの巻線の端子間電圧を監視して地絡発生の有無を検出するようにしている。
【００１５】
請求項９記載の発明は、交流入力電圧を直流電圧に変換出力する整流器と、前記整流器からの直流出力電圧を三相交流電圧に変換出力する変換器を備えたインバータ装置において、前記変換器の三相出力端子と三相負荷との間に挿入接続された各巻線が、前記変換器側からコモンモードの電流が流入するのを阻止する方向に巻回されたコモンモードコイルと、いずれか一つの前記巻線の端子間電圧を監視して地絡発生の有無を検出する手段を備えたことを特徴としている。
コモンモードコイルが三相交流電源と整流器との間を繋ぐ接続線に挿入接続された請求項８記載の発明に対し、本発明ではコモンモードコイルが変換器の三相出力端子と三相負荷との間に挿入接続されている。
変換器の三相出力電流に関しても、正常時には三相出力電流の合計値が零となるが、地絡発生時には三相出力電流の合計値が零とはならず、地絡電流に伴って各巻線端子間に誘起電圧が発生する点においては、請求項８記載の発明と共通なことに着目したものである。従って、請求項８記載の発明と同様に、いずれか一つの巻線の端子間電圧を監視すれば地絡発生の有無を検出できることになる。
【００１６】
請求項１０記載の発明は、請求項１ないし請求項８記載のインバータ装置において、前記地絡発生の有無を検出する手段は、交流電源が瞬時停電から復帰する際には地絡発生の有無を検出しないことを特徴としている。
単相交流電源または三相交流電源等の交流電源において短時間の停電が発生した場合、平滑コンデンサの直流端子間電圧が動作可能レベルである限りは、インバータ装置は運転を継続する。しかし、運転中は平滑コンデンサの直流端子間電圧が急速に低下しており、このような状況で交流電源が停電復帰すると、直流端子間電圧の低下した平滑コンデンサを充電するため大きな突入電流が交流電源側から供給される。このような突入大電流がコモンモードコイルの各巻線を流れると、巻線に存在する漏れインダクタンスの影響で、巻線端子間には無視できないレベルの端子間電圧が発生し、地絡誤検出を生じる恐れがある。そこで、交流電源が瞬時停電から復帰する際には地絡発生の有無を検出しないことにしたものである。
【００１７】
請求項１１記載の本発明は、請求項１ないし請求項９記載のインバータ装置において、前記コモンモードコイルを含むフィルタ回路を備えたことを特徴としている。
本発明におけるコモンモードコイルは地絡を検出するための構成要素であると同時に、インバータ装置による漏れ電流や発生ノイズを低減し、あるいは外部から侵入してくるノイズの影響を低減するフィルタ回路の構成要素でもある。
【００１８】
請求項１２記載の本発明は、請求項１ないし請求項９記載のインバータ装置において、前記コモンモードコイルの全巻線は磁性コア孔を貫通させただけであることを特徴としている。コモンモードコイルには、巻線を磁性コア孔に貫通させただけのものもあり、巻回された場合と同様の作用効果を奏するので、そのようなものも本発明に含まれることを明確にしたものである。
【００１９】
請求項１３記載の本発明は、交流入力電圧を直流電圧に変換出力する整流器と、前記整流器からの直流出力電圧を三相交流電圧に変換出力する変換器を備えたインバータ装置において、前記整流器と前記変換器との間を接続する正側直流母線に挿入接続された第１のＤＣリアクトルと、前記整流器と前記変換器との間を接続する負側直流母線に挿入接続された第２のＤＣリアクトルと、前記第１のＤＣリアクトルの端子間電圧及び前記第２のＤＣリアクトルの端子間電圧を用いて地絡発生の有無を検出する手段を備えたことを特徴としている。
コモンモードコイルの両巻線が正側及び負側の各直流母線に各々挿入接続された請求項３記載の発明に対し、本発明は正側直流母線に第１のＤＣリアクトルを挿入接続し、負側直流母線に第２のＤＣリアクトルを挿入接続したものである。前記第１のＤＣリアクトルの端子間電圧及び前記第２のＤＣリアクトルの端子間電圧を用いるので、ノーマルモードで流れる正常電流の影響を除去して、地絡電流による端子間電圧分を抽出でき、これによって地絡発生の有無を検出できるものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、フィルタ回路を構成しているコモンモードコイルを利用して地絡検出を行うので、極めて低価格な地絡検出回路を構成できる効果がある。また、コモンモードコイルの各巻線間の磁気的結合度が低くて漏れインダクタンスの存在を無視できない場合にも、漏れインダクタンスによる悪影響を除去した検出精度の高い地絡検出を行える効果がある。また、検出原理は簡便で柔軟性があり、主回路上でのコモンモードコイルの配置に関する自由度が高いという利点もある。このため、様々なフィルタ回路においても地絡検出を実現できる効果がある。
