JP2018157745A - ３相インバータの診断装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明が解決しようとする技術的課題は、安全を確保しながらスイッチング素子の開放および短絡、出力線の地絡を診断することができる３相インバータの診断装置を提供することである。【解決手段】３相インバータの診断装置が開示される。本発明の３相インバータの診断装置は、直流リンクに配置されたキャパシタと直列に連結されるリレー；前記リレーに並列に連結される初期充電抵抗；３相出力線への電源供給を調節するスイッチング素子を含むインバータ部；前記直流リンクと前記インバータ部を連結する連結線上に配置されて電流を感知する電流センサー；及び前記スイッチング素子を駆動して、前記電流の感知有無によって前記スイッチング素子の開放および短絡のうち少なくともいずれかを診断する制御部；を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、３相インバータの診断装置に関する。
電動機（ｍｏｔｏｒ）のような電力系統を制御するインバータの代表的な故障は、電力系統への出力信号を制御するＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のようなスイッチング素子の開放（ｏｐｅｎ）及び短絡（ｓｈｏｒｔ）、そして３相出力線上における地絡（ｇｒｏｕｎｄ ）である。
スイッチング素子の開放の場合、電力系統を構成する負荷に出力信号が伝達されず、非正常制御または制御不可の状況が生じ得る。
スイッチング素子の短絡の場合、インバータ部内で製品を動作する際に電源端と直流リンクキャパシタの間に閉回路が生成され、非常に大きい電流が発生され得る。このように、所望しない大きい電流の発生は、キャパシタ、スイッチング素子などの焼損に繋がり、使用者に害を与える２次事故まで引き起こす可能性がある。
３相出力線上における地絡は、出力線上のうち少なくともいずれかで電流の経路が分けられる結果、３相電流の平衡が成さらなくなる。不平衡が発生すると、３相電圧、電流を正確に判断し難いだけでなく、これに基づく制御はさらに難しくなる。
従来には、スイッチング素子の開放または短絡によるリスクを防止するため過電流が検出される場合、スイッチング素子のゲーティング（ｇａｔｉｎｇ）信号を遮断し、トリップ（ｔｒｉｐ）を発生してインバータの動作を中止する。このような従来の動作は、インバータを保護するだけであって、スイッチング素子や出力線のうち、どの部分に故障が発生したかに対する正確な情報が分からない限界がある。
本発明が解決しようとする技術的課題は、安全を確保しながらスイッチング素子の開放および短絡、出力線の地絡を診断することができる３相インバータの診断装置を提供することである。
上記のような技術的課題を解決するために、本発明の一実施形態の３相インバータの診断装置は、直流リンクに配置されたキャパシタと直列に連結されるリレー；前記リレーに並列に連結される初期充電抵抗；３相出力線への電源供給を調節するスイッチング素子を含むインバータ部；前記直流リンクと前記インバータ部を連結する連結線上に配置されて電流を感知する電流センサー；及び前記スイッチング素子を駆動して、前記電流の感知有無によって前記スイッチング素子の開放および短絡のうち少なくともいずれかを診断する制御部；を含んでいてもよい。
本発明の一実施形態において、前記制御部は、前記診断の前にインバータ部から３相電源の供給を受ける電力系統に印加される電源を遮断して、診断のほか印加電源を遮断することができる。
本発明の一実施形態において、前記制御部は、前記インバータ部から３相電源の供給を受ける電力系統に印加される電源を遮断した後、前記直流リンクのキャパシタで電源が供給される間、前記キャパシタの電源を用いて前記スイッチング素子の開放および短絡のうち少なくともいずれかを診断することができる。
本発明の一実施形態において、前記スイッチング素子は、３相それぞれに対する出力線と前記キャパシタの第１極の間にそれぞれ配置される上段スイッチング素子；及び３相それぞれに対する出力線と前記キャパシタの第１極と反対である第２極の間にそれぞれ配置される下段スイッチング素子；を含んでいてもよい。
本発明の一実施形態において、前記制御部は、前記直流リンク、前記３相のうちいずれか相に対する出力線および他の１個の相に対する出力線が閉回路を成すように前記スイッチング素子を選択的に駆動して、前記スイッチング素子の開放有無を決定する。
本発明の一実施形態において、前記制御部は、それぞれの前記スイッチング素子を独立に駆動して、前記電流の感知有無によって前記スイッチング素子の短絡有無を決定する。
本発明の一実施形態において、前記制御部は、前記スイッチング素子のうちいずれかを駆動して、既設定値以上の大電流が感知されるか否かによって駆動されたスイッチング素子と同じ相に連結されたスイッチング素子の短絡有無を決定する。
また、上記のような技術的課題を解決するために、本発明の一実施形態の３相インバータの診断装置は、直流リンクに配置されたキャパシタと直列に連結されるリレー；前記リレーに並列に連結される初期充電抵抗；３相出力線への電源供給を調節するスイッチング素子を含むインバータ部；前記直流リンクと前記インバータ部を連結する連結線のうちいずれか極に配置されて第１電流を感知する第１の電流センサー；前記直流リンクとインバータ部を連結する連結線のうち、前記第１の電流センサーが配置された連結線と異なる連結線に配置されて第２電流を感知する第２の電流センサー；及び前記スイッチング素子を駆動して、前記第１電流と前記第２電流の平衡有無によって３相出力線の地絡を診断する制御部；を含んでいてもよい。
本発明の一実施形態において、前記スイッチング素子は、３相それぞれに対する出力線と前記キャパシタの第１極の間にそれぞれ配置される上段スイッチング素子；及び３相それぞれに対する出力線と前記キャパシタの第１極と反対である第２極の間にそれぞれ配置される下段スイッチング素子；を含んでいてもよい。
