(57)【要約】【課題】高耐圧の絶縁を要する電源を不要とし、ノイズの侵入を防止して制御装置等の誤動作を防止すると共に、電流の大きさに関わらず安定な検出動作を可能にした状態検出装置を提供する。【解決手段】３相分の直列多重変換器の中性点Ｏと接地点Ｇとの間に抵抗素子ＲＤＩＧを取り付けると共に、その両端電圧に応じた第１のディジタル信号を演算するための電圧変換回路１１ａ、ＡＤ変換回路１２ａと、第１のディジタル信号を第１のシリアル信号に変換して出力するシリアル変換回路１４ａと、第１のシリアル信号を第１の光信号に変換し、主制御装置１に出力するＥ−Ｏ変換回路１５ａと、上記各回路に電源を供給する制御電源３及び給電回路２１等を備え、給電回路２１に、例えば１台の単相電力変換器ＩＮＶ−Ｗ１ａに内蔵した制御電源３から電源を供給する。【選択図】図１
2017028758.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ（ｎは１以上の整数）台の単相電力変換器からなり、かつ、ｎ＝１の時には前記単相電力変換器の２つの交流出力端を第１，第２の交流出力端とし、ｎ＝２以上の時にはｎ台の単相電力変換器の交流出力側の直列接続回路の始点及び終点に位置する２つの交流出力端を第１，第２の交流出力端とした単相電力変換ユニットを構成し、
ｍ（ｍは２以上の整数）台の前記単相電力変換ユニットの前記第１の交流出力端を共通接続して中性点とし、ｍ台の前記単相電力変換ユニットの前記第２の交流出力端が同一の交流負荷または交流電源の各相にそれぞれ接続されると共に、前記単相電力変換器を制御する主制御装置を備えた電力変換装置を対象として、前記電力変換装置の電気的状態を監視するための状態検出装置において、
前記中性点と接地点との間に第１の検出手段を取り付けると共に、
前記第１の検出手段の出力に応じた第１のディジタル信号を演算する第１のディジタル信号演算手段と、
前記第１のディジタル信号を第１のシリアル信号に変換して出力する第１のシリアル変換手段と、
前記第１のシリアル信号を第１の光信号に変換し、前記電力変換装置の状態を示す信号として前記主制御装置に出力する第１の電気−光変換手段と、
前記第１の検出手段、前記第１のディジタル信号演算手段、前記第１のシリアル変換手段、前記第１の電気−光変換手段を含む回路に電源を供給する給電手段と、
を備え、
前記給電手段に、何れかの前記単相電力変換器から電源を供給することを特徴とする状態検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載した状態検出装置において、
少なくとも（ｍ−１）個の前記第１の交流出力端と前記中性点との間に第２の検出手段を取り付けると共に、
前記第２の検出手段の出力に応じた第２のディジタル信号を演算する第２のディジタル信号演算手段と、
前記第２のディジタル信号を第２のシリアル信号に変換して出力する第２のシリアル変換手段と、
前記第２のシリアル信号を第２の光信号に変換し、前記電力変換装置の状態を示す信号として前記主制御装置に出力する第２の電気−光変換手段と、を更に備え、
前記給電手段が、
前記第２の検出手段、前記第２のディジタル信号演算手段、前記第２のシリアル変換手段、前記第２の電気−光変換手段を含む回路に電源を供給することを特徴とする状態検出装置。
【請求項３】
ｎ（ｎは１以上の整数）台の単相電力変換器からなり、かつ、ｎ＝１の時には前記単相電力変換器の２つの交流出力端を第１，第２の交流出力端とし、ｎ＝２以上の時にはｎ台の単相電力変換器の交流出力側の直列接続回路の始点及び終点に位置する２つの交流出力端を第１，第２の交流出力端とした単相電力変換ユニットを構成し、
ｍ（ｍは２以上の整数）台の前記単相電力変換ユニットの前記第１の交流出力端を共通接続して中性点とし、ｍ台の前記単相電力変換ユニットの前記第２の交流出力端が同一の交流負荷または交流電源の各相にそれぞれ接続されると共に、前記単相電力変換器を制御する主制御装置を備えた電力変換装置を対象として、前記電力変換装置の電気的状態を監視するための状態検出装置において、
前記中性点と接地点との間に第１の検出手段を取り付けると共に、
前記第１の検出手段の出力に応じた第１のディジタル信号を演算する第１のディジタル信号演算手段と、
前記第１のディジタル信号を第１のシリアル信号に変換して出力する第１のシリアル変換手段と、
前記第１の検出手段の出力を監視する第１の監視手段と、
前記第１の監視手段の出力によって前記第１のシリアル信号を変化させる第１のシリアル信号変更手段と、
前記第１の監視手段の出力によって変化した前記第１のシリアル信号を第１の光信号に変換し、前記電力変換装置の状態を示す信号として前記主制御装置に出力する第１の電気−光変換手段と、
前記第１の検出手段、前記第１のディジタル信号演算手段、前記第１のシリアル変換手段、前記第１の監視手段、前記第１のシリアル信号変更手段、前記第１の電気−光変換手段を含む回路に電源を供給する給電手段と、
を備え、
前記給電手段に、何れかの前記単相電力変換器から電源を供給することを特徴とする状態検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載した状態検出装置において、
少なくとも（ｍ−１）個の前記第１の交流出力端と前記中性点との間に第２の検出手段を取り付けると共に、
前記第２の検出手段の出力に応じた第２のディジタル信号を演算する第２のディジタル信号演算手段と、
前記第２のディジタル信号を第２のシリアル信号に変換して出力する第２のシリアル変換手段と、
前記第２の検出手段の出力を監視する第２の監視手段と、
前記第２の監視手段の出力によって前記第２のシリアル信号を変化させる第２のシリアル信号変更手段と、
前記第２の監視手段の出力によって変化した前記第２のシリアル信号を第２の光信号に変換し、前記電力変換装置の状態を示す信号として前記主制御装置に出力する第２の電気−光変換手段と、
を更に備え、
前記給電手段が、
前記第２の検出手段、前記第２のディジタル信号演算手段、前記第２のシリアル変換手段、前記第２の監視手段、前記第２のシリアル信号変更手段、前記第２の電気−光変換手段を含む回路に電源を供給することを特徴とする状態検出装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載した状態検出装置において、
前記第１の検出手段が、前記電力変換装置と前記接地点との間に流れる地絡電流を検出することを特徴とする状態検出装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載した状態検出装置において、
