JP6534369B2 - 電圧型インバータの地絡検出装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、電圧型インバータの地絡検出装置に関する。

図３は、従来の電圧型インバータの地絡検出装置の地絡検出回路である。図示した例では1相分のみ記載してある。インバータ出力側ケーブル箇所で地絡７３が発生した場合、平滑コンデンサＣ１から流れる地絡電流は、地絡電流Ｉｇ１→Ｉｇ２→Ｉｇ３→Ｉｇ４→Ｉｇ５で示す経路を通り平滑コンデンサＣ１に帰還する。

地絡故障の検出は、図示した例の場合は、地絡電流Ｉｇ５が抵抗Ｒ１を流れる際に発生する電圧Ｅｇ（Eg=R1×Ig5）を検出し、Ｅｇが設定電圧を超えた場合に地絡故障と検出される。他の相も同様に検出される。

なお、インバータ装置とインバータ駆動される負荷機器との間に接続された電路の絶縁劣化を診断する方法として、電路の零相電流を検出する絶縁劣化診断装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、配電線地絡事故検出方法および配電線地絡保護装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

ＷＯ２０１１−１２９２１８号公報 特開平３−２３０７２１号公報

しかしながら、特許文献１記載の方法は、絶縁劣化した箇所を見つけるためにインバータ入力の電源中性点を設置するなど、漏えい電流を検出するための経路が必要であるため、絶縁された回路での地絡電流検出ができない。また、インバータ出力の零相電流を検出するために主回路ケーブルに合った検出器が必要になるなど、複雑な検出回路が必要になる。

また、特許文献２記載の方法は、主回路の零相電流を検出するために主回路ケーブルに応じて径の大きな零相検出器が必要となり、微小な電流を見つけることが難しいという課題ある。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、インバータとモータをシールドケーブルで接続した構成において、このシールドケーブルのシールド線に流れる零相電流（３相シールド線の零相電流）を監視することにより、非接地系においても地絡の発生有無を確認でき、さらにシールドに流れる電流は微小な電流であるため、零相電流検出センサも小さな構成とすることができ、簡易な構成で非接地系における地絡検出が可能な電圧型インバータの地絡検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１記載の電圧型インバータの地絡検出装置は、インバータ部の出力端子とモータの電源入力端子をシールドケーブルで接続して当該モータを駆動するインバータ駆動モータの地絡検出装置であって、前記モータの電源入力端子側シールド線は、モータ本体の接地端子に接続され、このモータ本体の接地端子と前記インバータ部の出力端子側シールド線及びインバータ内接地母線を接地線で接続し、前記接地母線の接地端子は接地するが、前記モータ本体の接地端子は非接地とし、前記インバータ部の出力端子側シールド線に流れる零相電流を検出する電流センサと、前記電流センサで検出した零相電流を監視し地絡を検出する地絡検出部と、を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、インバータ部の出力端子とモータの電源入力端子をシールドケーブルで接続した構成において、このシールドケーブルのシールド線に流れる零相電流（３相シールド線の零相電流）を監視することにより、モータ側を非接地とする非接地系においても地絡の発生有無を確認でき、さらにシールドに流れる電流は微小な電流であるため、零相電流検出器も小さな構成とすることができ、簡易な構成で非接地系における地絡検出が可能な電圧型インバータの地絡検出装置を提供することができる。

実施例１に係る地絡検出部を備えたインバータユニットの回路図。 地絡発生時、図１における地絡検出部の動作を説明する図。 従来の地絡検出部を備えたインバータユニットの回路図。

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。

図１は、実施例１に係る地絡検出部１００を備えたインバータユニットの回路図である。図示したインバータユニット１は、トランス１０、コンバータ部３０、平滑部４０、インバータ部６０、３相シールドケーブル７０、モータ８０及び地絡検出部１００などを有して構成される。

コンバータ部３０は、整流ダイオード（図示しない）又は複数のスイッチング素子（記載しない）で構成され、当該スイッチング素子のゲート電圧を制御することにより、トランス１０から出力された交流電圧を直流電圧に変換する。

コンバータ部３０の出力電圧は、Ｐ（正極）、Ｎ（負極）に出力され、Ｐ―Ｎ間に接続された平滑部４０及びインバータ部６０に供給される。

平滑部４０は、平滑コンデンサＣ１を有して構成され、コンバータ部３０から出力された直流電圧（脈流）を平滑にする。

インバータ部６０は、３相インバータで構成され、各相のインバータは、複数のスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴなど）で構成され、当該スイッチング素子のゲートをオン／オフするゲートタイミングを制御することにより、平滑部４０を介してコンバータ部３０から出力される直流電圧を、モータＭ（負荷）を駆動するための交流電圧（ここでは、３相交流電圧）に変換する。

