JP6570073B2 - Failure detection device - Google Patents
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Description
本発明は、故障を検出する故障検出装置に関する。 The present invention relates to a failure detection device that detects a failure.
一般に、コンデンサは、様々な回路に用いられる。例えば、電力変換回路の交流側には、フィルタコンデンサが設けられる。また、複数のコンデンサで構成される回路がある。例えば、2組以上直列接続されたコンデンサ回路において、各組のコンデンサに印加される電圧を検出して、異常を検出することが開示されている(特許文献1参照)。 In general, capacitors are used in various circuits. For example, a filter capacitor is provided on the AC side of the power conversion circuit. There is a circuit composed of a plurality of capacitors. For example, it is disclosed that in a capacitor circuit connected in series with two or more sets, an abnormality is detected by detecting a voltage applied to each set of capacitors (see Patent Document 1).
しかしながら、複数のコンデンサで構成された回路において、各コンデンサの電圧を検出して、故障を検出すると、コンデンサの数量の増加に伴い、故障を検出するために必要な回路又は大きさなどが増加する。これは、装置の大型化又は複雑化などを招く。 However, when a failure is detected by detecting the voltage of each capacitor in a circuit composed of a plurality of capacitors, the circuit or size necessary for detecting the failure increases as the number of capacitors increases. . This leads to an increase in size or complexity of the apparatus.
そこで、本発明の目的は、複数のコンデンサを含む回路において、各コンデンサの電圧を個別に検出しなくとも、コンデンサによる故障を検出することのできる故障検出装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a failure detection device capable of detecting a failure due to a capacitor without detecting the voltage of each capacitor individually in a circuit including a plurality of capacitors.
本発明の観点に従った故障検出装置は、変圧器の巻線に接続され、前記巻線に印加される交流電圧を分圧するように直列に接続された複数のコンデンサを含む回路の故障を検出する故障検出装置であって、前記複数のコンデンサが正常のときに電圧が設定値以下となるように設定された、前記巻線の第1の点と、前記直列に接続された複数のコンデンサの間にある第2の点と、の間の電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段により検出された電圧が前記設定値を超えた場合に、前記複数のコンデンサのいずれかが故障したと判断する故障判断手段とを備える。
A fault detection apparatus according to an aspect of the present invention detects a fault in a circuit including a plurality of capacitors connected in series to be connected to a winding of a transformer and to divide an alternating voltage applied to the winding. a failure detection device for it, the plurality of capacitors are set so that the voltage becomes less than the set value when the normal, and the first point of the winding, the plurality of capacitors connected in series a second point located between a voltage detecting means for detecting a voltage between, when the voltage detected by the voltage detecting unit exceeds the setting value, one of the plurality of capacitors have failed and a failure determining means for determining that.
本発明によれば、複数のコンデンサを含む回路において、各コンデンサの電圧を個別に検出しなくとも、コンデンサによる故障を検出することのできる故障検出装置を提供することにある。 According to the present invention, in a circuit including a plurality of capacitors, it is an object of the present invention to provide a failure detection device that can detect a failure due to a capacitor without detecting the voltage of each capacitor individually.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る故障検出装置1が適用された電力変換装置10の構成を示す構成図である。なお、図面における同一部分には同一符号を付して、異なる部分を主に説明する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of a
電力変換装置10は、直流電源3から出力される直流電力を交流電力に変換して、負荷7に電力供給する。なお、ここでは、電力変換装置10は、直流電力を単相交流電力に変換する構成として説明するが、直流電力を三相交流電力に変換する構成としてもよい。
The
