CN114026780A - 三相交流电动机用驱动装置、具备该驱动装置的铁道车辆以及三相交流电动机的驱动方法 - Google Patents

三相交流电动机用驱动装置、具备该驱动装置的铁道车辆以及三相交流电动机的驱动方法 Download PDF

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Abstract

具备负载、驱动该负载的逆变器装置(1)、连接在逆变器装置(1)与负载之间且将逆变器装置(1)与负载电气连接或断开的MCOK_A_4、为了检测三相的相间电压而将各端子与至少二相的电路连接的电压检测器(21a)以及检测三相的相电流的电流检测器(11)。在从逆变器装置(1)到负载的连接中，按照逆变器装置(1)、MCOK_A_4、电压检测器(21a)、电流检测器(11)、负载的顺序排列。

Description

三相交流电动机用驱动装置、具备该驱动装置的铁道车辆以 及三相交流电动机的驱动方法
技术领域
本发明涉及三相交流电动机用驱动装置、具备该驱动装置的铁道车辆以及三相交流电动机的驱动方法。
背景技术
在铁道车辆用电动机的驱动装置中，广泛使用三相交流电动机，近年来，为了铁道车辆用驱动系统的小型化、高效化的目的，作为三相交流电动机正在应用永磁型同步电动机(Permanent Magnet Synchronous Motor：以下，也使用“PMSM”的简称)。
PMSM在旋转时由于永磁体磁通在电动机的端子间产生感应电压。因此，在用于驱动PMSM的逆变器装置发生了短路故障等的状态下继续运转时，由于PMSM的感应电压，短路电流持续流过逆变器装置，并且在PMSM中产生制动力。
当即使在1台逆变器装置中成为这样的状态时，列车的加速性能也会降低，短路事故电流持续流通从而有可能导致设备被烧坏等。因此，由于1台逆变器装置的故障使得列车无法正常运转，所以在驱动PMSM的PMSM驱动装置中，有时设置在逆变器装置发生故障时将PMSM与逆变器装置电气断开的电动机开路用开闭器(Motor Cutout Contacts：以下也使用“MCOK”的简称)。
另外，驱动PMSM等三相交流电动机的逆变器装置将检测三相的相电流的电流检测器的相电流信息和检测三相的相间电压的电压检测器的线电压信息输入到控制装置，使用该相电流和线电压的信息来进行逆变驱动三相交流电动机的控制运算，或者用作保护检测用的信息，使逆变器装置等停止，负责安全，或者用于防止装置的故障。作为该结构的例子，在专利文献1及专利文献2中公开了装置故障时将PMSM与逆变器装置断开的电路结构例。对于与这些电路结构例相关的技术，在图9中作为比较例1，在图10中作为比较例2在最后进行说明。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-78254号公报
专利文献2：日本特开2013-192300号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在专利文献1以及专利文献2所示的电路结构中，例如存在以下2个课题。
第一，在电压检测器(Alternating Current Potential Transformer：以下也使用“ACPT”的简称)在相间发生了短路故障的情况下，在处于电动机开路用开闭器(MCOK)进行了释放(即开路)的状态时，存在无法用电流检测器检测电压检测器的相间短路电流的课题。与此相对，在为逆变器装置以及电动机为PMSM的情况下，特别是在切断了与该电动机的连接的情况下，希望通过在逆变器装置侧附设或内置的电流计来检测电动机产生的再生电流。
第二，在铁道车辆的用途中，多数情况下将逆变器装置晒装在车辆的地板下，此时存在以下的课题：优选配置为从逆变器装置来看相比于MCOK在后段(即靠近电动机的位置)舾装电流检测器和ACPT。其理由例如为以下2点。第一点，由于逆变器装置等驱动装置的尺寸限制，有时无法将电流检测器和ACPT晒装在逆变器装置内。另一点，在采用后安装的方式在逆变器装置内舾装MCOK的情况下，从现有的逆变器装置的电流检测器的舾装位置的观点出发，有时优选构成为在MCOK的后段晒装电流检测器及ACPT。
