JP5696485B2 - インバータ装置および電動機ドライブシステム - Google Patents
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この発明の第3の局面によるインバータ装置は、直流電圧源と、複数のスイッチング素子を含み、複数のスイッチング素子をPWM信号に基づくゲート信号により制御し、直流電圧源から供給される直流を複数の相の交流に変換する電力変換部と、電力変換部の出力電圧を検出し、電圧検出信号を出力する電圧検出器と、PWM信号またはゲート信号と、電圧検出信号とに基づいて、スイッチング素子の故障を判定する故障判定部と、を備え、故障判定部によりスイッチング素子の故障が短絡故障として検出された場合に、短絡故障したスイッチング素子と逆のアームのゲート信号を常時Lレベルとして、故障が検出された相以外のスイッチング素子により負荷を運転可能に構成されている。
この発明の第4の局面による電動機ドライブシステムは、直流電圧源と、複数のスイッチング素子を含み、複数のスイッチング素子をPWM信号に基づくゲート信号により制御し、直流電圧源から供給される直流を複数の相の交流に変換する電力変換部と、電力変換部の出力電圧を検出し、電圧検出信号を出力する電圧検出器と、PWM信号またはゲート信号と、電圧検出信号の極性とに基づいて、スイッチング素子の故障を判定する故障判定部とを備えるインバータ装置と、インバータ装置に接続される電動機と、を備え、複数のスイッチング素子は、PWM信号にデッドタイムを含めて生成されたゲート信号によって駆動されるように構成され、故障判定部は、電圧検出信号とPWM信号の極性が一致していない時間が、デッドタイムの時間以上の所定の時間より大きい場合に、スイッチング素子が故障していると判定するように構成されている。
まず、図1を参照して、本発明の第1実施形態による電動機ドライブシステム100が有するインバータ装置101の構成について説明する。
故障判定部10は、スイッチング素子31および32をオフ状態にし、その後スイッチング素子31のみを所定時間オン状態にするPWM信号をスイッチング素子31および32にそれぞれ出力(故障判定信号J1を出力)することにより、スイッチング素子32の短絡故障の判定処理を行う。ここで、故障判定部10は、スイッチング素子31のみをオン状態にしたときに、電流検出器9からの電流検出信号Iuが異常電流であるか否かを判定し、電流検出信号Iuが異常電流であると判定された場合、スイッチング素子32が短絡故障していると判定する。これは、スイッチング素子31がオン、スイッチング素子32がオフというタイミングで、平滑コンデンサ2aおよび2bが短絡することにより流れる電流を検出するものである。したがって、異常検出を検出する際の検出レベルは、例えば、電流検出のオフセット誤差以上にしておけばよい。同様に、故障判定部10は、スイッチング素子32のみを所定時間オン状態にする出力(故障判定信号J2を出力)することにより、スイッチング素子31の短絡故障の判定処理を行う。
インバータ装置101は、図示していないが、故障判定部10によって検出したスイッチング素子の故障情報(どのスイッチング素子が故障し、短絡故障であるか開放故障であるか)を、例えば、PC(パーソナルコンピュータ)などの外部機器に出力してPCのディスプレイなどに表示可能に構成されている。これにより、故障情報を確実に把握できるので、復旧作業に有用な情報とできる。
インバータ装置101は、スイッチング素子31またはスイッチング素子32が短絡故障した場合には、切替スイッチ7a(7b、7c)は、端子Cを端子Aから端子Bに切り替え、つまり、平滑コンデンサ2aと平滑コンデンサ2bとの間の中性点N1(直流の電圧を等分する点)と、電動機11とを電気的に接続した状態にし、故障したU相の相電圧をゼロとし、残り2相(V相、W相)での単相運転1を可能とする。なお、単相運転1では、出力可能な電圧範囲は正常時の半分に制限される。
インバータ装置101は、スイッチング素子31またはスイッチング素子32が開放故障した場合には、切替スイッチ7a(7b、7c)は、端子Cを端子Aに接続を保持したまま、開放故障した逆側のアームのゲート信号を常時オフとし、残り2相(V相、W相)での単相運転2を可能とする。なお、単相運転2では、出力可能な電流範囲が正常時の1/√3に制限される。なお、単相運転2と判定した際は、(単相故障時の運転)で説明した接続に変更して単相運転1として運転してもよい。
インバータ装置101は、直流電圧源1を遮断あるいは平滑コンデンサ2aおよび2bから切り離す際、電動機11の回転停止状態で、電流指令あるいは電圧指令をゼロとした運転を行い、平滑コンデンサ2a、2bに蓄電されている電荷を放電させる処理を実施する。故障判定部10によってスイッチング素子31〜36は故障していないと判定されている場合は、以下の制限された動作を行うことなく、スイッチング素子31〜36の全てを使用して、電流指令あるいは電圧指令をゼロとした運転を行って平滑コンデンサ2aおよび2bに蓄積された電荷を放電する。なお、スイッチング素子31〜36のうち、上下短絡しない範囲でいくつかのスイッチング素子を使用しないようにして放電処理をしてもよい。
