JPH08308244A

JPH08308244A - 電力変換装置の異常判定方法

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Publication number: JPH08308244A
Application number: JP7154772A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Ito; 和広伊藤; Satoshi Ibori; 敏井堀; Mutsuo Tokashiki; 睦男渡嘉敷; Naoki Takada; 直樹高田; Takamichi Kosone; 孝道小曽根; Masayuki Hirota; 雅之広田
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Keiyo Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Keiyo Engineering Co Ltd
Priority date: 1995-03-09
Filing date: 1995-06-21
Publication date: 1996-11-22
Anticipated expiration: 2020-06-08
Also published as: JP3657657B2

Abstract

(57)【要約】【目的】スイッチング素子の異常を、異常を生じた素
子の特定と、異常の態様別に、かつ負荷の短絡も含めて
それぞれ識別判定できるようにした電力変換装置の異常
判定方法を提供すること。【構成】異常判定回路１５の信号ｏｎによりり、ゲー
ト駆動回路１４から逆変換部のスイッチング素子１〜６
にオンパルスを供給させ、予め定めてある所定の複数の
組合せパターンに従って順次短時間導通させてゆき、こ
のときのスイッチング素子の導通組合せパターンに応じ
て電流検出器９、１０から検出されてくる電流の変化に
基づいて異常の種別が判定できるようにしたもの。【効果】異常の種別が判定できることから、短時間で
容易に、しかも正確に異常の原因を解明することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体スイッチング素
子を用いた電力変換装置の異常判定方法に係り、特にイ
ンバータ装置の主回路逆変換部の異常判定に好適な電力
変換装置の異常判定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】インバータ装置の逆変換部を構成してい
る半導体スイッチング素子としては、従来からパワート
ランジスタやパワーＭＯＳＦＥＴをはじめ種々の自己消
弧形の半導体スイッチング素子が用いられているが、近
年、ＩＧＢＴ(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ：Ins
ulated Gate Bipolar Transistor)を用いた電力変換装
置が広く世の中へ出回り始めている。

【０００３】また、主回路逆変換部を構成する複数個の
半導体スイッチング素子に、過電流保護、短絡電流保
護、ゲート回路電源の不足電圧保護、スイッチング素子
の異常温度保護の４種類の保護機能を付加し、更にゲー
ト駆動回路も含めて同一のパッケージ内に収めたＩＰＭ
(インテリジェントパワーモジュール：Intelligent Po-
wer Module)を用いた電力変換装置の割合も増大しつつ
ある。

【０００４】ここで、一般的な電力変換装置について、
図１６により説明すると、この図はいわゆるインバータ
装置で、大きく分けて主回路順変換部Ｃと、主回路逆変
換部Ｉ、それに制御装置１２で構成されている。主回路
順変換部Ｃは、主としてダイオードモジュール７で構成
され、３相交流電源から入力端子Ｒ、Ｓ、Ｔを介して供
給される交流電力を整流して直流化し、平滑コンデンサ
８の端子間に直流電圧を確立させる働きをする。

【０００５】主回路逆変換部Ｉは、主として６個のスイ
ッチング素子(図ではＩＧＢＴ)１〜６で構成され、平滑
コンデンサ８の端子間に確立されている直流電圧を３相
交流電圧に変換(逆変換)し、負荷となる交流電動機１１
に可変電圧可変周波数の３相交流電力を供給する働きを
する。なお、スイッチング素子１〜６において、Ｇはゲ
ートを表わし、Ｅはエミッタを表わす。

【０００６】制御装置１２は、主として制御回路１３と
ゲート駆動回路１４で構成され、主回路逆変換部Ｉのス
イッチング素子１〜６をオン(導通)・オフ(遮断)制御
し、直流電力を可変電圧可変周波数の３相交流電力に変
換するのに必要なスイッチング動作を行なわせるもので
ある。このため、制御回路１３は、図示されていないマ
イコン(マイクロコンピュータ)を含み、検出した電流な
どの信号や、その他、アラーム信号などを取り込み、種
々の保護機能を備えた電力変換装置としての動作に必要
とされる一般的な制御を行なうように構成されている。