また、本発明はコモンモードコイルを用いたフィルタ回路に限らず、正側及び負側の各直流母線に各々分割して配置したＤＣリアクトルを使用する場合にも実施することができ、この場合にも極めて低価格な地絡検出回路を構成できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、本発明の各実施の形態について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１は、本発明の第１の実施形態に対応するインバータ装置の全体構成図である。図１において、１は整流器、２はコモンモードコイル、３は平滑コンデンサ、４は変換器であり、変換器４は６個のＩＧＢＴトランジスタ及び６個の還流ダイオード並びにトランジスタ駆動回路１１ないし１６で構成されており、５、６はインバータ装置のＵ相及びＶ相の出力電流を検出する電流検出器、７は地絡検出回路であり、地絡検出回路７はコモンモードコイル２の負側直流母線上にある巻線端子間電圧に基づいて地絡発生の有無を判別している。８は制御装置であり、制御装置８は変換器４を構成する各ＩＧＢＴトランジスタをオンオフ制御し、あるいは地絡検出回路７からの地絡検出信号に基づいて変換器４の動作を停止させる等、インバータ装置として必要な様々な処理を行なっている。９はＳ相接地の三相交流電源であり、１７は三相負荷となる三相電動機である。コモンモードコイル２を構成する両巻線は交流電源の入力側からコモンモードの電流が流入するのを阻止する方向に接続配置されている。なお、本実施形態及び以下の各実施形態におけるコモンモードコイル２の巻線には、コモンモードコイル２の磁性コアに巻回されたものだけでなく、単にコア孔を貫通しているだけのものも含まれる。変換器４または地絡検出回路７等の主回路側と制御装置８との間に電気絶縁を必要とする場合には、制御装置８と地絡検出回路７との間、あるいは制御装置８と変換器４との間にフォトカプラ等の絶縁型信号伝送手段が挿入される。
【００２３】
図２は図１と同じインバータ装置の全体構成図であると同時に、地絡検出回路７の内部構成をも示したものである。ここで例えば、三相交流電源のＲ相電位が最も高く、Ｓ相電位が最も低いタイミングにおいて図２のＢ点（Ｕ相出力側）で地絡事故が発生すると、点線で示すルートを流れる地絡電流が発生する。このとき、地絡電流は正側直流母線のみを流れるため、コモンモードコイル２のコア内では地絡電流に応じた磁束が発生する。このコア内で発生する磁束の増加率に応じて、地絡電流の流れていない負側直流母線を構成する側の巻線端子間には、巻線端子の（１）側を正電位とする誘起電圧が発生する。一方、地絡事故のない正常時は、コモンモードコイル２の正側及び負側の各巻線には大きさが等しく方向のみ異なる電流が常に流れているので、コモンモードコイルの特徴としてコア内で発生する磁束は零に抑制されており、負側直流母線を構成する側の巻線端子間に誘起電圧が発生することはない。そこで地絡検出回路７において、負側直流母線を構成する側の巻線端子間電圧を監視し、この端子間電圧が所定の正の閾値を越えれば地絡事故が発生したと判断することができる。
一方、先程とは別のタイミングで、例えば三相交流電源のＳ相電位が最も高く、Ｒ相電位が最も低いタイミングにおいて地絡事故が発生すると、図２中に１点鎖線で示すルートを流れる地絡電流が発生する。この場合には、地絡電流は負側直流母線のみを流れるので、負側直流母線を構成する側の巻線端子間には、巻線端子の（１）側を負電位とする誘起電圧が発生する。そこで、この端子間電圧が所定の負の閾値を越えれば地絡事故が発生したと判断することができる。
【００２４】
