JP2008141886A - 地絡検出保護回路を有するｐａｍインバータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体素子にストレスをかける事無く、安全確実に地絡保護をすることができる地絡検出保護回路を有するＰＡＭインバータ装置を提供する。
【解決手段】地絡検出保護回路１は、２次側平滑コンデンサ１２とインバータ１９との間の正側直流母線に接続された回路開閉部１６と、インバータ１９の電源入力部と並列に接続されインバータ１９の電源入力部の電圧を分圧する分圧部１８と、分圧部１８の分圧電圧を整流する整流器２０と、整流器２０により整流された電圧を検出する電圧検出器２１と、を備え、電源投入時またはモータ停止中に回路開閉部１６を開路とし、電圧検出器２１による検出電圧に基づいて地絡有無を判断し、地絡検出した場合は、回路開閉部１６が開路した状態を保持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、地絡検出保護回路を有する電力変換装置に関し、特に、電源投入時やモータ停止中に地絡を検出する地絡検出保護回路を有するＰＡＭ（Ｐｕｌｓｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）インバータ装置に関する。

従来の地絡検出回路を有する電力変換装置は、交流電源を直流に変換するコンバータと並列に接続されたメインコンデンサと直流を交流に変換しモータを制御するインバータとの間の正の電流路にトランジスタを接続し、電源投入時にトランジスタをオフして電流路を遮断し、モータからインバータのパワートランジスタ、負の電流路を経て電源に流れ込む電流の有無を調べることにより地絡を検出するものである（例えば、特許文献１参照）。
図４は、従来技術を示す地絡検出保護回路を有する電力変換装置の構成図である。
図４において、１０は交流電源、２２はモータ、５２はサイリスタ、５３はメインコンデンサ、５４はトランジスタ、５５はダイオード、５６はＵ相上側トランジスタ、５７はＶ相上側トランジスタ、５８はＷ相上側トランジスタ、５９はＵ相下側トランジスタ、６０はＶ相下側トランジスタ、６１はＷ相下側トランジスタ、６２、６３、６４、６５、６６、６７はフライホイールダイオード、６８は電流検出用抵抗である。
以下、図４を用いて、従来技術の地絡検出保護回路を有する電力変換装置における地絡検出動作を説明する。
電源投入時に、トランジスタ５４をオフしてメインコンデンサ５３に流れる電流を阻止する。モータ２２の地絡している相がＵ相であるか調べるには、Ｕ相下側トランジスタ５９をオンして、電源へ流れこむ電流の有無を検出する。流れ込む電流が有れば地絡していることになる。同様に、Ｖ相、Ｗ相を調べ、Ｕ、Ｖ、Ｗ相のいずれも地絡していなければトランジスタ５４をオンして通常の動作を行なう。
このように、従来の地絡検出保護回路を有する電力変換装置は、直流母線の正側を切り離して、インバータ部の１相をオンした際の電源側へ流れ込む電流を検出することにより地絡検出するものである。
特開平５−０３０７９３号公報（第２頁、第１図）

しかしながら、従来の地絡検出保護回路を有する電力変換装置は、インバータ部の１相をオンして電源側へ流れ込む電流を検出することにより地絡検出を行っているため、瞬時的に過大な電流が流れインバータ部のトランジスタにストレスをかけてしまうという問題があった。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、トランジスタやフライホイールダイオードなどの半導体素子にストレスをかける事無く、安全確実に地絡保護をすることができる地絡検出保護回路を有するＰＡＭインバータ装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決する為、請求項１に記載の発明は、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記直流電圧を平滑する１次側平滑コンデンサと、前記平滑した直流電圧を交流に変換しモータを駆動するインバータと、前記１次側平滑コンデンサと前記インバータ間の正側直流母線に直列接続された自己消弧可能な半導体スイッチング素子およびリアクトルと、前記自己消弧可能な半導体スイッチング素子と並列接続されたダイオードと、前記インバータの電源入力部に並列接続された２次側平滑コンデンサと、前記２次側平滑コンデンサの負側と前記２次側平滑コンデンサの正側に接続された前記リアクトルに並列接続されたフライホイールダイオードと、前記インバータの出力部における地絡を検出して保護する地絡検出保護回路と、を備えたＰＡＭインバータ装置において、前記地絡検出保護回路は、前記２次側平滑コンデンサと前記インバータの間の正側直流母線に接続され前記正側直流母線を開閉する回路開閉部と、前記インバータの電源入力部と並列に接続され前記インバータの電源入力部の電圧を分圧する分圧部と、前記分圧部の分圧電圧を整流する整流器と、前記整流器により整流された電圧を検出する電圧検出器と、を備え、前記地絡検出保護回路は、電源投入時または前記モータ停止中に前記回路開閉部を開路し前記電圧検出器による検出電圧に基づいて地絡有無を判断するものであることを特徴としている。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の地絡検出保護回路を有するＰＡＭインバータ装置において、前記地絡検出保護回路は、地絡を検出した場合は前記回路開閉部を開路状態を保持するように制御し、地絡を検出しなかった場合は前記回路開閉部を閉路するように制御するものであることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によると、平滑コンデンサとインバータを回路開閉部で切り離してインバータの直流母線間に発生する電圧を検出することで地絡検出するようにしているので、インバータ出力端子が配線ミスなどで地絡している場合でも、トランジスタやフライホイールダイオードなどの半導体素子にストレスをかけることなく確実に地絡保護をすることができる。