【０００７】ところで、このように、主回路逆変換部Ｉ
のスイッチング素子としてＩＧＢＴなどを用いた場合に
は、これらのスイッチング素子を保護する必要があり、
このため、従来技術では、主回路逆変換部Ｉの出力に電
流検出器９、１０を設け、過電流が検出されたら保護回
路を動作させるようになっている。すなわち、電流検出
器９、１０により検出した信号を制御回路１３に入力
し、電流が過電流であるか否かを判断し、過電流が検出
された場合は直ちに所定のトリップ信号を発生させ、こ
れをゲート駆動回路１４に供給して主回路逆変換部Ｉの
全てのスイッチング素子１〜６をゲート遮断し、各スイ
ッチング素子を含む各部の過電流による２次破壊を防止
するようになっている。

【０００８】一方、主回路逆変換部ＩをＩＰＭで構成し
た場合には、異常が発生すると、上記４種類の何れかの
保護機能により所定のアラーム信号が出力されるので、
やはり制御回路１３でアラーム信号を受け取り、直ちに
所定のトリップ信号を発生させ、主回路逆変換部Ｉの全
てのスイッチング素子１、２、３、４、５、６に対する
ゲート駆動を停止し、各スイッチング素子及び他の各部
の損傷を防止する動作が瞬時に得られることになる。

【０００９】そして、このような保護回路を有する電力
変換装置では、その保護回路が作動した場合には動作が
停止されてしまい、そのままになってしまうので、この
後、何らかの処置を取る必要がある。ここで、このよう
な電力変換装置で保護回路が作動する原因の大半は、通
常、制御装置１２によるゲート信号発生機能の誤動作
や、ノイズ電圧の印加など一過性の原因による場合であ
り、従って、一般的には保護回路作動後、そのままリセ
ットすれば、直ちに電力変換装置を正常な状態に回復す
ることができる。

【００１０】そこで、このため、一般的には保護回路動
作に対するリセット機能を設け、このリセット機能を働
かせることにより、再度、電力変換装置としての動作が
開始されるように構成してある。しかして、電力変換装
置の保護回路が作動する原因としては、上記したような
一過性のものだけとは限らず、主回路逆変換部Ｉを構成
しているスイッチング素子１、２、３、４、５、６の破
壊による永久的なものも現れる可能性があるが、このと
き、従来技術では、アラーム処理及び表示が、全ての相
を一括して単に異常が発生したことだけに対応した処理
となっていた。

【００１１】しかして、このような場合、何れのスイッ
チング素子の異常による保護動作が働いたのかが判定で
き、直ちに原因究明の判断材料が得られるようにするの
が望ましく、この要望に応えることができる従来技術の
一例を特開平１−６４５６７号公報に見ることができ
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従来技術は、電力変換
装置に現われる異常の種別判定についての配慮が充分に
されているとは言えず、原因解明の点で不満が生じると
いう問題があった。すなわち、上記公報による従来技術
は、スイッチング素子の短絡破壊を自己診断するため
に、各スイッチング素子のベースに順次電流を流すとい
うもので、スイッチング素子の短絡破壊については判定
可能であるが、オープン破壊の場合は判定不可能であ
る。また、スイッチング素子には異常がなくても負荷が
短絡している可能性も考えられるが、これの判定も不可
能である。更に、従来技術では、自己診断に際して、急
激に大電圧がスイッチング素子に印加されないようにす
るため、インバータ装置のＰ−Ｎ間直流電圧を分圧し印
加する必要があり、このため、切替スイッチや分圧抵抗
が必要になるので、あまり実用的ではないという問題が
あったのである。なお、ここで、Ｐは＋極を表わし、Ｎ
は−極を表わす。

【００１３】本発明の目的は、スイッチング素子の異常
を、異常を生じた素子の特定と、異常の態様別に、かつ
負荷の短絡も含めてそれぞれ識別判定できるようにした
電力変換装置の異常判定方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的は、直列に接続
された２個のスイッチング素子からなるスイッチングア
ームを直流電源間に３組並列に有し、該スイッチング素
子のスイッチング動作により直流電力を３相交流電力に
変換する電力変換部を備えた電力変換装置において、上
記電力変換部の６個のスイッチング素子を、予め定めて
ある所定の複数の組合せパターンに従って順次短時間導
通させてゆき、このときのスイッチング素子の導通組合
せパターンに応じて電力変換部の出力又は入力電流に現
われる変化に基づいて異常の種別を判定するようにして
達成される。

