KR20090052897A - 전력 변환 장치 - Google Patents

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Abstract

영구자석 동기 전동기를 구동 제어하는 전력 변환 장치에 발생할 수 있는 구체적인 고장 내용과 그 내용에 따른 조치 수단을 나타내며, 발생할 수 있는 고장에 대해 적절한 조치를 할 수 있는 보호 기능을 가진 안정적으로 운용 가능한 전력 변환 장치가 제공된다.

Description

전력 변환 장치{POWER CONVERTER}
본 발명은 영구자석 동기 전동기를 구동 제어하는 전력 변환 장치에 관한 것이다.
영구자석 동기 전동기(이하, 간단히 전동기라고 기재함)는 종래부터 많이 사용되고 있는 유도 전동기와 비교해서, 영구자석에 의한 자속이 확립되어 있기 때문에 여자(勵磁) 전류가 불필요하고, 회전자에 전류가 흐르지 않기 때문에 2차 구리손실(銅損)이 발생하지 않는 등으로 인하여, 고효율의 전동기로 알려져 있다. 전기차에는 종래 유도 전동기가 사용되어 왔으나, 최근 효율의 향상을 도모하기 위해 영구자석 동기 전동기의 전기차로의 적용이 검토되고 있다.
영구자석 동기 전동기를 구동 제어하는 전기차의 제어 장치에서 사용되는 전력 변환 장치에서는 전기차의 안정적인 운행을 실현하기 위해, 고장에 의해 정지하거나 파손될 가능성을 극력 저감한 안정적인 동작이 요구된다. 그와 같은 요구를 실현하기 위해, 영구자석 동기 전동기를 전기차에 적용하는데 있어서 가장 중요한 과제가 되는 것이 전력 변환 장치의 보호 방법이다. 즉 전력 변환 장치에 발생할 수 있는 이상 현상을 명확화하고, 그에 대해 장치의 과잉 정지를 배제하면서, 또한 장치가 파손되는 일이 없도록 적절한 조치를 강구하는 것이 필요하다.
전력 변환 장치는 센서나 마이크로컴퓨터 등의 전자 부품이나 스위칭 소자 등의 반도체 부품, 그것들을 접속하는 케이블이나 버스 바 등의 도전 부재, 절연 재료 등의 수많은 전기ㆍ전자 부품으로 구성되어 있다. 이 때문에, 전력 변환 장치를 구성하는 각 부품 등의 구성 요소에 고장이나 불량이 발생할 가능성이 있고, 그 때 회로에 과전류나 과전압이 발생하는 등의 이상 현상이 발생한다. 또, 전기 철도 특유의 전원 전압 변동, 차량의 진동이나 레일로부터의 진동에 수반되는 여러 가지의 외란(外亂)에 의해 회로에 일시적인 과전압이나 과전류가 생기는 경우도 있다.
또, 영구자석 동기 전동기는 종래 많이 사용되어 온 유도 전동기와 달리, 외부로부터의 전력 공급이 없어도, 내장되어 있는 영구자석의 자속 기능에 의해 전동기의 회전 중은 항상 전압을 발생시킨다.
일반적으로, 전기차는 복수의 차량을 연결하여 편성을 이루어 주행하고 있고, 전력 변환 장치와 전동기는 각각 복수대가 복수의 차량에 분산 탑재되어 있다. 이 때문에, 예를 들어 편성 중에 어느 복수의 전력 변환 장치 중, 1대의 전력 변환 장치가 고장나서 정지한 경우에 있어서도, 전기차는 다른 정상적인 전동기에 의해 주행을 계속하는 것이 가능하게 된다. 반면, 정지한 전력 변환 장치에 접속된 전동기는 차륜측(車輪側)으로부터 계속해서 회전하게 되고 회전수에 따른 전압을 발생시킨다.
즉, 전기차가 주행 중에 전력 변환 장치에 생긴 고장 형태에 따라서는 전동기가 발생시킨 전압이 고장 부위에 전류를 계속 공급하게 되어, 고장 부위의 손상을 더욱 확대시키거나 발열시킬 우려가 있다.
이와 같은 경우에 전력 변환 장치 내에 마련된 전압 계측기, 전류 계측기 등으로부터의 신호를 시스템 제어부에서 감시하고, 검출값이 소정의 값을 초과하는 등의 경우에 이상 현상의 발생이라고 판단하고, 소정의 논리로 내장되어 있는 접촉기나 스위칭 소자를 오프로 하여 전력 변환 장치가 파손되는 것을 방지하는 보호 기능이 필요하다.
단, 이상 현상이 발생한 경우에 전력 변환 장치가 갖는 모든 접촉기나 스위칭 소자를 오프로 하는 구성으로 하는 것은 전력 변환 장치의 재기동에 시간을 필요로 하게 되어 전기차의 정시 운행을 저해하거나 접촉기 등의 동작 횟수가 필요 이상으로 증가하여, 가동부의 마모를 앞당기기 때문에 적절하지 않다. 또 부적절한 조치에 의해 이상 부위의 손상을 확대할 가능성도 있다. 즉, 전력 변환 장치의 과잉 정지를 회피하면서 파손을 방지하기 위해서는 전력 변환 장치는 발생한 이상 현상, 고장 형태에 적절한 조치를 실시할 수 있는 보호 기능을 갖는 것이 필요하다.
종래예로서, 전기차가 주행 중에 영구자석 동기 전동기를 구동 제어하는 인버터가 고장난 경우에 있어서, 전동기에 의한 발전 전력에 의해 인버터의 손상을 확대하지 않도록, 인버터와 영구자석 동기 전동기 사이를 분리하는 접촉기를 마련하고, 인버터의 고장을 검출한 경우에는 이 접촉기로 인버터와 영구자석 동기 전동기를 분리하는 것이 특허 문헌 1에 개시되어 있다.
특허 문헌 1: 일본국 특개평 8-182105
특허 문헌 1의 방법에 의하면, 인버터의 고장을 검출한 경우에는 접촉기에 의해 인버터와 영구자석 동기 전동기를 분리하는 것이 가능하게 되기 때문에, 상기 와 같은 주행 중의 전동기의 발전 전압에 의한 고장 부위의 확대를 방지하는 것이 가능하게 된다. 그러나 상기 특허 문헌 1에 있어서는 인버터가 고장난 경우에 전동기와의 사이의 접촉기를 오프로 하는 것이 기술되어 있지만, 인버터를 포함하는 전력 변환 장치 내의 각 부에 발생할 수 있는 구체적인 이상 현상과 그 내용에 따른 조치 방법이 기재되어 있지 않는다.
상술한 바와 같이, 전력 변환 장치에 발생할 수 있는 구체적인 이상 현상과 그에 대한 적절한 조치 방법을 가진 보호 기능을 미리 구축해 두는 것은 전기차를 안정적으로 운용하는데 있어서 매우 중요하지만, 특허 문헌 1의 내용에서는 전력 변환 장치에 발생할 수 있는 구체적인 이상 현상과 그 내용에 따른 조치를 강구할 수 없다.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 고안된 것이고, 영구자석 동기 전동기를 구동 제어하는 전력 변환 장치에 발생할 수 있는 구체적인 이상 현상과 그 내용에 따른 조치 방법을 나타내며, 전력 변환 장치에 발생할 수 있는 각종 이상 현상에 대해 조치를 가능하게 하는 보호 기능을 가진 전력 변환 장치를 제공하는 것이 목적이다.
본 발명에 관한 전력 변환 장치는, 교류 전원으로부터의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하고, 스위칭 소자를 갖는 컨버터와; 이 컨버터의 직류 측에 병렬로 접속된 컨덴서와; 이 컨덴서에 병렬로 접속되어 영구자석 동기 전동기를 구동 제어하고, 스위칭 소자를 갖는 인버터와; 상기 컨덴서에 병렬로 접속된 방전 회로와; 상기 교류 전원과 상기 컨버터의 교류측 사이에 마련된 전원측 개폐기와; 상기 인버터의 교류측과 상기 영구자석 동기 전동기 사이에 마련된 전동기측 개폐기와; 상기 교류 전원의 전압을 계측하는 전원 전압 계측기와; 상기 컨덴서의 전압을 계측하는 컨덴서 전압 계측기와; 상기 컨버터의 교류 전류를 계측하는 입력 전류 계측기와; 상기 인버터의 교류 전류를 계측하는 출력 전류 계측기와; 상기 전원 전압 계측기, 상기 컨덴서 전압 계측기, 상기 입력 전류 계측기 및 상기 출력 전류 계측기로부터의 신호를 입력으로서 갖고, 상기 전원측 개폐기, 상기 컨버터, 상기 방전 회로, 상기 인버터 및 상기 전동기측 개폐기를 제어하는 시스템 제어부를 구비한 것이다.
본 발명에 관한 전력 변환 장치는, 교류 전원으로부터의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하고, 스위칭 소자를 갖는 컨버터와; 이 컨버터의 직류 측에 병렬로 접속된 컨덴서와, 이 컨덴서에 병렬로 접속되어 영구자석 동기 전동기를 구동 제어하고, 스위칭 소자를 갖는 인버터와; 상기 컨덴서에 병렬로 접속된 방전 회로와; 상기 교류 전원과 상기 컨버터의 교류측 사이에 마련된 전원측 개폐기와; 상기 인버터의 교류측과 상기 영구자석 동기 전동기 사이에 마련된 전동기측 개폐기와; 상기 교류 전원의 전압을 계측하는 전원 전압 계측기와; 상기 컨덴서의 전압을 계측하는 컨덴서 전압 계측기와; 상기 컨버터의 교류 전류를 계측하는 입력 전류 계측기와; 상기 인버터의 교류 전류를 계측하는 출력 전류 계측기와; 상기 전원 전압 계측기, 상기 컨덴서 전압 계측기, 상기 입력 전류 계측기 및 상기 출력 전류 계측기로부터의 신호를 입력으로서 갖고, 상기 전원측 개폐기, 상기 컨버터, 상기 방전 회로, 상기 인버터 및 상기 전동기측 개폐기를 제어하는 시스템 제어부를 구비한 것이므로, 영구자석 동기 전동기를 구동 제어하는 전력 변환 장치에 발생할 수 있는 각종 이상 현상에 대하여 적절한 조치를 가능하게 하는 보호 기능을 가진 전력 변환 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서 전력 변환 장치를 전기차의 제어 장치에 적용한 경우의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서 전원측 접촉기와 전동기측 접촉기의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서 정상시 전력 변환 장치의 접지 계통을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서 주회로 지락시(地絡時) 전력 변환 장치의 접지 계통을 설명하는 도면이다.
