JP2019092380A - コンバータ装置及び交流機駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】コンバータ装置100において、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ回路2と、コンバータ回路の異常を診断する診断装置とを備える。コンバータ回路は、整流手段21と、平滑手段22と、突入電流防止手段4と、突入電流防止手段を介した経路とは別経路にする切り替え手段5と、交流電圧位相検出手段と、直流電圧検出手段7とを備える。診断装置が、突入電流防止手段及び切り替え手段を制御して、交流電圧位相検出手段により得られる出力パターン及び/又は直流電圧検出手段により得られる直流電圧によって、コンバータ回路の異常部位を特定する。突入電流防止手段をOFFとし、切り替え手段をOFFとして異常診断を行う第1ステップと、突入電流防止手段をONとし、切り替え手段をOFFとして異常診断を行う第2ステップとを、この順で実施する。
【選択図】図5
Description
これによると、インバータ出力部に電流を流さずに、すなわち、下アーム側のスイッチング素子をすべてオフにし、上アーム側のスイッチング素子のいずれか一つをオンにした状態で3個の端子の電圧の組み合わせからインバータ出力部および外部負荷のいずれが断線しているかを判定することができる。
これによると、インバータ装置の内部または外部のいずれの相で断線故障が発生しているのかを特定することができる。
これによると、上アーム側のスイッチング素子にオン抵抗が低いNPNバイポーラトランジスタなどを採用して、上アーム側のスイッチング素子における電流損失を低減することができる。
上記のインバータ装置は、前記断線判定部の判定結果を記憶する記憶部をさらに備えていてもよい。
上記のインバータ装置は、前記断線判定部の判定結果を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された判定結果を表示する表示部とをさらに備えていてもよい。
前記制御部は、前記断線判定部によって前記インバータ出力部および前記外部負荷のいずれの断線が判定されたとき、前記各スイッチング素子のスイッチング制御を制限してもよい。
これならば、インバータ回路に設けられた過電流保護手段を用いて交流機又は結線の短絡故障を診断することができる。
また、インバータ回路の故障診断を正しく行うためには、コンバータ回路が正常に動作し、インバータ回路に正常な直流電源が供給される必要がある。そこでインバータ回路の短絡故障を診断する第2ステップの前に、コンバータ回路が正常動作することを確認する第1ステップを先に実施する。
このため、前記診断装置が、前記切り替え手段を制御する前に、前記コンバータ回路に入力される交流電圧が正常か否かを確認することが望ましい。
これを改善するために、交流機に電流を流し平滑コンデンサの電荷を強制放電させれば、診断時間を短くすることができる。ところが、コンバータ回路の故障を診断する第1ステップではインバータ回路及び交流機が正常か否か分からないため、安易に交流機に電流を流すことができない。
そこで、前記コンバータ回路、前記インバータ回路、前記交流機及び前記結線が正常なことを確認した後に、前記インバータ回路及び前記交流機に電流を流す強制放電を行い、当該放電による前記平滑手段の直流電圧の時間的変化から、前記切り替え手段の異常を診断することが望ましい。これにより、切り替え手段の診断時間を短くすることができる。なお、切り替え手段が短絡故障をしていた場合でも、その他に故障が無ければ直流電圧は正常時と同じ電圧を供給できるため、第3ステップ後に行っても問題は無い。
以下に本発明に係るコンバータ装置の第1実施形態について図面を参照して説明する。
<第1ステップ>
診断装置3は、図2に示すように、診断モードスタート後、突入電流防止手段4及び前記切り替え手段5をともにOFFにして、整流手段21への交流電圧を遮断する(Sa1)。この状態において、診断装置3は、直流電圧検出手段7により得られる直流電圧VDCが所定の上限値以上か否かを判断する(Sa2;直流電圧過電圧Check)。なお、所定の上限値とはシステムに応じたあらかじめ定められた第1の値を言う。