電力変換装置10は、故障検出装置1、電圧検出器2、直流電源3、インバータ4、変圧器5、及び、フィルタ回路6で構成される。
The
直流電源3は、インバータ4に直流電力を供給する。直流電源3は、発電機、電池、又は、交流電力を直流電力に変換するコンバータなど、直流電力を供給するものであれば、どのようなものでもよい。
The DC
インバータ4は、直流電源3から供給される直流電力を交流電力に変換する。インバータ4から出力される交流電力は、変圧器5及びフィルタ回路6を順次に介して、負荷7に供給される。
The inverter 4 converts DC power supplied from the
インバータ4の電力変換回路は、4つのスイッチング素子41a,41b,41c,41d及び4つのダイオード42a,42b,42c,42dで構成される。1組の直列に接続された2つのスイッチング素子41a,41bともう1組の直列に接続された2つのスイッチング素子41c,41dが並列に接続される。2組の直列に接続されたスイッチング素子41a〜41dは、直流電源3に並列に接続される。ダイオード42a〜42dは、それぞれスイッチング素子41a〜41dと逆並列に接続される。2組のスイッチング素子41a〜41dのそれぞれの接続点は、インバータ4の交流端子(出力端子)となる。以降では、1組目のスイッチング素子41a,41bの接続点からの出力を交流電力のU相とし、2組目のスイッチング素子41c,41dの接続点からの出力を交流電力のV相として説明する。
The power conversion circuit of the inverter 4 includes four
変圧器5は、第1の巻線51及び第2の巻線52で構成される絶縁変圧器である。第1の巻線51(1次側)には、インバータ4の交流側が接続される。第2の巻線52(2次側)には、フィルタ回路6が接続される。変圧器5は、インバータ4から入力される交流電圧を負荷7に適した電圧に変圧して、フィルタ回路6に出力する。変圧器5は、昇圧してもよいし、降圧してもよいし、変圧比が等倍でもよい。変圧器5は、変圧した交流電力をフィルタ回路6に出力する。 The transformer 5 is an insulating transformer composed of a first winding 51 and a second winding 52. The AC side of the inverter 4 is connected to the first winding 51 (primary side). The filter circuit 6 is connected to the second winding 52 (secondary side). The transformer 5 transforms the AC voltage input from the inverter 4 to a voltage suitable for the load 7 and outputs the voltage to the filter circuit 6. The transformer 5 may be stepped up, stepped down, or the transformer ratio may be equal. The transformer 5 outputs the transformed AC power to the filter circuit 6.
フィルタ回路6の入力側は、変圧器5に接続される。フィルタ回路6の出力側には、負荷7が接続される。フィルタ回路6は、インバータ4で発生する高調波を抑制する。ここでは、フィルタ回路6として説明するが、これに限らない。故障検出装置1による故障検出対象となる回路は、変圧器と接続され、複数のコンデンサで構成された回路であれば、どのような回路でもよい。例えば、力率改善用又は蓄電用などのコンデンサバンクでもよい。
The input side of the filter circuit 6 is connected to the transformer 5. A load 7 is connected to the output side of the filter circuit 6. The filter circuit 6 suppresses harmonics generated in the inverter 4. Here, although described as the filter circuit 6, it is not limited to this. The circuit that is the target of failure detection by the
フィルタ回路6は、6つのコンデンサ61a,61b,61c,61d,61e,61fで構成されるフィルタコンデンサである。ここでは、コンデンサ61a〜61fの静電容量は全て同じものとする。1組目の直列に接続された2つのコンデンサ61a,61bは、U−V相間の電圧を等分に分圧するように、U相とV相との間に接続される。2組目の直列に接続された2つのコンデンサ61c,61dは、U相電流が流れる経路に直列に接続される。3組目の直列に接続された2つのコンデンサ61e,61fは、V相電流が流れる経路に直列に接続される。なお、U相及びV相の電流が流れる経路上に設けられたコンデンサ61c〜61fは、無くてもよいし、代わりにリアクトルが設けられていてもよい。
The filter circuit 6 is a filter capacitor including six
電圧検出器2は、変圧器5の第2の巻線52を2等分する中点P1と、U−V相間に接続された2つのコンデンサ61a,61bの接続点P2との間の電圧Vdを検出する。接続点P2は、U−V相間の電圧を丁度2等分する箇所である。電圧検出器2は、検出した電圧Vdを、故障検出装置1に出力する。
The
フィルタ回路6を電圧検出器2により測定される点P1,P2間で分けると、分けられた2つの回路は対象になっている。即ち、2つの回路は同一である。したがって、フィルタ回路6が正常であれば、電圧検出器2により測定される2点P1,P2はほぼ同じ電圧となるため、検出される電圧Vdはほぼゼロとなる。
When the filter circuit 6 is divided between the points P1 and P2 measured by the
故障検出装置1は、電圧検出器2により検出された電圧Vdと予め設定された設定値を比較して、フィルタ回路6の故障を検出する。設定値は、フィルタ回路6が正常のときに、電圧検出器2で検出される可能性がある最大の電圧値である。ここでは、設定値は、電圧検出器2で検出された電圧が実質的にゼロと判断してもよい最大の電圧値である。故障検出装置1は、検出された電圧Vdが設定値を超えた場合は、フィルタ回路6が故障であると判断して、故障検出信号Sngを出力する。即ち、故障検出装置1は、検出された電圧Vdがゼロでない場合、故障と判断する。故障検出装置1は、故障検出信号Sngを出力して、インバータ4を保護停止させたり、フィルタ回路6の故障を外部に警報として知らせたりする。なお、故障検出装置1は、インバータ4を制御する制御装置などに故障検出機能が組み込まれた装置でもよい。
The
ここで、設定値について説明する。フィルタ回路6が正常のときに、理想的な回路上では、電圧Vdがゼロである場合でも、実際には、電圧検出器2で検出される電圧Vdがゼロとならない場合がある。これは、検出誤差又は浮遊電圧などがからである。このため、上述のように設定値を設定することで、フィルタ回路6の故障をより正確に判断する。