<부호의 설명>
1: 가선(架線)
2: 집전 장치
3: 차륜
4: 레일
5: 차단기
6: 변압기
10, 10u, 10v: 전원측 접촉기
11: 주접점(主接点)
12: 전자 코일
13: 보조 접점
20: 컨버터
21 ~ 24: 스위칭 소자
30: 컨덴서
40: 접지 회로
41, 42,43: 임피던스 요소
44: 지락 검출기
50: 방전 회로
51: 저항
52: 스위칭부
60: 인버터
61 ~ 66: 스위칭 소자
70, 70u, 70v, 70w: 전동기측 접촉기
80: 영구자석 동기 전동기(전동기)
90: 전압 계측기
91: 전류 계측기
92: 전압 계측기
93 ~ 95: 전류 계측기
96: 회전 검출기
100: 시스템 제어부
200: 전력 변환 장치의 케이스 또는 차체
실시 형태 1.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서 전력 변환 장치를 전기차의 제어 장치에 적용한 경우의 구성예를 나타내는 도면이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 주회로는 가선(1; 교류 20KV ~ 25KV가 일반적)으로부터 집전 장치(2)를 통하여 전력을 취입하고, 차단기(5)를 통하여 변압기(6)의 1차측에 전력을 취입한다. 변압기(6)의 타단(他端)은 차륜(3)을 통하여 대지(大地) 전위인 레일(4)에 접속되어 있다. 또한, 차단기(5)는 단락시(短絡時)에 발생하는 사고 전류의 차단 능력을 가진 것이고, 후술하는 전원측 접촉기(10)와 전동기측 접촉기(70)는 이와 같은 사고 전류의 차단 능력을 갖지 않는다.
변압기(6)는 1차 권선에 입력된 전압을 강압(降壓)하여 2차 권선과 3차 권선에 출력하고, 2차 권선은 전원측 개폐기인 전원측 접촉기(10)와 입력 전류 계측기인 전류 계측기(91)를 통하여 컨버터(20)에 입력된다. 한편, 3차 권선은 전원 전압 계측기인 전압 계측기(90)에 입력되고, 전압 계측기(90)는 3차 권선 전압인 교류 전원 전압 VS를 시스템 제어부(100)에 입력한다.
또한, 전압 계측기(90)는 가선(1)의 전압을 계측하는 것이 목적이다. 전압 계측기(90)의 배치 위치는 도 1에 나타낸 변압기(5)의 3차측이 컨버터(20)로부터의 고조파(高調波)의 영향을 경감시킬 수 있는 점 외에, 절연도 용이하기 때문에 바람직하지만, 2차 권선의 전원측 접촉기(10)의 교류 전원측에 배치해도 되고, 변압기(6)의 1차측에 배치해도 된다.
전원측 접촉기(10)는 변압기(6)의 2차 권선과 컨버터(20) 사이에 배치되고, 시스템 제어부(100)로부터의 신호 K에 의해 온 오프 제어가 가능한 구성으로 한다. 또 그 동작 상태는 신호 KF로서 시스템 제어부(100)에 입력한다. 또한, 도 1에서는 2개 있는 교류 입력선의 양쪽을 전원측 접촉기(10u, 10v)로 끊는 구성으로 도시하고 있으나, 교류 입력선의 어느 한쪽에 접촉기를 배치하는 것으로 해도 된다. 이 접촉기의 상세 구성에 대해서는 추후 상세하게 설명한다.
전류 계측기(91)에서는 컨버터(20)로의 입력 전류 IS를 검출하여, 검출값을 시스템 제어부(100)에 입력한다. 컨버터(20)는 스위칭 소자(21, 22, 23, 24)로 구성한 브리지 회로로 이루어지며, 시스템 제어부(100)로부터의 신호 CG에 따라 각 스위칭 소자를 PWM 제어함으로써 입력된 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 출력한다. 각 스위칭 소자 상태는 신호 CGF에 의해 시스템 제어부(100)에 피드백한다. 신호 CGF는 스위칭 소자에 과전류가 발생한 경우, 스위칭 소자의 구동 전압이 저하한 경우, 스위칭 소자의 과온도가 검지된 경우, 스위칭 소자의 온 오프 동작이 지령 CG와 불일치된 경우에 그들 정보를 시스템 제어부(100)에 입력한다.
스위칭 소자(21 ~ 24)는 역병렬 다이오드가 내장된 IGBT 소자나 IPM 소자가 바람직하다. 컨버터(20)의 상세한 구성과 제어 방법은 여러 가지의 공지예가 있어, 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도 1에서는 컨버터(20)는 2 레벨 컨버터 회로로 나타내고 있으나, 3 레벨 이상의 컨버터 회로여도 된다.
컨버터(20)의 출력에는 직류 전압의 평활을 위해 병렬로 컨덴서(30)를 접속한다. 컨덴서(30)의 전압 VDC는 컨덴서 전압 계측기인 전압 계측기(92)에 의해 검출하고, 시스템 제어부(100)에 입력한다.
컨버터(20)의 출력에는 추가로 접지 회로(40)를 접속한다. 접지 회로(40)는 임피던스 요소(41, 42)에 의해 컨버터(20)의 직류 전압 VDC를 분압하고, 임피던스 요소(41, 42)의 접속점은 임피던스 요소(43)를 통하여 전력 변환 장치의 케이스 또는 차체(200)에 접지되어 있다. 임피던스 요소(43)의 전압 또는 전류는 지락 검출기(44)에 의해 감시되고, 그 감시 상태를 신호 IG로서 시스템 제어부(100)에 입력한다. 또한, 임피던스 요소(41, 42)는 각각 컨덴서, 저항, 또는 컨덴서와 저항의 조합으로 구성한다. 임피던스 요소(43)는 저항으로 구성하는 것이 바람직하다.
계속해서, 방전 수단인 방전 회로(50)가 컨덴서(30)의 전하를 방전하기 위해 마련되어 있다. 방전 회로(50)는 저항(51)과 스위칭부(52)로 구성하고, 시스템 제어부(100)로부터의 신호 OVG에 의해 스위칭부(52)가 온 오프 동작하는 구성이고, 그 동작 상태를 신호 OVF에 의해 시스템 제어부(100)에 입력한다. 또한, 스위칭부(52)는 사이리스터(thyristor)나 IGBT, IPM 등의 스위칭 소자에 의해 구성하는 것이 바람직하다.
다음에, 컨덴서(30)의 직류 전압을 입력으로 하고, 임의의 전압, 주파수의 교류 전압으로 변환하여 출력하는 인버터(60)를 배치한다. 인버터(60)는 스위칭 소 자(61, 62, 63, 64, 65, 66)로 구성한 브리지 회로로 이루어지며, 시스템 제어부(100)로부터의 신호 IG에 기초하여 각 스위칭 소자를 PWM 제어하는 구성이다. 각 스위칭 소자의 상태는 신호 IGF에 의해 시스템 제어부(100)에 피드백한다. 신호 IGF는 스위칭 소자에 과전류가 발생한 경우, 스위칭 소자의 구동 전압이 저하한 경우, 스위칭 소자의 과온도가 검지된 경우, 스위칭 소자의 온 오프 동작이 지령 IG와 불일치된 경우에, 그들 정보를 시스템 제어부(100)에 입력한다.
스위칭 소자(61 ~ 66)는 역병렬 다이오드가 내장된 IGBT 소자나 IPM 소자가 바람직하다. 인버터(60)의 상세한 구성과 제어 방법은 여러 가지의 공지예가 있어, 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도 1에서는 인버터(60)는 2 레벨 인버터 회로로서 나타내고 있으나, 3 레벨 이상의 인버터 회로여도 된다.
인버터(60)의 출력측에는 출력 전류 계측기인 전류 계측기(93, 94, 95)를 설치한다. 각 전류 계측기에서 검출된 값은 U상(相) 전류는 IU, V상 전류는 IV, W상 전류는 IW로서 시스템 제어부(100)에 입력된다.
전류 계측기(93, 94, 95)의 출력측에 전동기측 개폐기인 전동기측 접촉기(70)를 배치한다. 전동기측 접촉기(70)는 U상용 접촉기(70u), V상용 접촉기(70v), W상용 접촉기(70w)로 구성되어 있고, 각각은 시스템 제어부(100)로부터의 신호 MMK로 온 오프 제어된다. 또 그 동작 상태는 신호 MMKF로서 시스템 제어부(100)에 입력한다. 이 접촉기의 상세 구성에 대해서는 추후 설명한다.
전동기측 접촉기(70)의 출력측에는 전기차를 구동하는 영구자석 동기 전동기(전동기; 80)를 배치한다. 그 로터 위치는 회전 검출기(96)에 의해 검출하고, 위 치 신호 θ로서 시스템 제어부(100)에 입력한다. 또한, 회전 검출기(96)를 마련하지 않고, 위치 신호 θ를 전동기(80)의 전압, 전류로부터 산출하는 위치 센서리스 제어로 해도 된다.
상기의 전원측 접촉기(10u, 10v), 전동기측 접촉기(70u, 70v, 70w)의 상세한 설명을 한다. 도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서 전원측 접촉기(10u, 10v), 전동기측 접촉기(70u, 70v, 70w)의 구성예를 나타내는 도면이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 주회로를 개폐하는 주접점(11), 주접점(11)을 구동하는 전자 코일(12), 주접점(11)에 기계적으로 접속되고 주접점(11)이 투입되면 연동하여 닫히고, 개방되면 연동하여 여는 보조 접점(13)으로 구성된다.
전자 코일(12)은 시스템 제어부(100)로부터 입력되는 신호 K 또는 신호 MMK에 따라 온 오프되는 전자 코일이고, 이 전자 코일의 구동력에 의해 주접점(11)을 온 또는 오프로 한다. 전자 코일을 두개 마련하고, 주접점(11)의 온과 오프를 각각 별개의 전자 코일로 실시해도 되고, 전자 코일을 하나로 하고, 코일의 여자에 의해 발생하는 힘에 의해 주접점(11)이 온으로 되어 코일의 소자(消磁)로 힘이 발생하지 않게 되면 스프링 등에 의한 주접점 개방부에 의해 주접점(11)이 오프로 되는 구성이어도 된다.