これを具体化したものが図２の地絡検出回路７である。地絡検出回路７において３３、３４及び３７は抵抗器、３５は正の閾値に対応した正の基準電圧、３６は負の閾値に対応した負の基準電圧、３１及び３２はオープンコレクタ出力の比較器であり、各々の出力端子が共通接続されてＯＲ回路を構成している。従って、地絡電流がコモンモードコイル２の負側巻線及び正側巻線のどちらを流れる場合であっても、地絡検出回路７によって地絡事故の発生を検出（比較器３１及び３２の両出力の接続点がＬ出力の時、地絡検出となる）することができる。このように、地絡検出のための高価な電流検出器は不要であり、極めて安価な地絡検出回路を構成することが可能となる。制御装置７は地絡検出回路７からの地絡検出信号を受けたのち、ただちに変換器４のオンオフ動作を停止させれば、地絡過電流（地絡抵抗が小さいと地絡電流は大きくなる）によって変換器４を構成するＩＧＢＴトランジスタが破損するのを防止できる。なお、ここではコモンモードコイル２を構成要素として含むフィルタ回路を図示してないが、実際には、コモンモードコイル２のみのフィルタ回路、あるいは図１３に示されたフィルタ回路、更にはコモンモードコイル２を構成要素として含む様々なフィルタ回路が付加された場合を適用例として想定している。
【実施例２】
【００２５】
図３は本発明の第２の実施形態に対応するインバータ装置の全体構成図である。図３において３８は抵抗器、３９はフォトカプラである。第１の実施形態に比べると、地絡検出回路７が正側の直流母線に接続され、かつ、正側の直流母線にある巻線端子間電圧を監視している点で異なるが、地絡検出の原理は第１の実施形態と同じである。この巻線端子間電圧が所定の正または負の閾値を越えれば地絡事故が発生したと判断するが、地絡検出信号の伝送先である制御装置８は負側直流母線に接続されているのが通常なので、地絡検出回路７から制御装置８への地絡検出信号の伝送はフォトカプラ３９を介して（フォトカプラ３９がオンすると地絡検出となる）行われる。なお、フォトカプラ同様の絶縁機能を有するものであれば絶縁信号伝送手段として何でも良く、例えば、パルストランスを用いた信号伝送もあり得る。
【実施例３】
【００２６】
コモンモードコイル２を構成する２つの巻線、いいかえれば直流母線の正側及び負側の２つの巻線の磁気的結合度は１００％ではないので、漏れインダクタンスが存在する。このため、前記第１、第２の実施形態では通常動作時においても、ある程度の巻線端子間電圧が発生しており、この端子間電圧による地絡誤検出を回避するため、地絡検出の閾値レベルを大きくすることが必要となる。つまり、地絡検出の感度を下げることが必要となる。そこで、この感度低下の問題を回避しようとしたのが図４に示す第３の実施形態である。図４は、図２に対して異なる部分（具体的には地絡検出回路７）のみを示したものであり、他の部分は図２と同じなので省略している。なお、説明を判りやすくするために、コモンモードコイル２の各巻線には漏れインダクタンスｌ１、ｌ２を挿入表示している。図４において、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は抵抗器（同じ符号のものは抵抗値も等しい）、４１及び４２は演算増幅器である。
【００２７】
図２で示すＢ点において地絡事故が発生し、例えば、コモンモードコイル２の正側直流母線にある巻線のみを地絡電流が流れた場合、２つの巻線端子間には、ともに（１）側を正電位とする誘起電圧が発生する。この誘起電圧によって、演算増幅器４１の出力電圧Ｖ１及び演算増幅器４２の出力電圧Ｖ２はともに負側に移動してＶ０点の電圧を下げるので、Ｖ０点の電圧が比較器３２の基準電圧３６を下回り、地絡検出信号を出力する。地絡電流が負側直流母線にある巻線のみを流れた場合には、２つの巻線端子間にはともに（１）側を負電位とする誘起電圧が発生し、この誘起電圧によって演算増幅器４１の出力電圧Ｖ１及び演算増幅器４２の出力電圧Ｖ２はともに正側に移動するのでＶ０点の電圧が比較器３１の基準電圧３５を上回り、地絡検出信号を出力する。一方、正常動作時にはコモンモードコイル２にはノーマルモードの電流が流れているが、漏れインダクタンスｌ１及びｌ２の存在によって、正側直流母線にある巻線端子間には（１）側を正電位とする端子間電圧が発生し、負側直流母線にある巻線端子間には（１）側を負電位とする端子間電圧が発生している。