JP6819302B2 - State detector - Google Patents

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Description

本発明は、電力変換装置の地絡電流や負荷に対する電流、電圧等を検出して電力変換装置の電気的状態を監視するための状態検出装置に関する。 The present invention relates to a state detection device for monitoring the electrical state of a power conversion device by detecting a ground fault current of the power conversion device, a current with respect to a load, a voltage, and the like.

図21は、第1の従来技術として、電力変換装置により高圧の交流を出力して3相の電動機を駆動する電動機駆動システムの構成図である。同図において、201は電力変換装置であり、3台の単相電力変換器INV−U1〜INV−U3の交流出力端を直列接続してU相の単相直列多重変換器を構成すると共に、同様に単相電力変換器INV−V1〜INV−V3,INV−W1〜INV−W3によりV相,W相の単相直列多重変換器を構成し、これら3相分の単相直列多重変換器をスター結線することにより主回路部が構成されている。
ここで、U相,V相,W相の単相直列多重変換器を、便宜的にそれぞれ単相電力変換ユニットというものとする。
FIG. 21 is a configuration diagram of an electric motor drive system for driving a three-phase electric motor by outputting high-voltage alternating current by a power conversion device as a first conventional technique. In the figure, 201 is a power converter, and the AC output terminals of three single-phase power converters INV-U1 to INV-U3 are connected in series to form a U-phase single-phase series multiplex converter. Similarly, single-phase power converters INV-V1 to INV-V3 and INV-W1 to INV-W3 constitute a V-phase and W-phase single-phase series multiplex converter, and these three-phase single-phase series multiplex converters. The main circuit section is composed of star connections.
Here, the U-phase, V-phase, and W-phase single-phase series multiplex converters are referred to as single-phase power conversion units for convenience.

202は交流電源としての多巻線変圧器であり、電源系統に接続される1次側の3相巻線に対して2次側に9組の3相巻線を備え、2次側巻線出力端R1〜R3から単相電力変換器INV−U1〜INV−U3に3相交流電圧を供給し、同様に2次側巻線出力端S1〜S3,T1〜T3から単相電力変換器INV−V1〜INV−V3,INV−W1〜INV−W3に3相交流電圧をそれぞれ供給する。
203は交流負荷としての電動機であり、電力変換装置201の出力端U,V,Wから高圧の3相交流電圧が供給されることにより駆動される。
Reference numeral 202 denotes a multi-winding transformer as an AC power source, which is provided with nine sets of three-phase windings on the secondary side with respect to the three-phase windings on the primary side connected to the power supply system, and the secondary side windings. A three-phase AC voltage is supplied from the output terminals R1 to R3 to the single-phase power converters INV-U1 to INV-U3, and similarly, the single-phase power converter INV is supplied from the secondary winding output ends S1 to S3 and T1 to T3. A three-phase AC voltage is supplied to −V1 to INV-V3 and INV-W1 to INV-W3, respectively.
Reference numeral 203 denotes an electric motor as an AC load, which is driven by supplying a high-voltage three-phase AC voltage from the output terminals U, V, and W of the power converter 201.

401は、電力変換装置201の全体を制御する主制御装置であり、後述する各検出器が接続されると共に、光ファイバー64U1〜64U3,64V1〜64V3,64W1〜64W3を介して、単相電力変換器INV−U1〜INV−U3,INV−V1〜INV−V3,INV−W1〜INV−W3にそれぞれ接続されている。402は、スター結線された主回路部の中性点Oと接地端子Eとの間に接続された地絡故障検出器であり、給電線PDIGにより主制御装置401から給電されて動作し、中性点Oから接地端子E及び接地線を介して接地点Gに流れる地絡電流Iの大きさから地絡故障の有無を判定すると共に、その結果を信号線SDIGにより主制御装置401に伝えて装置保護の演算に使用する。 Reference numeral 401 denotes a main control device that controls the entire power converter 201, and is connected to each detector described later, and is a single-phase power converter via optical fibers 64U1 to 64U3, 64V1 to 64V3, 64W1 to 64W3. It is connected to INV-U1 to INV-U3, INV-V1 to INV-V3, INV-W1 to INV-W3, respectively. Reference numeral 402 denotes a ground fault detector connected between the neutral point O of the main circuit portion connected by a star and the ground terminal E, and is operated by being supplied with power from the main control device 401 by the power supply line PDIG . together to determine the presence or absence of a ground fault from the size of the ground fault current I G from the neutral point O through the ground terminal E and the ground line flows to the ground point G, the main control unit via the signal line S DIG results 401 And use it for device protection calculation.

403は、単相電力変換器INV−U3とU相出力端Uとの間に接続されたU相電流検出器であり、電源線PDIUにより主制御装置401から給電されて動作し、U相電流の検出結果が信号線SDIUにより主制御装置401に送られて電流制御や装置保護のための演算に使用される。同様に、404は、単相電力変換器INV−V3とV相出力端Vとの間に接続されたV相電流検出器であり、電源線PDIVにより主制御装置401から給電されて動作し、V相電流の検出結果が信号線SDIVにより主制御装置401に送られる。また、405は、単相電力変換器INV−W3とW相出力端Wとの間に接続されたW相電流検出器であり、電源線PDIWにより主制御装置401から給電されて動作し、W相電流の検出結果が信号線SDIWにより主制御装置401に送られるようになっている。 Reference numeral 403 is a U-phase current detector connected between the single-phase power converter INV-U3 and the U-phase output end U, which is supplied with power from the main control device 401 by the power supply line PDIU and operates in the U-phase. The current detection result is sent to the main controller 401 by the signal line SDIU and used for current control and calculation for device protection. Similarly, 404 is a V-phase current detector connected between the single-phase power converter INV-V3 and the V-phase output end V, and operates by being supplied with power from the main control device 401 by the power supply line PDIV. , The detection result of the V-phase current is sent to the main controller 401 by the signal line SDIV . Further, reference numeral 405 is a W-phase current detector connected between the single-phase power converter INV-W3 and the W-phase output end W, and operates by being supplied with power from the main control device 401 by the power supply line PDIW . The detection result of the W-phase current is sent to the main control device 401 by the signal line SDIW .

主制御装置401と地絡故障検出器402、U相電流検出器403、V相電流検出器404、W相電流検出器405により、電力変換装置201の制御部が構成されている。
主制御装置401は、各検出器403〜405及び単相電力変換器INV−U1〜INV−U3,INV−V1〜INV−V3,INV−W1〜INV−W3に接続されて電動機203の運転や保護に必要な演算を実行し、その結果に基づいて各相の単相電力変換器を動作させることで電力変換装置201から出力される各相の電流を制御し、電動機203を適切な大きさの電圧及び周波数により運転する。
The control unit of the power conversion device 201 is composed of the main controller 401, the ground fault detector 402, the U-phase current detector 403, the V-phase current detector 404, and the W-phase current detector 405.
The main controller 401 is connected to each of the detectors 403 to 405 and the single-phase power converters INV-U1 to INV-U3, INV-V1 to INV-V3, INV-W1 to INV-W3 to operate the electric motor 203. By executing the calculation required for protection and operating the single-phase power converter of each phase based on the result, the current of each phase output from the power converter 201 is controlled, and the motor 203 is appropriately sized. Operate according to the voltage and frequency of.

次に、図22は、電力変換装置201に適用される単相電力変換器の一例を示す単相2レベル変換器の構成図である。
同図に示す単相電力変換器301において、302はダイオード整流回路であり、交流入力端a,b,cから入力された3相交流を直流に変換して直流中間回路の正側母線P−負側母線N間に出力する。303は、スイッチング素子をIGBTとした単相2レベル変換器(単相2レベルインバータ)であり、直流中間回路のP−N間の直流を4個のIGBTのスイッチングと各部の還流ダイオードとのオンオフにより任意の電圧及び周波数の交流に変換して、交流出力端x−y間に出力する。
Next, FIG. 22 is a configuration diagram of a single-phase two-level converter showing an example of a single-phase power converter applied to the power converter 201.
In the single-phase power converter 301 shown in the figure, 302 is a diode rectifier circuit, which converts three-phase AC input from AC input terminals a, b, and c into DC to convert the positive bus P- of the DC intermediate circuit. Output between the negative bus N. Reference numeral 303 denotes a single-phase two-level converter (single-phase two-level inverter) in which the switching element is an IGBT, and the direct current between the PN of the DC intermediate circuit is switched between four IGBTs and the freewheeling diode of each part is turned on and off. Converts to alternating current of arbitrary voltage and frequency, and outputs between the alternating current output terminals xy.

304は、単相2レベル変換器303の主回路を制御する補助制御装置であり、図21における主制御装置401により演算した情報を光ファイバー64を介してシリアル受信光−電気変換モジュールSRから取り込み、この情報に基づく演算結果により単相2レベル変換器303のIGBTをスイッチングする。305は補助制御装置304の制御電源であり、交流入力端a,b,cから取り込んだ交流、または直流中間回路のP−N間から取り込んだ直流等から、適宜な手段により補助制御装置304の動作に必要な電源を生成し、電源線PLCTRを通じて給電する。 Reference numeral 304 denotes an auxiliary control device that controls the main circuit of the single-phase two-level converter 303, and the information calculated by the main control device 401 in FIG. 21 is taken in from the serial received optical-electric conversion module SR via the optical fiber 64. The IGBT of the single-phase two-level converter 303 is switched according to the calculation result based on this information. Reference numeral 305 is the control power supply of the auxiliary control device 304, and the auxiliary control device 304 is provided by an appropriate means from AC taken from the AC input terminals a, b, c, DC taken from between PN of the DC intermediate circuit, and the like. Generates the power supply required for operation and supplies power through the power supply line PLCTR .

図21に示した電動機駆動システムや図22の単相電力変換器の構成及びその動作原理は、例えば特許文献1等に記載されている。なお、特許文献1には、図21における地絡故障検出器402等が示されていないが、高圧の電力機器においては安全上、必須の検出器であるため、図21ではこれを加えている。 The configuration of the electric motor drive system shown in FIG. 21 and the single-phase power converter shown in FIG. 22 and the operating principle thereof are described in, for example, Patent Document 1. Although Patent Document 1 does not show the ground fault detector 402 and the like in FIG. 21, it is added in FIG. 21 because it is an essential detector for safety in high-voltage power equipment. ..

次いで、図23は、図21の電力変換装置201に適用される単相電力変換器の一例を示す単相3レベル変換器の構成図である。同図の単相電力変換器306において、307はダイオード整流回路であり、交流入力端a,b,cから入力された3相交流を直流に変換して直流中間回路のP−N間に出力する。308はスイッチング素子をIGBTとした単相3レベル変換器(単相3レベルインバータ)であり、直流中間回路のP−N間の直流を8個のIGBTのスイッチングと各部の還流ダイオード、及び、2個のコンデンサの直列接続点MとIGBTとの間に接続されたクランプダイオードのオンオフにより任意の電圧及び周波数の交流に変換して、交流出力端x−y間に出力する。なお、Mは2個のコンデンサの直列接続点である。 Next, FIG. 23 is a configuration diagram of a single-phase three-level converter showing an example of the single-phase power converter applied to the power converter 201 of FIG. In the single-phase power converter 306 of the figure, 307 is a diode rectifier circuit, which converts three-phase AC input from AC input terminals a, b, and c into DC and outputs it between PN of the DC intermediate circuit. To do. Reference numeral 308 is a single-phase three-level converter (single-phase three-level inverter) in which the switching element is an IGBT, and the direct current between PN of the DC intermediate circuit is switched between eight IGBTs, a freewheeling diode in each part, and 2 By turning on / off the clamp diode connected between the series connection point M of the capacitors and the IGBT, it is converted into an alternating current of an arbitrary voltage and frequency and output between the alternating current output terminals xy. Note that M is a series connection point of two capacitors.

310は単相電力変換器306を制御する補助制御装置であり、図21の主制御装置401により演算した情報を、光ファイバー64を介してシリアル受信光−電気変換モジュールSRから取り込み、この情報に基づく演算結果により単相3レベル変換器308の8個のIGBTをスイッチングする。309は補助制御装置310の制御電源であり、交流入力端a,b,cから取り込んだ交流、または直流中間回路のP−N間から取り込んだ直流等から適宜な手段により補助制御装置310の動作に必要な電源を生成し、電源線PLCTRを通じて給電する。
以上のような単相電力変換器306の構成や動作については、例えば特許文献2に記載されている。
Reference numeral 310 denotes an auxiliary control device that controls the single-phase power converter 306, and the information calculated by the main control device 401 of FIG. 21 is taken in from the serial received light-electric conversion module SR via the optical fiber 64 and is based on this information. The eight IGBTs of the single-phase three-level converter 308 are switched according to the calculation result. Reference numeral 309 is the control power supply of the auxiliary control device 310, and the operation of the auxiliary control device 310 is performed by an appropriate means from AC taken from the AC input terminals a, b, c, or DC taken from between PN of the DC intermediate circuit. The power supply required for the power supply is generated and supplied through the power supply line PLCTR .
The configuration and operation of the single-phase power converter 306 as described above are described in, for example, Patent Document 2.

前述した図21の電力変換装置201は、交流負荷としての電動機203を駆動するものであるのに対し、図24は、第2の従来技術として、各相の出力端を電源系統側に接続し、周波数変動や無効電力の補償等を目的として使用される電力変換装置の構成を示している。
図24において、204は電力変換装置、205は電力変換装置204と電源系統との間で電圧の変換や絶縁を行うための変圧器である。
The power conversion device 201 of FIG. 21 described above drives the electric motor 203 as an AC load, whereas FIG. 24 shows, as a second conventional technique, connecting the output ends of each phase to the power supply system side. , The configuration of the power conversion device used for the purpose of compensating for frequency fluctuations and invalid power is shown.
In FIG. 24, 204 is a power conversion device, and 205 is a transformer for converting or insulating voltage between the power conversion device 204 and the power supply system.

406は、電力変換装置204全体を制御する主制御装置である。この主制御装置406は、地絡故障検出器402や各相の電流検出器403〜405が接続されることや、光ファイバー64U1〜64U3,64V1〜64V3,64W1〜64W3を介して各相の単相電力変換器が接続される点は図21と同様であるが、各相の単相電力変換器は、U相がCNV−U1〜CNV−U3、V相がCNV−V1〜CNV−V3、W相がCNV−W1〜CNV−W3であり、これらの単相電力変換器は、以下の図25,図26に説明するように内部の構成が図22,図23と異なっている。 Reference numeral 406 denotes a main control device that controls the entire power conversion device 204. The main controller 406 is connected to a ground fault detector 402 and current detectors 403 to 405 of each phase, and is a single phase of each phase via optical fibers 64U1 to 64U3, 64V1 to 64V3, 64W1 to 64W3. The point that the power converter is connected is the same as in FIG. 21, but the single-phase power converter of each phase has CNV-U1 to CNV-U3 for the U phase, CNV-V1 to CNV-V3 for the V phase, and W. The phases are CNV-W1 to CNV-W3, and these single-phase power converters have different internal configurations from those in FIGS. 22 and 23 as described in FIGS. 25 and 26 below.

図25は、電力変換装置204に適用される単相電力変換器の一例を示す単相2レベル変換器の構成図である。同図において、311は単相電力変換器、312はスイッチング素子をIGBTとした単相2レベル変換器であり、4個のIGBTのスイッチングと各部の還流ダイオードとのオンオフにより、直流を任意の電圧及び周波数の交流に変換して交流出力端x−y間に出力すると共に、P−N間の直流電圧を所定値に保つように動作する。 FIG. 25 is a configuration diagram of a single-phase two-level converter showing an example of a single-phase power converter applied to the power converter 204. In the figure, 311 is a single-phase power converter, and 312 is a single-phase two-level converter with switching elements as IGBTs. By switching four IGBTs and turning on / off the freewheeling diodes of each part, direct current can be converted to an arbitrary voltage. The voltage is converted to alternating current and output between the alternating current output terminals xy, and the DC voltage between PN is maintained at a predetermined value.

313は、単相2レベル変換器312のみを制御する補助制御装置であり、図24の主制御装置406により演算した情報を、光ファイバー64を通じてシリアル受信光−電気変換モジュールSRから取り込み、この情報に基づく演算結果により単相2レベル変換器312のIGBTをスイッチングする。314は補助制御装置313の制御電源であり、P−N間から取り込んだ直流等から適宜な手段により補助制御装置313の電源を生成し、電源線PLCTRを通じて給電する。
以上のような単相電力変換器311の構成及び動作については、例えば非特許文献1に記載されている。
Reference numeral 313 is an auxiliary control device that controls only the single-phase two-level converter 312, and the information calculated by the main control device 406 of FIG. 24 is taken in from the serial received light-electric conversion module SR through the optical fiber 64 and used in this information. The IGBT of the single-phase two-level converter 312 is switched according to the calculation result based on the calculation. Reference numeral 314 is a control power source for the auxiliary control device 313. A power source for the auxiliary control device 313 is generated by an appropriate means from a direct current or the like taken in from between PNs , and power is supplied through the power supply line PLCTR .
The configuration and operation of the single-phase power converter 311 as described above are described in, for example, Non-Patent Document 1.