本発明の一実施形態において、前記制御部は、前記直流リンク、前記３相のうちいずれか相に対する出力線および他の２個の相に対する出力線が閉回路を成すように前記スイッチング素子を選択的に駆動して、前記第１電流と前記第２電流の平衡有無によって前記いずれか相の地絡有無を決定する。
本発明は、出力電源印加を遮断した後、スイッチング素子の開放および短絡そして出力線の地絡を診断することができる効果がある。
本発明は、前記診断の際に発生し得る過電流を防止する効果がある。
本発明は、診断の結果を貯蔵して故障がある場合は、トリップを発生して事故を予め防止することができる効果がある。
本発明の一実施形態による３相インバータの診断装置を示した図面である。 本発明の一実施形態による３相インバータの診断装置のインバータ部内部のスイッチング素子の連結状態を示した図面である。 本発明の一実施形態によるスイッチング素子の開放および短絡診断方法を示した図面である。 本発明の一実施形態によるスイッチング素子の開放診断方法を示した詳細図面である。 本発明の一実施形態によるスイッチング素子の開放診断方法を示した詳細図面である。 本発明の一実施形態によるスイッチング素子の短絡診断方法を示した詳細図面である。 本発明の一実施形態による３相インバータの診断装置の一部動作を示した手順図である。 本発明の一実施形態による３相インバータの診断装置を示した図面である。 本発明の一実施形態によるスイッチング素子の開放および短絡診断と地絡診断方法を示した図面である。 本発明の一実施形態による地絡診断方法を示した詳細図面である。
本発明は、多様な変更を加えることができ、様々な実施形態を有するところ、特定の実施形態を図面に例示して詳細な説明に詳説する。しかし、これは、本発明を特定の実施形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるあらゆる変更、均等物ないし代替物を含むと理解しなければならない。
以下、添付の図面を参照して、本発明による望ましい一実施形態を詳明する。
電力系統３００コントロールユニット２００は、３相交流電源４００（Ｒ相、Ｓ相およびＴ相）を整流するコンバータ部２１０、整流された電源を平滑する直流リンクのキャパシタ及びインバータ部２２０を含んでいてもよい。
インバータ部２２０は、平滑された直流電源をさらに３相の交流電源に切り替えて電力系統３００に提供する。
本発明は、このような３相インバータのインバータ部２２０のスイッチング素子または電力系統３００へ出力される３相の出力線（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）に対する地絡について診断する３相インバータの診断装置に関する。
図１は、本発明の一実施形態による３相インバータの診断装置を示した図面である。
図１を参照すると、本発明の一実施形態による３相インバータの診断装置は、キャパシタ１１０、初期充電部１２０、初期充電抵抗１２２、リレー１２４、電流センサー１３０、検出部１４０、制御部１５０、制御電源供給部１６０、貯蔵部１７０、及び表示部１８０を含む。
キャパシタ１１０は、３相交流電源４００を整流するコンバータ部２１０と、インバータ部２２０を連結する線に両端が１つずつ連結される直流リンク（ＤＣ−ｌｉｎｋ）に配置される。キャパシタ１１０は、整流された電源を平滑化することができる。
初期充電部１２０は、直流リンクに配置されたキャパシタ１１０と直列に連結されて、初期充電抵抗１２２およびリレー１２４を含む。
初期充電抵抗１２２は、キャパシタ１１０と直列に連結されて、リレー１２４は、初期充電抵抗１２２に並列に連結される。
インバータの初期動作の際に、リレー１２４は、開放状態に制御することができ、この場合、整流された電圧は、初期充電抵抗１２２に印加されて大きい電流が制限される。
キャパシタ１１０が一定時間充電された後、電圧検出部１４４によってキャパシタ１１０で予め設定された大きさ以上の直流電圧が感知されると、制御部１５０は、リレー１２４を閉鎖し、インバータ部２２０が電力系統３００を稼動できるようにする。初期充電部１２０は、上述した動作によって初期に発生し得る突入電流を抑制することができる。
初期充電部１２０は、初期に発生し得る突入電流を抑制するだけでなく、診断動作の際にも過電流を抑制することができる。
例えば、診断動作の際には、直流リンクとインバータ部２２０の間の負荷なしに閉回路が生成され得るが、この場合も、初期充電部１２０は、直流リンク内に配置されたため過電流を抑制することができる。
電流センサー１３０は、直流リンクの一極とインバータ部２２０の連結線上に配置されて、直流リンクとインバータ部２２０に流れる電流を感知することができる。電流センサー１３０は、図１で下段の連結線に連結されたと示したが、これに制限されるものではなく、上段の連結線に連結されてもよい。
検出部１４０は、電流センサー１３０によって感知された電流及び電圧センサー（未図示）によって感知された電圧を検出して、電流及び電圧に関する情報を制御部１５０に提供することができる。
電流検出部１４２は、感知された電流に対する情報を制御部１５０に提供することができる。
電圧検出部１４４は、感知された電圧に対する情報を制御部１５０に提供することができる。
制御部１５０は、インバータ部２２０のスイッチング素子を制御して、感知された電流によってインバータの故障を診断することができる。
制御部１５０は、感知される電圧によってリレー１２４を制御するか診断を中断することもできる。例えば、制御部１５０は、インバータの初期稼動の際、設定値以上の電圧と判断される場合はリレー１２４を閉鎖する。例えば、制御部１５０は、診断途中、電圧が設定値以下に低くなると診断を中断する。
制御電源供給部１６０は、制御部１５０に電源を供給する。制御部１５０は、制御電源供給部１６０から供給される電源を用いてスイッチング素子を制御する。
貯蔵部１７０は、電圧に対する設定値、後述する大電流に対する設定値、診断に関するパラメーター、スイッチング素子の制御に使用されるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号パターンなどを貯蔵する。