例如，为了在对三相交流电动机使用了感应电动机的驱动系统与使用了PSMS的驱动系统之间确保互换性并实现省力化和简单化，也有可能存在上述课题。在实际的铁道车辆中，依次推进将现有的感应电动机更换为PSMS。
用于解决课题的手段
用于解决上述课题的本发明是一种对负载进行驱动的三相交流电动机用驱动装置，其具备：逆变器装置，其具有组合了电流控制元件与整流元件的多个电流控制部，并将从电源供给的直流电力变换为三相交流电力来驱动所述负载，其中，所述电流控制元件导通或切断在一个方向上流动的电流，所述整流元件与该电流控制元件并联连接且在与该电流控制元件相反的方向上使电流导通；电动机开路用开闭器，其将所述逆变器装置与所述负载电气连接或者切断；电压检测器，其为了检测三相的相间电压而将各端子与至少二相的电路连接；以及电流检测器，其检测三相的相电流，在从所述逆变器装置到所述负载的连接中，按照所述逆变器装置、所述电动机开路用开闭器、所述电压检测器、所述电流检测器以及所述负载的顺序进行排列。
发明效果
本发明的三相交流电动机用驱动装置在电压检测器发生了短路故障的情况下，使电动机开路用开闭器进行释放。通过该电动机开路用开闭器的释放，将逆变器装置与交流电动机电气断开。即使在这样的状态下，也能够利用电流检测器检测在负载与电压检测器的路径中流过的短路电流。
作为使电动机开路用开闭器释放的情况，例如，在适用于铁道车辆的三相交流电动机用驱动装置的负载是永磁型同步电动机时，除了电压检测器的短路故障以外，逆变器装置的输出降低等故障也符合上述情况。在该情况下，还存在消除永磁型同步电动机的再生制动作用，以其他的剩余动力继续运转这样的由驾驶员等进行的最佳安全应对。
另外，在将负载从感应电动机换装为永磁型同步电动机时，只要基本设计是将为了避免在上述故障时产生的再生制动作用而需要的电动机开路用开闭器和电压检测器按照这样的顺序配置在逆变器装置的附近即可。为了确保电动机开路用开闭器的空间，将电流检测器配置在负载附近以避开该空间。换言之，即使在当初设计的逆变器装置内不需要电动机开路用开闭器，但如果确保了相应的空间，即使需要后安装也不会困扰。即，无论有无电动机开路用开闭器，都容易确保逆变器装置晒装上的结构和设备配置的互换性。
附图说明
图1是表示本发明实施方式的三相交流电动机用驱动装置(本装置)的一例的结构图。
图2是表示电压检测器的连接方式的变形例的结构图。
图3的(a)是表示逆变器单元结构的一个例子的结构图。图3的(b)是表示逆变器单元结构的另一例的结构图。
图4的(a)是表示逆变器单元配置的第一比较例的构成图。图4的(b)是表示逆变器单元配置的第二比较例(比较装置61b)的结构图。图4的(c)是表示实施例1(本装置61c)的逆变器单元配置的结构图。
图5是实施例2的本装置的结构图。
图6是实施例3的本装置的结构图。
图7是实施例4的本装置的结构图。
图8是实施例5的本装置的结构图。
图9是比较例1的三相交流电动机用驱动装置(比较装置7A)的结构图。
图10是比较装置72的结构图。
具体实施方式
以下，使用附图对作为本发明实施方式的实施例1进行说明。在三相交流电动机用驱动装置中，将本发明的实施方式所涉及的三相交流电动机用驱动装置简称为本装置，将比较例所涉及的三相交流电动机用驱动装置简称为比较装置。
实施例1
图1是表示实施例1的本装置61的一例的结构图。逆变器装置1由电流控制元件和二极管构成，其中，电流控制元件能够导通或切断从高压侧向低压侧流动的电流，二极管能够在与电流控制元件相反的方向上导通电流。
作为一般的电流控制元件，使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)、功率MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect：金属氧化物半导体场效应晶体管)等功率半导体元件。
这些功率半导体元件大多使用硅作为材料，但近年来使用了SiC(碳化硅)、GaN(氮化镓)的功率半导体元件也在增加，有助于系统的低损耗化。因此，对于在本发明的逆变器装置1中使用的电流控制元件，也可以为使用了SiC或GaN的电流控制元件。
逆变器装置1将从未图示的直流电源输出的直流电力转换为三相交流电力来驱动交流电动机2。向逆变器装置1输入的直流电源在逆变器装置的直流电源输入部将平滑电容器3与逆变器装置1并联连接，经由所述平滑电容器3与上位的直流电源连接。有时将交流电动机2作为负载进行说明。