또한, 전동기측 접촉기(70u, 70v, 70w)에 관해서는 전자 코일(12)의 전원이 오프로 된 경우에, 주접점(11)은 전자 코일(12)의 구동력에 상관없이 스프링력 등에 의해 오프로 하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 이것은 이하에 설명하는 바와 같이, 시스템 제어부(100)의 제어 전원이 없어진 경우에 있어서도 전동기(80)를 인버터(60)로부터 분리하는 것을 가능하게 하기 때문이다. 보조 접점(13)에 의해 검출된 주접점(11)의 동작을 나타내는 신호 KF 또는 신호 MMKF는 시스템 제어부(100)에 입력한다.
또한, 이상의 설명에서는 전원측 접촉기(10u, 10v), 전동기측 접촉기(70u, 70v, 70w)를 기계식의 접촉기로서 설명하였으나, 회로의 개폐(온 오프)와 그 동작 확인을 할 수 있는 구성이면 이것으로 한정하지 않으며, 예를 들어 반도체식의 무접점식 접촉기여도 된다. 또, 보조 접점(13)은 주접점(11)이 온되면 연동하여 닫히고, 오프되면 연동하여 열리는 구성으로 하고 있으나, 이 반대로 주접점(11)이 온되면 연동하여 열리고, 오프되면 연동하여 닫히는 구성으로 해도 된다. 이와 같이, 주접점(11)에 연동하는 보조 접점(13) 상태를 시스템 제어부(100)에 입력함으로써, 이하에 설명하는 바와 같이, 시스템 제어부(100)에서 전원측 접촉기(10u, 10v), 전동기측 접촉기(70u, 70v, 70w)의 동작을 확실하게 파악하는 것이 가능하게 되어, 접촉기의 이상을 검출하는 것이 가능하게 된다.
시스템 제어부(100)의 설명을 한다. 시스템 제어부(100)는 도시하지 않으나, 외부의 예를 들어 전기차의 운전대 등으로부터의 전진, 후진, 역행(力行), 회생의 각 운전 모드 지령, 역행 노치, 브레이크력 지령을 포함하는 신호를 받아, 이상에서 설명한 전력 변환 장치의 각 부분을 제어하는 구성이다. 또, 이미 설명한 바와 같이, 각 부분으로부터는 동작 상태를 나타내는 신호가 시스템 제어부(100)에 입력되는 구성이다. 이와 같이 구성함으로써 시스템 제어부(100)에 의해, 운전대 등으로부터의 신호에 따라 전력 변환 장치의 각 부분을 최적으로 제어하는 것이 가능하 게 된다.
또한, 도 1에 있어서는 변압기(6)의 2차 권선에 대해 컨버터(20)를 1 회로 접속하고, 컨버터(20)의 출력측에 인버터(60)를 1 회로 접속한 형태로 나타내었으나, 변압기(6)의 2차 권선에 대해 컨버터(20)를 복수 회로 접속하고, 컨버터(20)의 출력측에 인버터(60)를 복수 회로 병렬 접속하는 구성으로 해도 된다. 또, 변압기(6)의 2차 권선을 복수로 분할하고, 각각에 컨버터(20)와 인버터(60)를 접속하는 구성으로 해도 된다.
이와 같이 구성된 전력 변환 장치에 있어서, 발생이 상정되는 이상 현상의 내용과 이상 현상이 발생했을 때에 실시하는 적절한 조치를 이하에 설명한다.
여기서, 이상의 중요도와 일과성(一過性)인 것인지의 여부에 따라, 이상이 발생하여 스위칭 소자나 전원측 접촉기(10), 전동기측 접촉기(70) 등을 오프로 하고 장치를 정지시킨 후의 대처 방법이 다르도록, 이상 현상을 이하의 3 종류 카테고리로 구분한다.
분류 A: 이상이라고 판단한 조건이 해소되어 소정의 시간(몇 초 정도)을 경과한 것을 조건으로 자동적으로 장치를 재기동시키는 이상.
분류 B: 이상이라고 판단한 조건이 해소된 것과, 리셋 버튼의 조작 등에 의한 인위적 조작을 개재시키는 것을 조건으로 장치를 재기동시키는 이상.
분류 C: 재기동 자체를 불가(不可)로 하는 이상.
분류 A, 분류 B, 분류 C의 분류 이유를 설명한다. 분류 A는 가선(1)의 전압 변동이나 다른 전기차의 운행 상태, 차륜의 공전(空轉) 등의 외란에 의해 일시적으 로 발생하는 것이 상정되는 항목으로, 즉 장치의 파손으로 연결되는 것이 아닌 항목이기 때문에, 자동적인 재기동을 실시함으로써 장치 정지에 의해 전기차의 주행 성능이 저하하는 것을 회피하는 것이다.
분류 B는 상기의 외란에 의한 가능성은 낮으며, 장치 자체에 이상이 발생했을 가능성이 높고, 자동적인 재기동에 의해 장치의 손상을 더욱 확대할 우려가 있는 항목이다. 이 때문에, 인위적인 조작을 개입시킴으로써 인간이 재기동을 행하는 것을 명시적으로 선택한 경우에만 재기동을 실시하는 것이다.
분류 C는 재기동을 행함으로써 장치의 손상을 확대하는 것이 분명한 항목이고 재기동 자체를 금지하는 것이다.
또한, 분류 A의 이상 항목이 소정의 시간 내에 소정의 횟수 발생한 경우, 분류 B의 취급으로 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 3분간에 분류 A의 이상 항목이 연속해서 2회 발생한 경우, 외란에 의한 것일 가능성은 낮다고 생각되고, 회로에 이상이 발생할 가능성이 높다. 이와 같은 경우에 자동적으로 재기동을 반복하면, 장치를 손상시킬 가능성이 있기 때문에, 분류 B의 취급, 즉 이상의 발생을 받아 스위칭 소자나 전원측 접촉기(10), 전동기측 접촉기(70) 등을 오프로 하고 장치를 정지시킨 후, 운전대 등에 마련된 리셋 버튼(도시하지 않음)의 조작 등에 의한 인위적 조작을 개재시키는 것을 조건으로 장치를 재기동시키는 하는 것이 바람직하다.
이하에 각 이상 항목의 분류를 나타낸다.
(분류 A)
(1) 입력 과전압(약칭 VSOV)
(2) 입력 저전압(약칭 VSLV)
(3) 컨버터 2차 과전류(약칭 ISOC)
(4) 컨덴서 과전압(약칭 FCOV)
(5) 컨덴서 저전압(약칭 FCLV)
(6) 전동기 과전류(약칭 MMOC)
(분류 B)
(7) 방전 회로 이상(약칭 OVCRFF)
(8) 충전 이상(약칭 CHGF)
(9) 마이크로컴퓨터 이상(약칭 WDT)
(10) 제어 전원 이상(약칭 PSLV)
(11) 전동기 전류 불평형(약칭 PUD)
(12) 회전 검출기 이상(약칭 RSD)
(13) 주회로 지락 검지(약칭 GD)
(14) 접촉기 이상(약칭 KD)
(분류 C)
(15) 컨버터 스위칭 소자 이상(약칭 IPMFDC)
(16) 인버터 스위칭 소자 이상(약칭 IPMFDI)
이하에서, 이상 항목마다 판단 방법과 대처 방법을 설명한다.
(1) 입력 과전압(약칭 VSOV)
시스템 제어부(100)는 전압 계측기(90)에서 검출된 전압 VS가 소정의 값 이 상인 경우, 입력 과전압(이하 VSOV로 약기함)이라고 판단한다. 이 현상은 전원측의 외란에 의한 일시적인 전압의 상승이 발생한 것이라고 생각된다.
시스템 제어부(100)가 VSOV라고 판단한 경우, 컨버터(20)의 스위칭 소자(21 ~ 24)의 파손을 막기 위해 신호 CG에 의해 컨버터(20)의 스위칭 소자(21 ~ 24)를 오프로 하고 스위칭 동작을 정지한다. 또 컨버터(20)의 스위칭 소자(21 ~ 24)를 오프로 함으로써 컨덴서(30)의 전압 VDC를 유지할 수 없게 되기 때문에, 신호 IG에 의해 인버터(60)의 스위칭 소자(61 ~ 66)도 오프로 한다.
컨버터(20)가 정지한 상태가 계속된 경우, 컨덴서(30)의 전압 VDC가 저하하여 전동기(80)의 발전 전압의 최대값보다 작은 경우가 발생한다. 이 경우, 전동기(80)의 발전 전압에 의해 스위칭 소자(61 ~ 66)의 다이오드 부분을 통하여 컨덴서(30)가 충전되고, 컨덴서(30)의 전압 VDC는 발전 전압의 최대값에 동일하게 된다. 전기차의 최고 속도에 있어서 전동기(80)의 발전 전압의 최대값을, 스위칭 소자(21 ~ 24, 61 ~ 66)의 전압 내량(耐量)으로부터 정해지는 컨덴서(30)의 전압 VDC의 최대 허용값 이하가 되도록 통상은 설계되어 있어, 장치를 파손하는 일이 없기 때문에, 전동기측 접촉기(70)는 온인 채여도 된다.
물론 이 때, 전동기측 접촉기(70)를 오프로 하는 구성이어도 되지만, 전동기측 접촉기(70)는 기계적 동작을 수반하기 때문에, 빈번히 온 오프시키면 접점이나 구동 기구가 마모되어 수명을 단축하게 되므로 바람직하지 않다. 또, 재기동시에 전동기측 접촉기(70)를 온으로 하는 단계가 필요하기 때문에 장치의 재기동 시간이 길어져서 바람직하지 않다.
전기차의 최고 속도에 있어서 전동기(80)의 발전 전압의 최대값이, 스위칭 소자(21 ~ 24, 61 ~ 66)의 전압 내량으로부터 정해지는 컨덴서(30)의 전압 VDC의 최대 허용값보다 큰 경우는 전동기측 접촉기(70)를 오프로 한다.
(2) 입력 저전압(약칭 VSLV)
시스템 제어부(100)는 전압 계측기(90)에서 검출된 전압 VS가 소정의 값 이하인 경우, 가선(1)이 정전되었다고 판단하고, 입력 저전압(이하 VSLV라고 약기함)이라고 판단한다. 이 현상은 가선(1)의 정전, 이상 전압 저하에 의해 생기는 것으로 생각된다.
