JP2003304634A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、出力ケーブルの断線を確実に検出
して運転を停止し、信頼性を向上させることを目的とす
る。 【解決手段】 整流した出力電流信号の最大値と最小値
の差が電流偏差設定値以上となったとき偏差大信号を出
力する電流偏差検出手段９と、最小値が所定値以下とな
ったとき低下信号を出力する電流レベル検出手段１０
と、偏差大信号と低下信号の論理積をとって断線検出信
号を出力する断線検出手段１１とを有することを特徴と
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、出力ケーブルの断
線検出機能を備えた電力変換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電力変換装置としては、図８に示
す構成のものがよく知られている。同図において、直流
電源１からの直流電圧は、インバータ回路２により任意
の周波数の（通常は３相）交流電圧に変換され、負荷と
しての電動機３に可変周波数の交流電力が供給されるよ
うになっている。インバータ回路２の出力ケーブルに
は、出力電流を検出する電流検出器としての変流器５が
取り付けられ、変流器５で検出された出力電流信号は、
整流器６で整流された後、電動機３の回転数を制御する
制御回路７に入力されている。制御回路７には、この整
流された出力電流信号と速度設定器４で発生した速度基
準信号４ａとが入力されている。

【０００３】次に、装置動作を簡単に説明する。制御回
路７は、速度設定器４からの速度基準信号４ａと整流器
６で整流された出力電流信号とから電動機３が所定の回
転数となるようにインバータ回路２に制御信号７ａを出
力する。インバータ回路２は、スイッチング素子として
自己消弧型の素子（最近ではＩＧＢＴが主流）が使用さ
れており、制御回路７により出力波形及び出力周波数が
制御される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
電力変換装置は、出力ケーブルが断線した場合に運転を
継続してしまうという問題があった。

【０００５】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
出力ケーブルが断線したとき、これを確実に検出して運
転を停止することができ、信頼性を向上させることがで
きる電力変換装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、出力電流を検出する電流検
出手段と、この電流検出手段で検出した出力電流信号を
整流する整流手段と、この整流した出力電流信号の最大
値及び最小値を演算する電流信号演算手段と、この電流
信号演算手段からの最大値と最小値の差が予め定めた電
流偏差設定値以上となったとき偏差大信号を出力する電
流偏差検出手段と、前記最小値が予め定めた所定値以下
となったとき低下信号を出力する電流レベル検出手段
と、前記偏差大信号と前記低下信号の論理積をとって断
線検出信号を出力する断線検出手段と、前記断線検出信
号により装置動作を停止する制御手段とを有することを
要旨とする。この構成により、出力ケーブルが断線した
とき、断線した相の出力電流が流れなくなるため、整流
した出力電流信号の最小値が低下し、出力電流信号の最
大値と最小値の差が大きくなる。この最大値と最小値の
差が電流偏差設定値を超えると電流偏差検出手段から偏
差大信号が出力される。また最小値が所定値以下になる
と電流レベル検出手段から低下信号が出力される。この
偏差大信号と低下信号の論理積をとることで、出力ケー
ブルの断線が確実に検出されて運転が停止される。

【０００７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の電
力変換装置において、前記整流手段で整流した出力電流
信号の平均値を検出する平均値検出手段と、この平均値
検出手段で検出した平均値に応じて前記電流偏差設定値
を補正することを要旨とする。この構成により、負荷量
の変化等があると、出力電流信号の平均値が変化する。
平均値に応じて電流偏差設定値を補正することで、負荷
量の変化等に対しても、出力ケーブルの断線を確実に検
出することが可能となる。

【０００８】請求項３記載の発明は、出力電流を検出す
る電流検出手段と、この電流検出手段で検出した出力電
流信号を整流する整流手段と、この整流した出力電流信
号の最大値及び最小値を演算する電流信号演算手段と、
この電流信号演算手段からの最大値と最小値の差が予め
定めた電流偏差設定値を一定期間継続して超えたときは
偏差大継続信号を出力し、一定期間継続しないときは制
御異常信号を出力する制御異常判断手段と、前記最小値
が予め定めた所定値以下となったとき低下信号を出力す
る電流レベル検出手段と、前記偏差大継続信号と前記低
下信号の論理積をとって断線検出信号を出力する断線検
出手段と、前記断線検出信号により装置動作を停止する
制御手段とを有することを要旨とする。この構成によ
り、制御異常判断手段では、出力電流信号の最大値と最
小値の差が電流偏差設定値を一定期間継続して超えたと
き偏差大継続信号が出力され、一定期間継続しないとき
は制御異常信号が出力される。偏差大継続信号が出力さ
れたときは、これと低下信号の論理積をとることで出力
ケーブルの断線が検出されて運転が停止される。一方、
制御異常信号が出力されたときは、出力ケーブルの断線
ではなく、制御上の不安定と判断される。