表示部１８０は、診断結果に関する情報を視覚的に表示することができる。例えば、制御部１５０は、診断結果を貯蔵部１７０に貯蔵して、表示部１８０に表示する。
図２は、本発明の一実施形態による３相インバータの診断装置のインバータ部２２０内部のスイッチング素子の連結状態を示した図面である。
図２を参照すると、本発明の一実施形態による３相インバータの診断装置のインバータ部２２０内部のスイッチング素子は、３相それぞれ（Ｕ、Ｖ、Ｗ）に対する出力線とキャパシタ１１０の第１極の間にそれぞれ配置される上段スイッチング素子（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）及び３相それぞれ（Ｕ、Ｖ、Ｗ）に対する出力線とキャパシタ１１０の第１極とは反対である第２極の間にそれぞれ配置される下段スイッチング素子（Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６）を含んでいてもよい。
本明細書の同じ列に配置されるスイッチング素子は、同じ相に対する出力線に連結される。また本明細書は、Ｕ相に対する上段および下段のスイッチング素子をＳａ、Ｖ相に対する上段および下段のスイッチング素子をＳｂ、そしてＷ相に対する上段および下段のスイッチング素子をＳｃと表示する。
スイッチング素子は、３相出力線への電源供給を調節することができる。ここで、同じ例にある２個のスイッチング素子は駆動されてはならない。すなわち、Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃに配置されたスイッチング素子は、同時に閉鎖するように駆動されない。例えば、ＳａにあるＳ１、Ｓ４が同時に閉鎖または短絡されると、キャパシタ１１０とＳ１、Ｓ４が閉回路を形成して非常に大きい電流が流れるようになる。
一方、本発明は、スイッチング素子のうちいずれか以上が短絡される場合を考慮して、上述したように初期充電部１２０を配置した。
図３は、本発明の一実施形態によるスイッチング素子の開放および短絡診断方法を示した図面である。
図３〜図６に対する診断方法は、本発明の一実施形態による３相インバータの診断装置によって行うことができる。したがって、本明細書では、３相インバータの診断装置の構成要素を主体として、図３〜図６の診断方法を説明する。
図３を参照すると、Ｓ３１０ステップにおいて、制御部１５０は、電力系統３００に印加される電源を遮断することができる。
Ｓ３２０ステップにおいて、制御部１５０は、診断のほか使用される印加電源を遮断することができる。診断のほか使用される印加電源は例えば、ファン（Ｆａｎ）の駆動電源などがある。
Ｓ３３０ステップにおいて、制御部１５０は、リレー１２４を開放する。リレー１２４を開放することは、電流が初期充電抵抗１２２を介して流れるようにして、スイッチング素子Ｓａ、ＳｂまたはＳｃが短絡された場合に流れる過電流を抑制するためである。
Ｓ３４０ステップにおいて、制御部１５０は、スイッチング素子を診断する。制御部１５０は、スイッチング素子を選択的に駆動して、電流の感知有無や電流が設定値以上の大きさであるか否かによってスイッチング素子の状態を診断する。
制御部１５０は、印加電源が遮断された後、キャパシタ１１０が放電されて、電圧検出部１４４の感知する電圧が設定値以下になる時間内にスイッチング素子を診断することができる。制御部１５０は、スイッチング素子を診断するにおいて、短パルスによってスイッチング素子を駆動することができる。
Ｓ３５０ステップにおいて、制御部１５０は、診断が終了した後、インバータに提供されるあらゆる電源を遮断する。
Ｓ３４１ステップにおいて、制御部１５０は、スイッチング素子の開放有無を診断して、Ｓ３４３ステップにおいて、制御部１５０は、スイッチング素子の短絡有無を診断する。開放および短絡の診断方法に対しては、図４〜図６を参照して詳説する。
Ｓ３４５ステップにおいて、制御部１５０は、診断結果をスイッチング素子パラメーターで貯蔵部１７０に貯蔵する。
図４及び図５は、本発明の一実施形態によるスイッチング素子の開放診断方法を示した詳細図面である。
図４を参照すると、Ｓ４０１ステップにおいて、制御部１５０は、開放診断用ＰＷＭパターンを入力して、スイッチング素子に対するゲーティング信号（ｇａｔｉｎｇ ｓｉｇｎａｌ）を印加する。スイッチング素子に対するＰＷＭパターンによるゲーティング信号は、Ｓ４０５〜Ｓ４９５ステップにかけて提供されて、Ｓ４０１ステップは、その開始を意味する。
次の［表１］は、スイッチング素子に印加されるＰＷＭ信号パターンを表す。
Figure 2018157745
［表１］において、１は、上段スイッチング素子を駆動して、下段スイッチング素子の駆動は解除した場合、０は、上段スイッチング素子の駆動を解除して、下段スイッチング素子を駆動する場合、−は、上段および下段スイッチング素子の駆動をいずれも解除した場合を意味する。
制御部１５０は、Ｓ１から順次にスイッチング素子を［表１］のパターンに対応するように駆動する。
Ｓ４０３ステップにおいて、制御部１５０は、それぞれのスイッチング素子に対応する１から６までの自然数ｎを１に設定する。
Ｓ４０５ステップにおいて、制御部１５０は、ｎが３を超えるか否かを判断する。ｎが３を超えない場合はＳ４０７ステップに進み、超える場合は図５のＳ４４９ステップに進む。
Ｓ４０７ステップにおいて、制御部１５０は、ｎ＋４が６を超えるか否かを判断する。超えない場合はＳ４０９ステップに進み、超える場合はＳ４１１ステップに進む。
Ｓ４０９ステップにおいて、制御部１５０は、スイッチング素子（Ｓｎ）及びスイッチング素子（Ｓｎ＋４）を駆動することができる。例えば、制御部１５０は、ｎ＝１である場合、スイッチング素子（Ｓ１）及びスイッチング素子（Ｓ５）を駆動する。
Ｓ４１１ステップにおいて、制御部１５０は、スイッチング素子（Ｓｎ）及びスイッチング素子（Ｓｎ＋１）を駆動することができる。例えば、制御部１５０は、ｎ＝２である場合、スイッチング素子（Ｓ２）及びスイッチング素子（Ｓ３）を駆動する。