Here, the setting value will be described. When the filter circuit 6 is normal, on the ideal circuit, even if the voltage Vd is zero, the voltage Vd detected by the
これにより、フィルタ回路6を構成するいずれかのコンデンサ61a〜61fに短絡又は容量減少などの故障が生じると、フィルタ回路6の2点P1,P2間の電圧バランスが崩れることで、2点P1,P2間に上述の設定値を超える電圧Vdが生じる。故障検出装置1は、電圧検出器2により、2点P1,P2間に生じた設定値を超える電圧Vdを検出することで、フィルタ回路6の故障を検出する。
As a result, when a failure such as a short circuit or capacity reduction occurs in any of the
なお、U−V相間の電圧を分圧するコンデンサ61a,61bは、2つに限らず、3つ以上のいくつのコンデンサで構成されてもよい。さらに、各コンデンサ61a〜61fは、複数のコンデンサで構成されていてもよい。また、各コンデンサ61a〜61fの静電容量は異なってもよい。
The
また、電力変換装置10の構成などにより、フィルタ回路6の正常時に電圧Vdがゼロとなる2点P1,P2を検出するように、電圧検出器2を設けられない場合がある。例えば、フィルタ回路6の点P2に相当する箇所を選択する場合、U−V相間に接続されるコンデンサの数及びそれらの静電容量により、U−V相間に印加される交流電圧を丁度二等分するような箇所がコンデンサ間に存在しない場合がある。
Moreover, the
このような場合、電圧検出器2を接続する点P1及び点P2は、次のように選ぶ。点P1は、変圧器5の第2の巻線52にあり、第2の巻線52を二等分する箇所になるべく近い箇所を選ぶ。また、点P2は、交流電圧を分圧する直列に接続された複数のコンデンサの間にあり、交流電圧を丁度二等分する箇所になるべく近い箇所を選ぶ。このように点P1又は点P2が選ばれた場合、フィルタ回路6が正常であっても、電圧Vdが完全にゼロにならない可能性がある。したがって、この場合の設定値は、正常時に検出される電圧Vdがゼロになる場合の設定値よりも高い電圧になる。また、この場合は、フィルタ回路6が正常であれば、発生しているはずの最小の電圧値をもう1つ設定値として設け、この設定値を下回った場合も、故障と判断するようにしてもよい。
In such a case, the points P1 and P2 connecting the
本実施形態によれば、変圧器5の第2の巻線52にある点P1と、フィルタ回路6のU−V相間の電圧を分圧する2つのコンデンサ61a,61bの接続点P2との間の電圧Vdを検出することで、各コンデンサ61a〜61fの電圧を個別に検出しなくても、コンデンサ61a〜61fの短絡又は容量減少などのフィルタ回路6の故障を検出することができる。
According to this embodiment, between the point P1 in the second winding 52 of the transformer 5 and the connection point P2 of the two
(第2の実施形態)
図2は、本発明の第2の実施形態に係る故障検出装置1が適用された電力変換装置10Aの構成を示す構成図である。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a configuration diagram showing a configuration of a
電力変換装置10Aは、図1に示す第1の実施形態に係る電力変換装置10において、変圧器5を変圧器5Aに代え、フィルタ回路6をフィルタ回路6Aに代え、電圧検出器2を電圧検出器2Aに代えたものである。その他の点は、第1の実施形態と同様である。
The
変圧器5A及びフィルタ回路6Aは、第1の実施形態における変圧器5とフィルタ回路6との位置を入れ替えている。変圧器5A及びフィルタ回路6Aは、それぞれ第1の実施形態に係る変圧器5及びフィルタ回路6とそれぞれ同じ回路である。フィルタ回路6Aは、第1の実施形態に係るフィルタ回路6の入力側(インバータ4側)と出力側(負荷7側)を反対にしている。その他の点は、第1の実施形態に係る変圧器5及びフィルタ回路6と同様である。
The
フィルタ回路6Aの入力側には、インバータ4が接続される。フィルタ回路6Aの出力側には、変圧器5Aの第1の巻線51(1次側)が接続される。変圧器5Aの第2の巻線52(2次側)には、負荷7が接続される。
The inverter 4 is connected to the input side of the
電圧検出器2Aは、フィルタ回路6AのU−V相間の電圧を分圧する2つのコンデンサ61a,61bの接続点P2と、変圧器5Aの第1の巻線51の中点P1Aとの間の電圧Vdを検出する。中点P1Aは、第1の巻線51にある点以外は、第1の実施形態に係る中点P1と同様である。電圧検出器2Aは、中点P1Aと接続点P2との間に印加される電圧Vdを検出して、故障検出装置1に出力する。
The
故障検出装置1は、第1の実施形態と同様に、電圧検出器2Aにより検出された電圧Vdに基づいて、フィルタ回路6Aの故障を検出する。
The
本実施形態によれば、インバータ4の出力側に、フィルタ回路6A及び変圧器5Aが順次に設けられた構成であっても、第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
According to this embodiment, even if the
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Moreover, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
1…故障検出装置、2…電圧検出器、3…直流電源、4…インバータ、5…変圧器、6…フィルタ回路、7…負荷、10…電力変換装置。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記複数のコンデンサが正常のときに電圧が設定値以下となるように設定された、前記巻線の第1の点と、前記直列に接続された複数のコンデンサの間にある第2の点と、の間の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段により検出された電圧が前記設定値を超えた場合に、前記複数のコンデンサのいずれかが故障したと判断する故障判断手段と
を備えたことを特徴とする故障検出装置。 A fault detection device for detecting a fault in a circuit including a plurality of capacitors connected in series to be connected to a winding of a transformer and connected in series so as to divide an alternating voltage applied to the winding;
