JP3657657B2

JP3657657B2 - 電力変換装置の異常判定方法

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Publication number: JP3657657B2
Application number: JP15477295A
Authority: JP
Inventors: 和広伊藤; 敏井堀; 睦男渡嘉敷; 直樹高田; 孝道小曽根; 雅之広田
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd; Hitachi KE Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd; Hitachi KE Systems Ltd
Priority date: 1995-03-09
Filing date: 1995-06-21
Publication date: 2005-06-08
Anticipated expiration: 2020-06-08
Also published as: JPH08308244A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体スイッチング素子を用いた電力変換装置の異常判定を行う技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インバータ装置の逆変換部を構成している半導体スイッチング素子としては、従来からパワートランジスタやパワーＭＯＳＦＥＴをはじめ種々の自己消弧形の半導体スイッチング素子が用いられているが、近年、ＩＧＢＴ(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ：Insulated Gate Bipolar Transistor)を用いた電力変換装置が広く世の中へ出回り始めている。
【０００３】
また、主回路逆変換部を構成する複数個の半導体スイッチング素子に、過電流保護、短絡電流保護、ゲート回路電源の不足電圧保護、スイッチング素子の異常温度保護の４種類の保護機能を付加し、更にゲート駆動回路も含めて同一のパッケージ内に収めたＩＰＭ(インテリジェントパワーモジュール：Intelligent Po-wer Module)を用いた電力変換装置の割合も増大しつつある。
【０００４】
ここで、一般的な電力変換装置について、図１６により説明すると、この図はいわゆるインバータ装置で、大きく分けて主回路順変換部Ｃと、主回路逆変換部Ｉ、それに制御装置１２で構成されている。
主回路順変換部Ｃは、主としてダイオードモジュール７で構成され、３相交流電源から入力端子Ｒ、Ｓ、Ｔを介して供給される交流電力を整流して直流化し、平滑コンデンサ８の端子間に直流電圧を確立させる働きをする。
【０００５】
主回路逆変換部Ｉは、主として６個のスイッチング素子(図ではＩＧＢＴ)１〜６で構成され、平滑コンデンサ８の端子間に確立されている直流電圧を３相交流電圧に変換(逆変換)し、負荷となる交流電動機１１に可変電圧可変周波数の３相交流電力を供給する働きをする。なお、スイッチング素子１〜６において、Ｇはゲートを表わし、Ｅはエミッタを表わす。
【０００６】
制御装置１２は、主として制御回路１３とゲート駆動回路１４で構成され、主回路逆変換部Ｉのスイッチング素子１〜６をオン(導通)・オフ(遮断)制御し、直流電力を可変電圧可変周波数の３相交流電力に変換するのに必要なスイッチング動作を行なわせるものである。
このため、制御回路１３は、図示されていないマイコン(マイクロコンピュータ)を含み、検出した電流などの信号や、その他、アラーム信号などを取り込み、種々の保護機能を備えた電力変換装置としての動作に必要とされる一般的な制御を行なうように構成されている。
【０００７】
ところで、このように、主回路逆変換部Ｉのスイッチング素子としてＩＧＢＴなどを用いた場合には、これらのスイッチング素子を保護する必要があり、このため、従来技術では、主回路逆変換部Ｉの出力に電流検出器９、１０を設け、過電流が検出されたら保護回路を動作させるようになっている。すなわち、電流検出器９、１０により検出した信号を制御回路１３に入力し、電流が過電流であるか否かを判断し、過電流が検出された場合は直ちに所定のトリップ信号を発生させ、これをゲート駆動回路１４に供給して主回路逆変換部Ｉの全てのスイッチング素子１〜６をゲート遮断し、各スイッチング素子を含む各部の過電流による２次破壊を防止するようになっている。
