(57)【要約】  本発明は、絶縁抵抗を測定する方法および絶縁抵抗を測定する装置を備えるインバータに関する。インバータ（１）のハーフブリッジ（２）のスイッチング素子（３、４）の間にある中心点（５）は、接地開閉器（１４）を閉じることによって接地点（１５）へ接続される。接地点（１５）に接続される中心点（５）は、続いて、ハーフブリッジ（２）のスイッチング素子（３、４）を用いて、ハーフブリッジに印加される回路電圧の中間のインバータ（１）の２つの接地されていない電極（２０、２１）に接続され、前記接続を経由して接地点（１５）へ流れる電流が測定される。
2015529440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力電流を駆動するための２つのアクティブなスイッチング素子（３、４）を備える少なくとも１つのハーフブリッジ（２）を有するインバータ（１）に対して絶縁抵抗を測定する方法であって、
−前記インバータ（１）の直流リンク電圧の２つの接地されていない端子（２０、２１）と接地点（１５）との間の接続を交互に生じるステップと、
−前記接続を経由して前記接地点（１５）へ流れる電流を測定するステップとを含み、
前記スイッチング素子（３、４）間に位置決めされる前記ハーフブリッジ（２）の中心点（５）は、接地開閉器（１４）を閉じることによって前記接地点（１５）に接続され、前記接地点（１５）に接続される前記中心点（５）は、前記接地点（１５）へ流れる前記電流を測定するための前記接続を生じるために、前記ハーフブリッジ（２）の前記スイッチング素子（３、４）を用いて、交互に前記ハーフブリッジに存在する前記インバータ（１）の前記直流リンク電圧の前記２つの端子（２０、２１）に接続されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ハーフブリッジ（２）の前記中心点（５）は、前記接地点（１５）へ流れる前記電流を測定するために、前記インバータ（１）の通常動作中に接続される交流送電網から切断されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
いずれの場合にも前記接地点（１５）へ流れる前記電流は、前記ハーフブリッジ（２）の前記中心点（５）と前記接地点（１５）との間に接続される分流器（１２）の両端の電圧降下を介して測定されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記分流器（１２）の両端の電圧降下は、前記ハーフブリッジ（２）から前記接続された交流送電網への電流を測定するために、前記インバータ（１）の通常動作中に、低い抵抗を有する分流器（８）の両端の電圧降下を測定する前記インバータ（１）の測定装置（９）によって測定されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記スイッチング素子（３、４）は、２つの直流が交互に前記直流リンク電圧の前記２つの端子（２０、２１）から前記接続を経由して前記接地点（１５）へ流れることを可能にするために、交互に閉じられることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記スイッチング素子（３、４）は、少なくとも２倍、任意に少なくとも５、１０、５０、または１００倍の、前記インバータ（１）の通常動作中に前記線路チョーク（１０）によって出力される交流電流の周期よりも長い周期を有する交流電流が前記インバータ（１）の線路チョーク（１０）を通り前記接続を経由して前記接地点（１５）へ流れることを可能にするために、作動されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記スイッチング素子（３、４）は、前記ハーフブリッジ（２）の前記中心点（５）の下流に接続されるフィルター（２８）のフィルター出力（２５）における接地に対して、前記直流リンク電圧の前記端子（２０、２１）の複数の電圧の間にある、前記インバータ（１）の線路チョーク（１０）を通り前記接続を経由して前記接地点（１５）へ流れる電流のための少なくとも１つの駆動電圧を設定するために、作動されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記接続を経由する前記接地点（１５）へのそれぞれの電流を駆動する電圧は、追加測定装置（１８）によって測定されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
いずれの場合にも前記接地点（１５）へ流れる前記電流を測定するために、保護抵抗器（１３）と前記接地点（１５）との間に位置決めされるポイント（２４）と前記直流リンク電圧の前記端子（２０、２１）のうちの１つとの間に存在する電圧を決定することを特徴とする、請求項６〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
出力電流を駆動するための２つのアクティブなスイッチング素子（３、４）を有する少なくとも１つのハーフブリッジ（２）を備え、絶縁抵抗を測定するための装置を備えるインバータ（１）であって、前記装置は、
−前記インバータ（１）の直流リンク電圧の２つの接地されていない端子（２０、２１）と接地点（１５）との接続を交互に生じ、
−前記接続を経由して前記接地点（１５）へ流れる電流を測定し、
