JPH06319263A

JPH06319263A - インバータ装置

Info

Publication number: JPH06319263A
Application number: JP3210281A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Matsui; 孝行松井; Satoru Horie; 堀江　　哲; Hideji Saito; 秀治斎藤; Eiichi Toyoda; 豊田　　瑛一; Kazuhiro Sakata; 一裕坂田; Tetsuya Kawakami; 哲也川上; Takeshi Ando; 安藤　　武; Takashi Tsuboi; 孝坪井; Kiyoshi Nakamura; 中村　　清; Kiyoshi Nakada; 仲田　　清
Original assignee: Hitachi Techno Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 1991-07-26
Filing date: 1991-07-26
Publication date: 1994-11-15

Abstract

(57)【要約】【目的】スイツチング素子の短絡故障があった場合、
過電流を防止し、残りの健全なスイッチング素子を用い
て出力電流に含まれる高調波成分を低減し、かつ、運転
を継続し得るインバータ装置を提供することにある。【構成】直流電源と、前記直流電源の出力端子と中性
点を備えた直流回路と、複数のスイツチング素子からな
る単位インバータを複数個有する直列多重インバータに
おいて、前記単位インバータ毎に、前記直流電源の出力
端子と前記スイッチング素子の接続を遮断する開閉手段
と前記スイッチング素子の短絡故障を検出する検出手段
を備え、前記スイツチング素子の短絡故障時、前記検出
手段により前記開閉手段を動作させると共に、故障した
相のスイツチング素子の導通状態を出力電圧が直流回路
の中性点の電位になるように固定し、健全な相の出力電
圧を用いてインバータの出力線間電圧が３レベル以上と
なる制御をする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直列多重インバータ装
置において、特に、スイッチング素子の短絡故障による
過電流を防止し、短絡故障時においても運転を継続する
のに好敵なインバータ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】交流電動機の回転速度を制御する場合、
ＰＷＭインバータ装置が用いられているが、ＰＷＭイン
バータの出力電圧は正、負の２レベルのため、出力電流
に含まれる高調波成分が大きいという問題がある。そこ
で、従来ではＰＷＭインバータの出力電流に含まれる高
調波成分を低減する方法として、特開昭５６−７４０８
８号に記載されているように、ＰＷＭインバータを直列
に多重化してインバータの出力電圧を正、０、負の３レ
ベルにして高調波成分を低減する方法が提案されてい
る。また、３相サイクロコンバータの故障などにより１
相分を負荷から切離した場合でも、平衡した３相交流を
出力して運転を継続する方法として、特開平２ー１９７
２６２号に掲載されているように、３組の電力変換手段
のうちの特定相を前記負荷から切離すとともに、それま
でこの特定相を接続していた負荷端子に、残余２組の電
力変換手段の中性点を接続し、電圧位相を制御する方法
が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術によれば、スイツチング素子に誤点弧があると、
直流電源あるいは平滑コンデンサの短絡が発生して、健
全なスイツチング素子が短絡故障する恐れがあり、ま
た、その時の運転継続については何ら配慮されていな
い。また、上記従来技術によれば、各相毎に中性点と接
続するための交流スイッチが必要であると共に、健全な
２組の電力変換手段により運転を継続すると、負荷の線
間電圧には２レベルと３レベルが生じ、出力に含まれる
高調波成分の大きさが異なるため、高調波成分が増加す
ることになり、この点についての配慮が何らなされてい
ない。本発明の目的は、スイツチング素子の短絡故障が
あった場合、過電流を防止し、残りの健全なスイッチン
グ素子を用いて出力電流に含まれる高調波成分を低減
し、かつ、運転を継続し得るインバータ装置を提供する
ことにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的は、直流電源
と、前記直流電源の出力端子と中性点を備えた直流回路
と、複数のスイツチング素子からなる単位インバータを
複数個有する直列多重インバータにおいて、前記単位イ
ンバータ毎に、前記直流電源の出力端子と前記スイッチ
ング素子の接続を遮断する開閉手段と前記スイッチング
素子の短絡故障を検出する検出手段を備え、前記スイツ
チング素子の短絡故障時、前記検出手段により前記開閉
手段を動作させると共に、故障した相のスイツチング素
子の導通状態を出力電圧が直流回路の中性点の電位にな
るように固定し、健全な相の出力電圧を用いてインバー
タの出力線間電圧が３レベル以上となる制御をすること
により、解決される。

