特許 7707457 地絡検出回路およびそれを用いた電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-07-04

(45)【発行日】2025-07-14

(54)【発明の名称】地絡検出回路およびそれを用いた電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02H 3/34 20060101AFI20250707BHJP

   H02H 3/247 20060101ALI20250707BHJP

   H02H 3/16 20060101ALI20250707BHJP

   G01R 31/50 20200101ALI20250707BHJP

【ＦＩ】

H02H3/34 M

H02H3/247

H02H3/16 A

G01R31/50

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2024573971

(86)(22)【出願日】2024-06-21

(86)【国際出願番号】 JP2024022514

【審査請求日】2024-12-17

(73)【特許権者】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】株式会社ＴＭＥＩＣ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】安藤 彰修

(72)【発明者】

【氏名】松本 泰明

(72)【発明者】

【氏名】松本 郁哉

【審査官】木村 励

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１３／１５３５９６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００３－６１３８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５３－４３８５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｈ ３／３４

Ｈ０２Ｈ ３／２４７

Ｈ０２Ｈ ３／１６

Ｇ０１Ｒ ３１／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の三相交流電力を直流電力に変換し、前記直流電力を第２の三相交流電力に変換し、第１～第３の交流ラインを介して負荷に供給する電力変換装置において地絡事故を検出する地絡検出回路であって、
第１～第４の抵抗素子を備え、
前記第１～第３の抵抗素子の一方端子はそれぞれ前記第１～第３の交流ラインに接続され、前記第１～第３の抵抗素子の他方端子はともに前記第４の抵抗素子の一方端子に接続され、前記第４の抵抗素子の他方端子は接地電圧を受け、
前記地絡検出回路は、さらに、前記第４の抵抗素子の端子間電圧に基づいて、前記電力変換装置において前記地絡事故が発生したか否かを判別する判別回路を備え、
前記判別回路は、
前記第４の抵抗素子の端子間電圧と、第１の参照電圧とを比較する第１の比較器と、
前記第１の比較器の出力を受ける第１のオンディレイタイマと、を含む、地絡検出回路。

【請求項2】

前記判別回路は、さらに、
前記電力変換装置の起動開始を表わす信号を受ける第２のオンディレイタイマと、
前記第１のオンディレイタイマの出力と、前記第２のオンディレイタイマの出力とを受ける論理回路と、を含む、請求項１記載の地絡検出回路。

【請求項3】

前記第２の三相交流電力の周波数は変更可能であり、
前記負荷は同期電動機であり、
前記電力変換装置は、前記同期電動機を起動させるサイリスタ起動装置である、請求項１記載の地絡検出回路。

【請求項4】

前記判別回路は、さらに、
前記同期電動機の回転数と、所定の回転数とを比較する第２の比較器と、
前記第１のオンディレイタイマの出力と、前記第２の比較器の出力とを受ける論理回路と、を含む、請求項３記載の地絡検出回路。

【請求項5】

前記判別回路は、さらに、
前記同期電動機の端子間電圧と、第２の参照電圧とを比較する第２の比較器と、
前記第１のオンディレイタイマの出力と、前記第２の比較器の出力とを受ける論理回路と、を含む、請求項３記載の地絡検出回路。

【請求項6】

前記判別回路は、さらに、
前記同期電動機の回転数と、所定の回転数とを比較する第２の比較器を備え、
前記第１のオンディレイタイマの遅延時間が、前記第２の比較器の出力によって設定される、請求項３記載の地絡検出回路。

【請求項7】

前記同期電動機の回転数が前記所定の回転数よりも小さいときには、前記第１のオンディレイタイマの遅延時間が第１の時間に設定され、前記同期電動機の回転数が前記所定の回転数以上のときには、前記第１のオンディレイタイマの遅延時間が前記第１の時間よりも短い第２の時間に設定される、請求項６記載の地絡検出回路。

【請求項8】

前記判別回路は、さらに、
前記同期電動機の端子間電圧と、第２の参照電圧とを比較する第２の比較器を備え、
前記第１のオンディレイタイマの遅延時間が、前記第２の比較器の出力によって設定される、請求項３記載の地絡検出回路。

【請求項9】

前記同期電動機の端子間電圧が前記第２の参照電圧よりも小さいときには、前記第１のオンディレイタイマの遅延時間が第１の時間に設定され、前記同期電動機の端子間電圧が前記第２の参照電圧以上のときには、前記第１のオンディレイタイマの遅延時間が前記第１の時間よりも短い第２の時間に設定される、請求項８記載の地絡検出回路。

【請求項10】

電力変換装置であって、
第１の三相交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
前記直流電力を平滑化させる直流リアクトルと、
前記コンバータから前記直流リアクトルを介して与えられた前記直流電力を第２の三相交流電力に変換し、第１～第３の交流ラインを介して負荷に供給するインバータと、
前記電力変換装置の地絡事故を検出する請求項１～９のいずれか１項に記載の地絡検出回路と、
前記地絡検出回路によって前記地絡事故が検出された場合に前記電力変換装置の運転を停止させる制御回路と、を備えた、電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、地絡検出回路およびそれを用いた電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

サイリスタ起動装置は、商用周波数の三相交流電力を直流電力に変換するコンバータと、直流電力を平滑化させる直流リアクトルと、コンバータから直流リアクトルを介して与えられた直流電力を所望の周波数の三相交流電力に変換し、第１～第３の交流ラインを介して同期電動機に与えるインバータとを備える。同期電動機に与える三相交流電力を制御することにより、停止状態の同期電動機を起動させて所定の回転速度で回転駆動させることができる（たとえば、特開２００３－６１３８０号公報（特許文献１）参照）。

【0003】

また、このようなサイリスタ起動装置には、地絡事故を検出する地絡検出回路が設けられている。地絡検出回路によって地絡事故が検出されると、サイリスタ起動装置の運転が停止される。