前記第２の検出手段が、前記電力変換装置と前記交流負荷または前記交流電源との間に流れる電流を検出することを特徴とする状態検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置の地絡電流や負荷電流等を検出して電力変換装置の電気的状態を監視するための状態検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１２は、第１の従来技術として、電力変換装置により高圧の交流を出力して３相の電動機を駆動する電動機駆動システムの構成図である。同図において、２０１は電力変換装置であり、３台の単相電力変換器ＩＮＶ−Ｕ１〜ＩＮＶ−Ｕ３の交流出力端を直列接続してＵ相の単相直列多重変換器を構成すると共に、同様に単相電力変換器ＩＮＶ−Ｖ１〜ＩＮＶ−Ｖ３，ＩＮＶ−Ｗ１〜ＩＮＶ−Ｗ３によりＶ相，Ｗ相の単相直列多重変換器を構成し、これら３相分の単相直列多重変換器をスター結線することにより主回路部が構成されている。
ここで、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の単相直列多重変換器を、便宜的にそれぞれ単相電力変換ユニットというものとする。
【０００３】
２０２は交流電源としての多巻線変圧器であり、電源系統に接続される１次側の３相巻線に対して２次側が９組の３相巻線を備え、２次側巻線出力端Ｒ１〜Ｒ３から単相電力変換器ＩＮＶ−Ｕ１〜ＩＮＶ−Ｕ３に３相交流電圧を供給し、同様に２次側巻線出力端Ｓ１〜Ｓ３，Ｔ１〜Ｔ３から単相電力変換器ＩＮＶ−Ｖ１〜ＩＮＶ−Ｖ３，ＩＮＶ−Ｗ１〜ＩＮＶ−Ｗ３に３相交流電圧をそれぞれ供給する。
２０３は交流負荷としての電動機であり、電力変換装置２０１の出力端Ｕ，Ｖ，Ｗから高圧の３相交流電圧が供給されることにより駆動される。
【０００４】
４０１は、電力変換装置２０１の全体を制御する主制御装置であり、後述する各検出器が接続されると共に、光ファイバー６４Ｕ１〜６４Ｕ３，６４Ｖ１〜６４Ｖ３，６４Ｗ１〜６４Ｗ３を介して、単相電力変換器ＩＮＶ−Ｕ１〜ＩＮＶ−Ｕ３，ＩＮＶ−Ｖ１〜ＩＮＶ−Ｖ３，ＩＮＶ−Ｗ１〜ＩＮＶ−Ｗ３にそれぞれ接続されている。４０２は、スター結線された主回路部の中性点Ｏと接地端子Ｅとの間に接続された地絡故障検出器であり、給電線ＰＤＩＧにより主制御装置４０１から給電されて動作し、中性点Ｏから接地端子Ｅ及び接地線を介して接地点Ｇに流れる地絡電流ＩＧの大きさから地絡故障の有無を判定し、その結果を信号線ＳＤＩＧにより主制御装置４０１に伝えて装置保護の演算に使用する。
【０００５】
４０３は、単相電力変換器ＩＮＶ−Ｕ３とＵ相出力端Ｕとの間に接続されたＵ相電流検出器であり、電源線ＰＤＩＵにより主制御装置４０１から給電されて動作し、Ｕ相電流の検出結果が信号線ＳＤＩＵにより主制御装置４０１に送られて電流制御や装置保護のための演算に使用される。同様に、４０４は、単相電力変換器ＩＮＶ−Ｖ３とＶ相出力端Ｖとの間に接続されたＶ相電流検出器であり、電源線ＰＤＩＶにより主制御装置４０１から給電されて動作し、Ｖ相電流の検出結果が信号線ＳＤＩＶにより主制御装置４０１に送られる。また、４０５は、単相電力変換器ＩＮＶ−Ｗ３とＷ相出力端Ｗとの間に接続されたＷ相電流検出器であり、電源線ＰＤＩＷにより主制御装置４０１から給電されて動作し、Ｗ相電流の検出結果が信号線ＳＤＩＷにより主制御装置４０１に送られるようになっている。
【０００６】
主制御装置４０１と地絡故障検出器４０２、Ｕ相電流検出器４０３、Ｖ相電流検出器４０４、Ｗ相電流検出器４０５により、電力変換装置２０１の制御部が構成されている。主制御装置４０１は、各検出器４０３〜４０５及び単相電力変換器ＩＮＶ−Ｕ１〜ＩＮＶ−Ｕ３，ＩＮＶ−Ｖ１〜ＩＮＶ−Ｖ３，ＩＮＶ−Ｗ１〜ＩＮＶ−Ｗ３に接続されて電動機２０３の運転や保護に必要な演算を実行し、その結果に基づいて各相の単相電力変換器を動作させることで電力変換装置２０１から出力される各相の電流を制御し、電動機２０３を適切な大きさの電圧及び周波数により運転する。
【０００７】
次に、図１３は、電力変換装置２０１に適用される単相電力変換器の一例を示す単相２レベル変換器の構成図である。
同図に示す単相電力変換器３０１において、３０２はダイオード整流回路であり、交流入力端ａ，ｂ，ｃから入力された３相交流を直流に変換して直流中間回路の正側母線Ｐ−負側母線Ｎ間に出力する。３０３は、スイッチング素子をＩＧＢＴとした単相２レベル変換器（単相２レベルインバータ）であり、直流中間回路のＰ−Ｎ間の直流を４個のＩＧＢＴのスイッチングと各部の還流ダイオードとのオンオフにより任意の電圧及び周波数の交流に変換して、交流出力端ｘ−ｙ間に出力する。
【０００８】
３０４は、単相２レベル変換器３０３の主回路を制御する補助制御装置であり、図１２における主制御装置４０１により演算した情報を光ファイバー６４を介してシリアル受信光−電気変換モジュールＳＲから取り込み、この情報に基づく演算結果により単相２レベル変換器３０３のＩＧＢＴをスイッチングする。３０５は補助制御装置３０４の制御電源であり、交流入力端ａ，ｂ，ｃから取り込んだ交流、または直流中間回路のＰ−Ｎ間から取り込んだ直流等から、適宜な手段により補助制御装置３０４の動作に必要な電源を生成し、電源線ＰＬＣＴＲを通じて給電する。
【０００９】
図１２に示した電動機駆動システムや図１３の単相電力変換器の構成及びその動作原理は、例えば特許文献１等に記載されている。なお、特許文献１には、図１２における地絡故障検出器４０２等が示されていないが、高圧の電力機器においては安全上、必須の検出器であるため、図１２ではこれを加えている。
【００１０】
次いで、図１４は、図１２の電力変換装置２０１に適用される単相電力変換器の一例を示す単相３レベル変換器の構成図である。同図の単相電力変換器３０６において、３０７はダイオード整流回路であり、交流入力端ａ，ｂ，ｃから入力された３相交流を直流に変換して直流中間回路のＰ−Ｎ間に出力する。３０８はスイッチング素子をＩＧＢＴとした単相３レベル変換器（単相３レベルインバータ）であり、直流中間回路のＰ−Ｎ間の直流を８個のＩＧＢＴのスイッチングと各部の還流ダイオード、及び、２個のコンデンサの直列接続点ＭとＩＧＢＴとの間に接続されたクランプダイオードのオンオフにより任意の電圧及び周波数の交流に変換して、交流出力端ｘ−ｙ間に出力する。
【００１１】
３１０は単相電力変換器３０６を制御する補助制御装置であり、図１２の主制御装置４０１により演算した情報を、光ファイバー６４を介してシリアル受信光−電気変換モジュールＳＲから取り込み、この情報に基づく演算結果により単相３レベル変換器３０８の８個のＩＧＢＴをスイッチングする。３０９は補助制御装置３１０の制御電源であり、交流入力端ａ，ｂ，ｃから取り込んだ交流、または直流中間回路のＰ−Ｎ間から取り込んだ直流等から適宜な手段により補助制御装置３１０の動作に必要な電源を生成し、電源線ＰＬＣＴＲを通じて給電する。
以上のような単相電力変換器３０６の構成や動作については、例えば特許文献２に記載されている。
【００１２】