Wherein the plurality of capacitors are set so that the voltage becomes less than the set value when the normal, and the first point of the winding, and a second point located between the plurality of capacitors connected in series a voltage detecting means for detecting a voltage between,
A failure detection device comprising failure determination means for determining that any of the plurality of capacitors has failed when the voltage detected by the voltage detection means exceeds the set value .
を特徴とする請求項1に記載の故障検出装置。 The failure detection apparatus according to claim 1, wherein the voltage detection unit is provided so that a detected voltage becomes zero when the circuit is normal.
前記電力変換回路の交流側に設けられた変圧器と、
前記変圧器の巻線に接続され、前記巻線に印加される交流電圧を分圧するように直列に接続された複数のコンデンサを含むフィルタ回路と、
前記フィルタ回路の故障を検出する故障検出手段とを備え、
前記故障検出手段は、
前記複数のコンデンサが正常のときに電圧が設定値以下となるように設定された、前記巻線の第1の点と、前記直列に接続された複数のコンデンサの間にある第2の点と、の間の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段により検出された電圧が前記設定値を超えた場合に、前記複数のコンデンサのいずれかが故障したと判断する故障判断手段とを備えたこと
を特徴とする電力変換装置。 A power conversion circuit for converting DC power into AC power;
A transformer provided on the AC side of the power conversion circuit;
A filter circuit including a plurality of capacitors connected to the transformer winding and connected in series to divide an alternating voltage applied to the winding;
A failure detection means for detecting a failure of the filter circuit,
The failure detection means includes
Wherein the plurality of capacitors are set so that the voltage becomes less than the set value when the normal, and the first point of the winding, and a second point located between the plurality of capacitors connected in series a voltage detecting means for detecting a voltage between,
A power conversion device comprising: a failure determination unit that determines that any of the plurality of capacitors has failed when the voltage detected by the voltage detection unit exceeds the set value .
を特徴とする請求項3に記載の電力変換装置。 The power converter according to claim 3, wherein the voltage detection unit is provided so that a detected voltage becomes zero when the filter circuit is normal.
を備えたこと特徴とする請求項3又は請求項4に記載の電力変換装置。 5. The power conversion device according to claim 3, further comprising a power conversion stop unit that stops the power conversion circuit when the failure determination unit determines that a failure has occurred.
前記複数のコンデンサが正常のときに電圧が設定値以下となるように設定された、前記巻線の第1の点と、前記直列に接続された複数のコンデンサの間にある第2の点と、の間の電圧を検出し、
検出した電圧が前記設定値を超えた場合に、前記複数のコンデンサのいずれかが故障したと判断すること
を含むことを特徴とする故障検出方法。 A fault detection method for detecting a fault in a circuit including a plurality of capacitors connected in series to be connected to a winding of a transformer and connected in series so as to divide an alternating voltage applied to the winding,
Wherein the plurality of capacitors are set so that the voltage becomes less than the set value when the normal, and the first point of the winding, and a second point located between the plurality of capacitors connected in series , Detect the voltage between
A failure detection method comprising: determining that one of the plurality of capacitors has failed when the detected voltage exceeds the set value .
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