特開 2018-196308 直列多重インバータ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2018-196308(P2018-196308A)

(43)【公開日】2018年12月6日

(54)【発明の名称】直列多重インバータ装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20181109BHJP

   H02M 7/49 20070101ALI20181109BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 M

   H02M7/49

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2017-100733(P2017-100733)

(22)【出願日】2017年5月22日

(71)【出願人】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107928

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正則

(72)【発明者】

【氏名】出口 和行

【テーマコード（参考）】

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H770AA05

5H770AA28

5H770BA01

5H770BA09

5H770CA02

5H770CA08

5H770DA01

5H770DA03

5H770DA24

5H770DA26

5H770DA30

5H770DA37

5H770DA41

5H770EA02

5H770EA25

5H770EA30

5H770FA01

5H770GA01

5H770GA20

5H770HA03Y

5H770HA19Y

5H770JA01W

5H770JA11W

5H770JA14Y

5H770JA16W

5H770JA17Y

5H770LA05X

5H770LB05

5H770LB09

5H770QA25

(57)【要約】

【課題】比較的簡単な手法で故障診断機能を実現することができる直列多重インバータ装置を提供する。
【解決手段】与えられた直流電圧を単相の交流電圧に変換する複数台の単位インバータ３の出力を直列に接続して1相の相電圧を得るようにした３相の直列多重インバータと、この直列多重インバータの出力電圧を検出するための補助抵抗器６と、制御装置７とで構成する。制御装置７は、直列多重インバータを制御するための主制御部７１と、ゲート回路７２と、電圧検出回路７３と、オフラインで動作する故障診断部７４を有する。故障診断部７４は、ゲート回路７２に対して、単位インバータ３の各段の出力電圧の組み合わせが互いに異なる複数のモードのゲート指令を順次与え、各々のモードにおける電圧検出回路７３の検出電圧の組み合わせから、故障した単位インバータを特定する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

与えられた直流電圧を単相の交流電圧に変換する複数台の単位インバータの出力を直列に接続して1相の相電圧を得るようにした３相の直列多重インバータと、
前記直列多重インバータの出力電圧を検出するための補助抵抗器と、
前記直列多重インバータを監視・制御するための制御装置を具備し、
前記制御装置は、
前記直列多重インバータを制御するための主制御部と、この主制御部の指令に従って前記単位インバータの各々にゲート信号を与えるゲート回路と、前記補助抵抗器の電圧を検出する電圧検出回路と、オフラインで動作する故障診断部を有し、
前記故障診断部は、
前記ゲート回路に対して、前記単位インバータの各段の出力電圧の組み合わせが互いに異なる複数のモードのゲート指令を相毎に順次与え、前記各々のモードにおける前記電圧検出回路の検出電圧の組み合わせから、故障した単位インバータを特定することを特徴とする直列多重インバータ装置。

【請求項2】

与えられた直流電圧を単相の交流電圧に変換し、各々の出力位相が互いに所定値以上シフトされた複数台の単位インバータの出力を直列に接続して１相の相電圧を得るようにした３相の直列多重インバータと、
前記直列多重インバータの出力電圧を検出するための補助抵抗器と、
前記直列多重インバータを監視・制御するための制御装置を具備し、
前記制御装置は、
前記直列多重インバータを制御するための主制御部と、この主制御部の指令に従って前記単位インバータの各々にゲート信号を与えるゲート回路と、前記補助抵抗器の電圧を検出する電圧検出回路と、オフラインで動作する故障診断部を有し、
前記故障診断部は、
前記主制御部に対して、所定時間だけ運転指令を与え、そのときの各単位インバータへのゲート信号と前記電圧検出回路の検出電圧の時系列的な変化の組み合わせから、故障した単位インバータを特定することを特徴とする直列多重インバータ装置。

【請求項3】

前記直列多重インバータの負荷は交流電動機であり、
前記交流電動機の入力を遮断する開閉器を設け、
前記故障診断部が故障診断を行うときは、この開閉器をオフするようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。