前述した図１２の電力変換装置２０１は、交流負荷としての電動機２０３を駆動するものであるのに対し、図１５は、第２の従来技術として、各相の出力端を電源系統側に接続し、周波数変動や無効電力の補償等を目的として使用される電力変換装置の構成を示している。
図１５において、２０４は電力変換装置、２０５は電力変換装置２０４と電源系統との間で電圧の変換や絶縁を行うための変圧器である。
【００１３】
また、Ｌ−ＵはＵ相リアクトル、Ｌ−ＶはＶ相リアクトル、Ｌ−ＷはＷ相リアクトルであり、これらのリアクトルは、電力変換装置２０４と電源系統との間で電力のやり取りを容易にする機能を有する。
４０６は、電力変換装置２０４全体を制御する主制御装置である。この主制御装置４０６は、地絡故障検出器４０２や各相の電流検出器４０３〜４０５が接続されることや、光ファイバー６４Ｕ１〜６４Ｕ３，６４Ｖ１〜６４Ｖ３，６４Ｗ１〜６４Ｗ３を介して各相の単相電力変換器が接続される点は図１２と同様であるが、各相の単相電力変換器は、Ｕ相がＣＮＶ−Ｕ１〜ＣＮＶ−Ｕ３、Ｖ相がＣＮＶ−Ｖ１〜ＣＮＶ−Ｖ３、Ｗ相がＣＮＶ−Ｗ１〜ＣＮＶ−Ｗ３であり、これらの単相電力変換器は、以下に説明するように内部の構成が図１３，図１４と異なっている。
【００１４】
図１６は、電力変換装置２０４に適用される単相電力変換器の一例を示す単相２レベル変換器の構成図である。同図において、３１１は単相電力変換器、３１２はスイッチング素子をＩＧＢＴとした単相２レベル変換器であり、4個のＩＧＢＴのスイッチングと各部の還流ダイオードとのオンオフにより、直流を任意の電圧及び周波数の交流に変換して交流出力端ｘ−ｙ間に出力すると共に、Ｐ−Ｎ間の直流電圧を所定値に保つように動作する。
【００１５】
３１４は、単相２レベル変換器３１２のみを制御する補助制御装置であり、図１５の主制御装置４０６により演算した情報を、光ファイバー６４を通じてシリアル受信光−電気変換モジュールＳＲから取り込み、この情報に基づく演算結果により単相２レベル変換器３１２のＩＧＢＴをスイッチングする。３１３は補助制御装置３１４の制御電源であり、Ｐ−Ｎ間から取り込んだ直流等から適宜な手段により補助制御装置３１４の電源を生成し、電源線ＰＬＣＴＲを通じて給電する。
以上のような単相電力変換器３１１の構成及び動作については、例えば非特許文献１に記載されている。
【００１６】
図１７は、電力変換装置２０４に適用される単相電力変換器の一例を示す単相３レベル変換器の構成図である。同図に示す単相電力変換器３１５において、３１６はスイッチング素子をＩＧＢＴとした単相３レベル変換器であり、８個のＩＧＢＴのスイッチングと各部の還流ダイオードとのオンオフにより、直流を任意の電圧及び周波数の交流に変換して交流出力端ｘ−ｙ間に出力すると共に、Ｐ−Ｎ間の直流電圧を所定値に保つように動作する。
【００１７】
３１８は単相３レベル変換器３１６のみを制御する補助制御装置であり、図１５の主制御装置４０６により演算した情報を光ファイバー６４を通じてシリアル受信光−電気変換モジュールＳＲから取り込み、この情報に基づく演算結果により８個のＩＧＢＴをスイッチングする。３１７は補助制御装置３１８の制御電源であり、Ｐ−Ｎ間から取り込んだ直流等から適宜な手段により補助制御装置３１８用の電源を生成し、電源線ＰＬＣＴＲを通じて給電する。
【００１８】
以上のように、電源系統に連系させて周波数変動や無効電力を補償するための電力変換装置において、単相３レベル変換器を適用する構成については、例えば特許文献３に記載されている。
【００１９】
さて、図１２や図１５に示した地絡故障検出器４０２は、一般に地絡継電器（または地絡リレー、もしくは単に地絡検出器）と呼ばれる電力機器の保護装置であり、主回路側の電位である中性点Ｏや、これとほぼ同電位である接地端子Ｅ、接地線、接地点Ｇと絶縁された電源によって動作する。このため、断線等の何らかの理由によって地絡故障検出器に接続された接地線が接地点Ｇから切り離されると、地絡故障検出器には主回路側の非常に高い電位がそのまま印加される。
このような状態が発生しても安全が確保されるように、地絡故障検出器の電源には十分な絶縁耐圧（高耐圧）を持った電源を使用する必要がある。しかし、一般に高耐圧の電源は非常に高価であり、大型となる。更に、この種の電源は製作も難しいため、納期が長くなる等、別の問題もある。
【００２０】
上述した問題を解決する手段として、図１８に示すような電動機駆動システムを対象として、高耐圧の電源が不要な地絡故障検出器を使用する方法がある。
同図に示す電力変換装置２０１’において、５０１は地絡故障検出器、５０２は主制御装置、６３は光ファイバーであり、他の記号については図１２と同様の記号を用いて説明を省略する。なお、図１８では、図１２における各検出器や信号線、光ファイバー等を省略し、説明に必要な部分のみを図示することによって簡略化している。
【００２１】
図１９は地絡故障検出器５０１の詳細な構成を示したものである。同図において、５１は整流回路、５３は間欠信号発生回路、５４はＥ−Ｏ（電気−光）変換回路、Ｒ１，Ｒ２は地絡電流を制限するための制限抵抗、ＺＤは定電圧ダイオード、Ｃ１はコンデンサである。また、主制御装置５０２内の５５はＯ−Ｅ（光−電気）変換回路である。
【００２２】
次に、この地絡故障検出器５０１の動作について説明する。
図１８において何らかの原因で電力変換装置２０１’に地絡が発生すると、中性点Ｏから接地端子Ｅを経由して接地点Ｇに向かう電流ＩＧが流れる。この電流ＩＧは、図１９の地絡故障検出器５０１の抵抗Ｒ１，Ｒ２によって大きさが制限された電流であり、例えば、図２０（１）に示す電流ＩＧのような波形となる。
電流ＩＧが流れたことにより、抵抗Ｒ２の両端には検出器本体に対する入力電圧Ｖｉｎが発生し、抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点から電流ＩＧの一部が検出器本体に電流Ｉ１として流れ込む。この状態で、電流Ｉ１は整流回路５１により整流されてコンデンサＣ１が充電され、図２０（２）のように電源電圧Ｖｃｃが上昇して最終的にはＶｇ２で示すような一定値に到達する。
【００２３】
このようにしてコンデンサＣ１が充電される過程において、電源電圧Ｖｃｃが、図２０（２）のＶｇ１で示すように回路動作に必要な基準電圧に達すると、図１９の間欠信号発生回路５３から、図２０（３）に示すごとく、周期ΔＴで一時的に論理値が“１”となる間欠信号Ｓｉｎｔが出力され、後段のＥ−Ｏ変換回路５４に入力される。
このＥ−Ｏ変換回路５４は、間欠信号Ｓｉｎｔの論理値が“１”のときに内部の発光素子が点灯状態となって光信号を出力し、この光信号が光ファイバー６３を介して監視側の主制御装置５０２に送られ、Ｏ−Ｅ変換回路５５により電気信号に変換されることで地絡故障を検知することができる。ここで、上記間欠信号Ｓｉｎｔは、図２１に示す如く、周期ΔＴにおいて論理値“１”の期間Ｔ１が論理値“０”の期間Ｔ２より十分短いほど消費電力の低減に効果的である。
【００２４】