【０００９】請求項４記載の発明は、出力電流を検出す
る電流検出手段と、この電流検出手段で検出した出力電
流信号を整流する整流手段と、この整流した出力電流信
号の最大値及び最小値を演算する電流信号演算手段と、
この電流信号演算手段からの最大値と最小値の差が最大
となるリップル周期と出力周波数の周期とを比較し、前
記リップル周期が前記出力周波数の周期に対し所定値以
下となったときリップル周期検出信号を出力するリップ
ル周期検出手段と、前記最小値が予め定めた所定値以下
となったとき低下信号を出力する電流レベル検出手段
と、前記リップル周期検出信号と前記低下信号の論理積
をとって断線検出信号を出力する断線検出手段と、前記
断線検出信号により装置動作を停止する制御手段とを有
することを要旨とする。この構成により、出力ケーブル
が断線したとき、出力電流信号の最大値と最小値の差が
最大となるリップル周期は、出力周波数の周期以下とな
る。リップル周期検出手段では、このリップル周期と出
力周波数の周期とが比較され、リップル周期が出力周波
数の周期に対し所定値以下となったときリップル周期検
出信号が出力される。このリップル周期検出信号と低下
信号の論理積をとることで、出力ケーブルの断線が確実
に検出されて運転が停止される。

【００１０】請求項５記載の発明は、出力電流を検出す
る電流検出手段と、この電流検出手段で検出した出力電
流信号を整流する整流手段と、この整流した出力電流信
号の最大値及び最小値を演算する電流信号演算手段と、
前記出力電流信号の最大値から最小値までの時間と出力
周波数の周期とを比較し、前記最大値から最小値までの
時間が前記出力周波数の周期に対し所定値以下となった
ときピーク到達時間検出信号を出力するピーク到達時間
検出手段と、前記最小値が予め定めた所定値以下となっ
たとき低下信号を出力する電流レベル検出手段と、前記
ピーク到達時間検出信号と前記低下信号の論理積をとっ
て断線検出信号を出力する断線検出手段と、前記断線検
出信号により装置動作を停止する制御手段とを有するこ
とを要旨とする。この構成により、出力ケーブルが断線
したとき、出力電流信号の最大値から最小値までの時間
は、出力周波数の周期以下となる。リップル周期検出手
段では、この最大値から最小値までの時間と出力周波数
の周期とが比較され、最大値から最小値までの時間が出
力周波数の周期に対し所定値以下となったときピーク到
達時間検出信号が出力される。このピーク到達時間検出
信号と低下信号の論理積をとることで、出力ケーブルの
断線が確実に検出されて運転が停止される。

【００１１】請求項６記載の発明は、請求項１乃至５の
何れかに記載の電力変換装置において、負荷として複数
台の電動機を駆動することを要旨とする。この構成によ
り、負荷である電動機が複数台になっても、出力ケーブ
ルの断線時には出力電流信号の最小値が低下するため、
出力ケーブルの断線を確実に検出して運転を停止するこ
とが可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００１３】図１及び図２は、本発明の第１の実施の形
態を示す図である。まず、図１を用いて、本実施の形態
の電力変換装置の構成を説明する。同図において、直流
電源１からの直流電圧は、インバータ回路２により任意
の周波数の（通常は３相）交流電圧に変換され、電動機
３に可変周波数の交流電力が供給されるようになってい
る。インバータ回路２の出力ケーブルには、出力電流を
検出する電流検出手段としての変流器５が取り付けら
れ、変流器５で検出された出力電流信号は、整流手段と
しての整流器６で整流された後、電動機３の回転数を制
御する制御手段としての制御回路７に入力されている。
制御回路７には、この整流された出力電流信号６ａと速
度設定器４で発生した速度基準信号４ａが入力されてい
る。制御回路７は、速度設定器４で設定された速度基準
で電動機３が回転するように、整流された出力電流信号
６ａをフィードバックしつつインバータ回路２に対して
位相制御信号７ａを出力して制御する。