【請求項4】

前記単位インバータの直列段数をＮ（Ｎ≧２）とし、
前記単位インバータの負荷側の出力電圧がプラスになる様にゲート信号を制御したときを＋１、負荷側の出力電圧がマイナスになる様にゲート信号を制御したときを−１としたとき、
前記複数のモードは、全ての段が＋１、第Ｎ段のみが−１で他の段は＋１、第Ｎ-１段と第Ｎ段が−１で他の段は＋１、・・・、第２段から第Ｎ段が−１で第１段のみが＋１
の計Ｎ個から成ることを特徴とする請求項１に記載の直列多重インバータ装置。

【請求項5】

前記故障診断部は、
全ての段が＋１のモードを最初にチェックし、検出電圧が＋Ｎでないとき、他のモードをチェックするようにしたことを特徴とする請求項４に記載の直列多重インバータ装置。

【請求項6】

前記故障診断部は、
全ての段が＋１のモードを最初にチェックし、検出電圧が＋（Ｎ−１）のとき、故障した単位インバータを１台と認識して故障した単位インバータを特定するためのモードをチェックし、検出電圧が＋（Ｎ−１）でないときのチェックはその後行うようにしたことを特徴とする請求項５に記載の直列多重インバータ装置。

【請求項7】

前記単位インバータの直列段数をＮ（Ｎ≧２）とし、
前記単位インバータの負荷側の出力電圧がプラスになる様にゲート信号を制御したときを＋１、負荷側の出力電圧がマイナスになる様にゲート信号を制御したときを−１としたとき、
前記複数のモードは、第Ｎ段のみが−１で他の段は＋１、第Ｎ−１段が−１で他の段は＋１、・・・、第１段のみが−１で他の段は＋１
の計Ｎ個から成ることを特徴とする請求項１に記載の直列多重インバータ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数台の単位インバータから構成され、故障診断機能を備えた直列多重インバータ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

３相電力を出力する電力変換装置において、電力変換装置の大容量化、高電圧化を目的とし、また、出力波形を改善するために、単相交流電圧を出力する単位インバータを複数台直列に接続して１相の電圧を得るような直列多重インバータ装置が知られている。このような直列多重インバータ装置において、単位インバータの１台が故障したとき、通常は、運転を停止して、故障した単位インバータを特定する作業を行うが、単位インバータの台数が多い場合には、故障したインバータの特定に多くの時間を要していた。そのため、全ての単位インバータに対して順次故障診断用ゲート信号を与え、その単位インバータに出力をチェックすることによって故障した単位インバータを特定するようにした直列多重インバータ装置が提案されている（例えば特許文献１参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６−２１７７７２号公報（全体）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の手法に依れば、単位インバータの故障モードがオープン故障であっても短絡故障であっても故障診断による故障した単位インバータの特定が可能である。しかしながら、全ての単位インバータに順次ゲート信号を与え、且つその出力をチェックして故障診断を行うのは手間がかかり、診断時間も長くなってしまう。

【0005】

本発明は上記問題点を鑑みて為されたもので、その目的は、比較的簡単な手法で故障診断機能を実現することができる直列多重インバータ装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するため、本発明の直列多重インバータ装置は、与えられた直流電圧を単相の交流電圧に変換する複数台の単位インバータの出力を直列に接続して1相の相電圧を得るようにした３相の直列多重インバータと、前記直列多重インバータの出力電圧を検出するための補助抵抗器と、前記直列多重インバータを監視・制御するための制御装置を具備し、前記制御装置は、前記直列多重インバータを制御するための主制御部と、この主制御部の指令に従って前記単位インバータの各々にゲート信号を与えるゲート回路と、前記補助抵抗器の電圧を検出する電圧検出回路と、オフラインで動作する故障診断部を有し、
前記故障診断部は、前記ゲート回路に対して、前記単位インバータの各段の出力電圧の組み合わせが互いに異なる複数のモードのゲート指令を相毎に順次与え、前記各々のモードにおける前記電圧検出回路の検出電圧の組み合わせから、故障した単位インバータを特定することを特徴としている。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、比較的簡単な手法で故障診断機能を実現することができる直列多重インバータ装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施例１に係る直列多重インバータ装置の回路構成図。