【００１５】

【作用】スイッチング素子を、予め定めてある所定の複
数の組合せパターンに従って順次短時間導通させてゆく
ことと、このときに電力変換部の出力又は入力電流に現
われる変化とは、何れのスイッチング素子が異常で、そ
れが短絡破壊であるかオープン破壊であるかに応じて所
定の関連を持ち、かつ、負荷の短絡とも所定の関連を持
つ。そして、これらの関連については、予め知ることが
できるので、スイッチング素子を予め定めてある所定の
複数の組合せパターンに従って順次短時間導通させてゆ
きながら、その都度、電力変換部の出力又は入力電流を
調べることにより、異常の種別、すなわち、異常を生じ
たスイッチング素子の特定と、その異常が短絡破壊かオ
ープン破壊の何れであるか、及び負荷の短絡によるもの
かを判定することができる。そして、異常の種別が判定
できることから、短時間で容易に、しかも正確に異常の
原因を解明することができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明による電力変換装置の異常判定
方法について、図示の実施例により詳細に説明する。図
１は本発明の一実施例で、図において、１５は異常判定
回路、１６は表示器であり、その他の構成は、図１４で
説明した従来技術と同じである。

【００１７】異常判定回路１５は、図示されていないマ
イコンを含み、判定開始入力ｓに応じて処理を開始し、
以下に示す通りの、異常判定に必要な一連の処理〜
を遂行するように構成されている。

【００１８】判定モードの選定処理。選定された判定モードに応じて、オンパルスを供給
すべきスイッチング素子の選定と、オンパルスを供給す
る順序を決めるためのパターンを選択する処理。選択されたパターンに応じて、所定のスイッチング
素子を順次オンさせるのに必要なオン指令信号onをゲー
ト駆動回路１４に出力する処理。オン指令信号onの供給に応じて、その都度、電流検
出器９、１０の検出信号ａを取り込み、選択されている
パターンと比較して、異常が発生しているスイッチング
素子の特定と、それらの異常の有無、及び負荷の短絡の
有無を判定し、異常の種別を決定する処理。決定された異常の種別を表わす表示信号ｈを作成し
て表示器１６に出力する処理。次の判定モードを選定してに戻る処理。

【００１９】ここで、この実施例における判定モード
は、以下の通りになっている。ａスイッチング素子の短絡破壊判定モードｂスイッチング素子のオープン破壊判定モードｃ負荷及び電力変換器側での短絡判定モード表示器１６は、数字やアルファベットなどの表示が可能
な、例えば液晶表示素子を備え、判定回路１５から供給
される表示信号ｈに応じて、数字やアルファベットの組
合せを表示し、異常の種別がオペレータに読み取れるよ
うにする。なお、数字やアルファベットの組合せによる
異常の種別の表示については、後述する。

【００２０】次に、判定回路１５による上記パターン
と、それによる異常種別の判定の内容にについて説明す
る。まず、図２は、スイッチング素子の短絡破壊判定に
必要なパターンと、判定に用いる論理表を示したもの
で、ｐ行がパターンで、ｌ₁行〜ｌ₆行が論理表の行であ
り、従って、このときは、スイッチング素子１〜６の全
てに順次１個づつオンパルスを供給して行くパターンと
なる。なお、短絡破壊しているスイッチング素子とは、
ゲートＧの状態と無関係にオン状態になっている素子の
ことである。ここで、×印は、当該スイッチング素子が
オンされたとき、電流検出器９、１０による検出結果が
“電流無し”となったことを表わし、○印は“電流有
り”を表わしている。

【００２１】従って、このときのパターンｐにより各ス
イッチング素子１〜６を順次オンさせていったとき、例
えばｌ₁行に示すように、スイッチング素子５と６がオ
ンされたときだけ電流が検出された場合には、スイッチ
ング素子１が短絡破壊しており、ｌ₂行に示すように、
スイッチング素子４、６がオンされたときだけ電流が検
出されたときには、スイッチング素子２が短絡破壊して
いることが判る。

【００２２】この理由について説明すると、図１から明
らかなように、主回路逆変換部Ｉでは、６個のスイッチ
ング素子１〜６が、夫々スイッチング素子１と４、２と
５、３と６というように、２個ずつ対をなして直流回路
のＰ−Ｎ間に直列に接続されている。なお、この２個の
スイッチング素子の直列回路は、周知のようにアームと
呼ばれ、特にＰ側の方を上アーム、Ｎ側の方を下アーム
という。ここで６個あるスイッチング素子１〜６のう
ち、２個以上のスイッチング素子が同時に破壊する確率
は極めて低く、ほぼ１個のみ破壊すると想定する。