【０００５】

【作用】本発明は、このように構成することにより、以
下のように作用する。直列多重インバータの通常の動作
においては、各相の中性点電流はインバータの出力周波
数に比例した交流電流であり、直流成分は小さい。しか
し、スイッチング素子の短絡故障時には、直流電源ある
いは平滑コンデンサを短絡して過電流が流れ、この時の
電流は直流成分が大きく、スイッチング素子と直流回路
の中性点とを接続するダイオードを介して中性点に流れ
る。従って、各相の中性点の電流の大きさ、あるいは、
スイッチング素子の電圧の大きさを検出することによ
り、スイツチング素子の短絡故障及び過電流を検知する
ことができる。短絡故障時あるいは過電流時には、故障
相のスイッチング素子と直流回路との接続を開路すると
共に、この故障相のスイツチング素子の動作を出力が直
流回路の中性点電位になるように固定する。この時、残
りの２相を正、０、負の３レベルでスイッチングさせる
ことにより、直列多重インバータを主として本来の半分
の出力電圧を出力する正、０、負の３レベル・インバー
タとして動作させる。その結果、中性点と負荷を接続す
る交流スイッチを、各相毎に設ける必要がなく、各相の
出力電圧の線間電圧は３レベル以上となり、高調波成分
が低減されると共に、ノイズによって誤点弧が発生して
短絡故障時が発生した場合でも、インバータの動作を継
続することができる。すなわち、スイッチング素子の短
絡故障時においても、使用可能にした高調波の少ない交
流出力を出力し得るインバータ装置を提供することがで
きる。

【０００６】

【実施例】本発明の一実施例を図１に示す。図１におい
て、直列多重インバータ１は、直流電圧を正、０、負の
３レベルの交流電圧に変換し、交流電動機２に３相の交
流電圧を供給する。直列多重インバータ１を構成するス
イッチング素子は、ＰＷＭ信号演算器３より、３相交流
電圧指令ｖu＊，ｖv＊，ｖw＊と搬送波信号とを比較し
て作られるオン、オフパルスが与えられる。電圧指令演
算器４は、周波数指令ｆ₁＊から３相交流電圧指令ｖu
＊，ｖv＊，ｖw＊をＰＷＭ信号演算器３に出力する。フ
ィルタ回路５は、直列多重インバータ１の電流検出信号
あるいは電圧検出信号を入力してその主要成分を検出
し、絶対値回路６に出力する。絶対値回路６はフィルタ
回路５の出力信号の絶対値を加算器７に出力する。加算
器７は基準値Ｓｃ＊と絶対値回路６の出力信号の偏差を
判定器８に出力する。判定器８は、直列多重インバータ
１の故障相を直流回路から開路すると共に、故障相の出
力を０レベルに固定する信号を出力する。