図26は、電力変換装置204に適用される単相電力変換器の一例を示す単相3レベル変換器の構成図である。同図に示す単相電力変換器315において、316はスイッチング素子をIGBTとした単相3レベル変換器であり、8個のIGBTのスイッチングと各部の還流ダイオードとのオンオフにより、直流を任意の電圧及び周波数の交流に変換して交流出力端x−y間に出力すると共に、P−N間の直流電圧を所定値に保つように動作する。 FIG. 26 is a configuration diagram of a single-phase three-level converter showing an example of a single-phase power converter applied to the power converter 204. In the single-phase power converter 315 shown in the figure, 316 is a single-phase three-level converter with switching elements as IGBTs, and direct current can be converted to an arbitrary voltage by switching eight IGBTs and turning on / off the freewheeling diodes of each part. The voltage is converted to alternating current and output between the alternating current output terminals xy, and the DC voltage between PN is maintained at a predetermined value.

317は単相3レベル変換器316のみを制御する補助制御装置であり、図24の主制御装置406により演算した情報を光ファイバー64を通じてシリアル受信光−電気変換モジュールSRから取り込み、この情報に基づく演算結果により8個のIGBTをスイッチングする。318は補助制御装置317の制御電源であり、P−N間から取り込んだ直流等から適宜な手段により補助制御装置317用の電源を生成し、電源線PLCTRを通じて給電する。 Reference numeral 317 is an auxiliary control device that controls only the single-phase three-level converter 316, and the information calculated by the main control device 406 in FIG. 24 is taken in from the serial received light-electric conversion module SR through the optical fiber 64, and the calculation is based on this information. Depending on the result, 8 IGBTs are switched. Reference numeral 318 is a control power source for the auxiliary control device 317. A power source for the auxiliary control device 317 is generated by an appropriate means from a direct current or the like taken in from between PNs , and power is supplied through the power supply line PLCTR .

以上のように、電源系統に連系させて周波数変動や無効電力を補償するための電力変換装置において、単相3レベル変換器を適用する構成については、例えば特許文献3に記載されている。 As described above, for example, Patent Document 3 describes a configuration in which a single-phase three-level converter is applied in a power converter for compensating for frequency fluctuations and ineffective power by connecting to a power supply system.

さて、図21や図24に示した地絡故障検出器402は、一般に地絡継電器(または地絡リレー、もしくは単に地絡検出器)と呼ばれる電力機器の保護装置であり、主回路側の電位である中性点Oや、これとほぼ同電位である接地端子E、接地線、接地点Gと絶縁された電源によって動作する。このため、断線等の何らかの理由によって地絡故障検出器に接続された接地線が接地点Gから切り離されると、地絡故障検出器には主回路側の非常に高い電位がそのまま印加される。
このような状態が発生しても安全が確保されるように、地絡故障検出器の電源には十分な絶縁耐圧(高耐圧)を持った電源を使用する必要がある。しかし、一般に高耐圧の電源は非常に高価であり、大型となる。更に、この種の電源は製作も難しいため、納期が長くなる等、別の問題もある。
The ground fault detector 402 shown in FIGS. 21 and 24 is a protection device for a power device generally called a ground relay (or a ground relay, or simply a ground fault detector), and has a potential on the main circuit side. It is operated by a power source insulated from the neutral point O, which is the neutral point O, the ground terminal E, the ground wire, and the ground point G, which have substantially the same potential. Therefore, when the ground wire connected to the ground fault detector is disconnected from the ground point G for some reason such as disconnection, a very high potential on the main circuit side is applied to the ground fault detector as it is.
In order to ensure safety even if such a state occurs, it is necessary to use a power source having a sufficient dielectric strength (high withstand voltage) as the power source of the ground fault detector. However, in general, a high withstand voltage power supply is very expensive and becomes large. Furthermore, since this type of power supply is difficult to manufacture, there are other problems such as a long delivery time.

上述した問題を解決する手段として、図27に示すような電動機駆動システムを対象として、高耐圧の電源が不要な地絡故障検出器を使用する方法がある。
同図に示す電力変換装置201’において、501は地絡故障検出器、502は主制御装置、63は光ファイバーであり、他の記号については図21と同様の記号を用いて説明を省略する。なお、図27では、図21における各検出器や信号線、光ファイバー等を省略し、説明に必要な部分のみを図示することによって簡略化している。
As a means for solving the above-mentioned problems, there is a method of using a ground fault detector that does not require a high withstand voltage power supply for an electric motor drive system as shown in FIG. 27.
In the power conversion device 201'shown in the figure, 501 is a ground fault detector, 502 is a main control device, 63 is an optical fiber, and other symbols are the same as those in FIG. 21 and description thereof will be omitted. In FIG. 27, each detector, signal line, optical fiber, etc. in FIG. 21 are omitted, and only the parts necessary for explanation are shown for simplification.

図28は地絡故障検出器501の詳細な構成を示したものである。同図において、51は整流回路、53は間欠信号発生回路、54はE−O(電気−光)変換回路、R1,R2は地絡電流を制限するための制限抵抗、ZDは定電圧ダイオード、C1はコンデンサである。また、主制御装置502内の55はO−E(光−電気)変換回路である。 FIG. 28 shows the detailed configuration of the ground fault detector 501. In the figure, 51 is a rectifier circuit, 53 is an intermittent signal generation circuit, 54 is an EO (electrical-optical) conversion circuit, R1 and R2 are limiting resistors for limiting ground fault current, and ZD is a constant voltage diode. C1 is a capacitor. Further, 55 in the main control device 502 is an OE (optical-electric) conversion circuit.

次に、この地絡故障検出器501の動作について説明する。
図27において何らかの原因で電力変換装置201’に地絡が発生すると、中性点Oから接地端子Eを経由して接地点Gに向かう電流Iが流れる。この電流Iは、図28の地絡故障検出器501の抵抗R1,R2によって大きさが制限された電流であり、例えば、図29(1)に示す電流Iのような波形となる。
電流Iが流れたことにより、抵抗R2の両端には検出器本体に対する入力電圧Vinが発生し、抵抗R1,R2の接続点から電流Iの一部が検出器本体に電流I1として流れ込む。この状態で、電流I1は整流回路51により整流されてコンデンサC1が充電され、図29(2)のように電源電圧Vccが上昇して最終的にはVg2で示すような一定値に到達する。
Next, the operation of the ground fault detector 501 will be described.
When a ground fault occurs in the power converter 201 'for some reason 27, the current flows I G which via the ground terminal E from the neutral point O toward the ground point G. The current I G is a current magnitude by the resistors R1, R2 is restricted to the ground fault detector 501 in FIG. 28, for example, a waveform as a current I G shown in FIG. 29 (1).
By current I G flows, the input voltage V in for the detector body at both ends of the resistor R2 is generated, a part from the connection point of the resistors R1, R2 of the current I G flows as the current I1 in the detector body .. In this state, the current I1 is rectified by the rectifier circuit 51 to charge the capacitor C1, the power supply voltage V cc rises as shown in FIG. 29 (2), and finally reaches a constant value as shown by V g2. To do.

このようにしてコンデンサC1が充電される過程において、電源電圧Vccが、図29(2)のVg1で示すように回路動作に必要な基準電圧に達すると、図28の間欠信号発生回路53から、図29(3)に示すごとく、周期ΔTで一時的に論理値が“1”となる間欠信号Sintが出力され、後段のE−O変換回路54に入力される。
このE−O変換回路54は、間欠信号Sintの論理値が“1”のときに内部の発光素子が点灯状態となって光信号を出力し、この光信号が光ファイバー63を介して監視側の主制御装置502に送られ、O−E変換回路55により電気信号に変換されることで地絡故障を検知することができる。ここで、上記間欠信号Sintは、図30に示す如く、周期ΔTにおいて論理値“1”の期間T1が論理値“0”の期間T2より十分短いほど消費電力の低減に効果的である。
In the process of charging the capacitor C1 in this way, when the power supply voltage V cc reaches the reference voltage required for circuit operation as shown by V g1 in FIG. 29 (2), the intermittent signal generation circuit 53 in FIG. 28 Therefore, as shown in FIG. 29 (3), an intermittent signal Sint whose logical value temporarily becomes “1” in the period ΔT is output and input to the EO conversion circuit 54 in the subsequent stage.
When the logical value of the intermittent signal Sint is "1", the EO conversion circuit 54 turns on the internal light emitting element and outputs an optical signal, and this optical signal is sent to the monitoring side via the optical fiber 63. It is sent to the main control device 502 of the above and converted into an electric signal by the OE conversion circuit 55, so that a ground fault can be detected. Here, as shown in FIG. 30, the intermittent signal Sint is more effective in reducing power consumption as the period T1 of the logical value "1" is sufficiently shorter than the period T2 of the logical value "0" in the period ΔT.

以上のように、高耐圧の電源が不要な地絡故障検出器を使用する電力変換装置は、例えば特許文献4に記載されている。この特許文献4においては、図27,図28に示したように、地絡電流を電源として地絡故障検出器を動作させ、検出した地絡故障信号を光ファイバーにより出力することで高耐圧の電源を不要とし、結果として大きさやコストを低減している。 As described above, a power conversion device that uses a ground fault detector that does not require a high withstand voltage power supply is described in, for example, Patent Document 4. In Patent Document 4, as shown in FIGS. 27 and 28, a ground fault detector is operated using the ground fault current as a power source, and the detected ground fault failure signal is output by an optical fiber to obtain a high withstand voltage power supply. As a result, the size and cost are reduced.

次に、図31は、単相直列多重変換器を3相分備えた電力変換装置101を用いて3相の電動機203を駆動する電動機駆動システムに、従来技術の状態検出装置を適用した例である。 Next, FIG. 31 shows an example in which a state detection device of the prior art is applied to an electric motor drive system that drives a three-phase electric motor 203 by using a power converter 101 equipped with a single-phase series multiplex converter for three phases. is there.

ここで、一相分の単相直列多重変換器は、3台の単相電力変換器を直列多重接続することにより構成される。すなわち、前記同様に、U相の単相直列多重変換器は、単相電力変換器INV−U1〜INV−U3により構成され、V相の単相直列多重変換器は、単相電力変換器INV−V1〜INV−V3により構成され、W相の単相直列多重変換器は、単相電力変換器INV−W1a〜INV−W3により構成されている。 Here, the single-phase series multiplex converter for one phase is configured by connecting three single-phase power converters in series and multiplex. That is, similarly to the above, the U-phase single-phase series multiplex converter is composed of the single-phase power converters INV-U1 to INV-U3, and the V-phase single-phase series multiplex converter is the single-phase power converter INV. The W-phase single-phase series multiplex converter is composed of the -V1 to INV-V3, and the W-phase single-phase series multiplex converter is composed of the single-phase power converters INV-W1a to INV-W3.

図31において、1は電力変換装置101の全体を制御するための主制御装置、2は状態検出装置、RDIGは地絡電流を検出するために電力変換装置101の中性点Oと接地端子Eとの間に接続された電流検出手段としての抵抗素子、RDIUはU相電流を検出するために中性点OとU相の単相電力変換器INV−U1の交流出力端xとの間に接続された抵抗素子、同様に、RDIV,RDIWはそれぞれが中性点OとV相の単相電力変換器INV−V1、W相の単相電力変換器INV−W1aの出力端xとの間に接続された抵抗素子である。なお、W相の単相電力変換器INV−W1aは、電源線PSDを介して状態検出装置2に電源を供給する機能を備えている。
また、64U1〜64U3,64V1〜64V3,64W1〜64W3は、状態検出装置2と単相電力変換器INV−U1〜INV−U3,INV−V1〜INV−V3,INV−W1a〜INV−W3との間にそれぞれ接続された光ファイバーである。
In FIG. 31, 1 is a main control device for controlling the entire power conversion device 101, 2 is a state detection device, and R DIG is a neutral point O and a ground terminal of the power conversion device 101 for detecting a ground fault current. The resistance element R DIU as a current detecting means connected to E is connected to the neutral point O and the AC output terminal x of the U-phase single-phase power converter INV-U1 in order to detect the U-phase current. The resistance elements connected between them, similarly, R DIV and R DIW are the output ends of the neutral point O and V phase single-phase power converter INV-V1 and the W-phase single-phase power converter INV-W1a, respectively. It is a resistance element connected to x. Incidentally, single-phase power converter INV-W1a of the W phase has a function of supplying power to the state detection device 2 via the power line P SD.
Further, 64U1 to 64U3, 64V1 to 64V3, 64W1 to 64W3 are a state detection device 2 and a single-phase power converter INV-U1 to INV-U3, INV-V1 to INV-V3, INV-W1a to INV-W3. It is an optical fiber connected between them.

抵抗素子RDIG,RDIU,RDIV,RDIWの両端電圧VDIG,VDIU,VDIV,VDIWは、状態検出装置2に入力されている。この状態検出装置2からは、後述する図34によって説明するように、前記の両端電圧VDIG,VDIU,VDIV,VDIWに対してAD(アナログ−ディジタル)変換、ディジタル−シリアル変換、E−O(電気−光)変換等を行って得た光信号SIGL,SIUL,SIVL,SIWLが出力され、これらの光信号SIGL,SIUL,SIVL,SIWLは、光ファイバー41a〜41dを介して主制御装置1に入力されている。 Resistance element R DIG, R DIU, R DIV , the R DIW voltage across V DIG, V DIU, V DIV , V DIW are inputted into the state detection device 2. From this state detector 2, as illustrated by FIG. 34 to be described later, the voltage across V DIG, V DIU, V DIV , AD relative to V DIW (analog - digital) conversion, digital - serial converter, E -O - optical signal obtained by performing (electric light) conversion, S IGL, S IUL, S IVL , S IWL are output, these optical signals S IGL, S IUL, S IVL , S IWL are optical fibers 41a It is input to the main control device 1 via ~ 41d.

図32は、図31の電力変換装置101に適用される単相電力変換器102の一例を示す構成図である。同図において、ダイオード整流回路302及び単相2レベル変換器(単相2レベルインバータ)303の構成は、図22に示したものと同様であるため、説明を省略する。 FIG. 32 is a configuration diagram showing an example of a single-phase power converter 102 applied to the power converter 101 of FIG. 31. In the figure, the configurations of the diode rectifier circuit 302 and the single-phase two-level converter (single-phase two-level inverter) 303 are the same as those shown in FIG. 22, and thus the description thereof will be omitted.

図32における304は、単相2レベル変換器303の主回路を制御する補助制御装置であり、図31の主制御装置1により演算した情報を、光ファイバー64を介してシリアル受信光−電気変換モジュールSRから取り込み、この情報に基づく演算結果により単相2レベル変換器303のIGBTをスイッチングする。また、3は補助制御装置304の制御電源であり、交流入力端a,b,cから取り込んだ交流、または直流中間回路のP−N間から取り込んだ直流等から適宜な手段により補助制御装置304の動作に必要な電源を生成し、電源線PLCTRを介して補助制御装置304に給電する。 Reference numeral 304 denotes an auxiliary control device that controls the main circuit of the single-phase two-level converter 303, and the information calculated by the main control device 1 of FIG. 31 is a serial reception optical-electric conversion module via the optical fiber 64. The IGBT of the single-phase two-level converter 303 is switched according to the calculation result based on this information taken from the SR. Reference numeral 3 denotes a control power supply for the auxiliary control device 304, which is the auxiliary control device 304 taken from AC input terminals a, b, and c, or DC taken from between PNs of the DC intermediate circuit by an appropriate means. Generates the power supply necessary for the operation of the above, and supplies power to the auxiliary control device 304 via the power supply line PLCTR .

更に、制御電源3は、図31における状態検出装置2の動作に必要な電源を生成し、電源線PSD及び電源供給端子PSを介して状態検出装置2内の後述する電源回路21に給電している。制御電源3、電源線PSD、電源供給端子PS、及び状態検出装置2内の電源回路21により給電手段を構成している。
ここで、状態検出装置2内の電源回路21には、少なくとも1台の単相電力変換器102(例えば、前述した図31の単相電力変換器INV−W1a)内の制御電源3から給電すれば良い。
Further, the control power supply 3 generates a power supply necessary for the operation of the state detection device 2 in FIG. 31 and supplies power to the power supply circuit 21 described later in the state detection device 2 via the power supply line PSD and the power supply terminal PS. ing. The power supply means is composed of the control power supply 3, the power supply line PSD , the power supply terminal PS, and the power supply circuit 21 in the state detection device 2.
Here, the power supply circuit 21 in the state detection device 2 is supplied with power from the control power supply 3 in at least one single-phase power converter 102 (for example, the single-phase power converter INV-W1a of FIG. 31 described above). Just do it.