【００２３】そこで、図２のｐ行のパターンに従って、
スイッチング素子１、２、３、４、５、６を順次オン状
態としていったとき、出力電流検出器９又は１０に電流
が検出されるのは、破壊しているスイッチング素子が存
在するアームとは別の２対のアームにおいて、上下が反
対の方にあるアームのスイッチング素子をオン状態にし
たときだけである。従って、この図２のパターンと論理
表により、短絡破壊しているスイッチング素子の判定が
可能になるのである。

【００２４】次に、図３は、スイッチング素子のオープ
ン破壊判定に必要なパターンと、判定に用いる論理表を
示したものである。なお、オープン破壊しているスイッ
チング素子とは、ゲートＧの信号状態と無関係にオフ状
態になっている素子のことである。また、このときも、
短絡破壊のときと同様に、６個あるスイッチング素子１
〜６のうち、２個以上のスイッチング素子が同時にオー
プン破壊する確率は極めて低いため、ほぼ１個だけがオ
ープン破壊すると想定している。

【００２５】いま、６個のスイッチング素子１〜６を、
１と４、２と５、３と６というような上下アームにおい
て同時にオン状態としたとき、上下両アームのスイッチ
ング素子が正常であった場合にはＰ−Ｎ間に短絡電流が
流れ、電流検出器９又は１０には電流が検出されない。
一方、上下どちらかのアームのスイッチング素子がオー
プン破壊している場合には、同じにオンしても、このア
ームには電流は流れないため、やはり電流検出器９又は
１０では電流が検出されない。

【００２６】従って、スイッチング素子のオープン破壊
の判定には、或るスイッチング素子及びそのスイッチン
グ素子を含まない別の２対のアームにおいて、上下反対
のアームのスイッチング素子を同時にオン状態にしてゆ
き、その組合せを順次変えて行えば良い。そして、この
とき、電流検出器９又は１０により電流が検出されない
のは、オープン破壊しているスイッチング素子、及びオ
ープン破壊しているスイッチング素子が存在するアーム
とは別の２対のアームにおいて、上下反対のアームのス
イッチング素子をオン状態としたときだけであり、従っ
て、この図３のパターンと論理表により、オープン破壊
しているスイッチング素子の判定が可能となる訳であ
る。

【００２７】次に、図４は負荷短絡の判定に必要なパタ
ーンと、判定に用いる論理表を示したもので、このとき
は、６個のスイッチング素子１〜６は全て正常であると
判定されている必要がある。なお、負荷短絡とは、出力
端子Ｕ、Ｖ、Ｗの外側で、線路間、又は交流電動機１１
の中で短絡が発生している場合のことである。例えば、
いま、端子Ｕ−Ｖ間の短絡を判定したい場合には、Ｕ−
Ｖ間を介して出力電流が流れ得るスイッチング素子の組
合せであるスイッチング素子１と５、２と４を同時にオ
ン状態にして、そのときの出力電流を検出するようにす
る。

【００２８】ここで、もしも負荷が短絡されていたとす
れば、出力電流は過大値(短絡電流)になる筈なので、こ
のときの電流の検出値が定常値であるか過大値であるか
を知ることにより負荷短絡の判定が可能となる訳であ
る。同様に、Ｖ−Ｗ間、Ｗ−Ｕ間、それに、これらの判
定結果から、全相であるかも判定することができ、従っ
て、図４のパターンｐと、ｌ₁行〜ｌ₃行の論理表により
負荷短絡が判定できるのである。

【００２９】ところで、以上の場合には、電流検出器
９、１０よりも負荷側での短絡については判定できる
が、電流検出器９、１０よりも主回路逆変換部Ｉ側で発
生した短絡については判定できない。しかしながら、上
記の場合において、出力電流が過大になるべきところ
で、逆に出力電流が検出されなかったときには、電流検
出器９、１０よりも主回路逆変換部Ｉ側での短絡という
ことになる。なぜなら、この場合には、電流検出器９又
は１０を通過する前に短絡部分を介して出力電流が流れ
てしまうため、電流検出器９又は１０では出力電流が検
出されないからである。

【００３０】従って、この図４のｌ₄行〜ｌ₆行の論理表
により、電流検出器９、１０の主回路逆変換部Ｉ側での
短絡の判定が可能になり、結局、この図４の論理表にし
たがって判断することにより、負荷側と電力変換装置側
の何れにおける短絡も判定できることになる。