診断装置3は、図3に示すように、第2ステップにおいて、インラッシュリレー41をONにして(Sb1)、直流電圧検出手段7により得られた直流電圧が所定の下限値未満となる部分が有るか否かを判断する(Sb2;直流電圧低電圧Check)。
診断装置3は、図4に示すように、第3ステップの後に、インラッシュリレー41をOFFとして(Sc1)、平滑コンデンサ22a、22bに充電された電荷を所定時間放電させる(Sc2)。そして、診断装置3は、直流電圧検出手段7から得られる直流電圧が、前記所定時間による電圧降下によって、所定値未満となるか否かを判断する(Sc3)。
以下に本発明に係るコンバータ装置の第2実施形態について図面を参照して説明する。
<第1ステップ>
診断装置3は、図6に示すように、診断モードスタート後、突入電流防止手段4(インラッシュリレー41)及び切り替え手段5(メインリレー)をともにOFFにして、整流手段21への交流電圧を遮断する(Sd1)。この状態において、診断装置3は、交流電圧位相検出手段10により得られる出力パターンを用いて(Sd2)、メインリレー5の短絡故障又はインラッシュリレー41の短絡故障を診断する。具体的に診断装置3は、交流電圧位相検出手段10により出力信号を検知した場合に、メインリレー5が短絡故障である又はインラッシュリレー41が短絡故障であると診断する(Sd3)。一方、交流電圧位相検出手段10により出力信号を検知しない場合、及び直流電圧検出手段7により得られる直流電圧が所定値未満の場合には、第2ステップに移行する。なお、診断装置3は、直流電圧検出手段7により得られる直流電圧が所定値以上の場合に、メインリレー5が短絡故障である又はインラッシュリレー41が短絡故障であると診断することもできる。
診断装置3は、図6に示すように、第2ステップにおいて、インラッシュリレー41をONにして(Se1)、交流電圧位相検出手段10により出力パルス信号を検知するか否かを判断する(Se2)つまり、診断装置3は、交流電圧位相検出手段10の出力が0Vか否かを判断する。そして、診断装置3は、交流電圧位相検出手段10により出力パルス信号を検知できない場合(交流電圧位相検出手段10の出力が0Vの場合)には、インラッシュリレー41が開放故障である又はメインリレー5が開放故障であると診断する(Se3)。このとき、診断装置3は、交流電圧位相検出手段10により得られる直流電圧が、0V又は所定の範囲の場合、交流電圧位相検出手段10が異常であると診断する。また、診断装置3は、直流電圧検出手段7により得られる直流電圧が0Vである場合に、前記直流電圧検出手段7が短絡故障であると診断する。
例えば、前記各実施形態では、コンバータ回路に、当該コンバータ回路から出力される出力電流(直流電流)を検出する出力電流検出手段を備えたものであったが、コンバータ回路に、当該コンバータ回路に入力される入力電流(交流電流)を検出する入力電流検出手段を備え、診断装置が、前記出力電流検出手段により得られた直流電流の代わりに、前記入力電流検出手段によって得られた交流電流を用いて診断するように構成しても良い。
また、図1に示す3相電源入力、及び、本文中のR相、S相、T相の記載は、一例であり入力電圧の各相の接続を限定するものではない。
次に、本発明に係るコンバータ装置の第3実施形態について図面を参照して説明する。
前記メインリレー5a、5bを動作させる前に突入電流防止手段4のインラッシュリレー41をONさせて、平滑コンデンサ22a、22bを適当な電圧まで充電し、その後、メインリレー5a、5bを動作させる。図7に示す3相4線の交流電源200で平滑コンデンサ22a、22bを直列に接続した平滑手段をもつものの場合、突入電流防止手段4は、ある1つの相と中性電位(N相)の間に構成され、電圧半波毎に平滑コンデンサ22aと平滑コンデンサ22bを充電していく。図7の場合、上段の平滑コンデンサ22aはリアクトル23を通過する電流によって充電されるが、下段の平滑コンデンサ22bはリアクトル23を通らずに充電される。
VL=L×di/dt・・・(式1)
まず、診断装置3は、突入電流防止手段4のインラッシュリレー41をONして、R相とT相から突入防止抵抗42を介して平滑コンデンサ22a、22bを充電する。