また、請求項２に記載の発明によると、請求項１に記載の発明による効果に加え、地絡を検出した場合は、回路開閉部が開路した状態を保持するようにしているので、安全に地絡保護をすることができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明を示す地絡検出保護回路を有するＰＡＭインバータ装置の構成図である。
図１において、１は地絡検出保護回路、１０は交流電源、１１は交流電圧を直流電圧に変換するコンバータである整流ダイオードブリッジ、１２は直流電圧を平滑する１次側平滑コンデンサ、１３はダイオード、１４は自己消弧可能な半導体スイッチング素子であり、ＰＡＭ制御を行なう昇圧用トランジスタ、１５は昇圧用リアクトル、１６は回路開閉部としての開閉器、１７は２次側平滑用コンデンサ、１８は分圧部でありインバータ直流母線間の分圧電圧の検出抵抗、１９は平滑した直流電圧を交流に変換しモータを駆動するインバータ、２０は整流器、２１は電圧検出器としてのＡ／Ｄ変換器、２２はモータ、６９はフライホイールダイオードである。
本発明が、図４に示す従来技術と異なる点は以下のとおりである。
すなわち、本発明は、ＰＡＭインバータ装置を構成しており、２次側平滑コンデンサ１７とインバータ１９との間の正側直流母線と直列に接点が接続された開閉器１６と、インバータ１９の電源入力部と並列に接続され、インバータ１９の電源入力部の電圧を分圧する分圧部１８と、分圧部１８の分圧電圧を整流する整流器２０と、整流器２０により整流された電圧を検出する電圧検出器２１と、を備えるようにしている点である。
尚、本実施例では、回路開閉部１６として開閉器を用いたが、開閉器の代わりにＩＧＢＴなどの自己消弧可能な半導体スイッチング素子を用いてもよい。

図２は、本発明の地絡検出保護回路を有するＰＡＭインバータ装置における整流回路２０の構成図である。
図２において、３０はダイオード、３１はコンデンサ、３２は放電抵抗である。
以下、図２を用いて、本発明の地絡検出保護回路を有するＰＡＭインバータ装置における整流回路２０の構成を説明する。
整流回路２０は、半波整流するダイオード３０、半波整流された信号を平滑するコンデンサ３１、コンデンサ３１の電荷を所定の時定数で放電する放電抵抗３２からなっている。

図３は、本発明の地絡検出保護回路を有するＰＡＭインバータ装置における地絡検出保護動作を説明するフローチャート図である。
以下、図３を用いて本発明の地絡検出保護回路を有するＰＡＭインバータ装置における地絡検出保護動作を説明する。
先ず、ステップＳＴ１０で、開閉器１６の接点を開路した状態で電源を投入する。
次にステップＳＴ２０で、Ａ／Ｄ変換器２１を用いて整流器２０の出力に電圧が発生しているか診断する。
整流器２０の出力に電圧が発生していなければ、地絡していない事となり、ステップＳＴ３０で、開閉器１６の接点を閉路して通常の運転動作を行なう。
一方、ステップＳＴ２０で、電圧が発生していれば、ステップＳＴ４０で、地絡を検出したと判断し、開閉器１６の接点が開路した状態を保持し、異常表示や電源遮断などの保護動作を行なう。
すなわち、インバータ１９の出力回路に地絡が発生していれば インバータ１９の出力端子からインバータ１９のフライホイールダイオードを通じ直流母線間に電圧が発生するため、発生した電圧を検出抵抗１８で分圧して整流器２０を通した出力電圧をＡ／Ｄ変換器２１を用いて検出することにより、地絡を検出することができるのである。
さらに、ＰＡＭインバータ装置は、モータ２２停止中２次側コンデンサ１７を無充電にするため、電源投入時だけでなくモータ２２停止中でも同様の手順で地絡検出が可能である。