【００１４】そして、本実施の形態では、さらに整流器
６の出力端子に電流信号演算手段としての電流信号演算
器８が接続され、電流信号演算器８の出力端子に電流偏
差検出手段としての電流偏差検出器９と電流レベル検出
手段としての電流レベル検出器１０が並列に接続されて
いる。これら電流偏差検出器９と電流レベル検出器１０
の各出力は断線検出手段としての断線検出器１１に入力
され、断線検出器１１の出力は制御回路７に入力されて
いる。電流信号演算器８は、整流器６から整流された出
力電流信号６ａを入力し、その出力電流信号６ａの最大
値と最小値を演算する。電流偏差検出器９は、電流信号
演算器８から最大値８ａと最小値８ｂを入力し、最大値
８ａと最小値８ｂの差が予め定めた電流偏差設定値を超
えたときに偏差大信号９ａを出力する。電流レベル検出
器１０は、電流信号演算器８から最小値８ｂを入力し、
その最小値８ｂが予め設定した所定値以下になったとき
に低下信号１０ａを出力する。断線検出器１１は、電流
偏差検出器９から偏差大信号９ａを入力し、電流レベル
検出器１０から低下信号１０ａを入力して偏差大信号９
ａと低下信号１０ａの論理積をとり、断線検出信号１１
ａを出力する。制御回路７は、断線検出器１１からの断
線検出信号１１ａが入力された場合に装置の停止動作を
行う。

【００１５】次に、図２を用いて、出力ケーブル断線時
の制御動作を説明する。出力ケーブル断線時は、整流器
６から出力される整流された出力電流信号６ａが低下す
る。したがって、電流信号演算器８から出力される最小
値８ｂが低下する。電流偏差検出器９に入力される最小
値８ｂが低下することで、最大値８ａと最小値８ｂの差
が大きくなって予め定めた電流偏差設定値を超え、電流
偏差検出器９は、偏差大信号９ａを出力する。また、電
流レベル検出器１０に入力される最小値８ｂも低下する
ことで、最小値８ｂが予め設定した所定値以下になり、
電流レベル検出器１０は低下信号１０ａを出力する。こ
の結果、断線検出器１１に、偏差大信号９ａと低下信号
１０ａが入力され、断線検出器１１は、これら両信号９
ａ，１０ａの論理積をとって出力ケーブルの断線（３相
の場合は欠相を含む）を検出し、断線検出信号１１ａを
出力する。そして、制御回路７には、断線検出器１１か
ら断線検出信号１１ａが入力され、運転停止動作が行わ
れる。出力電流信号６ａの最大値８ａと最小値８ｂの差
のみから、出力ケーブルの断線（又は欠相）を検出した
のでは、制御切り替えによる再始動時に誤検出するおそ
れがある。これに対し、本実施の形態では、上述したよ
うに、最小値８ｂが所定値以下になった場合も判定資料
に加味し、偏差大信号９ａと低下信号１０ａの論理積を
とることで、出力ケーブルの断線（又は欠相）を確実に
検出することができる。

【００１６】図３には、本発明の第２の実施の形態を示
す。なお、図３及び後述の各実施の形態を示す図におい
て前記図１における構成要素と同一ないし均等のもの
は、前記と同一符号を以って示し、重複した説明を省略
する。本実施の形態では、整流器６と整流偏差検出器９
との間に平均値検出手段としての平均値検出器１２が接
続されている。

【００１７】平均値検出器１２は、整流器６からの整流
された出力電流信号６ａを入力し、その出力電流信号６
ａの平均値１２ａを算出して出力する。電流偏差検出器
９は、平均値検出器１２からの平均値１２ａを入力し、
この平均値１２ａに応じて電流偏差設定値に対して補正
（調整）を行う。負荷量が変化すると、出力電流信号６
ａの平均値が変化する。そこで、この平均値１２ａを算
出し、この平均値１２ａに応じて電流偏差設定値を補正
することで、負荷量の変化に対しても、出力ケーブルの
断線（又は欠相）を確実に検出することができる。

【００１８】図４には、本発明の第３の実施の形態を示
す。本実施の形態は、図１に示した電流偏差検出器９に
代えて、電流信号演算器８と断線検出器１１の間に制御
異常判断手段としての制御異常判断器１３が接続されて
いる。制御異常判断器１３は２つの出力端子を備え、一
方の出力端子は断線検出器１１に接続され、他方の出力
端子は制御回路７に接続されている。