Ｓ４１３ステップにおいて、制御部１５０は、電流が検出されるか否かを判断する。例えば、制御部１５０は、ｎ＝１である場合、スイッチング素子（Ｓ１）及びスイッチング素子（Ｓ５）が駆動された状態で電流が検出されるか否かを判断することである。電流が検出されない場合はＳ４１５ステップに進み、検出される場合はＳ４３１ステップに進む。
Ｓ４１５ステップにおいて、制御部１５０は、スイッチング素子（Ｓｎ＋４）またはスイッチング素子（Ｓｎ＋１）の駆動を解除する。制御部１５０は、Ｓ４０９経路を経てきた場合、スイッチング素子（Ｓｎ＋４）の駆動を解除して、Ｓ４１１経路を経てきた場合、スイッチング素子（Ｓｎ＋１）の駆動を解除する。例えば、ｎ＝１である場合、制御部１５０は、スイッチング素子（Ｓ５）の駆動を解除する。Ｓ４３１ステップにおいても、制御部１５０は、同じ方法を行うことができる。
Ｓ４１７ステップにおいて、制御部１５０は、ｎ＋５が６を超えるか否かを判断する。超えない場合はＳ４１９ステップに進み、超える場合はＳ４２１ステップに進む。Ｓ４３３ステップにおいても、制御部１５０は、同じ方法を行うことができる。
Ｓ４１９ステップにおいて、制御部１５０は、スイッチング素子（Ｓｎ＋５）を駆動することができる。例えば、ｎ＝１である場合、制御部１５０は、スイッチング素子（Ｓ６）を駆動する。Ｓ４３５ステップにおいても、制御部１５０は、同じ方法を行うことができる。
Ｓ４２１ステップにおいて、制御部１５０は、スイッチング素子（Ｓｎ＋２）を駆動することができる。例えば、ｎ＝２である場合、制御部１５０は、スイッチング素子（Ｓ４）を駆動する。Ｓ４３７ステップにおいても、制御部１５０は同じ方法を行うことができる。
Ｓ４２３ステップにおいて、制御部１５０は、電流が検出されるか否かを判断する。例えば、制御部１５０は、ｎ＝１である場合、スイッチング素子（Ｓ１）及びスイッチング素子（Ｓ６）が駆動された状態で電流が検出されるか否かを判断することである。電流が検出されない場合はＳ４２５ステップに進み、検出される場合はＳ４２７ステップに進む。Ｓ４３９ステップにおいても、制御部１５０は、同じ方法を行うことができる。
Ｓ４２５ステップにおいて、制御部１５０は、選択的に駆動された３個のスイッチング素子のうち１個以上が開放された状態であると診断結果を貯蔵する。例えば、ｎ＝１である場合、スイッチング素子（Ｓ１）とスイッチング素子（Ｓ５）を駆動した時も電流が検出されず、スイッチング素子（Ｓ１）とスイッチング素子（Ｓ６）を駆動した時も電流が検出されなければ、３個のスイッチング素子（Ｓ１、Ｓ５、Ｓ６）のうち少なくとも１個以上が開放されたことである。
Ｓ４２７ステップにおいて、制御部１５０は、スイッチング素子（Ｓｎ＋４）またはスイッチング素子（Ｓｎ＋１）を開放状態に決定する。例えば、ｎ＝１である場合、スイッチング素子（Ｓ１）とスイッチング素子（Ｓ５）を駆動した時は、電流が検出されなかったが、スイッチング素子（Ｓ１）とスイッチング素子（Ｓ６）を駆動した時は、電流が検出されれば、スイッチング素子（Ｓ５）を開放と判断することである。
Ｓ４２９ステップにおいて、制御部１５０は、スイッチング素子（Ｓｎ＋４）またはスイッチング素子（Ｓｎ＋１）の状態を開放状態に貯蔵する。
Ｓ４４１ステップにおいて、制御部１５０は、スイッチング素子（Ｓｎ＋５）またはスイッチング素子（Ｓｎ＋２）を開放状態に決定する。
Ｓ４４３ステップにおいて、制御部１５０は、スイッチング素子（Ｓｎ＋５）またはスイッチング素子（Ｓｎ＋２）の状態を開放状態に貯蔵する。
Ｓ４４５ステップにおいて、制御部１５０は、選択的に駆動された３個のスイッチング素子いずれも正常であると決定する。
Ｓ４４７ステップにおいて、制御部１５０は、３個のスイッチング素子に対するパラメーターをいずれも正常状態に貯蔵する。
図５を参照すると、Ｓ４４９ステップにおいて、制御部１５０は、ｎ−２が３を超えるか否かを判断する。超えない場合はＳ４５１ステップに進み、超える場合はＳ４５３ステップに進む。
Ｓ４５１ステップにおいて、制御部１５０は、スイッチング素子（Ｓｎ）及びスイッチング素子（Ｓｎ−２）を駆動することができる。例えば、制御部１５０は、ｎ＝４である場合、スイッチング素子（Ｓ４）及びスイッチング素子（Ｓ２）を駆動する。
Ｓ４５３ステップにおいて、制御部１５０は、スイッチング素子（Ｓｎ）及びスイッチング素子（Ｓｎ−５）を駆動することができる。例えば、制御部１５０は、ｎ＝６である場合、スイッチング素子（Ｓ６）及びスイッチング素子（Ｓ１）を駆動する。
Ｓ４５５ステップにおいて、制御部１５０は、電流が検出されるか否かを判断する。例えば、制御部１５０は、ｎ＝４である場合、スイッチング素子（Ｓ４）及びスイッチング素子（Ｓ２）が駆動された状態で電流が検出されるか否かを判断することである。電流が検出されない場合はＳ４５７ステップに進み、検出される場合はＳ４５９ステップに進む。
Ｓ４５７ステップにおいて、制御部１５０は、スイッチング素子（Ｓｎ−２）またはスイッチング素子（Ｓｎ−５）の駆動を解除する。制御部１５０は、Ｓ４５１経路を経てきた場合、スイッチング素子（Ｓｎ−２）の駆動を解除して、Ｓ４５３経路を経てきた場合、スイッチング素子（Ｓｎ−５）の駆動を解除する。例えば、ｎ＝４である場合、制御部１５０は、スイッチング素子（Ｓ２）の駆動を解除する。Ｓ４７３ステップにおいても、制御部１５０は、同じ方法を行うことができる。
Ｓ４５９ステップにおいて、制御部１５０は、ｎ−１が３を超えるか否かを判断する。超えない場合はＳ４６１ステップに進み、超える場合はＳ４６３ステップに進む。Ｓ４７５ステップにおいても、制御部１５０は、同じ方法を行うことができる。
Ｓ４６１ステップにおいて、制御部１５０は、スイッチング素子（Ｓｎ−１）を駆動することができる。例えば、ｎ＝４である場合、制御部１５０は、スイッチング素子（Ｓ３）を駆動する。Ｓ４７７ステップにおいても、制御部１５０は、同じ方法を行うことができる。