この動作において、仮にR相のリアクトル23aが断線していた場合、平滑コンデンサ22a、22bに充電ができない。このため、診断装置3は、直流電圧値が0V又は直流電圧値が上昇しない場合に、R相のリアクトル23aが断線していると診断する。
この動作において、仮にT相のリアクトル23cが短絡の場合、逆起電圧が検出されない。このため、診断装置3は、逆起電圧が検出されない場合に、T相のリアクトル23cが短絡していると診断する。また、仮にT相のリアクトル23cが断線の場合、充電ができず直流電圧値が上昇しない。このため、診断装置3は、直流電圧値が上昇しない場合に、T相のリアクトル23cが断線していると診断する。
この動作により、仮にS相のリアクトル23bが短絡の場合、逆起電圧が検出されない。このため、診断装置3は、逆起電圧が検出されない場合に、S相のリアクトル23bが短絡していると診断する。また、仮にS相のリアクトル23bが断線の場合、充電ができず直流電圧値が上昇しない。このため、診断装置3は、直流電圧値が上昇しない場合に、R相のリアクトル23bが断線していると診断する。
この動作により、仮にR相のリアクトル23aが短絡の場合、逆起電圧が検出されない。このため、診断装置3は、R相のリアクトル23aが短絡していると診断する。
本発明に係る第4実施形態のインバータ装置について説明する。なお、第4実施形態において使用する符号は、前記第1〜第3実施形態とは異なる。
図10(A)は、断線故障診断時の第1のスイッチング制御例を示す模式図であり、図10(B)は断線判定条件を示す表である。本例は、インバータ出力部10の上アーム側のスイッチング素子1Uのみをオンにしたときの断線故障診断の例である。なお、図10(A)において、各スイッチング素子をオン/オフ状態がわかるようなシンボルで表している。
図11(A)は、断線故障診断時の第2のスイッチング制御例を示す模式図であり、図11(B)は断線判定条件を示す表である。本例は、インバータ出力部10の上アーム側のスイッチング素子1Vのみをオンにしたときの断線故障診断の例である。なお、図11(A)において、各スイッチング素子をオン/オフ状態がわかるようなシンボルで表している。
断線判定部40は、上記の断線判定を複数回実施して各回の判定結果から総合的に断線判定を行ってもよい。その場合、制御部20は、上アーム側のスイッチング素子1Vをオン制御する前に下アーム側のスイッチング素子1Yをオンにしてブートストラップ回路11Vを充電する必要がある。
図12(A)は、断線故障診断時の第3のスイッチング制御例を示す模式図であり、図12(B)は断線判定条件を示す表である。本例は、インバータ出力部10の上アーム側のスイッチング素子1Wのみをオンにしたときの断線故障診断の例である。なお、図12(A)において、各スイッチング素子をオン/オフ状態がわかるようなシンボルで表している。
また、本実施形態によれば、断線故障診断用の外部機器が不要であり、低コストで断線故障診断サービスを提供することができる。
以下に本発明に係るインバータ装置の第5実施形態について図面を参照して説明する。なお、第5実施形態において使用する符号は、前記第1〜第4実施形態とは異なる。
<第1ステップ>
診断装置4は、第1ステップにおいて、複数のハーフブリッジ回路21〜23の下アームスイッチ素子2X、2Y、2Zを1つずつ択一的にONにするとともに、それにより全てのコンデンサ電圧検出手段24U、24V、24Wにより得られたコンデンサ電圧値の測定結果パターンによって、下アームスイッチ素子2X、2Y、2Zの開放故障、及び、AD交流機又は結線の異常を診断する。
全ての下アームスイッチ素子2X、2Y、2Z、交流機AD及び結線が正常な場合、下アームスイッチ素子2X、2Y、2Zを1つずつ択一的にONにすると、図14に示すように、全てのコンデンサ241U、241V、241Wが充電される。つまり、この場合のコンデンサ電圧値の測定結果パターンは、以下の表1となる。なお、以下の表1〜表5において「○」は充電されることを示し、「−」は充電されないことを示す。
「△」の箇所が全てエラーの場合には、下アームスイッチ素子2Xに繋がるU相結線が異常であることを示している。
「□」の箇所が全てエラーの場合には、下アームスイッチ素子2Yに繋がるV相結線が異常であることを示している。