시스템 제어부(100)가 VSLV라고 판단한 경우, 가선(1)을 컨버터(20)로부터 역가압하는 것을 방지하기 위해 VSOV와 동양(同樣)으로 대처한다. 전동기측 접촉기(70)가 온인 채여도 되는 것도 동양이다.
(3) 컨버터 2차 과전류(약칭 ISOC)
시스템 제어부(100)는 전류 계측기(91)에 의해 검출된 전류 IS가 소정의 값 이상인 경우에 컨버터(20)의 입력 전류가 과대(過大)라고 판단하고, 컨버터 2차 과전류(이하 ISOC로 약기함)라고 판단한다. 이 현상은 가선(1)의 전압이 급변하는 등의 외란, 컨버터(20) 제어의 이상, 스위칭 소자(21 ~ 24)의 이상, 컨버터(20) 입출력부 주변의 주회로의 단락 고장에 의해 생기는 것으로 생각된다.
시스템 제어부(100)가 ISOC라고 판단한 경우, 컨버터(20)의 스위칭 소자(21 ~ 24)를 과전류로 파손하는 일이 없도록, 신호 CG에 의해 스위칭 소자(21 ~ 24)를 오프로 하여 스위칭 동작을 정지한다. 컨버터(20)의 스위칭 소자(21 ~ 24)를 오프로 함으로써 컨덴서(30)의 전압 VDC를 유지할 수 없게 되기 때문에, 신호 IG에 의해 인버터(60)의 스위칭 소자(61 ~ 66)도 오프로 한다. 또, 과전류를 발생시킨 요인이 스위칭 소자(21 ~ 24)의 동작 불량(지령 CG대로 온/오프로 하지 않음)이나 단락, 컨버터(20) 입출력부의 주회로의 단락 고장인 경우, 스위칭 소자(21 ~ 24)를 오프로 하는 것만으로는 확실하게 과전류를 막는 것은 어렵기 때문에, 신호 K에 의해 전원측 접촉기(10)도 오프로 한다.
또한, ISOC가 발생하는 대부분의 경우는 가선(1)의 전압이 급변하는 등의 외란에 기인하는 것이라고 생각된다. 컨버터(20) 상부 아암과 하부 아암의 스위칭 소자가 동시에 단락하고 있는 경우와 컨버터(20)의 출력측이 단락 고장을 일으킨 경우를 제외하고 컨덴서(30)의 양단이 단락되는 일은 없으며, 전동기(80)측으로부터 전류가 흘러드는 일은 없기 때문에, 전동기측 접촉기(70)는 오프로 하지 않는다.
또한, 만일 컨버터(20)의 상부 아암과 하부 아암의 스위칭 소자가 동시에 단락하고 있는 경우와, 컨버터(20)의 출력측이 단락 고장을 일으킨 경우에는, 후술하는 바와 같이 컨덴서(30)의 전압 VDC가 급속히 저하하기 때문에, 이에 따라 전동기측 접촉기(70)를 오프로 하는 구성으로 하고 있으므로, 이와 같은 케이스도 장치의 보호가 가능하다.
컨버터(20)가 정지한 상태가 계속되어 컨덴서(30)의 전압 VDC가 저하하고, 전동기(80)의 발전 전압의 최대값보다 작은 경우가 발생하지만, 전술한 바와 같이 전동기측 접촉기(70)는 온인 채여도 된다.
(4) 컨덴서 과전압(약칭 FCOV)
시스템 제어부(100)는 전압 계측기(92)에 의해 검출된 전압 VDC가, 소정의 값 이상인 경우에 컨덴서(30)의 전압이 과대라고 판단하고, 컨덴서 과전압(이하 FCOV로 약기함)이라고 판단한다. 이 현상은 컨버터(20)의 제어가 이상으로 되어 컨덴서(30)의 전압 VDC를 정상적으로 제어할 수 없을 때, 또 전원측으로부터의 일시적인 외란에 의해 생기는 것으로 생각된다.
시스템 제어부(100)가 FCOV라고 판단한 경우, 컨덴서 전압 VDC가 컨버터(20)의 스위칭 소자(21 ~ 24), 인버터(60)의 스위칭 소자(61 ~ 66)의 전압 내량을 초과함으로써 스위칭 소자를 파손하는 일이 없도록, 신호 CG와 신호 IG에 의해 스위칭 소자(21 ~ 24)와 스위칭 소자(61 ~ 66)를 오프로 하여 스위칭 동작을 정지하는 동시에, 신호 OVG에 의해 방전 회로(50)를 온으로 하고, 스위칭부(52)와 저항(51)을 통하여 컨덴서(30)의 전하를 방전한다.
이 때, 컨덴서(30)의 전압 VDC가 컨버터(20)의 전원측의 전압보다 낮아지면, 컨버터(20)의 스위칭 소자(21 ~ 24)에 내장된 역병렬 다이오드를 통하여 전원측으로부터 컨덴서(30)와, 온으로 된 방전 회로(50)에 전류가 유입하여 저항(51)을 소손(燒損)될 가능성이 있으므로, 신호 K에 의해 전원측 접촉기(10)를 오프로 한다.
또, 컨덴서(30)의 전압 VDC가 전동기(80)의 발전 전압의 최대값보다 낮아지면 전동기(80)측으로부터 인버터(60)의 스위칭 소자(61 ~ 66)에 내장된 역병렬 다이오드를 통하여 컨덴서(30), 방전 회로(50)에 전류가 유입되어 저항(51)을 소손할 가능성이 있으므로, 신호 MMK에 의해 전동기측 접촉기(70)를 오프로 한다.
(5) 컨덴서 저전압(약칭 FCLV)
시스템 제어부(100)는 전압 계측기(92)에 의해 검출된 전압 VDC가 제1 소정값 이하인 경우에 컨덴서(30)의 전압 VDC가 과소(過小)라고 판단하고, 컨덴서 저전압(이하 FCLV라고 약기함)이라고 판단한다. 이 현상은 가선(1)에 전력을 공급하는 변전소와 전기차의 거리가 멀고, 또 동일 가선으로부터 수전(受電)하는 다른 전기차의 역행이 겹쳐서 가선(1)의 임피던스에 의해 전압 강하가 커진 경우를 주로 생각할 수 있다.
시스템 제어부(100)가 FCLV라고 판단한 경우, 컨덴서 전압 VDC가 더욱 저하하는 것을 방지하기 위새, 신호 CG와 신호 IG에 의해 스위칭 소자(21 ~ 24)와 스위칭 소자(61 ~ 66)를 오프로 하여 스위칭 동작을 정지하고, 전동기(80)의 소비 전력을 줄임으로써 컨덴서(30)의 전압 VDC의 저하를 억제한다.
그런데 컨덴서(30)의 전압 VDC가 저하하는 원인이 상기한 바와 같이 가선(1)의 임피던스 강하인 경우는 이상의 동작으로 컨덴서 전압 VDC의 저하는 억제할 수 있다. 그러나 컨덴서(30)의 양단이나 그 부근이 단락되어 전하가 방전됨으로써 컨덴서(30)의 전압 VDC가 저하한 경우에는 이상의 동작을 행해도 컨덴서 전압 VDC의 저하는 피할 수 없다. 이 경우, 컨덴서(30)의 전압 VDC는 상기 제1 소정값보다 더욱 저하하게 되어 컨덴서 전압 VDC가 컨버터(20)의 전원측의 전압보다 낮아지면, 컨버터(20)의 스위칭 소자(21 ~ 24)에 내장된 역병렬 다이오드를 통하여 전원측으로부터 컨덴서(30)에 전류가 유입되고, 단락 개소(箇所)로 전류가 공급되게 되어 장치를 소손할 가능성이 있다. 이 때문에, 컨덴서 전압 VDC가 제1 소정값보다 작은 제2 소정값 이하가 된 경우는 신호 K에 의해 전원측 접촉기(10)를 추가로 오프로 한다.
또, 컨덴서(30)의 전압 VDC가 전동기(80)의 발전 전압의 최대값보다 낮아지면 전동기(80)측으로부터 인버터(60)의 스위칭 소자(61 ~ 66)에 내장된 역병렬 다이오드를 통하여 컨덴서(30)에 전류가 유입하게 되어, 단락 개소에 전류가 공급되게 되어 장치를 소손할 가능성이 있다. 이 때문에, 컨덴서 전압 VDC가 제2 소정값 이하가 된 경우는 추가로 신호 MMK에 의해 전동기측 접촉기(70)를 오프로 한다.
또한, 상기 전원측 접촉기(10)를 오프로 하는 제2 소정값과, 상기 전동기측 접촉기(70)를 오프로 하는 제2의 소정값은 각각 다른 값으로 해도 되고, 또한 전원측의 전압 VS 또는 전동기(80)의 회전 속도에 기초하여 전원측 접촉기(10), 전동기측 접촉기(70)를 오프로 하는 조건을 변화시켜도 된다. 예를 들어, 전동기(80)의 회전 속도가 낮은 경우는 전동기(80)의 발전 전압도 낮기 때문에, 전동기측 접촉기(70)의 오프가 필요한 컨덴서 전압 VDC는 회전 속도에 따른 낮은 값이어도 되므로, 제2 소정값은 낮게 설정한다. 이와 같이 궁리하면, 전원측 접촉기(10), 전동기측 접촉기(70)의 동작 기회가 감소하기 때문에 온 오프 횟수를 줄이는 것이 가능하게 되어, 접촉기의 가동부의 마모를 억제하여 수명을 늘리는 것이 가능하게 된다.
(6) 전동기 과전류(약칭 MMOC)
시스템 제어부(100)는 전류 계측기(93 ~ 95)에 의해 검출된 전류 IU, IV, IW 중 어느 하나가, 소정의 값 이상인 경우에 전동기 전류가 과대라고 판단하고, 전동기 과전류(이하 MMOC라고 약기함)라고 판단한다. 이 현상은 인버터(60)의 출력선의 단락, 전동기(80)의 권선의 단락, 인버터(60)의 제어 불량, 또는 전원 전압의 급변 동 등의 일시적인 외란에 의해 생기는 것으로 생각된다.