以上のように、高耐圧の電源が不要な地絡故障検出器を使用する電力変換装置は、例えば特許文献４に記載されている。この特許文献４においては、図１８，図１９に示したように、地絡電流を電源として地絡故障検出器を動作させ、検出した地絡故障信号を光ファイバーにより出力することで高耐圧の電源を不要とし、結果として大きさやコストを低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】特許第５１８１７１２号公報（図２等）
【特許文献２】特許第４０９６５０１号公報（図２２等）
【特許文献３】特開２０００−２５３６７５号公報（図１等）
【特許文献４】特許第５３０５０７０号公報（図４等）
【非特許文献】
【００２６】
【非特許文献１】Fang Zheng Peng etc.,“A Multilevel Voltage-Source Inverter with Static Var Generation”, IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS, VOL.32, NO. 5, 1996, P.1130-1138
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
しかしながら、図１２や図１５に示したような電力変換装置２０１，２０４では、地絡故障検出器だけでなく、用途や目的によって様々な検出器が使用されており、例えば、出力端の電流を制御するためには電流検出器によって電流を常時検出できるようにしなければならない。
この種の用途で使われる電流検出器は、例えばホール素子や絶縁アンプ、シャント抵抗等の検出素子を使用した回路を中心にして構成されるが、何れの構成でも精度良く確実に電流を検出するために、検出素子は、電流が流れる電線や導体板（銅製のブスバー）等、主回路において高電圧が印加されている部分の直近か、または直接接触させるように配置することが必要である。これらの電流検出器から出力された信号は、電流制御のための演算や電流が過大になる状態を防止するため、アナログ信号として瞬時値を主制御装置に取り込んだ後に、ＡＤ（アナログ−ディジタル）変換回路によりディジタル信号に変換した結果をＣＰＵ等に取り込んで演算処理に使用している。
【００２８】
ここで、電流検出器を動作させるための電源と、検出したアナログ信号とは、共に主制御装置と電気的に接続する必要があるので、主制御装置と電流検出器との間には、電力変換装置の中で最も電圧が高い部分に対応した高耐圧の絶縁が必要となる。一般的には、電流検出器側で高耐圧の絶縁を確保するための処理が施されるが、このような処理が施された電流検出器は非常に高価で大型となるだけでなく、納期も長くなる。
【００２９】
また、高圧の電力変換装置においてＩＧＢＴなどの半導体素子をスイッチング動作させると、この時の急激な電圧の変化によって非常に大きなサージ電圧が発生する。このサージ電圧は制御装置の誤動作を引き起こす恐れがあるノイズの原因となるが、制御装置とこれに電気的に接続された電流検出器との間では、電源線やアナログ信号の検出線にノイズが侵入しやすくなり、結果として制御装置が誤動作する確率が高くなるという別の問題も生じていた。
【００３０】
そこで、本発明の解決課題は、高耐圧の絶縁を要する電源を不要とし、ノイズの侵入を防止して制御装置等の誤動作を防止すると共に、検出するべき状態量としての電流等の大きさに関わらず、安定な検出動作を可能にした状態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】
【００３１】
上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、ｎ（ｎは１以上の整数）台の単相電力変換器からなり、かつ、ｎ＝１の時には前記単相電力変換器の２つの交流出力端を第１，第２の交流出力端とし、ｎ＝２以上の時にはｎ台の単相電力変換器の交流出力側の直列接続回路の始点及び終点に位置する２つの交流出力端を第１，第２の交流出力端とした単相電力変換ユニットを構成し、
ｍ（ｍは２以上の整数）台の前記単相電力変換ユニットの前記第１の交流出力端を共通接続して中性点とし、ｍ台の前記単相電力変換ユニットの前記第２の交流出力端が同一の交流負荷または交流電源の各相にそれぞれ接続されると共に、前記単相電力変換器を制御する主制御装置を備えた電力変換装置を対象として、前記電力変換装置の電気的状態を監視するための状態検出装置において、
前記中性点と接地点との間に第１の検出手段を取り付けると共に、
前記第１の検出手段の出力に応じた第１のディジタル信号を演算する第１のディジタル信号演算手段と、
前記第１のディジタル信号を第１のシリアル信号に変換して出力する第１のシリアル変換手段と、
前記第１のシリアル信号を第１の光信号に変換し、前記電力変換装置の状態を示す信号として前記主制御装置に出力する第１の電気−光変換手段と、
前記第１の検出手段、前記第１のディジタル信号演算手段、前記第１のシリアル変換手段、前記第１の電気−光変換手段を含む回路に電源を供給する給電手段と、を備え、
前記給電手段に、何れかの前記単相電力変換器から電源を供給するものである。
【００３２】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載した状態検出装置において、
少なくとも（ｍ−１）個の前記第１の交流出力端と前記中性点との間に第２の検出手段を取り付けると共に、
前記第２の検出手段の出力に応じた第２のディジタル信号を演算する第２のディジタル信号演算手段と、
前記第２のディジタル信号を第２のシリアル信号に変換して出力する第２のシリアル変換手段と、
前記第２のシリアル信号を第２の光信号に変換し、前記電力変換装置の状態を示す信号として前記主制御装置に出力する第２の電気−光変換手段と、を更に備え、
前記給電手段が、
前記第２の検出手段、前記第２のディジタル信号演算手段、前記第２のシリアル変換手段、前記第２の電気−光変換手段を含む回路に電源を供給するものである。
【００３３】
請求項３に係る発明は、ｎ（ｎは１以上の整数）台の単相電力変換器からなり、かつ、ｎ＝１の時には前記単相電力変換器の２つの交流出力端を第１，第２の交流出力端とし、ｎ＝２以上の時にはｎ台の単相電力変換器の交流出力側の直列接続回路の始点及び終点に位置する２つの交流出力端を第１，第２の交流出力端とした単相電力変換ユニットを構成し、
ｍ（ｍは２以上の整数）台の前記単相電力変換ユニットの前記第１の交流出力端を共通接続して中性点とし、ｍ台の前記単相電力変換ユニットの前記第２の交流出力端が同一の交流負荷または交流電源の各相にそれぞれ接続されると共に、前記単相電力変換器を制御する主制御装置を備えた電力変換装置を対象として、前記電力変換装置の電気的状態を監視するための状態検出装置において、
前記中性点と接地点との間に第１の検出手段を取り付けると共に、
前記第１の検出手段の出力に応じた第１のディジタル信号を演算する第１のディジタル信号演算手段と、