前記装置は、それを用いて前記ハーフブリッジ（２）の前記スイッチング素子（３、４）の間に位置決めされる中心点（５）が前記接地点（１５）へ接続可能である接地開閉器（１４）を有し、前記装置は、前記接地点（１５）に接続される前記中心点（５）を、前記接地点（１５）へ流れる前記電流を計測するための前記接続を生じるために、前記ハーフブリッジ（２）の前記スイッチング素子（３、４）を用いて、交互に前記インバータ（１）の前記ハーフブリッジ（２）に存在する前記直流リンク電圧の前記２つの端子（２０、２１）に接続することを特徴とするインバータ（１）。
【請求項１１】
前記装置は、前記ハーフブリッジ（２）の前記中心点（５）を、前記接地点（１５）へ流れる前記電流を測定するために、前記インバータ（１）の通常動作中に接続される交流送電網から切断するために、前記インバータ（１）の電源開閉器（１１）を開けることを特徴とする、請求項１０に記載のインバータ（１）。
【請求項１２】
前記装置は、前記ハーフブリッジ（２）の前記中心点（５）から前記接地点（１５）への前記接続に配置される分流器（１２）を、この分流器（１２）の両端の電圧降下として前記接地点（１５）へ流れる前記電流を測定するために有することを特徴とする、請求項１１に記載のインバータ（１）。
【請求項１３】
前記分流器（１２）は、前記接地開閉器（１４）および保護抵抗器（１３）と直列に接続されることを特徴とする、請求項１２に記載のインバータ（１）。
【請求項１４】
前記装置は、前記インバータ（１）の測定装置（９）を用いて前記分流器（１２）の両端の前記電圧降下を測定し、測定装置は、前記ハーフブリッジ（２）から前記接続された交流送電網への電流を測定するために、前記インバータ（１）の通常動作中に、低い抵抗を有する分流器（８）の両端の電圧降下を測定することを特徴とする、請求項１２または１３に記載のインバータ（１）。
【請求項１５】
前記装置の前記接地点（１５）への接続は、前記インバータ（１）の通常動作中に、前記ハーフブリッジ（２）の下流で、前記交流送電網が経由して接続される電流路から分岐し、前記測定装置（９）は前記分流器（１２）および前記他の分流器（８）の両端に接続されることを特徴とする、請求項１４に記載のインバータ（１）。
【請求項１６】
前記装置は、前記ハーフブリッジ（２）の前記中心点（５）から前記分流器（１２）または低い抵抗を有する前記分流器（８）のいずれかを介して電流を伝える切換開閉器（２２）を有し、前記測定装置（９）は、前記分流器（８、１２）への分岐に接続され、それらとは反対側の前記切換開閉器（２２）のその接続に接続されることを特徴とする、請求項１５に記載のインバータ（１）。
【請求項１７】
前記装置は、２つの直流が交互に前記直流リンク電圧の前記２つの端子（２０、２１）から前記接続を経由して前記接地点（１５）へ流れることを可能にするために、前記スイッチング素子（３、４）を交互に閉じることを特徴とする、請求項１０〜１６のいずれか一項に記載のインバータ（１）。
【請求項１８】
前記装置は、少なくとも２倍、任意に少なくとも５、１０、５０、または１００倍の、前記インバータ（１）の通常動作中に前記線路チョーク（１０）によって出力される交流電流の周期よりも長い周期を有する交流電流が前記接続を経由して前記インバータ（１）の線路チョーク（１０）を通り前記接地点（１５）へ流れることを可能にするために、前記スイッチング素子（３、４）を作動させることを特徴とする、請求項１０〜１６のいずれか一項に記載のインバータ（１）。
【請求項１９】
前記装置は、前記ハーフブリッジ（２）の前記中心点（５）の下流に接続されるフィルター（２８）のフィルター出力（２５）における接地に対して、前記直流リンク電圧の前記端子（２０、２１）の複数の電圧の間にある、前記インバータ（１）の線路チョーク（１０）を通り前記接続を経由して前記接地点（１５）へ流れる電流のための少なくとも１つの駆動電圧を設定するために、前記スイッチング素子（３、４）を作動させることを特徴とする、請求項１０〜１６のいずれか一項に記載のインバータ（１）。
【請求項２０】
前記装置は、前記接続を経由する前記接地点（１５）へのそれぞれの電流を駆動する電圧を測定するために、追加測定装置（１８）を有することを特徴とする、請求項１０〜１９のいずれか一項に記載のインバータ（１）。
【請求項２１】
フィルターコンデンサ（１７）が、前記分流器（１２）と並列に接続されることを特徴とする、請求項１８〜２０のいずれか一項に記載のインバータ（１）。
【請求項２２】
いずれの場合にも前記接地点（１５）へ流れる前記電流を測定するための測定装置（２３）が、保護抵抗器（１３）と前記接地点（１５）との間に位置決めされるポイント（２４）と前記直流リンク電圧の前記端子（２０、２１）のうちの１つとの間に存在する電圧を測定することを特徴とする、請求項１８〜２１のいずれか一項に記載のインバータ（１）。
【請求項２３】
前記ポイント（２４）は、前記保護抵抗器（１３）と前記接地開閉器（１４）との間に位置決めされることを特徴とする、請求項２２に記載のインバータ（１）。
【請求項２４】
前記保護抵抗器（１３）は、前記接地開閉器（１４）と前記接地点（１５）との間に位置決めされることを特徴とする、請求項２２に記載のインバータ（１）。
【請求項２５】