次に、図33は図31の電力変換装置101に適用される単相電力変換器103の一例を示す単相3レベル変換器の構成図である。同図において、ダイオード整流回路307及び単相3レベル変換器(単相3レベルインバータ)308の構成は、図23に記載したものと同様であるため、説明を省略する。
図33において、309は補助制御装置、5は補助制御装置309の制御電源であり、図32の制御電源3と同様の方法で補助制御装置309の動作に必要な電源を生成し、電源線PLCTRを通じて給電すると共に、状態検出装置2の動作に必要な電源を生成し、電源線PSD及び電源供給端子PSを介して状態検出装置2の電源回路21に給電する。
図32と同様に、状態検出装置2内の電源回路21には、少なくとも1台の単相電力変換器103内の制御電源5から給電すれば良い。
Next, FIG. 33 is a configuration diagram of a single-phase three-level converter showing an example of the single-phase power converter 103 applied to the power converter 101 of FIG. 31. In the figure, the configurations of the diode rectifier circuit 307 and the single-phase three-level converter (single-phase three-level inverter) 308 are the same as those shown in FIG. 23, and thus the description thereof will be omitted.
In FIG. 33, 309 is an auxiliary control device, 5 is a control power supply for the auxiliary control device 309, and a power supply necessary for the operation of the auxiliary control device 309 is generated in the same manner as the control power supply 3 in FIG. 32, and the power supply line P while feeding through LCTR, generates the power required for the operation of the state detection device 2, supplies power to the power supply circuit 21 of the state detection device 2 via the power line P SD and the power supply terminal PS.
Similar to FIG. 32, the power supply circuit 21 in the state detection device 2 may be supplied with power from the control power supply 5 in at least one single-phase power converter 103.

図34は、状態検出装置2の内部構成図である。同図において、11a〜11dは電圧変換回路、12a〜12dはAD変換回路、13a〜13dはAD変換回路12a〜12dを制御するためのAD変換制御回路、14a〜14dはAD変換回路12a〜12dの出力信号を伝送に必要なシリアル信号に変換するシリアル変換回路、15a〜15dはシリアル変換回路14a〜14dから出力されたシリアル信号(電気信号)を光信号に変換して光ファイバー41a〜41dに出力するE−O(電気−光)変換回路、21は電源線PSDを介して前記単相電力変換器102または103の電源供給端子PSに接続された電源回路、C1は電源回路21の出力側に接続された蓄電素子としてのコンデンサである。 FIG. 34 is an internal configuration diagram of the state detection device 2. In the figure, 11a to 11d are voltage conversion circuits, 12a to 12d are AD conversion circuits, 13a to 13d are AD conversion control circuits for controlling AD conversion circuits 12a to 12d, and 14a to 14d are AD conversion circuits 12a to 12d. The serial conversion circuit 15a to 15d that converts the output signal of the above into a serial signal necessary for transmission, converts the serial signal (electrical signal) output from the serial conversion circuits 14a to 14d into an optical signal and outputs it to the optical fibers 41a to 41d. E-O of (electro - optical) conversion circuit, a power supply circuit connected to each other through a power supply line P SD to the power supply terminal PS of the single-phase power converter 102 or 103 21, C1 is the output side of the power supply circuit 21 It is a capacitor as a power storage element connected to.

上記構成において、電圧変換回路11a〜11d、AD変換回路12a〜12d及びAD変換制御回路13a〜13dはディジタル信号演算手段を構成し、シリアル変換回路14a〜14dはシリアル変換手段を構成し、E−O変換回路15a〜15dは電気−光変換手段を構成している。 In the above configuration, the voltage conversion circuits 11a to 11d, the AD conversion circuits 12a to 12d, and the AD conversion control circuits 13a to 13d constitute digital signal calculation means, and the serial conversion circuits 14a to 14d constitute serial conversion means. The O conversion circuits 15a to 15d constitute an electric-optical conversion means.

図31における地絡電流Iの検出動作では、中性点Oから抵抗素子RDIGを通って接地端子E、接地点Gへ流れる電流Iを抵抗素子RDIGの両端電圧VDIGとして検出し、状態検出装置2に入力する。電流Iと電圧VDIGとの関係は、VDIG=I×RDIGである。この電圧VDIGは状態検出装置2に入力され、図34の電圧変換手段11aにより電圧VIGに変換されてAD変換回路12aに入力される。
電圧変換手段11aには、オペアンプを備えた反転増幅回路または非反転増幅回路が使用されており、この増幅回路に取り付けられた抵抗によって決まる変換ゲインGDIGで電圧VDIGを電圧VIG(=VDIG×GDIG)に変換する。
In the detection operation of the ground fault current I G in FIG. 31, the ground terminal E through the resistor element R DIG from the neutral point O, to detect the current I G flowing to the ground point G as a voltage across V DIG of the resistance element R DIG , Input to the state detection device 2. Relation between the current I G and the voltage V DIG is a V DIG = I G × R DIG . This voltage V DIG is input to the state detection device 2, converted into a voltage V IG by the voltage conversion means 11a of FIG. 34, and input to the AD conversion circuit 12a.
An inverting amplifier circuit or a non-inverting amplifier circuit provided with an operational amplifier is used in the voltage conversion means 11a, and the voltage V DIG is converted into the voltage V IG (= V) by the conversion gain G DIG determined by the resistance attached to the amplifier circuit. Convert to DIG x G DIG ).

図34のAD変換制御回路13aは、図35(1)に示すAD変換制御信号CIGとして、予め設定された一定の周期Tで “1”の状態をパルス出力する回路であり、フリーランタイマ機能を実現するロジック回路のディジタルカウンタ等によって構成されている。AD変換回路12aは、図35(2)のように、AD変換制御信号CIGが“1”の状態になるとアナログ信号をディジタル信号に変換する処理を開始し、図35(3)に示すごとく、変換時間TCHGの経過後に変換結果をディジタルデータDIGとして出力する。 The AD conversion control circuit 13a of FIG. 34 is a circuit that pulse-outputs the state of “1” at a preset constant period T as the AD conversion control signal CIG shown in FIG. 35 (1), and is a free-run timer. It is composed of a digital counter of a logic circuit that realizes the function. As shown in FIG. 35 (2), the AD conversion circuit 12a starts a process of converting an analog signal into a digital signal when the AD conversion control signal CIG is in the “1” state, and as shown in FIG. 35 (3). , and outputs the conversion result after a conversion time T CHG as digital data D IG.

AD変換回路12aからディジタルデータDIGが出力されると、図35(4)に示すごとく、予め設定された遅延時間TDLYの経過後にシリアル変換回路14aがディジタルデータDIGをパラレル−シリアル変換し、「※1」で示すようなシリアル信号SIGとして出力する。ここで、送信側となるシリアル変換回路14aが出力するデータの伝送形式は、受信側の仕様に合わせれば良い。 When the digital data D IG is output from the AD conversion circuit 12a, the serial conversion circuit 14a performs parallel-serial conversion of the digital data D IG after the preset delay time T DLY elapses, as shown in FIG. 35 (4). , Output as a serial signal SIG as shown by "* 1". Here, the transmission format of the data output by the serial conversion circuit 14a on the transmitting side may be adjusted to the specifications on the receiving side.

例えば、シリアル信号にUART方式を採用する場合には、上記「※1」の部分は図36に示すような伝送形式の波形となる。なお、図36(4’)はクロック信号SCLKを示し、図36(4)は図35(4)の「※1」の部分を拡大したシリアル信号SIGを示している。
図36(4)のシリアル信号SIGにおいて、D0〜D7は実際のディジタルデータであり、STはUART信号の先頭を示すスタートビット、SPはUART信号の最後を示すストップビット、PRはディジタルデータD0〜D7のパリティチェック結果である。8ビットのデータを送る場合はこの波形の通りで良いが、8ビットを超えるデータの場合は、図36における(1)〜(11)の波形を送信した後、(12)の部分から繰り返して(1)〜(11)の波形を出力するようにし、データを8ビット単位に分割して必要な回数だけ送信すれば良い。
For example, when the UART method is adopted for the serial signal, the above-mentioned "* 1" part becomes the waveform of the transmission format as shown in FIG. 36. Note that FIG. 36 (4') shows the clock signal S CLK , and FIG. 36 (4) shows the serial signal SIG which is an enlarged portion of “* 1” in FIG. 35 (4).
In serial signal S IG of FIG. 36 (4), D0~D7 is the actual digital data, ST is a start bit indicating the beginning of the UART signal, SP is a stop bit indicating the end of the UART signal, PR digital data D0 It is a parity check result of ~ D7. When sending 8-bit data, this waveform may be used, but in the case of data exceeding 8 bits, after transmitting the waveforms (1) to (11) in FIG. 36, the waveform is repeated from the part (12). The waveforms (1) to (11) may be output, and the data may be divided into 8-bit units and transmitted as many times as necessary.

図34のE−O変換回路15aは、シリアル変換回路14aから出力された電気信号としてのシリアル信号SIGを光信号SIGLに変換して送信する。
光ファイバー41aを通して光信号SIGLを受信した図31の主制御装置1は、E−O変換回路15aとは逆に、図示されていないO−E(光−電気)変換回路により光信号を電気信号に変換する。そして、この電気信号をCPU等に取り込み、シリアル変換回路14aと逆のパラレル変換回路(図示せず)にてシリアル信号からパラレル信号に変換することで、AD変換回路12aから出力されたデータを認識する。
The EO conversion circuit 15a of FIG. 34 converts the serial signal SIG as an electric signal output from the serial conversion circuit 14a into an optical signal SIGL and transmits the serial signal SIG .
The main controller 1 of FIG. 31, which receives the optical signal SIGL through the optical fiber 41a, converts the optical signal into an electric signal by an OE (optical-electric) conversion circuit (not shown), contrary to the EO conversion circuit 15a. Convert to. Then, by taking this electric signal into a CPU or the like and converting the serial signal into a parallel signal by a parallel conversion circuit (not shown) opposite to the serial conversion circuit 14a, the data output from the AD conversion circuit 12a is recognized. To do.

更に、CPU等の処理により、データの大きさ、すなわち地絡電流Iの大きさが故障判別用の閾値を超えた場合は、地絡故障と判定する。こうして地絡故障と判定した場合の処理は、電力変換装置が使用される設備によって様々であるが、例えば電動機駆動用のインバータでは、インバータが出力している周波数及び電圧を徐々に低くして最終的に零とすることで、電動機を減速して停止させる処理となる。また、電源系統に接続されたコンバータの場合は、地絡故障と判定された時間が所定の設定時間を超えて連続したら、コンバータの動作を停止させる処理等となる。 Further determines the processing of the CPU or the like, the size of the data, that is, the magnitude of the ground fault current I G exceeds the threshold value for failure determination, a ground fault. The processing when a ground fault is determined in this way varies depending on the equipment in which the power converter is used. For example, in an inverter for driving an electric motor, the frequency and voltage output by the inverter are gradually lowered to finalize. By setting the frequency to zero, the process of decelerating and stopping the motor is performed. Further, in the case of a converter connected to a power supply system, if the time determined to be a ground fault failure continues beyond a predetermined set time, the converter operation is stopped.

図34の状態検出装置2において、U相,V相,W相の負荷電流I,I,Iを検出する処理は地絡電流Iの場合とほぼ同様であるため、これらに対する詳細な説明は省略する。なお、地絡電流Iは、地絡が発生していない正常時は装置の運転中でも微小な電流が流れるのみであり、地絡故障が検出された場合でも、装置が使用される設備の仕様によっては、運転継続を許容するか、あるいは、停止するまで数十ミリ秒〜数秒、数十秒といった時間の経過を許容することがある。
これに対し、各相を流れる負荷電流I,I,Iについては、装置の仕様で定めた最大電流が常時流れることや、半導体素子を保護するために電流が許容最大値を超える過電流となった場合には直ちに運転を停止しなければならないこと等が、地絡電流Iの場合と異なっている。
In the state detecting device 2 of FIG. 34, U-phase, V-phase, the load current I U of W-phase, for processing to detect the I V, I W are the same as those in the ground fault current I G, details on these Description will be omitted. Incidentally, the ground fault current I G is normal ground fault has not occurred is only flowing a minute current even during operation of the apparatus, even if the ground fault is detected, the equipment specifications of the device is used Depending on the case, the operation may be allowed to continue, or the passage of time such as several tens of milliseconds to several seconds or several tens of seconds may be allowed until the operation is stopped.
On the other hand, regarding the load currents I U , IV , and I W flowing through each phase, the maximum current specified in the specifications of the device always flows, and the current exceeds the allowable maximum value to protect the semiconductor element. it like must stop operation immediately when it becomes the current is different from the case of the ground fault current I G.

なお、図31〜図36を用いて説明した電力変換装置は、本出願人による特願2015−141747に記載されている。この先願発明においては、検出した地絡故障信号を、検出した信号数に応じた数の光ファイバーにより出力することで高耐圧の電源を不要とし、結果として大きさやコストを低減すると共に、状態検出装置の電源を単相電力変換器側から供給することで各変換回路等を動作させている。 The power conversion device described with reference to FIGS. 31 to 36 is described in Japanese Patent Application No. 2015-141747 by the present applicant. In this prior invention, the detected ground fault signal is output by the number of optical fibers corresponding to the number of detected signals, so that a high withstand voltage power source is not required, and as a result, the size and cost are reduced, and the state detection device is used. Each conversion circuit etc. is operated by supplying the power of the above from the single-phase power converter side.

特許第5181712号公報Japanese Patent No. 5181712 特許第4096501号公報Japanese Patent No. 4096501 特開2000−253675号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-253675 特許第5305070号公報Japanese Patent No. 5305070

Fang Zheng Peng etc.,“A Multilevel Voltage-Source Inverter with Static Var Generation”, IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS, VOL.32, NO. 5, 1996, P.1130-1138Fang Zheng Peng etc., “A Multilevel Voltage-Source Inverter with Static Var Generation”, IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS, VOL.32, NO. 5, 1996, P.1130-1138

図21に示した電力変換装置201では、地絡故障検出器だけでなく、用途や目的によって様々な検出器が使用されており、例えば、出力端の電流を制御するためには電流検出器によって電流を常時検出できるようにしなければならない。
この種の用途で使われる電流検出器は、例えばホール素子や絶縁アンプ、シャント抵抗等の検出素子を使用した回路を中心にして構成されるが、何れの構成でも精度良く確実に電流を検出するために、検出素子は、電流が流れる電線や導体板(銅製のブスバー)等、主回路において高電圧が印加されている部分の直近か、または直接接触させるように配置することが必要である。これらの電流検出器から出力された信号は、電流制御のための演算や電流が過大になる状態を防止するため、アナログ信号として瞬時値を主制御装置に取り込んだ後に、AD変換回路によりディジタル信号に変換した結果をCPU等に取り込んで演算処理に使用している。
In the power conversion device 201 shown in FIG. 21, not only a ground fault detector but also various detectors are used depending on the application and purpose. For example, in order to control the current at the output end, a current detector is used. It must be possible to detect the current at all times.
The current detector used in this type of application is mainly composed of circuits that use detection elements such as Hall elements, insulated amplifiers, and shunt resistors. In any configuration, current is detected accurately and reliably. Therefore, it is necessary to arrange the detection element so as to be in close contact with or in direct contact with a portion of the main circuit to which a high voltage is applied, such as a wire through which a current flows or a conductor plate (copper bus bar). The signals output from these current detectors are digital signals by the AD conversion circuit after the instantaneous values are taken into the main control device as analog signals in order to prevent the calculation for current control and the state where the current becomes excessive. The result of conversion to is taken into a CPU or the like and used for arithmetic processing.

ここで、電流検出器を動作させるための電源と、検出したアナログ信号とは、共に主制御装置と電気的に接続する必要があるので、主制御装置と電流検出器との間には、電力変換装置の中で最も電圧が高い部分に対応した高耐圧の絶縁が必要となる。一般的には、電流検出器側で高耐圧の絶縁を確保するための処理が施されるが、このような処理が施された電流検出器は非常に高価で大型となるだけでなく、納期も長くなる。 Here, since both the power supply for operating the current detector and the detected analog signal must be electrically connected to the main controller, there is a power supply between the main controller and the current detector. High withstand voltage insulation corresponding to the part with the highest voltage in the conversion device is required. Generally, the current detector is processed to ensure high withstand voltage insulation, but the current detector with such processing is not only very expensive and large, but also has a delivery date. Will also be longer.