【0004】

従来の地絡検出回路としては、サイリスタ起動装置と同期電動機の間の第１～第３の交流ラインに三相変圧器を接続し、その三相変圧器の出力電圧に基づいて地絡事故の発生を検出するものがある（たとえば、特開２００９－１３１０４８号公報（特許文献２）、特開２０１０－１３０７０４号公報（特許文献３）、特開２０１１－１３０６３４号公報（特許文献４）参照）。

【0005】

また、第１および第２の抵抗素子の一方端子をインバータの２つの入力端子にそれぞれ接続し、第１および第２の抵抗素子の他方端子と接地電圧のラインとの間に第３の抵抗素子を接続し、第３の抵抗素子の端子間電圧に基づいて地絡事故の発生を検出するものがある（たとえば、「火力発電所用サイリスタ起動装置」、三菱電機技報、Ｖｏｌ．６７、Ｎｏ．５、１９９３（非特許文献１）参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００３－６１３８０号公報

【文献】特開２００９－１３１０４８号公報

【文献】特開２０１０－１３０７０４号公報

【文献】特開２０１１－１３０６３４号公報

【非特許文献】

【0007】

【文献】「火力発電所用サイリスタ起動装置」、三菱電機技報、Ｖｏｌ．６７、Ｎｏ．５、１９９３

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかし、特許文献２～４の地絡検出回路では、三相変圧器を使用するので、回路が大型で高価格になるという問題があった。また、非特許文献１の地絡検出回路には、検出精度が悪いという問題があった。さらに、電動機が停止している状態から起動させる初期段階において、電動機の残留磁束などによって、中性点の電位が変動するため、地絡の発生を誤検出してしまう問題がある。

【0009】

それゆえに、本開示の目的は、高精度の地絡検出回路とそれを用いた電力変換装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本開示の地絡検出回路は、第１の三相交流電力を直流電力に変換し、直流電力を第２の三相交流電力に変換し、第１～第３の交流ラインを介して負荷に供給する電力変換装置において地絡事故を検出する地絡検出回路であって、第１～第４の抵抗素子を備える。第１～第３の抵抗素子の一方端子はそれぞれ第１～第３の交流ラインに接続され、第１～第３の抵抗素子の他方端子はともに第４の抵抗素子の一方端子に接続され、第４の抵抗素子の他方端子は接地電圧を受ける。地絡検出回路は、さらに、第４の抵抗素子の端子間電圧に基づいて、電力変換装置において地絡事故が発生したか否かを判別する判別回路を備える。判別回路は、第４の抵抗素子の端子間電圧と、第１の参照電圧とを比較する第１の比較器と、第１の比較器の出力を受ける第１のオンディレイタイマと、を含む。

【発明の効果】

【0011】

本開示の地絡検出回路は、第１のオンディレイタイマを備えることによって、地絡を高精度に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】第１の実施形態のサイリスタ起動装置の構成を表わす図である。

【図2】コンバータ３およびインバータ５の構成を示す回路図である。

【図3】第１の実施形態の地絡検出回路６の構成を表わす図である。

【図4】第１の実施形態における、増幅器３５の出力電圧Ｖ３５、比較器３６の出力信号（オンディレイタイマ３７の入力信号）Ｖ３６、およびオンディレイタイマ３７の出力信号Ｖ３７を表わす図である。

【図5】第２の実施形態の地絡検出回路６Ａの構成を表わす図である。

【図6】第２の実施形態における、増幅器３５の出力電圧Ｖ３５、比較器３６の出力信号（オンディレイタイマ３７の入力信号）Ｖ３６、オンディレイタイマ３７の出力信号Ｖ３７、オンディレイタイマ３８の出力信号Ｖ３８、およびＡＮＤ回路３９の出力信号Ｖ３９を表わす図である。

【図7】第３の実施形態の地絡検出回路６Ｂの構成を表わす図である。

【図8】第３の実施形態における、増幅器３５の出力電圧Ｖ３５、比較器３６の出力信号（オンディレイタイマ３７の入力信号）Ｖ３６、オンディレイタイマ３７の出力信号Ｖ３７、比較器４０の出力信号Ｖ４０、およびＡＮＤ回４１の出力信号Ｖ４１を表わす図である。

【図9】第４の実施形態の地絡検出回路６Ｃの構成を表わす図である。

【図10】第４の実施形態における、増幅器３５の出力電圧Ｖ３５、比較器３６の出力信号（オンディレイタイマ３７の入力信号）Ｖ３６、オンディレイタイマ３７の出力信号Ｖ３７、比較器４２の出力信号Ｖ４２、およびＡＮＤ回４３の出力信号Ｖ４３を表わす図である。

【図11】第５の実施形態の地絡検出回路６Ｄの構成を表わす図である。

【図12】第５の実施形態における、増幅器３５の出力電圧Ｖ３５、比較器３６の出力信号（オンディレイタイマ３７Ｄの入力信号）Ｖ３６、比較器４０の出力信号Ｖ４０、およびオンディレイタイマ３７Ｄの出力信号Ｖ４４を表わす図である。

【図13】第６の実施形態の地絡検出回路６Ｅの構成を表わす図である。

【図14】第６の実施形態における、増幅器３５の出力電圧Ｖ３５、比較器３６の出力信号（オンディレイタイマ３７Ｅの入力信号）Ｖ３６、比較器４２の出力信号Ｖ４２、およびオンディレイタイマ３７Ｅの出力信号Ｖ４５を表わす図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態のサイリスタ起動装置の構成を表わす図である。サイリスタ起動装置は、電力変換装置の一種である。サイリスタ起動装置は、たとえば発電所において、停止状態の同期発電機を同期電動機８として起動させるために使用される。同期発電機を同期電動機８として所定の回転数で回転駆動させた状態で、サイリスタ起動装置を同期電動機８から切り離すとともに、ガスタービンなどによって同期電動機８を回転駆動させて交流電力を生成する。

【0014】

サイリスタ起動装置は、交流電源１からの三相交流電力を受けて、負荷である同期電動機８を起動させる。サイリスタ起動装置は、三相変圧器２、コンバータ３、直流リアクトル４、インバータ５、地絡検出回路６、および制御回路７を備える。