【０００７】次に動作を、図２〜図４及び表１〜表２
（図９〜図１０）を参照して説明する。図２は、直列多
重インバータ１の詳細な回路構成であり、第１実施例で
ある。１１ａ、１１ｂは直流電源であり、これら２つの
直流電源１１ａ、１１ｂの相互接続点は電源中性点とし
て利用する。スイッチング回路は、スイッチング素子
（ゲートターンオフサイリスタ）Ｓ１Ｕ〜Ｓ４Ｗ及び各
出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗを中性点電位にクランプするための
クランプダイオードＣＤ１Ｕ〜ＣＤ２Ｗから構成する。
ここで、Ｕ相のスイッチング素子Ｓ１Ｕ、Ｓ２Ｕ、Ｓ３
Ｕ、Ｓ４Ｕ及びクランプダイオードＣＤ１Ｕからなるイ
ンバータを単位インバータと云い、Ｖ相、Ｗ相について
も同様であり、３個の単位インバータから構成されてい
る。なお、スイッチング素子Ｓ１Ｕ、Ｓ１Ｖ、Ｓ１Ｗを
Ｓ１スイッチ，Ｓ２Ｕ、Ｓ２Ｖ、Ｓ２ＷをＳ２スイッ
チ，Ｓ３Ｕ、Ｓ３Ｖ、Ｓ３ＷをスイッチＳ３，Ｓ４Ｕ、
Ｓ４Ｖ、Ｓ４ＷをスイツチＳ４と呼称する。この直列多
重インバータ１を構成するスイッチング素子Ｓ１Ｕ〜Ｓ
４Ｗは、３相交流電圧指令ｖu＊，ｖv＊，ｖw＊と搬送
波信号とを比較して作られるオン、オフパルス信号によ
ってオン、オフするが、通常の動作においてはＳ１とＳ
３及びＳ２とＳ４の各々が一組のインバータとして共役
的な関係でオン、オフするように動作する。その結果、
オンする条件と出力端の電圧の関係は表１のようにな
る。例えば、Ｕ相についてみると、Ｓ１ＵとＳ２Ｕがオ
ンすると出力端Ｕは＋Ｅの電位となる。逆に、Ｓ３Ｕと
Ｓ４Ｕがオンすると出力端Ｕは−Ｅの電位となる。ま
た、Ｓ２ＵとＳ３Ｕがオンすると出力端ＵはＳ２ＵとＳ
３Ｕ及びクランフダイオードＣＤ１Ｕ、ＣＤ２Ｕを介し
て電源中性点に接続され、０電位となる。Ｓ１ＵとＳ４
Ｕのオンは禁止である。この動作の結果、出力端子Ｕの
電位は＋Ｅ、０、−Ｅの間で変化する。しかしながら、
出力端子Ｕの電位が＋Ｅあるいは−Ｅの期間中にインバ
ータ周辺のノイズによってＳ２ＵあるいはＳ３Ｕが誤点
弧すると、図３に示すように、直流電源１１ａ、１１ｂ
の短絡が生じ、スイッチング素子に過電流及び短絡故障
が発生する問題がある。出力端子Ｖ、Ｗについても同様
である。そこで、本実施例では、Ｓ２ＵあるいはＳ３Ｕ
が誤点弧すると、図３に破線で示すように、短絡電流が
電源１１ａ、１１ｂの中性点に流れることに着目し、こ
の中性点電流を検出して故障相を判断し、図２に示すよ
うに故障相を直流回路から遮断する遮断回路９Ｕ〜９
Ｗ、１０Ｕ〜１０Ｗを設けている。

【０００８】以下、本実施例の動作原理を説明する。図
３は、１相分の出力端子が＋Ｅあるいは−Ｅの期間中に
誤点弧あるいは短絡故障した場合の過電流路を示したも
のであり、過電流は破線で示すように中性点に流入す
る。他方、通常の動作状態では、中性点電流はインバー
タ出力周波数で、その大きさは出力電流の大きさに比例
した交流電流である。そこで、本実施例では、電流検出
器１４により中性点電流を検出し、中性点電流の直流成
分の大きさから、誤点弧あるいは短絡故障を検出し、図
２に示す遮断回路９、１０を動作させるようにしてい
る。中性点電流の直流成分は図１に示すフィルタ回路５
を介して検出することができる。中性点電流の直流成分
の極性は、図３に示すように、Ｓ３とＳ２が誤点弧ある
いは短絡故障することにより変化するため、その絶対値
をとった大きさは、誤点弧あるいは短絡故障を判定する
ための基準値Ｓｃ＊と比較する。また、図１では１相分
のみを示しているが、各相毎に設けることにより、誤点
弧あるいは短絡故障した相を検知することができる。し
かしながら、この時、この状態ではインバータ装置の運
転を継続することが出来ない。そこで、本実施例では、
スイッチング素子が過電流で故障した場合には導通状態
になることに着目し、以下に説明するようにして、運転
を継続するようにする。