前記第１のディジタル信号を第１のシリアル信号に変換して出力する第１のシリアル変換手段と、
前記第１の検出手段の出力を監視する第１の監視手段と、
前記第１の監視手段の出力によって前記第１のシリアル信号を変化させる第１のシリアル信号変更手段と、
前記第１の監視手段の出力によって変化した前記第１のシリアル信号を第１の光信号に変換し、前記電力変換装置の状態を示す信号として前記主制御装置に出力する第１の電気−光変換手段と、
前記第１の検出手段、前記第１のディジタル信号演算手段、前記第１のシリアル変換手段、前記第１の監視手段、前記第１のシリアル信号変更手段、前記第１の電気−光変換手段を含む回路に電源を供給する給電手段と、を備え、
前記給電手段に、何れかの前記単相電力変換器から電源を供給するものである。
【００３４】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載した状態検出装置において、
少なくとも（ｍ−１）個の前記第１の交流出力端と前記中性点との間に第２の検出手段を取り付けると共に、
前記第２の検出手段の出力に応じた第２のディジタル信号を演算する第２のディジタル信号演算手段と、
前記第２のディジタル信号を第２のシリアル信号に変換して出力する第２のシリアル変換手段と、
前記第２の検出手段の出力を監視する第２の監視手段と、
前記第２の監視手段の出力によって前記第２のシリアル信号を変化させる第２のシリアル信号変更手段と、
前記第２の監視手段の出力によって変化した前記第２のシリアル信号を第２の光信号に変換し、前記電力変換装置の状態を示す信号として前記主制御装置に出力する第２の電気−光変換手段と、を更に備え、
前記給電手段が、
前記第２の検出手段、前記第２のディジタル信号演算手段、前記第２のシリアル変換手段、前記第２の監視手段、前記第２のシリアル信号変更手段、前記第２の電気−光変換手段を含む回路に電源を供給するものである。
【００３５】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４の何れか１項に記載した状態検出装置において、  前記第１の検出手段が、前記電力変換装置と前記接地点との間に流れる地絡電流を検出するものである。
【００３６】
請求項６に係る発明は、請求項１〜５の何れか１項に記載した状態検出装置において、  前記第２の検出手段が、前記電力変換装置と前記交流負荷または前記交流電源との間に流れる電流を検出するものである。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、状態検出装置の電源が、電力変換装置を構成する何れかの単相電力変換器から供給されるため、主制御装置と状態検出装置との間には主回路電位に対応した高耐圧の絶縁を要する電源が不要となり、小型で安価な状態検出装置を提供することができる。
また、状態検出装置と主制御装置との間は光ファイバーによって接続可能であり、電気的に接続しなければならない電源線や検出線が不要になる。このため、電源線や検出線を通って制御装置にノイズが侵入することがなくなり、結果的に電力変換装置を安定に動作させることができる。
【００３８】
更に、従来の地絡検出装置は、電源として地絡電流を用いて動作させる方式であり、微小な地絡電流では地絡を検出できない場合があることから、検出値を大きくしなければならないという問題がある。これに対し、本発明の状態検出装置によれば、電力変換装置を構成する何れかの単相電力変換器から常時給電されるため、地絡電流等の大きさに影響されることなく安定な検出動作を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態に係る状態検出装置を備えた電動機駆動システムの構成図である。
【図２】図１における単相電力変換器の構成図である。
【図３】図１における単相電力変換器の他の構成図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る状態検出装置の内部構成図である。
【図５】本発明の第１実施形態の動作を説明するための波形図である。
【図６】図５の一部を拡大して示した波形図である。
【図７】本発明の実施形態に係る状態検出装置を備え、系統に連系される電力変換装置の構成図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る状態検出装置の内部構成図である。
【図９】本発明の第２実施形態の動作を説明するための波形図である。
【図１０】本発明の第２実施形態の他の動作を説明するための波形図である。
【図１１】本発明の第２実施形態の更に他の動作を説明するための波形図である。
【図１２】第１の従来技術を示す電動機駆動システムの構成図である。
【図１３】図１２の電力変換装置に適用される単相電力変換器の一例を示す構成図である。
【図１４】図１２の電力変換装置に適用される単相電力変換器の他の例を示す構成図である。
【図１５】第２の従来技術を示す電力変換装置の回路構成図である。
【図１６】図１５の電力変換装置に適用される単相電力変換器の一例を示す構成図である。
【図１７】図１５の電力変換装置に適用される単相電力変換器の他の例を示す構成図である。
【図１８】高耐圧の電源が不要な地絡故障検出器を適用した電動機駆動システムの構成図である。
【図１９】図１８における地絡故障検出器の構成図である。
【図２０】図１９に示した地絡故障検出器の動作を説明するための波形図である。
【図２１】図１９に示した地絡故障検出器の動作を説明するための波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、単相直列多重変換器を３相分備えた電力変換装置１０１を用いて３相の電動機２０３を駆動する電動機駆動システムに、第１実施形態に係る状態検出装置を適用した例である。
【００４１】
ここで、一相分の単相直列多重変換器は、３台の単相電力変換器を直列多重接続することにより構成される。すなわち、前記同様に、Ｕ相の単相直列多重変換器は、単相電力変換器ＩＮＶ−Ｕ１〜ＩＮＶ−Ｕ３により構成され、Ｖ相の単相直列多重変換器は、単相電力変換器ＩＮＶ−Ｖ１〜ＩＮＶ−Ｖ３により構成され、Ｗ相の単相直列多重変換器は、単相電力変換器ＩＮＶ−Ｗ１ａ〜ＩＮＶ−Ｗ３により構成されている。各相における単相電力変換器の直列多重台数は３台に限らず、要求される出力電圧等に応じて任意の複数台で良い。
上記構成において、各相の単相直列多重変換器は、請求項における単相電力変換ユニットに相当している。なお、本発明が適用される電力変換装置は、複数台の単相電力変換器を直列多重接続する場合だけでなく、例えば、１相分を１台の単相電力変換器により構成する（単相電力変換ユニットを１台の単相電力変換器により構成する）場合も含むものである。
【００４２】