【０００８】
一方、主回路逆変換部ＩをＩＰＭで構成した場合には、異常が発生すると、上記４種類の何れかの保護機能により所定のアラーム信号が出力されるので、やはり制御回路１３でアラーム信号を受け取り、直ちに所定のトリップ信号を発生させ、主回路逆変換部Ｉの全てのスイッチング素子１、２、３、４、５、６に対するゲート駆動を停止し、各スイッチング素子及び他の各部の損傷を防止する動作が瞬時に得られることになる。
【０００９】
そして、このような保護回路を有する電力変換装置では、その保護回路が作動した場合には動作が停止されてしまい、そのままになってしまうので、この後、何らかの処置を取る必要がある。
ここで、このような電力変換装置で保護回路が作動する原因の大半は、通常、制御装置１２によるゲート信号発生機能の誤動作や、ノイズ電圧の印加など一過性の原因による場合であり、従って、一般的には保護回路作動後、そのままリセットすれば、直ちに電力変換装置を正常な状態に回復することができる。
【００１０】
そこで、このため、一般的には保護回路動作に対するリセット機能を設け、このリセット機能を働かせることにより、再度、電力変換装置としての動作が開始されるように構成してある。
しかして、電力変換装置の保護回路が作動する原因としては、上記したような一過性のものだけとは限らず、主回路逆変換部Ｉを構成しているスイッチング素子１、２、３、４、５、６の破壊による永久的なものも現れる可能性があるが、このとき、従来技術では、アラーム処理及び表示が、全ての相を一括して単に異常が発生したことだけに対応した処理となっていた。
【００１１】
しかして、このような場合、何れのスイッチング素子の異常による保護動作が働いたのかが判定でき、直ちに原因究明の判断材料が得られるようにするのが望ましく、この要望に応えることができる従来技術の一例を特開平１−６４５６７号公報に見ることができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術は、電力変換装置に現われる異常の種別判定についての配慮が充分にされているとは言えず、原因解明の点で不満が生じるという問題があった。
すなわち、上記公報による従来技術は、スイッチング素子の短絡破壊を自己診断するために、各スイッチング素子のベースに順次電流を流すというもので、スイッチング素子の短絡破壊については判定可能であるが、オープン破壊の場合は判定不可能である。また、スイッチング素子には異常がなくても負荷が短絡している可能性も考えられるが、これの判定も不可能である。更に、従来技術では、自己診断に際して、急激に大電圧がスイッチング素子に印加されないようにするため、インバータ装置のＰ−Ｎ間直流電圧を分圧し印加する必要があり、このため、切替スイッチや分圧抵抗が必要になるので、あまり実用的ではないという問題があったのである。なお、ここで、Ｐは＋極を表わし、Ｎは−極を表わす。
【００１３】
本発明の目的は、スイッチング素子の異常を、異常を生じた素子の特定、異常の態様別に、または、負荷の短絡も含めてそれぞれ識別判定できるようにすることにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、直列に接続された２個のスイッチング素子からなるスイッチングアームを直流電源間に３組並列に有し、該スイッチング素子のスイッチング動作により直流電力を３相交流電力に変換する電力変換部を備えた電力変換装置において、上記電力変換部の６個のスイッチング素子を、予め定めてある所定の複数の組合せパターンに従って順次短時間導通させてゆき、このときのスイッチング素子の導通組合せパターンに応じて電力変換部の出力又は入力電流に現われる変化に基づいて異常の種別を判定するようにし、このとき上記スイッチング素子を対象とする保護手段とを備え、上記異常判定手段による異常判定処理が、上記保護手段による保護機能の発動を契機として実行され、上記スイッチング素子の異常判定が得られるようにして達成される。
【００１５】
【作用】