【０００９】図４は、本発明の動作を説明する出力電圧
空間ベクトル図である。また、表２は、出力電圧空間ベ
クトルに対応する各相のスイッチング状態と出力線間電
圧の関係を示す。ここで、３レベル・インバータでは、
各相毎に３つのレベル＋Ｅ、０、−Ｅを出力することが
てき、各相のスイッチングを表２（ＮＯ．１〜ＮＯ．２
７のＵ相、Ｖ相、Ｗ相を参照のこと。）に示すように組
み合わせることにより、図４に示す２７個の電圧ベクト
ル（１、２、３、〜、２７）が得られる。この電圧ベク
トルとは大きさと位相を有し、任意の電圧ベクトルに対
応して各相のスイッチング状態が決まる。換言すれば、
３相分を一括して、電圧ベクトルを演算すれば、３相の
スイッチングをどのようにするか（＋Ｅ、０、−Ｅのい
ずれか）が決定する。図４に示す出力電圧ベクトルは、
３相分を一括した相電圧ベクトルであり、零相分（中性
点電圧）は現われない。例えば、図４において本来の通
常動作時のＮＯ．１（表２）とＵ相が０電位に固定され
たときのＮＯ．１５（表２）の出力電圧ベクトルを比較
すると、両者はＵ相の位相と一致しているが、ＮＯ．１
５の出力電圧ベクトルの大きさは、ＮＯ．１のそれの半
分である。また、表２のように、各相のスイッチング
（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を組み合わせることにより、イン
バータの出力線間電圧Ｖｕ−Ｖｖ、Ｖｖ−Ｖｗ、Ｖｗ−
Ｖｕは表２に示す電圧を呈する。そこで、本実施例で
は、短絡故障が発生した相を上述のように直流回路から
遮断すると共に、相の出力電圧を直流回路の中性点の電
位に固定するようにしている。すなわち、故障相のスイ
ッチング素子Ｓ１、Ｓ４にはオフ信号、Ｓ２、Ｓ３には
オン信号を与える。また、残りの健全相は通常の３レベ
ル正、０、負を出力するようにする。その結果、インバ
ータの出力電圧は、図４に示す本来の出力電圧ベクトル
（六角形の外側）に対して半分の六角形（内側）を構成
する電圧ベクトルＮＯ．１５〜２６、零電圧ベクトルＮ
Ｏ．２７及び電圧ベクトルＮＯ．９〜１４から９つが選
択されて出力される。例えば、Ｕ相が故障した場合に
は、出力電圧ベクトルはＮＯ．２７、２１、２２、１
７、１８、１９、２６、１０、１３が選択される。そし
て、Ｕ相の出力電圧が０電位に固定され、この時のイン
バータの出力線間電圧Ｖｖ−ｕ、Ｖｗ−ｕ、Ｖｖ−ｗ
は、図５に示すように、それぞれ＋Ｅ、０、−Ｅの３レ
ベルとなり、Ｖｖ−ｗは出力電圧の大きさによって＋２
Ｅ、＋Ｅ、０、−Ｅ、−２Ｅの５レベルあるいは＋Ｅ、
０、−Ｅ、の３レベルとなる。また、図５に示した２相
運転時のＶ相とＷ相の出力電圧指令ｖv＊＊，ｖw＊＊
は、故障時のＵ相の出力電圧指令ｖu＊をＶ相、Ｗ相の
出力電圧指令ｖv＊，ｖw＊から減算することにより、得
ることができる。このようにして、Ｕ相が故障した場合
でも、残りの２相を＋Ｅ、０、−Ｅ、の３レベル以上で
動作させることにより、インバータを継続して運転する
ことができる。また、出力端子の電位は３レベル以上の
間で変化するので、高調波成分の少ない出力電圧を負荷
に供給することができる。特に、出力電圧ベクトルを内
側の六角形から選択して出力する場合には、各相の線間
電圧は全て３レベルとなり、３倍調波成分が相殺され、
出力電流に含まれる高調波成分を小さくすることができ
る。Ｖ相あるいはＷ相が短絡故障をした場合にも、同様
にして出力され、同様の効果を発揮する。

【００１０】なお、以上、ノイズによってスイッチング
素子Ｓ２あるいはＳ３が誤点弧すると、スイッチング素
子に過電流及び短絡故障が発生し、電流検出器１４によ
り中性点電流を検出し、中性点電流の直流成分の大きさ
から、誤点弧あるいは短絡故障を検出することを説明し
たが、スイッチング素子Ｓ１あるいはＳ４に過電流及び
短絡故障が発生しても同様の機能を発揮することは云う
までもない。