交流电动机2使用感应电动机或PMSM_2’等。在图1中表示了逆变器装置1驱动1台交流电动机2的结构，但也可以是逆变器装置1驱动多台交流电动机2的结构。在图中，对PMSM_2’标注附图标记2’来进行区别。
在逆变器装置1的交流输出侧设置了检测各相电流值的ACPT_11a～11c、MCOK_A_4a～4c。将MCOK_A_4a～4c汇总地设为MCOK_A_4，将ACPT_11a～11c汇总地设为ACPT_11。控制装置31取入该ACPT_11的检测输出，基于该检测输出来操作逆变器装置1的各电流控制元件的开关动作，使得交流电动机2成为期望的转矩输出。
另外，在由ACPT_11检测出的电流值异常变高的情况下等，为了保护设备和确保安全，使逆变器装置1停止，进行MCOK_A_4的释放动作从而将逆变器装置1与交流电动机2电气断开。
MCOK_A_4按照从控制装置31输出的释放指令，进行将逆变器装置1与交流电动机2的三相中的各相电气连接的主电路接点的连接和断开。另外，可以是针对各相单独地接通和释放的结构，也可以是使多个相联动地接通和释放的结构。
另外，关于ACPT_11，可以是仅对两相配置了ACPT_11a、11c的结构。即，并不一定需要检测全部三相的电流，可以构成为检测三相中的任意二相，假定三相电流为平衡状态，通过运算来求出剩余一相的电流。
在逆变器装置1的交流输出侧，还在交流电动机2侧设置相间的ACPT_21a(在图1的例子中为U相与V相之间)，检测相间的电压即交流电动机的端子间电压。控制装置31等取入该ACPT_21a的检测值，在交流电动机2为PMSM_2’等的情况下，在确认该端子电压后控制逆变器装置1的输出，由此能够稳定地开始作为逆变器的动作。
在此，关于逆变器装置1、交流电动机2、MCOK_A_4、电流检测器11、ACPT_21a的各设备的连接顺序，按照逆变器装置1、MCOK_A_4、ACPT_21a、电流检测器11a～11c、交流电动机2的顺序连接而成。
本装置61通过设为以上那样的连接结构，即使在使MCOK_A_4释放从而逆变器装置1与交流电动机2被电气断开的状态下，当ACPT_21a发生了短路故障(在图1的情况下，U相与V相短路)时，也能够通过电流检测器11a、11b检测从交流电动机2到ACPT_21a的路径中流过的短路电流。
另外，在本装置61中，不只是ACPT_21a的短路故障，即使由于交流电动机2或布线的线圈烧坏或绝缘劣化而产生了相间短路，驾驶员也能够检测到。本装置61例如适用于铁道车辆用驱动装置等的用途。在该用途中，在检测出这样的短路电流的情况下，即便使所有的MCOK_A_4释放，也能够将流过短路电流的信息送到驾驶台等上位装置。如果信息到达驾驶台，则驾驶员等能够基于该信息进行安全应对。具体而言，能够中止相应车辆的驾驶，防止设备故障的损坏扩大。
相对于图1的本装置61，图2是表示ACPT_21a的连接方式不同的变形例的本装置62的构成图。在图1中表示了ACPT_21a连接在U相和V相之间一处的例子，但如图2(控制装置31未图示)所示，也可以构成为在U相和V相之间(ACPT_21a)以及所追加的V相和W相之间(ACPT_21b)这样的两处以上的相间连接了电压检测器。
图3是为了说明实施例1的本装置61，例示了不同的逆变器单元6的结构图，图3的(a)在各相中只插入(连接)了电流检测器11，图3的(b)除了在各相中插入(连接)了电流检测器11以及MCOK以外，还在相间配设了ACPT_21a。另外，图3的(a)表示铁道车辆的一般的驱动装置的单元结构例，平滑电容器3、逆变器装置1和电流检测器11是通过壳体等内置在逆变器单元6中的结构。在现有的铁道车辆的驱动装置中，对交流电动机2使用三相感应电动机，因此主要由图3(a)的虚线框包围的部分构成逆变器单元6。插入是指与电路连接。
近年来，为了实现上述驱动系统的小型化和高效化，具有对交流电动机2使用PMSM_2’的铁道车辆。此时，如图3的(b)所示，构成为在逆变器单元6内具备平滑电容器3、逆变器装置1、电流检测器11c和ACPT_21a。
特别是在现有的对交流电动机2使用了感应电动机的车辆中，有时在保持逆变器单元6的壳体尺寸和形状不变来确保互换性的同时将交流电动机2换装为PMSM_2’。例如，在对铁道车辆的驱动装置进行装置更新等的情况下，作为逆变器单元6内的内置设备而增加MCOK_A_4以及ACPT_21a。在该情况下，存在以下所示的晒装上的课题。