また、高圧の電力変換装置においてIGBT等の半導体素子をスイッチング動作させると、スイッチング時の急激な電圧の変化によって非常に大きなサージ電圧が発生する。このサージ電圧は制御装置の誤動作を引き起こす恐れがあるノイズの原因となるが、制御装置とこれに電気的に接続された電流検出器との間では、電源線やアナログ信号の検出線にノイズが侵入しやすくなり、結果として制御装置が誤動作する確率が高くなるという別の問題も生じていた。 Further, when a semiconductor element such as an IGBT is switched in a high-voltage power conversion device, a very large surge voltage is generated due to a sudden change in voltage during switching. This surge voltage causes noise that may cause malfunction of the control device, but there is noise in the power line and analog signal detection line between the control device and the current detector electrically connected to it. Another problem has arisen is that it is easier to invade and as a result the control device is more likely to malfunction.

上述した課題に対し、図31に示した電力変換装置によれば、検出器を1台に集約すると共に、高耐圧の絶縁を要する電源を不要とし、ノイズの侵入を防止して制御装置等の誤動作を防止するほか、検出するべき状態量としての電流等の大きさに関わらず、安定な検出動作が可能である。しかし、光ファイバーと、光信号の伝送に必要なE−O変換回路及びO−E変換回路が検出信号の数だけ必要になるため、装置の小型化やコストの低減等の点で改善の余地がある。 In response to the above-mentioned problems, according to the power conversion device shown in FIG. 31, the detectors are integrated into one unit, a power supply requiring high withstand voltage insulation is not required, noise intrusion is prevented, and a control device or the like is used. In addition to preventing malfunctions, stable detection operation is possible regardless of the magnitude of the current as the amount of state to be detected. However, since optical fibers and the number of EO conversion circuits and OE conversion circuits required for optical signal transmission are required for the number of detection signals, there is room for improvement in terms of downsizing of the device and cost reduction. is there.

また、電動機駆動用の電力変換装置では、センサレスベクトル制御や瞬停再起動制御等の制御方式を適用する際、電力変換装置の出力電圧を検出することが良く行われるが、図31に示した電力変換装置では、地絡故障検出器や出力電流検出器が設けられているものの、各相の出力電圧検出器については考慮されていなかった。 Further, in a power converter for driving an electric motor, when a control method such as sensorless vector control or instantaneous power failure restart control is applied, it is often performed to detect the output voltage of the power converter, which is shown in FIG. 31. Although the power converter is provided with a ground fault detector and an output current detector, the output voltage detector of each phase has not been considered.

更に、電流検出器としてシャント抵抗等の抵抗素子を使用する場合には、温度変化による抵抗値変化の影響を無視できないことがある。また、ホール素子等と組み合わされた電子回路内内蔵の検出器を使用すれば温度変化の影響を軽減できるが、高精度な制御を実現する場合には、やはり温度変化の影響を無視できない場合がある。この温度変化への対策としては、温度検出素子を別個に取り付ける方法があるが、その場合は個々の電流検出器に取り付ける必要があるため、温度検出素子の数が多くなってしまう。 Further, when a resistance element such as a shunt resistor is used as the current detector, the influence of the resistance value change due to the temperature change may not be ignored. In addition, the effect of temperature change can be reduced by using a detector built into the electronic circuit combined with a Hall element, etc. However, when achieving high-precision control, the effect of temperature change may not be negligible. is there. As a countermeasure against this temperature change, there is a method of attaching the temperature detection elements separately, but in that case, since it is necessary to attach them to individual current detectors, the number of temperature detection elements increases.

また、図21に示したような電力変換装置は製作から数十年に渡って使用され続けることが多く、途中で制御装置(主制御装置、補助制御装置の何れか一方、または両方)は保守の一環として交換する場合がある。制御装置の交換時期に合わせて検出器も交換することもあるが、検出器が電力変換装置の構造品として一体となるように設計されている場合には、検出器のみの交換は困難である。また、検出器を交換すると制御性能が変化し、場合によっては悪化することがある。これを防ぐためには、時間を要する調整試験が必要になる等の問題があり、このような背景から既存の検出器をそのまま継続して使用することが多い。
制御装置を交換しても既存の検出器を使用すれば制御性能が変化することはないが、交換後の制御装置では既存の検出器も考慮して全体を設計・製造する必要があり、余計な労力、時間、コストがかかるという別の問題を生じていた。
Further, the power conversion device as shown in FIG. 21 is often used for several decades from the time of manufacture, and the control device (either one or both of the main control device and the auxiliary control device) is maintained during the process. May be replaced as part of. The detector may be replaced at the same time as the control device is replaced, but it is difficult to replace only the detector if the detector is designed to be integrated as a structure of the power converter. .. In addition, if the detector is replaced, the control performance will change, which may worsen in some cases. In order to prevent this, there is a problem that a time-consuming adjustment test is required, and from such a background, the existing detector is often used continuously as it is.
Even if the control device is replaced, the control performance will not change if the existing detector is used, but the control device after replacement needs to be designed and manufactured in consideration of the existing detector, which is unnecessary. It created another problem of labor, time, and cost.

また、図21の電力変換装置では、状態検出装置の電源を主回路の単相電力変換器から供給することで検出器の耐圧を低くすることが可能であるが、この方式によると、主回路側に故障が発生した場合に電源を供給できなくなる恐れがあった。
更に、電力変換装置の制御装置にはCPU等の演算素子が搭載されており、この演算素子に書き込まれたソフトウェア(プログラム)は所定の演算周期で動作するようになっている。状態検出装置の検出動作を主制御装置側の演算と非同期にする場合は、状態検出装置側の演算周期を主制御装置側のソフトウェアの演算周期より十分速くする必要があり、このようにすると、シリアル伝送の伝送速度を非常に高くする必要が生じると共に、主制御装置側の受信容量を必要以上に大きくしなければならない等の別の問題が発生する。
Further, in the power converter of FIG. 21, it is possible to reduce the withstand voltage of the detector by supplying the power of the state detection device from the single-phase power converter of the main circuit. According to this method, the main circuit There was a risk that power could not be supplied if a failure occurred on the side.
Further, the control device of the power conversion device is equipped with an arithmetic element such as a CPU, and the software (program) written in the arithmetic element operates in a predetermined arithmetic cycle. When the detection operation of the state detection device is to be asynchronous with the calculation on the main controller side, the calculation cycle on the state detection device side must be sufficiently faster than the calculation cycle of the software on the main controller side. It becomes necessary to increase the transmission speed of serial transmission very high, and another problem arises such that the reception capacity on the main controller side must be increased more than necessary.

そこで、本発明の解決課題は、上述した種々の問題を解消し、装置の小型化、低コスト化を図ると共に、動作の安定性、信頼性に優れた状態検出装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention to solve the problem is to solve the above-mentioned various problems, to reduce the size and cost of the device, and to provide a state detection device having excellent operation stability and reliability.

上記課題を解決するために、請求項1に係る発明は、n(nは1以上の整数)台の単相電力変換器からなり、かつ、n=1の時には単相電力変換器の2つの交流出力端を第1、第2の交流出力端とし、n=2以上の時にはn台の単相電力変換器の交流出力側の直列接続回路の始点及び終点に位置する2つの交流出力端を第1、第2の交流出力端とした単相電力変換ユニットを構成し、
m(mは2以上の整数)台の前記単相電力変換ユニットの前記第1の交流出力端を共通接続して中性点とし、m台の前記単相電力変換ユニットの前記第2の交流出力端が同一の交流負荷または交流電源の各相にそれぞれ接続されると共に、前記単相電力変換器を制御する主制御装置を備えた電力変換装置を対象として、前記電力変換装置の電気的状態を監視するための状態検出装置において、
前記中性点と接地点との間に取り付けられた第1の検出手段と、
前記第1の検出手段から出力されるアナログ信号を第1のディジタル信号に変換して出力する第1のアナログ−ディジタル変換手段と、
前記第1のディジタル信号を第1のシリアル信号に変換して出力する第1のシリアル変換手段と、
少なくとも(m−1)個の前記第1の交流出力端と前記中性点との間に取り付けられた第2の検出手段と、
前記第2の検出手段から出力されるアナログ信号を第2のディジタル信号に変換して出力する第2のアナログ−ディジタル変換手段と、
前記第2のディジタル信号を第2のシリアル信号に変換して出力する第2のシリアル信号変換手段と、
全ての前記アナログ−ディジタル変換手段の変換タイミングを制御するための変換タイミング制御手段と、
全ての前記シリアル変換手段の出力信号の中から一つを選択して出力するシリアル信号選択手段と、
前記シリアル信号選択手段の出力信号を光信号に変換し、前記電力変換装置の状態を示す信号として前記主制御装置に出力する電気−光変換手段と、
前記第1及び第2の検出手段、前記第1及び第2のアナログ−ディジタル変換手段、前記第1及び第2のシリアル変換手段、前記変換タイミング制御手段、前記シリアル信号選択手段、前記電気−光変換手段を含む回路に電源を供給する給電手段と、を備え、
前記給電手段に、何れかの前記単相電力変換器から電源を供給することものである。
In order to solve the above problem, the invention according to claim 1 comprises n (n is an integer of 1 or more) single-phase power converters, and when n = 1, two single-phase power converters. The AC output ends are the first and second AC output ends, and when n = 2 or more, the two AC output ends located at the start and end points of the series connection circuit on the AC output side of n single-phase power converters are used. A single-phase power conversion unit with the first and second AC output ends is configured.
The first AC output end of the single-phase power conversion unit of m (m is an integer of 2 or more) is commonly connected to form a neutral point, and the second AC of the single-phase power conversion unit of m units is used. The electrical state of the power converter is targeted at a power converter having an output end connected to each phase of the same AC load or AC power supply and having a main controller for controlling the single-phase power converter. In the state detection device for monitoring
A first detecting means installed between the neutral point and the grounding point,
A first analog-to-digital conversion means that converts an analog signal output from the first detection means into a first digital signal and outputs the signal.
A first serial conversion means that converts the first digital signal into a first serial signal and outputs the signal.
A second detection means attached between at least (m-1) of the first AC output ends and the neutral point, and
A second analog-to-digital conversion means that converts an analog signal output from the second detection means into a second digital signal and outputs the signal.
A second serial signal conversion means that converts the second digital signal into a second serial signal and outputs the signal.
A conversion timing control means for controlling the conversion timing of all the analog-to-digital conversion means,
A serial signal selection means that selects and outputs one of the output signals of all the serial conversion means,
An electric-optical conversion means that converts an output signal of the serial signal selection means into an optical signal and outputs it to the main control device as a signal indicating the state of the power conversion device.
The first and second detection means, the first and second analog-digital conversion means, the first and second serial conversion means, the conversion timing control means, the serial signal selection means, and the electric-light. A power supply means for supplying power to a circuit including a conversion means,
Power is supplied to the power supply means from any of the single-phase power converters.

請求項2に係る発明は、請求項1に記載した状態検出装置において、
m個の前記第2の交流出力端と前記中性点との間に取り付けられた第3の検出手段と、
前記第3の検出手段から出力されるアナログ信号を第3のディジタル信号に変換して出力する第3のアナログ−ディジタル変換手段と、
前記第3のディジタル信号を第3のシリアル信号に変換して出力する第3のシリアル変換手段と、
を更に備え、
前記変換タイミング制御手段は、前記第3のアナログ−ディジタル変換手段を含む全ての前記アナログ−ディジタル変換手段の変換タイミングを制御し、
前記シリアル信号選択手段は、前記第3のシリアル変換手段を含む全ての前記シリアル変換手段の出力信号の中から一つを選択して出力し、
前記給電手段は、前記第3の検出手段、前記第3のアナログ−ディジタル変換手段及び前記第3のシリアル変換手段に対しても電源を供給するものである。
The invention according to claim 2 is the state detection device according to claim 1.
A third detection means attached between the m second AC output ends and the neutral point, and
A third analog-to-digital conversion means that converts an analog signal output from the third detection means into a third digital signal and outputs the signal.
A third serial conversion means that converts the third digital signal into a third serial signal and outputs the signal.
With more
The conversion timing control means controls the conversion timing of all the analog-digital conversion means including the third analog-digital conversion means.
The serial signal selection means selects and outputs one of the output signals of all the serial conversion means including the third serial conversion means.
The power supply means also supplies power to the third detection means, the third analog-digital conversion means, and the third serial conversion means.

請求項3に係る発明は、請求項1または2に記載した状態検出装置において、
前記検出手段のうち少なくとも一つの検出手段が温度検出手段を備えると共に、
前記温度検出手段から出力されるアナログ信号を第4のディジタル信号に変換して出力する第4のアナログ−ディジタル変換手段と、
前記第4のディジタル信号を第4のシリアル信号に変換して出力する第4のシリアル変換手段と、を更に備え、
前記変換タイミング制御手段は、前記第4のアナログ−ディジタル変換手段を含む全ての前記アナログ−ディジタル変換手段の変換タイミングを制御し、
前記シリアル信号選択手段は、前記第4のシリアル変換手段を含む全ての前記シリアル変換手段の出力信号の中から一つを選択して出力し、
前記給電手段は、前記第4のアナログ−ディジタル変換手段及び前記第4のシリアル変換手段に対しても電源を供給するものである。
The invention according to claim 3 is the state detection device according to claim 1 or 2.
At least one of the detection means includes a temperature detection means and
A fourth analog-to-digital conversion means that converts an analog signal output from the temperature detecting means into a fourth digital signal and outputs the signal.
Further provided with a fourth serial conversion means for converting the fourth digital signal into a fourth serial signal and outputting the signal.
The conversion timing control means controls the conversion timing of all the analog-digital conversion means including the fourth analog-digital conversion means.
The serial signal selection means selects and outputs one of the output signals of all the serial conversion means including the fourth serial conversion means.
The power feeding means also supplies power to the fourth analog-to-digital conversion means and the fourth serial conversion means.

請求項4に係る発明は、請求項1〜3の何れか1項に記載した状態検出装置において、前記第1の検出手段または前記第2の検出手段のうち少なくとも一つの検出手段を複数の抵抗素子により構成し、これらの抵抗素子のうち前記電力変換装置の中性点に最も近い抵抗素子から電圧を検出するものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the state detection device according to any one of claims 1 to 3, at least one of the first detection means or the second detection means has a plurality of resistors. It is composed of elements, and among these resistance elements, the voltage is detected from the resistance element closest to the neutral point of the power conversion device.

請求項5に係る発明は、請求項1〜4の何れか1項に記載した状態検出装置において、
m台の前記単相電力変換ユニットの前記第2の交流出力端と前記交流負荷または交流電源の各相との間にそれぞれ接続された第5の検出手段と、
前記第5の検出手段に電源を供給する給電手段と、を更に備え、
前記第2のアナログ−ディジタル変換手段は、前記第5の検出手段から出力されるアナログ信号を前記第2のディジタル信号に変換するものである。
The invention according to claim 5 is the state detection device according to any one of claims 1 to 4.
A fifth detection means connected between the second AC output end of the single-phase power conversion unit in the m range and each phase of the AC load or AC power supply, respectively.
Further provided with a power supply means for supplying power to the fifth detection means.
The second analog-to-digital conversion means converts an analog signal output from the fifth detection means into the second digital signal.

請求項6に係る発明は、請求項1〜5の何れか1項に記載した状態検出装置において、前記給電手段に、前記単相電力変換器以外の系統から電源を供給するものである。 The invention according to claim 6 is the state detection device according to any one of claims 1 to 5, wherein power is supplied to the power feeding means from a system other than the single-phase power converter.

請求項7に係る発明は、請求項1〜6の何れか1項に記載した状態検出装置において、
前記主制御装置から出力された光信号を電気信号に変換し、この電気信号を前記変換タイミング制御手段に対する動作制御信号として出力する手段を更に備えたものである。
The invention according to claim 7 is the state detection device according to any one of claims 1 to 6.
It further includes means for converting an optical signal output from the main control device into an electric signal and outputting the electric signal as an operation control signal for the conversion timing control means.

本発明によれば、状態検出装置の電源を、電力変換装置を構成する何れかの単相電力変換器、または主制御装置やその電源から電力変換装置の保護や制御に必要な検出機能を全て備えた状態検出装置に1系統のみ供給するだけでよい。このため、主制御装置と状態検出装置との間には、電力変換装置の主回路電位に対応した高耐圧の絶縁を要する電源や検出器が不要となるか、仮に必要な場合でも少数の検出器で済むので、小型かつ安価な状態検出装置を提供することができる。 According to the present invention, the power supply of the state detection device is one of the single-phase power converters constituting the power conversion device, or the main control device and all the detection functions necessary for protecting and controlling the power conversion device from the power supply. Only one system needs to be supplied to the provided state detection device. For this reason, a power supply or detector that requires high withstand voltage insulation corresponding to the main circuit potential of the power conversion device is not required between the main control device and the state detection device, or even if it is necessary, a small number of detections are required. Since it is only necessary to use a device, it is possible to provide a small and inexpensive state detection device.