図１において、１は電力変換装置１０１の全体を制御するための主制御装置、２は第１実施形態に係る状態検出装置、ＲＤＩＧは地絡電流を検出するために電力変換装置１０１の中性点Ｏと接地端子Ｅとの間に接続された抵抗素子、ＲＤＩＵはＵ相電流を検出するために中性点ＯとＵ相の単相電力変換器ＩＮＶ−Ｕ１の交流出力端ｘとの間に接続された抵抗素子、同様に、ＲＤＩＶ，ＲＤＩＷはそれぞれが中性点ＯとＶ相の単相電力変換器ＩＮＶ−Ｖ１、Ｗ相の単相電力変換器ＩＮＶ−Ｗ１ａの出力端ｘとの間に接続された抵抗素子である。なお、Ｗ相の単相電力変換器ＩＮＶ−Ｗ１ａは、電源線ＰＳＤを介して状態検出装置２に電源を給電する機能を備えている。
また、６４Ｕ１〜６４Ｕ３，６４Ｖ１〜６４Ｖ３，６４Ｗ１〜６４Ｗ３は、状態検出装置２と単相電力変換器ＩＮＶ−Ｕ１〜ＩＮＶ−Ｕ３，ＩＮＶ−Ｖ１〜ＩＮＶ−Ｖ３，ＩＮＶ−Ｗ１ａ〜ＩＮＶ−Ｗ３との間にそれぞれ接続された光ファイバーである。
【００４３】
上記構成において、抵抗素子ＲＤＩＧは、請求項における第１の検出手段を構成し、抵抗素子ＲＤＩＵ，ＲＤＩＶ，ＲＤＩＷは、請求項における第２の検出手段を構成している。なお、抵抗素子ＲＤＩＵ，ＲＤＩＶ，ＲＤＩＷは、３相分設ける必要はなく、少なくとも２相の負荷電流を検出するように２相分を設け、残り１相の負荷電流は上記２相の負荷電流を用いたベクトル演算により検出しても良い。
【００４４】
各抵抗素子ＲＤＩＧ，ＲＤＩＵ，ＲＤＩＶ，ＲＤＩＷの両端電圧ＶＤＩＧ，ＶＤＩＵ，ＶＤＩＶ，ＶＤＩＷは、状態検出装置２に入力されている。この状態検出装置２からは、後述する図４等によって説明するように、前記の両端電圧ＶＤＩＧ，ＶＤＩＵ，ＶＤＩＶ，ＶＤＩＷに対してＡＤ（アナログ−ディジタル）変換、ディジタル−シリアル変換、Ｅ−Ｏ（電気−光）変換等を行って得た光信号ＳＩＧＬ，ＳＩＵＬ，ＳＩＶＬ，ＳＩＷＬが出力され、これらの光信号ＳＩＧＬ，ＳＩＵＬ，ＳＩＶＬ，ＳＩＷＬは、光ファイバー４１ａ〜４１ｄを介して主制御装置１に入力されている。
【００４５】
図２は、図１の電力変換装置１０１に適用される単相電力変換器１０２の一例を示す構成図である。同図において、ダイオード整流回路３０２及び単相２レベル変換器（単相２レベルインバータ）３０３の構成は、図１３に示したものと同様であるため、説明を省略する。
図２における３１４は、単相２レベル変換器３０３の主回路を制御する補助制御装置であり、図１の主制御装置１により演算した情報を、光ファイバー６４を介してシリアル受信光−電気変換モジュールＳＲから取り込み、この情報に基づく演算結果により単相２レベル変換器３０３のＩＧＢＴをスイッチングする。また、３は補助制御装置３１４の制御電源であり、交流入力端ａ，ｂ，ｃから取り込んだ交流、または直流中間回路のＰ−Ｎ間から取り込んだ直流等から適宜な手段により補助制御装置３１４の動作に必要な電源を生成し、電源線ＰＬＣＴＲを介して給電する。
【００４６】
更に、制御電源３は、図１における状態検出装置２の動作に必要な電源を生成し、電源線ＰＳＤ及び電源供給端子ＰＳを介して状態検出装置２内の後述する電源回路２１に給電している。なお、制御電源３、電源線ＰＳＤ、電源供給端子ＰＳ、及び状態検出装置２内の電源回路２１は、請求項における給電手段を構成している。
ここで、状態検出装置２内の電源回路２１には、少なくとも１台の単相電力変換器１０２（例えば、前述した図１の単相電力変換器ＩＮＶ−Ｗ１ａ）内の制御電源３から給電すれば良い。
【００４７】
次に、図３は図１の電力変換装置１０１に適用される単相電力変換器１０３の一例を示す単相３レベル変換器の構成図である。同図において、ダイオード整流回路３０７及び単相３レベル変換器（単相３レベルインバータ）３０８の構成は、図１４に記載したものと同様であるため、説明を省略する。
３１８は補助制御装置、５は補助制御装置３１８の制御電源であり、図２の制御電源３と同様の方法で補助制御装置３１８の動作に必要な電源を生成し、電源線ＰＬＣＴＲを通じて給電すると共に、状態検出装置２の動作に必要な電源を生成し、電源線ＰＳＤ及び電源供給端子ＰＳを介して状態検出装置２の電源回路２１に給電する。
図２と同様に、状態検出装置２内の電源回路２１には、少なくとも１台の単相電力変換器１０３内の制御電源５から給電すれば良い。
【００４８】
図４は、第１実施形態に係る状態検出装置２の内部構成図である。
同図において、１１ａ〜１１ｄは電圧変換回路、１２ａ〜１２ｄはＡＤ変換回路、１３ａ〜１３ｄはＡＤ変換回路１２ａ〜１２ｄを制御するためのＡＤ変換制御回路、１４ａ〜１４ｄはＡＤ変換回路１２ａ〜１２ｄから出力された変換結果の信号を伝送に必要なシリアル信号に変換するシリアル変換回路、１５ａ〜１５ｄはシリアル変換回路１４ａ〜１４ｄから出力されたシリアル信号を電気信号から光信号に変換して光ファイバー４１ａ〜４１ｄに出力するＥ−Ｏ（電気−光）変換回路、２１は電源線ＰＳＤを介して前記単相電力変換器１０２または１０３の電源供給端子ＰＳに接続された電源回路、Ｃ１は電源回路２１の出力側に接続された蓄電素子としてのコンデンサである。
【００４９】
上記構成において、電圧変換回路１１ａ、ＡＤ変換回路１２ａ及びＡＤ変換制御回路１３ａは請求項における第１のディジタル信号演算手段を構成し、シリアル変換回路１４ａは第１のシリアル変換手段を構成し、Ｅ−Ｏ変換回路１５ａは第１の電気−光変換手段を構成している。
また、電圧変換回路１１ｂ〜１１ｄ、ＡＤ変換回路１２ｂ〜１２ｄ及びＡＤ変換制御回路１３ｂ〜１３ｄは請求項における第２のディジタル信号演算手段を構成し、シリアル変換回路１４ｂ〜１４ｄは第２のシリアル変換手段を構成し、Ｅ−Ｏ変換回路１５ｂ〜１５ｄは第２の電気−光変換手段を構成している。
【００５０】
次に、この状態検出装置２の動作について説明する。
地絡電流ＩＧに対する検出動作では、中性点Ｏから抵抗素子ＲＤＩＧを通って接地端子Ｅ、接地点Ｇへ流れる電流ＩＧを抵抗素子ＲＤＩＧの両端電圧ＶＤＩＧとして検出し、状態検出装置２に入力する。電流ＩＧと電圧ＶＤＩＧとの関係は、抵抗素子ＲＤＩＧの抵抗値をＲＤＩＧ’とすれば、ＶＤＩＧ＝ＩＧ×ＲＤＩＧ’である。この電圧ＶＤＩＧは状態検出装置２に入力され、電圧変換手段１１ａにより電圧ＶＩＧに変換されてＡＤ変換回路１２ａに入力される。
電圧変換手段１１ａには、オペアンプを使った反転増幅回路または非反転増幅回路が使用されており、この増幅回路に取り付けられた抵抗素子によって決まる変換ゲインＧＤＩＧで電圧ＶＤＩＧを電圧ＶＩＧ（＝ＶＤＩＧ×ＧＤＩＧ）に変換する。
【００５１】
次いで、ＡＤ変換回路１２ａ、ＡＤ変換制御回路１３ａ、シリアル変換回路１４ａの動作について、図５，図６を参照しながら説明する。