【００１１】図６は、直列多重インバータ１の詳細な回
路構成であり、第２実施例である。図２の第１実施例と
異なる点は、直流電源１１と、直列に接続された２つの
平滑コンデンサ１２、１３を前記直流電源１１に並列に
接続し、前記コンデンサの相互接続点から中性点出力を
出す中性点端子を備えた直流回路を用いるようにしたこ
とである。第２実施例では、短絡故障が発生した相を直
流回路から遮断すると共に、故障相の出力電圧を直流回
路の中性点の電位に固定し、残りの健全相により通常の
３レベル正、０、負を出力するようにすると、直列に接
続された２つの平滑コンデンサ１２、１３の相互接続点
の電位が変動する。そこで、本実施例では、平滑コンデ
ンサ１２、１３の各々に抵抗１８ａ、１８ｂとスイチン
グ素子１９ａ、１９ｂの直列回路を並列に設け、平滑コ
ンデンサ１２、１３の電圧を電圧検出器１７ａ、１７ｂ
で各々検出し、両者の偏差が所定値±ΔＶ以内になるよ
うに電圧平衡制御回路２０により前記スイチング素子１
９ａ、１９ｂをオン、オフ制御するようにしている。

【００１２】電圧平衡制御回路２０の構成図を図７に示
す。電圧検出機１７ａ、１７ｂの検出信号Ｅａ、Ｅｂは
加算器２１に入力され、加算器２１は検出信号Ｅａ、Ｅ
ｂの偏差をフィルタ回路２２に入力する。フィルタ回路
２２は検出信号Ｅａ、Ｅｂの偏差の直流成分を比較器２
３、２４に出力する。比較器２３、２４の出力は各々ゲ
ート駆動回路２５ａ、２５ｂに入力される。比較器２３
は、検出信号Ｅａ、Ｅｂの偏差が正でかつΔＶより大き
い時に、スイッチング素子１９ａをオンして平滑コンデ
ンサ１２の電荷を抵抗１８ａを介して放電し、検出信号
Ｅａ、Ｅｂの偏差が所定値±ΔＶ以内に入るように制御
する。比較器２４は、検出信号Ｅａ、Ｅｂの偏差が負で
かつΔＶより小さい時に、スイッチング素子１９ｂをオ
ンして平滑コンデンサ１３の電荷を抵抗１８ｂを介して
放電し、検出信号Ｅａ、Ｅｂの偏差が所定値±ΔＶ以内
に入るように制御する。その結果、本実施例は、ノイズ
によって誤点弧が発生し短絡故障が発生した場合でも、
平滑コンデンサ１２、１３の相互接続点の電位の変動を
抑制することにより、インバータの出力電圧に直流成分
が含まれること無く、交流電動機２に低次のトルクリプ
ルが発生するのを防止することができる。

【００１３】図８は、直列多重インバータ１の詳細な回
路構成であり、第３実施例である。図２の第１実施例と
異なる点は、各相の中性点電流を検出する代わりに、ス
イッチング素子の電圧を検出して短絡故障を検知するよ
うにした点である。図８において、電圧検出器１５Ｕ〜
１５Ｗ、１６Ｕ〜１６Ｗは各々スイッチング素子Ｓ２Ｕ
〜Ｓ２Ｗ、Ｓ３Ｕ〜Ｓ３Ｗと並列に設けられている。電
圧検出器１５Ｕ〜１５Ｗ、１６Ｕ〜１６Ｗの検出信号Ｖ
２ｕ〜Ｖ２ｗ、Ｖ３ｕ〜Ｖ３ｗは、表３（図１１）に示
すように、その絶対値をとった大きさと短絡故障の判定
基準値とが比較され、その比較結果に基づき短絡故障し
たスイッチング素子が検知される。例えば、スイッチン
グ素子Ｓ２Ｕが短絡故障している場合には、電圧検出信
号Ｖ２ｕはほぼ０となる。また、スイッチング素子Ｓ１
Ｕが短絡故障している場合には、電圧検出信号Ｖ２ｕは
直流回路の電圧Ｅとなる。従って、短絡故障時には本来
の分担電圧Ｅ／２に比較して変化するため、故障相を検
知することができる。本実施例においても、第１実施例
と同様に、短絡故障が発生した相を直流回路から遮断す
ると共に、故障相の出力電圧を直流回路の中性点の電位
に固定し、残りの健全相では通常の３レベル正、０、負
を出力することにより、インバータの出力線間電圧は３
レベル以上となり、出力電流のリプルを低減することが
出来る。その結果、本実施例は第１実施例と同様の効果
を発揮する。