【００３１】ところで、図２のパターンと論理表では、
スイッチング素子の短絡破壊を、スイッチング素子１〜
６の全てに順次１個づつオンパルスを供給して行くパタ
ーンで判定してゆくようになっているが、スイッチング
素子１〜６に順次２個づつオンパルスを供給して行くパ
ターンによっても、短絡破壊を判定することが可能であ
り、この場合の論理表を図５に示す。

【００３２】従って、以上の実施例によれば、必要に応
じて、短絡判定やオープン判定などの所定の判定開始入
力ｓをオペレータが入力することにより、数字やアルフ
ァベットの組合せにより異常の種別が表示器１６に表示
されることになり、異常の種別、すなわち、異常を生じ
たスイッチング素子の特定と、その異常が短絡破壊かオ
ープン破壊の何れであるか、及び負荷の短絡によるもの
かを容易に判定することができ、この結果、短時間で容
易に、しかも正確に異常の原因を解明することができ
る。

【００３３】次に本発明の他の実施例について説明す
る。図１の実施例では、異常種別の判定に必要な電流の
検出に、過電流保護や出力電流制御のために主回路逆変
換部Ｉの出力に設けてある電流検出器９、１０を流用し
ているが、インバータ装置の中には、主回路逆変換部Ｉ
の入力側に直流電流検出器を備えているものもある。

【００３４】図６は、このような主回路逆変換部Ｉの入
力側に直流電流検出器を備えているインバータ装置に本
発明を適用した場合の一実施例で、図において、１７は
直流電流検出器で、その他の構成は、図１の実施例と同
じである。この図６の実施例では、スイッチング素子の
短絡破壊の判定には、図７のパターンと論理表を用い、
オープン破壊の判定には、図８のパターンと論理表を用
いる。

【００３５】また、負荷短絡の判定には、図９のパター
ンと論理表を用いるのであるが、このとき、この図６の
実施例では、直流電流検出器１７が主回路逆変換部Ｉの
入力側に入っているので、この主回路逆変換部Ｉの短絡
と負荷の短絡とを識別することができないので、図４の
場合とは異なり、論理表はｌ₁行からｌ₃行までしかな
い。しかして、主回路逆変換部Ｉの短絡は、図７の判定
により識別できるので、特に問題はない。

【００３６】次に、図１０は、図１の実施例における図
５の判定と同じく、同じに２個のスイッチング素子をオ
ンさせて判定する場合のパターンと論理表である。従っ
て、この図６の実施例によっても、異常の種別、すなわ
ち、異常を生じたスイッチング素子の特定と、その異常
が短絡破壊かオープン破壊の何れであるか及び負荷の短
絡によるものかを容易に判定することができ、この結
果、短時間で容易に、しかも正確に異常の原因を解明す
ることができる。

【００３７】ところで、上記した実施例では、何れも、
各スイッチング素子をオンさせて判定するので、このと
きのオンパルスの幅については注意を要する。なぜな
ら、判定過程では、当然のことながら、直流回路のＰ−
Ｎ間が短絡される可能性があり、そのときは過大な短絡
電流が流れることになって、かえってスイッチング素子
に破壊を生じてしまう虞れがあるからである。

【００３８】周知のように、ＩＧＢＴなどの半導体スイ
ッチング素子では、その破壊を防止するために、それぞ
れの素子毎にＳＯＡ(セーフオペレーティングエリア：S
afeOperating Area)が規定されており、この規定された
範囲内で動作させる必要がある。ここで、当然のことな
がら、入力パルスの幅が大きくなれば、ＳＯＡの領域は
狭くなるので、オン、オフ時間なども考慮して入力パル
スの幅を検討する必要がある。以上の結果、本発明の実
施例においては、上記した副次的なスイッチング素子の
破壊を抑えるため、オンパルスの幅は１５μｓ以下にす
るのが望ましい。

【００３９】次に、表示器１６による異常の表示につい
て説明する。異常判定回路１５は、異常種別の判定が終
わったら、異常の種別を表わす表示信号ｈを作成して表
示器１６に出力する。この図１と図６に示してある表示
器６は、例えばインバータ装置のディジタルオペレー
タ、又はリモートオペレータと呼ばれる装置に設けられ
ている数字とアルファベットによる表示部で、これによ
り判定された異常の種別を表示する。