【0015】

三相変圧器２は、交流電源（電力系統）１からの商用周波数の三相交流電圧を所定の三相交流電圧に変換する。三相変圧器２で生成された三相交流電圧は、Ｕ相ラインＵＬ、Ｖ相ラインＶＬ、およびＷ相ラインＷＬを介してコンバータ３に与えられる。

【0016】

コンバータ３は、三相変圧器２からの三相交流電力を直流電力に変換する。
直流リアクトル４は、コンバータ３の高電圧側出力端子３ａとインバータ５の高電圧側入力端子５ａとの間に接続され、コンバータ３で生成された直流電力を平滑化させる。コンバータ３の低電圧側出力端子３ｂとインバータ５の低電圧側入力端子５ｂとは直接接続される。直流リアクトル４は、コンバータ３の低電圧側出力端子３ｂとインバータ５の低電圧側入力端子５ｂとの間の方に接続されていてもよい。直流リアクトル４は、コンバータ３の高電圧側出力端子３ａとインバータ５の高電圧側入力端子５ａとの間と、コンバータ３の低電圧側出力端子３ｂとインバータ５の低電圧側入力端子５ｂとの間との各々に接続されていてもよい。

【0017】

インバータ５は、コンバータ３から直流リアクトル４を介して与えられた直流電力を所望の周波数の三相交流電力に変換し、その三相交流電力をＲ相ラインＲＬ、Ｓ相ラインＳＬ、およびＴ相ラインＴＬを介して同期電動機８に与える。

【0018】

同期電動機８は、インバータ５からの三相交流電力によって回転駆動される。三相交流電力を徐々に増大させると、同期電動機８の回転速度（回転数／分）が徐々に増大する。制御回路７は、同期電動機８の回転速度に合わせて、インバータ５のスイッチング周波数を増大させる。これにより、同期電動機８の回転速度は０から所定値まで徐々に増大し、三相交流電力の周波数は０から所定値まで徐々に増大する。

【0019】

図２は、コンバータ３およびインバータ５の構成を示す回路図である。
コンバータ３は、サイリスタ１１～１６を含む。サイリスタ１１～１３のアノードはそれぞれＵ相ラインＵＬ、Ｖ相ラインＶＬ、およびＷ相ラインＷＬに接続され、それらのカソードはともに高電圧側出力端子３ａに接続される。サイリスタ１４～１６のカソードはそれぞれＵ相ラインＵＬ、Ｖ相ラインＶＬ、およびＷ相ラインＷＬに接続され、それらのアノードはともに低電圧側出力端子３ｂに接続される。サイリスタ１１～１６は、制御回路７によって制御される。サイリスタ１１～１６を所定のタイミングでオンさせることにより、三相交流電力を直流電力に変換することができる。

【0020】

インバータ５は、サイリスタ２１～２６を含む。サイリスタ２１～２３のアノードはともに高電圧側入力端子５ａに接続され、それらのカソードはそれぞれＲ相ラインＲＬ、Ｓ相ラインＳＬ、およびＴ相ラインＴＬに接続される。サイリスタ２４～２６のアノードはそれぞれＲ相ラインＲＬ、Ｓ相ラインＳＬ、およびＴ相ラインＴＬに接続され、それらのカソードはともに低電圧側入力端子５ｂに接続される。サイリスタ２１～２６は、制御回路７によって制御される。サイリスタ２１～２６を所定のタイミングでオンさせることにより、直流電力を所望の周波数の三相交流電力に変換することができる。

【0021】

地絡検出回路６は、サイリスタ起動装置において地絡事故の発生を検出する。
図３は、第１の実施形態の地絡検出回路６の構成を表わす図である。

【0022】

地絡検出回路６は、抵抗素子３１～３４、増幅器３５、および判別回路１００を備える。判別回路１００は、比較器３６、およびオンディレイタイマ３７を含む。

【0023】

抵抗素子３１～３３の一方端子はそれぞれＲ相ラインＲＬ、Ｓ相ラインＳＬ、およびＴ相ラインＴＬに接続され、それらの他方端子はともに中性点であるノードＮ３１に接続される。抵抗素子３４の一方端子はノードＮ３１に接続され、抵抗素子３４の他方端子は接地電圧ＧＮＤのラインに接続される。

【0024】

増幅器３５は、抵抗素子３４の端子間電圧Ｖ３１を増幅する。
比較器３６は、増幅器３５の出力電圧Ｖ３５と所定の参照電圧ＶＲとを比較し、比較結果に応じたレベルの信号Ｖ３６を出力する。増幅器３５の出力電圧Ｖ３５が参照電圧ＶＲよりも小さい場合は（Ｖ３５＜ＶＲ）、信号Ｖ３６は「Ｌ」レベルにされる。増幅器３５の出力電圧Ｖ３５が参照電圧ＶＲ以上の場合は（ＶＲ≧Ｖ３５）、信号Ｖ３６は「Ｈ」レベルにされる。

【0025】

サイリスタ起動装置において、地絡事故などの電圧変動が発生していない場合は、Ｒ相、Ｓ相、およびＴ相の交流電圧の和は約０Ｖになり、抵抗素子３４の端子間電圧Ｖ３１は約０Ｖになる。この場合は、Ｖ３５＜ＶＲとなり、信号Ｖ３６は非活性化レベルの「Ｌ」レベルになる。

【0026】

サイリスタ起動装置において、地絡事故が発生した場合は、地絡な発生した地点（たとえばＲ相ラインＲＬ）が抵抗素子３４の他方端子（接地電圧ＧＮＤのライン）に接続され、電流が流れるループが生成され、抵抗素子３４の端子間に電圧Ｖ３１が発生する。この場合は、ＶＲ＜Ｖ３５となり、信号Ｖ３６は活性化レベルの「Ｈ」レベルになる。地絡事故でない一過性の電圧変動が生じた場合にも、ＶＲ＜Ｖ３５となり、信号Ｖ３６は活性化レベルの「Ｈ」レベルになる。