スイッチング素子を、予め定めてある所定の複数の組合せパターンに従って順次短時間導通させてゆくことと、このときに電力変換部の出力又は入力電流に現われる変化とは、何れのスイッチング素子が異常で、それが短絡破壊であるかオープン破壊であるかに応じて所定の関連を持ち、かつ、負荷の短絡とも所定の関連を持つ。そして、これらの関連については、予め知ることができるので、スイッチング素子を予め定めてある所定の複数の組合せパターンに従って順次短時間導通させてゆきながら、その都度、電力変換部の出力又は入力電流を調べることにより、異常の種別、すなわち、異常を生じたスイッチング素子の特定と、その異常が短絡破壊かオープン破壊の何れであるか、及び負荷の短絡によるものかを判定することができる。
そして、異常の種別が判定できることから、短時間で容易に、しかも正確に異常の原因を解明することができる。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明による電力変換装置の異常判定方法について、図示の実施例により詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例で、図において、１５は異常判定回路、１６は表示器であり、その他の構成は、図１４で説明した従来技術と同じである。
【００１７】
異常判定回路１５は、図示されていないマイコンを含み、判定開始入力ｓに応じて処理を開始し、以下に示す通りの、異常判定に必要な一連の処理▲１▼〜▲６▼を遂行するように構成されている。
【００１８】
▲１▼ 判定モードの選定処理。
▲２▼ 選定された判定モードに応じて、オンパルスを供給すべきスイッチング素子の選定と、オンパルスを供給する順序を決めるためのパターンを選択する処理。
▲３▼ 選択されたパターンに応じて、所定のスイッチング素子を順次オンさせるのに必要なオン指令信号onをゲート駆動回路１４に出力する処理。
▲４▼ オン指令信号onの供給に応じて、その都度、電流検出器９、１０の検出信号ａを取り込み、選択されているパターンと比較して、異常が発生しているスイッチング素子の特定と、それらの異常の有無、及び負荷の短絡の有無を判定し、異常の種別を決定する処理。
▲５▼ 決定された異常の種別を表わす表示信号ｈを作成して表示器１６に出力する処理。
▲６▼ 次の判定モードを選定して▲１▼に戻る処理。
【００１９】
ここで、この実施例における判定モードは、以下の通りになっている。
ａスイッチング素子の短絡破壊判定モード
ｂスイッチング素子のオープン破壊判定モード
ｃ負荷及び電力変換器側での短絡判定モード
表示器１６は、数字やアルファベットなどの表示が可能な、例えば液晶表示素子を備え、判定回路１５から供給される表示信号ｈに応じて、数字やアルファベットの組合せを表示し、異常の種別がオペレータに読み取れるようにする。
なお、数字やアルファベットの組合せによる異常の種別の表示については、後述する。
【００２０】
次に、判定回路１５による上記パターンと、それによる異常種別の判定の内容にについて説明する。
まず、図２は、スイッチング素子の短絡破壊判定に必要なパターンと、判定に用いる論理表を示したもので、ｐ行がパターンで、ｌ₁行〜ｌ₆行が論理表の行であり、従って、このときは、スイッチング素子１〜６の全てに順次１個づつオンパルスを供給して行くパターンとなる。なお、短絡破壊しているスイッチング素子とは、ゲートＧの状態と無関係にオン状態になっている素子のことである。
ここで、×印は、当該スイッチング素子がオンされたとき、電流検出器９、１０による検出結果が“電流無し”となったことを表わし、○印は“電流有り”を表わしている。
【００２１】
従って、このときのパターンｐにより各スイッチング素子１〜６を順次オンさせていったとき、例えばｌ₁行に示すように、スイッチング素子５と６がオンされたときだけ電流が検出された場合には、スイッチング素子１が短絡破壊しており、ｌ₂行に示すように、スイッチング素子４、６がオンされたときだけ電流が検出されたときには、スイッチング素子２が短絡破壊していることが判る。
【００２２】
この理由について説明すると、図１から明らかなように、主回路逆変換部Ｉでは、６個のスイッチング素子１〜６が、夫々スイッチング素子１と４、２と５、３と６というように、２個ずつ対をなして直流回路のＰ−Ｎ間に直列に接続されている。