また、状態検出装置と主制御装置との間は光ファイバーによって接続可能であり、電気的に接続しなければならない電源線や検出線が不要になる。このため、電源線や検出線を通って主制御装置にノイズが侵入することがなくなり、結果的に電力変換装置を安定に動作させることができる。
更に、本発明では電力変換装置の制御に必要となる地絡、出力電流、出力電圧等を検出する検出器を1台の状態検出装置に集約できるので、様々な機能を搭載することにより大型で高コストとなる主制御装置の回路やプリント基板等の設計及び構造の簡略化が可能になる。
そして、検出器としてシャント抵抗等の温度変化の影響を受け易い素子を使用する場合でも、その温度を検出することで補正も容易となり、安価なシャント抵抗でも高精度の制御を実現することができる。
Further, the state detection device and the main control device can be connected by an optical fiber, eliminating the need for a power line or a detection line that must be electrically connected. Therefore, noise does not enter the main control device through the power supply line and the detection line, and as a result, the power conversion device can be operated stably.
Further, in the present invention, the detectors for detecting ground faults, output currents, output voltages, etc. required for controlling the power conversion device can be integrated into one state detection device, so that the size can be increased by incorporating various functions. It is possible to simplify the design and structure of the circuit and printed circuit board of the main control device, which are expensive.
Even when an element such as a shunt resistor that is easily affected by a temperature change is used as the detector, the correction can be easily performed by detecting the temperature, and high-precision control can be realized even with an inexpensive shunt resistor. ..

また、通常の制御装置の交換では、既存の検出器を考慮して主制御装置を設計・製作する必要があるが、本発明によれば、既存の検出器を考慮するのは状態検出装置の部分のみでよいため、設計・製作を簡略化することができる。更に、電源としては主回路の単相電力変換器から給電する方式のほか、必要に応じて主制御装置等の他の系統からも給電できるため、主回路側の故障により給電できない場合にも対応可能であり、装置の信頼性を向上することができる。 Further, in the replacement of a normal control device, it is necessary to design and manufacture the main control device in consideration of the existing detector, but according to the present invention, it is the state detection device that considers the existing detector. Since only the part is required, the design and production can be simplified. Furthermore, as a power source, in addition to the method of supplying power from the single-phase power converter of the main circuit, it can also be supplied from other systems such as the main control device as needed, so it can be used even when power cannot be supplied due to a failure on the main circuit side. It is possible and the reliability of the device can be improved.

加えて、主制御装置の演算周期と状態検出装置の動作周期とが非同期である場合でも、状態検出装置が主制御装置から出力された信号を光ファイバー経由で取得可能にしたことで、状態検出装置の動作周期を主制御装置の演算周期と同期させて制御することができる。これにより、結果としてシリアル伝送の速度を必要以上に速くする必要がなくなり、主制御装置側の受信容量を減少させて制御演算を含めた動作を安定化することができる。 In addition, even when the calculation cycle of the main control device and the operation cycle of the state detection device are asynchronous, the state detection device can acquire the signal output from the main control device via the optical fiber. It is possible to control the operation cycle of the above in synchronization with the calculation cycle of the main control device. As a result, it is not necessary to increase the serial transmission speed more than necessary, and the reception capacity on the main controller side can be reduced to stabilize the operation including the control calculation.

本発明の第1実施形態に係る状態検出装置2aを備えた電動機駆動システムの構成図である。It is a block diagram of the electric motor drive system provided with the state detection device 2a which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図1における状態検出装置2aの構成図である。It is a block diagram of the state detection apparatus 2a in FIG. 図2におけるAD変換制御回路16aの動作を示す波形図である。It is a waveform diagram which shows the operation of the AD conversion control circuit 16a in FIG. 図2のAD変換制御回路16aにおける4ビット2進カウンタの動作を示す真理値表である。It is a truth table which shows the operation of the 4-bit binary counter in the AD conversion control circuit 16a of FIG. 図2におけるAD変換回路12a及びシリアル変換回路14aの動作を示す波形図である。It is a waveform diagram which shows the operation of the AD conversion circuit 12a and the serial conversion circuit 14a in FIG. 図2におけるシリアル信号選択回路17aの動作を示す波形図である。It is a waveform diagram which shows the operation of the serial signal selection circuit 17a in FIG. 本発明の第2実施形態に係る状態検出装置2bを備えた電動機駆動システムの構成図である。It is a block diagram of the electric motor drive system provided with the state detection device 2b which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 図7における状態検出装置2bの構成図である。It is a block diagram of the state detection apparatus 2b in FIG. 図8におけるAD変換制御回路16bの動作を示す波形図である。It is a waveform diagram which shows the operation of the AD conversion control circuit 16b in FIG. 本発明の第3実施形態に係る状態検出装置2cを備えた電動機駆動システムの構成図である。It is a block diagram of the electric motor drive system provided with the state detection device 2c which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 図10における状態検出装置2cの構成図である。It is a block diagram of the state detection apparatus 2c in FIG. 図11における電圧変換回路11hの構成図である。It is a block diagram of the voltage conversion circuit 11h in FIG. 本発明の第4実施形態において、地絡電流を検出するための抵抗素子群の構成図である。It is a block diagram of the resistance element group for detecting the ground fault current in the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態において、U相の出力電流を検出するための抵抗素子群の構成図である。It is a block diagram of the resistance element group for detecting the output current of U phase in 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態に係る状態検出装置2dを備えた電動機駆動システムの構成図である。It is a block diagram of the electric motor drive system provided with the state detection device 2d which concerns on 5th Embodiment of this invention. 図15における状態検出装置2dの構成図である。It is a block diagram of the state detection apparatus 2d in FIG. 本発明の第6実施形態に係る状態検出装置2eを備えた電動機駆動システムの構成図である。It is a block diagram of the electric motor drive system provided with the state detection device 2e which concerns on 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7実施形態に係る状態検出装置2fを備えた電動機駆動システムの構成図である。It is a block diagram of the electric motor drive system provided with the state detection device 2f which concerns on 7th Embodiment of this invention. 図18における状態検出装置2fの構成図である。It is a block diagram of the state detection apparatus 2f in FIG. 図19におけるAD変換制御回路18aの動作を示す波形図である。It is a waveform diagram which shows the operation of the AD conversion control circuit 18a in FIG. 第1の従来技術を示す電動機駆動システムの構成図である。It is a block diagram of the electric motor drive system which shows the 1st prior art. 図21の電力変換装置に適用される単相電力変換器の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of the single-phase power converter applied to the power converter of FIG. 図21の電力変換装置に適用される単相電力変換器の他の例を示す構成図である。It is a block diagram which shows another example of the single-phase power converter applied to the power converter of FIG. 第2の従来技術を示す電動機駆動システムの構成図である。It is a block diagram of the electric motor drive system which shows the 2nd prior art. 図24の電力変換装置に適用される単相電力変換器の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of the single-phase power converter applied to the power converter of FIG. 図24の電力変換装置に適用される単相電力変換器の他の例を示す構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram showing another example of a single-phase power converter applied to the power converter of FIG. 24. 高耐圧の電源が不要な地絡故障検出器を適用した電動機駆動システムの構成図である。It is a block diagram of an electric motor drive system to which a ground fault detector which does not require a high withstand voltage power source is applied. 図27における地絡故障検出器の構成図である。It is a block diagram of the ground fault detector in FIG. 27. 図28に示した地絡故障検出器の動作を説明するための波形図である。It is a waveform diagram for demonstrating the operation of the ground fault detector shown in FIG. 28. 図28に示した地絡故障検出器の動作を説明するための波形図である。It is a waveform diagram for demonstrating the operation of the ground fault detector shown in FIG. 28. 先願発明の状態検出装置を備えた電動機駆動システムの構成図である。It is a block diagram of the electric motor drive system provided with the state detection device of the prior invention. 図31における単相電力変換器の構成図である。It is a block diagram of the single-phase power converter in FIG. 図31における単相電力変換器の他の構成図である。It is another block diagram of the single-phase power converter in FIG. 図31における状態検出装置の構成図である。It is a block diagram of the state detection apparatus in FIG. 図34に示した状態検出装置の動作を説明するための波形図である。It is a waveform diagram for demonstrating the operation of the state detection apparatus shown in FIG. 34. 図35の一部を拡大した波形図である。FIG. 3 is an enlarged waveform diagram of a part of FIG. 35.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
<第1実施形態>
まず、本発明の第1実施形態を説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る状態検出装置を備えた電動機駆動システムの構成図である。この電動機駆動システムは、図21や図31と同様に、各相が3台の単相電力変換器からなる直列多重変換器によって構成された電力変換装置105により、3相の電動機203を駆動するものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<First Embodiment>
First, the first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a configuration diagram of an electric motor drive system including a state detection device according to the first embodiment of the present invention. Similar to FIGS. 21 and 31, this electric motor drive system drives a three-phase electric motor 203 by a power converter 105 composed of a series multiplex converter in which each phase consists of three single-phase power converters. It is a thing.

図1において、105は電力変換装置、211は、単相電力変換器INV−U1〜INV−U3,INV−V1〜INV−V3,INV−W1〜INV−Wからなる3相分の直列多重変換器を備えた主回路部である。ここで、各相の直列多重変換器は請求項における単相電力変換ユニットを構成している。
また、1aは電力変換装置105の全体を制御するための主制御装置、2aは状態検出装置、RDIGは地絡電流を検出するために電力変換装置の中性点Oと接地端子Eとの間に接続された抵抗素子、RDIUはU相電流を検出するために中性点Oと単相電力変換器INV−U1の交流出力端xとの間に接続された抵抗素子、同様に、RDIV及びRDIWは、それぞれが中性点OとV相単相電力変換器INV−V1及び単相電力変換器INV−W1aの出力端xとの間に接続されたV相電流検出用、W相電流検出用の抵抗素子である。なお、図31と同様に、単相電力変換器INV−W1aは、電源線PSDを介して状態検出装置2aに対する電源を供給する機能を備えている。
他の構成要素については、図21または図31と同一の記号を付して説明を省略する。
In FIG. 1, 105 is a power converter, and 211 is a series multiplex conversion for three phases including single-phase power converters INV-U1 to INV-U3, INV-V1 to INV-V3, INV-W1 to INV-W. It is a main circuit section equipped with a device. Here, the series multiplex converter of each phase constitutes the single-phase power conversion unit according to the claim.
Further, 1a is a main control device for controlling the entire power conversion device 105, 2a is a state detection device, and RDIG is a neutral point O of the power conversion device and a ground terminal E for detecting a ground fault current. The resistance element connected between them, R DIU, is a resistance element connected between the neutral point O and the AC output end x of the single-phase power converter INV-U1 to detect the U-phase current, as well as the resistance element. R DIV and R DIW are each connected V-phase current detection between the neutral point O and V the phase-phase power converter INV-V1 and an output terminal x of the single-phase power converter INV-W1a, It is a resistance element for detecting W-phase current. Similarly to FIG. 31, the single-phase power converter INV-W1a has a function of supplying power to the state detection device 2a through the power line P SD.
The other components are designated by the same symbols as those in FIG. 21 or 31, and the description thereof will be omitted.

次に、図2は図1における状態検出装置2aの構成図である。
図2において、11aは、地絡電流を検出するための電圧変換回路、11b〜11dはU相〜W相の電流を検出するための電圧変換回路、12aは電圧変換回路11aの出力電圧をディジタル信号に変換するAD(アナログ−ディジタル)変換回路、12b〜12dは電圧変換回路11b〜11dの出力電圧をディジタル信号にそれぞれ変換するAD変換回路である。
Next, FIG. 2 is a configuration diagram of the state detection device 2a in FIG.
In FIG. 2, 11a is a voltage conversion circuit for detecting a ground fault current, 11b to 11d are voltage conversion circuits for detecting U-phase to W-phase currents, and 12a is a digital output voltage of the voltage conversion circuit 11a. The AD (analog-to-digital) conversion circuit for converting into a signal, 12b to 12d, is an AD conversion circuit for converting the output voltage of the voltage conversion circuits 11b to 11d into a digital signal, respectively.

また、14aはAD変換回路12aから出力されたディジタル信号を伝送に必要なシリアル信号に変換するシリアル変換回路、14b〜14dはAD変換回路12b〜12dから出力されたディジタル信号を伝送に必要なシリアル信号に変換するシリアル変換回路である。
16aはAD変換回路12a〜12dを制御するための4つのAD変換制御信号を演算して出力する変換タイミング制御手段としてのAD変換制御回路、17aはシリアル変換回路14a〜14dから出力された4つのシリアル信号のうちの一つを選択して出力するシリアル信号選択回路、15はシリアル信号変換回路17aから出力された電気信号としてのシリアル信号を光信号に変換して光ファイバー41に出力するE−O(電気−光)変換回路である。
更に、21は電源線PSDに接続された電源回路、C1は電源回路21の出力側に取り付けられた蓄電素子としての平滑コンデンサである。
Further, 14a is a serial conversion circuit that converts the digital signal output from the AD conversion circuit 12a into a serial signal required for transmission, and 14b to 14d are serials that convert the digital signal output from the AD conversion circuits 12b to 12d into the serial signal required for transmission. It is a serial conversion circuit that converts to a signal.
16a is an AD conversion control circuit as a conversion timing control means for calculating and outputting four AD conversion control signals for controlling the AD conversion circuits 12a to 12d, and 17a is four output from the serial conversion circuits 14a to 14d. A serial signal selection circuit that selects and outputs one of the serial signals, 15 is an EO that converts the serial signal as an electric signal output from the serial signal conversion circuit 17a into an optical signal and outputs it to the optical fiber 41. It is an (electric-light) conversion circuit.
Further, 21 is a power supply circuit connected to the power supply line PSD , and C1 is a smoothing capacitor as a power storage element attached to the output side of the power supply circuit 21.

次に、この状態検出装置2aの動作について説明する。
地絡電流Iの検出動作では、図1の中性点Oから接地点Gへ流れる電流Iを抵抗素子RDIGの両端電圧VDIGとして検出し、状態検出装置2aに入力する。ここで、電流Iと電圧VDIGとの関係は、VDIG=I×RDIGである。この電圧VDIGは状態検出装置2aの電圧変換回路11aにより電圧VIGに変換されてAD変換回路12aに入力される。
電圧変換回路11aには、オペアンプを備えた反転増幅回路または非反転増幅回路が使用されており、この増幅回路に取り付けられた抵抗素子によって決まる変換ゲインGDIGにより電圧VDIGを電圧VIG(=VDIG×GDIG)に変換する。
Next, the operation of the state detection device 2a will be described.
In the detection operation of the ground fault current I G, it detects the current I G flowing from the neutral point O in FIG. 1 to ground G as a voltage across V DIG of the resistance element R DIG, and inputs to the state detection device 2a. Here, the relationship between the current I G and the voltage V DIG is a V DIG = I G × R DIG . This voltage V DIG is converted into a voltage V IG by the voltage conversion circuit 11a of the state detection device 2a and input to the AD conversion circuit 12a.
An inverting amplifier circuit or a non-inverting amplifier circuit provided with an operational amplifier is used in the voltage conversion circuit 11a, and the voltage V DIG is changed to the voltage V IG (= by the conversion gain G DIG determined by the resistance element attached to the amplifier circuit. Convert to V DIG x G DIG ).

次いで、AD変換回路12a、シリアル変換回路14a、AD変換制御回路16a、シリアル信号選択回路17aの動作について、図面を参照しつつ説明する。
図3はAD変換制御回路16aの動作を示す波形図である。図3(1)CLKは回路を動作させるためのクロック信号、図3(2)Bit0〜(5)Bit3は4ビット2進カウンタの出力信号であり、図3(2)Bit0が最下位ビット、図3(5)Bit3が最上位ビットとなっている。
図3(6)CIG〜(9)CIWはAD変換制御回路16aから出力されるAD変換制御信号である。ここで、図3(6)CIGは地絡電流の検出結果をAD変換するAD変換回路12aに対する制御信号、図3(7)CIU〜(9)CIWが各相電流の検出結果をAD変換するAD変換回路12b〜12dに対する制御信号である。
Next, the operations of the AD conversion circuit 12a, the serial conversion circuit 14a, the AD conversion control circuit 16a, and the serial signal selection circuit 17a will be described with reference to the drawings.
FIG. 3 is a waveform diagram showing the operation of the AD conversion control circuit 16a. FIG. 3 (1) CLK is a clock signal for operating the circuit, FIG. 3 (2) Bit 0 to (5) Bit 3 is an output signal of a 4-bit binary counter, and FIG. 3 (2) Bit 0 is the least significant bit. FIG. 3 (5) Bit3 is the most significant bit.
3 (6) CI W to (9) CIW are AD conversion control signals output from the AD conversion control circuit 16a. Here, FIG. 3 (6) CI G is a control signal for the AD conversion circuit 12a that AD-converts the detection result of the ground fault current, and FIG. 3 (7) CIU to (9) CIW is the detection result of each phase current. It is a control signal for AD conversion circuits 12b to 12d to perform AD conversion.