フィルターコンデンサ（２７）は、前記インバータ（１）の線路チョーク（１０）と前記保護抵抗器（１３）との間のフィルター出力（２５）において、前記接地点（１５）への接続と前記直流リンク電圧の前記端子（２０、２１）のうちの１つとの間に接続されることを特徴とする、請求項２２、２３、または２４に記載のインバータ（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特許独立請求項１のプリアンブルの特徴を有するインバータの絶縁抵抗を測定する方法に関し、２つのアクティブなスイッチング素子を有する１つのハーフブリッジを備え、特許独立請求項８のプリアンブルに従って絶縁抵抗を測定する装置を備えるインバータに関する。
【０００２】
インバータは特に、ＰＶインバータであってもよく、即ち、電気エネルギーを太陽光発電装置から交流送電網に供給することができる。
【０００３】
インバータは出力側トランスを有してもよい。しかし、特に、トランスレスインバータであってもよい。
【０００４】
測定した絶縁抵抗は、インバータ自体の絶縁抵抗を含んでいるが、具体的には、インバータ、即ち、例えばＰＶ発電装置のインバータに入力側で接続される電流源の絶縁抵抗である。
【０００５】
インバータの動作中、電流源は接地に対する基準を有してもよい。従って、例えば、その端子の１つは、インバータの動作中に接地されてもよい。接地された送電網上のトランスレスインバータの動作中でさえも、別の方法で接地されていない電流源の接地に対する基準が、インバータの出力に存在する線間電圧を介して生じる。しかし、絶縁抵抗の測定に対し、絶縁抵抗は接地に対して測定されるため、接地に対するそのような接続は無くす必要がある。
【背景技術】
【０００６】
欧州特許出願公開第１８５７８２５Ａ１号明細書および並行文献の米国特許第７，５７６，５４７Ｂ２号明細書は、通電中の電気装置または正端子および負端子を備える供給電圧を有する設備の絶縁抵抗を決定するための接地点を備える測定編成を開示している。この場合、いずれか任意の電位基準により、１つ以上の絶縁不良が発生した場合に結果として生じる合計の絶縁抵抗を決定するために、それぞれ、２つの端子のうちの一方と接地点との間に電流路を生じる２つの開閉器または相当する切換開閉器が設けられる。絶縁抵抗を決定するために、２回連続して測定が行われ、これらの測定の１回目では、第１の開閉器が閉じられる一方で、第２の開閉器が開けられ、これらの測定の２回目では、第１の開閉器が開けられる一方で、第２の開閉器が閉じられる。測定中、それぞれ生じた接地点への接続を経由して流れる電流が測定される。絶縁抵抗は測定された２つの電流から計算されるが、それに関しては、引用文献が詳細な手順方法を提供している。
【０００７】
公知の測定編成は、絶縁不良に対して、電気エネルギーを太陽光発電装置から交流送電網に供給する太陽光発電システムを監視するために特に設けられてもよい。インバータにおいて公知の測定編成を形成するために設けるべき構成部品は数多く、インバータの総費用を相当に増加させる。
【０００８】
独国特許第１０２００６０３１６６３Ｂ３号明細書は、ＩＴネットワークにおける絶縁抵抗を測定する方法を開示している。ＩＴネットワークは、直流リンクと第１および第２の電力開閉器を備える自己整流コンバータとを有している。さらに、分圧器と２つの関連する電位測定装置から成る、接地に対する直流リンク電圧を測定するための測定編成は、ＩＴネットワークの一部である。方法は、例えば、コンバータのすべての第１の電力開閉器またはすべての第２の電力開閉器が閉じられている操作開始時の、オフライン測定を含んでいる。この切換え状態において、直流リンクの２つの電位および直流リンク電圧が測定され、絶縁抵抗がこれから決定される。
【０００９】
独国特許出願公開第１０２０１００５４４１３Ａ１号明細書は、高圧側および低圧側を有する直流部と、高圧側と低圧側との間に接続される２つの電力開閉器を備える直列回路を有するインバータを含む交流部とを有するシステムの絶縁不良を特定するための方法を開示している。直流電圧源からの直流電圧は直流部に供給される。高圧側に直接存在する電力開閉器がＯＮになり、低圧側に直接存在する電力開閉器がＯＮになる、それぞれの場合において、高圧側と接地との間の高圧側絶縁電圧および低圧側と接地との間の低圧側絶縁電圧が、２つのうちのそれぞれにおいて状態に関して測定され、最終的に、測定結果に基づいて、直流または交流部に絶縁不良があるかどうかが決定される。
【００１０】
本出願の優先日後までに公開されなかった独国特許出願公開第１０２０１１００７２２２Ａ１号明細書は、絶縁監視のため、絶縁監視に用いられる分圧器の分圧器比率がインバータの交流電圧分流器を用いて変更されるインバータ回路を開示しており、これは、前記分流器がブリッジ回路内の複数のＩＧＢＴを用いて直流リンク電位に結合されるためである。インバータの通常動作中、交流電圧分流器に存在する電圧は、出力電圧の瞬時値を示し、その調整に用いられる。絶縁監視は、直流リンク電位と接地との間の電位差の形での実際の電圧の電圧測定のために実施される。実際の電圧は、ＩＧＢＴのスイッチ位置によって決まるあらかじめ設定された設定点電圧と比較される。絶縁不良は、実際の電圧と設定点電圧との差があらかじめ設定された程度を超えた場合に示される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、インバータに対する絶縁抵抗を測定するための方法と、絶縁抵抗のアクティブ測定を用い、これに対する高いコストを負うことのない絶縁抵抗を測定するための装置を備えるインバータとを提供する課題に基づいている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、本発明の課題は、特許独立請求項１の特徴を有する方法および特許独立請求項８の特徴を有するインバータによって解決される。