【００１９】制御異常判断器１３は、電流信号演算器８
から出力電流信号６ａの最大値８ａと最小値８ｂを入力
し、その最大値８ａと最小値８ｂの差が予め定めた電流
偏差設定値を超え、これが一定期間継続したとき偏差大
継続信号１３ａを断線検出器１１に出力し、一定期間継
続しないときは、制御異常信号１３ｂを制御回路７に出
力する。偏差大継続信号１３ａが出力されたときは、断
線検出器１１により、この偏差大継続信号１３ａと低下
信号１０ａの論理積をとることで、出力ケーブルの断線
（又は欠相）が検出され、制御回路７により運転停止が
行われる。一方、制御異常信号１３ｂが出力されたとき
は、出力ケーブルの断線ではなく、制御上の不安定と判
断される。

【００２０】図５には、本発明の第４の実施の形態を示
す。本実施の形態は、図１に示した電流偏差検出器９に
代えて、電流信号演算器８と断線検出器１１の間にリッ
プル周期検出手段としてのリップル周期検出器１４が接
続されている。リップル周期検出器１４は、出力線と入
力線を備え、出力線は断線検出器１１に接続され、入力
線により制御回路７から出力周波数信号７ｂを入力する
ようになっている。

【００２１】出力ケーブルが断線（又は欠相）としたと
き、出力電流信号６ａの最大値８ａと最小値８ｂの差が
最大となるリップル周期は、出力周波数の周期以下（３
相の場合、リップル周期は出力周波数の周期の略３分の
１以下）となる。リップル周期検出器１４は、電流信号
演算器８から出力電流信号６ａの最大値８ａと最小値８
ｂを入力し、制御回路７からは出力周波数信号７ｂを入
力する。そして、最大値８ａと最小値８ｂの差が最大と
なるリップル周期と出力周波数の周期とを比較し、リッ
プル周期が出力周波数の周期に対し所定値以下となった
ときに、リップル周期検出信号１４ａを断線検出器１１
に出力する。断線検出器１１では、リップル周期検出信
号１４ａと低下信号１０ａの論理積をとることで、出力
ケーブルの断線（又は欠相）を検出し、制御回路７によ
り運転停止が行われる。

【００２２】図６には、本発明の第５の実施の形態を示
す。本実施の形態は、図１に示した電流偏差検出器９に
代えて、電流信号演算器８と断線検出器１１の間にピー
ク到達時間検出手段としてのピーク到達時間検出器１５
が接続されている。ピーク到達時間検出器１５は、出力
線と入力線を備え、出力線は断線検出器１１に接続さ
れ、入力線により制御回路７から出力周波数信号７ｂを
入力するようになっている。

【００２３】出力ケーブルが断線（又は欠相）したと
き、出力電流信号６ａの最大値８ａから最小値８ｂにな
るまでの時間は、出力周波数の周期以下となる。ピーク
到達時間検出器１５は、電流信号演算器８から出力電流
信号６ａの最大値８ａと最小値８ｂを入力し、制御回路
７からは出力周波数信号７ｂを入力する。そして、最大
値８ａから最小値８ｂになるまでの時間と出力周波数の
周期とを比較し、最大値８ａから最小値８ｂになるまで
の時間が出力周波数の周期に対し所定値以下となったと
きに、ピーク到達時間検出信号１５ａを断線検出器１１
に出力する。断線検出器１１では、ピーク到達時間検出
信号１５ａと低下信号１０ａの論理積をとることで、出
力ケーブルの断線（又は欠相）を検出し、制御回路７に
より運転停止が行われる。

【００２４】図７には、本発明の第６の実施の形態を示
す。本実施の形態では、負荷として複数台の電動機３，
３，…を駆動するようになっている。

【００２５】複数台の電動機３，３，…を駆動する場合
であっても、出力ケーブルの断線時には出力電流信号６
ａの最小値８ｂが低下するため、出力ケーブル断線を検
出することが可能である。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜６記載
の発明によれば、出力ケーブルが断線したとき、これを
確実に検出して運転を停止することができ、信頼性を向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態である電力変換装置
のブロック図である。