【0027】

オンディレイタイマ３７は、比較器３６から出力される信号Ｖ３６を受ける。オンディレイタイマ３７は、信号Ｖ３６が「Ｈ」レベルに立ち上がったタイミングで起動され、遅延時間ＴＤ１を経過した後に、入力信号Ｖ３６を出力信号Ｖ３７として出力する。遅延時間ＴＤ１の長さは、過去のデータなどを用いて設定することができる。

【0028】

図４は、第１の実施形態における、増幅器３５の出力電圧Ｖ３５、比較器３６の出力信号（オンディレイタイマ３７の入力信号）Ｖ３６、およびオンディレイタイマ３７の出力信号Ｖ３７を表わす図である。

【0029】

図４の（１）に示すようにサイリスタ起動装置の起動開始後における電圧変動、図４の（２）に示すように一過性の電圧変動が発生した場合には、オンディレイタイマ３７の入力信号Ｖ３６は、短い時間において「Ｈ」レベルとなるが、遅延時間ＴＤ１以上の時間において「Ｈ」レベルとならないので、オンディレイタイマ３７の出力信号Ｖ３７は「Ｌ」レベルのままである。

【0030】

図４の（３）に示すように、地絡事故が発生した場合には、オンディレイタイマ３７の入力信号Ｖ３６が遅延時間ＴＤ１以上の時間において「Ｈ」レベルとなる。オンディレイタイマ３７の出力信号Ｖ３７は、地絡事故が発生してから遅延時間ＴＤ１が経過した後、「Ｈ」レベルとなる。

【0031】

地絡事故および電圧変動のいずれかも発生していない場合には、オンディレイタイマ３７の入力信号Ｖ３６は「Ｌ」レベルのままなので、オンディレイタイマ３７の出力信号Ｖ３７は「Ｌ」レベルとなる。

【0032】

制御回路７は、複数のセンサ（図示せず）からコンバータ３の入力電流、インバータ５の出力電圧、同期電動機８の回転速度などを示す信号を受け、受けた信号に基いてコンバータ３およびインバータ５を制御する。制御回路７は、停止状態にある同期電動機８を起動させる場合は、同期電動機８の回転速度が０から所定値まで徐々に増大するのに応じて、インバータ５から出力される三相交流電力の周波数を０から所定値まで徐々に上昇させる。制御回路７は、地絡検出回路６の出力信号Ｖ３７が「Ｈ」レベルにされた場合は、コンバータ３およびインバータ５の運転を停止させるとともに、複数の遮断器（図示せず）を遮断し、地絡事故によってサイリスタ起動装置および同期電動機８などが破壊されるのを防止する。

【0033】

本実施の形態では、オンディレイタイマによって、地絡事故ではない遅延時間ＴＤ１よりも短い期間の一過性の電位変動を地絡事故として検出しないようにすることができる。

【0034】

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態の地絡検出回路６Ａの構成を表わす図である。

【0035】

第２の実施形態の地絡検出回路６Ａの判別回路１００Ａが、第１の実施形態の地絡検出回路６の判別回路１００と相違する点は、第２の実施形態の地絡検出回路６Ａの判別回路１００Ａが、さらに、オンディレイタイマ３８と、ＡＮＤ回路３９とを備える点である。

【0036】

オンディレイタイマ３８は、制御回路７からサイリスタ起動装置の起動開始信号ＳＴを受ける。オンディレイタイマ３８は、起動開始信号ＳＴが「Ｈ」レベルに立ち上がったタイミングで起動され、遅延時間ＴＤ２を経過した後に、起動開始信号ＳＴを出力信号Ｖ３８として出力する。遅延時間ＴＤ２の長さは、遅延時間ＴＤ１の長さよりも大きな値に設定することができる。遅延時間ＴＤ２の長さは、過去のデータなどを用いて設定することができる。

【0037】

ＡＮＤ回路３９は、オンディレイタイマ３７の出力と接続される入力端子と、オンディレイタイマ３８の出力と接続される入力端子とを備える。ＡＮＤ回路３９は、オンディレイタイマ３７の出力信号Ｖ３７と、オンディレイタイマ３８の出力信号Ｖ３８との論理積を表わす信号Ｖ３９を出力する。

【0038】

図６は、第２の実施形態における、増幅器３５の出力電圧Ｖ３５、比較器３６の出力信号（オンディレイタイマ３７の入力信号）Ｖ３６、オンディレイタイマ３７の出力信号Ｖ３７、オンディレイタイマ３８の出力信号Ｖ３８、およびＡＮＤ回路３９の出力信号Ｖ３９を表わす図である。

【0039】

図６の（１）に示すように、サイリスタ起動装置の起動開始後における電圧変動が発生した場合には、オンディレイタイマ３７の入力信号Ｖ３６が「Ｈ」レベルになってから遅延時間ＴＤ１が経過した後、オンディレイタイマ３７の出力信号Ｖ３７は、「Ｈ」レベルとなる。しかし、オンディレイタイマ３８の出力信号Ｖ３８は「Ｌ」レベルのままである。サイリスタ起動装置の起動開始から遅延時間ＴＤ２が経過していないからである。よって、サイリスタ起動装置の起動開始後における電圧変動が発生した場合には、ＡＮＤ回路３９の出力信号Ｖ３９は「Ｌ」レベルである。

【0040】

図６の（２）に示すように、サイリスタ起動装置の起動開始から遅延時間ＴＤ２が経過した後、オンディレイタイマ３８の出力信号Ｖ３８は「Ｈ」レベルとなる。

【0041】

図６の（３）に示すように、一過性の電圧変動が発生した場合には、オンディレイタイマ３７の入力信号Ｖ３６は、短い時間において「Ｈ」レベルとなるが、遅延時間ＴＤ１以上の時間において「Ｈ」レベルとならないので、オンディレイタイマ３７の出力信号Ｖ３７は「Ｌ」レベルのままである。