本発明による方法の好ましい実施形態は、特許従属請求項２〜７に説明されている。特許従属請求項９〜１８は、本発明によるインバータの好ましい実施形態に関する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に従って、インバータに対する絶縁抵抗のアクティブ測定の原理を実装する場合、インバータのハーフブリッジの２つのアクティブなスイッチング素子の間に位置決めされる中心点は、接地開閉器を閉じることによって接地点に接続される。接地点に接続される中心点は次いで、インバータの通常動作中に出力電流を駆動するために用いられるハーフブリッジのスイッチング素子を用いて、交互にハーフブリッジに存在するインバータの直流リンク電圧の２つの接地されていない端子に接続される。このように生成された、接続を経由して接地点へ流れる電流が測定される。測定値は次いで、原理上公知の方法で評価される。
【００１４】
何のＤＣ−ＤＣコンバータも入力側で使用しない場合、インバータのハーフブリッジに存在し、その端子が接地点に交互に接続される直流リンク電圧は、接続された電流源によって提供されるインバータの入力電圧と等しい。
【００１５】
仮に、本発明の定義において、接地点へ流れる電流に対して基準が作成されたとしても、それによって言及される電流の流れの特定の方向ではない。それどころか、電流の流れ方向は、この電流を駆動する接地に対する電圧の極性によって決まる。インバータの直流リンク電圧の２つの端子は通常、接地に対して異なる極性を有するため、電流の流れ方向は、ハーフブリッジの中心点が最初、直流リンク電圧の１つの端子に長時間接続され、次いで、直流リンク電圧の他方の端子に長時間接続される場合に少なくとも変化する。
【００１６】
本発明による方法は、インバータの直流リンク電圧の２つの接地されていない端子の接地点への接続を生じるために、インバータのハーフブリッジのアクティブなスイッチング素子を使用する。言い換えれば、どのような場合にもインバータに存在し、対応する電圧を印加できるスイッチング素子が、直流リンク電圧の２つの端子同士を接続するための開閉器として使用される。既にこの方法により、欧州特許出願公開第１８５７８２５Ａ１号明細書および並行文献の米国特許第７，５７６，５４７Ｂ２号明細書から公知のような別々の測定編成と比較して、インバータにおける絶縁抵抗の測定コストは著しく削減できている。絶縁抵抗を測定するためハーフブリッジの中心点と接地点との間に生じるべき接続は一方で、特に、高い抵抗を有する保護抵抗器がこの接続に設けられている場合、大きな負荷にさらされ得る開閉器を必要としない。
【００１７】
本発明による、絶縁抵抗を測定するための方法において、接続される交流送電網への給電中のインバータの通常動作と比較して従来とは異なる方法で作動するインバータのハーフブリッジのスイッチング素子だけではなく、インバータもさらに測定時に交流送電網に接続されないか、再度、絶縁抵抗の測定のために通常動作中に接続される交流送電網から切断される。
【００１８】
接続を経由して接地点へ流れる電流は、ハーフブリッジの中心点と接地点との間に接続される分流器の両端の電圧降下として測定されるのが好ましい。これは、接地点への直流リンク電圧の２つの端子の接続が同じ分流器を経由して通り、それに応じて、１つの測定装置のみを必要とすることを含んでいる。
【００１９】
この測定装置は、ハーフブリッジから接続された交流送電網への電流を測定するために、インバータの通常動作中に、ハーフブリッジの中心点と接地点との間の分流器よりも低い抵抗を有する分流器の両端の電圧降下を測定するようなインバータの測定装置であってもよい。言い換えれば、本発明による方法において、接地点へ流れる電流に対する測定装置に関してさえも、どのような場合にもインバータに設けられる装置が使用され、それにより、本発明による測定方法の実施に対する追加コストをさらに削減する。
【００２０】
特に、本発明による測定方法において、いずれの場合にも測定中に１回のみ、２つの直流が交互に直流リンク電圧の２つの端子から接続を経由して接地点へ流れることを可能にするために、スイッチング素子は、交互に閉じることができる。これは、欧州特許出願公開第１８５７８２５Ａ１号明細書および米国特許第７，５７６，５４７Ｂ２号明細書から公知の測定原則の実施に相当する。しかし、この実施は、ハーフブリッジのスイッチング素子が、相当長時間、即ち、通常のインバータ動作中に必要とされる時間よりも何倍も長い時間閉じることができることを前提としている。プロセスにおいて、特に、保護抵抗器が接地点への接続に配置されている場合に生じるスイッチング素子の負荷がただ低い場合でさえも、例えば、スイッチング素子のドライバがブートストラップ回路の助けを借りて供給されるため、延長される閉じは、それにもかかわらず不可能であるかもしれない。
【００２１】