しかしながら、漏れインダクタンスによる端子間電圧によって出力電圧Ｖ１の方は低下するが出力電圧Ｖ２の方では増加するので両出力の接続点Ｖ０での電圧値には何ら影響せず、従って、漏れインダクタンスの影響によって発生した両端子間電圧の影響が除去される。特に、三相交流電源のＳ相電位（接地相の電位）がＲ相及びＴ相の中間的電位となるタイミングにおいて地絡事故が発生した際には、正側直流母線にある巻線と負側直流母線にある巻線の双方を互いに逆方向の地絡電流が流れるので両地絡電流の差分のみで地絡検出を行う必要があり、その一方で漏れインダクタンスによる端子間電圧の発生量は大きくなるので、本発明による寄与は極めて大きいといえる。
【実施例４】
【００２８】
第３の実施形態では両巻線端子間電圧をアナログ値のまま用いたが、正側直流母線にある巻線端子間電圧については必要な情報に圧縮加工した上で用いるようにしたのが、図５に示す本発明の第４の実施形態である。第４の実施形態にも漏れインダクタンスの影響を除去できる効果がある。図５において、５７は正の閾値に対応した正の基準電圧、５８は負の閾値に対応した負の基準電圧、５５及び５６オープンコレクタ出力の比較器、５９及び６０はフォトカプラ、５１ないし５６、及び６１ないし６４は抵抗器である。
【００２９】
図５のＢ点において地絡事故が発生し、例えば、コモンモードコイル２の正側直流母線にある巻線のみを地絡電流が流れた場合、両巻線端子間には、ともに（１）側を正電位とする誘起電圧が発生する。この誘起電圧から比較器３１が地絡を検出するが、同時に比較器５５においても地絡として検出される。同様に、コモンモードコイル２の負側直流母線にある巻線のみを地絡電流が流れた場合は両巻線端子間に、ともに（１）側を負電位とする誘起電圧が発生する。この誘起電圧から比較器３２が地絡を検出するが、同時に比較器５６においても地絡として検出される。そこで制御装置８は、比較器３１及び５５、または比較器３２及び５６がともに地絡を検出した場合に限り、真の地絡として検出とする。正常動作時において漏れインダクタンスの影響で発生する２つの巻線端子間電圧の極性は互いに異なるので、地絡検出の閾値を下げたとしても、これによって間違って地絡検出を行う比較器は、比較器３１及び５６、または比較器３２及び５５の組み合わせとなるので、真の地絡として検出される恐れはなくなる。
【実施例５】
【００３０】
図６に示された第５の実施形態は、図４に示された第３の実施形態においてコモンモードコイル２を２個のＤＣリアクトル６１及び６２に置き換えたものである。直流母線の正極側に配置されたＤＣリアクトル６１及び負極側に配置されたＤＣリアクトル６２のインダクタンス値は等しく設定されている。
ＤＣリアクトルの場合は正常動作時においても、両ＤＣリアクトルの巻線端子間には大きな電圧が発生しているが、正常動作時の両巻線端子間電圧は互いに大きさが等しく逆方向の電圧なので、前記第３の実施形態の場合と同様にＶ０点の電圧に影響を与えることはなく、地絡の誤検出をする恐れはない。そして前記第３の実施形態と同様に、地絡が発生した際には、正側直流母線に配置されたＤＣリアクトル６１を流れる地絡電流と負側直流母線に配置されたＤＣリアクトル６２を流れる両地絡電流の差から生じる両巻線端子間電圧差を、ＤＣリアクトル６１の端子間電圧及びＤＣリアクトル６２の端子間電圧を用いて抽出するので、確実に地絡の検出を行うことが出来る。
また、ＤＣリアクトル６１及び６２に互いに異なるインダクタンス値を用いた場合には、両インダクタンス値の差を相殺する方向に演算増幅器４１と演算増幅器４２との間で増幅率の差を設定すれば、同様の効果を奏することができる。
【実施例６】
【００３１】
図７に示された第６の実施形態は、図２に示した第１の実施形態において、直流母線に配置されたコモンモードコイル２を単相交流電源ラインに配置した上で、制御装置８と地絡検出回路７との間にフォトカプラ等の絶縁型信号伝送手段を挿入した点で相違する。単相交流電源ラインと直流母線の負極側との間には高電圧が生じるため、地絡検出回路７と制御装置８との間にフォトカプラ等の絶縁型信号伝送手段を挿入している。図７において、２１は単相交流電源用の整流器、２２は単相交流電源である。
