JPH0984359A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地絡事故の発生を検出するための電流検出手
段の小形化を図る。 【解決手段】 零相変流器１５を、直流電源回路６を構
成する整流回路２と平滑コンデンサ３との間の一対の電
源線１３，１４に設け、地絡電流として正側の電源線１
３を流れる直流電流Ｉ１と負側の電源線１４を流れる直
流電流Ｉ２との差電流を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交流電動機を可変
速駆動する等のために用いられる電力変換装置に係り、
特に地絡検出及び地絡検出時の保護機能を有する電力変
換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の電力変換装置の一例を図２に示
す。同図において、３相交流電源１の出力は、整流回路
２により整流されると共に、その直流出力が平滑コンデ
ンサ３により平滑されて電源線４，５間に出力されるよ
うに構成されている。この場合、整流回路２および平滑
コンデンサ３から直流電源回路６が構成されている。上
記電源線４，５から給電されるインバータ回路７は、例
えば、６個のスイッチング素子７１ａ〜７１ｆを３相ブ
リッジ接続して構成されており、その３相交流出力によ
り例えば３相誘導電動機を駆動するように構成されてい
る。上記インバータ回路７の各スイッチング素子７１ａ
〜７１ｆは、制御回路８によりオンオフ制御されること
によりスイッチング動作するようになっている。

【０００３】９は３相交流電源１に流れる電流を検出す
る零相変流器で、その検出信号（電圧）はレベル検出器
１０に入力される。この零相変流器９は、周知構成であ
るので図示はしないが、二次巻線を巻装した環状鉄心
と、この環状鉄心内に挿通された３本の一次導体とから
構成され、この場合、３相交流電源１の各相と整流回路
２とを接続する３本の配線が一次導体とされる。そして
一次導体に流れる各相電流により発生する磁束を鉄心が
ベクトル合成し、各相の磁束の差分に応じた磁束により
二次巻線に起電力が発生するので、この起電力を検出す
ることによって各相の電流のベクトル合成和を求める。
従って、通常時（地絡事故が発生していないとき）は各
相電流のベクトル合成和はゼロであるため、二次巻線に
は起電力は発生しない。

【０００４】地絡事故が発生すると、３相交流電源１の
各相に流れる電流のベクトル合成和は零とはならず、差
電流を生ずるので、零相変流器９はその差電流に応じた
電圧を検出信号を出力する。この零相変流器９の検出信
号のレベルは、レベル検出器１０において基準値と比較
され、検出信号が基準値を上回った場合、レベル検出器
１０は地絡検出信号を制御回路８に与える。そして、制
御回路８は、地絡検出信号が与えられると、上記スイッ
チング素子７１ａ〜７１ｆをオフするように構成されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記構成の場合、零相
変流器９の環状鉄心内に３相交流電源１の各相の配線が
挿通されることになる。一方、３相交流電源１の各相の
配線径は容量が大きくなるに従って大きくなるため、そ
れに応じて零相変流器９を大形化する必要があった。従
って、電力変換装置の外形も大形化することになり、コ
スト高となるという問題点があった。

【０００６】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、地絡事故の発生を検出するための電流
検出手段の小形化を図った電流変換装置を提供するにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の電力変換装置
は、交流電源の交流電力を直流電力に変換する整流回路
と、この整流回路から出力される直流電力を交流電力に
変換して負荷に供給するためのスイッチング素子を備え
たインバータ回路と、このインバータ回路のスイッチン
グ素子をオンオフ制御する制御手段と、前記整流回路と
前記インバータ回路との間に接続される一対の電源線に
流れる直流電流を検出する電流検出手段と、この電流検
出手段により検出された電流値を基準値と比較する比較
手段と、この比較手段による比較結果に基づき異常信号
を前記制御手段に出力する判断手段とを具備し、前記制
御手段は、前記異常信号が入力されたとき前記スイッチ
ング素子をオフして前記インバータ回路の交流出力を停
止させることを特徴とする（請求項１）。

【０００８】この場合、電流検出手段は零相変流器やホ
ール効果電流器のように、一次導体に流れる電流により
発生する磁束をベクトル合成することにより、一次導体
に流れる電流の差電流を検出するものであると良い。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例につい
て、図１を参照しながら説明する。なお、従来構成（図
２参照）と同一部分には同一符号を付している。同図に
おいて、中性点接地された３相交流電源１の出力である
交流電力は、ダイオード２１ａ〜２１ｆを３相ブリッジ
接続してなる整流回路２により整流されると共に、その
直流出力が平滑コンデンサ３により平滑されて電源線
４，５間に直流電力として出力されるように構成されて
いる。この場合、整流回路２および平滑コンデンサ３か
ら直流電源回路６が構成されている。