Ｓ４６３ステップにおいて、制御部１５０は、スイッチング素子（Ｓｎ−４）を駆動することができる。例えば、ｎ＝６である場合、制御部１５０は、スイッチング素子（Ｓ２）を駆動する。Ｓ４７９ステップにおいても、制御部１５０は、同じ方法を行うことができる。
Ｓ４６５ステップにおいて、制御部１５０は、電流が検出されるか否かを判断する。例えば、制御部１５０は、ｎ＝４である場合、スイッチング素子（Ｓ４）及びスイッチング素子（Ｓ３）が駆動された状態で電流が検出されるか否かを判断することである。電流が検出されない場合はＳ４６７ステップに進み、検出される場合はＳ４６９ステップに進む。Ｓ４８１ステップにおいても、制御部１５０は、同じ方法を行うことができる。
Ｓ４６７ステップにおいて、制御部１５０は、選択的に駆動された３個のスイッチング素子のうち１個以上が開放された状態であると診断結果を貯蔵する。例えば、ｎ＝４である場合、スイッチング素子（Ｓ４）とスイッチング素子（Ｓ２）を駆動した時も電流が検出されず、スイッチング素子（Ｓ４）とスイッチング素子（Ｓ３）を駆動した時も電流が検出されなければ、３個のスイッチング素子（Ｓ４、Ｓ２、Ｓ３）のうち少なくとも１個以上が開放されたことである。
Ｓ４６９ステップにおいて、制御部１５０は、スイッチング素子（Ｓｎ−２）またはスイッチング素子（Ｓｎ−５）を開放状態に決定する。例えば、ｎ＝４である場合、スイッチング素子（Ｓ４）とスイッチング素子（Ｓ２）を駆動した時は電流が検出されなかったが、スイッチング素子（Ｓ４）とスイッチング素子（Ｓ３）を駆動した時は電流が検出されれば、スイッチング素子（Ｓ２）を開放と判断することである。
Ｓ４７１ステップにおいて、制御部１５０は、スイッチング素子（Ｓｎ−２）またはスイッチング素子（Ｓｎ−５）の状態を開放状態に貯蔵する。
Ｓ４８３ステップにおいて、制御部１５０は、スイッチング素子（Ｓｎ−１）またはスイッチング素子（Ｓｎ−４）を開放状態に決定する。
Ｓ４８５ステップにおいて、制御部１５０は、スイッチング素子（Ｓｎ−１）またはスイッチング素子（Ｓｎ−４）の状態を開放状態に貯蔵する。
Ｓ４８７ステップにおいて、制御部１５０は、選択的に駆動された３個のスイッチング素子いずれも正常であると決定する。
Ｓ４８９ステップにおいて、制御部１５０は、３個のスイッチング素子に対するパラメーターをいずれも正常状態に貯蔵する。
Ｓ４９１ステップにおいて、制御部１５０は、あらゆるスイッチング素子の駆動を解除して、診断結果を表示部１８０に表示する。
Ｓ４９３ステップにおいて、制御部１５０は、ｎの値をｎ＋１に更新する。
Ｓ４９５ステップにおいて、制御部１５０は、ｎが６を超えるか否かを判断する。ｎが６を超えない場合はＳ４０５ステップに戻り、超える場合は開放診断を終了してもよい。
図４及び図５によって説明したように、制御部１５０は、直流リンク、３相のうちいずれかに対する出力線および他の１個の相に対する出力線が閉回路を成すようにスイッチング素子を選択的に駆動して、スイッチング素子の開放有無を決定する。
例えば、制御部１５０は、直流リンクの両極からＵ相に対する出力線、Ｖ相に対する出力線、直流リンクの陰極が閉回路を成すように２個のスイッチング素子（Ｓ１、Ｓ５）を選択的に駆動する。
他の例として、制御部１５０は、直流リンクの両極からＵ相に対する出力線、Ｗ相に対する出力線、直流リンクの陰極が閉回路を成すように２個のスイッチング素子（Ｓ１、Ｓ６）を選択的に駆動する。
開放に対する診断後、スイッチング素子の開放有無に対する判断方法は、次の［表２］に従ってもよい。
Figure 2018157745
［表２］において、○は電流が検出される場合、Ｘは電流が検出されない場合を意味する。
図６は、本発明の一実施形態によるスイッチング素子の短絡診断方法を示した詳細図面である。
図６を参照すると、Ｓ５０１ステップにおいて、制御部１５０は、短絡診断用ＰＷＭパターンを入力して、スイッチング素子に対するゲーティング信号（ｇａｔｉｎｇ ｓｉｇｎａｌ）を印加する。スイッチング素子に対するＰＷＭパターンによるゲーティング信号は、Ｓ５０３〜Ｓ５４３ステップにかけて提供されて、Ｓ５０１ステップは、その開始を意味する。
次の［表３］は、スイッチング素子に印加されるＰＷＭ信号パターンを表す。
Figure 2018157745
［表３］において、１は、上段スイッチング素子を駆動して、下段スイッチング素子の駆動は解除した場合、０は、上段スイッチング素子の駆動を解除して、下段スイッチング素子を駆動する場合、−は、上段および下段スイッチング素子の駆動をいずれも解除した場合を意味する。
Ｓ５０３ステップにおいて、制御部１５０は、それぞれのスイッチング素子に対応する１から６までの自然数ｎを１に設定する。Ｓ５０５ステップにおいて、制御部１５０は、いずれのスイッチング素子も駆動しない。
Ｓ５０５ステップにおいて、制御部１５０は、ｎが３を超えるか否かを判断する。ｎが３を超えない場合はＳ５０７ステップに進み、超える場合はＳ５２３ステップに進む。
Ｓ５０７ステップにおいて、制御部１５０は、スイッチング素子（Ｓｎ）を駆動することができる。例えば、ｎ＝１である場合、制御部１５０は、スイッチング素子（Ｓ１）を駆動する。
Ｓ５０９ステップにおいて、制御部１５０は、電流が検出されるか否かを判断する。電流が検出されない場合はＳ５１１ステップに進み、検出される場合はＳ５１３ステップに進む。
Ｓ５１１ステップにおいて、制御部１５０は、上段スイッチング素子（Ｓ１、Ｓ２またはＳ３）と閉回路を構成する３個の下段スイッチング素子（Ｓ４、Ｓ５及びＳ６）がいずれも正常であると判断する。
Ｓ５１３ステップにおいて、制御部１５０は、３個のスイッチング素子（Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６）のうち少なくとも１個以上のスイッチが短絡されたと判断する。
Ｓ５１５ステップにおいて、制御部１５０は、検出された電流が既設定値以上であるか否かを判断する。これは、駆動された上段スイッチング素子と同じ例に配置された下段スイッチング素子が短絡された場合、電力系統３００の負荷を経らずに直流リンクと閉回路を形成するため、他のスイッチング素子が短絡された場合に比べて大きい電流が流れるからである。検出された電流が既設定値を超えない場合はＳ５１７ステップに進み、超える場合はＳ５１９ステップに進む。