例えば、単相交流電源のＳ相を接地してＢ点で地絡事故が発生した場合、Ｒ相電位がＳ相電位よりも高いタイミングでの地絡事故であればＲ相側の巻線のみを点線で示すルートの地絡電流が発生し、逆に、Ｓ相電位がＲ相電位よりも高いタイミングであればＲ相側の巻線のみを１点鎖線で示すルートの逆方向の地絡電流が発生する。従って、Ｓ相巻線端子間には地絡電流による誘起電圧が発生するので、第１の実施形態と同様の原理で地絡の発生を検出できる。
【００３２】
また図８においてＲ１を高抵抗値とした上で、このＲ１を介してＳ相側の巻線端子間の差電圧を検出する方式を用いれば、絶縁型信号伝送手段は不要となる。なお図８において、７１は演算増幅器であり、Ｒ１及びＲ２は抵抗器であり、抵抗器の器具符号の同じものは同じ抵抗値に設定している。この実施形態ではＳ相側の巻線端子間の差電圧が制御装置８にアナログ値として入力され、アナログ入力値の絶対値が所定の大きさを超えると制御装置８は地絡として検出する。
【００３３】
また、図４に示す第３の実施形態を基礎にして、前記第６の実施形態と同様にコモンモードコイル２を単相交流電源ラインに配置し、かつ、単相交流電源のＳ相側（Ｒ相側でもよい）を地絡検出回路７の基準電位にする変更を施した上で、第３の実施形態と同様の原理で地絡を検出し、地絡検出回路７からの地絡検出信号を制御装置８にフォトカプラ等の絶縁型信号伝送手段を介して伝送することもできる。
【００３４】
あるいは図４において、正側直流母線にある巻線をＲ相の巻線に置き換え、かつ、負側直流母線にある巻線をＳ相巻線に置き換えて、Ｒ相及びＳ相の両巻線端子間電圧を用いて地絡を検出することもできる。この場合も、抵抗器Ｒ１を高抵抗値とすればフォトカプラ等の絶縁型信号伝送手段は不要となる。
【００３５】
また、図９に示す実施形態も考えられる。図５に示す第４の実施形態を基礎にして、コモンモードコイル２を単相交流電源ラインに配置し、その上で、地絡検出回路７に図８で示したＳ相巻線の端子間電圧を差電圧として検出する方式を用い、アナログ値として制御装置８に入力している。制御装置８は、Ｓ相巻線の端子間電圧値（アナログ値）並びにＲ相巻線の端子間電圧の大きさに関する情報（所定値を越えたとの情報）及び端子間電圧値の方向情報を用いて、地絡発生の有無を検出する。
【実施例７】
【００３６】
図１０に示す第７の実施形態は、図７で示された第６の実施形態におけるコモンモードコイル２を三相コモンモードコイル２３に置き換えた上で三相交流電源ラインに配置したものである。三相交流電源であっても単相交流電源であっても、地絡に際して三相コモンモードコイル２３のコア内で磁束が発生する原理は同じなので、地絡事故が発生した際には、三相の各巻線のうち、いずれか一相の巻線端子間電圧について監視すればよいことになる。また、地絡検出回路７と制御装置８との間にはフォトカプラ等の絶縁型信号伝送手段を挿入している。なお図８に示した巻線端子間の差電圧を検出する方式を用いれば、絶縁型信号伝送手段は不要となる。
【実施例８】
【００３７】
図１１に示す第８の実施形態は、図１０で示された第７の実施形態における三相コモンモードコイル２３をインバータ装置の三相出力ラインに配置したものである。正常動作時には三相出力電流の合計値がゼロになるので三相コモンモードコイル２３のコア内の磁束は零に抑制されているが、地絡事故が発生すると、地絡電流の存在によって三相出力電流の合計値はゼロとはならず、地絡電流に応じた磁束がコア内で発生する。各巻線の端子間にはコア内で生じる磁束の増加率に応じた誘起電圧が発生するので、いずれか一相の巻線端子間電圧について監視すれば、第７の実施例と同様に地絡検出を行うことが出来る。
【実施例９】
【００３８】
交流電源が瞬時停電から復帰した場合、停電期間中に電圧の低下した平滑コンデンサを急速充電するための突入電流が交流電源側から供給されるが、その際の突入電流は極めて大きな値となる。このため、コモンモードコイルの各巻線に存在する漏れインダクタンスと、瞬時停電から復帰した際にコモンモードコイルの各巻線を流れる突入大電流とによって、前記各巻線の端子間には大きな端子間電圧が発生する。従って、コモンモードコイルの各巻線に瞬停復帰による突入大電流が流れる前記第１ないし第７の各実施形態では、瞬停復帰時には地絡誤検出の恐れがあるため、瞬停復帰時には地絡検出を行わない方がよいとも考えられる。