【００４０】図１２はディジタルオペレータによる表示
例で、図１３はリモートオペレータによる表示例であ
る。

【００４１】まず、図１２の表示例は、Ｕ相を１、Ｖ相
を２、Ｗ相を３とし、Ｓはスイッチング素子の短絡破
壊、Ｏは同じくオープン破壊、Ｌは負荷側の短絡、Ｃは
電力変換器側の短絡をそれぞれ表わすようにし、これら
の組合せにより異常の種別を表示したものである。一
方、図１３の表示例は、そのまま、アルファベットで表
示したものであり、従って、特に説明を要しないもので
ある。

【００４２】ところで、以上の実施例では、異常判定回
路１５内のマイコンが、予め定められている判定モード
を順次、選定して処理を進めて行くように構成されてい
る場合のものであったが、図３と図４、それに図５に示
した３種の判定パターンによる異常判定処理を並列的に
実行するようにしても良く、以下、このようにした実施
例について、図１４と図１５により説明する。

【００４３】この実施例でも、全体の構成は、図１に示
す通りであるが、ここでは、異常判定回路１５内のマイ
コンにより、図１４に示す処理が実行されるように構成
されている。そして、この図１４の処理も、上述した実
施例と同じく、判定開始入力ｓの入力によりスタートさ
れるようになっているが、ここで、上述した実施例で
は、この判定開始入力ｓの入力タイミングについては特
に限定せずに、必要に応じて任意のタイミングで入力さ
れるものとなっていた。しかして、この実施例において
は、この判定開始入力ｓの入力タイミングが、主回路逆
変換部Ｉを含む装置が動作状態にされたときとなるよう
に、すなわち、電力変換部の動作開始を契機として、こ
の判定開始入力ｓが出力されるようにした場合と、制御
回路１３によるスイッチング素子の保護動作が働き、ア
ラームが発生されたとき、すなわち、保護機能の発動を
契機として、この判定開始入力ｓが出力されるようにし
た場合の何れかとなるように構成してある。

【００４４】そこで、装置の電源が投入され、動作状態
に入ったことにより判定開始入力ｓが発生され、或い
は、制御回路１３による保護動作が働いて判定開始入力
ｓが発生されると、この図１４による処理が開始され
る。まず、最初にステップＳ１でリセット機能が発動さ
れるのを禁止する。既に説明したように、このような装
置では、保護機能などによりトリップしたときに備えて
リセット機能が設けられているが、判定処理は主回路逆
変換部Ｉが停止されていることを前提としており、従っ
て、判定処理中にリセットが掛けられると、正常な処理
ができなくなってしまうばかりか、危険な事態の虞れも
あるので、ここでまずリセットを禁止するのである。

【００４５】次に、ステップＳ２では、予め用意してあ
るカウント機能を動作させ、続くステップＳ３で、この
カウント機能によるカウント数を、図３、図４、図５に
おける入力パルスを与えるスイッチング素子の組合せに
合わせて、(１、５)、(１、６)、(２、４)、(２、６)、
(３、４)、(３、５)の各組合せで順次変化させていく。
そして、次のステップＳ４で、これらのカウント数が示
す２個のスイッチング素子のゲートにパルス入力を与え
る。ここで、各スイッチング素子が破壊していなけれ
ば、そのスイッチング素子はパルス入力を与えていると
きだけＯＮ状態となる。

【００４６】そこで、ステップＳ５で出力電流検出器
９、１０による出力電流の有無を検出し、続くステップ
Ｓ６で各カウント数の状態を記憶し、ステップＳ７では
カウント数を調べ、上記６種類の全ての組合せを判定し
たか否かを確認する。そして、結果が否定、すなわちＮ
(ＮＯ)であれば全ての組合せを判定するまで処理を繰り
返し、肯定、すなわちＹ(ＹＥＳ)であればステップＳ８
で、全ての組合せにおいて出力電流が検出されないこと
を確認する。そして、ステップＳ８での結果がＹであれ
ば、次のステップＳ９でリセットの禁止を解除して、こ
の処理を終了する。

【００４７】従って、この場合、主回路逆変換部Ｉを含
む装置が動作状態にされたときでの処理ならば、以後、
そのまま装置の動作を開始させ、制御回路１３によるス
イッチング素子の保護動作が働き、アラームが発生され
たときでの処理ならば、リセット操作により、再度、装
置の動作が開始されることになる。