次に、図3を参照して、第2実施形態のインバータ装置102について説明する。図3は、本発明の第2実施形態によるインバータ装置102の構成を示すブロック図である。
故障判定部53は、スイッチング素子31にHレベルのゲート信号Gupが供給され、つまり、スイッチング素子31にオン指令が与えられ、U相の電圧極性信号Vu_polが正極性であれば、図4に示す真理値表に基づいて、スイッチング素子31は故障していないと判定する。スイッチング素子31にLレベルのゲート信号Gupが供給され、U相の電圧極性信号Vu_polが負極性になった場合も同様である。
故障判定部53は、スイッチング素子31にHレベルのゲート信号Gupが供給され、つまり、スイッチング素子31にオン指令が与えられたにも関わらず、U相の電圧極性信号Vu_polが負極性であれば、故障していると判定する。
故障判定部53は、スイッチング素子31にLレベルのゲート信号Gupが供給され、つまり、スイッチング素子31にオフ指令が与えられたにも関わらず、U相の電圧極性信号Vu_polが正極性であれば、故障していると判定をする。
故障判定部53は、スイッチング素子32にHレベルのゲート信号Gunが供給され、つまり、スイッチング素子32にオン指令が与えられ、U相の電圧極性信号Vu_polが負極性であれば、図5に示す真理値表に基づいて、スイッチング素子32は故障していないと判定する。スイッチング素子32にLレベルのゲート信号Gunが供給され、U相の電圧極性信号Vu_polが正極性になった場合も同様である。
故障判定部53は、スイッチング素子32にHレベルのゲート信号Gunが供給され、つまり、スイッチング素子32にオン信号が与えられたにも関わらず、U相の電圧極性信号Vu_polが正極性であれば、故障していると判定をする。
故障判定部53は、スイッチング素子32にLレベルのゲート信号Gunが供給され、つまり、スイッチング素子32にオフ指令が与えられたにも関わらず、U相の電圧極性信号Vu_polが負極性である場合、故障していると判定する。
2a、2b 平滑コンデンサ
3 電力変換部
8 電圧検出器
9 電流検出器
10、53 故障判定部
11 電動機
31、32、33、34、35、36 スイッチング素子
100 電動機ドライブシステム
101、102、103 インバータ装置
Claims (13)
- 直流電圧源と、
複数のスイッチング素子を含み、前記複数のスイッチング素子をPWM信号に基づくゲート信号により制御し、前記直流電圧源から供給される直流を複数の相の交流に変換する電力変換部と、
前記電力変換部の出力電圧を検出し、電圧検出信号を出力する電圧検出器と、
前記PWM信号または前記ゲート信号と、前記電圧検出信号とに基づいて、前記スイッチング素子の故障を判定する故障判定部と、を備え、
前記複数のスイッチング素子は、前記PWM信号にデッドタイムを含めて生成されたゲート信号によって駆動されるように構成され、
前記故障判定部は、前記電圧検出信号と前記PWM信号の極性が一致していない時間が、前記デッドタイムの時間以上の所定の時間より大きい場合に、前記スイッチング素子が故障していると判定するように構成されている、インバータ装置。 - 前記故障判定部は、前記PWM信号が変化しない状態で、前記電圧検出信号の極性が変化した場合に、前記スイッチング素子が故障していると判定するように構成されている、請求項1に記載のインバータ装置。
- 前記電力変換部の出力電流を検出し、電流検出信号を出力する電流検出器をさらに備え、
前記故障判定部は、少なくとも前記電流検出信号に基づいて、前記スイッチング素子が短絡故障しているか、または、開放故障しているかを判定するように構成されている、請求項1または2に記載のインバータ装置。 - 前記故障判定部は、前記電流検出信号および前記電圧検出信号の極性に基づいて、前記スイッチング素子が短絡故障しているか、または、開放故障しているかを判定するように構成されている、請求項3に記載のインバータ装置。
- 前記直流電圧源と前記電力変換部との間に設けられ、前記電力変換部に入力される直流を平滑するための平滑コンデンサをさらに備え、
前記直流電圧源を遮断する際に、前記故障判定部によってスイッチング素子が故障していないと判定された場合、前記スイッチング素子の全てを用いて、前記平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電するように構成されている、請求項3または4に記載のインバータ装置。 - 前記直流電圧源と前記電力変換部との間に設けられ、前記電力変換部に入力される直流を平滑するための平滑コンデンサをさらに備え、