【図2】本発明の実施例１に係る単位インバータの回路構成図。

【図3】本発明の実施例１に係る直列多重インバータ装置の故障診断説明図その１。

【図4】本発明の実施例１に係る直列多重インバータ装置の故障診断のフローチャート。

【図5】本発明の実施例１に係る直列多重インバータ装置の故障診断説明図その２。

【図6】本発明の実施例１に係る直列多重インバータ装置の故障診断説明図その３。

【図7】本発明の実施例２に係る直列多重インバータ装置の回路構成図。

【図8】本発明の実施例２に係る直列多重インバータ装置の説明図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

【実施例1】

【0010】

以下、本発明の実施例１に係る直列多重インバータ装置を、図１乃至図６を参照して説明する。図１は本発明の実施例１に係る直列多重インバータ装置の回路構成図である。

【0011】

交流電源１から入力変圧器２に３相交流電圧が供給される。入力変圧器２は複数組の絶縁された３相の２次巻線を有しており、この実施例では９組である。これら９組の２次巻線の各々は単位インバータ３Ｕ１、３Ｖ１、３Ｗ１、３Ｕ２、３Ｖ２、３Ｗ２、３Ｕ３、３Ｖ３及び３Ｗ３に３相の交流電力を給電する。

【0012】

単位インバータ３は、例えば図２に示すように、交流入力を直流に変換する整流回路３１、直流を平滑する直流コンデンサ３３、及び直流を単相の交流に変換するインバータ回路３２から構成されている。インバータ回路３２は、正側の素子３２Ｕｐ及び３２Ｖｐ、及び負側の素子３２Ｕｎ及び３２Ｖｎによるフルブリッジ回路を形成している。正側の素子３２Ｕｐ及び３２Ｖｐ、及び負側の素子３２Ｕｎ及び３２Ｖｎにはダイオード３２ＵｐＤ及び３２ＶｐＤ、及びダイオード３２ＵｎＤ及び３２ＶｎＤが夫々逆並列に接続されている。

【0013】

単位インバータ３Ｕ１、３Ｕ２及び３Ｕ３の単相出力は直列に接続され、その一端を中性点Ｎに、他端Ａを３相の開閉器５を介して交流電動機４のＵ相端子に接続している。同様に、単位インバータ３Ｖ１、３Ｖ２及び３Ｖ３の単相出力は直列に接続され、その一端を中性点Ｎに、他端Ｂを３相の開閉器５を介して交流電動機４のＶ相端子に接続し、単位インバータ３Ｗ１、３Ｗ２及び３Ｗ３の単相出力は直列に接続され、その一端を中性点Ｎに、他端Ｃを３相の開閉器５を介して交流電動機４のＷ相端子に接続している。このように９台の単位インバータ３を接続することによって９台の単位インバータ３は３相出力の直列多重インバータを構成している。中性点Ｎは非接地である。

【0014】

この直列多重インバータを監視・制御するために制御装置７が設けられている。また、直列多重インバータの各相の電圧を計測するために電圧監視用の３相の分圧補助抵抗器６が開閉器５の入力側、すなわち端子Ａ、端子Ｂ及び端子Ｃにスター結線されて設けられ、分圧補助抵抗器６の各相の抵抗器の分圧部に印加される電圧は制御装置７の電圧検出回路７３に与えられている。分圧補助抵抗器６の中性点Ｅはアース電位に接地されている。そして、９台の単位インバータ３と開閉器５と制御装置７と分圧補助抵抗器６とで構成された直列多重インバータ装置は、交流電動機４に所望の周波数で互いに１２０°位相のずれた３相電圧を与えている。