「◇」の箇所が全てエラーの場合には、下アームスイッチ素子2Zに繋がるW相結線が異常であることを示している。
次に、上記の第1ステップの後に行われる第2ステップについて説明する。
例えば、前記第5実施形態の第2ステップにおいて、診断装置が、複数のハーフブリッジ回路の上アームスイッチ素子及び下アームスイッチ素子をON/OFFを制御して交流機に電流を流し、インバータ電流検出手段から得られた電流値によって、上アームスイッチ素子が開放故障を診断するように構成しても良い。
以下に本発明に係るインバータ装置の第6実施形態について図面を参照して説明する。なお、第6実施形態において使用する符号は、前記第1〜第4実施形態とは異なる。
このとき、インバータ回路2及び交流機ADには、U相電流及びV相電流が流れる。そして、U相電流がU相電流検出部31により検出される。
このとき、インバータ回路2及び交流機ADには、U相電流及びW相電流が流れる。そして、U相電流がU相電流検出部31により検出され、W相電流がW相電流検出部32により検出される。
このとき、インバータ回路2及び交流機ADには、V相電流及びW相電流が流れる。そして、W相電流がW相電流検出部32により検出される。
このとき、インバータ回路2及び交流機ADには、U相電流及びV相電流が流れる。そして、U相電流がU相電流検出部31により検出される。
このとき、インバータ回路2及び交流機ADには、U相電流及びW相電流が流れる。そして、U相電流がU相電流検出部31により検出され、W相電流がW相電流検出部32により検出される。
このとき、インバータ回路2及び交流機ADには、V相電流及びW相電流が流れる。そして、W相電流がW相電流検出部32により検出される。
また、上記(1)〜(6)のON/OFFパターンにより、スイッチ素子2U、2V、2W、2X、2Y、2Zの開放診断を、交流機ADを逆回転させることなく、交流機ADを正回転方向に極数分の1回転させるだけで行うことができる。
例えば、前記インバータ電流検出手段が、U相電流検出部及びW相電流検出部の他に、V相電流を検出するV相電流検出部を有するものであっても良い。
以下に本発明に係るインバータ装置を用いた交流機駆動装置の第7実施形態について図面を参照して説明する。なお、第7実施形態において使用する符号は、前記第1〜第4実施形態とは異なる。
診断装置4は、第1段階において、前記上アームスイッチ素子2U、2V、2W及び下アームスイッチ素子2X、2Y、2ZをON/OFF制御して、交流機ADに単パルス電圧を出力する。
このとき、インバータ回路2及び交流機ADには、U相電流及びV相電流が流れる。そして、U相電流がU相電流検出部31により検出される。
このとき、インバータ回路2及び交流機ADには、U相電流及びW相電流が流れる。そして、U相電流がU相電流検出部31により検出され、W相電流がW相電流検出部32により検出される。
このとき、インバータ回路2及び交流機ADには、V相電流及びW相電流が流れる。そして、W相電流がW相電流検出部32により検出される。
このとき、インバータ回路2及び交流機ADには、U相電流及びV相電流が流れる。そして、U相電流がU相電流検出部31により検出される。
このとき、インバータ回路2及び交流機ADには、U相電流及びW相電流が流れる。そして、U相電流がU相電流検出部31により検出され、W相電流がW相電流検出部32により検出される。
このとき、インバータ回路2及び交流機ADには、V相電流及びW相電流が流れる。そして、W相電流がW相電流検出部32により検出される。
このとき、インバータ回路2及び交流機ADには、U相電流及びV相電流が流れる。そして、U相電流がU相電流検出部31により検出される。
このとき、インバータ回路2及び交流機ADには、U相電流及びW相電流が流れる。そして、U相電流がU相電流検出部31により検出され、W相電流がW相電流検出部32により検出される。
このとき、インバータ回路2及び交流機ADには、V相電流及びW相電流が流れる。そして、W相電流がW相電流検出部32により検出される。
このとき、インバータ回路2及び交流機ADには、U相電流及びV相電流が流れる。そして、U相電流がU相電流検出部31により検出される。