【0042】

図６の（４）に示すように、地絡事故が発生した場合には、オンディレイタイマ３７の入力信号Ｖ３６が遅延時間ＴＤ１以上の時間において「Ｈ」レベルとなる。オンディレイタイマ３７の出力信号Ｖ３７は、地絡事故が発生してから遅延時間ＴＤ１が経過した後、「Ｈ」レベルとなる。よって、地絡事故が発生してから遅延時間ＴＤ１が経過した後、ＡＮＤ回路３９の出力信号Ｖ３９は「Ｈ」レベルとなる。

【0043】

地絡事故、一過性の電圧変動、およびサイリスタ起動装置の起動開始後の電圧変動のうちのいずれも発生していない場合には、オンディレイタイマ３７の入力信号Ｖ３６は「Ｌ」レベルのままなので、ＡＮＤ回路３９の出力信号Ｖ３９は「Ｌ」レベルとなる。

【0044】

本実施の形態では、オンディレイタイマ３８によって、サイリスタ起動装置の起動開始後の電位変動を地絡事故として検出しないようにすることができる。これによって、オンディレイタイマ３７を起動開始後よりも後の時点における短い期間の電位変動の検出を防止するために使用するようにすることができる。その結果、オンディレイタイマ３７の遅延時間ＴＤ１を短く設定することができるので、地絡事故を迅速に検出することができる。

【0045】

（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態の地絡検出回路６Ｂの構成を表わす図である。

【0046】

第３の実施形態の地絡検出回路６Ｂの判別回路１００Ｂが、第１の実施形態の地絡検出回路６の判別回路１００と相違する点は、第３の実施形態の地絡検出回路６Ｂの判別回路１００Ｂが、さらに、比較器４０と、ＡＮＤ回路４１とを備える点である。

【0047】

制御回路７は、回転数センサなどによって同期電動機８の回転数を検出し、同期電動機８の回転数ＦＢＮＲを表わす信号を比較器４０に送る。制御回路７は、同期電動機８の端子間電圧、および同期電動機８の相電流などに基づいて、同期電動機８の角周波数を算出し、同期電動機８の角周波数から同期電動機８の回転数を算出するものとしてもよい。

【0048】

比較器４０は、制御回路７から送られる同期電動機８の回転数ＦＢＮＲを表わす信号と、所定の回転数ＮＲとを比較し、比較結果に応じたレベルの信号Ｖ４０を出力する。同期電動機８の回転数ＦＢＮＲが所定の回転数ＮＲよりも小さい場合は（ＦＢＮＲ＜ＮＲ）、信号Ｖ４０は「Ｌ」レベルにされる。同期電動機８の回転数ＦＢＮＲが所定の回転数ＮＲ以上の場合は（ＦＢＮＲ≧ＮＲ）、信号Ｖ４０は「Ｈ」レベルにされる。

【0049】

ＡＮＤ回路４１は、オンディレイタイマ３７の出力と接続される入力端子と、比較器４０の出力と接続される入力端子とを備える。ＡＮＤ回路４１は、オンディレイタイマ３７の出力信号Ｖ３７と、比較器４０の出力信号Ｖ４０との論理積を表わす信号Ｖ４３を出力する。

【0050】

図８は、第３の実施形態における、増幅器３５の出力電圧Ｖ３５、比較器３６の出力信号（オンディレイタイマ３７の入力信号）Ｖ３６、オンディレイタイマ３７の出力信号Ｖ３７、比較器４０の出力信号Ｖ４０、およびＡＮＤ回４１の出力信号Ｖ４１を表わす図である。

【0051】

図８の（１）に示すように、サイリスタ起動装置の起動開始後における電圧変動が発生した場合には、オンディレイタイマ３７の入力信号Ｖ３６が「Ｈ」レベルになってから遅延時間ＴＤ１が経過した後、オンディレイタイマ３７の出力信号Ｖ３７は、「Ｈ」レベルとなる。しかし、比較器４０の出力信号Ｖ４０は「Ｌ」レベルのままである。サイリスタ起動装置の起動開始からある程度の時間が経過するまでは、同期電動機８の回転数ＦＢＮＲが所定の回転数ＮＲよりも小さいからである。よって、サイリスタ起動装置の起動開始後における電圧変動が発生した場合には、ＡＮＤ回路４１の出力信号Ｖ４１は「Ｌ」レベルである。

【0052】

図８の（２）に示すように、サイリスタ起動装置の起動開始からある程度の時間が経過すると、同期電動機８の回転数ＦＢＮＲは所定の回転数ＮＲ以上となり、比較器４０の出力信号Ｖ４０は「Ｈ」レベルとなる。

【0053】

図８の（３）に示すように、一過性の電圧変動が発生した場合には、オンディレイタイマ３７の入力信号Ｖ３６は、短い時間において「Ｈ」レベルとなるが、遅延時間ＴＤ１以上の時間において「Ｈ」レベルとならないので、オンディレイタイマ３７の出力信号Ｖ３７は「Ｌ」レベルのままである。

【0054】

図８の（４）に示すように、地絡事故が発生した場合には、オンディレイタイマ３７の入力信号Ｖ３６が遅延時間ＴＤ１以上の時間において「Ｈ」レベルとなる。オンディレイタイマ３７の出力信号Ｖ３７は、地絡事故が発生してから遅延時間ＴＤ１が経過した後、「Ｈ」レベルとなる。よって、地絡事故が発生してから遅延時間ＴＤ１が経過した後、ＡＮＤ回路４１の出力信号Ｖ４１は「Ｈ」レベルとなる。

【0055】

地絡事故、一過性の電圧変動、およびサイリスタ起動装置の起動開始後の電圧変動のうちのいずれも発生していない場合には、オンディレイタイマ３７の入力信号Ｖ３６は「Ｌ」レベルのままなので、ＡＮＤ回路４１の出力信号Ｖ４１は「Ｌ」レベルとなる。