시스템 제어부(100)가 MMOC라고 판단한 경우, 특히 인버터(60)의 출력선의 단락이 원인인 경우에는 전동기(80)로부터의 발전 전압에 의한 전류가 단락 개소에 유입되어 손상을 확대할 우려가 있기 때문에, 신호 IG에 의해 인버터(60)의 스위칭 소자(61 ~ 66)를 오프로 하여 스위칭 동작을 정지하고, 추가로 신호 MMK에 의해 전동기측 접촉기(70)를 오프로 한다.
또한, 신호 CG에 의해 컨버터(20)의 스위칭 소자(21 ~ 24)를, 신호 K에 의해 전원측 접촉기(10)를 추가로 오프로 하여 스위칭 동작을 정지하는 구성으로 해도 된다.
(7) 방전 회로 이상(약칭 OVCRFF)
시스템 제어부(100)는 방전 회로(50)의 스위칭부(52)로부터 입력된 피드백 신호 OVF가 스위칭부(52)의 이상을 나타내는 경우, 방전 회로 이상(이하 OVCRFF라고 약기함)이라고 판단한다. 스위칭부(52)의 이상은 스위칭부(52)에 내장된 스위칭 소자(도시하지 않음)에 과전류가 발생한 것, 스위칭 소자의 구동 전압이 저하한 것, 스위칭 소자의 과온도가 검지된 것, 스위칭 소자의 온 오프 동작의 지령과의 불일치가 검지된 것 중 어느 하나를 나타내는 것이다.
시스템 제어부(100)가 OVCRFF라고 판단한 경우, 스위칭부(52)를 온으로 할 수 없던지, 온인 채로 오프로 할 수 없는 사태가 상정되기 때문에, 컨덴서 전압 VDC의 방전을 할 수 없게 되거나, 또는 방전 동작을 정지할 수 없는 경우를 생각할 수 있다.
스위칭부(52)를 온으로 할 수 없기 때문에 컨덴서 전압 VDC의 방전을 할 수 없는 경우, 컨덴서 전압 VDC가 컨버터(20)의 스위칭 소자(21 ~ 24), 인버터(60)의 스위칭 소자(61 ~ 66)의 전압 내량을 초과하면 스위칭 소자를 파손할 가능성이 있기 때문에, 신호 CG와 신호 IG에 의해 스위칭 소자(21 ~ 24)와 스위칭 소자(61 ~ 66)를 오프로 하여 스위칭 동작을 정지한다. 또 동시에, 신호 K와 신호 MMK에 의해 전원측 접촉기(10)와 전동기측 접촉기(70)를 오프로 함으로써 전원측과 전동기측을 방전 회로(50)로부터 분리하여, 전류의 유입에 의해 컨덴서(30)의 전압이 상승할 가능성을 배제한다.
또, 스위칭부(52)가 온인 채가 되어, 오프로 할 수 없게 되어 방전 동작을 정지할 수 없는 경우는 컨덴서(30)의 전압 VDC는 제로까지 저하하게 되어, 컨버터(20)의 스위칭 소자(21 ~ 24)에 내장된 역병렬 다이오드를 통하여 전원측으로부터 방전 회로(50)에 전류가 유입하여 저항(51)을 소손할 가능성이 있다. 이것을 회피하기 위해 전원측 접촉기(10)를 오프로 한다.
또한, 전동기(80)측으로부터 인버터(60)의 스위칭 소자(61 ~ 66)에 내장된 역병렬 다이오드를 통하여 방전 회로(50)에 전류가 유입하여 저항(51)을 소손할 가능성이 있다. 이것을 회피하기 위해 전동기측 접촉기(70)를 오프로 한다.
(8) 충전 이상(약칭 CHGF)
시스템 제어부(100)는 컨덴서(30)의 충전을 행하는 경우에, 컨덴서(30)의 충전이 소정의 시간 이내에 완료하지 않은 경우에 충전 이상(이하 CHGF라고 약기함)이라고 판단한다. 컨덴서(30)의 충전은 전력 변환 장치를 기동하는 경우나 재기동 하는 경우에, 변압기(6)의 3차 권선이나 보조 전원 장치(도시하지 않음)의 출력으로부터 변압기와 정류기로 구성된 충전 장치(도시하지 않음)를 통하여 충전하는 구성으로 하고 있으나, 충전 개시 후 소정의 시간을 경과해도 컨덴서(30)의 전압 VDC가 소정의 값에 도달하지 않는 것을 조건으로 CHGF라고 판단한다.
시스템 제어부(100)가 CHGF라고 판단한 경우, 컨덴서(30) 또는 그 주변 회로가 지락 또는 단락할 가능성이 있기 때문에, 신호 CG와 신호 IG에 의해 스위칭 소자(21 ~ 24)와 스위칭 소자(61 ~ 66)를 오프로 하고 스위칭 동작을 정지한다. 동시에, 신호 K와 신호 MMK에 의해 전원측 접촉기(10)와 전동기측 접촉기(70)를 오프 상태로 함으로써 전원측과 전동기측을 컨덴서(30)로부터 분리하여, 전원측 또는 전동기(80)측으로부터 단락 개소에 전류가 유입하는 것을 방지한다.
(9) 마이크로컴퓨터 이상(약칭 WDT)
시스템 제어부(100)는 내장된 마이크로컴퓨터(이하, 마이크로컴퓨터라고 약기함)의 이상을 검출하는 마이크로컴퓨터 이상 검출부(도시하지 않음)에 의해 마이크로컴퓨터의 이상이 검출된 경우, 마이크로컴퓨터 이상(이하 WDT라고 약기함)이라고 판단한다.
마이크로컴퓨터의 이상의 검출 방법은 여러 가지의 방법이 공지예로서 존재하므로 그 상세에 관해서는 설명을 생략하겠으나, 마이크로컴퓨터에 의해 실행되는 소프트웨어와는 다른 하드웨어로 구성된 마이크로컴퓨터 이상 검출부에 의해 검출되고, 이 마이크로컴퓨터 이상 검출부로부터 마이크로컴퓨터를 통하지 않고 전원측 접촉기(10), 전동기측 접촉기(70), 컨버터(20), 인버터(60)의 오프, 방전 회로(50) 의 온이 가능한 구성을 갖는 것이다. 이 현상은 일시적인 노이즈에 의해 마이크로컴퓨터에 의한 소프트웨어 처리 결과에 이상이 발생한 경우나, 마이크로컴퓨터가 탑재된 전자 기판상의 부품 등의 고장에 의해 마이크로컴퓨터가 정지하여 소프트웨어의 처리가 정지한 경우, 마이크로컴퓨터에서 동작하는 소프트웨어의 버그 등에 의해 생기는 것을 생각할 수 있다.
시스템 제어부(100)가 WDT라고 판단한 경우, 소프트웨어가 정상적으로 실행되지 않을 가능성이 있기 때문에, 컨버터(20), 인버터(60), 방전 회로(50), 전원측 접촉기(10), 전동기측 접촉기(70)에 대해 이상 신호를 출력할 가능성이 있어, 스위칭 소자(21 ~ 24), 스위칭 소자(61 ~ 66)를 파손할 가능성이 있다. 이 때문에, 마이크로컴퓨터 이상 검출부로부터, 마이크로컴퓨터를 통하지 않고 신호 CG, 신호 OVG, 신호 IG에 의해 스위칭 소자(21 ~ 24), 스위칭 소자(61 ~ 66)를 오프로 하여 스위칭 동작을 정지하는 동시에 방전 회로(50)를 온으로 하고, 컨덴서(30)의 전하를 방전함으로써 스위칭 소자에 전압이 인가되는 것을 방지한다. 컨덴서(30)의 방전에 수반하여 컨덴서(30)의 전압 VDC가 저하하므로, 컨버터(20)의 스위칭 소자(21 ~ 24)에 내장된 역병렬 다이오드를 통하여 전원측으로부터 방전 회로(50)에 전류가 유입하여, 저항(51)을 소손할 가능성이 있기 때문에, 신호 K에 의해 전원측 접촉기(10)를 오프로 하고, 동양으로 전동기(80)측으로부터 인버터(60)의 스위칭 소자(61 ~ 66)에 내장된 역병렬 다이오드를 통하여 방전 회로(50)에 전류가 유입하여 저항(51)을 소손할 가능성이 있기 때문에, 신호 MMK에 의해 전동기측 접촉기(70)를 오프로 한다.
(10) 제어 전원 이상(약칭 PSLV)
시스템 제어부(100)는 내장된 제어 전원(도시하지 않음)의 이상을 검출하는 제어 전원 이상 검출부(도시하지 않음)에 의해 제어 전원(통상 15V, 5V 등의 마이크로컴퓨터, 전자 회로용 저전압 전원)의 전압이 소정의 범위 내에 없는 등의 이상이 검출된 경우, 제어 전원 이상(이하 PSLV라고 약기함)이라고 판단한다. 또한, 전원측 접촉기(10), 전동기측 접촉기(70)의 전자 코일(12)의 전원, 컨버터(20), 인버터(60)의 스위칭 소자 구동용 전원의 전압이 소정값 이하로 저하하는 등의 경우가 발생한 경우도 PSLV라고 판단하는 것으로 한다.
시스템 제어부(100)가 PSLV라고 판단한 경우, 마이크로컴퓨터가 정상적으로 동작하지 않을 우려가 있고, 또 컨버터(20), 인버터(60)의 스위칭 소자 구동용 전원의 전압이 저하한 경우는 전압 부족에 의해 스위칭 소자(21 ~ 24, 61 ~ 66)를 파손할 우려가 있기 때문에, 신속하게 스위칭 소자(21 ~ 24), 스위칭 소자(61 ~ 66)를 오프로 하고 스위칭 동작을 정지하는 동시에 방전 회로(50)를 온으로 하여 컨덴서(30)의 전하를 방전함으로써 스위칭 소자에 전압이 인가되는 것을 방지한다. 컨덴서(30)의 방전에 수반하여 컨덴서(30)의 전압 VDC가 저하하므로, 컨버터(20)의 스위칭 소자(21 ~ 24)에 내장된 역병렬 다이오드를 통하여 전원측으로부터 방전 회로(50)에 전류가 유입하여 저항(51)을 소손할 가능성이 있기 때문에 신호 K에 의해 전원측 접촉기(10)를 오프로 하고, 동양으로 전동기(80)측으로부터 인버터(60)의 스위칭 소자(61 ~ 66)에 내장된 역병렬 다이오드를 통하여 전동기측으로부터 방전 회로(50)에 전류가 유입하여 저항(51)을 소손할 가능성이 있기 때문에, 신호 MMK에 의해 전동기측 접촉기(70)를 오프로 한다.