图4是向铁道车辆配置逆变器单元的概要说明图，图4的(a)是比较例，图4的(b)是对(a)追加了MCOK后的比较装置61b，图4的(c)通过图1、图2及图3(b)的本装置61简化了晒装。在图4的(a)中表示将逆变器单元6晒装在铁道车辆中的概要的一例，表示现有的逆变器单元6内部的设备配置的例子。
在现有的车辆中，如图4(a)的下方所示，由于逆变器单元6内的设备安装空间的制约，在逆变器单元6中，有时在外部输出用端子附近配置电流检测器11。如上所述，在将交流电动机2换装为PMSM_2’的情况下，增加MOCK_4以及电压检测器21a。此时，如果设备的连接顺序与以往相同是图10所示的顺序，则成为逆变器装置1、电流检测器11、MOCK_4的顺序。结果，如图4(b)的比较装置61b所示，逆变器单元6内的晒装变得复杂。
另一方面，如图1所示的实施例1的本装置61那样，如果设为逆变器装置1、MOCK_4、电流检测器11的顺序，则如图4(c)的本装置61c所示，能够使逆变器单元6内的晒装变得简单。由此，在现有的对交流电动机2使用了感应电动机的车辆中，在保持逆变器单元6的壳体尺寸和形状不变从而保持互换性的同时将交流电动机2换装为PMSM_2’时，会有能够简单化、省力化的效果。
实施例2
接着，使用图5对本发明的实施例2进行说明。图5是实施例2的本装置62的结构图。图5所示的实施例2的本装置62与实施例1的本装置61相比，不同点在于，在U相电路中ACPT_21a的一个连接端子连接在逆变器装置1与MCOK_A_4a之间。
通过这样的结构，图5所示的实施例2的本装置62能够切断上述短路电流。对此，即使本装置62是对于所有相中的每一相插入了一个MCOK_A的结构，在ACPT_21a发生了短路故障时，在ACPT_21a与交流电动机2之间流过短路电流。该短路电流由电流检测器11a、11b检测出并输入到控制装置31。
如果将短路电流输入到控制装置31，例如在电车的驾驶台能够由驾驶员通过手动进行安全应对，或者能够由控制装置31自动进行安全应对。即，控制装置31在该短路电流成为预定的电流值以上时，对MCOK_A_4a～4c(在图5时特别是对4a、4b)输出释放指令。由此，MCOK_A_4a～4c(在图5时特别是4a、4b)进行释放动作，从而能够切断上述短路电流。
图5不过是表示了本装置62的结构的一例。即，电压检测器21的一个连接点(端子)连接在U相电路的逆变器装置1与MCOK_A_4a之间。另外，ACPT_21a的另一个连接点(端子)连接在V相电路的MCOK_A_4b与电流检测器11b之间。
对于该结构例，可以使U相与V相的连接关系相反。即，对于与三相中的两相连接的ACPT_21a的连接点，将一个连接点连接在逆变器装置1与MCOK_A之间，将另一个连接点连接在MCOK_A与电流检测器之间。
实施例3
接着，使用图6对本发明的实施例3进行说明。图6是实施例2的本装置63的结构图。图6所示的实施例3的本装置63与图5所示的实施例2的本装置62相比，不同点在于，仅在V相中具备第一MCOK_A_4b和第二MCOK_B_5b且为串联两级开关的结构。
第二MCOK_B_5b被插入到ACPT_21a连接点与电流检测器11b之间。即，连接ACPT_21a的V相侧的连接点，使其与第一MCOK_A_4b和第二MCOK_B_5b的连接点一致。
图6表示了实施例3的本装置63还在V相与W相的相间配设了电压检测器21b的例子。在本装置63中，连接电压检测器21b的V相侧的连接点，使其与第一MCOK_A_4b和第二MCOK_B_5b的连接点一致。
本装置63能够切断接地电路(即接地电流)。在本装置63中，例如当ACPT_21a在与V相连接的一侧产生了接地时，通过电流检测器11b检测出接地电流，并将其输入到控制装置31。
如果由控制装置31检测出的接地电流成为预定值以上，则控制装置31对第二MCOK_B_5b输出释放指令。由此，能够使第二MCOK_B_5b进行释放动作从而切断接地电路(即接地电流)。
实施例4
接着，使用图7对本发明的实施例4进行说明。图7是实施例3的本装置64的结构图。图7所示的实施例4的本装置64与实施例1的本装置61相比，不同点在于，在电流检测器11a～11c和交流电动机2之间插入第二MCOK_B_5a～5c，将U、V、W三相全部设为串联两级开关的结构。