【0056】

本実施の形態では、比較器４０によって、サイリスタ起動装置の起動開始後の電位変動を地絡事故として検出しないようにすることができる。これによって、オンディレイタイマ３７を起動開始後よりも後の時点における短い期間の電位変動の検出を防止するために使用するようにすることができる。その結果、オンディレイタイマ３７の遅延時間ＴＤ１を短く設定することができるので、地絡事故を迅速に検出することができる。

【0057】

（第４の実施形態）
図９は、第４の実施形態の地絡検出回路６Ｃの構成を表わす図である。

【0058】

第４の実施形態の地絡検出回路６Ｃの判別回路１００Ｃが、第１の実施形態の地絡検出回路６の判別回路１００と相違する点は、第４の実施形態の地絡検出回路６Ｃの判別回路１００Ｃが、さらに、比較器４２と、ＡＮＤ回路４３とを備える点である。

【0059】

制御回路７は、電圧センサなどによって同期電動機８のＲ相の端子の電圧ＶＲ、Ｓ相の端子の電ＶＳ、Ｔ相の端子の電圧ＶＴを取得する。制御回路７は、ＶＲとＶＳの差の絶対値ＤＲＳとＶＴとＶＲの差の絶対値ＤＴＲのうちのいずれか１つあるいはそれらの平均値を同期電動機８の端子間電圧ＦＢＶとし、端子間電圧ＦＢＶを表わす信号を比較器４２に送る。

【0060】

比較器４２は、同期電動機８の端子間電圧ＦＢＶを表わす信号と、所定の参照電圧ＶＲ２とを比較し、比較結果に応じたレベルの信号Ｖ４２を出力する。同期電動機８の端子間電圧ＦＢＶが所定の参照電圧ＶＲ２よりも小さい場合は（ＦＢＶ＜ＶＲ２）、信号Ｖ４２は「Ｌ」レベルにされる。同期電動機８の端子間電圧ＦＢＶが所定の参照電圧ＶＲ２以上の場合は（ＦＢＶ≧ＶＲ２）、信号Ｖ４２は「Ｈ」レベルにされる。

【0061】

ＡＮＤ回路４３は、オンディレイタイマ３７の出力と接続される入力端子と、比較器４２の出力と接続される入力端子とを備える。ＡＮＤ回路４３は、オンディレイタイマ３７の出力信号Ｖ３７と、比較器４２の出力信号Ｖ４２との論理積を表わす信号Ｖ４３を出力する。

【0062】

図１０は、第４の実施形態における、増幅器３５の出力電圧Ｖ３５、比較器３６の出力信号（オンディレイタイマ３７の入力信号）Ｖ３６、オンディレイタイマ３７の出力信号Ｖ３７、比較器４２の出力信号Ｖ４２、およびＡＮＤ回４３の出力信号Ｖ４３を表わす図である。

【0063】

図１０の（１）に示すように、サイリスタ起動装置の起動開始後における電圧変動が発生した場合には、オンディレイタイマ３７の入力信号Ｖ３６が「Ｈ」レベルになってから遅延時間ＴＤ１が経過した後、オンディレイタイマ３７の出力信号Ｖ３７は、「Ｈ」レベルとなる。しかし、比較器４２の出力信号Ｖ４２は「Ｌ」レベルのままである。サイリスタ起動装置の起動開始からある程度の時間が経過するまでは、同期電動機８の端子間電圧ＦＢＶが所定の電圧ＶＲ２よりも小さいからである。よって、サイリスタ起動装置の起動開始後における電圧変動が発生した場合には、ＡＮＤ回路４３の出力信号Ｖ４３は「Ｌ」レベルである。

【0064】

図１０の（２）に示すように、サイリスタ起動装置の起動開始からある程度の時間が経過すると、同期電動機８の端子間電圧ＦＢＶが所定の電圧ＶＲ２以上となり、比較器４２の出力信号Ｖ４２は「Ｈ」レベルとなる。

【0065】

図１０の（３）に示すように、一過性の電圧変動が発生した場合には、オンディレイタイマ３７の入力信号Ｖ３６は、短い時間において「Ｈ」レベルとなるが、遅延時間ＴＤ１以上の時間において「Ｈ」レベルとならないので、オンディレイタイマ３７の出力信号Ｖ３７は「Ｌ」レベルのままである。

【0066】

図１０の（４）に示すように、地絡事故が発生した場合には、オンディレイタイマ３７の入力信号Ｖ３６が遅延時間ＴＤ１以上の時間において「Ｈ」レベルとなる。オンディレイタイマ３７の出力信号Ｖ３７は、地絡事故が発生してから遅延時間ＴＤ１が経過した後、「Ｈ」レベルとなる。よって、地絡事故が発生してから遅延時間ＴＤ１が経過した後、ＡＮＤ回路４３の出力信号Ｖ４３は「Ｈ」レベルとなる。

【0067】

地絡事故、一過性の電圧変動、およびサイリスタ起動装置の起動開始後の電圧変動のうちのいずれも発生していない場合には、オンディレイタイマ３７の入力信号Ｖ３６は「Ｌ」レベルのままなので、ＡＮＤ回路４３の出力信号Ｖ４３は「Ｌ」レベルとなる。

【0068】

本実施の形態では、比較器４２によって、サイリスタ起動装置の起動開始後の一過的な電位変動を地絡事故として検出しないようにすることができる。これによって、オンディレイタイマ３７を起動開始後よりも後の時点における短い期間の電位変動の検出を防止するために使用するようにすることができる。その結果、オンディレイタイマ３７の遅延時間ＴＤ１を短く設定することができるので、地絡事故を迅速に検出することができる。

【0069】

（第５の実施形態）
図１１は、第５の実施形態の地絡検出回路６Ｄの構成を表わす図である。

【0070】

第５の実施形態の地絡検出回路６Ｄの判別回路１００Ｄが、第１の実施形態の地絡検出回路６の判別回路１００と相違する点は、第５の実施形態の地絡検出回路６Ｄの判別回路１００Ｄが、オンディレイタイマ３７に代えてオンディレイタイマ３７Ｄを備え、さらに、比較器４０を備える点である。