ＡＤ変換制御回路１３ａは、図５（１）に示すＡＤ変換制御信号ＣＩＧとして、予め設定された一定の周期Ｔで “１”の状態をパルス出力する回路であり、フリーランタイマ機能を実現するロジック回路のディジタルカウンタ等によって構成されている。ＡＤ変換回路１２ａは、図５（２）のように、ＡＤ変換制御信号ＣＩＧが“１”の状態になるとアナログ信号をディジタル信号に変換する処理を開始し、図５（３）に示すごとく、変換時間ＴＣＨＧの経過後に変換結果をディジタルデータＤＩＧとして出力する。このＡＤ変換回路１２ａには、制御対象を安定に動作させるために必要な制御応答等を考慮して決定された精度（ビット数）や変換時間を満足できる市販のＡＤ変換器用のＩＣを使用すれば良い。
【００５２】
ＡＤ変換回路１２ａからディジタルデータＤＩＧが出力されると、図５（４）に示すごとく、予め設定された遅延時間ＴＤＬＹの経過後にシリアル変換回路１４ａがディジタルデータＤＩＧをパラレル−シリアル変換し、「※１」で示すようなシリアル信号ＳＩＧとして出力する。ここで、送信側となるシリアル変換回路１４ａが出力するデータの伝送形式は、受信側の仕様に合わせれば良い。
【００５３】
例えば、シリアル信号にＵＡＲＴ方式を採用する場合には、上記「※１」の部分は図６に示すような伝送形式の波形となる。なお、図６（４’）はクロック信号ＳＣＬＫを示し、図６（４）は図５（４）の「※１」の部分を拡大したシリアル信号ＳＩＧを示している。
図６（４）のシリアル信号ＳＩＧにおいて、Ｄ０〜Ｄ７は実際のディジタルデータであり、ＳＴはＵＡＲＴ信号の先頭を示すスタートビット、ＳＰはＵＡＲＴ信号の最後を示すストップビット、ＰＲはディジタルデータＤ０〜Ｄ７のパリティチェック結果である。８ビットのデータを送る場合はこの波形の通りで良いが、８ビットを超えるデータの場合は、図６における(1)〜(11)の波形を送信した後、(12)の部分から繰り返して(1)〜(11)の波形を出力するようにし、データを８ビット単位に分割して必要な回数だけ送信すれば良い。
【００５４】
図４のＥ−Ｏ変換回路１５ａは、シリアル変換回路１４ａから出力された電気信号としてのシリアル信号ＳＩＧを光信号ＳＩＧＬに変換して送信する。光信号ＳＩＧＬの状態は、これを受信する主制御装置１側の仕様に合わせることになるが、例えばシリアル信号ＳＩＧの論理が“１”の時は点灯（光有り）、“０”の時は消灯（光無し）のように変換して送信する。なお、主制御装置１の論理によっては、シリアル信号ＳＩＧの論理と、点灯，消灯との対応が逆の場合もある。
光ファイバー４１ａを通して光信号ＳＩＧＬを受信した主制御装置１は、Ｅ−Ｏ変換回路１５ａとは逆に、図示されていないＯ−Ｅ（光−電気）変換回路により光信号を電気信号に変換する。そして、この電気信号をＣＰＵ等に取り込み、シリアル変換回路１４ａと逆のパラレル変換回路(図示せず)にてシリアル信号からパラレル信号に変換することで、ＡＤ変換回路１２ａから出力されたデータを認識する。
【００５５】
更に、ＣＰＵ等の処理により、データの大きさ、すなわち地絡電流ＩＧの大きさが故障判別用の閾値を超えた場合は、地絡故障と判定する。こうして地絡故障と判定した場合の処理は、電力変換装置が使用される設備によって様々であるが、例えば電動機駆動用のインバータでは、インバータが出力している周波数及び電圧を徐々に低くして最終的に零とすることで、電動機を減速して停止させる処理となる。また、電源系統に接続されたコンバータの場合は、地絡故障と判定された時間が所定の設定時間を超えて連続したら、コンバータの動作を停止させる処理等となる。
【００５６】
図４の状態検出装置２において、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の負荷電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷを検出する処理は地絡電流ＩＧの場合とほぼ同様であるため、これらに対する詳細な説明は省略する。なお、地絡電流ＩＧは、地絡が発生していない正常時は装置の運転中でも微小な電流が流れるのみであり、地絡故障が検出された場合でも、装置が使用される設備の仕様によっては、運転継続を許容するか、あるいは、停止するまで数十ミリ秒〜数秒、数十秒といった時間の経過を許容することがある。
これに対し、各相を流れる負荷電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷについては、装置の仕様で定めた最大電流が常時流れることや、半導体素子を保護するために電流が許容最大値を超える過電流となった場合には直ちに運転を停止しなければならないこと等が、地絡電流ＩＧの場合と異なっている。
【００５７】
なお、図４における電源回路２１は、前述したように、電源供給機能を備えた単相電力変換器ＩＮＶ−Ｗ１ａから電源線ＰＳＤを経由して給電された電力を、状態検出装置２の回路動作に必要な電圧Ｖｃｃに変換して出力する。図４では、電源回路２１から出力される電圧がＶｃｃの１種類のみとなっているが、状態検出装置２の回路構成によっては複数の電圧が必要な場合もあるため、電源回路２１から出力される電圧の種類は１種類に限定されない。
【００５８】
次に、図７は、多巻線変圧器２０２及びリアクトルＬ−Ｕ，Ｌ−Ｖ，Ｌ−Ｗを介して電源系統に連系させた電力変換装置１０４に、この実施形態に係る状態検出装置２を適用した例である。
同図において、ＣＮＶ−Ｕ１〜ＣＮＶ−Ｕ３，ＣＮＶ−Ｖ１〜ＣＮＶ−Ｖ３，ＣＮＶ−Ｗ１ａ〜ＣＮＶ−Ｗ３は単相電力変換器であるが、Ｗ相の単相電力変換器ＣＮＶ−Ｗ１ａは、図１における単相電力変換器ＩＮＶ−Ｗ１ａと同様に、状態検出装置２に対する電源供給機能を備えている。図７における他の構成は図１または図１５と同様であるため、詳細な説明を省略するが、この例では、地絡電流ＩＧと、各相の単相直列多重変換器から交流電源としての変圧器２０５側に流れる電流の過電流状態とを検出可能となっている。
【００５９】
図８は、本発明の第２実施形態に係る状態検出装置２Ａの内部構成図である。
同図において、１６ａは、地絡電流が所定の地絡故障検出値を超えたかどうかを判定する地絡故障検出回路、同様に１６ｂ，１６ｃ，１６ｄは、Ｕ相電流，Ｖ相電流，Ｗ相電流が所定の過電流検出値を超えたかどうかをそれぞれ判定する各相の過電流検出回路である。ここで、地絡故障検出回路１６ａは地絡故障検出信号ＯＧを出力し、Ｕ相過電流検出回路１６ｂはＵ相過電流検出信号ＯＣＵを出力し、Ｖ相過電流検出回路１６ｃはＶ相過電流検出信号ＯＣＶを出力し、Ｗ相過電流検出回路１６ｃはＷ相過電流検出信号ＯＣＷを出力するように構成されている。
【００６０】
また、１７ａは、ＡＤ変換回路１２ａによりディジタル信号に変換され、かつシリアル変換されたシリアル信号ＳＩＧを、地絡故障検出信号ＯＧに基づいてシリアル信号ＳＤＩＧＳに切り替えて出力するシリアル信号切替器、１７ｂは、同様にＵ相過電流検出信号ＯＣＵに基づいてシリアル信号ＳＤＩＵＳを切り替えて出力するシリアル信号切替器、１７ｃは、同様にＶ相過電流検出信号ＯＣＶに基づいてシリアル信号ＳＤＩＶＳを切り替えて出力するシリアル信号切替器、１７ｄは、同様にＷ相過電流検出信号ＯＣＷに基づいてシリアル信号ＳＤＩＷＳを切り替えて出力するシリアル信号切替器である。