【００１４】なお、以上の実施例では、遮断回路９Ｕ〜
９Ｗ、１０Ｕ〜１０Ｗを指令信号によって動作すること
ができるスイッチとして説明してきたが、例えばヒュー
ズのように過電流によって自己遮断機能を有するもので
も、本発明を適用して同様の効果が得られることは明ら
かである。また、本発明のインバータ装置を、特に、車
両の駆動装置に適用した場合には、電車を停止すること
なく運転することができ、また、誘導雑音の少ない運転
が可能となることは、云うまでもない。

【００１５】

【発明の効果】本発明のよれば、スイッチング素子の過
電流あるいは短絡故障を検知し、この過電流あるいは短
絡故障時には過電流あるいは短絡故障が発生した相を直
流回路から遮断すると共に、故障相の出力電圧を直流回
路の中性点の電位に固定し、一方、残りの健全相では通
常の３レベル正、０、負を出力することにより、短絡故
障による過電流を無くすると共に、高調波の少ない交流
出力を出力し、併せてインバータを継続して運転するこ
とが可能となる。また、インバータの出力電圧に直流成
分が含まれないので、交流電動機に低次のトルクリプル
が発生するのを防止することができる。特に、本発明の
インバータ装置を車両の駆動装置に用いた場合には、ス
イッチング素子に短絡故障が発生した場合でも、インバ
ータの動作を継続することができるので、電車を停止す
ることなく運転することが可能となり、また、線間電圧
の高調波が低減するので、誘導雑音の少ない運転が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す制御構成図。