図4は、AD変換制御回路16aにおける前記4ビット2進カウンタの動作を示す真理値表である。この表の番号(0)〜(15)は、図3内に付記した(0)〜(15)に対応しており、図4の10進数の列は4ビット2進カウンタの出力状態を10進数に変換した値である。
4ビット2進カウンタの出力状態は、図3(1)CLKの立ち上りに同期して、図3(2)Bit0〜(5)Bit3あるいは図4に示すように、10進数に換算した値が0〜15の間を1ずつ加算しながら変化し、15の次は0に戻る動作を一周期としてこれを繰り返す。
FIG. 4 is a truth table showing the operation of the 4-bit binary counter in the AD conversion control circuit 16a. The numbers (0) to (15) in this table correspond to (0) to (15) added in FIG. 3, and the decimal number column in FIG. 4 indicates the output state of the 4-bit binary counter by 10. It is a value converted to a decimal number.
The output state of the 4-bit binary counter is synchronized with the rise of CLK in FIG. 3 (1), and the value converted into a decimal number is 0 as shown in FIG. 3 (2) Bit 0 to (5) Bit 3 or FIG. It changes while adding 1 from to 15 and repeats this with the operation of returning to 0 after 15 as one cycle.

図3(6)のCIGは、4ビット2進カウンタの出力が10進数換算で1となった時に“1”が出力されるように、図4(1)に示す如くBit0=“1”,Bit1=“0”,Bit2=“0”,Bit3=“0”の条件で論理積をとればよい。同様に、図3(7)CIUは4ビット2進カウンタの出力が10進数換算で3となった時に“1”が出力されるように、図4(3)に示す如くBit0=“1”,Bit1=“1”,Bit2=“0”,Bit3=“0”の条件とし、図3(8)CIVは4ビット2進カウンタの出力が10進数換算で5となった時に“1”が出力されるように、図4(5)に示す如くBit0=“1”,Bit1=“0”,Bit2=“1”,Bit3=“0”の条件とし、図3(9)CIWは4ビット2進カウンタの出力が10進数換算で7となった時に“1”が出力されるように、図4(7)に示す如くBit0=“1”,Bit1=“1”,Bit2=“1”,Bit3=”0“の条件でそれぞれ論理積をとればよい。
以上のようにすることで、4ビット2進カウンタの動作の一周期で、AD変換制御信号として図3(6)CIG〜(9)CIWを1回ずつ出力することができる。
The CIG in FIG. 3 (6) outputs Bit0 = "1" as shown in FIG. 4 (1) so that "1" is output when the output of the 4-bit binary counter becomes 1 in decimal conversion. , Bit1 = "0", Bit2 = "0", Bit3 = "0". Likewise, as FIG. 3 (7) C IU output of 4-bit binary counter is "1" when a 3 in decimal terms is output, as shown in FIG. 4 (3) Bit0 = "1 , Bit1 = "1", Bit2 = "0", Bit3 = "0", and Fig. 3 (8) CIV shows "1" when the output of the 4-bit binary counter becomes 5 in decimal conversion. As shown in FIG. 4 (5), the conditions of Bit0 = “1”, Bit1 = “0”, Bit2 = “1”, and Bit3 = “0” are set so that “” is output, and FIG. 3 (9) CIW Bit0 = "1", Bit1 = "1", Bit2 = as shown in FIG. 4 (7) so that "1" is output when the output of the 4-bit binary counter becomes 7 in decimal conversion. The logical product may be taken under the conditions of "1" and Bit3 = "0".
By doing so, it is possible to output FIGS. 3 (6) CI G to (9) CI W once as AD conversion control signals in one cycle of the operation of the 4-bit binary counter.

次に、図5はAD変換回路12a及びシリアル変換回路14aの動作を示す波形図である。これらの動作は従来技術とほぼ同様であるが、AD変換制御回路16aから出力される図5(1)のAD変換制御信号CIGが“1”になる期間Tと図5(4)のシリアル信号SIGが出力される期間Ttxとを明確にしている。図5(1)CIGが“1”になると、図5(2)変換中に示すようにアナログ−ディジタル変換処理が開始され、変換期間TCHGの経過後に、変換結果をディジタル信号DIGとして出力する。 Next, FIG. 5 is a waveform diagram showing the operation of the AD conversion circuit 12a and the serial conversion circuit 14a. These operations are substantially similar to the prior art, the period T C and 5 to AD conversion control signal C IG of FIG. 5 (1) output from the AD conversion control circuit 16a becomes "1" (4) The period T tx during which the serial signal SIG is output is clarified. When the C IG of FIG. 5 (1) becomes “1”, the analog-to-digital conversion process is started as shown during the conversion of FIG. 5 (2), and after the conversion period T CHG elapses, the conversion result is used as a digital signal D IG. Output.

図5(1)CIGが“1”となってAD変換回路12aが動作を開始してからCIGが“0”となって変換が終了し、図5(4)SIGの出力が終わるまでの期間は、変換期間TCHG、遅延期間TDLY、シリアル信号出力期間Ttxの合計期間となり、この期間がAD変換制御信号CIGの出力期間Tを超えないようにすることで、後段のシリアル信号選択回路17aにおいてシリアル信号同士のタイミングが重ならないようにすることができる。
AD変換回路12aからディジタル信号DIGが出力されると、図5(4)に示すように予め設定された遅延期間TDLYの経過後にシリアル変換回路14aがディジタル信号DIGをパラレル−シリアル変換し、「※1」に示すようなシリアル信号SIGを出力する。
以上はAD変換回路12a及びシリアル変換回路14aの動作についての説明であるが、各相の電流検出に用いるAD変換回路12b〜12d、シリアル変換回路14b〜14dについても同様の動作となる。
FIG. 5 (1) C IG becomes “1” and the AD conversion circuit 12a starts operation, then C IG becomes “0” and conversion ends, and FIG. 5 (4) SIG output ends. period until the conversion period T CHG, the delay period T DLY, the sum period of the serial signal output period T tx, that this period does not exceed the output period T C of the AD conversion control signal C IG, subsequent In the serial signal selection circuit 17a of the above, the timings of the serial signals can be prevented from overlapping.
When the digital signal D IG is output from the AD conversion circuit 12a, the serial conversion circuit 14a performs parallel-serial conversion of the digital signal D IG after the elapse of the preset delay period T DLY as shown in FIG. 5 (4). , Outputs the serial signal SIG as shown in "* 1".
The above is a description of the operation of the AD conversion circuit 12a and the serial conversion circuit 14a, but the same operation is also applied to the AD conversion circuits 12b to 12d and the serial conversion circuits 14b to 14d used for current detection of each phase.

図6は、シリアル信号選択回路17aの動作を示す波形図である。同図の(1)SIG〜(4)SIWはAD変換回路12a〜12dから出力されたディジタル信号をシリアル変換回路14a〜14dによりパラレル−シリアル変換して得られたシリアル信号である。
また、図6における※1〜※4の部分はシリアル信号が出力される様子を示しており、シリアル信号選択回路17aにより選択されたシリアル信号は図6(5)Sの※1〜※4に示すように順番に出力され、次段のE−O変換回路15により電気信号から光信号SLTに変換されて上位の主制御装置1aに伝えられる。
シリアル信号が出力されるタイミングはAD変換制御信号によって決まり、予めタイミングが重ならないように制御されているので、シリアル信号選択回路17aには論理和回路を用いればよい。
FIG. 6 is a waveform diagram showing the operation of the serial signal selection circuit 17a. (1) S IG ~ (4 ) S IW of the figure parallel digital signals output from the AD conversion circuit 12a~12d by serial conversion circuit 14a to 14d - a serial signal obtained by serial conversion.
Further, ※. 1 to ※ 4 parts in FIG. 6 shows how the serial signal is output, the serial signal selected by the serial signal selecting circuit 17a is 6 (5) S T ※ 1~ ※ 4 As shown in the above, the signals are output in order, converted from an electric signal to an optical signal SLT by the EO conversion circuit 15 in the next stage, and transmitted to the upper main control device 1a.
Since the timing at which the serial signal is output is determined by the AD conversion control signal and is controlled in advance so that the timings do not overlap, a logical sum circuit may be used for the serial signal selection circuit 17a.

<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態を説明する。
図7は、第2実施形態が適用される電動機駆動システムを示しており、第1実施形態と同様に、3相の直列多重変換器によって構成された電力変換装置106により3相の電動機203を駆動するものである。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 7 shows an electric motor drive system to which the second embodiment is applied, and similarly to the first embodiment, a three-phase electric motor 203 is provided by a power converter 106 composed of a three-phase serial multiplex converter. It is the one that drives.

図7において、1bは電力変換装置106の全体を制御するための主制御装置、2bは状態検出装置、RDVUはU相出力電圧を検出するために中性点Oと単相電力変換器INV−U3の交流出力端yとの間に接続された電圧検出手段としての抵抗素子、同様にRDVV及びRDVWはそれぞれが中性点Oと単相電力変換器INV−V3,INV−W3の出力端yとの間に接続されたV相出力電圧検出用及びW相出力電圧検出用の抵抗素子である。また、W相の単相電力変換器INV−W1aは状態検出装置2bに電源を供給する機能を備えている。
他の部分については、図1と同様の記号を付して説明を省略する。
In FIG. 7, 1b is a main control device for controlling the entire power conversion device 106, 2b is a state detection device, and RDVU is a neutral point O and a single-phase power converter INV for detecting a U-phase output voltage. The resistance element as a voltage detecting means connected to the AC output terminal y of −U3, similarly, R DVV and R DVW are the neutral point O and the single-phase power converter INV-V3 and INV-W3, respectively. It is a resistance element for V-phase output voltage detection and W-phase output voltage detection connected to the output end y. Further, the W-phase single-phase power converter INV-W1a has a function of supplying power to the state detection device 2b.
The other parts are designated by the same symbols as in FIG. 1 and the description thereof will be omitted.

図8は、図7における状態検出装置2bの構成図である。
同図において、11e〜11gはそれぞれU相〜W相の出力電圧を検出するための電圧変換回路、12e〜12gは電圧変換回路11e〜11gの出力信号をディジタル信号に変換するAD変換回路、14e〜14gはAD変換回路12e〜12gの出力信号を伝送に必要なシリアル信号に変換するシリアル変換回路、16bはAD変換回路12a〜12gを制御するための7つのAD変換制御信号を演算して出力する変換タイミング制御手段としてのAD変換制御回路、17bはシリアル変換回路14a〜14gから出力された7つのシリアル信号のうちの一つを選択して出力するシリアル信号選択回路である。
他の部分については、図2と同様の記号を付して説明を省略する。
FIG. 8 is a configuration diagram of the state detection device 2b in FIG. 7.
In the figure, 11e to 11g are voltage conversion circuits for detecting output voltages of U phase to W phase, respectively, and 12e to 12g are AD conversion circuits for converting output signals of voltage conversion circuits 11e to 11g into digital signals, 14e. ~ 14g is a serial conversion circuit that converts the output signals of the AD conversion circuits 12e to 12g into serial signals necessary for transmission, and 16b calculates and outputs seven AD conversion control signals for controlling the AD conversion circuits 12a to 12g. The AD conversion control circuit 17b as the conversion timing control means is a serial signal selection circuit that selects and outputs one of the seven serial signals output from the serial conversion circuits 14a to 14g.
The other parts are designated by the same symbols as in FIG. 2 and the description thereof will be omitted.

図9は、AD変換制御回路16bの動作を示す波形図である。
図9(6)CIG〜(12)CVWはAD変換制御回路16bから出力されるAD変換制御信号である。このうち、図9(10)CVU〜(12)CVWが各相出力電圧の検出結果をAD変換するAD変換回路12e〜12gに対する制御信号であり、他の図9(1)〜(9)の信号については図3と同様である。
FIG. 9 is a waveform diagram showing the operation of the AD conversion control circuit 16b.
9 (6) C IG to (12) C VW are AD conversion control signals output from the AD conversion control circuit 16b. Of these, FIGS. 9 (10) C VU to (12) C VW are control signals for AD conversion circuits 12e to 12 g that AD convert the detection results of each phase output voltage, and other FIGS. 9 (1) to 9 (9). ) Is the same as in FIG.

次に、AD変換制御回路16bにより図9(10)CVU〜(12)CVWを出力させるための動作について説明する。
図9(10)CVUは4ビット2進カウンタの出力が10進数換算で9となった時に“1”が出力されるように、図4(9)に示す如くBit0=“1”,Bit1=“0”,Bit2=“0”,Bit3=“1”の条件で論理積をとればよい。同様に、図9(11)CVVは4ビット2進カウンタの出力が10進数換算で11となった時に“1”が出力されるように、図4(11)に示す如くBit0=“1”,Bit1=“1”,Bit2=“0”,Bit3=“1”の条件で論理積をとればよく、図9(12)CVWは4ビット2進カウンタの出力が10進数換算で13となった時に“1”が出力されるように、図4(13)に示す如くBit0=“1”,Bit1=“0”,Bit2=“1”,Bit3=“1”の条件で論理積をとればよい。
図9の波形から明らかなように、シリアル信号選択回路16bを含めた状態検出装置2bの動作は第1実施形態の状態検出装置2aに対して検出数が増加した構成であり、増加した部分は第1実施形態と類似した動作になるので、詳細な説明は省略する。
Next, the operation for outputting FIGS. 9 (10) C VU to (12) C VW by the AD conversion control circuit 16b will be described.
As shown in FIG. 4 (9), Bit0 = "1", Bit1 so that the C VU outputs "1" when the output of the 4-bit binary counter becomes 9 in decimal conversion. The logical product may be obtained under the conditions of = "0", Bit2 = "0", and Bit3 = "1". Similarly, as "1" when the output of FIG. 9 (11) C VV 4-bit binary counter reaches 11 decimal converted is output, as shown in FIG. 4 (11) Bit0 = "1 , Bit1 = "1", Bit2 = "0", Bit3 = "1", and the logical product should be taken. In Fig. 9 (12) C VW , the output of the 4-bit binary counter is 13 in decimal conversion. As shown in FIG. 4 (13), the logical product is obtained under the conditions of Bit0 = "1", Bit1 = "0", Bit2 = "1", and Bit3 = "1" so that "1" is output when becomes. Should be taken.
As is clear from the waveform of FIG. 9, the operation of the state detection device 2b including the serial signal selection circuit 16b has a configuration in which the number of detections is increased as compared with the state detection device 2a of the first embodiment, and the increased portion is Since the operation is similar to that of the first embodiment, detailed description thereof will be omitted.

<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態を説明する。
図10は、この第3実施形態が適用される電動機駆動システムを示しており、第1,第2実施形態と同様に、3相の直列多重変換器によって構成された電力変換装置107により3相の電動機203を駆動するものである。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 10 shows an electric motor drive system to which this third embodiment is applied, and similarly to the first and second embodiments, a three-phase power converter 107 composed of a three-phase series multiplexing converter makes three phases. It drives the electric motor 203 of the above.

図10において、1cは電力変換装置107の全体を制御するための主制御装置、2cは状態検出装置、RTDIUはU相電流を検出するために中性点Oと単相電力変換器INV−U1の交流出力端xとの間に接続された温度検出機能付きの抵抗素子、同様にRTDIV及びRTDIWはそれぞれが中性点Oと単相電力変換器INV−V1,INV−W1aの出力端xとの間に接続された温度検出機能付きのV相電流検出用及びW相電流検出用の抵抗素子である。また、RTDIGは中性点Oと接地端子Eとの間に接続された地絡電流検出用の温度検出機能付きの抵抗素子である。
他の部分については、図1,図7と同様の記号を付して説明を省略する。
In FIG. 10, 1c is a main control device for controlling the entire power conversion device 107, 2c is a state detection device, and RT DIU is a neutral point O and a single-phase power converter INV- for detecting a U-phase current. A resistor element with a temperature detection function connected to the AC output terminal x of U1, similarly, RT DIV and RT DIW are the outputs of the neutral point O and the single-phase power converters INV-V1 and INV-W1a, respectively. It is a resistance element for V-phase current detection and W-phase current detection with a temperature detection function connected to the end x. Further, the RT DIG is a resistance element with a temperature detection function for detecting a ground fault current connected between the neutral point O and the ground terminal E.
The other parts are designated by the same symbols as those in FIGS. 1 and 7, and the description thereof will be omitted.