Ｓ５１７ステップにおいて、制御部１５０は、３個のスイッチング素子（Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６）のうち駆動された上段スイッチング素子と同じ例に配置されたスイッチング素子を除いて、少なくとも１個以上短絡されたと判断する。
Ｓ５１９ステップにおいて、制御部１５０は、駆動された上段スイッチング素子（Ｓｎ）と同じ例に配置されたスイッチング素子（Ｓｎ＋３）が短絡されたと決定する。
Ｓ５２１ステップにおいて、制御部１５０は、スイッチング素子（Ｓｎ＋３）の状態を短絡状態に貯蔵する。
Ｓ５２３ステップにおいて、制御部１５０は、スイッチング素子（Ｓｎ）を駆動することができる。例えば、ｎ＝４である場合、制御部１５０は、スイッチング素子（Ｓ４）を駆動する。
Ｓ５２５ステップにおいて、制御部１５０は、電流が検出されるか否かを判断する。電流が検出されない場合はＳ５２７ステップに進み、検出される場合はＳ５２９ステップに進む。
Ｓ５２７ステップにおいて、制御部１５０は、下段スイッチング素子（Ｓ４、Ｓ６またはＳ６）と閉回路を構成する３個の上段スイッチング素子（Ｓ１、Ｓ２及びＳ３）がいずれも正常であると判断する。
Ｓ５２９ステップにおいて、制御部１５０は、３個のスイッチング素子（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）のうち少なくとも１個以上のスイッチが短絡されたと判断する。
Ｓ５３１ステップにおいて、制御部１５０は、検出された電流が既設定値以上であるか否かを判断する。これは、駆動された下段スイッチング素子と同じ例に配置された上段スイッチング素子が短絡された場合、電力系統３００の負荷を経らずに直流リンクと閉回路を形成するため、他のスイッチング素子が短絡された場合に比べて大きい電流が流れるからである。検出された電流が既設定値を超えない場合はＳ５３３ステップに進み、超える場合はＳ５３５ステップに進む。
Ｓ５３３ステップにおいて、制御部１５０は、３個のスイッチング素子（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）のうち駆動された下段スイッチング素子と同じ例に配置されたスイッチング素子を除いて、少なくとも１個以上短絡されたと判断する。
Ｓ５３５ステップにおいて、制御部１５０は、駆動された下段スイッチング素子（Ｓｎ）と同じ例に配置されたスイッチング素子（Ｓｎ−３）が短絡されたと決定する。
Ｓ５３７ステップにおいて、制御部１５０は、スイッチング素子（Ｓｎ−３）の状態を短絡状態に貯蔵する。
Ｓ５３９ステップにおいて、制御部１５０は、あらゆるスイッチング素子の駆動を解除して、診断結果を表示部１８０に表示する。
Ｓ５４１ステップにおいて、制御部１５０は、ｎの値をｎ＋１に更新する。
Ｓ５４３ステップにおいて、制御部１５０は、ｎが６を超えるか否かを判断する。ｎが６を超えない場合はＳ５０５ステップに戻り、超える場合は短絡診断を終了してもよい。
図６によって説明したように、制御部１５０は、６個のスイッチング素子（Ｓ１〜Ｓ６）それぞれを独立に駆動して、電流の検出有無によってスイッチング素子の短絡有無を１次に決定する。制御部１５０は、もし電流が検出される場合、電流の大きさが既設定値以上である場合（以下、「大電流」という。）、同じ相に連結された（または、同じ例に配置された）スイッチング素子が短絡されたと２次に決定する。
開放に対する診断後、スイッチング素子の開放有無に対する判断方法は、次の［表４］に従ってもよい。
Figure 2018157745
［表４］において、○は電流が検出される場合、Ｘは電流が検出されない場合を意味する。
図７は、本発明の一実施形態による３相インバータの診断装置の一部動作を示した手順図である。
図７を参照すると、Ｓ６０１ステップにおいて、制御部１５０は、インバータに電源を印加する。
Ｓ６０３ステップにおいて、制御部１５０は、貯蔵部１７０に貯蔵された診断パラメーターを読み出して故障状態が存在するか否かを判断する。故障状態が存在する場合はＳ６０５ステップに進み、存在しない場合はＳ６０７ステップに進む。
Ｓ６０５ステップにおいて、制御部１５０は、表示部１８０に故障に関する情報を表示して、トリップ（ｔｒｉｐ）を発生する。
Ｓ６０７ステップにおいて、制御部１５０は、インバータを正常稼動することができる。
図８は、本発明の一実施形態による３相インバータの診断装置を示した図面である。
図８を参照すると、本発明の一実施形態による３相インバータの診断装置は、キャパシタ１１０、初期充電部１２０、初期充電抵抗１２２、リレー１２４、第１の電流センサー１３０、第２の電流センサー１３２、検出部１４０、制御部１５０、制御電源供給部１６０、貯蔵部１７０、及び表示部１８０を含む。
図８において、第１の電流センサー１３０及び第２の電流センサー１３２を除いた構成は、図１によって上述したとおりであり、ここでは詳説を省略する。
第１の電流センサー１３０は、直流リンクとインバータ部２２０の連結線のうちいずれか極に配置されて、その極でインバータ部２２０へ流れる電流を感知する。
第２の電流センサー１３２は、直流リンクとインバータ部２２０の連結線のうち、第１の電流センサー１３０とは別の極に配置されて、別の極でインバータ部２２０へ流れる電流を感知する。
第１の電流センサー１３０及び第２の電流センサー１３２を直流リンクとインバータ部２２０の両連結線にそれぞれ配置したことは、３相に流れる電流の平衡を確認するためである。
図９は、本発明の一実施形態によるスイッチング素子の開放および短絡診断と地絡診断方法を示した図面である。
図９及び図１０に対する診断方法は、本発明の一実施形態による３相インバータの診断装置によって行うことができる。したがって、本明細書では、３相インバータの診断装置の構成要素を主体として図９及び図１０の診断方法を説明する。