前記直流電圧源を遮断する際に、前記故障判定部によってスイッチング素子が開放故障していると判定された場合、前記開放故障しているスイッチング素子と対となる逆側のアームのスイッチング素子をオフ状態に保持し、前記開放故障しているスイッチング素子の相と異なる相のスイッチング素子を用いて前記平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電するように構成されている、請求項3または4に記載のインバータ装置。 - 前記直流電圧源と前記電力変換部との間に設けられ、前記電力変換部に入力される直流を平滑するための平滑コンデンサをさらに備え、
前記直流電圧源を遮断する際に、前記故障判定部によってスイッチング素子が短絡故障していると判定された場合、前記短絡故障しているスイッチング素子と対となる逆側のアームのスイッチング素子をオフ状態に保持し、前記短絡故障しているスイッチング素子の相と異なる相でかつ逆側のアームのスイッチング素子を用いて、前記平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電するように構成されている、請求項3または4に記載のインバータ装置。 - 前記故障判定部によって故障が検出された前記スイッチング素子を特定する情報と、前記スイッチング素子の故障の種類を出力可能に構成されている、請求項3〜7のいずれか1項に記載のインバータ装置。
- 前記故障判定部により前記スイッチング素子の故障が検出された場合に、前記故障が検出された相のアームの出力点を直流の電圧を略等分する中性点に接続して、前記中性点に接続された相の相電圧をゼロにするとともに、前記故障が検出された相以外のスイッチング素子により負荷を運転可能に構成されている、請求項1〜8のいずれか1項に記載のインバータ装置。
- 前記故障判定部により前記スイッチング素子の故障が短絡故障として検出された場合に、前記短絡故障したスイッチング素子と逆のアームのゲート信号を常時Lレベルとして、前記故障が検出された相以外のスイッチング素子により負荷を運転可能に構成されている、請求項1〜9のいずれか1項に記載のインバータ装置。
- 直流電圧源と、
複数のスイッチング素子を含み、前記複数のスイッチング素子をPWM信号に基づくゲート信号により制御し、前記直流電圧源から供給される直流を複数の相の交流に変換する電力変換部と、
前記電力変換部の出力電圧を検出し、電圧検出信号を出力する電圧検出器と、
前記PWM信号または前記ゲート信号と、前記電圧検出信号とに基づいて、前記スイッチング素子の故障を判定する故障判定部と、
前記電力変換部の出力電流を検出し、電流検出信号を出力する電流検出器と、
前記直流電圧源と前記電力変換部との間に設けられ、前記電力変換部に入力される直流を平滑するための平滑コンデンサと、を備え、
前記故障判定部は、少なくとも前記電流検出信号に基づいて、前記スイッチング素子が短絡故障しているか、または、開放故障しているかを判定するように構成されており、
前記直流電圧源を遮断する際に、前記故障判定部によってスイッチング素子が短絡故障していると判定された場合、前記短絡故障しているスイッチング素子と対となる逆側のアームのスイッチング素子をオフ状態に保持し、前記短絡故障しているスイッチング素子の相と異なる相でかつ逆側のアームのスイッチング素子を用いて、前記平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電するように構成されている、インバータ装置。 - 直流電圧源と、
複数のスイッチング素子を含み、前記複数のスイッチング素子をPWM信号に基づくゲート信号により制御し、前記直流電圧源から供給される直流を複数の相の交流に変換する電力変換部と、
前記電力変換部の出力電圧を検出し、電圧検出信号を出力する電圧検出器と、
前記PWM信号または前記ゲート信号と、前記電圧検出信号とに基づいて、前記スイッチング素子の故障を判定する故障判定部と、を備え、
前記故障判定部により前記スイッチング素子の故障が短絡故障として検出された場合に、前記短絡故障したスイッチング素子と逆のアームのゲート信号を常時Lレベルとして、前記故障が検出された相以外のスイッチング素子により負荷を運転可能に構成されている、インバータ装置。 - 直流電圧源と、
複数のスイッチング素子を含み、前記複数のスイッチング素子をPWM信号に基づくゲート信号により制御し、前記直流電圧源から供給される直流を複数の相の交流に変換する電力変換部と、前記電力変換部の出力電圧を検出し、電圧検出信号を出力する電圧検出器と、前記PWM信号または前記ゲート信号と、前記電圧検出信号の極性とに基づいて、前記スイッチング素子の故障を判定する故障判定部とを備えるインバータ装置と、
前記インバータ装置に接続される電動機と、を備え、
前記複数のスイッチング素子は、前記PWM信号にデッドタイムを含めて生成されたゲート信号によって駆動されるように構成され、
前記故障判定部は、前記電圧検出信号と前記PWM信号の極性が一致していない時間が、前記デッドタイムの時間以上の所定の時間より大きい場合に、前記スイッチング素子が故障していると判定するように構成されている、電動機ドライブシステム。
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