【0015】

以下、制御装置７の内部構成について説明する。

【0016】

主制御回路７１は交流電動機４を、例えば所望の運転速度で運転するように制御するための直列多重インバータに与えるゲート信号を、ゲート回路７２に与える。ゲート回路７２は直列多重インバータを構成する各単位インバータ３Ｕ１、３Ｕ２及び３Ｕ３、３Ｖ１、３Ｖ２及び３Ｖ３、並びに３Ｗ１、３Ｗ２及び３Ｗ３に対してゲート信号を分配して出力する。電圧検出回路７３で検出された各相の電圧は故障診断回路７４に与えられている。故障診断回路７４は、例えば直列多重インバータを構成する単位インバータ３の何れかが故障して装置の保護が動作して停止したとき、故障した単位インバータを特定するために後述するようなゲート指令をゲート回路７２に与え、また、そのゲート指令に同期した同期信号を電圧検出回路７３に与えることによって、対応した検出相電圧を得る。すなわち、端子Ａ、端子Ｂおよび端子Ｃの各端子と接地Ｅ間の電圧である。そして、ゲート指令を変化させたときの検出相電圧の値によって故障した単位インバータ３を特定する。尚、この故障診断回路７４は基本的に何れかの単位インバータ３の上下アームが短絡故障した状態における故障単位インバータの特定を想定している。また、この故障診断回路７４は直列多重インバータが通常運転しているオンライン状態では動作せず、オフライン状態で動作する。

【0017】

ここで、直列多重インバータの各相の出力電圧、すなわち、Ｕ相であるＡ−Ｎ間の電圧をＶｕ、Ｖ相であるＢ−Ｎ間の電圧をＶｖ、Ｗ相であるＣ−Ｎ間の電圧をＶｗとする。さらに分圧補助抵抗６の検出相電圧即ち端子Ａ−Ｅ間の電圧をＶａ、端子Ｂ−Ｅ間の電圧をＶｂ、端子Ｃ−Ｅ間の電圧をＶｃとすると以下の式（１）〜（３）が成立する。

【0018】

Ｖａ＝（２Ｖｕ−Ｖｖ−Ｖｗ）／３ （１）
Ｖｂ＝（２Ｖｖ−Ｖｗ−Ｖｕ）／３ （２）
Ｖｃ＝（２Ｖｗ−Ｖｕ−Ｖｖ）／３ （３）
図３に故障診断回路７４が行う故障診断の基本動作を示す。故障診断はＵ、Ｖ及びＷの相毎に行うが、ここではＵ相について示している。また単位インバータ３については、単に３Ｕ１をＵ１のように省略して記載している。Ｕ相について故障診断を行う時にはＵ相の各単位インバータ（３Ｕ１，３Ｕ２，３Ｕ３）は後述するモードで電圧を出力するゲート信号を与えられるが、Ｖ相及びＷ相はすべての単位インバータ（３Ｖ１，３Ｖ２，３Ｖ３，３Ｗ１，３Ｗ２，３Ｗ３）の電圧出力をゼロとするゲート信号を与える（Ｖｖ＝０及びＶｗ＝０）。図２に示す回路において、単位インバータ３の電圧出力をゼロにする方法は、スイッチング素子３２Ｕｐとスイッチング素子３２Ｖｐをオンとし、スイッチング素子３２Ｕｎとスイッチング素子３２Ｖｎをオフとする。あるいはスイッチング素子３２Ｕｐとスイッチング素子３２Ｖｐをオフとし、スイッチング素子３２Ｕｎとスイッチング素子３２Ｖｎをオンとしても単位インバータ３の出力電圧はゼロとなる。