しかし、この場合でさえも、本発明による方法の実施形態は、スイッチング素子が、周期的な交流電流が接続を経由してインバータの線路チョークを通り接地点へ流れることを可能にするため、または、接地に対して、直流リンク電圧の２つの端子の電圧の間にあるハーフブリッジの中心点の、接地点への電流のための少なくとも１つの駆動電圧を設定するために作動されることに適用できる。言い換えれば、スイッチング素子は、例えば、パルス幅変調の原理に従って、交流電流が線路チョークおよび最終的にはフィルターコンデンサおよび保護抵抗器等のさらなる要素を備えるフィルターを経由して接地点へ駆動されるような方法で、作動できる。この交流電流は、正弦波だけではなく、例えば、方形波であってもよく、インバータに接続される電流源の比較的高い漏れ静電容量の場合でさえも、絶縁抵抗の有意義な測定を可能にするために、超低周波を有している。特に、絶縁抵抗を測定するために形成される交流電流の周期は、少なくとも２倍、好ましくは少なくとも５倍、またさらに好ましくは少なくとも１０倍、またさらに好ましくは少なくとも５０倍、最も好ましくは少なくとも１００倍の、インバータの通常動作中に線路チョークによって出力される交流電流の周期よりも長い周期を有することができる。言い換えれば、絶縁抵抗を測定するための交流電流の周期は、まったく簡単に、１秒以上、また２、３０秒であってもよい。絶縁抵抗を十分正確に測定するための理想的な周期長さは、この場合、可能な漏れ静電容量および絶縁抵抗自体から時定数によって決まり、ここで、後者は、例えば、インバータに接続される太陽光発電装置の場合における気候条件の結果として、大幅に変化できる。求められる絶縁抵抗は、前記電流を駆動する交流電圧が同時に検出される場合、低周波交流電流から計算できる。これは、例えば、フィルターコンデンサの両端の電圧降下として形成される場合の交流電圧を測定する測定装置を用いて実施できる。
【００２２】
直流リンク電圧の端子のうちの１つに対して電流を接地点へ駆動する電圧が検出されるか、ハーフブリッジのスイッチング素子の画成された作動によりわかると推測できる場合、接地開閉器のための既に説明した保護抵抗器と接地点との間に位置決めされるポイントと直流リンク電圧の端子のうちの１つとの間の電圧降下として形成される電圧も、接続を経由して接地点へ流れる電流を計測するために測定できる。これは、駆動電圧が交流電圧であるか、例えば、接地に対する直流リンク電圧の２つの端子の電圧同士の間の電圧等の少なくとも一時的な定電圧であるかどうかに関わらず、該当する。キルヒホッフの電圧則に基づき、一方ではこのポイントと直流リンク電圧の端子のうちの１つとの間の電圧の合計、および、他方では端子のうちのこの１つに対する駆動電圧は、保護抵抗器の両端の電圧降下に等しい。接地点へ流れる電流は、保護抵抗器の両端の電圧降下から計算できる。しかし、本発明による方法において、接地点へ流れる電流を検出するために検出される電圧も、直接、即ち、電流強度へのいずれの明示変換をせずに、対象の絶縁抵抗を計算するための電流の測定として使用できる。
【００２３】
直流リンク電圧の端子のうちの１つに対する電圧が接続を経由して接地点へ流れる電流を計測するために測定されるポイントが、保護抵抗器と接地開閉器との間にある場合、このポイントにおける電圧測定は、インバータの通常動作中であっても、即ち、接地開閉器が開いている場合にも実行でき、例えば、フィルターの出力における電圧を検出することに使用できる。
【００２４】
この説明において、接地点への交流電流および前記交流電流を駆動する交流電圧を説明する場合、接地点へ流れる電流が、その電流の流れ方向を変える必要があることは意味しておらず、接地に対して前記電流を駆動する電圧が、それに応じて、その極性を変える必要があることも意味していない。ハーフブリッジのスイッチング素子の作動も、例えば、駆動交流電圧の瞬時値が直流リンク電圧の半分未満まで変化し、交流電圧が直流リンク電圧の端子の方向にオフセットされた直流電圧を有するように実施でき、その結果、それによって駆動される電流は、固定の電流流れ方向を有する。
【００２５】
インバータの直流リンク電圧の２つの端子を接地点へ交互に接続するために、絶縁抵抗を測定するために設けられる本発明によるインバータの装置は、いずれの追加開閉器も有していないが、代わりに、この目的のためにインバータのハーフブリッジのスイッチング素子を利用している。しかし、インバータの実際のインバータ回路に加えて、装置は、ハーフブリッジの中心点を接地点へ接続するために接地開閉器を有している。この開閉器は、接地へ流れる電流を測定するために、ハーフブリッジの中心点と接地点との間で分流器と直列に接続される。この分流器は通常、接地点へ流れる電流を制限する追加の保護抵抗器と直列に接続される。分流器も、保護抵抗器自体として代替で構成できる。ハーフブリッジの中心点を出力側でインバータに接続される交流送電網から切断するために、装置はインバータの電源開閉器、電源継電器、または電源接触器を使用する。
【００２６】
分流器の両端の電圧降下、および従って、前記分流器を通って流れる電流は、接続される交流送電網へのハーフブリッジにより駆動される電流を測定するために、インバータの通常動作中に、低い抵抗を有する分流器の両端の電圧降下を測定する測定装置を用いるのが好ましい、絶縁抵抗を測定するための装置によって測定される。この場合、分岐を、ハーフブリッジの中心点において、またはその下流に設けることができ、分岐は、一方では絶縁抵抗を測定するための分流器へ、他方では低い抵抗を有する分流器へ、さらに、線路チョークへ、最終的には電源開閉器または電源継電器または電源接触器へ通る。分岐から反対側の２つの分流器のこれらの接続に接続される測定装置は、原則として、２つの分流器の両端の電圧降下の合計を測定する。しかし、絶縁抵抗の測定中、電源開閉器が開いているため、低い抵抗を有する分流器の両端の電圧降下はないが、この場合、絶縁抵抗を測定するための装置の接地開閉器が開いているため、インバータの通常動作中に絶縁抵抗を測定するための分流器の両端の電圧降下はない。従って、このように接続される測定装置は、いずれの場合にも対象の電圧降下しか測定しない。