【００４８】しかして、ステップＳ８での結果がＮにな
ったら、このときはステップＳ１０以降の処理に進む。
そしてまず、このステップＳ１０では、図３、図４、図
５に示されている判定表により、以下のようにして、こ
のときの異常が何れのモードであるかを絞り込む。この
場合、ステップＳ８までの処理によって、以下に示す３
種類のモードの何れかであることが判る。

【００４９】すなわち、まず第一のモードとして、或る
スイッチング素子の短絡破壊であるか、または対抗アー
ム(例えば、素子１に対して素子４)のスイッチング素子
のオープン破壊の何れかであることが、図３と図５の論
理表から確定できる。しかして、この場合、例えば、図
５において、破壊しているスイッチング素子が１のとき
と、図３において、破壊しているスイッチング素子が４
であるときとでは、出力電流の検出の有無は同じになっ
ており、このままではオープン破壊と短絡破壊との識別
がなされていない。

【００５０】そこで、このようなモードとなったときに
は、Ｓ１３の処理に移る。

【００５１】次に、図４の論理表から、第二のモードと
して、負荷側の短絡であることと、第三のモードとし
て、電力変換装置側の負荷回路での短絡であることとが
確定される。そこで、負荷側での短絡の場合はステップ
Ｓ１１の処理に進み、負荷側の負荷短絡である旨の故障
表示を行ない、電力変換装置側の負荷回路での短絡の場
合はＳ１２の処理に進み、電力変換装置側の負荷短絡で
ある旨の故障表示を行なうのである。

【００５２】ステップＳ１３では、上記したようにスイ
ッチング素子の短絡破壊であるか、或いは対抗アームの
スイッチング素子のオープン破壊であるかの判定処理を
行なう。すなわち、短絡破壊している可能性のあるスイ
ッチング素子の対抗アームのスイッチング素子(例え
ば、素子１に対して素子５、或いは素子６)のうちの何
れかのゲートにパルスを与える。そして、このときの出
力電流検出器９、又は１０における出力電流の検出の有
無により判定を行ない、ステップＳ１４、又はステップ
Ｓ１５にて故障表示を行なうのである。

【００５３】一例としてスイッチング素子１が短絡破壊
している場合での判定を図１５により説明する。図１４
のステップＳ３からＳ７の処理では、各カウント数にお
いて出力電流検出器９又は１０による出力電流の有無を
検出しており、この結果、ステップＳ１０では、図５か
らはスイッチング素子１の短絡破壊である可能性が、そ
して図３からはスイッチング素子４のオープン破壊であ
る可能性が、それぞれ判る。そこで、短絡破壊している
可能性のあるスイッチング素子の対抗アームのスイッチ
ング素子５、６の内、何れかのゲートにパルスを与え、
出力電流が検出されればスイッチング素子１の短絡破壊
であり、出力電流が検出されなかければスイッチング素
子４のオープン破壊であると、それぞれ判定できるので
ある。

【００５４】従って、この実施例のうち、まず、電力変
換部の動作開始を契機として、判定開始入力ｓが出力さ
れるようにした実施例によれば、電力変換装置の電源投
入による動作開始に先立って、その都度、自動的に異常
判定がなされ、異常の無いことが確認されてから装置の
動作を開始させることができので、常に高い信頼性を保
つことができる。次に、スイッチング素子の保護動作が
働き、アラームが発生されたことを契機として、判定開
始入力ｓが出力されるようにした実施例によれば、トリ
ップが発生したときには、その都度、自動的に異常判定
がなされ、異常の無いことを確認してからリセットが可
能にされるので、同じく、常に高い信頼性を保つことが
できる。

【００５５】ところで、図１４の実施例では、図１の構
成により、図３〜図５の論理表による判定を用いて説明
したが、本発明は、図６の構成と、図８〜図１０の論理
表を用いて実施可能なことは、言うまでもなく、その
他、図２又は図７の論理表によっても実施可能なこと
も、言うまでもない。

【００５６】更に本発明は、異常検出のみでなく、本ア
ルゴリズムと同様な方法で破壊素子箇所を検出する回路
を内蔵したスイッチング素子、例えばＩＰＭにしても同
様の効果があることは当然である。

【００５７】

【発明の効果】本発明によれば、いずれのスイッチング
素子が異常であるか、短絡破壊であるか、オープン破壊
であるか、それとも負荷短絡であるか、何れの場合で
も、その異常の種別が容易に、かつ瞬時に判定でき、そ
れが表示されるので、原因解明が容易にでき、解明に要
する時間も最短にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電力変換装置の異常判定方法の一
実施例を示す回路図である。