【0019】

この様にすることにより検出電圧Ｖａは式（４）となる。

【0020】

Ｖａ＝２Ｖｕ／３ （４）
図３において、モード（Ａ）からモード（Ｆ）までの６個のモードの意味は、図の上部に記載されているように、単位インバータ３Ｕ１、３Ｕ２及び３Ｕ３に対して＋１を出力するか−１を出力するかの６通りの組み合わせのゲート信号を与えるということである。また、＋は負荷側をプラスとし中性点Ｎ側をマイナスとして単位インバータが出力する意味であり、−は負荷側をマイナスとし中性点Ｎ側をプラスとして単位インバータが出力する意味である。さらに＋１、−１は単位インバータ３の直流電圧を正規化した値である。

【0021】

そして、これらの各々のモードにおける分圧補助抵抗６のＵ相検出電圧Ｖａを、全台正常時、１台異常時、２台異常時、及び全台異常時のケースに分けて記載し、検出電圧が複数考えられる場合はその両方を上下に記載し、かつその検出電圧の下にその検出電圧から論理的に異常と想定される単位インバータを記載している。この図３によれば、モード（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）の３モードをチェックすれば、短絡故障が生じている単位インバータを特定できる。また、この特定のためには、図３の、モード（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に限らず、３台同極性、うち１台異極性、更に１台異極性となるような３モードであれば良い。尚、電圧検出回路７３の入力電圧は補助電圧抵抗６の検出相電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃを適切な値に分圧した値が入力されるので、電圧検出回路７３は検出相電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃを検出していることと等価である。そこで以降は、分圧補助抵抗６で分圧されて電圧検回路７３で検出されていることを省略し、単に検出相電圧での表記とする。

【0022】

尚、モード（Ｅ）、（Ｆ）及び（Ｇ）は、各単位インバータが逆極性の電圧−１を出力するモードであるが、このチェックは単位インバータの上下アームが短絡故障している場合には、モード（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）のチェックと等価であって意味はない。しかしながら、単位インバータの１アームのみが短絡故障しているようなレアケースで、その故障アームにオンゲートを与えて例えばモード（Ａ）のチェックを行っている場合は、故障検出できないが、モード（Ｄ）でチェックすれば故障検出可能となることが分かる。

【0023】

図４は図３をベースとした故障診断回路７４が行う故障診断のフローチャートの一例である。このフローチャートはＵ相のみの故障診断手順であり、基本的には図３のマトリクス表示の内容を左上部から右下部に追っていく手順となっている。

【0024】

まず、モード（Ａ）でスタートする（ＳＴ１）。そして、検出相電圧値Ｖａ（以下、単に検出値という。）が＋２かどうかチェックする（ＳＴ２）。＋２であれば、全ての単位インバータは正常（ＳＴ２Ａ）と判断してフローを抜ける。ステップＳＴ２で＋２以外であれば、＋４／３かどうかチェックする（ＳＴ３）。ここで＋４／３であれば、モード（Ｂ）のゲート指令を故障診断回路７４がゲート回路７２に与える（ＳＴ４）。そして検出値が０かどうかチェックする（ＳＴ５）。ここで０でなければ単位インバータ３Ｕ３が短絡故障と判断し（ＳＴ５Ａ）フローを抜ける。ステップＳＴ５で検出値が０であれば、モード（Ｃ）に移行し（ＳＴ６）、検出値が−２／３かどうかチェックする（ＳＴ７）。ステップＳＴ７で検出値が−２／３であれば、単位インバータ３Ｕ２が短絡故障と判断し（ＳＴ７Ａ）フローを抜ける。また、検出値が−２／３でなければ、単位インバータ３Ｕ１が短絡故障と判断し（ＳＴ７Ｂ）フローを抜ける。