【0071】

制御回路７は、第３の実施形態と同様に、同期電動機８の回転数ＦＢＮＲを表わす信号を比較器４０に送る。

【0072】

比較器４０は、第３の実施形態と同様に、同期電動機８の回転数ＦＢＮＲを表わす信号と、所定の回転数ＮＲとを比較し、比較結果に応じたレベルの信号Ｖ４０を出力する。同期電動機８の回転数ＦＢＮＲが所定の回転数ＮＲよりも小さい場合は（ＦＢＮＲ＜ＮＲ）、信号Ｖ４０は「Ｌ」レベルにされる。同期電動機８の回転数ＦＢＮＲが所定の回転数ＮＲ以上の場合は（ＦＢＮＲ≧ＮＲ）、信号Ｖ４０は「Ｈ」レベルにされる。

【0073】

オンディレイタイマ３７Ｄは、比較器３６から出力される信号Ｖ３６、および比較器４０から出力される信号Ｖ４０を受ける。オンディレイタイマ３７Ｄの遅延時間は、信号Ｖ４０によって設定される。オンディレイタイマ３７Ｄの遅延時間は、信号Ｖ４０が「Ｌ」レベルの場合（すなわち、同期電動機８の回転数ＦＢＮＲが所定の回転数ＮＲよりも小さい場合）には、ＴＤ２に設定され、信号Ｖ４０が「Ｈ」レベルの場合（すなわち、同期電動機８の回転数ＦＢＮＲが所定の回転数ＮＲ以上の場合）には、ＴＤ１に設定される。ＴＤ１＜ＴＤ２である。

【0074】

図１２は、第５の実施形態における、増幅器３５の出力電圧Ｖ３５、比較器３６の出力信号（オンディレイタイマ３７Ｄの入力信号）Ｖ３６、比較器４０の出力信号Ｖ４０、およびオンディレイタイマ３７Ｄの出力信号Ｖ４４を表わす図である。

【0075】

図１２の（１）に示すように、サイリスタ起動装置の起動開始後における電圧変動が発生した場合には、比較器４０の出力信号Ｖ４０は「Ｌ」レベルのままである。サイリスタ起動装置の起動開始からある程度の時間が経過するまでは、同期電動機８の回転数ＦＢＮＲが所定の回転数ＮＲよりも小さいからである。よって、この間は、オンディレイタイマ３７Ｄの遅延時間は、ＴＤ２に設定される。サイリスタ起動装置の起動開始後における電圧変動が発生した場合にオンディレイタイマ３７Ｄの入力信号Ｖ３６が「Ｈ」レベルとなる期間の長さは、ＴＤ２よりも短いので、オンディレイタイマ３７Ｄの出力信号Ｖ４４は「Ｌ」レベルである。

【0076】

図１２の（２）に示すように、サイリスタ起動装置の起動開始からある程度の時間が経過すると、同期電動機８の回転数ＦＢＮＲは所定の回転数ＮＲ以上となり、比較器４０の出力信号Ｖ４０は「Ｈ」レベルとなる。これによって、オンディレイタイマ３７Ｄの遅延時間は、ＴＤ１に設定される。

【0077】

図１２の（３）に示すように、一過性の電圧変動が発生した場合には、オンディレイタイマ３７Ｄの入力信号Ｖ３６は、短い時間において「Ｈ」レベルとなるが、遅延時間ＴＤ１以上の時間において「Ｈ」レベルとならないので、オンディレイタイマ３７Ｄの出力信号Ｖ４４は「Ｌ」レベルのままである。

【0078】

図１２の（４）に示すように、地絡事故が発生した場合には、オンディレイタイマ３７Ｄの入力信号Ｖ３６が遅延時間ＴＤ１以上の時間において「Ｈ」レベルとなる。オンディレイタイマ３７Ｄの出力信号Ｖ４４は、地絡事故が発生してから遅延時間ＴＤ１が経過した後、「Ｈ」レベルとなる。

【0079】

地絡事故、一過性の電圧変動、およびサイリスタ起動装置の起動開始後の電圧変動のうちのいずれも発生していない場合には、オンディレイタイマ３７Ｄの入力信号Ｖ３６は「Ｌ」レベルのままなので、オンディレイタイマ３７Ｄの出力信号Ｖ４４は「Ｌ」レベルとなる。

【0080】

本実施の形態では、サイリスタ起動装置の起動開始後の比較的長い電位変動を地絡事故として検出しないようにするために、オンディレイタイマ３７Ｄの遅延時間ＴＤ２を長い値に設定し、起動開始後よりも後の時点における一過的な比較的短い電位変動を地絡事故として検出しないようにするために、オンディレイタイマ３７Ｄの遅延時間をＴＤ１を短い値に設定することができる。その結果、地絡事故を迅速に検出することができる。

【0081】

（第６の実施形態）
図１３は、第６の実施形態の地絡検出回路６Ｅの構成を表わす図である。

【0082】

第６の実施形態の地絡検出回路６Ｅの判別回路１００Ｅが、第１の実施形態の地絡検出回路６の判別回路１００と相違する点は、第６の実施形態の地絡検出回路６Ｅの判別回路１００Ｅが、オンディレイタイマ３７に代えてオンディレイタイマ３７Ｅを備え、さらに、比較器４２を備える点である。

【0083】

制御回路７は、第４の実施形態と同様に、同期電動機８の端子間電圧ＦＢＶを表わす信号を表わす信号を比較器４２に送る。

【0084】

比較器４２は、同期電動機８の端子間電圧ＦＢＶを表わす信号と、所定の参照電圧ＶＲ２とを比較し、比較結果に応じたレベルの信号Ｖ４２を出力する。同期電動機８の端子間電圧ＦＢＶが所定の参照電圧ＶＲ２よりも小さい場合は（ＦＢＶ＜ＶＲ２）、信号Ｖ４２は「Ｌ」レベルにされる。同期電動機８の端子間電圧ＦＢＶが所定の参照電圧ＶＲ２以上の場合は（ＦＢＶ≧ＶＲ２）、信号Ｖ４２は「Ｈ」レベルにされる。