【図２】上記第１の実施の形態における出力ケーブル断
線時の制御動作を説明するための出力電流信号波形図で
ある。

【図３】本発明の第２の実施の形態のブロック図であ
る。

【図４】本発明の第３の実施の形態のブロック図であ
る。

【図５】本発明の第４の実施の形態のブロック図であ
る。

【図６】本発明の第５の実施の形態のブロック図であ
る。

【図７】本発明の第６の実施の形態のブロック図であ
る。

【図８】従来の電力変換装置のブロック図である。

【符号の説明】

２ インバータ回路 ３ 電動機 ５ 変流器（電流検出手段） ６ 整流器（整流手段） ７ 制御回路（制御手段） ８ 電流信号演算器（電流信号演算手段） ９ 電流偏差検出器（電流偏差検出手段） １０ 電流レベル検出器（電流レベル検出手段） １１ 断線検出器（断線検出手段） １２ 平均値検出器（平均値検出手段） １３ 制御異常判断器（制御異常判断手段） １４ リップル周期検出器（リップル周期検出手段） １５ ピーク到達時間検出器（ピーク到達時間検出手
段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柳川 昌樹 神奈川県川崎市幸区堀川町66番２ 東芝エ ンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 5G058 BB01 BC16 CC04

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 出力電流を検出する電流検出手段と、こ
   の電流検出手段で検出した出力電流信号を整流する整流
   手段と、この整流した出力電流信号の最大値及び最小値
   を演算する電流信号演算手段と、この電流信号演算手段
   からの最大値と最小値の差が予め定めた電流偏差設定値
   以上となったとき偏差大信号を出力する電流偏差検出手
   段と、前記最小値が予め定めた所定値以下となったとき
   低下信号を出力する電流レベル検出手段と、前記偏差大
   信号と前記低下信号の論理積をとって断線検出信号を出
   力する断線検出手段と、前記断線検出信号により装置動
   作を停止する制御手段とを有することを特徴とする電力
   変換装置。
2. 【請求項２】 前記整流手段で整流した出力電流信号の
   平均値を検出する平均値検出手段と、この平均値検出手
   段で検出した平均値に応じて前記電流偏差設定値を補正
   す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】 出力電流を検出する電流検出手段と、こ
   の電流検出手段で検出した出力電流信号を整流する整流
   手段と、この整流した出力電流信号の最大値及び最小値
   を演算する電流信号演算手段と、この電流信号演算手段
   からの最大値と最小値の差が予め定めた電流偏差設定値
   を一定期間継続して超えたときは偏差大継続信号を出力
   し、一定期間継続しないときは制御異常信号を出力する
   制御異常判断手段と、前記最小値が予め定めた所定値以
   下となったとき低下信号を出力する電流レベル検出手段
   と、前記偏差大継続信号と前記低下信号の論理積をとっ
   て断線検出信号を出力する断線検出手段と、前記断線検
   出信号により装置動作を停止する制御手段とを有するこ
   とを特徴とする電力変換装置。
4. 【請求項４】 出力電流を検出する電流検出手段と、こ
   の電流検出手段で検出した出力電流信号を整流する整流
   手段と、この整流した出力電流信号の最大値及び最小値
   を演算する電流信号演算手段と、この電流信号演算手段
   からの最大値と最小値の差が最大となるリップル周期と
   出力周波数の周期とを比較し、前記リップル周期が前記
   出力周波数の周期に対し所定値以下となったときリップ
   ル周期検出信号を出力するリップル周期検出手段と、前
   記最小値が予め定めた所定値以下となったとき低下信号
   を出力する電流レベル検出手段と、前記リップル周期検
   出信号と前記低下信号の論理積をとって断線検出信号を
   出力する断線検出手段と、前記断線検出信号により装置
   動作を停止する制御手段とを有することを特徴とする電
   力変換装置。
5. 【請求項５】 出力電流を検出する電流検出手段と、こ
   の電流検出手段で検出した出力電流信号を整流する整流
   手段と、この整流した出力電流信号の最大値及び最小値
   を演算する電流信号演算手段と、前記出力電流信号の最
   大値から最小値までの時間と出力周波数の周期とを比較
   し、前記最大値から最小値までの時間が前記出力周波数
   の周期に対し所定値以下となったときピーク到達時間検
   出信号を出力するピーク到達時間検出手段と、前記最小
   値が予め定めた所定値以下となったとき低下信号を出力
   する電流レベル検出手段と、前記ピーク到達時間検出信
   号と前記低下信号の論理積をとって断線検出信号を出力
   する断線検出手段と、前記断線検出信号により装置動作
   を停止する制御手段とを有することを特徴とする電力変
   換装置。
6. 【請求項６】 負荷として複数台の電動機を駆動するこ
   とを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の電力変
   換装置。