なお、この２個のスイッチング素子の直列回路は、周知のようにアームと呼ばれ、特にＰ側の方を上アーム、Ｎ側の方を下アームという。
ここで６個あるスイッチング素子１〜６のうち、２個以上のスイッチング素子が同時に破壊する確率は極めて低く、ほぼ１個のみ破壊すると想定する。
【００２３】
そこで、図２のｐ行のパターンに従って、スイッチング素子１、２、３、４、５、６を順次オン状態としていったとき、出力電流検出器９又は１０に電流が検出されるのは、破壊しているスイッチング素子が存在するアームとは別の２対のアームにおいて、上下が反対の方にあるアームのスイッチング素子をオン状態にしたときだけである。
従って、この図２のパターンと論理表により、短絡破壊しているスイッチング素子の判定が可能になるのである。
【００２４】
次に、図３は、スイッチング素子のオープン破壊判定に必要なパターンと、判定に用いる論理表を示したものである。なお、オープン破壊しているスイッチング素子とは、ゲートＧの信号状態と無関係にオフ状態になっている素子のことである。
また、このときも、短絡破壊のときと同様に、６個あるスイッチング素子１〜６のうち、２個以上のスイッチング素子が同時にオープン破壊する確率は極めて低いため、ほぼ１個だけがオープン破壊すると想定している。
【００２５】
いま、６個のスイッチング素子１〜６を、１と４、２と５、３と６というような上下アームにおいて同時にオン状態としたとき、上下両アームのスイッチング素子が正常であった場合にはＰ−Ｎ間に短絡電流が流れ、電流検出器９又は１０には電流が検出されない。
一方、上下どちらかのアームのスイッチング素子がオープン破壊している場合には、同じにオンしても、このアームには電流は流れないため、やはり電流検出器９又は１０では電流が検出されない。
【００２６】
従って、スイッチング素子のオープン破壊の判定には、或るスイッチング素子及びそのスイッチング素子を含まない別の２対のアームにおいて、上下反対のアームのスイッチング素子を同時にオン状態にしてゆき、その組合せを順次変えて行えば良い。
そして、このとき、電流検出器９又は１０により電流が検出されないのは、オープン破壊しているスイッチング素子、及びオープン破壊しているスイッチング素子が存在するアームとは別の２対のアームにおいて、上下反対のアームのスイッチング素子をオン状態としたときだけであり、従って、この図３のパターンと論理表により、オープン破壊しているスイッチング素子の判定が可能となる訳である。
【００２７】
次に、図４は負荷短絡の判定に必要なパターンと、判定に用いる論理表を示したもので、このときは、６個のスイッチング素子１〜６は全て正常であると判定されている必要がある。なお、負荷短絡とは、出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗの外側で、線路間、又は交流電動機１１の中で短絡が発生している場合のことである。
例えば、いま、端子Ｕ−Ｖ間の短絡を判定したい場合には、Ｕ−Ｖ間を介して出力電流が流れ得るスイッチング素子の組合せであるスイッチング素子１と５、２と４を同時にオン状態にして、そのときの出力電流を検出するようにする。
【００２８】
ここで、もしも負荷が短絡されていたとすれば、出力電流は過大値(短絡電流)になる筈なので、このときの電流の検出値が定常値であるか過大値であるかを知ることにより負荷短絡の判定が可能となる訳である。
同様に、Ｖ−Ｗ間、Ｗ−Ｕ間、それに、これらの判定結果から、全相であるかも判定することができ、従って、図４のパターンｐと、ｌ₁行〜ｌ₃行の論理表により負荷短絡が判定できるのである。
【００２９】
ところで、以上の場合には、電流検出器９、１０よりも負荷側での短絡については判定できるが、電流検出器９、１０よりも主回路逆変換部Ｉ側で発生した短絡については判定できない。
しかしながら、上記の場合において、出力電流が過大になるべきところで、逆に出力電流が検出されなかったときには、電流検出器９、１０よりも主回路逆変換部Ｉ側での短絡ということになる。
なぜなら、この場合には、電流検出器９又は１０を通過する前に短絡部分を介して出力電流が流れてしまうため、電流検出器９又は１０では出力電流が検出されないからである。
【００３０】