そこで、図１２に示す第９の実施形態のように、平滑コンデンサ３の端子間電圧を抵抗器７２及び７３による分圧をした上で制御装置８に入力し、平滑コンデンサ３の端子間電圧を制御装置８が監視することで停電発生の有無を検出し、停電が発生した場合（いいかえれば、平滑コンデンサ３の端子間電圧が大きく低下した場合）には、制御装置８は平滑コンデンサ３の端子間電圧が正常復帰するまでの間、地絡検出を行わないようにすればよい。なお、図１２では直流母線電圧値を監視することで瞬低発生の有無を検出しているが、直接に交流電源電圧を監視する方式であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明によれば、交流電源を整流して得た直流電圧を任意電圧、任意周波数の交流電圧に変換出力するインバータ装置において、地絡事故が発生した際、瞬時の地絡検出及び高感度の地絡検出を安価な構成で実現できるので、地絡過電流による半導体スイッチング素子の破損防止が必要な用途、あるいは地絡事故の発生を早く、確実に検出することが必要な用途に、価格等の制約を受けることなく容易に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１の実施形態である、地絡検出機能を備えたインバータ装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態である、地絡検出機能を備えたインバータ装置の構成図である。
【図３】本発明の第２の実施形態である、地絡検出機能を備えたインバータ装置の構成図である。
【図４】本発明の第３の実施形態である、地絡検出機能を備えたインバータ装置の地絡検出回路部分である。
【図５】本発明の第４の実施形態である、地絡検出機能を備えたインバータ装置の構成図である。
【図６】本発明の第５の実施形態である、地絡検出機能を備えたインバータ装置の構成図である。
【図７】本発明の第６の実施形態である、地絡検出機能を備えたインバータ装置の構成図である。
【図８】本発明の第６の実施形態において、地絡検出回路と制御装置間のフォトカプラを不要とした変形構成例を示したものである。
【図９】本発明の第６の実施形態において、コモンモードコイルの両巻線端子間電圧を用いる変形構成例を示したものである。
【図１０】本発明の第７の実施形態である、地絡検出機能を備えたインバータ装置の構成図である。
【図１１】本発明の第８の実施形態である、地絡検出機能を備えたインバータ装置の構成図である。
【図１２】本発明の第９の実施形態である、地絡検出機能を備えたインバータ装置の構成図である。
【図１３】従来の地絡検出機能を備えたインバータ装置の構成図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  整流器
２  コモンモードコイル
３  平滑コンデンサ
４  変換器
５，６ 電流検出器
７  地絡検出回路
８  制御装置
９  交流電源
１１〜１６  トランジスタ駆動回路
１７ 三相電動機
２１  単相交流電源用の整流器
２２  単相交流電源
２３  三相コモンモードコイル
３１、３２、５５，５６  オープンコレクタ出力の比較器
３３、３４、３７、３８  抵抗器
３５  正の閾値に対応した正の基準電圧
３６  負の閾値に対応した負の基準電圧
３９、５９、６０  フォトカプラ
４１，４２、７１  演算増幅器
５１〜５４、６１〜６４  抵抗器
６１、６２  ＤＣリアクトル
７２，７３  抵抗器
１０２  整流器
１０３  平滑コンデンサ
１０４  変換器
１０５  誘導電動機
１１１  零相リアクトル
１１２〜１１５  フィルタコンデンサ
１２１  ２次巻線
１３０  ローパスフィルタ回路
１３１  電流検出器
１３２  地絡検出器
４Ｄ  還流ダイオード
４Ｇ  ゲート駆動回路
４Ｔ  ＩＧＢＴ
【図１】
2008109748.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2008109748.tif 000012
【図１１】
2008109748.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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