３相シールドケーブル７０は、それぞれ独立した３個のシールドケーブルで構成される。インバータ部６０の出力端子とモータ８０の電源入力端子を接続し、電力を供給するケーブルに使用される。

インバータ部６０は３相インバータで構成され、シールドケーブルは３相シールドケーブル７０で構成されており、インバータ部６０の出力端子側シールド線及びモータ８０の電源入力端子側シールド線は、それぞれ３相分共通に接続される。

３相分共通に接続された前記モータ８０の電源入力端子側シールド線７１ｂは、モータ８０本体の接地端子Ｇ２に接続される。

モータ８０本体の接地端子Ｇ２と、３相分共通に接続されたインバータ部６０の出力端子側シールド線７１ａ及びインバータ内接地母線６１は、接地線７４で接続されるが、モータ８０本体の接地端子Ｇ２は接地しない（非接地）。

なお、インバータ内接地母線６１の接地端子Ｇ１は接地される。

このような接続形態で、３相分共通に接続されたインバータ部６０の出力端子側シールド線７１ａに流れる零相電流（地絡電流）を電流センサ９０で検出する
なお、本実施例では、地絡電流を検出するために、モータ８０本体の接地端子Ｇ２とインバータ部６０の出力端子側シールド線７１ａの間に電流センサ９０を配置し、モータ８０の零相電流を検出する。

このようにして電流センサ９０によって検出された零相電流の検出信号は、地絡検出部１００に入力される。

地絡検出部１００は、絶対値生成部１０１、一次遅れフィルタ部１０２、基準値設定部１０３及び比較器１０４などで構成される。

絶対値生成部１０１は、電流センサ９０で検出した零相電流の絶対値を生成する。

一次遅れフィルタ部１０２は、絶対値生成部１０１で生成した零相電流の絶対値信号から高周波成分をカットする。

比較器１０４は、基準値設定部１０３で設定された基準値と、一次遅れフィルタ部１０２で高周波成分をカットして生成された零相電流の絶対値信号とを比較する。この比較の結果、零相電流の絶対値が基準値を超えた場合に地絡検出信号１０４ａを出力する。

図２は、地絡発生時、図１における地絡検出部１００の動作を説明する図である。図示した３相シールドケーブル内の１相（例えば、Ｗ相）がシールド線（接地線）に接触する地絡７３が発生した場合の地絡電流Ｉｇｎ（ｎ：１〜５）の検出方法を説明する。

（１）地絡が発生する直前まで、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、ＰＷＭ（Plus Width Modulation：パルス幅変調）制御部（図示しない）が、当該スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲート端子Ｇ１〜Ｇ６を所定のタイミングでオン／オフ制御するのに伴いオン／オフ制御にされている。

（２）この状態で、上記Ｗ相の地絡７３が発生した場合、平滑コンデンサＣ１の高電圧端子から上記スイッチング素子Ｑ５がオン時に地絡電流Ｉｇ１が図示矢印方向に流れる。

（３）地絡電流Ｉｇ１は、図示した経路を通り、３相シールドケーブルのＷ相内の地絡発生個所に向かって地絡電流Ｉｇ２が流れる。

（４）地絡電流Ｉｇ２は、地絡発生個所からシールド線７１ｂを通りインバータ内接地母線側に向かって地絡電流Ｉｇ４が流れる。

（５）地絡電流Ｉｇ４は、シールド線７１ａを通り地絡電流Ｉｇ５となり電源供給元に帰還する。地絡電流Ｉｇ５は、電流センサ９０によって検出される。

（６）地絡電流Ｉｇ５は、３相シールドケーブル内のＵ相、Ｖ相内静電容量（浮遊容量）Ｃ２を通りスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４がオン時に地絡電流Ｉｇ６となり平滑コンデンサＣ１の低電圧端子側に帰還する。

（７）電流センサ９０で検出された地絡電流Ｉｇ５は、Ｗ相の電圧が正電圧の場合を例に説明したが、負電圧の場合もあるため、絶対値生成部１０１により地絡電流の絶対値が生成される。本実施例では、地絡電流の大きさは重要な要素であるが、その極性は重要な要素ではないからである。