従って、この図４のｌ₄行〜ｌ₆行の論理表により、電流検出器９、１０の主回路逆変換部Ｉ側での短絡の判定が可能になり、結局、この図４の論理表にしたがって判断することにより、負荷側と電力変換装置側の何れにおける短絡も判定できることになる。
【００３１】
ところで、図２のパターンと論理表では、スイッチング素子の短絡破壊を、スイッチング素子１〜６の全てに順次１個づつオンパルスを供給して行くパターンで判定してゆくようになっているが、スイッチング素子１〜６に順次２個づつオンパルスを供給して行くパターンによっても、短絡破壊を判定することが可能であり、この場合の論理表を図５に示す。
【００３２】
従って、以上の実施例によれば、必要に応じて、短絡判定やオープン判定などの所定の判定開始入力ｓをオペレータが入力することにより、数字やアルファベットの組合せにより異常の種別が表示器１６に表示されることになり、異常の種別、すなわち、異常を生じたスイッチング素子の特定と、その異常が短絡破壊かオープン破壊の何れであるか、及び負荷の短絡によるものかを容易に判定することができ、この結果、短時間で容易に、しかも正確に異常の原因を解明することができる。
【００３３】
次に本発明の他の実施例について説明する。
図１の実施例では、異常種別の判定に必要な電流の検出に、過電流保護や出力電流制御のために主回路逆変換部Ｉの出力に設けてある電流検出器９、１０を流用しているが、インバータ装置の中には、主回路逆変換部Ｉの入力側に直流電流検出器を備えているものもある。
【００３４】
図６は、このような主回路逆変換部Ｉの入力側に直流電流検出器を備えているインバータ装置に本発明を適用した場合の一実施例で、図において、１７は直流電流検出器で、その他の構成は、図１の実施例と同じである。
この図６の実施例では、スイッチング素子の短絡破壊の判定には、図７のパターンと論理表を用い、オープン破壊の判定には、図８のパターンと論理表を用いる。
【００３５】
また、負荷短絡の判定には、図９のパターンと論理表を用いるのであるが、このとき、この図６の実施例では、直流電流検出器１７が主回路逆変換部Ｉの入力側に入っているので、この主回路逆変換部Ｉの短絡と負荷の短絡とを識別することができないので、図４の場合とは異なり、論理表はｌ₁行からｌ₃行までしかない。
しかして、主回路逆変換部Ｉの短絡は、図７の判定により識別できるので、特に問題はない。
【００３６】
次に、図１０は、図１の実施例における図５の判定と同じく、同じに２個のスイッチング素子をオンさせて判定する場合のパターンと論理表である。
従って、この図６の実施例によっても、異常の種別、すなわち、異常を生じたスイッチング素子の特定と、その異常が短絡破壊かオープン破壊の何れであるか及び負荷の短絡によるものかを容易に判定することができ、この結果、短時間で容易に、しかも正確に異常の原因を解明することができる。
【００３７】
ところで、上記した実施例では、何れも、各スイッチング素子をオンさせて判定するので、このときのオンパルスの幅については注意を要する。
なぜなら、判定過程では、当然のことながら、直流回路のＰ−Ｎ間が短絡される可能性があり、そのときは過大な短絡電流が流れることになって、かえってスイッチング素子に破壊を生じてしまう虞れがあるからである。
【００３８】
周知のように、ＩＧＢＴなどの半導体スイッチング素子では、その破壊を防止するために、それぞれの素子毎にＳＯＡ(セーフオペレーティングエリア：Safe Operating Area)が規定されており、この規定された範囲内で動作させる必要がある。
ここで、当然のことながら、入力パルスの幅が大きくなれば、ＳＯＡの領域は狭くなるので、オン、オフ時間なども考慮して入力パルスの幅を検討する必要がある。
以上の結果、本発明の実施例においては、上記した副次的なスイッチング素子の破壊を抑えるため、オンパルスの幅は１５μｓ以下にするのが望ましい。
【００３９】
次に、表示器１６による異常の表示について説明する。
異常判定回路１５は、異常種別の判定が終わったら、異常の種別を表わす表示信号ｈを作成して表示器１６に出力する。
この図１と図６に示してある表示器６は、例えばインバータ装置のディジタルオペレータ、又はリモートオペレータと呼ばれる装置に設けられている数字とアルファベットによる表示部で、これにより判定された異常の種別を表示する。
【００４０】