【0025】

ステップＳＴ３で検出値が＋４／３でなければ、２／３かどうかチェックする（ＳＴ８）。ここで２／３であれば、モード（Ｂ）のゲート指令を故障診断回路７４がゲート回路７２に与える（ＳＴ４）。そして検出値が−２／３かどうかチェックする（ＳＴ９）。ここで−２／３であれば単位インバータ３Ｕ１及び３Ｕ２が短絡故障と判断し（ＳＴ９Ａ）フローを抜ける。ステップＳＴ９で検出値が−２／３でなければ、モード（Ｃ）に移行し（ＳＴ６）、検出値が２／３かどうかチェックする（ＳＴ１０）。ステップＳＴ１０で検出値が２／３であれば、単位インバータ３Ｕ２及び３Ｕ３が短絡故障と判断し（ＳＴ１０Ａ）フローを抜ける。また、検出値が２／３でなければ、単位インバータ３Ｕ１及び３Ｕ３が短絡故障と判断し（ＳＴ１０Ｂ）フローを抜ける。

【0026】

ステップＳＴ８で検出値が２／３でない場合はレアケースであるが、この場合は全ての単位インバータが短絡故障しているか、１台以上の単位インバータがオープン故障していると判断し（ＳＴ８Ａ）フローを抜ける。

【0027】

以上でＵ相につての故障診断は終了する。Ｕ相が終了すれば、他の２相を同一手順で診断する。一見手順は複雑そうに見えるが、通常はある１相または２相の単位インバータ１台が故障しているケースが殆どであり、また自動検出を行えば、３相分の故障診断を完了するのに１秒もかかることはないので簡単に素早く故障診断を行うことが可能となる。

【0028】

図５は各相が単位インバータ４台、すなわち、直列段数が４の場合の直列多重インバータの図３相当図である。図５に示すように、Ｕ４（単位インバータ３Ｕ４）が追加され、かつ３台異常時についてもその診断内容が記載されている。また、ゲート信号の印加モードは図３のＡ、Ｂ、Ｃの３モードに対して、Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤの４モードについて記載している。この図５の場合についても、図３に対応する図４のようなフローチャートを作成すれば、故障診断が可能となることを確認できるが、ここでは図示を省略する。

【0029】

また、一般論として、直列多重インバータの単位インバータの直列段数をＮとしたとき、「全ての段が＋１を出力」、「第Ｎ段のみが−１を出力し、他の段は＋１を出力」、「第Ｎ-１段と第Ｎ段が−１を出力し、他の段は＋１を出力」、・・・、「第２段から第Ｎ段が−１を出力し、第１段のみが＋１を出力」の計Ｎ個のモードをチェックすれば、図３乃至図４に示すように故障した単位インバータを特定することが可能ということができる。

【0030】

次に、実施例１の変形例について説明する。図３を基本とした説明では、直列接続した単位モジュールの出力の極性を反転する段の数を増加することにより、故障した単位インバータ３を特定している。しかし、直列接続した単位モジュールのうち、１段のみ極性を反転させ、反転させる段の位置を変えることにより、故障した単位インバータを特定することも可能である。図６にその例を示す。故障診断はＵ、Ｖ及びＷの相毎に行うが、ここでは図３同様にＵ相について示している。Ｖ相及びＷ相の単位インバータの電圧出力は任意であるが、Ｕ相について故障診断を実施している間はその電圧出力を変化させないものとする。そのようにすると、モード（Ａ）で示すＵ相を構成する全単位インバータに＋１の電圧を出力するゲート信号を与えた時の検出電圧をＶａ（ここではＶａａと記す。）とし、ある特定の単位インバータ（例えばＵ３）に−１の電圧を出力するゲート信号を与え、他の単位インバータに＋１を出力するゲート信号与えるモードの場合（モード（Ｂ）〜（Ｄ））の検出電圧Ｖａ（ここではＶａｎと記す。）とすると、−１を出力するゲート信号を与えた単位インバータが故障している場合は式（５）となり、−１を出力するゲート信号を与えた単位インバータが正常な場合は式（６）となる。