【図２】本発明の一実施例におけるスイッチング素子の
短絡破壊判定の一例を示す説明図である。

【図３】本発明の一実施例におけるスイッチング素子の
オープン破壊判定の一例を示す説明図である。

【図４】本発明の一実施例における負荷短絡判定の一例
を示す説明図である。

【図５】本発明の一実施例におけるスイッチング素子の
短絡破壊判定の他の一例を示す説明図である。

【図６】本発明による電力変換装置の異常判定方法の他
の一実施例を示す回路図である。

【図７】本発明の他の一実施例におけるスイッチング素
子の短絡破壊判定の一例を示す説明図である。

【図８】本発明の他の一実施例におけるスイッチング素
子のオープン破壊判定の一例を示す説明図である。

【図９】本発明の他の一実施例における負荷短絡判定の
一例を示す説明図である。

【図１０】本発明の他の一実施例におけるスイッチング
素子の短絡破壊判定の他の一例を示す説明図である。

【図１１】半導体スイッチング素子のセーフオペレーテ
ィングエリアの説明図である。

【図１２】本発明の一実施例における異常種別の第一の
表示例を示す説明図である。

【図１３】本発明の一実施例における異常種別の第二の
表示例を示す説明図である。

【図１４】本発明の他の一実施例の動作を示すフローチ
ャートである。

【図１５】本発明の他の一実施例の動作を示すタイミン
グチャートである。

【図１６】従来の電力変換装置の一例を示す回路図であ
る。

【符号の説明】

Ｃ順変換部Ｉ逆変換部１、２、３、４、５、６スイッチング素子(ＩＧＢＴ) ７ダイオードモジュール８平滑コンデンサ９、１０電流検出器１１交流電動機１２制御装置１３制御回路１４ベース駆動回路１５異常判定回路１６表示器

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直列に接続された２個のスイッチング素
子からなるスイッチングアームを直流電源間に３組並列
に有し、該スイッチング素子のスイッチング動作により
直流電力を３相交流電力に変換する電力変換部を備えた
電力変換装置において、上記電力変換部の３相交流出力線の少なくとも２相の出
力線に接続した電流検出手段と、上記電力変換部の６個のスイッチング素子を、予め定め
てある所定の複数の組合せパターンに従って順次短時間
導通させてゆくゲート駆動手段と、該ゲート駆動手段による上記スイッチング素子の導通組
合せパターンに応じて上記電流検出手段の検出結果に現
われる電流変化に基づいて異常の種別を判定する異常判
定手段とを設け、上記スイッチング素子の異常判定が得られるように構成
したことを特徴とする電力変換装置の異常判定方法。
【請求項２】直列に接続された２個のスイッチング素
子からなるスイッチングアームを直流電源間に３組並列
に有し、該スイッチング素子のスイッチング動作により
直流電力を３相交流電力に変換する電力変換部を備えた
電力変換装置において、上記電力変換部の直流入力線の少なくとも一方に接続し
た電流検出手段と、上記電力変換部の６個のスイッチング素子を、予め定め
てある所定の複数の組合せパターンに従って順次短時間
導通させてゆくゲート駆動手段と、該ゲート駆動手段による上記スイッチング素子の導通組
合せパターンに応じて上記電流検出手段の検出結果に現
われる電流変化に基づいて異常の種別を判定する異常判
定手段とを設け、上記スイッチング素子の異常判定が得られるように構成
したことを特徴とする電力変換装置の異常判定方法。
【請求項３】請求項１又は請求項２の発明において、上記異常判定手段による異常判定処理が、上記電力変換
部の動作開始を契機として実行されるように構成されて
いることを特徴とする電力変換装置の異常判定方法。
【請求項４】請求項１又は請求項２の発明において、上記電力変換部が上記スイッチング素子を対象とする保
護手段を備え、上記異常判定手段による異常判定処理が、上記保護手段
による保護機能の発動を契機として実行されるように構
成されていることを特徴とする電力変換装置の異常判定
方法。
【請求項５】請求項１又は請求項２の発明において、上記電力変換部がインバータ装置の逆変換部であり、上記異常の種別の判定結果が上記インバータ装置の操作
表示部に表示されるように構成されていることを特徴と
する電力変換装置の異常判定方法。