図８における他の部分は、図４と同様の記号を用いて説明を省略する。なお、図８では、Ｅ−Ｏ変換回路１５ａ〜１５ｄから光ファイバー４１ａ〜４１ｄを介して出力される光信号を、ＳＤＩＧＬ〜ＳＤＩＷＬと表記してある。
【００６１】
上記構成において、電圧変換回路１１ａ、ＡＤ変換回路１２ａ及びＡＤ変換制御回路１３ａは請求項における第１のディジタル信号演算手段を構成し、Ｅ−Ｏ変換回路１５ａは第１の電気−光変換手段を構成し、地絡故障検出回路１６ａは第１の監視手段を構成し、シリアル信号切替器１７ａは第１のシリアル信号変更手段を構成している。
また、電圧変換回路１１ｂ〜１１ｄ、ＡＤ変換回路１２ｂ〜１２ｄ及びＡＤ変換制御回路１３ｂ〜１３ｄは請求項における第２のディジタル信号演算手段を構成し、Ｅ−Ｏ変換回路１５ｂ〜１５ｄは第２の電気−光変換手段を構成し、過電流検出回路１６ｂ〜１６ｄは第２の監視手段を構成し、シリアル信号切替器１７ｂ〜１７ｄは第２のシリアル信号変更手段を構成している。
【００６２】
次に、この状態検出装置２Ａの動作を、図９〜図１１の波形図を参照しつつ説明する。
まず、図９は地絡電流が地絡故障検出値を超えたことによってシリアル信号ＳＤＩＧＳが切り替わる様子を示した波形図である。図９（０）のＯＧは地絡故障検出回路１６ａから出力される前述の地絡故障検出信号であり、図９（５）のＳＤＩＧＳはシリアル信号切替器１７ａから出力されるシリアル信号である。また、他の図９（１）〜（４）は、図５（１）〜（４）と同様である。
【００６３】
図９（０）の地絡故障検出信号ＯＧにおいて、“０”は地絡電流が地絡故障検出値を超えない状態を示しており、“１”は地絡電流が地絡故障検出値を超えた状態を示している。下向きの矢印で示した「※検出」のタイミングは、ＯＧが“０”から“１”に変化する検出点であり、この検出点以後、図９（５）のシリアル信号ＳＤＩＧＳは一定間隔ＴＦで繰り返すパルスに切り替わる。図示されていないが、この一定間隔ＴＦの繰り返しパルスは、同様の状態がＥ−Ｏ変換回路１５ａを通じて光信号ＳＤＩＧＬとなり、光ファイバー４１ａを通じて主制御装置１に伝送される。これにより、主制御装置１は地絡故障の発生を認識することができる。なお、上記パルスの間隔ＴＦは、図９（４）のシリアル信号ＳＩＧが出力される周期Ｔより短ければ良い。
【００６４】
上述した図９は、地絡故障の検出により、シリアル信号ＳＤＩＧＳとして一定間隔ＴＦのパルスを出力する例であるが、主制御装置１に故障状態を伝える例としては、図１０（５）に示すように、故障検出点以前の故障がない状態で一定間隔ＴＦのパルスを出力しておき、故障が発生したら一定間隔ＴＦのパルス出力を停止する方法や、図１１（５）に示すように、一定間隔ＴＦのパルスは故障の有無に関わらず出力するが、故障検出点付近でパルスの間隔をＴＦＦのようにＴＦより長くする方法でも良い。
以上の説明は、地絡電流から地絡故障を検出する場合の処理であるが、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の電流を検出してその過電流状態によりシリアル信号ＳＤＩＵＳ，ＳＤＩＶＳ，ＳＤＩＷＳを切り替え、光信号ＳＤＩＵＬ，ＳＤＩＶＬ，ＳＤＩＷＬとして主制御装置１に伝送する動作も基本的に同様であるため、これらの説明は省略する。
【００６５】
図４に示した状態検出装置２では、故障の検出を主制御装置１側で実施する構成となるため、故障検出後に早急に装置を停止する必要がある過電流検出では必要な動作が遅れる恐れがあるが、図８に示した状態検出装置２Ａでは、故障検出のための回路を内蔵しているので、過電流検出の場合も必要な動作が遅れることがなくなり、結果として装置の信頼性を一層高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明に係る状態検出装置は、産業用の可変速駆動装置や電源系統に連系させる電力変換装置等に利用することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１：主制御装置
２，２Ａ：状態検出装置
３，５：制御電源
１１ａ〜１１ｄ：電圧変換回路
１２ａ〜１２ｄ，１３ａ〜１３ｄ：ＡＤ（アナログ−ディジタル）変換回路
１４ａ〜１４ｄ：シリアル変換回路
１５ａ〜１５ｄ：Ｅ−Ｏ（電気−光）変換回路
１６ａ：地絡故障検出回路
１６ｂ：Ｕ相過電流検出回路
１６ｃ：Ｕ相過電流検出回路
１６ｄ：Ｗ相過電流検出回路
１７ａ〜１７ｄ：シリアル信号切替器
２１：電源回路
４１ａ〜４１ｄ：光ファイバー
５１  整流回路
５３  間欠信号発生回路
５４  Ｅ−Ｏ（電気−光）変換回路
５５  Ｏ−Ｅ（光−電気）変換回路
６３，６４，６４Ｕ１〜６４Ｕ３，６４Ｖ１〜６４Ｖ３，６４Ｗ１〜６４Ｗ３：光ファイバー
１０１，１０４，２０１，２０４：電力変換装置
１０２，１０３，３０１，３０６：単相電力変換器
２０２：多巻線変圧器
２０３：電動機
２０５：変圧器
３０２：ダイオード整流回路
３０３：単相２レベル変換器
３０４，３１０，３１４，３１８：補助制御装置
３０５，３０９，３１３，３１７：制御電源
３０６：単相電力変換器
３０７：ダイオード整流回路
３０８：単相３レベル変換器
４０１，４０６，５０２：主制御装置
４０２，５０１：地絡故障検出器
４０３：Ｕ相電流検出器
４０４：Ｖ相電流検出器
４０５：Ｗ相電流検出器
ａ，ｂ，ｃ：交流入力端
ｘ，ｙ：交流出力端
Ｕ：Ｕ相出力端
Ｖ：Ｖ相出力端
Ｗ：Ｗ相出力端
Ｐ：正側母線
Ｎ：負側母線
Ｏ：中性点
Ｅ：接地端子
Ｇ：接地点
Ｃ１：コンデンサ
ＲＤＩＧ，ＲＤＩＵ，ＲＤＩＶ，ＲＤＩＷ：抵抗素子
ＳＲ：シリアル受信光−電気変換モジュール
ＰＳＤ，ＰＬＣＴＲ：電源線
ＰＳ：電源供給端子
Ｒ１〜Ｒ３，Ｓ１〜Ｓ３，Ｔ１〜Ｔ３：２次側巻線出力端
ＩＮＶ−Ｕ１〜ＩＮＶ−Ｕ３：Ｕ相の単相電力変換器
ＩＮＶ−Ｖ１〜ＩＮＶ−Ｖ３：Ｖ相の単相電力変換器
ＩＮＶ−Ｗ１〜ＩＮＶ−Ｗ３：Ｗ相の単相電力変換器
ＩＮＶ−Ｗ１ａ：電源供給機能付きのＷ相の単相電力変換器
ＣＮＶ−Ｕ１〜ＣＮＶ−Ｕ３：Ｕ相の単相電力変換器
ＣＮＶ−Ｖ１〜ＣＮＶ−Ｖ３：Ｖ相の単相電力変換器
ＣＮＶ−Ｗ１〜ＣＮＶ−Ｗ３：Ｗ相の単相電力変換器
ＣＮＶ−Ｗ１ａ：電源供給機能付きのＷ相の単相電力変換器
Ｌ−Ｕ：Ｕ相リアクトル
Ｌ−Ｖ：Ｖ相リアクトル
Ｌ−Ｗ：Ｗ相リアクトル
【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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【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】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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