図９を参照すると、Ｓ８１０ステップにおいて、制御部１５０は、電力系統３００に印加される電源を遮断する。
Ｓ８２０ステップにおいて、制御部１５０は、診断のほか使用される印加電源を遮断することができる。診断のほか使用される印加電源は例えば、ファン（Ｆａｎ）の駆動電源などがある。
Ｓ８３０ステップにおいて、制御部１５０は、リレー１２４を開放する。リレー１２４を開放することは、電流が初期充電抵抗１２２を介して流れるようにして、スイッチング素子Ｓａ、ＳｂまたはＳｃが短絡された場合に流れる過電流を抑制するためである。
Ｓ８４０ステップにおいて、制御部１５０は、スイッチング素子を診断する。制御部１５０は、スイッチング素子を選択的に駆動して、電流の感知有無や電流が設定値以上の大きさであるか否かによってスイッチング素子の状態を診断する。制御部１５０は、印加電源が遮断された後、キャパシタ１１０が放電されて、電圧検出部１４４の感知する電圧が設定値以下になる時間内にスイッチング素子を診断する。制御部１５０は、スイッチング素子を診断するにおいて、短パルスによってスイッチング素子を駆動することができる。
Ｓ８４１ステップにおいて、制御部１５０は、スイッチング素子の開放有無を診断して、Ｓ８４３ステップにおいて、制御部１５０は、スイッチング素子の短絡有無を診断する。開放および短絡の診断方法に対しては、図４〜図６を参照して詳説したとおりである。
Ｓ８４５ステップにおいて、制御部１５０は、診断結果をスイッチング素子パラメーターで貯蔵部１７０に貯蔵する。
Ｓ８４７ステップにおいて、制御部１５０は、スイッチング素子の診断結果、故障状態がないか否かを判断する。制御部１５０は、故障状態がない場合はＳ８４９ステップに進み、故障状態が存在する場合は診断を終了してもよい。
Ｓ８４９ステップにおいて、制御部１５０は、地絡について診断する。地絡診断に関する方法は、図９によって詳説する。
Ｓ８５０ステップにおいて、制御部１５０は、診断が終了した後、インバータに提供されるあらゆる電源を遮断する。
図１０は、本発明の一実施形態による地絡診断方法を示した詳細図面である。
図１０を参照すると、Ｓ９０１ステップにおいて、制御部１５０は、地絡診断のためＰＷＭパターンを入力して、スイッチング素子に対するゲーティング信号（ｇａｔｉｎｇ ｓｉｇｎａｌ）を印加する。スイッチング素子に対するＰＷＭパターンによるゲーティング信号は、Ｓ９０５〜Ｓ９３９ステップにかけて提供されて、Ｓ９０１ステップは、その開始を意味する。
Ｓ９０３ステップにおいて、制御部１５０は、あらゆるスイッチング素子の駆動を解除する。
Ｓ９０５ステップにおいて、制御部１５０は、３個のスイッチング素子を選択的に駆動する。このとき、駆動されるものは、３個のスイッチング素子（Ｓ１、Ｓ５、Ｓ６）または３個のスイッチング素子（Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）になってもよい。
Ｓ９０７ステップにおいて、制御部１５０は、直流リンク両端の電流、すなわち、第１の電流センサー１３０によって感知された電流及び第２の電流センサー１３２によって感知された電流が平衡を成すか否かを判断する。平衡を成す場合はＳ９０９ステップに進み、平衡を成さない場合はＳ９１１ステップに進む。
Ｓ９０９ステップにおいて、制御部１５０は、Ｕ相に対して地絡ではないと判断する。
Ｓ９１１ステップにおいて、制御部１５０は、地絡であると判断する。しかし、どの相に地絡が起きたかは現段階で判断することができない。制御部１５０は、どの相に地絡が起きたかに対して、あらゆる相に対する地絡有無の判断結果を総合して決定する。
Ｓ９１３ステップにおいて、制御部１５０は、診断結果を地絡診断パラメーターにして貯蔵部１７０に貯蔵する。
Ｓ９１５ステップにおいて、制御部１５０は、あらゆるスイッチング素子の駆動を解除する。
Ｓ９１７ステップにおいて、制御部１５０は、３個のスイッチング素子を選択的に駆動することができる。このとき、駆動されるものは、３個のスイッチング素子（Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６）または３個のスイッチング素子（Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５）になってもよい。
Ｓ９１９ステップにおいて、制御部１５０は、直流リンク両端の電流、すなわち、第１の電流センサー１３０によって感知された電流及び第２の電流センサー１３２によって感知された電流が平衡を成すか否かを判断する。平衡を成す場合はＳ９２１ステップに進み、平衡を成さない場合はＳ９２３ステップに進む。
Ｓ９２１ステップにおいて、制御部１５０は、Ｖ相に対して地絡ではないと判断する。
Ｓ９２３ステップにおいて、制御部１５０は、地絡であると判断する。しかし、どの相に地絡が起きたかは現段階で判断することができない。制御部１５０は、どの相に地絡が起きたかに対して、あらゆる相に対する地絡有無の判断結果を総合して決定する。
Ｓ９２５ステップにおいて、制御部１５０は、診断結果を地絡診断パラメーターにして貯蔵部１７０に貯蔵する。
Ｓ９２７ステップにおいて、制御部１５０は、あらゆるスイッチング素子の駆動を解除する。
Ｓ９２９ステップにおいて、制御部１５０は、３個のスイッチング素子を選択的に駆動することができる。このとき、駆動されるものは、３個のスイッチング素子（Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５）または３個のスイッチング素子（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ６）になってもよい。
Ｓ９３１ステップにおいて、制御部１５０は、直流リンク両端の電流、すなわち、第１の電流センサー１３０によって感知された電流及び第２の電流センサー１３２によって感知された電流が平衡を成すか否かを判断する。平衡を成す場合はＳ９３３ステップに進み、平衡を成さない場合はＳ９３５ステップに進む。
Ｓ９３３ステップにおいて、制御部１５０は、Ｗ相に対して地絡ではないと判断する。