このとき、インバータ回路2及び交流機ADには、U相電流及びW相電流が流れる。そして、U相電流がU相電流検出部31により検出され、W相電流がW相電流検出部32により検出される。
このとき、インバータ回路2及び交流機ADには、V相電流及びW相電流が流れる。そして、W相電流がW相電流検出部32により検出される。
例えば、前記インバータ電流検出手段が、U相電流検出部及びW相電流検出部の他に、V相電流を検出するV相電流検出部を有するものであっても良い。
以下に本発明に係る交流機駆動装置の第8実施形態について図面を参照して説明する。なお、第8実施形態において使用する符号は、前記第1〜第7実施形態とは異なる。
診断装置6は、第1ステップにおいて、突入電流防止手段4及び切り替え手段5を制御して経路を切り替えることにより、コンバータ回路2の異常を診断する。
診断装置6は、第2ステップにおいて、複数のハーフブリッジ回路31〜33毎に、2つのスイッチ素子3a、3bの一方をONさせてインバータ回路3に所定値以上の短絡電流が流れた場合に、2つのスイッチ素子3a、3bの他方が短絡故障していると診断する。
診断装置6は、第3ステップにおいて、インバータ回路3のスイッチ素子3a、3bをON/OFFを制御して交流機ADに交流電流を流し、交流機ADにかかる三相交流電圧又は交流機ADに流れる三相交流電流によって、スイッチ素子3a、3bの開放故障、及び、前記交流機AD又は前記結線の異常を診断する。なお、交流機ADにかかる三相交流電圧は、インバータ回路3の出力電圧を検出する出力電圧検出手段(不図示)により得られたものである。また、交流機ADに流れる三相交流電流は、前記インバータ電流検出手段により得られたものである。
例えば、前記第8実施形態では、交流電圧検出手段を設けた構成であったが、前記診断装置6が、前記整流手段21により整流された直流電圧の電圧波形から、交流電圧を推測するように構成しても良い。
2・・・コンバータ回路
21・・・整流手段
22・・・平滑手段
3・・・診断装置
4・・・突入電流防止手段
5・・・切り替え手段
7・・・直流電圧検出手段
8・・・交流電圧検出手段
Claims (14)
- 交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ回路と、
前記コンバータ回路の異常を診断する診断装置とを備え、
前記コンバータ回路が、
交流電圧を整流する整流手段と、
前記整流手段により整流された直流電圧を平滑する平滑手段と、
前記平滑手段への突入電流を防止する突入電流防止手段と、
交流電圧を供給する経路を前記突入電流防止手段を介した経路とは別経路にする切り替え手段と、
前記交流電圧の位相を検出する交流電圧位相検出手段と、
前記直流電圧を検出する直流電圧検出手段とを備え、
前記診断装置が、前記突入電流防止手段及び前記切り替え手段を制御して、前記交流電圧位相検出手段により得られる出力パターン及び/又は前記直流電圧検出手段により得られる直流電圧によって、前記コンバータ回路の異常部位を特定するものであり、前記突入電流防止手段をOFFとし、前記切り替え手段をOFFとして異常診断を行う第1ステップと、前記突入電流防止手段をONとし、前記切り替え手段をOFFとして異常診断を行う第2ステップとを、この順で実施するコンバータ装置。 - 前記コンバータ回路が、前記コンバータ回路に入力される入力電流を検出する入力電流検出手段又は前記コンバータ回路から出力される出力電流を検出する出力電流検出手段を備え、
前記診断装置が、前記入力電流検出手段又は前記出力電流検出手段により得られる電流が所定値以上の場合に、当該電流の波形及び前記交流電圧位相検出手段により得られる出力パターンとの組み合わせにより、前記整流手段又は前記切り替え手段の異常を診断する請求項1に記載のコンバータ装置。 - 前記診断装置が、前記直流電圧検出手段より得られる直流電圧又は前記交流電圧位相検出手段により得られる出力パターンにより、前記整流手段の異常を診断する請求項1又は2記載のコンバータ装置。
- 前記診断装置が、前記第1ステップにおいて、前記直流電圧検出手段により得られる直流電圧が所定値以上の場合に、前記切り替え手段が異常であると診断する請求項1乃至3の何れか一項に記載のコンバータ装置。