（８）（７）で検出された地絡電流の絶対値信号には、高周波電流が重畳されており、当該高周波電流により地絡電流の大きさを誤検出するのを防止するため、一次遅れフィルタ部１０２で、地絡電流の絶対値信号から高周波成分をカットする。

（９）比較器１０４は、基準値設定部１０３で設定された基準値と、一次遅れフィルタ部１０２で高周波成分をカットして生成された地絡電流の絶対値信号とを比較する。

なお、基準値設定部は、インバータ部６０の運転初期値の零相電流値を前記地絡検出部１００で検出した零相電流の絶対値に所定の許容値を加算して上記基準値を設定する。

上記比較の結果、地絡電流の絶対値が基準値を超えた場合に地絡検出信号１０４ａを出力する。

以上設目したように、本発明の実施例によれば、インバータ部６０とモータ８０を３相シールドケーブル７０で接続し、シールド線に流れる零相電流を監視することにより、容量の小さな電流センサで地絡を検出することができる電圧型インバータの地絡検出装置を提供することができる。

Ｃ１ 平滑コンデンサ
Ｃ２ 電力ケーブルの静電容量
Ｉｇ１〜Ｉｇ４ 零相電流（地絡電流）
Ｇ１ インバータ内接地母線の接地端子
Ｇ２ モータ本体の接地端子
１０ トランス
２０ シールドケーブル
３０ コンバータ部
４０ 平滑部
５０ 地絡故障検出部
６０ インバータ部
６１ インバータ内接地母線
７０ ３相シールドケーブル
７１、７１ａ、７１ｂ シールド線
７３ 地絡
７４ 接地線
８０ モータ
９０ 電流センサ
１００ 地絡検出部
１０１ 絶対値生成部
１０２ 一次遅れフィルタ部
１０３ 基準値設定部
１０４ 比較器

Claims (4)

1. インバータ部の出力端子とモータの電源入力端子をシールドケーブルで接続して当該モータを駆動する電圧型インバータの地絡検出装置であって、
   前記モータの電源入力端子側シールド線は、モータ本体の接地端子に接続され、
   このモータ本体の接地端子と前記インバータ部の出力端子側シールド線及びインバータ内接地母線を接地線で接続し、
   前記接地母線の接地端子は接地するが、前記モータ本体の接地端子は非接地とし、
   前記インバータ部の出力端子側シールド線に流れる零相電流を検出する電流センサと、
   前記電流センサで検出した零相電流を監視し地絡を検出する地絡検出部と、
   を備えたことを特徴とする電圧型インバータの地絡検出装置。
2. インバータ部の出力端子とモータの電源入力端子をシールドケーブルで接続して当該モータを駆動する電圧型インバータの地絡検出装置であって、
   前記インバータ部は３相インバータで構成され、前記シールドケーブルは３相シールドケーブルで構成され、前記インバータ部の出力端子側シールド線及びモータの電源入力端子側シールド線は、それぞれ３相分共通に接続され、
   ３相分共通に接続された前記モータの電源入力端子側シールド線は、モータ本体の接地端子に接続され、このモータ本体の接地端子と、３相分共通に接続された前記インバータ部の出力端子側シールド線及びインバータ内接地母線を接地線で接続し、
   前記接地母線の接地端子は接地するが、前記モータ本体の接地端子は非接地とし、
   前記３相分共通に接続されたインバータ部の出力端子側シールド線に流れる零相電流を検出する電流センサと、
   前記電流センサで検出した零相電流を監視し地絡を検出する地絡検出部と、
   を備えたことを特徴とする電圧型インバータの地絡検出装置。
3. 前記地絡検出部は、
   前記電流センサで検出した零相電流の絶対値を生成する絶対値生成部と、
   前記絶対値生成部で生成した零相電流の絶対値信号から高周波成分をカットする一次遅れフィルタ部と、
   基準値設定部で設定された基準値と、前記一次遅れフィルタ部で高周波成分をカットして生成した零相電流の絶対値信号を比較する比較器と、を備え、
   前記比較器による比較の結果、前記零相電流の絶対値が前記基準値を超えた場合に地絡検出信号を出力することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電圧型インバータの地絡検出装置。
4. 前記基準値設定部は、
   前記インバータ部の運転初期値の零相電流値を前記地絡検出部で検出した零相電流の絶対値に所定の許容値を加算して前記基準値を設定することを特徴とする請求項３記載の電圧型インバータの地絡検出装置。