このように、本発明に係る地絡検出保護回路を有するＰＡＭインバータ装置は、２次側平滑コンデンサ１７とインバータ１９との間の正の直流母線を開閉器１６の接点にて切り離す構成としているため、地絡発生時のインバータ１９のフライホイールダイオード及び２次側平滑コンデンサ１７への突入電流を阻止でき、かつインバータ１９の直流母線間の電圧を検出する事で、インバータ１９の半導体素子にストレスをかける事無く地絡を確実に検出し安全に保護をすることができる。

本発明を示す地絡検出保護回路を有するＰＡＭインバータ装置の構成図 本発明の地絡検出保護回路を有するＰＡＭインバータ装置における整流回路２０の構成図 本発明の地絡検出保護回路を有するＰＡＭインバータ装置における地絡検出保護動作を説明するフローチャート図 従来技術を示す地絡検出保護回路を有する電力変換装置の構成図

符号の説明

１ 地絡検出保護回路
１０ 交流電源
１１ 整流ダイオードブリッジ
１２ １次側平滑コンデンサ
１３、３０、５５ ダイオード
１４、５４ トランジスタ
１５ リアクトル
１６ 開閉器
１７ ２次側平滑用コンデンサ
１８ 検出抵抗
１９ インバータ
２０ 整流器
２１ Ａ／Ｄ変換器
２２ モータ
３１ コンデンサ
３２ 放電抵抗
５２ サイリスタ
５３ メインコンデンサ
５６ Ｕ相上側トランジスタ
５７ Ｖ相上側トランジスタ
５８ Ｗ相上側トランジスタ
５９ Ｕ相下側トランジスタ
６０ Ｖ相下側トランジスタ
６１ Ｗ相下側トランジスタ
６２、６３、６４、６５、６６、６７ フライホイールダイオード
６８ 電流検出用抵抗
６９ フライホイールダイオード

Claims (2)

1. 交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ（１１）と、
   前記直流電圧を平滑する１次側平滑コンデンサ（１２）と、
   前記平滑した直流電圧を交流に変換しモータ（２２）を駆動するインバータ（１９）と、
   前記１次側平滑コンデンサ（１２）と前記インバータ（１９）間の正側直流母線に直列接続された自己消弧可能な半導体スイッチング素子（１４）およびリアクトル（１５）と、
   前記自己消弧可能な半導体スイッチング素子（１４）と並列接続されたダイオード（１３）と、
   前記インバータ（１９）の電源入力部に並列接続された２次側平滑コンデンサ（１７）と、
   前記２次側平滑コンデンサ（１７）の負側と前記２次側平滑コンデンサ（１７）の正側に接続された前記リアクトル（１５）に並列接続されたフライホイールダイオード（６９）と、
   前記インバータ（１９）の出力部における地絡を検出して保護する地絡検出保護回路（１）と、を備えたＰＡＭインバータ装置において、
   前記地絡検出保護回路（１）は、
   前記２次側平滑コンデンサ（１２）と前記インバータ（１９）の間の正側直流母線に接続され前記正側直流母線を開閉する回路開閉部（１６）と、
   前記インバータ（１９）の電源入力部と並列に接続され前記インバータ（１９）の電源入力部の電圧を分圧する分圧部（１８）と、
   前記分圧部（１８）の分圧電圧を整流する整流器（２０）と、
   前記整流器（２０）により整流された電圧を検出する電圧検出器（２１）と、を備え、
   前記地絡検出保護回路（１）は、電源投入時または前記モータ（２２）停止中に前記回路開閉部（１６）を開路し前記電圧検出器（２１）による検出電圧に基づいて地絡有無を判断するものであることを特徴とする地絡検出保護回路を有するＰＡＭインバータ装置。
2. 前記地絡検出保護回路（１）は、
   地絡を検出した場合は前記回路開閉部（１６）を開路状態を保持するように制御し、
   地絡を検出しなかった場合は前記回路開閉部（１６）を閉路するように制御するものであることを特徴とする請求項１に記載の地絡検出保護回路を有するＰＡＭインバータ装置。

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