또한, 제어 전원이 완전하게 끊긴 경우에 있어서도 방전 회로(50)를 확실하게 온으로 할 필요가 있으므로, 시스템 제어부(100)와 방전 회로(50)는 제어 전원의 공급이 없어진 후도 제어 전원 전압을 유지하고, 방전이 완료할 때까지의 동안(통상 3초 정도), 스위칭부(52)를 온으로 한 상태로 유지하기 때문에, 전해 컨덴서 등의 전력 저장 소자를 이용한 전원 백업 회로(도시하지 않음)를 갖는다. 이상의 구성으로 함으로써, 전력 변환 장치가 동작 중에 돌연 제어 전원이 끊긴 경우에 있어서도, 확실하게 컨덴서(30)의 전하를 방전하고, 또한 전원측 접촉기(10), 전동기측 접촉기(70)를 오프로하는 것이 가능하게 되기 때문에, 스위칭 소자(21 ~ 24, 61 ~ 66)를 비롯하여 전력 변환 장치가 파손하는 것을 회피할 수 있다.
(11) 전동기 전류 불평형(약칭 PUD)
시스템 제어부(100)는 전류 계측기(93 ~ 95)에 의해 검출된 전동기 전류 IU, IV, IW의 불평형량이 소정의 값 이상인 경우에 전동기 전류 불평형(이하 PUD라고 약기함)이라고 판단한다.
시스템 제어부(100)가 PUD라고 판단한 경우, 전동기(80)의 권선의 단선이나 스위칭 소자의 결상(온으로 되지 않는 고장)의 우려가 있어, 운전 계속은 곤란하다고 판단하고, 스위칭 소자(21 ~ 24), 스위칭 소자(61 ~ 66)를 오프로 하고 스위칭 동작을 정지하고, 신호 K에 의해 전원측 접촉기(10)를 오프로 하고, 신호 MMK에 의해 전동기측 접촉기(70)를 오프로 한다.
(12) 회전 검출기 이상(약칭 RSD)
시스템 제어부(100)는 회전 검출기(96)에 의해 검출된 위치 신호 θ가 이상인 경우에 회전 검출기 이상(이하 RSD라고 약기함)이라고 판단한다. 위치 신호 θ의 이상 검출 방법은 공지예가 존재하므로 그 설명은 생략한다.
시스템 제어부(100)가 RSD라고 판단한 경우, 전동기(80)의 전류 제어를 정상적으로 하지 못하여, 제어 불량에 따른 전동기 과전류나 그에 동반되는 스위칭 소자의 손상, 또는 전동기(80)의 발전 전력이 컨덴서(30)에 유입하여 컨덴서 전압 VDC가 과전압이 되는 등의 현상의 발생이 예상된다. 이 때문에, 운전 계속은 곤란하다고 판단하고, 스위칭 소자(21 ~ 24), 스위칭 소자(61 ~ 66)를 오프로 하고 스위칭 동작을 정지하고, 신호 K에 의해 전원측 접촉기(10)를 오프로 하고, 신호 MMK에 의해 전동기측 접촉기(70)를 오프로 한다.
(13) 주회로 지락 검지(약칭 GD)
시스템 제어부(100)는 접지 회로(40)에 마련된 지락 검출기(44)에 의해 입력되는 신호 IG가 주회로의 지락을 나타내는 경우, 주회로 지락(이하 GD라고 약기함)이라고 판단한다.
여기서, 본 발명의 전력 변환 장치의 접지 계통과 주회로 지락 현상의 설명을 한다. 도 3은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서 정상시 전력 변환 장치의 접지 계통을 설명하는 도면이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 전력 변환 장치의 접지 계통은 접지 회로(40)가 갖는 임피던스 요소(41, 42)에 의해 컨덴서(30)의 전압 VDC를 분압하고, 임피던스 요소(43)를 통하여 컨덴서(30)의 전압 VDC의 중간에 해당하는 전위를 전력 변환 장치의 케이스 또는 차체(200)에 접지하는 구성이다. 이와 같이 구성하고 있기 때문에, 정상시에 있어서 임피던스 요소(43)에는 스위칭 소자(21 ~ 24, 61 ~ 66)의 동작에 수반하는 고주파 전류를 제외하면 큰 전류가 흐르지 않기 때문에, 지락 검출기(44)가 시스템 제어부(100)에 입력하는 신호 IG는 주회로의 지락을 나타내지 않는다.
도 4는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서 주회로 지락시 전력 변환 장치의 접지 계통을 설명하는 도면이다. 도 4에서는 일례로서 전동기(80)의 3상선 중 일선이 전력 변환 장치의 케이스 또는 차량(200)에 지락한 경우를 나타내고 있다. 이 경우, 도 4에 파선으로 나타낸 바와 같이, 전력 변환 장치의 케이스 또는 차량(200)을 통하여 임피던스 요소(43)에 지락 전류가 흐르기 때문에, 이에 기초하여 지락 검출기(44)는 시스템 제어부(100)에 입력하는 신호 IG에 의해 주회로의 지락을 보인다.
이 경우, 전기차가 주행 중인 경우, 전동기(80)가 회전하고 있으므로 발전 전압이 생기고 있기 때문에, 인버터(60)의 스위칭 소자(61 ~ 66)를 오프로 해도, 스위칭 소자(61 ~ 66)에 내장되어 있는 다이오드를 통하여 지락 전류가 계속 흘러, 장치를 손상시키게 된다. 따라서, 전동기측 접촉기(70)의 오프가 필요하게 된다.
또, 도 4에 나타낸 접지 개소 외에, 컨버터(20) 입출력부 주변에서 지락이 발생한 경우에 있어서 전원측으로부터의 지락 전류 경로를 절단하기 때문에, 전원측 접촉기(10)의 오프도 필요하다. 또한, 지락 전류의 공급원이 되는 컨덴서(30)의 전하를 방전하기 위해 방전 회로(50)를 온으로 한다.
이상과 같이, 시스템 제어부(100)가 GD라고 판단한 경우, 스위칭 소자(21 ~ 24), 스위칭 소자(61 ~ 66)를 오프로 하고, 신호 OVG에 의해 방전 회로(50)를 온으로 함으로써 컨덴서(30)의 전하를 방전하고, 신호 K에 의해 전원측 접촉기(10)를 온으로 하고, 신호 MMK에 의해 전동기측 접촉기(70)를 오프로 한다.
(14) 접촉기 이상(약칭 KD)
시스템 제어부(100)는 전원측 접촉기(10)로의 신호 K 또는 전동기측 접촉기(70)로의 신호 MMK를 온으로 했음에도 불구하고, 주접점(11)이 온으로 되지 않고 연동된 보조 접점(13)이 온으로 되지 않아, 결과적으로 피드백 신호 KF 또는 신호 MMKF가 온으로 되지 않은 상태가 소정의 시간 계속된 경우, 또 신호 K 또는 신호 MMK를 오프로 했음에도 불구하고, 주접점(11)이 오프로 되지 않고 연동된 보조 접점(13)이 오프로 되지 않아, 결과적으로 피드백 신호 KF 또는 신호 MMKF가 오프로 되지 않은 상태가 소정 시간 계속된 경우에, 전원측 접촉기(10) 또는 전동기측 접촉기(70)의 동작 불량이라고 판단하고, 접촉기 이상(이하 KD라고 약기함)이라고 판단한다. 이것은 접촉기에 이상이 있는 경우에는 동작 시간이 규정값보다 길어지는 현상이 발생하므로, 이 현상을 검출하여 접촉기의 이상을 판단하는 것이다. 이렇게 함으로써, 이상이 더욱 진전하여 접촉기가 지령에 대해 동작하지 않게 되기 전에 이상을 검출하여 대책을 취할 수 있다.
또한, 본 이상 검지는 전원측 접촉기(10) 또는 전동기측 접촉기(70) 단위로 실시해도 되고, 전원측 접촉기(10u, 10v) 또는 전동기측 접촉기(70u, 70v, 70w)와 개별적으로 실시해도 된다.
시스템 제어부(100)가 KD라고 판단한 경우, 정상적으로 주회로를 구성할 수 없을 뿐만 아니라, 이미 설명한 각 이상 현상이 발생한 경우에 있어서 전동기(80)를 인버터(60)로부터 분리하는 또는 전원측으로부터 컨버터(20)를 분리할 필요가 생긴 경우에 있어서도, 그것을 할 수 없게 되기 때문에 장치의 추가적인 손상을 초래하는 상태에 도달할 가능성이 있다.
이 때문에, 신호 CG, 신호 IG에 의해 스위칭 소자(21 ~ 24), 스위칭 소자(61 ~ 66)를 오프로 하여 스위칭 동작을 정지하고, 신호 OVG에 의해 방전 회로(50)를 온으로 함으로써 컨덴서(30)의 전하를 방전하고, 신호 K에 의해 전원측 접촉기(10)를 오프로 하고, 신호 MMK에 의해 전동기측 접촉기(70)를 오프로 한다.
또한, 여기서는 접촉기의 온 오프가 가능하지만 동작 시간이 늦어지는 경우를 상정하고 있으므로, 전원측 접촉기(10)와 전동기측 접촉기(70)를 오프로 할 수 있는 것으로 한다. 전원측 접촉기(10)가 이상이라고 판단한 경우에는 전원측 접촉기(10)를 오프로 할 수 없는 경우도 고려하여 차단기(5)도 오프로 하도록 해도 된다.
(15) 컨버터 스위칭 소자 이상(약칭 IPMFDC)
시스템 제어부(100)는 컨버터(20)로부터 입력된 신호 CGF를 감시하여, 신호 CGF가 스위칭 소자에 과전류가 발생한 것, 스위칭 소자의 구동 전압이 저하한 것, 스위칭 소자의 과온도가 검지된 것, 스위칭 소자 온 오프 동작의 지령과의 불일치가 검지된 것 중 어느 하나를 포함하는 신호인 경우에, 컨버터 스위칭 소자 이상(이하 IPMFDC라고 약기함)이라고 판단한다. 이러한 현상은 모두 스위칭 소자의 파괴로 연결될 가능성이 있는 것이다.