図11は、図10における状態検出装置2cの構成図である。
図11において、11hは地絡電流を検出するための抵抗素子の温度検出に用いられる電圧変換回路、11i〜11kはU相〜W相の電流を検出するための抵抗素子の温度検出に用いられる電圧変換回路、12hは電圧変換回路11hの出力信号をAD変換するAD変換回路、12i〜12kは電圧変換回路11i〜11kの出力信号をAD変換するAD変換回路、14hはAD変換回路12hの出力信号を伝送に必要なシリアル信号に変換するシリアル変換回路、14i〜14kはAD変換回路12i〜12kの出力信号を伝送に必要なシリアル信号に変換するシリアル変換回路である。
また、16cはAD変換回路12a〜12kを制御するための8つのAD変換制御信号を演算して出力する変換タイミング制御手段としてのAD変換制御回路、17cはシリアル変換回路14a〜14kから出力された8つのシリアル信号のうちの一つを選択して出力するシリアル信号選択回路である。他の部分については、図2,図8と同様の符号を付して説明を省略する。
FIG. 11 is a configuration diagram of the state detection device 2c in FIG.
In FIG. 11, 11h is a voltage conversion circuit used for detecting the temperature of the resistance element for detecting the ground fault current, and 11i to 11k are used for detecting the temperature of the resistance element for detecting the U-phase to W-phase current. The voltage conversion circuit, 12h is an AD conversion circuit that AD-converts the output signal of the voltage conversion circuit 11h, 12i to 12k is an AD conversion circuit that AD-converts the output signals of the voltage conversion circuits 11i to 11k, and 14h is the output of the AD conversion circuit 12h. The serial conversion circuit 14i to 14k that converts a signal into a serial signal necessary for transmission is a serial conversion circuit that converts the output signal of the AD conversion circuits 12i to 12k into a serial signal necessary for transmission.
Further, 16c is an AD conversion control circuit as a conversion timing control means for calculating and outputting eight AD conversion control signals for controlling the AD conversion circuits 12a to 12k, and 17c is output from the serial conversion circuits 14a to 14k. It is a serial signal selection circuit that selects and outputs one of eight serial signals. Other parts are designated by the same reference numerals as those in FIGS. 2 and 8 and the description thereof will be omitted.

図10に示した電流検出手段としての抵抗素子RTDIG,RTDIU,RTDIV,RTDIWに取り付ける温度検出素子としては、温度によって抵抗値が変化する白金等を使用した測温抵抗体、半導体を使用したサーミスタ、熱電対等が利用可能であるが、高精度かつ高速な演算に使用される電流検出用の抵抗素子は温度変化に対しても速い応答が必要であることから、サーミスタが適していると言える。また、サーミスタにも様々な種類があるが、温度と抵抗値との関係を簡単な近似式によって表すことができ、温度の上昇と共に抵抗値が単調に減少する負の温度特性を有するNTC(negative temperature coefficient)サーミスタが最適である。 Resistance elements as current detecting means shown in FIG. 10 As temperature detecting elements attached to RT DIG , RT DIU , RT DIV , RT DIW , resistance temperature detectors and semiconductors using platinum or the like whose resistance value changes depending on the temperature are used. The thermistor, thermocouple, etc. used can be used, but the thermistor is suitable because the resistance element for current detection used for high-precision and high-speed calculation needs a quick response to temperature changes. It can be said that. There are various types of thermistors, but the relationship between temperature and resistance can be expressed by a simple approximation formula, and NTC (negative) has a negative temperature characteristic in which the resistance decreases monotonically as the temperature rises. temperature coefficient) Thermistor is the best.

図12は、図11における電圧変換回路11hの構成図である。図12において、Qは演算増幅器、R,Rは演算増幅器Qと組み合わせて非反転増幅器を構成するための設定抵抗、RPTIGは地絡電流検出用の抵抗素子RTDIGに取り付けられたNTCサーミスタ(図示せず)に給電するための給電抵抗である。
電圧変換回路11hでは、電源電圧Vccを給電抵抗RPTIGの固定抵抗値と温度により変化するNTCサーミスタの抵抗値とにより分圧して得られる電圧を非反転増幅器が増幅し、検出温度に対応する電圧VTIGとして出力する。この電圧(アナログ信号)VTIGは、図11のAD変換制御回路16cから出力されるAD変換制御信号CTIGに従ってAD変換回路12hによりディジタル信号DTIGに変換される。そして、このディジタル信号DTIGをシリアル変換回路14hによりシリアル信号STIGに変換し、シリアル信号選択回路17cを経由してE−O変換回路15により光信号に変換した後、光ファイバー41を介して主制御装置1cに伝送する。
なお、AD変換制御回路16cの動作は、第2実施形態におけるAD変換制御回路16bと同様にすればよい。
FIG. 12 is a configuration diagram of the voltage conversion circuit 11h in FIG. In FIG. 12, Q 1 is an operational amplifier, R 1 and R 2 are set resistors for forming a non-inverting amplifier in combination with the operational amplifier Q 1, and RP TIG is attached to the resistance element RT DIG for detecting ground fault current. This is a feeding resistor for feeding the NTC thermistor (not shown).
In the voltage conversion circuit 11h, the non-inverting amplifier amplifies the voltage obtained by dividing the power supply voltage Vcc by the fixed resistance value of the feeding resistance RP TIG and the resistance value of the NTC thermistor that changes depending on the temperature, and corresponds to the detected temperature. Output as voltage V TIG . This voltage (analog signal) V TIG is converted into a digital signal D TIG by the AD conversion circuit 12h according to the AD conversion control signal C TIG output from the AD conversion control circuit 16c of FIG. Then, this digital signal D TIG is converted into a serial signal S TIG by the serial conversion circuit 14h, converted into an optical signal by the EO conversion circuit 15 via the serial signal selection circuit 17c, and then converted into an optical signal via the optical fiber 41. It is transmitted to the control device 1c.
The operation of the AD conversion control circuit 16c may be the same as that of the AD conversion control circuit 16b in the second embodiment.

<第4実施形態>
次に、本発明の第4実施形態について説明する。
図13は地絡電流Iを検出するための抵抗素子群の構成図であり、例えば第1実施形態や第2実施形態の抵抗素子RDIGとして用いることができる。
図13(a),(b)において、直列接続された抵抗素子RDIG1,RDIG2は、電力変換装置の中性点Oと接地点Gとの間に接続される。同図(a)は地絡電流Iに対応する電圧VDIGを中性点O側の抵抗素子RDIG1の両端から取り出し、同図(b)は接地点G側の抵抗素子RDIG2の両端から取り出している。取り出した電圧VDIGは、状態検出装置の地絡電流の検出部に入力される。
<Fourth Embodiment>
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
Figure 13 is a block diagram of a resistive element group for detecting the ground fault current I G, can be used as, for example, a resistance element R DIG of the first embodiment and the second embodiment.
In FIGS. 13A and 13B , the resistor elements R DIG1 and R DIG2 connected in series are connected between the neutral point O and the grounding point G of the power conversion device. FIG (a) takes the voltage V DIG corresponding to the ground fault current I G from both ends of the resistance element R DIG1 neutral point O side, FIG. (B) both ends of the resistor element R DIG2 the ground point G side It is taken out from. The extracted voltage V DIG is input to the ground fault current detection unit of the state detection device.

また、図14(a),(b)はU相出力電圧を検出する電圧検出手段としての抵抗素子群の構成図であり、直列接続された抵抗素子RDVU1,RDVU2はそれぞれ電力変換装置の中性点O側とU相出力端側に配置されている。中性点OとU相出力端との間のU相出力電圧は、直列接続された抵抗素子RDVU1,RDVU2によって分圧され、この分圧された電圧を図14(a)では中性点O側の抵抗素子RDVU1の両端から取り出し、図14(b)ではU相出力端側の抵抗素子RDVU2の両端から取り出す。そして、取り出した電圧をVDVUとして状態検出装置のU相出力電圧の検出部に入力する。
なお、V相,W相出力電圧についても、図14(a),(b)と同様の方法によって検出することができる。
14 (a) and 14 (b) are configuration diagrams of a group of resistance elements as voltage detecting means for detecting the U-phase output voltage, and the resistance elements R DVU1 and R DVU2 connected in series are power conversion devices, respectively. It is arranged on the neutral point O side and the U phase output end side. The U-phase output voltage between the neutral point O and the U-phase output end is divided by the resistor elements R DVU1 and R DVU2 connected in series, and the divided voltage is neutral in FIG. 14 (a). It is taken out from both ends of the resistance element R DVU1 on the point O side, and in FIG. 14B, it is taken out from both ends of the resistance element R DVU2 on the U-phase output end side. Then, the extracted voltage is input as V DVU to the U-phase output voltage detection unit of the state detection device.
The V-phase and W-phase output voltages can also be detected by the same method as in FIGS. 14A and 14B.

図13の構成では、中性点O側の抵抗素子RDIG1の値を接地点G側の抵抗素子RDIG2の値より小さくし、図14の構成では、中性点O側の抵抗素子RDVU1の値をU相出力端側の抵抗素子RDVU2の値より小さくすることで、状態検出装置に入力される電圧は中性点Oを基準とした値だけ考慮すればよいため、回路を簡略化することができる。 In the configuration of FIG. 13, the value of the resistance element R DIG1 neutral point O side smaller than the value of the resistance element R DIG2 the ground point G side, in the configuration of FIG. 14, the resistance element of the neutral point O side R DVU1 By making the value of R DVU2 smaller than the value of the resistance element R DVU2 on the U-phase output end side, the voltage input to the state detection device needs to be considered only with the value based on the neutral point O, which simplifies the circuit. can do.

<第5実施形態>
次に、本発明の第5実施形態を説明する。
図15は、第5実施形態が適用される電動機駆動システムを示しており、前記同様に、3相の直列多重変換器によって構成された電力変換装置108により3相の電動機203を駆動するものである。
図15において、1dは主制御装置、2dは状態検出装置、403,404,405は図21と同様に各相の電流検出器である。他の部分については、図1,図7等と同様の記号を付して説明を省略する。
<Fifth Embodiment>
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 15 shows an electric motor drive system to which the fifth embodiment is applied, and similarly, a three-phase electric motor 203 is driven by a power converter 108 configured by a three-phase serial multiplex converter. is there.
In FIG. 15, 1d is a main control device, 2d is a state detection device, and 403, 404, and 405 are current detectors for each phase as in FIG. 21. The other parts are designated by the same symbols as those in FIGS. 1 and 7, and the description thereof will be omitted.

図16は、図15における状態検出装置2dの構成図である。
図15,図16の状態検出装置2d内に付した番号(1)〜(6)に関し、(1)はU相の電流検出器403に電源を供給するためのU相給電部、(2)はU相の電流検出器403から出力される検出信号を入力するためのU相電流検出部である。同様に、番号(3),(5)はそれぞれV相,W相の電流検出器404,405に対するV相給電部及びW相給電部であり、番号(4),(6)はそれぞれV相,W相の電流検出器404,405から出力される検出信号を入力するためのV相電流検出部及びW相電流検出部である。
FIG. 16 is a configuration diagram of the state detection device 2d in FIG.
Regarding the numbers (1) to (6) assigned in the state detection devices 2d of FIGS. 15 and 16, (1) is a U-phase power feeding unit for supplying power to the U-phase current detector 403, (2). Is a U-phase current detector for inputting a detection signal output from the U-phase current detector 403. Similarly, the numbers (3) and (5) are the V-phase feeding unit and the W-phase feeding unit for the V-phase and W-phase current detectors 404 and 405, respectively, and the numbers (4) and (6) are the V-phase, respectively. , V-phase current detector and W-phase current detector for inputting detection signals output from W-phase current detectors 404 and 405.

また、22は、電源回路21の出力側のコンデンサC1を介して電源電圧Vccが供給される電源回路、C2は電源回路22の出力電圧VPCTが印加される蓄電素子としてのコンデンサである。ここで、電源回路22には、3端子レギュレータやDC/DCコンバータ等の電圧調整機能を有する回路を使用することができ、この電源回路22の出力電圧VPCTを各相の電流検出器用の給電部(1),(3),(5)に供給している。
図16のU相電流検出部(2)では、U相の電流検出器403の検出信号が電圧VCTIUとして状態検出装置2dに入力され、電圧変換回路11bにより電圧VIUに変換された後は、図2等と同様の動作になるため詳細な説明は省略する。V相電流検出部(4),W相電流検出部(6)についても、U相電流検出部(2)と同様の動作である。
Reference numeral 22 denotes a power supply circuit in which the power supply voltage V cc is supplied via the capacitor C1 on the output side of the power supply circuit 21, and C2 is a capacitor as a storage element to which the output voltage V PCT of the power supply circuit 22 is applied. Here, a circuit having a voltage adjusting function such as a 3-terminal regulator or a DC / DC converter can be used for the power supply circuit 22, and the output voltage V PCT of the power supply circuit 22 is fed to the current detector of each phase. It is supplied to parts (1), (3), and (5).
U-phase current detection unit in FIG. 16 (2), the detection signal of the U-phase current detector 403 is input to the state detection device 2d as a voltage V CTIU, is converted into a voltage V IU by the voltage conversion circuit 11b , Since the operation is the same as that in FIG. 2 and the like, detailed description thereof will be omitted. The V-phase current detection unit (4) and the W-phase current detection unit (6) also operate in the same manner as the U-phase current detection unit (2).

<第6実施形態>
次に、本発明の第6実施形態を説明する。
図17は、第6実施形態が適用される電動機駆動システムを示しており、前記同様に、3相の直列多重変換器によって構成された電力変換装置109により3相の電動機203を駆動するものである。
図17において、1eは主制御装置、2eは状態検出装置であり、主制御装置1eは状態検出装置2eに電源を供給可能となっている。他の部分については、図1,図7等と同様の記号を付して説明を省略する。
<Sixth Embodiment>
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 17 shows an electric motor drive system to which the sixth embodiment is applied, and similarly, a three-phase electric motor 203 is driven by a power converter 109 configured by a three-phase serial multiplex converter. is there.
In FIG. 17, 1e is a main control device, 2e is a state detection device, and the main control device 1e can supply power to the state detection device 2e. The other parts are designated by the same symbols as those in FIGS. 1 and 7, and the description thereof will be omitted.

この第6実施形態では、主制御装置1eから電源線PSD1を介して給電される電圧が電源トランス31により絶縁され、電源線PSD2を介して状態検出装置2eに供給される。給電経路の途中に電源トランス31があることから、電源は周波数成分を持った交流やパルス状の繰り返し波形となり、一般に電源トランスは周波数成分が高いほど小型にできるため、高周波の電源トランスを用いることが望ましい。図17では、独立した単体の電源トランス31を使用する構成となっているが、電源トランスを主制御装置1eや状態検出装置2eの基板や筐体に取り付けて一体化してもよい。 In the sixth embodiment, the voltage supplied from the main control device 1e via the power supply line P SD1 is insulated by the power transformer 31 and supplied to the state detection device 2e via the power supply line P SD2 . Since there is a power transformer 31 in the middle of the power supply path, the power supply has an AC or pulse-like repeating waveform with a frequency component. Generally, the higher the frequency component, the smaller the power transformer can be, so a high-frequency power transformer should be used. Is desirable. In FIG. 17, an independent power transformer 31 is used, but the power transformer may be attached to the board or housing of the main control device 1e or the state detection device 2e and integrated.

<第7実施形態>
次に、本発明の第7実施形態を説明する。
図18は、第7実施形態が適用される電動機駆動システムを示しており、前記同様に、3相の直列多重変換器によって構成された電力変換装置110により3相の電動機203を駆動するものである。
図18において、1fは状態検出装置2fに対するシリアル信号の送信機能を備えた主制御装置、2fは主制御装置1fから送信されたシリアル信号の受信機能を備えた状態検出装置、42は光ファイバーである。図18の他の部分については、図1,図7等と同様の記号を用いて説明を省略する。
<7th Embodiment>
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described.
FIG. 18 shows an electric motor drive system to which the seventh embodiment is applied, and similarly, a three-phase electric motor 203 is driven by a power converter 110 configured by a three-phase serial multiplex converter. is there.
In FIG. 18, 1f is a main control device having a function of transmitting a serial signal to the state detection device 2f, 2f is a state detection device having a function of receiving a serial signal transmitted from the main control device 1f, and 42 is an optical fiber. .. The other parts of FIG. 18 will be omitted by using the same symbols as those in FIGS. 1, 7 and the like.

図19は、図18における状態検出装置2fの構成図である。図19において、42は主制御装置1fから送信されたシリアル信号SLRを状態検出装置2fに伝送するための光ファイバー、20は光信号を電気信号に変換するO−E変換回路、18aはO−E変換回路20の出力を受けて動作する変換タイミング制御手段としてのAD変換制御回路である。図18の他の部分については、図2,図8等と同様の記号を用いて説明を省略する。 FIG. 19 is a configuration diagram of the state detection device 2f in FIG. 19, 42 the main control unit 1f optical fiber for transmitting the serial signal S LR sent to state detection device 2f from 20 O-E conversion circuit for converting an optical signal into an electric signal, 18a is O- This is an AD conversion control circuit as a conversion timing control means that operates by receiving the output of the E conversion circuit 20. The other parts of FIG. 18 will be omitted by using the same symbols as those of FIGS. 2 and 8.