【００２７】
代替として、絶縁抵抗を測定するための装置は、絶縁抵抗を測定するための分流器または低い抵抗を有する分流器のいずれかを介してハーフブリッジの中心点から電流を伝える切換開閉器を有することができ、測定装置は、分流器への分岐に接続され、それらとは反対側の切換開閉器の接続に接続される。切換開閉器が設けられる抵抗器の側および分流器への固定分岐が設けられる側は、この場合、重要ではない。いずれの場合における測定装置も、切換開閉器によってそれぞれ選択される分流器の両端の電圧降下を検出する。
【００２８】
測定装置のための上記の接続実現性の両方は、２つの直流が交互に接続を経由して接地点へ流れることを可能にするために、装置がスイッチング素子を交互に閉じる場合と、交流電流が接続を経由してインバータの線路チョークを通り接地点へ流れることを可能にするために、あるいは、接地に対して、直流リンク電圧の端子の電圧の間で、ハーフブリッジの中心点の、接地点への電流のための他の駆動電圧を設定するために、装置がスイッチング素子を作動させる場合との両方に適用できる。第２および後者の場合、測定装置の第１の接続変形例における接地点への分岐は、線路チョークの下流にのみ設けられるべきであることは言うまでもない。この後者の場合、フィルターコンデンサが絶縁抵抗を測定するための分流器と並列に接続される場合、フィルターコンデンサが、対象の実際の接地への低周波交流電流に対して高周波で作動されるハーフブリッジのスイッチング素子に起因するスイッチングリプルを除去することが、さらに好ましい。交流電流の駆動交流電圧を測定するために、絶縁抵抗を測定する装置は、フィルターコンデンサの両端の交流電圧降下を測定する追加の測定装置を有してもよい。
【００２９】
本発明の好ましい成果を特許請求の範囲、説明、および図面にて説明する。説明で述べる特徴および複数の特徴の組み合わせの利点は、単に例示するものであり、本発明による実施形態によって達成されるよう必然的に必要とする利点を伴わず代替的または累積的に実施されてもよい。添付特許請求の範囲の主題をここで変更することなく、元の出願文書および特許の開示内容に関して、以下を適用する：さらなる特徴は、図面、特に、複数の構成部品の互いおよびその機能する接続に対する相対的な配置から得られる。本発明の異なる実施形態の特徴または異なる特許請求の範囲の特徴の組み合わせは、特許請求の範囲における選択された後方参照からの許容差として同様に可能であり、ここで提案される。これも、別の図面に示し、その説明において述べられるこれらの特徴に関連する。これらの特徴も、異なる特許請求の範囲の特徴に組み合わせることができる。同様に、特許請求の範囲で挙げた特徴は、本発明の他の実施形態の特徴と共に与えられる。
【００３０】
特許請求の範囲および説明で述べた特徴は、それらの数に関して、正確にその数または説明した数よりも大きい数が、必要とされる副詞「少なくとも」のいずれの明示的な使用もせずに提供されるように理解されるべきである。従って、例えば、要素の説明を行った場合、正確に１つの要素、２つの要素、またはそれ以上の要素が提供されることは理解すべきである。一方で、特徴の正確な数が特定されるよう意図された場合、形容詞「正確な」をそれぞれの特徴の前に使用する。これらの特徴は、他の特徴によって補強されるか、それぞれの製品を構成する特徴のみであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
本発明を、図に示す好ましい例示的な実施形態を参照して説明し、詳細に述べる。
【００３２】
【図１】図１は、絶縁抵抗を測定するための装置を備える、本発明によるインバータの関連する詳細の第１の実施形態を示す。
【図２】図２は、絶縁抵抗を測定するための装置を備える、本発明によるインバータの第２の実施形態の不可欠な構成部品を示す。
【図３】図３は、絶縁抵抗を測定するための装置を備える、本発明によるインバータの第３の実施形態の不可欠な構成部品を示す。
【図４】図４は、絶縁抵抗を測定するための装置を備える、本発明によるインバータのさらなる実施形態の不可欠な構成部品を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１は、ここで不可欠な部品の形でインバータ１を示し、中心点５の両側にスイッチング素子３および４を備えるハーフブリッジ２と、直流リンクコンデンサ７を備える直流リンク回路６と、前記分流器、線路チョーク１０、および電源開閉器１１の電圧降下のために割り当てられた測定装置９を備える分流器８とを含んでいる。直流リンク回路６は、この場合、例えば、電流源１６に直接接続され、例えば、昇圧型コンバータ等の、ガルバニック絶縁の無いＤＣ−ＤＣコンバータを介する直流リンク６への電流源１６の接続も可能である。分流器８および線路チョーク１０を経由して電源開閉器１１まで通り、この交流送電網に供給するために、これを経由してインバータが交流送電網に接続されてもよい中心点５からの電流路に加えて、追加の電流路が中心点５から分岐する。この電流路は、分流器８よりも高い抵抗を有する分流器１２、保護抵抗器１３、および接地開閉器１４を通って接地点１５まで通っている。分流器１２は、測定装置９の接続同士の間の分流器８と直列に接続されている。電源開閉器および接地開閉器は、自動化して動作できるようにするために継電器または接触器として具現化できる。