【0085】

オンディレイタイマ３７Ｅは、比較器３６から出力される信号Ｖ３６、および比較器４２から出力される信号Ｖ４２を受ける。オンディレイタイマ３７Ｅの遅延時間は、信号Ｖ４２によって設定される。オンディレイタイマ３７Ｅの遅延時間は、信号Ｖ４２が「Ｌ」レベルの場合（すなわち、同期電動機８の端子間電圧ＦＢＶが所定の参照電圧ＶＲ２よりも小さい場合）には、ＴＤ２に設定され、信号Ｖ４２が「Ｈ」レベルの場合（すなわち、同期電動機８の端子間電圧ＦＢＶが所定の参照電圧ＶＲ２以上）には、ＴＤ１に設定される。ＴＤ１＜ＴＤ２である。

【0086】

図１４は、第６の実施形態における、増幅器３５の出力電圧Ｖ３５、比較器３６の出力信号（オンディレイタイマ３７Ｅの入力信号）Ｖ３６、比較器４２の出力信号Ｖ４２、およびオンディレイタイマ３７Ｅの出力信号Ｖ４５を表わす図である。

【0087】

図１４の（１）に示すように、サイリスタ起動装置の起動開始後における電圧変動が発生した場合には、比較器４２の出力信号Ｖ４２は「Ｌ」レベルのままである。サイリスタ起動装置の起動開始からある程度の時間が経過するまでは、同期電動機８の端子間電圧ＦＢＶが所定の参照電圧ＶＲ２よりも小さいからである。よって、この間は、オンディレイタイマ３７Ｅの遅延時間は、ＴＤ２に設定される。サイリスタ起動装置の起動開始後における電圧変動が発生した場合にオンディレイタイマ３７Ｅの入力信号Ｖ３６が「Ｈ」レベルとなる期間の長さは、ＴＤ２よりも短いので、オンディレイタイマ３７Ｅの出力信号Ｖ４５は「Ｌ」レベルである。

【0088】

図１４の（２）に示すように、サイリスタ起動装置の起動開始からある程度の時間が経過すると、同期電動機８の端子間電圧ＦＢＶが所定の参照電圧ＶＲ２以上となり、比較器４２の出力信号Ｖ４２は「Ｈ」レベルとなる。これによって、オンディレイタイマ３７Ｅの遅延時間は、ＴＤ１に設定される。

【0089】

図１４の（３）に示すように、一過性の電圧変動が発生した場合には、オンディレイタイマ３７Ｅの入力信号Ｖ３６は、短い時間において「Ｈ」レベルとなるが、遅延時間ＴＤ１以上の時間において「Ｈ」レベルとならないので、オンディレイタイマ３７Ｅの出力信号Ｖ４５は「Ｌ」レベルのままである。

【0090】

図１４の（４）に示すように、地絡事故が発生した場合には、オンディレイタイマ３７Ｅの入力信号Ｖ３６が遅延時間ＴＤ１以上の時間において「Ｈ」レベルとなる。オンディレイタイマ３７Ｅの出力信号Ｖ４５は、地絡事故が発生してから遅延時間ＴＤ１が経過した後、「Ｈ」レベルとなる。

【0091】

地絡事故、一過性の電圧変動、およびサイリスタ起動装置の起動開始後の電圧変動のうちのいずれも発生していない場合には、オンディレイタイマ３７Ｅの入力信号Ｖ３６は「Ｌ」レベルのままなので、オンディレイタイマ３７Ｅの出力信号Ｖ４５は「Ｌ」レベルとなる。

【0092】

本実施の形態では、サイリスタ起動装置の起動開始後の比較的長い電位変動を地絡事故として検出しないようにするために、オンディレイタイマ３７Ｅの遅延時間ＴＤ２を長い値に設定し、起動開始後よりも後の時点における一過的な比較的短い電位変動を地絡事故として検出しないようにするために、オンディレイタイマ３７Ｅの遅延時間をＴＤ１を短い値に設定することができる。その結果、地絡事故を迅速に検出することができる。

【0093】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0094】

１ 交流電源、２ 三相変圧器、３ コンバータ、３ａ 高電圧側出力端子、３ｂ 低電圧側出力端子、４ 直流リアクトル、５ インバータ、５ａ 高電圧側入力端子、５ｂ 低電圧側入力端子、６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ，６Ｅ 地絡検出回路、７ 制御回路、８ 同期電動機、１１，１３，１４，１６，２１，２３，２４，２６ サイリスタ、３１，３２，３３，３４ 抵抗素子、３５ 増幅器、３６，４０，４２ 比較器、３７，３７Ｄ，３７Ｅ，３８ オンディレイタイマ、３９，４１，４３ ＡＮＤ回路、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ 判別回路。

【要約】

地絡検出回路（６）は、第１～第４の抵抗素子（３１～３４）を備える。第１～第３の抵抗素子（３１～３３）の一方端子はそれぞれ第１～第３の交流ライン（ＲＬ，ＳＬ，ＴＬ）に接続され、第１～第３の抵抗素子（３１～３３）の他方端子はともに第４の抵抗素子（３４）の一方端子に接続され、第４の抵抗素子（３４）の他方端子は接地電圧を受ける。地絡検出回路（６）は、第４の抵抗素子（３４）の端子間電圧に基づいて、電力変換装置において地絡事故が発生したか否かを判別する判別回路（１００）を備える。判別回路（１００）は、第４の抵抗素子（３４）の端子間電圧と、第１の参照電圧（ＶＲ）とを比較する第１の比較器（３６）と、第１の比較器（３６）の出力を受ける第１のオンディレイタイマ（３７）とを含む。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】