図１２はディジタルオペレータによる表示例で、図１３はリモートオペレータによる表示例である。
【００４１】
まず、図１２の表示例は、Ｕ相を１、Ｖ相を２、Ｗ相を３とし、Ｓはスイッチング素子の短絡破壊、Ｏは同じくオープン破壊、Ｌは負荷側の短絡、Ｃは電力変換器側の短絡をそれぞれ表わすようにし、これらの組合せにより異常の種別を表示したものである。
一方、図１３の表示例は、そのまま、アルファベットで表示したものであり、従って、特に説明を要しないものである。
【００４２】
ところで、以上の実施例では、異常判定回路１５内のマイコンが、予め定められている判定モードを順次、選定して処理を進めて行くように構成されている場合のものであったが、図３と図４、それに図５に示した３種の判定パターンによる異常判定処理を並列的に実行するようにしても良く、以下、このようにした実施例について、図１４と図１５により説明する。
【００４３】
この実施例でも、全体の構成は、図１に示す通りであるが、ここでは、異常判定回路１５内のマイコンにより、図１４に示す処理が実行されるように構成されている。
そして、この図１４の処理も、上述した実施例と同じく、判定開始入力ｓの入力によりスタートされるようになっているが、ここで、上述した実施例では、この判定開始入力ｓの入力タイミングについては特に限定せずに、必要に応じて任意のタイミングで入力されるものとなっていた。
しかして、この実施例においては、この判定開始入力ｓの入力タイミングが、主回路逆変換部Ｉを含む装置が動作状態にされたときとなるように、すなわち、電力変換部の動作開始を契機として、この判定開始入力ｓが出力されるようにした場合と、制御回路１３によるスイッチング素子の保護動作が働き、アラームが発生されたとき、すなわち、保護機能の発動を契機として、この判定開始入力ｓが出力されるようにした場合の何れかとなるように構成してある。
【００４４】
そこで、装置の電源が投入され、動作状態に入ったことにより判定開始入力ｓが発生され、或いは、制御回路１３による保護動作が働いて判定開始入力ｓが発生されると、この図１４による処理が開始される。
まず、最初にステップＳ１でリセット機能が発動されるのを禁止する。
既に説明したように、このような装置では、保護機能などによりトリップしたときに備えてリセット機能が設けられているが、判定処理は主回路逆変換部Ｉが停止されていることを前提としており、従って、判定処理中にリセットが掛けられると、正常な処理ができなくなってしまうばかりか、危険な事態の虞れもあるので、ここでまずリセットを禁止するのである。
【００４５】
次に、ステップＳ２では、予め用意してあるカウント機能を動作させ、続くステップＳ３で、このカウント機能によるカウント数を、図３、図４、図５における入力パルスを与えるスイッチング素子の組合せに合わせて、(１、５)、(１、６)、(２、４)、(２、６)、(３、４)、(３、５)の各組合せで順次変化させていく。
そして、次のステップＳ４で、これらのカウント数が示す２個のスイッチング素子のゲートにパルス入力を与える。ここで、各スイッチング素子が破壊していなければ、そのスイッチング素子はパルス入力を与えているときだけＯＮ状態となる。
【００４６】
そこで、ステップＳ５で出力電流検出器９、１０による出力電流の有無を検出し、続くステップＳ６で各カウント数の状態を記憶し、ステップＳ７ではカウント数を調べ、上記６種類の全ての組合せを判定したか否かを確認する。そして、結果が否定、すなわちＮ(ＮＯ)であれば全ての組合せを判定するまで処理を繰り返し、肯定、すなわちＹ(ＹＥＳ)であればステップＳ８で、全ての組合せにおいて出力電流が検出されないことを確認する。
そして、ステップＳ８での結果がＹであれば、次のステップＳ９でリセットの禁止を解除して、この処理を終了する。
【００４７】
従って、この場合、主回路逆変換部Ｉを含む装置が動作状態にされたときでの処理ならば、以後、そのまま装置の動作を開始させ、制御回路１３によるスイッチング素子の保護動作が働き、アラームが発生されたときでの処理ならば、リセット操作により、再度、装置の動作が開始されることになる。
【００４８】
しかして、ステップＳ８での結果がＮになったら、このときはステップＳ１０以降の処理に進む。