【００１０】上記電源線４，５を通じて直流電力を供給
されるインバータ回路７は、例えば、６個のトランジス
タからなるスイッチング素子７１ａ〜７１ｆを３相ブリ
ッジ接続して構成されており、各スイッチング素子７１
ａ〜７１ｆには、それぞれフライホイールダイオード
（帰還ダイオード）７２ａ〜７２ｆが並列に接続されて
いる。そして、上記インバータ回路７の各スイッチング
素子７１ａ〜７１ｆは、制御手段としての制御回路８の
ドライブ回路１１からの駆動信号によりスイッチング動
作されることにより、インバータ回路７の３相の負荷端
子１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗから可変電圧及び可変周波数
の３相交流電力が出力され、この３相交流出力が負荷で
ある例えば３相誘導電動機へ供給されるように構成され
ている。

【００１１】また、前記整流回路２と前記インバータ回
路７との間を接続する一対の電源線、この場合、整流回
路２の一対の出力端子と平滑コンデンサ３の両端子間を
接続する一対の電源線１３，１４に電流検出器としての
零相変流器１５が設けられ、電源線１３に流れる正側直
流電流Ｉ１と電源線１４に流れる負側直流電流Ｉ２との
差電流を検出するようになっている。そして、零相変流
器１５は、上記検出電流に対応する電圧検出信号をレベ
ル検出器１６へ与える構成となっている。

【００１２】上記零相変流器１５は、二次巻線が巻回さ
れた環状鉄心と、この環状鉄心内に挿通された２本の一
次導体から構成されるもので、この場合、一次導体とし
て上記一対の電源線１３，１４が挿通される。この零相
変流器１５は、電源線１３，１４に流れる電流のベクト
ル合成和を検出し、その合成和に応じた電圧を検出信号
として出力する。通常時には、電源線１３，１４に流れ
る電流の大きさは等しく、その方向が反対であるため、
その電流のベクトル合成和は零である。従って、二次巻
線に起電力は生じないが、地絡事故等が発生すると、一
対の電源線１３，１４のうち一方に流れる電流の大きさ
が他方に流れる電流の大きさと異なるようになるため、
ベクトル合成和は零でなくなり、二次巻線にその差電流
に応じた起電力が生ずるようになる。

【００１３】一方、レベル検出器１６には、地絡事故の
発生を判定するための基準電圧が予め設定されており、
該レベル検出器１６は、零相変流器１５の検出信号のレ
ベルと上記基準電圧値とを比較し、前者が後者を上回っ
たとき、地絡事故発生と判定し、異常信号たる地絡検出
信号を制御回路８の論理積回路１７に与えるように構成
されている。従って、レベル検出器１６は、本発明でい
う比較手段及び判断手段として機能する。

【００１４】ここで、制御回路８において、パルス幅変
調（以下、単にＰＷＭ）制御回路１８は、周波数設定器
１９からの周波数信号に応じたＰＷＭ信号を論理積回路
１７に与え、論理積回路１７は、ＰＷＭ信号とインバー
タ回路７の各スイッチング素子７１ａ〜７１ｆのオンオ
フ期間を示すオンオフパターン信号とを合成して各スイ
ッチング素子７１ａ〜７１ｆのＰＷＭ信号に同期したオ
ンオフ制御信号をドライブ回路１１に与える。ドライブ
回路１１は、オンオフ制御信号に応じて各スイッチング
素子７１ａ〜７１ｆをオンオフ制御する。これによりイ
ンバータ回路７は、直流電源回路６から与えられる直流
電力を交流電力に変換して交流電動機を駆動する。そし
て、論理積回路１７は、レベル検出器１６から地絡検出
信号が入力された場合、ドライブ回路１１にスイッチン
グ素子７１ａ〜７１ｆを全てオフする制御信号を与える
ように構成されている。

【００１５】次に、上記構成の作用を説明する。まず、
通常の運転状態では、論理積回路１７は地絡検出信号を
受けていないから、スイッチング素子７１ａ〜７１ｆの
オンオフ制御信号をドライブ回路１１へ与える。する
と、ドライブ回路１１はそのオンオフ制御信号に基づい
て駆動信号を生成してインバータ回路７の各スイッチン
グ素子７１ａ〜７１ｆの制御端子に与える。これによ
り、上記各スイッチング素子７１ａ〜７１ｆがオンオフ
動作されてインバータ回路７から３相交流が出力され
る。

【００１６】次に、負荷端子１２Ｗにおいて地絡が発生
した場合について説明する。尚、その他の負荷端子１２
Ｕ、１２Ｖにおいて地絡が発生した場合も同様の作用と
なるため、説明は省略する。