시스템 제어부(100)가 IPMFDC라고 판단한 경우, 컨버터(20)의 스위칭 소자(21 ~ 24)를 파손하는 일이 없도록, 신호 CG에 의해 스위칭 소자(21 ~ 24)를 오프로 하고 스위칭 동작을 정지하는 동시에, 신호 OVG에 의해 방전 회로(50)를 온으로 하고, 스위칭부(52)와 저항(51)을 통하여 컨덴서(30)의 전하를 방전한다. 또 동시에 신호 IG에 의해 인버터(60)의 스위칭 소자(61 ~ 66)도 오프로 하고 스위칭 동작을 정지한다.
이 때, 컨덴서(30)의 전압 VDC가 컨버터(20)의 전원측의 전압보다 낮아지면, 컨버터(20)의 스위칭 소자(21 ~ 24)에 내장된 역병렬 다이오드를 통하여 전원측으로부터 컨덴서(30), 방전 회로(50)에 전류가 유입하여 저항(51)을 소손할 가능성이 있기 때문에, 신호 K에 의해 전원측 접촉기(10)를 오프로 한다. 또, 컨덴서(30)의 전압 VDC가 전동기(80)의 발전 전압의 최대값보다 낮아지면 전동기(80)측으로부터 인버터(60)의 스위칭 소자(61 ~ 66)에 내장된 역병렬 다이오드를 통하여 컨덴서(30), 방전 회로(50)에 전류가 유입하여 저항(51)을 소손할 가능성이 있으므로, 신호 MMK에 의해 전동기측 접촉기(70)를 오프로 한다.
(16) 인버터 스위칭 소자 이상(약칭 IPMFDI)
시스템 제어부(100)는 인버터(60)로부터 입력된 신호 IGF를 감시하여, 신호 IGF가, 스위칭 소자에 과전류가 발생한 것, 스위칭 소자의 구동 전압이 저하한 것, 스위칭 소자의 과온도가 검지된 것, 스위칭 소자 온 오프 동작의 지령과의 불일치가 검지된 것 중 어느 하나를 포함하는 신호인 경우에, 인버터 스위칭 소자 이상(이하 IPMFDI라고 약기함)이라고 판단한다. 이러한 현상은 모두 스위칭 소자의 파 괴로 연결될 가능성이 있는 것이다.
시스템 제어부(100)가 IPMFDI라고 판단한 경우, 인버터(60)의 스위칭 소자(61 ~ 66)를 파손하는 일이 없도록, 신호 IG에 의해 스위칭 소자(61 ~ 66)를 오프로 하고 스위칭 동작을 정지하는 동시에, 신호 OVG에 의해 방전 회로(50)를 온으로 하고, 스위칭부(52)와 저항(51)을 통하여 컨덴서(30)의 전하를 방전한다. 또 동시에, 신호 CG에 의해 컨버터(20)의 스위칭 소자(21 ~ 24)도 오프로 하고 스위칭 동작을 정지한다.
이 때, 컨덴서(30)의 전압 VDC가 컨버터(20)의 전원측의 전압보다 낮아지면, 컨버터(20)의 스위칭 소자(21 ~ 24)에 내장된 역병렬 다이오드를 통하여 전원측으로부터 컨덴서(30), 방전 회로(50)에 전류가 유입하여, 저항(51)을 소손할 가능성이 있으므로, 신호 K에 의해 전원측 접촉기(10)를 오프로 한다. 또, 컨덴서(30)의 전압 VDC가 전동기(80)의 발전 전압의 최대값보다 낮아지면 전동기(80)측으로부터 인버터(60)의 스위칭 소자(61 ~ 66)에 내장된 역병렬 다이오드를 통하여 컨덴서(30), 방전 회로(50)에 전류가 유입하여 저항(51)을 소손할 가능성이 있으므로, 신호 MMK에 의해 전동기측 접촉기(70)를 오프로 한다.
이상으로 각 이상 현상의 검출 방법과 대처 방법의 설명을 종료한다. 또한, 이상에서 설명한 이상 현상이 발생한 경우, 시스템 제어부(100)는 그 이상 내용을 내부에 기록하고, 동시에 운전대 등에 마련되어 있는 외부 장치에 그 이상을 통지하는 구성으로 하고 있다. 이와 같이 구성함으로써, 이상 현상의 원인 구명을 신속하게 할 수 있다.
또한, 이하의 이상 항목이 발생한 경우는 주회로가 단락 또는 지락되어 있을 가능성이 높으며, 큰 사고 전류가 발생할 가능성이 있기 때문에 추가로 차단기(5)를 오프로 한다.
(8) 충전 이상(약칭 CHGF)
(13) 주회로 지락 검지(약칭 GD)
(15) 컨버터 스위칭 소자 이상(약칭 IPMFDC)
(16) 인버터 스위칭 소자 이상(약칭 IPMFDI)
또한, (11) 전동기 전류 불평형(약칭 PUD), (12) 회전 검출기 이상(약칭 RSD)은 전기차가 타행(惰行) 중에 발생할 가능성이 없거나, 또는 발생해도 지장이 없는 항목이므로, 전기차가 타행 중(즉, 컨버터(20), 인버터(60)가 정지 중)은 이상 검출하지 않도록 검출 처리를 정지시키는 구성으로 하는 것이 좋다.
이상에서 설명한 바와 같이, 영구자석 동기 전동기를 구동 제어하는 전력 변환 장치에 발생할 수 있는 구체적인 이상 현상, 고장 내용과 그 내용에 따른 조치 수단을 나타내며, 발생할 수 있는 고장에 대해 적절한 조치가 가능한 보호 기능을 갖는 시스템 제어부를 구축함으로써, 예를 들어 이상 발생시의 과잉 보호 동작에 의해 접촉기의 온 오프 횟수가 증가하여 접촉기의 수명을 줄이거나, 접촉기의 재투입 시간이나 컨덴서의 충전에 시간을 필요로 하여 장치의 재기동에 시간이 걸리거나, 전력 변환 장치의 빈번한 정지에 의해 전기차의 운행에 지장을 미치는 것을 피할 수 있게 된다. 또 부적절한 조치에 의해 이상 부위 손상의 확대를 방지할 수 있으므로, 안정적으로 운용 가능한 전력 변환 장치를 얻을 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, 영구자석 동기 전동기를 구동 제어하는 전력 변환 장치에 발생할 수 있는 구체적인 이상 현상과 그 내용에 따른 조치 방법을 갖고, 발생할 수 있는 각종 이상 현상에 대해 적절한 조치를 가능하게 하는 보호 기능을 가진 전력 변환 장치를 제공하는 것이 가능하게 된다.
이상의 실시 형태에 나타낸 구성은 본 발명의 내용의 일례이고, 다른 공지된 기술과 조합하는 것도 가능하고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 일부를 생략하는 등 변경하여 구성하는 것도 가능하다.
또한, 본 명세서에서는 전력 변환 장치를 전기차의 제어 장치에 적용한 경우로 발명 내용의 설명하고 있으나, 적용 분야는 이에 한정되지 않고, 전기 자동차, 엘리베이터 등 여러 가지의 관련 분야로의 응용이 가능하다.
본 발명에 의하면, 영구자석 동기 전동기를 구동 제어하는 전력 변환 장치에 발생할 수 있는 구체적인 이상 현상과 그 내용에 따른 조치 방법을 나타내며, 전력 변환 장치에 발생할 수 있는 각종 이상 현상에 대해 조치를 가능하게 하는 보호 기능을 가진 전력 변환 장치를 제공할 수 있다.