そしてまず、このステップＳ１０では、図３、図４、図５に示されている判定表により、以下のようにして、このときの異常が何れのモードであるかを絞り込む。
この場合、ステップＳ８までの処理によって、以下に示す３種類のモードの何れかであることが判る。
【００４９】
すなわち、まず第一のモードとして、或るスイッチング素子の短絡破壊であるか、または対抗アーム(例えば、素子１に対して素子４)のスイッチング素子のオープン破壊の何れかであることが、図３と図５の論理表から確定できる。
しかして、この場合、例えば、図５において、破壊しているスイッチング素子が１のときと、図３において、破壊しているスイッチング素子が４であるときとでは、出力電流の検出の有無は同じになっており、このままではオープン破壊と短絡破壊との識別がなされていない。
【００５０】
そこで、このようなモードとなったときには、Ｓ１３の処理に移る。
【００５１】
次に、図４の論理表から、第二のモードとして、負荷側の短絡であることと、第三のモードとして、電力変換装置側の負荷回路での短絡であることとが確定される。
そこで、負荷側での短絡の場合はステップＳ１１の処理に進み、負荷側の負荷短絡である旨の故障表示を行ない、電力変換装置側の負荷回路での短絡の場合はＳ１２の処理に進み、電力変換装置側の負荷短絡である旨の故障表示を行なうのである。
【００５２】
ステップＳ１３では、上記したようにスイッチング素子の短絡破壊であるか、或いは対抗アームのスイッチング素子のオープン破壊であるかの判定処理を行なう。
すなわち、短絡破壊している可能性のあるスイッチング素子の対抗アームのスイッチング素子(例えば、素子１に対して素子５、或いは素子６)のうちの何れかのゲートにパルスを与える。そして、このときの出力電流検出器９、又は１０における出力電流の検出の有無により判定を行ない、ステップＳ１４、又はステップＳ１５にて故障表示を行なうのである。
【００５３】
一例としてスイッチング素子１が短絡破壊している場合での判定を図１５により説明する。
図１４のステップＳ３からＳ７の処理では、各カウント数において出力電流検出器９又は１０による出力電流の有無を検出しており、この結果、ステップＳ１０では、図５からはスイッチング素子１の短絡破壊である可能性が、そして図３からはスイッチング素子４のオープン破壊である可能性が、それぞれ判る。
そこで、短絡破壊している可能性のあるスイッチング素子の対抗アームのスイッチング素子５、６の内、何れかのゲートにパルスを与え、出力電流が検出されればスイッチング素子１の短絡破壊であり、出力電流が検出されなかければスイッチング素子４のオープン破壊であると、それぞれ判定できるのである。
【００５４】
従って、この実施例のうち、まず、電力変換部の動作開始を契機として、判定開始入力ｓが出力されるようにした実施例によれば、電力変換装置の電源投入による動作開始に先立って、その都度、自動的に異常判定がなされ、異常の無いことが確認されてから装置の動作を開始させることができので、常に高い信頼性を保つことができる。
次に、スイッチング素子の保護動作が働き、アラームが発生されたことを契機として、判定開始入力ｓが出力されるようにした実施例によれば、トリップが発生したときには、その都度、自動的に異常判定がなされ、異常の無いことを確認してからリセットが可能にされるので、同じく、常に高い信頼性を保つことができる。
【００５５】
ところで、図１４の実施例では、図１の構成により、図３〜図５の論理表による判定を用いて説明したが、本発明にかかる実施例では、図６の構成と、図８〜図１０の論理表を用いて実施可能なことは、言うまでもなく、その他、図２又は図７の論理表によっても実施可能なことは、言うまでもない。
【００５６】
更に本実施例では、異常検出のみでなく、本アルゴリズムと同様な方法で破壊素子を検出する回路を内蔵したスイッチング素子、例えばＩＰＭにしても同様の効果があるのは当然である。
また、本実施例によれば、いずれのスイッチング素子が異常であるか、短絡破壊であるか、オープン破壊であるか、それとも負荷短絡であるか、何れの場合でも、その異常の判別が容易に判定でき、それが表示されるので、原因解明が容易にでき、解明に要する時間も短縮できる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体スイッチング素子を用いた電力変換装置の異常判定を行うことの利便性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電力変換装置の異常判定方法の一実施例を示す回路図である。