【００１７】さて、スイッチング素子７１ｅがオンして
いるときに負荷端子１２Ｗにおいて地絡が発生すると、
正側電源線４からはスイッチング素子７１ｅを通って大
地へ地絡電流Ｉｇが流れる。このため、正側の電源線１
３を流れる直流電流Ｉ１は、大地を通って３相交流電源
１に帰る電流Ｉｇと零相変流器１５を通って整流回路６
に帰る負側直流電流Ｉ２とに分かれようになり、電源線
１３を流れる直流電流Ｉ１は負側の電源線１４を流れる
電流Ｉ２よりも大きくなる。そして、零相変流器１５
は、正側直流電流Ｉ１と負側直流電流Ｉ２との差電流Ｉ
ｇを検出し、この差電流Ｉｇに対応する電圧の検出信号
をレベル検出器１６へ与える。すると、この検出信号の
レベルが基準電圧を上回るためにレベル検出器１６は地
絡検出信号を出力する。そして、この地絡検出信号を受
けて、論理積回路１７はスイッチング素子７１ａ〜７１
ｆを全てオフする停止信号をドライブ回路１１に出力す
る。これにより、インバータ回路７からの交流出力が停
止される。

【００１８】一方、スイッチング素子７１ｆがオンして
いるときに負荷端子１２Ｗにおいて地絡が発生すると、
大地からスイッチング素子７１ｆを通って地絡電流が流
れる。このため、負側直流電流Ｉ２は、正側直流電流Ｉ
１と地絡電流Ｉｇとが合成された電流となり、この場合
も零相変流器１５は、正側直流電流Ｉ１と負側直流電流
Ｉ２との差電流Ｉｇを検出し、この差電流Ｉｇに対応す
る電圧検出信号が基準電圧信号を上回ることからレベル
検出器１６は地絡検出信号を出力する。すると、この地
絡検出信号を受けて、論理積回路１７は停止信号を出力
する。これにより、インバータ回路７からの交流出力が
停止される。

【００１９】このように、本実施例によれば、地絡事故
が発生すると確実に零相変流器１５が地絡電流を検出し
てインバータ回路７からの交流出力を遮断することがで
きる。しかも、この零相変流器１５は、環状鉄心内に２
本の配線を挿通するだけであるので、従来のように３本
の配線を挿通する場合よりも小形化することができ、ひ
いては電力変換装置全体の外形を小形化することができ
る。

【００２０】尚、本発明は上記し且つ図面に示す実施例
に限られるものではなく、次のような拡張或いは変更が
可能である。零相変流器１５を、他の電流検出手段、例
えばホール効果電流器に代えても良い。ホール効果電流
器は、２個のコ字状の継鉄で一対の電源線１３，１４を
囲み、電源線１３に流れる正側直流電流Ｉ１と電源線１
４に流れる負側直流電流Ｉ２との差分電流を検出するも
ので、この場合も零相変流器１５同様、従来のように３
本の配線を挿通する場合よりも小形化することができ、
ひいては電力変換装置全体の外形を小形化することがで
きる。

【００２１】また、電流検出手段は、零相変流器やホー
ル効果電流器の他、電源線１３，１４或いは４，５に流
れる電流の差電流を検出するものであれば良い。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
流検出手段は、直流電源回路の出力電流の差電流を検出
するようにしたことにより、電力変換装置を小形化する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図

【図２】従来構成を示す図１相当図

【符号の説明】

１は３相交流電源（交流電源）、２は整流回路（直流電
源回路）、７はインバータ回路、８は制御回路（制御手
段）、１３，１４は電源線、１５は零相変流器（電流検
出手段）、１６はレベル検出器（比較手段，判断手
段）、７１ａ〜７１ｆはスイッチング素子を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 和田 順一 三重県三重郡朝日町大字繩生2121番地 株 式会社東芝三重工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源の交流電力を直流電力に変換す
   る整流回路と、 この整流回路から出力される直流電力を交流電力に変換
   して負荷に供給するためのスイッチング素子を備えたイ
   ンバータ回路と、 このインバータ回路のスイッチング素子をオンオフ制御
   する制御手段と、 前記整流回路と前記インバータ回路との間に接続される
   一対の電源線に流れる直流電流を検出する電流検出手段
   と、 この電流検出手段により検出された電流値を基準値と比
   較する比較手段と、 この比較手段による比較結果に基づき異常信号を前記制
   御手段に出力する判断手段とを具備し、 前記制御手段は、前記異常信号が入力されたとき前記ス
   イッチング素子をオフして前記インバータ回路の交流出
   力を停止させることを特徴とする電力変換装置。
2. 【請求項２】 電流検出手段は零相変流器であることを
   特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
3. 【請求項３】 電流検出手段はホール効果電流器である
   ことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。