【００３４】
接地開閉器１４が閉じられ、電源開閉器１１が開けられる場合、中心点５は、抵抗器１２および１３を介して接地点１５に接続される。次いで、スイッチング素子３を閉じることによって、直流リンク回路６の直流リンク電圧の正端子２０は、中心点５に接続でき、従って、測定装置９を用いて接地点１５に結果として流れる電流を計測するために、接地点１５に接続できる。プロセスにおいて、測定装置９は、対象の電流の測定として分流器１２の電圧降下のみを測定するが、これは、電源開閉器１１を開くことによって分流器８に流れる電流が無く、従って、分流器８には電圧降下が無いためである。
【００３５】
接地点１５への電流が測定される場合、直流リンク回路７の直流リンク電圧の負端子２１から接地点１５へ流れる電流を同じ方法で測定するため、スイッチング素子３は再度開けられ、次いでスイッチング素子４が閉じられる。公知の方法において、図示の編成の絶縁抵抗は、接地点１５への２つの電流の測定値から決定できる。このため、分流器１２のみと、保護抵抗器１３と、接地開閉器１４とが、インバータ１の基本設計に関する追加の構成部品として必要となる。測定される絶縁抵抗は、この場合は太陽光発電装置である直流電圧リンク６に接続される電流源１６の範囲における絶縁抵抗から特に決定されるが、インバータ１の固有絶縁抵抗も含んでいる。
【００３６】
本発明に不可欠な構成部品によって図２に示すインバータ１は、低い抵抗を有する分流器８を経由するか、高い抵抗を有する分流器１２を経由するかのいずれかで線路チョーク１０に電流を伝える追加の切換開閉器２２を有する。この場合、保護抵抗器１３および接地開閉器１４を介して接地点１５に至る電流路は、電源開閉器１１を介して、インバータ１が線路チョーク１０の下流にのみ供給する送電網（再度、ここでは不図示）に至る電流路から分岐する。インバータ１のこのトポロジーにより、スイッチング素子３および４は、線路チョーク１０およびフィルターコンデンサ１９を備えるフィルター２８のフィルター出力２５において超低周波交流電圧成分を設定し、この交流電圧成分を用いて、再度、超低周波電流が接地点１５に駆動されるような方法で動作できる。この場合、電源開閉器１１は開けられ、接地開閉器１４は閉じられていることは言うまでもない。さらに、フィルターコンデンサ１７は、チョーク１０を流れる電流の高周波成分を除去するために、分流器１２と並列に接続されている。
【００３７】
この交流電流の駆動電圧は、フィルターコンデンサ１９の両端の測定装置１８によって測定される。インバータ１の絶縁抵抗は、交流電流のその駆動交流電圧に対する比率から決定できる。このため、フィルターコンデンサ１９の電圧および分流器１２を流れる電流の両方の、低周波交流成分ＵＡＣおよびＩＡＣのみを、評価する必要がある。絶縁抵抗Ｒｉｓｏは次いで、結果としてＲｉｓｏ＝ＵＡＣ／ＩＡＣ−Ｒ１３に従って生じ、ここでＲ１３は、保護抵抗器１３の値である。フィルターコンデンサ１９は、この場合、ＵＡＣの測定に対して何の意味も持たないが、便宜上、線路チョーク１０の高周波リプル電流を取り上げる。これは、インバータ１の通常の給電動作中のリプルに相当し、従って、測定電流よりも何倍も大きい。フィルターコンデンサ１９が省略された場合、線路チョーク１０の電流は最小限までのみ変化し、保護抵抗器１３は中心点５における高周波交流電圧全体にさらされる恐れがあり、結果として、その負荷が非常に高くなる。しかし、フィルターコンデンサ１９は、いずれの場合にもインバータ１の線路フィルターに存在するため、ここで要求されているフィルターの機能を呈することができる。交流電流およびその駆動交流電圧の比率から絶縁抵抗を決定することは、スイッチング素子３および４が恒久的に閉じられることを前提としない。この決定に対して、切換開閉器２２は、いずれにしても絶対に必要というわけではない。それどころか、電源開閉器１１および接地開閉器１４への電流路は、線路チョーク１０の後でのみ分流器８および１２に分岐してもよく、ここで、この場合、フィルターコンデンサ１９が既にフィルターであるが、フィルターコンデンサ１７もその後に分流器１２と並列に接続してもよい。しかし多くの場合、線路チョーク１０およびフィルターコンデンサ１９は、特に、それらが互いに、および、場合により追加の構成要素と共にフィルター装置として割り当てられている場合、互いに接続され、その結果、図に示す編成が実現される。従って、インバータ１のハーフブリッジ２によって駆動される電流に対する分流器８の通常位置は中心点５とチョーク１０との間である。
【００３８】
測定装置９および１８の機能原則は、本発明にとって重要ではない。しかし、測定装置９および１８として、超高解像度のアナログデジタルコンバータであるデルタシグマコンバータを用いることが有利であろう。
【００３９】
図２を参照して説明する本発明の実施形態において、電流の振幅が、接地点１５に対する交流電流を生成するようにスイッチング素子３および４の動作によって単に制限できるため、保護抵抗器１３を省くことも可能である。