在应用了图7所示的实施例4的本装置64的铁道车辆等中，通过切断上述短路电流从而继续运转的作用效果更可靠。在此，与图1、图2及图3(b)所示的实施例1的本装置61、62进行对比说明。在本装置61、62中，当ACPT_21a发生了短路故障时，在ACPT_21a与交流电动机2之间流过短路电流，将电流检测器1a、1b检测出的短路电流输入到控制装置31。
如果能够切断上述短路电流，则在应用了本装置64的铁道车辆等中能够继续运转。即，在铁道车辆用驱动装置等中，构成了多个相同的电路，所以通过仅断开发生了故障的驱动装置，能够通过其他剩余的驱动装置继续运转。
控制装置31对第二MCOK_B_5a～5c输出释放指令。在图7的本装置64中，特别是使5a、5b进行释放动作从而切断由ACPT_21a的短路故障引起的短路电流的效果好。
在图7的本装置64中，在ACPT_21a等发生了故障时通过进行如此的应对，能够防止由于持续流过短路电流而在交流电动机中产生制动力的情况，该短路电流是由于ACPT_21a、交流电动机2(特别是交流电动机为PMSM_2’时)的再生电力而产生的。
另外，如图7所示，设为在各相有2台电动机开路用开闭器，由此在逆变器装置1启动时，在将设置在交流电动机2(PMSM_2’)侧的第二MCOK_B_5接通(闭路)后，将第一MCOK_A_4接通。
更详细而言，首先接通第二MCOK_B_5，通过ACPT_21a检测交流电动机2的相间电压(端子间电压)来推定电动机的转子位置和速度。
然后，基于推定出的位置、速度信息在由控制装置31启动了逆变器装置1的状态下，接通第一MCOK_A。由此，能够防止过电流或转矩振动等的动作，稳定地开始作为逆变器的动作。
实施例5
图8是实施例5的本装置65的结构图。图8所示的实施例5的本装置65与图7所示的实施例4的本装置64相比存在以下的不同点。即，本装置65在相对于第二MCOK_B_5a～5c靠近交流电动机2’的一侧设置了电流检测器11a～11c。
另外，本装置65在连接ACPT_21a的二相中的单侧1相(在图8中为U相侧)中将ACPT_21a连接在第一MCOK_A_4a和第二MCOK_B_5a之间。另外，本装置65在另一单侧的一相(在图8中为V相)中将ACPT_21a连接在第二MCOK_B_5b和电流检测器11b之间。
这种结构的本装置65能够如图7所示的实施例4的本装置64那样稳定地开始作为逆变器的动作，并且安全性得到提高。即，本装置65通过第一MCOK_A_4a～4c、第二MCOK_B_5a～5c的接通顺序，能够防止过电流和转矩振动等的动作。
结果，能够稳定地开始作为逆变器的动作。另外，在本装置65中将电流检测器11a～11c配置在交流电动机2(2’)的附近，从而能够进一步检测出交流电动机侧的短路故障导致的短路电流，安全性得到提高。
以下说明在图9的比较装置71和图10的比较装置72中，在发生了故障时永磁型同步电动机(PMSM_2’)2’进行再生动作的不良情况。图1～图8所示的本装置61～65的交流电动机2是感应电动机或PMSM_2’中的任意一个，在图9、图10的比较装置71、72中，限定为PMSM_2’进行了说明，所以将电动机的符号设为2’来进行区别。
[比较例1]
图9是比较例1的三相交流电动机用驱动装置(比较装置71)的结构图。在图9中作为比较例1表示的比较装置71在逆变器装置1与PMSM_2’的连接配线中插入了不同相的电流检测器11a、11b和MCOK_A_4a～4c。此外，比较装置71在相间配置了ACPT_21a。
关于这些设备的连接顺序，在从逆变器装置1到PMSM_2’之间，以MCOK_A_4a～4c为边界，电流检测器11a、11b被插入到靠近逆变器装置1的一侧，所以远离PMSM_2’。因此，在MCOK_A_4a～4c为释放状态下，无法测量MCOK_B_4的再生电流。
以MCOK_A_4a～4c为边界，将ACPT_21a配设在靠近PMSM_2’的一侧。因此，在MCOK_A_4a～4c为释放状态下，能够测量PMSM_2’的再生电压，但在ACPT_21a发生了短路故障的情况下，仅通过来自驾驶台的操作难以切断该故障部位。结果，不得不放弃通过其他健康的动力使电车继续运转。
[比较例2]