【0031】

Ｖａｎ＝Ｖａａ （５）
Ｖａｎ＝Ｖａａ−２／３ （６）
すなわち、図６の手順ではモード（Ａ）の検出電圧Ｖａａと他のモード（Ｂ〜Ｄ）の時の検出電圧Ｖａを比較し、同一であれば当該モードで−１を出力するゲート信号を与えた単位インバータが故障しており、他のモードの時の検出電圧Ｖａｎがモード（Ａ）の検出電圧Ｖａａより２／３だけ小さい場合は当該モードで−１を出力するゲート信号を与えた単位インバータが正常であると判断できることになる。この図６の場合についても、図３に対応する図４のようなフローチャートを作成すれば、故障診断が可能となることを確認できるが、ここでは図示を省略する。

【0032】

このようにして、図６の変形例によれば、直列多重インバータの単位インバータの直列段数をＮとしたとき、「全ての段が＋１を出力」、「第Ｎ段のみが−１を出力し、他の段は＋１を出力」、「第Ｎ−１段のみが−１を出力し、他の段は＋１を出力」、・・・、「第Ｎ段のみが−１を出力し、他の段は＋１を出力」の計Ｎ＋１個のモードをチェックすれば故障した単位インバータを特定することができる。

【0033】

また、あらかじめＶ相及びＷ相の単位インバータの合計電圧出力であるＶｖ及びＶｗが既知である場合はモードＡの「全ての段が＋１を出力」のモードを省略してもよい。すなわち、１段のみ−１を出力するゲート指令を与えた単位インバータの段を変えたときの検出点Ｖａの変化を記憶し、他に比較して２／３高い値を出力したモードにおいて−１を出力するゲート信号を与えた単位インバータが故障と判断される。また、モードによらずＶａが等しい時は、その時のＶａが式（７）であればＵ相の単位インバータが全段故障であり、Ｖａが式（８）であればＵ相の単位インバータが全段正常と判断できる、
Ｖａ＝（−Ｖｖ−Ｖｗ）／３ （７）
Ｖａ＝（２Ｎ−２−Ｖｖ−Ｖｗ）／３ （８）
尚、ここで単位インバータの出力極性である＋１とー１をすべて逆転させても本方式は成立する。

【実施例2】

【0034】

以下、本発明の実施例２に係る直列多重インバータ装置を、図７及び図８も参照して説明する。図７は本発明の実施例２に係る直列多重インバータ装置の回路構成図である。

【0035】

この実施例２の各部について、図１の本発明の実施例１に係る直列多重インバータ装置の回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、制御装置７を制御装置７Ａに変更した点である。

【0036】

実施例１における制御装置７においては、故障診断回路７４がゲート指令をゲート回路７２に与えていたが、この実施例２における故障診断回路７４Ａは、ゲート指令に代えて監視指令を主制御回路７１に与える構成とする。主制御回路７１は、故障診断回路７４Ａからの監視指令を受けると、所定の周波数のゲート指令を所定の短い時間ゲート回路７２に与える。ゲート回路７２はこのゲート指令に基づいて各単位インバータにゲート信号を出力すると同時に電圧検出回路７３に同期信号を与える。故障診断回路７４Ａは、電圧検出回路７３から得られる時系列に変化する検出電圧を解析することによって故障診断を行う。この実施例２のポイントは、上記所定の周波数のゲート信号が、通常運転時に主制御回路７１がゲート回路７２に与えるゲート信号と同一である点である。