【００４０】
図３に示すインバータ１の必須部品の図において、電源開閉器１１を示していないが、実際には設けられる。この実施形態のインバータ１において実際に設けられていないものは、接地開閉器１４が閉じられ、スイッチング素子３および４が作動している場合にハーフブリッジ２の中心点５から接地点１５に流れる電流のための分流器８である。代わりに、中心点５と接地点１５との間の接続上のポイント２４と直流リンク電圧の端子のうちの１つ、この場合は負端子との間の電圧は、この場合、測定装置２３を用いて測定される。この場合、ポイント２４は、保護抵抗器１３と接地点１５との間、この場合より正確には、保護抵抗器１３と、この場合に保護抵抗器１３と接地点１５との間に配置される接地開閉器１４との間に位置決めされる。中心点５と、測定装置２３が接続される直流リンク電圧の同じ端子との間の電圧、即ち、直流リンク電圧のこの端子に対する接地点１５への接続を経由して流れる電流の駆動電圧がわかっている場合、保護抵抗器１３の両端の電圧降下はキルヒホッフの電圧則に従って決定でき、保護抵抗器１３を介して接地点１５へ流れる電流は計算できる。ここでは、追加の分流器８を必要としない。
【００４１】
図３に示すインバータ１の場合、図２に示すインバータ１の場合と同じ方法で、直流リンク電圧の全範囲、即ち、接地に対する直流リンク電圧の負端子の電圧に相当するその負の極大および接地に対する直流リンク電圧の正端子の電圧に相当するその正の極大をカバーする接地点１５への接続を経由する交流電流を駆動する交流電圧だけではないが、フィルター出力２５に設定できる。それどころか、接地に対する他の駆動電圧、正確には、交流電圧および直流電圧の両方、即ち、比較的長い期間にわたって一定に維持される電圧を、フィルター出力２５におけるこれらの限度内に設定することも可能である。スイッチング素子３および４の計時によって、例えば、パルス幅変調の原理に従って、両方可能であり、ここでは、異なるパルス幅によって、接地に対する直流リンク電圧の２つの端子の電圧間の異なる電圧がフィルター出力２５に設定される。このようにフィルター出力２５に設定された交流電圧は、接地に対してそれらの極性を変えないものであってもよく、その結果、接地点１５への接続を経由して流れる電流は、電流の流れる方向をいずれにも変えない。
【００４２】
接地開閉器１４が開いている場合、測定装置２３は、線路チョーク１０およびフィルターコンデンサ１９から成るインバータ１の線路フィルターの下流のインバータ１の出力の電圧を測定することに使用できる。
【００４３】
図３の左側部分において、インバータ１の実際の回路に関する構成部品が点線２６によって囲まれている。フィルターコンデンサ１９もその内部に配置されている。しかし、図示のように、フィルターコンデンサ１９が実際に設けられ、接点がそれと共に作成されるかどうかは、それぞれのインバータ１のトポロジーによる。
【００４４】
図４は、図３に相当する図示において、本発明によるインバータのさらに追加された実施形態を示している。この実施形態は、図３に示す実施形態に対して以下の相違を有している：接地開閉器１４が、線路チョーク１０と保護抵抗器１３との間、正確には、本インバータトポロジーによって、その任意選択の接続を破線で示すインバータ１の範囲において直流リンク電圧の負端子に接続されるフィルターコンデンサ１９と、フィルター出力２５に接続される追加のフィルターコンデンサ２７との間に配置される。接地開閉器１４が開いている場合、この追加のフィルターコンデンサ２７は、インバータから切り離され、その挙動に少しも影響しない。接地開閉器が閉じている場合、フィルターコンデンサ２７は、静電容量を平滑化するという意味では、スイッチング素子３のスイッチング周波数で生じる中心点５における駆動電圧の高周波変動を除去する。従って、接地点へ電流を駆動する電圧がフィルター出力２５に存在するフィルター２８は、この場合、フィルターコンデンサ２７も含んでいる。フィルターコンデンサ２７のため、点線２６の外側、即ち、実際のインバータトポロジーの外側に配置される構成部品は、インバータ１の実際のトポロジーとは関係なく設計できる。しかし、この場合に接地開閉器１４の下流に位置決めされる測定装置２３は、接地開閉器１４が閉じられている場合にのみ使用でき、従って、インバータ１のブリッジの出力における電圧を測定するために使用できない。
【００４５】
これに勝る図３および４に示すインバータ１の実施形態の間に機能的な差異はない。
【符号の説明】
【００４６】
１  インバータ
２  ハーフブリッジ
３  スイッチング素子
４  スイッチング素子
５  中心点
６  直流リンク回路
７  直流リンクコンデンサ
８  分流器
９  測定装置
１０  線路チョーク
１１  電源開閉器
１２  分流器
１３  保護抵抗器
１４  接地開閉器
１５  接地点
１６  電流源
１７  フィルターコンデンサ
１８  追加測定装置
１９  フィルターコンデンサ
２０  端子
２１  端子
２２  切換開閉器
２３  測定装置
２４  ポイント
２５  フィルター出力
２６  線
２７  フィルターコンデンサ
２８  フィルター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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