Ｓ９３５ステップにおいて、制御部１５０は、地絡であると判断する。しかし、どの相に地絡が起きたかは現段階で判断することができない。制御部１５０は、どの相に地絡が起きたかに対して、あらゆる相に対する地絡有無の判断結果を総合して決定する。
Ｓ９３７ステップにおいて、制御部１５０は、診断結果を地絡診断パラメーターにして貯蔵部１７０に貯蔵する。
Ｓ９３９ステップにおいて、制御部１５０は、あらゆるスイッチング素子の駆動を解除して、地絡に対する診断結果を表示部１８０に表示する。
図９によって説明したように、制御部１５０は、直流リンク、３相のうちいずれか相に対する出力線および他の２個の相に対する出力線が閉回路を成すようにスイッチング素子を選択的に駆動することができる。例えば、制御部１５０は、直流リンク、Ｕ相、電力系統３００、Ｖ及びＷ相が閉回路を成すように、３個のスイッチング素子（Ｓ１、Ｓ５、Ｓ６）または３個のスイッチング素子（Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）を選択的に駆動することができる。制御部１５０は、このような制御後、直流リンク両端の電流の平衡有無を判断して、各相に対する地絡有無を決定する。
地絡に対する診断後、平衡有無による地絡判断方法は、次の［表５］に従ってもよい。
Figure 2018157745
［表５］において、○は地絡である場合、Ｘは地絡ではない場合を意味し、１個の相が地絡ではないと判断された場合、他の２個の相のうちいずれかは地絡である可能性が存在する。あらゆる相に対して診断する場合、各相の地絡有無が個別に判断されてもよい。
以上にて、本発明による実施形態を説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当該分野で通常の知識を有する者であれば、これより多様な変形及び均等な範囲の実施形態が可能である点を理解することができる。したがって、本発明の真の技術的保護の範囲は、次の特許請求の範囲によって定めなければならない。

Claims (10)

  1. 直流リンクに配置されたキャパシタと直列に連結されるリレー；
    前記リレーに並列に連結される初期充電抵抗；
    ３相出力線への電源供給を調節するスイッチング素子を含むインバータ部；
    前記直流リンクと前記インバータ部を連結する連結線上に配置されて電流を感知する電流センサー；及び、
    前記スイッチング素子を駆動して、前記電流の感知有無によって前記スイッチング素子の開放および短絡のうち少なくともいずれかを診断する制御部；を含むことを特徴とする、３相インバータの診断装置。
  2. 前記制御部は、前記診断の前にインバータ部から３相電源の供給を受ける電力系統に印加される電源を遮断して、診断のほか印加電源を遮断することを特徴とする、請求項１に記載の３相インバータの診断装置。
  3. 前記制御部は、前記インバータ部から３相電源の供給を受ける電力系統に印加される電源を遮断した後、前記直流リンクのキャパシタで電源が供給される間、前記キャパシタの電源を用いて前記スイッチング素子の開放および短絡のうち少なくともいずれかを診断することを特徴とする、請求項１に記載の３相インバータの診断装置。
  4. 前記スイッチング素子は、
    ３相それぞれに対する出力線と前記キャパシタの第１極の間にそれぞれ配置される上段スイッチング素子；及び、
    ３相それぞれに対する出力線と前記キャパシタの第１極と反対である第２極の間にそれぞれ配置される下段スイッチング素子；を含むことを特徴とする、請求項１に記載の３相インバータの診断装置。
  5. 前記制御部は、前記直流リンク、前記３相のうちいずれか相に対する出力線および他の１個の相に対する出力線が閉回路を成すように前記スイッチング素子を選択的に駆動して、前記スイッチング素子の開放有無を決定することを特徴とする、請求項４に記載の３相インバータの診断装置。
  6. 前記制御部は、それぞれの前記スイッチング素子を独立に駆動して、前記電流の感知有無によって前記スイッチング素子の短絡有無を決定することを特徴とする、請求項４に記載の３相インバータの診断装置。
  7. 前記制御部は、前記スイッチング素子のうちいずれかを駆動して、既設定値以上の大電流の感知有無によって駆動されたスイッチング素子と同じ相に連結されたスイッチング素子の短絡有無を決定することを特徴とする、請求項６に記載の３相インバータの診断装置。
  8. 直流リンクに配置されたキャパシタと直列に連結されるリレー；
    前記リレーに並列に連結される初期充電抵抗；
    ３相出力線への電源供給を調節するスイッチング素子を含むインバータ部；
    前記直流リンクと前記インバータ部を連結する連結線のうちいずれか連結線に配置されて第１電流を感知する第１の電流センサー；
    前記直流リンクとインバータ部を連結する連結線のうち、前記第１の電流センサーが配置された連結線と異なる連結線に配置されて第２電流を感知する第２の電流センサー；及び、
    前記スイッチング素子を駆動して、前記第１電流と前記第２電流の平衡有無によって３相出力線の地絡を診断する制御部；を含むことを特徴とする、３相インバータの診断装置。
  9. 前記スイッチング素子は、
    ３相それぞれに対する出力線と前記キャパシタの第１極の間にそれぞれ配置される上段スイッチング素子；及び、
    ３相それぞれに対する出力線と前記キャパシタの第１極と反対である第２極の間にそれぞれ配置される下段スイッチング素子；を含むことを特徴とする、請求項８に記載の３相インバータの診断装置。
  10. 前記制御部は、前記直流リンク、前記３相のうちいずれか相に対する出力線および他の２個の相に対する出力線が閉回路を成すように前記スイッチング素子を選択的に駆動して、前記第１電流と前記第２電流の平衡有無によって前記いずれか相の地絡有無を決定することを特徴とする、請求項９に記載の３相インバータの診断装置。
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