图10是比较装置72的结构图。在图10中例示了作为比较例2所示的比较装置72被用于作为铁道车辆的一般的直流电车。若为直流电车，则比较装置72构成为一方与直流电车线连接，另一方与车轮等采取接地的部分连接。相对于直流电车线，平滑电容器3的直流电源上位侧经由作为集电装置的集电弓52与平滑电抗器51连接。
此外，已知有对交流架线的交流电力进行整流而得到直流电力的结构、或者通过第三铁轨方式得到直流电力的结构。并且，也可以使用通过非接触电力传输得到交流电力并通过整流器转换为直流电力的结构等。
图10的比较装置72除了在逆变器装置1与PMSM_2’的连接配线中插入不同相的电流检测器11a、11b和MCOK_A_4a～4c以外，在相间还配设有ACPT_21a。
图10的比较装置72和图9的比较装置71两者的共同点在于，将电流检测器11a、11b设置在逆变器装置1与MCOK_A_4a～4c或ACPT_21a之间。因此，在MCOK_A_4a～4c为释放状态下，无法通过电流检测器11a、11b测量PMSM_2’的再生电流这一点上也相同。
另一方面，图10的比较装置72与图9的比较装置71这两者具有以下的不同点。即，比较装置72是在三个MCOK_A_4a～4c中仅将一个MCOK_A_4b插入到ACPT_21a和PMSM_2’之间的电路结构。另外，以MCOK_A_4b为边界，电流检测器11a、11b被配设在靠近逆变器装置1的一侧，远离PMSM_2’。
图10的比较装置72通过上述电路结构，在MCOK_A_4a～4c为释放状态下，PMSM_2’的再生电压和再生电流这两者均无法测量。但是，在ACPT_21a发生了短路故障时，仅通过来自驾驶台的操作能够切断该故障部位。结果，能够通过其他健康动力使电车继续运转。
对于本装置61～65能够总结如下。特别是图1、2、图3的(b)所示的实施例1的本装置61、62是代表例。
(1)本装置61、62是通过逆变器装置1对作为负载的三相交流电动机2进行驱动的三相交流电动机用驱动装置。在此使用的逆变器装置1具有多个电流控制部，将从电源供给的直流电力转换为U、V、W相三相交流电力来驱动负载。
电流控制部组合了电流控制元件和整流元件。电流控制元件导通或切断在一个方向流动的电流。整流元件与该电流控制元件并联连接，在与电流控制元件相反的方向上使电流导通。
本装置61、62在逆变器装置1与负载之间连接电动机开路用开闭器MCOK_A_4，通过该MCOK_A_4能够区别将逆变器装置1与负载电气连接还是断开的状态。
另外，将逆变器装置1生成的U、V、W相三相交流电提供给负载。与此相对，具有一对端子即两个端子的电压检测器ACPT_21a的各端子例如与U相和V相这样的至少两相电路连接。为了检测U、V、W相的相间电压，具有图1所示的1个ACPT_21a或图2所示的2个ACPT_21a、21b即可。
另外，用于检测从逆变器装置1向负载供给的三相的相电流的电流检测器11与U、V、W相中的各相分别一一连接。在此，从逆变器装置1到负载的电路结构如下。即，关于逆变器装置1、负载、MCOK_A_4、电流检测器11和ACPT_21a各设备的连接顺序，按照在逆变器装置1的附近为MCOK_A，接着为CPT_21a，接着为电流检测器11，接着为负载的顺序进行了连接。
这样的连接结构的本装置61、62在ACPT_21a发生了短路故障(例如，在图1的U相和V相短路)的情况下，使MCOK_A_4释放。通过该MCOK_A_4的释放，将逆变器装置1与交流电动机2电气切断。即使在这样的状态下，也能够通过电流检测器11a，11b检测流过交流电动机2与ACPT_21a的路径的短路电流。该信息能够实时地送到驾驶台等。结果，驾驶员等能够容易地进行最佳的安全应对。
作为使MCOK_A_4释放的情况，在本装置61、62的负载为PMSM_2’，例如用于铁道车辆时，除了ACPT_21a的短路故障以外，逆变器装置1的输出降低等故障也符合上述情况。在该情况下，还可存在消除PMSM_2’的再生制动作用，通过其他的剩余动力继续运转这样的由驾驶员等进行的最佳的安全应对。
通过本装置61、62的结构还能够得到以下的便利性。即，如果当初设计的负载是感应电动机，则因为没有再生制动作用所以不需要MCOK，未在逆变器装置1内设置，但只要基本设计是将随着负载从感应电动机换装为PMSM_2’而需要的MCOK以及ACPT_21a以该顺序配置在逆变器装置1附近即可。