前述した第1実施形態のような構成では、検出した電流や電圧をAD変換する際の周期を一定とし、主制御装置のCPU側の演算周期と非同期としている。このため、例えばAD変換回路の変換動作をCPUの演算周期の10倍にする等、十分に速くする必要があった。
アナログ信号から変換されたディジタル信号は、AD変換のたびにシリアル信号に変換し、光ファイバーを通じて主制御装置のCPU側に伝送しなければ意味がないので、結果として、AD変換回路の変換動作に合わせて全体の動作を速くする必要があった。
In the configuration as in the first embodiment described above, the cycle for AD conversion of the detected current and voltage is constant, and is asynchronous with the calculation cycle on the CPU side of the main control device. For this reason, it is necessary to make the conversion operation of the AD conversion circuit sufficiently fast, for example, by making it 10 times the calculation cycle of the CPU.
The digital signal converted from the analog signal is meaningless unless it is converted into a serial signal each time AD conversion is performed and transmitted to the CPU side of the main controller through the optical fiber. As a result, it matches the conversion operation of the AD conversion circuit. It was necessary to speed up the overall operation.

これに対し、本実施形態による図18、図19の構成を用いることで、状態検出装置2fは主制御装置1fが出力した信号を受け取ることが可能になる。例えば、図面には示されていない方法で主制御装置1fのCPUが演算を開始するタイミングをパルス信号とし、主制御装置1f内でE−O変換して光信号SLRを送信する。この光信号SLRは光ファイバー42を通じて状態検出装置2fにより受信され、O−E変換回路20にて電気信号Sに変換される。この電気信号Sを受けたタイミングで、AD変換制御回路18aが動作するようにすればよい。
上記のような構成、機能を備えることにより、状態検出装置2f内のAD変換回路12a〜12dによる変換動作を主制御装置1f側のCPUの演算周期に同期させることができる。
On the other hand, by using the configurations of FIGS. 18 and 19 according to the present embodiment, the state detection device 2f can receive the signal output by the main control device 1f. For example, the timing at which the CPU of the main control device 1f starts the calculation is set as a pulse signal by a method not shown in the drawing, and the optical signal SLR is transmitted by EO conversion in the main control device 1f. This optical signal S LR is received by the state detection device 2f through the optical fiber 42 and converted into an electric signal S R by the OE conversion circuit 20. At the timing of receiving the electric signal S R, it is sufficient to AD conversion control circuit 18a operates.
By providing the above configuration and functions, the conversion operation by the AD conversion circuits 12a to 12d in the state detection device 2f can be synchronized with the calculation cycle of the CPU on the main control device 1f side.

図20は、図19のAD変換制御回路18aの動作を説明するための波形図である。
AD変換制御回路18aは、初期状態で内部の4ビット2進カウンタが10進数の換算で“15”となる図4(15)のBit0=“1”,Bit1=“1”,Bit2=“1”,Bit3=“1”で停止している。この状態で、図20(0)に※1で示すように主制御装置1fからの光信号SLRに基づく信号S(CPUの演算開始を示す信号)が入力されると、2進カウンタは,10進数の換算で“0”となる図4(0)のBit0=“0”,Bit1=“0”,Bit2=“0”,Bit3=“0”に変化する。
FIG. 20 is a waveform diagram for explaining the operation of the AD conversion control circuit 18a of FIG.
In the AD conversion control circuit 18a, Bit0 = "1", Bit1 = "1", Bit2 = "1" in FIG. 4 (15) in which the internal 4-bit binary counter becomes "15" in decimal conversion in the initial state. ", Bit3 =" 1 "is stopped. In this state, when the optical signal S signal based on the LR S R from the main controller 1f (signal indicating the operation start of the CPU) is input as shown in FIG. 20 (0) to ※ 1, 2 binary counter , Bit0 = "0", Bit1 = "0", Bit2 = "0", Bit3 = "0" in FIG. 4 (0), which is "0" in decimal conversion.

以降は、図4と同様に2進カウンタが1ずつ加算される過程でAD変換制御信号が出力される。2進カウンタの値が10進数の“15”の状態になるとカウンタは停止状態となり、図20に※2で示すように、信号Sが再び入力されると※1からの動作を繰り返すように動作する。 After that, the AD conversion control signal is output in the process of adding the binary counters by 1 as in FIG. When the value of the binary counter is in a state of decimal "15" counter becomes stopped, as indicated by the 2 ※ Figure 20, to repeat the operation from the signal S R is input again ※ 1 Operate.

本発明に係る状態検出装置は、電動機駆動システムや電源系統に連系させる電力変換装置等に利用することができる。 The state detection device according to the present invention can be used for an electric motor drive system, a power conversion device connected to a power supply system, and the like.

1a〜1f:主制御装置
2a〜2f:状態検出装置
11a〜11k:電圧変換回路
12a〜12k:AD(アナログ−ディジタル)変換回路
14a〜14k:シリアル変換回路
15:E−O(電気−光)変換回路
16a〜16c,18a:AD変換制御回路
17a〜17c:シリアル信号選択回路
20:O−E(光−電気)変換回路
21,22:電源回路
31:電源トランス
41,42,64U1〜64U3,64V1〜64V3,64W1〜64W3:光ファイバー
105〜110:電力変換装置
202:多巻線変圧器
203:電動機
211:主回路部
403:U相電流検出器
404:V相電流検出器
405:W相電流検出器
a,b,c:交流入力端
x,y:交流出力端
U:U相出力端
V:V相出力端
W:W相出力端
O:中性点
E:接地端子
G:接地点
C1,C2:コンデンサ
DIG,RDIU,RDIV,RDIW,RTDIG,RTDIU,RTDIV,RTDIW:抵抗素子(電流検出手段)
DVU,RDVV,RDVW:抵抗素子(電圧検出手段)
SR:シリアル受信光−電気変換モジュール
SD,PSD1,PSD2:電源線
PS:電源供給端子
R1〜R3,S1〜S3,T1〜T3:2次側巻線出力端
INV−U1〜INV−U3:U相の単相電力変換器
INV−V1〜INV−V3:V相の単相電力変換器
INV−W1〜INV−W3:W相の単相電力変換器
INV−W1a:電源供給機能付きのW相の単相電力変換器
1a to 1f: Main controller 2a to 2f: State detection device 11a to 11k: Voltage conversion circuit 12a to 12k: AD (analog-digital) conversion circuit 14a to 14k: Serial conversion circuit 15: EO (electrical-optical) Conversion circuits 16a to 16c, 18a: AD conversion control circuits 17a to 17c: Serial signal selection circuit 20: OE (optical-electric) conversion circuits 21 and 22: Power supply circuit 31: Power transformers 41, 42, 64U1 to 64U3 64V1 to 64V3, 64W1 to 64W3: Optical fiber 105-110: Power converter 202: Multi-winding transformer 203: Electricity 211: Main circuit 403: U-phase current detector 404: V-phase current detector 405: W-phase current Detectors a, b, c: AC input end x, y: AC output end U: U phase output end V: V phase output end W: W phase output end O: Neutral point E: Ground terminal G: Ground point C1 , C2: capacitor R DIG, R DIU, R DIV , R DIW, RT DIG, RT DIU, RT DIV, RT DIW: resistance elements (current detecting means)
R DVU , R DVV , R DVW : Resistance element (voltage detecting means)
SR: Serial reception light-electric conversion module P SD , P SD1 , P SD2 : Power supply line PS: Power supply terminal R1 to R3, S1 to S3, T1 to T3: Secondary winding output terminal INV-U1 to INV- U3: U-phase single-phase power converter INV-V1 to INV-V3: V-phase single-phase power converter INV-W1 to INV-W3: W-phase single-phase power converter INV-W1a: With power supply function W-phase single-phase power converter

Claims (7)

n(nは1以上の整数)台の単相電力変換器からなり、かつ、n=1の時には単相電力変換器の2つの交流出力端を第1、第2の交流出力端とし、n=2以上の時にはn台の単相電力変換器の交流出力側の直列接続回路の始点及び終点に位置する2つの交流出力端を第1、第2の交流出力端とした単相電力変換ユニットを構成し、
m(mは2以上の整数)台の前記単相電力変換ユニットの前記第1の交流出力端を共通接続して中性点とし、m台の前記単相電力変換ユニットの前記第2の交流出力端が同一の交流負荷または交流電源の各相にそれぞれ接続されると共に、前記単相電力変換器を制御する主制御装置を備えた電力変換装置を対象として、前記電力変換装置の電気的状態を監視するための状態検出装置において、
前記中性点と接地点との間に取り付けられた第1の検出手段と、
前記第1の検出手段から出力されるアナログ信号を第1のディジタル信号に変換して出力する第1のアナログ−ディジタル変換手段と、
前記第1のディジタル信号を第1のシリアル信号に変換して出力する第1のシリアル変換手段と、
少なくとも(m−1)個の前記第1の交流出力端と前記中性点との間に取り付けられた第2の検出手段と、
前記第2の検出手段から出力されるアナログ信号を第2のディジタル信号に変換して出力する第2のアナログ−ディジタル変換手段と、
前記第2のディジタル信号を第2のシリアル信号に変換して出力する第2のシリアル信号変換手段と、
全ての前記アナログ−ディジタル変換手段の変換タイミングを制御するための変換タイミング制御手段と、
全ての前記シリアル変換手段の出力信号の中から一つを選択して出力するシリアル信号選択手段と、
前記シリアル信号選択手段の出力信号を光信号に変換し、前記電力変換装置の状態を示す信号として前記主制御装置に出力する電気−光変換手段と、
前記第1及び第2の検出手段、前記第1及び第2のアナログ−ディジタル変換手段、前記第1及び第2のシリアル変換手段、前記変換タイミング制御手段、前記シリアル信号選択手段、前記電気−光変換手段を含む回路に電源を供給する給電手段と、
を備え、
前記給電手段に、何れかの前記単相電力変換器から電源を供給することを特徴とする状態検出装置。
It consists of n (n is an integer of 1 or more) single-phase power converters, and when n = 1, the two AC output ends of the single-phase power converter are used as the first and second AC output ends, and n When = 2 or more, a single-phase power conversion unit with two AC output ends located at the start and end points of the series connection circuit on the AC output side of n single-phase power converters as the first and second AC output ends. Configure and
The first AC output end of the single-phase power conversion unit of m (m is an integer of 2 or more) is commonly connected to form a neutral point, and the second AC of the single-phase power conversion unit of m units is used. The electrical state of the power converter is targeted at a power converter having an output end connected to each phase of the same AC load or AC power supply and having a main controller for controlling the single-phase power converter. In the state detection device for monitoring
A first detecting means installed between the neutral point and the grounding point,
A first analog-to-digital conversion means that converts an analog signal output from the first detection means into a first digital signal and outputs the signal.
A first serial conversion means that converts the first digital signal into a first serial signal and outputs the signal.
A second detection means attached between at least (m-1) of the first AC output ends and the neutral point, and
A second analog-to-digital conversion means that converts an analog signal output from the second detection means into a second digital signal and outputs the signal.
A second serial signal conversion means that converts the second digital signal into a second serial signal and outputs the signal.
A conversion timing control means for controlling the conversion timing of all the analog-to-digital conversion means,
A serial signal selection means that selects and outputs one of the output signals of all the serial conversion means,
An electric-optical conversion means that converts an output signal of the serial signal selection means into an optical signal and outputs it to the main control device as a signal indicating the state of the power conversion device.
The first and second detection means, the first and second analog-digital conversion means, the first and second serial conversion means, the conversion timing control means, the serial signal selection means, and the electric-light. A power supply means that supplies power to a circuit including a conversion means,
With
A state detection device characterized in that power is supplied to the power supply means from any of the single-phase power converters.
請求項1に記載した状態検出装置において、
m個の前記第2の交流出力端と前記中性点との間に取り付けられた第3の検出手段と、
前記第3の検出手段から出力されるアナログ信号を第3のディジタル信号に変換して出力する第3のアナログ−ディジタル変換手段と、
前記第3のディジタル信号を第3のシリアル信号に変換して出力する第3のシリアル変換手段と、
を更に備え、
前記変換タイミング制御手段は、前記第3のアナログ−ディジタル変換手段を含む全ての前記アナログ−ディジタル変換手段の変換タイミングを制御し、
前記シリアル信号選択手段は、前記第3のシリアル変換手段を含む全ての前記シリアル変換手段の出力信号の中から一つを選択して出力し、
前記給電手段は、前記第3の検出手段、前記第3のアナログ−ディジタル変換手段及び前記第3のシリアル変換手段に対しても電源を供給することを特徴とする状態検出装置。
In the state detection device according to claim 1,
A third detection means attached between the m second AC output ends and the neutral point, and
A third analog-to-digital conversion means that converts an analog signal output from the third detection means into a third digital signal and outputs the signal.
A third serial conversion means that converts the third digital signal into a third serial signal and outputs the signal.
With more
The conversion timing control means controls the conversion timing of all the analog-digital conversion means including the third analog-digital conversion means.
The serial signal selection means selects and outputs one of the output signals of all the serial conversion means including the third serial conversion means.
The state detection device is characterized in that the power supply means also supplies power to the third detection means, the third analog-digital conversion means, and the third serial conversion means.
請求項1または2に記載した状態検出装置において、
前記検出手段のうち少なくとも一つの検出手段が温度検出手段を備えると共に、
前記温度検出手段から出力されるアナログ信号を第4のディジタル信号に変換して出力する第4のアナログ−ディジタル変換手段と、
前記第4のディジタル信号を第4のシリアル信号に変換して出力する第4のシリアル変換手段と、を更に備え、
前記変換タイミング制御手段は、前記第4のアナログ−ディジタル変換手段を含む全ての前記アナログ−ディジタル変換手段の変換タイミングを制御し、
前記シリアル信号選択手段は、前記第4のシリアル変換手段を含む全ての前記シリアル変換手段の出力信号の中から一つを選択して出力し、
前記給電手段は、前記第4のアナログ−ディジタル変換手段及び前記第4のシリアル変換手段に対しても電源を供給することを特徴とする状態検出装置。
In the state detection device according to claim 1 or 2.
At least one of the detection means includes a temperature detection means and
A fourth analog-to-digital conversion means that converts an analog signal output from the temperature detecting means into a fourth digital signal and outputs the signal.
Further provided with a fourth serial conversion means for converting the fourth digital signal into a fourth serial signal and outputting the signal.
The conversion timing control means controls the conversion timing of all the analog-digital conversion means including the fourth analog-digital conversion means.
The serial signal selection means selects and outputs one of the output signals of all the serial conversion means including the fourth serial conversion means.
The state detection device is characterized in that the power feeding means also supplies power to the fourth analog-digital conversion means and the fourth serial conversion means.
請求項1〜3の何れか1項に記載した状態検出装置において、
前記第1の検出手段または前記第2の検出手段のうち少なくとも一つの検出手段を複数の抵抗素子により構成し、これらの抵抗素子のうち前記電力変換装置の中性点に最も近い抵抗素子から電圧を検出することを特徴とする状態検出装置。
In the state detection device according to any one of claims 1 to 3,
At least one of the first detection means or the second detection means is composed of a plurality of resistance elements, and the voltage from the resistance element closest to the neutral point of the power conversion device among these resistance elements. A state detection device characterized by detecting.
請求項1〜4の何れか1項に記載した状態検出装置において、
m台の前記単相電力変換ユニットの前記第2の交流出力端と前記交流負荷または交流電源の各相との間にそれぞれ接続された第5の検出手段と、
前記第5の検出手段に電源を供給する給電手段と、を更に備え、
前記第2のアナログ−ディジタル変換手段は、前記第5の検出手段から出力されるアナログ信号を前記第2のディジタル信号に変換することを特徴とする状態検出装置。
In the state detection device according to any one of claims 1 to 4.
A fifth detection means connected between the second AC output end of the single-phase power conversion unit in the m range and each phase of the AC load or AC power supply, respectively.
Further provided with a power supply means for supplying power to the fifth detection means.
The second analog-to-digital conversion means is a state detection device that converts an analog signal output from the fifth detection means into the second digital signal.
請求項1〜5の何れか1項に記載した状態検出装置において、
前記給電手段に、前記単相電力変換器以外の系統から電源を供給することを特徴とする状態検出装置。
In the state detection device according to any one of claims 1 to 5,
A state detection device characterized in that power is supplied to the power supply means from a system other than the single-phase power converter.
請求項1〜6の何れか1項に記載した状態検出装置において、
前記主制御装置から出力された光信号を電気信号に変換し、この電気信号を前記変換タイミング制御手段に対する動作制御信号として出力する手段を更に備えたことを特徴とする状態検出装置。
In the state detection device according to any one of claims 1 to 6.
A state detection device further comprising means for converting an optical signal output from the main control device into an electric signal and outputting the electric signal as an operation control signal for the conversion timing control means.
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