Claims (35)

  1. 교류 전원으로부터의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하고, 스위칭 소자를 갖는 컨버터와,
    이 컨버터의 직류측에 병렬로 접속된 컨덴서와,
    이 컨덴서에 병렬로 접속되어 영구자석 동기 전동기를 구동 제어하고, 스위칭 소자를 갖는 인버터와,
    상기 컨덴서에 병렬로 접속된 방전 회로와,
    상기 교류 전원과 상기 컨버터의 교류측 사이에 마련된 전원측 개폐기와,
    상기 인버터의 교류측과 상기 영구자석 동기 전동기 사이에 마련된 전동기측 개폐기와,
    상기 교류 전원의 전압을 계측하는 전원 전압 계측기와,
    상기 컨덴서의 전압을 계측하는 컨덴서 전압 계측기와,
    상기 컨버터의 교류 전류를 계측하는 입력 전류 계측기와,
    상기 인버터의 교류 전류를 계측하는 출력 전류 계측기와,
    상기 전원 전압 계측기, 상기 컨덴서 전압 계측기, 상기 입력 전류 계측기 및 상기 출력 전류 계측기로부터의 신호를 입력으로서 갖고, 상기 전원측 개폐기, 상기 컨버터, 상기 방전 회로, 상기 인버터 및 상기 전동기측 개폐기를 제어하는 시스템 제어부를 구비한 전력 변환 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 시스템 제어부가 입력된 신호를 소정의 방법으로 처리하여 전력 변환 장치의 이상 유무와 이상 내용을 판정하고, 이상이라고 판정한 경우에 이상 내용에 따라 상기 전원측 개폐기, 상기 컨버터, 상기 방전 회로, 상기 인버터 및 상기 전동기측 개폐기 중 적어도 하나를 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 시스템 제어부는 상기 전원 전압 계측기에 의해 계측된 전압이 소정의 값 이상인 경우에, 상기 컨버터의 모든 상기 스위칭 소자 및 상기 인버터의 모든 상기 스위칭 소자를 오프로 하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 시스템 제어부는 상기 전원 전압 계측기에 의해 계측된 전압이 소정의 값 이상인 경우에, 상기 컨버터와 상기 인버터의 모든 상기 스위칭 소자를 오프로 하고, 상기 전동기측 개폐기를 오프로 하지 않는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 시스템 제어부는 상기 전원 전압 계측기에 의해 계측된 전압이 소정의 값 이하인 경우에, 상기 컨버터의 모든 상기 스위칭 소자 및 상기 인버터의 모든 상기 스위칭 소자를 오프로 하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 시스템 제어부는 상기 전원 전압 계측기에 의해 계측된 전압이 소정의 값 이하인 경우에, 상기 컨버터와 상기 인버터의 모든 상기 스위칭 소자를 오프로 하고, 상기 전동기측 개폐기를 오프로 하지 않는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 시스템 제어부는 상기 입력 전류 계측기에 의해 계측된 전류가 소정의 값 이상인 경우에, 상기 컨버터의 모든 상기 스위칭 소자 및 상기 인버터의 모든 상기 스위칭 소자를 오프로 하고, 상기 전원측 개폐기를 오프로 하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 시스템 제어부는 상기 입력 전류 계측기에 의해 계측된 전류가 소정의 값 이상인 경우에, 상기 컨버터의 모든 상기 스위칭 소자, 상기 인버터의 모든 상기 스위칭 소자 및 상기 전원측 개폐기를 오프로 하고, 상기 전동기측 개폐기를 오프로 하지 않는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 시스템 제어부는 상기 컨덴서 전압 계측기에 의해 계측된 전압이 소정의 값 이상인 경우에, 상기 컨버터의 모든 상기 스위칭 소자, 상기 인버터의 모든 상기 스위칭 소자, 상기 전원측 개폐기 및 상기 전동기측 개폐기를 오프로 하고, 상기 방전 회로를 동작시키는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  10. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 시스템 제어부는 상기 컨덴서 전압 계측기에 의해 계측된 전압이 제1 소정값 이하인 경우에, 상기 컨버터의 모든 상기 스위칭 소자, 상기 인버터의 모든 상기 스위칭 소자를 오프로 하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 시스템 제어부는 상기 컨덴서 전압 계측기에 의해 계측된 전압이 상기 제1 소정값보다 작은 제2 소정값 이하인 경우에, 상기 전원측 개폐기 및 전동기측 개폐기를 오프로 하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  12. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 컨버터가 갖는 상기 스위칭 소자는 그 상태를 나타내는 신호를 상기 시스템 제어부에 보내고,
    상기 시스템 제어부는 상기 스위칭 소자로부터의 신호를 감시하고, 상기 컨 버터가 갖는 적어도 하나의 상기 스위칭 소자의 이상을 검출한 경우에, 상기 전원측 개폐기, 상기 컨버터의 모든 상기 스위칭 소자, 상기 인버터의 모든 상기 스위칭 소자 및 상기 전동기측 개폐기를 오프로 하고, 상기 방전 회로를 동작시키는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  13. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 인버터가 갖는 상기 스위칭 소자는 그 상태를 나타내는 신호를 상기 시스템 제어부에 보내고,
    상기 시스템 제어부는 상기 스위칭 소자로부터의 신호를 감시하고, 상기 인버터가 갖는 적어도 하나의 상기 스위칭 소자의 이상을 검출한 경우에, 전원측 개폐기, 상기 컨버터의 모든 상기 스위칭 소자, 상기 인버터의 모든 상기 스위칭 소자 및 상기 전동기측 개폐기를 오프로 하고, 상기 방전 회로를 동작시키는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  14. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 시스템 제어부는 상기 출력 전류 계측기에 의해 계측된 전류가 소정의 값 이상인 경우에, 상기 인버터의 모든 상기 스위칭 소자와 상기 전동기측 개폐기를 오프로 하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  15. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 방전 회로는 저항과 스위칭부를 갖고, 이 스위칭부의 온 오프 상태의 신호가 상기 시스템 제어부에 보내지고,
    상기 시스템 제어부는 상기 방전 회로의 상기 스위칭부로부터의 신호를 감시하여, 상기 방전 회로의 이상을 검출한 경우에, 상기 전원측 개폐기, 상기 컨버터의 모든 상기 스위칭 소자, 상기 인버터의 모든 상기 스위칭 소자 및 상기 전동기측 개폐기를 오프로 하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  16. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 시스템 제어부는 상기 컨덴서의 충전이 소정의 시간 내에 완료되지 않은 경우에, 상기 전원측 개폐기, 상기 컨버터의 모든 상기 스위칭 소자, 상기 인버터의 모든 상기 스위칭 소자 및 상기 전동기측 개폐기를 오프로 하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  17. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 시스템 제어부는 제어를 위한 연산을 행하는 마이크로컴퓨터와, 이 마이크컴퓨터의 이상을 검출하는 검출부를 갖고,
    상기 검출부가 이상을 검출한 경우에, 상기 전원측 개폐기, 상기 컨버터의 모든 상기 스위칭 소자, 상기 인버터의 모든 상기 스위칭 소자 및 상기 전동기측 개폐기를 오프로 하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  18. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 시스템 제어부는 상기 시스템 제어부에 전력을 공급하는 제어 전원과, 이 제어 전원의 전압을 감시하는 전압 감시부를 갖고,
    상기 전압 감시부가 상기 제어 전원의 전압의 이상을 검출한 경우, 상기 전원측 개폐기, 상기 컨버터의 모든 상기 스위칭 소자, 상기 인버터의 모든 상기 스위칭 소자 및 상기 전동기측 개폐기를 오프로 하고, 상기 방전 회로를 동작시키는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  19. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 시스템 제어부는 상기 출력 전류 계측기에 의해 계측한 각 상(相)의 전류의 불평형량이 소정의 값 이상인 경우에, 상기 전원측 개폐기, 상기 컨버터의 모든 상기 스위칭 소자, 상기 인버터의 모든 상기 스위칭 소자 및 상기 전동기측 개폐기를 오프로 하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  20. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 영구자석 동기 전동기의 회전 위상을 검출하는 회전 검출기를 갖고,
    상기 시스템 제어부는 상기 회전 검출기로부터의 신호가 이상인 경우에, 상기 전원측 개폐기, 상기 컨버터의 모든 상기 스위칭 소자, 상기 인버터의 모든 상기 스위칭 소자 및 상기 전동기측 개폐기를 오프로 하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  21. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 컨버터에 병렬로 접속되고 임피던스를 통하여 접지하는 접지 회로를 구비하고,
    상기 시스템 제어부는 상기 접지 회로에 흐르는 전류가 소정값 이상인 경우에, 상기 전원측 개폐기, 상기 컨버터의 모든 상기 스위칭 소자, 상기 인버터의 모든 상기 스위칭 소자 및 상기 전동기측 개폐기를 오프로 하고, 상기 방전 회로를 동작시키는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  22. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전원측 개폐기는 주접점(主接点)과, 이 주접점과 기계적으로 결합된 보조 접점을 갖는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  23. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전동기측 개폐기는 주접점과, 이 주접점과 기계적으로 결합된 보조 접점을 갖는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  24. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전원측 개폐기는 주접점과, 이 주접점을 오프로 하는 힘을 작용시키는 주접점 개방부와, 통전하면 상기 주접점을 온으로 하는 전자 코일을 갖는 것을 특 징으로 하는 전력 변환 장치.
  25. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전동기측 개폐기는 주접점과, 이 주접점을 오프로 하는 힘을 작용시키는 주접점 개방부와, 통전하면 상기 주접점을 온으로 하는 전자 코일을 갖는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  26. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전원측 개폐기는 주접점과, 통전하면 상기 주접점을 온으로 하는 제1 전자 코일과, 통전하면 상기 주접점을 오프로 하는 제2 전자 코일을 갖는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  27. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전동기측 개폐기는 주접점과, 통전하면 상기 주접점을 온으로 하는 제1 전자 코일과, 통전하면 상기 주접점을 오프로 하는 제2 전자 코일을 갖는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  28. 청구항 22에 있어서,
    상기 보조 접점의 온 오프 상태의 신호가 상기 시스템 제어부에 보내지고,
    상기 시스템 제어부는 상기 전원측 개폐기를 온 또는 오프로 하는 지령을 출 력한 후, 소정의 시간 이내에 상기 보조 접점으로부터의 신호에 변화가 없는 경우에, 상기 전원측 개폐기, 상기 컨버터의 모든 상기 스위칭 소자, 상기 인버터의 모든 상기 스위칭 소자 및 상기 전동기측 개폐기를 오프로 하고, 상기 방전 회로를 동작시키는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  29. 청구항 23에 있어서,
    상기 보조 접점의 온 오프 상태의 신호가 상기 시스템 제어부에 보내지고,
    상기 시스템 제어부는 상기 전동기측 개폐기를 온 또는 오프로 하는 지령을 출력한 후, 소정의 시간 이내에 상기 보조 접점으로부터의 신호에 변화가 없는 경우에, 상기 전원측 개폐기, 상기 컨버터의 모든 상기 스위칭 소자, 상기 인버터의 모든 상기 스위칭 소자 및 상기 전동기측 개폐기를 오프로 하고, 상기 방전 회로를 동작시키는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  30. 청구항 28에 있어서,
    상기 전원측 개폐기의 교류 전원측에 마련된 차단기를 구비하고,
    상기 시스템 제어부는 상기 전동기측 개폐기를 온 또는 오프로 하는 지령을 출력한 후, 소정의 시간 이내에 상기 보조 접점으로부터의 신호에 변화가 없는 경우에, 상기 차단기를 오프로 하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  31. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 시스템 제어부는 이상을 검출한 경우에, 상기 시스템 제어부에 그 이상 내용을 기록하고, 외부 장치에 그 이상을 통지하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  32. 청구항 2에 있어서,
    상기 시스템 제어부는 검출한 이상 내용에 따라, 이상 검출에 의한 정지 후에 자동적으로 재기동시킬지, 자동으로는 재기동을 행하지 않을지를 결정하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  33. 청구항 32에 있어서,
    상기 시스템 제어부는 상기 자동적으로 재기동시키는 상기 이상이 소정의 시간 내에 소정 횟수 발생한 경우에는 자동으로 재기동을 행하지 않는 것을 특징으로 하는 전력 전환 장치.
  34. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전원측 개폐기의 교류 전원측에 마련된 차단기를 구비하고,
    상기 컨버터가 갖는 상기 스위칭 소자의 이상을 검출한 경우, 상기 시스템 제어부가 상기 인버터가 갖는 상기 스위칭 소자의 이상을 검출한 경우, 상기 컨덴서의 충전이 소정의 시간 내에 완료되지 않은 경우 중 어느 하나의 경우에, 상기 시스템 제어부가 상기 차단기를 오프로 하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  35. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전원측 개폐기의 교류 전원측에 마련된 차단기와,
    상기 컨버터에 병렬로 접속되고 임피던스를 통하여 접지하는 접지 회로를 구비하고,
    상기 접지 회로에 흐르는 전류가 소정값 이상인 경우에, 상기 시스템 제어부가 상기 차단기를 오프로 하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
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