即，为了确保MCOK以及ACPT_21a的空间，避开该空间在负载的附近配置电流检测器11。换言之，即使在当初设计的逆变器装置1内不需要MCOK以及ACPT_21a，只要确保相应的空间，即使被迫需要后安装也不会感到困扰。即，无论有无MCOK以及ACPT_21a都能够容易地确保逆变器装置1的晒装上的结构和设备配置的互换性。
(2)在图1、2、图3的(b)所示的实施例1的本装置61、62中，优选将MCOK_A_4连接在逆变器装置1和电压检测器ACPT_21a的连接点之间。这样，关于将MCOK_A_4配置在逆变器装置1附近的优越性，如上所述。
(3)在图5所示的实施例2的本装置62中，连接ACPT_21a的两相电路的连接方式如下所述。在二相电路中的一相(例如U相)的电路中，在ACPT_21a的连接点与电流检测器11a之间连接了MCOK_A_4a。另外，在另一相(例如V相)的电路中，在逆变器装置1与ACPT_21a的连接点之间连接了MCOK_A_4b。
图5所示的控制装置31对于相间电压的检测，即使ACPT_21a发生了故障，也会维持能够通过电流检测器11a～11c检测各相电流值的状态，所以容易进行相应的安全对应。
(4)在图6所示的实施例3的本装置63中，在V相中在逆变器装置1与ACPT_21a的连接点之间连接有作为第一电动机开路用开闭器的MCOK_A_4b。在该V相中，在ACPT_21a的连接点与电流检测器11b之间连接有作为第二电动机开路用开闭器的MCOK_A_5b。
根据图6所示的实施例31，例如即使ACPT_21a由于接地而产生了V相接地故障，也维持能够通过电流检测器11b检测V相接地电流的状态，因此容易进行相应的安全应对。
(5)图7所示的实施例4的本装置64在电流检测器1与负载之间具备作为第二电动机开路用开闭器的MCOK_B_5。由此，作为第二电动机开路用开闭器的MCOK_B_5相对于作为第一电动机开路用开闭器的MCOK_A_4构成串联两级的开闭器。
图7所示的控制装置31例如在装备有PMSM_2’的车辆中，即使由于ACPT_21a的短路故障而产生了再生制动状态，也维持能够通过电流检测器11a、11b检测再生电流的状态。此时，控制装置31如果释放MCOK_B_5，则容易进行相应的安全应对。
另外，在逆变器装置1启动时，通过仅将设置在PMSM_2’一侧的第二MCOK_B_5接通(使其为闭路)，当由ACPT_21a检测出PMSM_2’2的相间电压(端子间电压)时，推定电动机的转子位置和速度。然后，基于推定出的位置、速度信息在控制装置31启动了逆变器装置1的状态下，接通第一MCOK_A。由此，能够防止过电流、转矩振动等的动作，稳定地开始作为逆变器的动作。
(6)图8所示的实施例5的本装置65在逆变器装置1和电流检测器11a～11c之间，在各相分别具备由第一MCOK_A_4和第二MCOK_B_5构成的串联两级的开闭器。另外，在连接电压检测器ACPT_21a的二相中的一方U相的电路中，ACPT_21a连接在第一MCOK_A_4和第二MCOK_B_5之间。另外，在另一方V相的电路中，ACPT_21a连接在第二MCOK_5b和电流检测器11b之间。
这样结构的本装置65与图7所示的实施例4的本装置64相比，能够更加稳定地开始作为逆变器的动作，并且安全性得到提高。即，本装置65通过第一MCOK_A_4a～4c、第二MCOK_B_5a～5c的接通顺序能够防止过电流和转矩振动等的动作。另外，在本装置65中将电流检测器11a～11c配置在交流电动机2的附近，因此能够进一步检测出由于交流电动机侧的短路故障导致的短路电流，安全性得到提高。
附图标记的说明
1：逆变器装置、2：(作为负载的)三相交流电动机、2’：(作为负载的PMSM)永久磁铁型同步电动机、4，4a～4c：第一电动机开路用开闭器(MCOK_A)、5，5a～5c：第二电动机开路用开闭器(MCOK_B)、11,11a～11c：电流检测器、21a，21b：电压检测器(ACPT)、31：控制装置、61～65：三相交流电动机用驱动装置(本装置)。

Claims (13)

1.一种驱动负载的三相交流电动机用驱动装置，其特征在于，具备：