【図２】直列多重インバータの主回路を示す構成図。

【図３】誤点弧あるいは短絡故障による過電流発生を示
す回路図。

【図４】直列多重インバータの出力電圧空間ベクトル
図。

【図５】Ｕ相故障時のインバータ出力線間電圧波形と出
力電圧指令図。

【図６】直列多重インバータの主回路を示す構成図。

【図７】平滑コンデンサ電圧の平衡制御回路の構成図。

【図８】直列多重インバータの主回路を示す構成図。

【図９】（表１）直列多重インバータのスイツチング素
子のオン状態に対応する出力電圧を表わす表。

【図１０】（表２）直列多重インバータのスイツチング
状態と線間電圧の関係を表わす表。

【図１１】（表３）短絡故障の判定方法を説明する表。

【符号の説明】

１直列多重インバータ３ＰＷＭ信号演算器５フィルタ回路８判定器９Ｕ〜９Ｗ遮断回路１０Ｕ〜１０Ｗ遮断回路１０ａ、１０ｂ抵抗１１直流電源１２、１３平滑コンデンサ１４Ｕ〜１４Ｗ電流検出器１５Ｕ〜１５Ｗ電圧検出器１６Ｕ〜１６Ｗ電圧検出器１８ａ、１８ｂ抵抗器１９ａ、１９ｂスイッチング素子２０電圧平衡制御回路２２フィルタ回路２３、２４比較器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０２Ｐ 7/63 Ｋ 9178−5Ｈ (72)発明者斎藤秀治茨城県勝田市市毛1070番地株式会社日立製作所水戸工場内 (72)発明者豊田瑛一茨城県勝田市市毛1070番地株式会社日立製作所水戸工場内 (72)発明者坂田一裕茨城県勝田市市毛1070番地株式会社日立製作所水戸工場内 (72)発明者川上哲也東京都千代田区神田駿河台四丁目３番地日立テクノエンジニアリング株式会社内 (72)発明者安藤武茨城県勝田市市毛1070番地株式会社日立製作所水戸工場内 (72)発明者坪井孝茨城県勝田市市毛1070番地株式会社日立製作所水戸工場内 (72)発明者中村清茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者仲田清茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者筒井義雄茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者棚町徳之助茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源と、前記直流電源の出力端子と
中性点を備えた直流回路と、複数のスイツチング素子か
らなる単位インバータを複数個有する直列多重インバー
タにおいて、前記単位インバータ毎に、前記直流電源の
出力端子と前記スイッチング素子の接続を遮断する開閉
手段と前記スイッチング素子の短絡故障を検出する検出
手段を備え、前記スイツチング素子の短絡故障時、前記
検出手段により前記開閉手段を動作させると共に、故障
した相のスイツチング素子の出力電圧を直流回路の中性
点の電位に固定し、健全な相の出力電圧を用いてインバ
ータの出力線間電圧が３レベル以上となるように制御す
ることを特徴とするインバター装置。
【請求項２】直流電源と、前記直流電源の出力端子と
中性点を備えた直流回路と、第１と第４のスイッチング
素子の両端子を前記直流回路の出力端子に接続し、前記
第２と第３のスイッチング素子の相互接続点をインバー
タ出力端子に接続し、かつ、第１と第２のスイッチング
素子の相互接続点と第３と第４のスイッチング素子の相
互接続点を前記直流回路の中性点にダイオードを介して
接続した単位インバータを複数個有し、前記第１と第３
のスイッチング素子及び第２と第４のスイッチング素子
が互いに共役な関係によりオン・オフ制御する直列多重
インバータにおいて、前記単位インバータ毎に、前記直
流電源の出力端子と前記スイッチング素子の接続を遮断
する開閉手段と前記スイッチング素子の短絡故障を検出
する検出手段を備え、前記スイツチング素子の短絡故障
時、前記検出手段により前記開閉手段を動作させると共
に、故障した相のスイツチング素子の出力電圧を直流回
路の中性点の電位に固定し、健全な相の出力電圧を用い
てインバータの出力線間電圧が３レベル以上となるよう
に制御することを特徴とするインバター装置。
【請求項３】前記直流回路は、前記直流電源に並列に
少なくとも１組以上の２つの平滑コンデンサを直列接続
し、前記平滑コンデンサの接続点から中性点電位を出力
することを特徴とする請求項１または請求項２のインバ
ータ装置。
【請求項４】前記スイッチング素子の短絡故障を検出
する検出手段は、前記スイッチング素子の電流を検出す
る電流検出手段と、該電流検出手段の検出信号と所定の
大きさを比較する手段とを備え、該比較手段の出力に応
じて前記開閉手段を動作させるようにしたことを特徴と
する請求項１〜請求項３のいずれかのインバータ装置。
【請求項５】電流検出手段は、前記単位インバータの
中性点に流れる中性点電流を検出することを特徴とする
請求項４のインバータ装置。
【請求項６】前記スイッチング素子の短絡故障を検出
する検出手段は、前記スイッチング素子の少なくとも２
つ以上のスイッチング素子の電圧を検出する電圧検出手
段と、該電圧検出手段の検出信号と所定の大きさを比較
する比較手段を備え、該比較手段の出力に応じて前記開
閉手段を動作させるようにしたことを特徴とする請求項
１〜請求項３のいずれかのインバータ装置。
【請求項７】前記開閉手段は、ヒューズにより構成す
ることを特徴とする請求項１または請求項２のインバー
タ装置。
【請求項８】請求項１〜請求項７のいずれかにおい
て、前記直列多重インバータにより前記直流電圧を多相
の交流電圧に変換し、該交流電圧を車両駆動用の交流電
動機に供給することを特徴とするインバータ装置。
【請求項９】請求項１〜請求項８のいずれかにおい
て、前記スイッチング素子の短絡故障時、故障した相の
出力電圧指令を他の健全な相の出力電圧指令から各々減
算して、該他の健全な相の２相運転時の出力電圧指令を
形成することを特徴とするインバータ装置。