【0037】

図８に上記ゲート信号に基づいた各単位インバータの出力電圧ＶＵ１、ＶＵ２及びＶＵ３とこれらを合成して得られるＵ相の出力電圧Ｖｕの波形の一例を示す。図示すうように、ＶＵ３に対してＶＵ２の位相をφ１だけ遅らせ、ＶＵ２に対してＶＵ１をφ２だけ遅らせると、Ｖｕは波形が改善されて正弦波に近くなる。ＰＷＭ制御を行う場合であっても、図８のように位相をずらして加算すると、より高調波が少なくなる。また、位相差φ１、φ２を変化させるとＶｕの実効値が変化するので、ＰＷＭ制御を行わなくても良い。尚、ＰＷＭ制御を行っている場合は故障診断の際、キャリアによる変調を殺しておくことが望ましい。尚、位相差φ１、φ２は、電圧検出回路７３が電圧を正確に検出するのに十分な位相差とする。また、Ｕ相の各単位インバータ３Ｕ１，３Ｕ２，３Ｕ３の故障診断を実施する時は他相の出力電圧ＶｖおよびＶｗは変化させないようにし、Ｖ相の各単位インバータ３Ｖ１，３Ｖ２，３Ｖ３の故障診断を実施する時は他相の出力電圧ＶｗおよびＶｕは変化させないようにし、Ｗ相の各単位インバータ３Ｗ１，３Ｗ２，３Ｗ３の故障診断を実施する時は他相の出力電圧ＶｕおよびＶｖは変化させないようにする。

【0038】

Ｖｕの波形の上部に図３のモードに対応してＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆの各モードの期間を示した。これから容易に理解できるように、図示したような監視指令が与えられたとき、モード（Ａ）の状態から動作して監視を開始し、モード（Ｃ）で完了するように監視期間を設定すれば、各モードにおける検出電圧の組み合わせから、故障した単位インバータを特定可能であることは、図３の基本動作図または図４のフローチャートから明らかである。

【0039】

尚、１相分の故障診断については図８に示す監視期間で良いが、３相分を連続して故障診断する場合は、監視期間がほぼ１周期となるように延長し、各相が図８の監視期間となるタイミングで監視を行えば良い。

【0040】

以上本発明の実施例を説明したが、これは例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施例やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【0041】

例えば、図１において、単位インバータの直列段数は３段としたが、図５で４段の場合を説明したように、２段以上であれば任意の段数であっても良い。

【0042】

また、図２の単位インバータ３は、入力を３相としたが、単相であっても良い。そして、整流回路３１は制御不能のダイオード整流器で構成されているものとしたが、ＩＧＢＴやサイリスタ等の直流電圧を制御することが可能な素子を用いたコンバータ回路であっても良い。

【0043】

また、上記整流回路、コンバータ回路に代えて、他の直流電源、例えばバッテリーをインバータ回路３２の入力側に設ける単位インバータの構成としても良い。

【0044】

また、直列多重インバータの負荷は必ずしも交流電動機４である必要はなく、例えばヒーターであっても良い。

【0045】

また、負荷が交流電動機であっても開閉器５は必ずしも必要ない。

【0046】

また、電圧検出回路７３は、３相分設けても良く、１相分のみを設けて切り替える構成としても良い。

【0047】

また、実施例１及び２においては、装置としての故障が生じたとき、故障診断を行うと記述したが、故障が生じたときに限らず、例えば運転開始前に本願の故障診断を行うようにすれば、装置として故障検出されなかった単位インバータの故障も運転前に発見することが可能となる。

【符号の説明】

【0048】

１ 交流電源
２ 入力変圧器
３、３Ｕ１、３Ｕ２、３Ｕ３，３Ｖ１、３Ｖ２、３Ｖ３，３Ｗ１、３Ｗ２、３Ｗ３ 単位インバータ
４ 交流電動機
５ 開閉器
６ 分圧補助抵抗器
７、７Ａ 制御装置
３１ 整流回路
３２ インバータ回路
３２Ｕｐ、３２Ｖｐ、３２Ｕｎ、３２Ｖｎ 半導体素子
３２ＵｐＤ、３２ＶｐＤ、３２ＵｎＤ、３２ＶｎＤ ダイオード
３３ 直流コンデンサ
７１ 主制御回路
７２ ゲート回路
７３ 電圧検出回路
７４、７４Ａ 故障診断回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】