逆变器装置，其具有组合了电流控制元件和整流元件的多个电流控制部，将从电源供给的直流电力变换为三相交流电力来驱动所述负载，其中，所述电流控制元件导通或切断在一个方向上流动的电流，所述整流元件与该电流控制元件并联连接且在与该电流控制元件相反的方向上使电流导通；
电动机开路用开闭器，其将所述逆变器装置与所述负载电气连接或者切断；
电压检测器，其为了检测三相的相间电压而将各端子与至少二相的电路连接；以及
电流检测器，其检测三相的相电流，
在从所述逆变器装置到所述负载的连接中，按照所述逆变器装置、所述电动机开路用开闭器、所述电压检测器、所述电流检测器以及所述负载的顺序进行了排列。
2.根据权利要求1所述的三相交流电动机用驱动装置，其特征在于，
所述电动机开路用开闭器连接在所述逆变器装置与所述电压检测器的连接点之间。
3.根据权利要求1所述的三相交流电动机用驱动装置，其特征在于，
在连接所述电压检测器的两相电路中的一个相的电路中，将所述电动机开路用开闭器与所述电压检测器的连接点和所述电流检测器相连接，在另一相的电路中，将所述电动机开路用开闭器与所述逆变器装置和所述电压检测器的连接点相连接。
4.根据权利要求3所述的三相交流电动机用驱动装置，其特征在于，
在所述逆变器装置与所述电压检测器的连接点之间具备第一电动机开路用开闭器的相中，将第二电动机开路用开闭器与所述电压检测器的连接点和所述电流检测器相连接。
5.根据权利要求1所述的三相交流电动机用驱动装置，其特征在于，
在所述电流检测器与所述负载之间具备第二电动机开路用开闭器。
6.根据权利要求1所述的三相交流电动机用驱动装置，其特征在于，
在所述逆变器装置与所述电流检测器之间，在各相分别具备由第一电动机开路用开闭器和第二电动机开路用开闭器构成的串联两级的开闭器，连接所述电压检测器的二相中的一相的电路连接在所述第一电动机开路用开闭器与所述第二电动机开路用开闭器之间，另一相的电路连接在所述第二电动机开路用开闭器与所述电流检测器之间。
7.一种铁道车辆，其特征在于，
具备权利要求1～6中的任意一项所述的三相交流电动机用驱动装置。
8.一种三相交流电动机的驱动方法，其是由逆变器装置将三相交流电动机作为负载进行驱动的方法，该逆变器装置将从电源供给的直流电力转换为三相交流电力，
其特征在于，
所述逆变器装置具有组合了电流控制元件和整流元件的多个电流控制部，其中，所述电流控制元件导通或切断在一个方向上流动的电流，所述整流元件与该电流控制元件并联连接且在与该电流控制元件相反的方向上使电流导通，
在从所述逆变器装置到所述负载按照所述逆变器装置、电动机开路用开闭器、电压检测器、电流检测器以及所述负载的顺序连接而成的电路结构中，各端子与至少两相的电路连接的所述电压检测器检测三相的相间电压，
所述电流检测器检测三相的相电流，
基于检测到的所述相间电压或所述相电流，通过连接在所述逆变器装置与所述负载之间的电动机开路用开闭器来将所述逆变器装置与所述负载电气连接或断开。
9.根据权利要求8所述的三相交流电动机的驱动方法，其特征在于，
所述电动机开路用开闭器被连接在所述逆变器装置与所述电压检测器的连接点之间。
10.根据权利要求8所述的三相交流电动机的驱动方法，其特征在于，
在连接所述电压检测器的两相电路中的一相的电路中，将所述电动机开路用开闭器与所述电压检测器的连接点和所述电流检测器连接，在另一相的电路中，将所述电动机开路用开闭器与所述逆变器装置和所述电压检测器的连接点连接。
11.根据权利要求10所述的三相交流电动机的驱动方法，其特征在于，
在所述逆变器装置与所述电压检测器的连接点之间具备第一电动机开路用开闭器的相中，将第二电动机开路用开闭器与所述电压检测器的连接点和所述电流检测器连接。
12.根据权利要求8所述的三相交流电动机的驱动方法，其特征在于，
在所述电流检测器与所述负载之间配设有第二电动机开路用开闭器。
13.根据权利要求8所述的三相交流电动机的驱动方法，其特征在于，
在逆变器装置与所述电流检测器之间，在各相分别配设了由第一电动机开路用开闭器和第二电动机开路用开闭器构成的串联两级的开闭器，连接了所述电压检测器的二相中的一个相的电路连接在所述第一电动机开路用开闭器和所述第二电动机开路用开闭器之间，另一个相的电路连接在所述第二电动机开路用开闭器与所述电流检测器之间。
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