- 前記診断装置が、前記第1ステップにおいて、交流電圧位相検出手段により得られる出力パターンを用いて、前記突入電流防止手段の異常又は前記切り替え手段の異常を診断する請求項1乃至4の何れか一項に記載のコンバータ装置。
- 前記診断装置が、前記第2ステップにおいて、前記交流電圧位相検出手段により得られる出力パターンが正常であり、前記直流電圧検出手段により得られる直流電圧が所定範囲以下と判断した場合に、前記整流手段の異常、前記コンバータ回路に接続された負荷の異常、前記直流電圧検出手段の異常、前記平滑手段の異常、前記整流手段及び前記平滑コンデンサの間にリアクトルが設けられている場合にはリアクトルの異常、又は整流電源昇圧手段の異常を診断する請求項1乃至5の何れか一項に記載のコンバータ装置。
- 前記コンバータ回路が、前記交流電圧位相検知手段と、前記整流手段により整流された直流電圧をリアクトルにより昇圧する整流電圧昇圧手段と、前記コンバータ回路から出力される出力電流を検出する出力電流検出手段とを備え、
前記診断装置が、前記第2ステップにおいて、前記電圧位相検知手段により得られる出力パターンが正常であり、前記整流電圧昇圧手段を動作させた状態で前記出力電流検出手段からの出力電流が検出されない場合、前記直流電圧検出手段で検出した電圧値の変化により、前記コンバータ回路に接続された負荷又は前記出力電流検出手段が異常であると診断する請求項1乃至6の何れか一項に記載のコンバータ装置。 - 前記コンバータ装置が、前記交流電圧位相検知手段と、前記整流手段により整流された直流電圧をリアクトルにより昇圧する整流電圧昇圧手段と、前記コンバータ回路から出力される出力電流を検出する出力電流検出手段とを備え、
前記診断装置が、前記第2ステップにおいて、前記電圧位相検知手段により得られる出力パターンが正常であり、前記整流電圧昇圧手段を動作させた状態での前記出力電流検出手段からの出力電流が異常の場合、前記リアクトルが異常であると診断する請求項1乃至7の何れか一項に記載のコンバータ装置。 - 前記コンバータ回路が、前記整流手段により整流された直流電圧をリアクトルにより昇圧する整流電圧昇圧手段を備え、
前記診断装置が、前記第2ステップにおいて、前記直流電圧検出手段により得られる直流電圧が設定範囲の場合、前記整流電圧昇圧手段が異常であると判断する請求項1乃至8の何れか一項に記載のコンバータ装置。 - 前記診断装置が、前記第2ステップにおいて、前記交流電圧位相検出手段により得られる直流電圧が、0V又は設定範囲の場合、前記直流電圧検出手段が異常であると診断する請求項1乃至9の何れか一項に記載のコンバータ装置。
- 前記コンバータ装置が、前記整流手段により整流された直流電圧をリアクトルにより昇圧する整流電圧昇圧手段と、前記コンバータ回路から出力される出力電流を検出する出力電流検出手段とを備え、
前記診断装置が、前記第2ステップにおいて、前記整流電圧昇圧手段を動作させた状態で前記直流電圧検出手段から得られる直流電圧が異常であり、且つ、前記出力電流検出手段から得られる出力電流が異常である場合、前記リアクトル又は前記出力電流検出手段が異常であると診断する請求項1乃至10の何れか一項に記載のコンバータ装置。 - 前記コンバータ装置が、前記整流手段により整流された直流電圧をリアクトルにより昇圧する整流電圧昇圧手段と、前記コンバータ回路から出力される出力電流を検出する出力電流検出手段とを備え、
前記診断装置が、前記第2ステップにおいて、前記交流電圧位相検出手段からの出力が正常であり、前記整流電圧昇圧手段を動作させた状態で前記直流電圧検出手段から得られる直流電圧が正常であり、且つ、前記出力電流検出手段から得られる出力電流が異常の場合、前記出力電流検出手段が異常であると診断する請求項1乃至11の何れか一項に記載のコンバータ装置。 - 前記診断装置が、前記第2ステップにおいて、前記直流電圧検出手段により得られる直流電圧が所定範囲の場合、前記直流電圧検出手段が異常であると診断する請求項1乃至12の何れか一項に記載のコンバータ装置。
- 請求項1乃至13の何れか一項に記載のコンバータ装置を備える交流機駆動装置。
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