【図２】本発明の一実施例におけるスイッチング素子の短絡破壊判定の一例を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施例におけるスイッチング素子のオープン破壊判定の一例を示す説明図である。
【図４】本発明の一実施例における負荷短絡判定の一例を示す説明図である。
【図５】本発明の一実施例におけるスイッチング素子の短絡破壊判定の他の一例を示す説明図である。
【図６】本発明による電力変換装置の異常判定方法の他の一実施例を示す回路図である。
【図７】本発明の他の一実施例におけるスイッチング素子の短絡破壊判定の一例を示す説明図である。
【図８】本発明の他の一実施例におけるスイッチング素子のオープン破壊判定の一例を示す説明図である。
【図９】本発明の他の一実施例における負荷短絡判定の一例を示す説明図である。
【図１０】本発明の他の一実施例におけるスイッチング素子の短絡破壊判定の他の一例を示す説明図である。
【図１１】半導体スイッチング素子のセーフオペレーティングエリアの説明図である。
【図１２】本発明の一実施例における異常種別の第一の表示例を示す説明図である。
【図１３】本発明の一実施例における異常種別の第二の表示例を示す説明図である。
【図１４】本発明の他の一実施例の動作を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の他の一実施例の動作を示すタイミングチャートである。
【図１６】従来の電力変換装置の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
Ｃ順変換部
Ｉ逆変換部
１、２、３、４、５、６スイッチング素子(ＩＧＢＴ)
７ダイオードモジュール
８平滑コンデンサ
９、１０電流検出器
１１交流電動機
１２制御装置
１３制御回路
１４ベース駆動回路
１５異常判定回路
１６表示器

Claims

直列に接続された２個のスイッチング素子からなるスイッチングアームを直流電源間に３組並列に有し、該スイッチング素子のスイッチング動作により直流電力を３相交流電力に変換する電力変換部を備えた電力変換装置において、
上記電力変換部の３相交流出力線の少なくとも２相の出力線に接続した電流検出手段と、
上記電力変換部の６個のスイッチング素子を、予め定めてある所定の複数の組合せパターンに従って順次短時間導通させてゆくゲート駆動手段と、
該ゲート駆動手段による上記スイッチング素子の導通組合せパターンに応じて上記電流検出手段の検出結果に現われる電流変化に基づいて異常の種別を判定する異常判定手段と、
上記スイッチング素子を対象とする保護手段とを設け、
上記異常判定手段による異常判定処理が、上記保護手段による保護機能の発動を契機として実行され、上記スイッチング素子の異常判定が得られるように構成したことを特徴とする電力変換装置の異常判定方法。
直列に接続された２個のスイッチング素子からなるスイッチングアームを直流電源間に３組並列に有し、該スイッチング素子のスイッチング動作により直流電力を３相交流電力に変換する電力変換部を備えた電力変換装置において、
上記電力変換部の直流入力線の少なくとも一方に接続した電流検出手段と、
上記電力変換部の６個のスイッチング素子を、予め定めてある所定の複数の組合せパターンに従って順次短時間導通させてゆくゲート駆動手段と、
該ゲート駆動手段による上記スイッチング素子の導通組合せパターンに応じて上記電流検出手段の検出結果に現われる電流変化に基づいて異常の種別を判定する異常判定手段と、
上記スイッチング素子を対象とする保護手段とを設け、
上記異常判定手段による異常判定処理が、上記保護手段による保護機能の発動を契機として実行され、上記スイッチング素子の異常判定が得られるように構成したことを特徴とする電力変換装置の異常判定方法。
請求項１又は請求項２の発明において、
上記電力変換部がインバータ装置の逆変換部であり、
上記異常の種別の判定結果が上記インバータ装置の操作表示部に表示されるように構成されていることを特徴とする電力変換装置の異常判定方法。