电力转换装置、电力转换装置的诊断系统以及诊断方法与流程

本发明涉及电力转换器，特别是涉及在铁道车辆、大型产业用的电动机的控制用途、电力系统用等大容量的频率转换装置中所使用的由电力用半导体开关元件构成的电力转换器的保养或者诊断技术。

背景技术：

在铁道车辆、大型产业用的电动机的控制用途、电力系统用等大容量的频率转换装置等的电力转换器中，进行高压且大电流的电力控制。对于这样的设备，若在运转过程中发生故障，则有可能产生系统的损伤、计划外的系统停止，造成巨大的经济损失。出于防止这样的状况的目的，需要在造成破坏之前检测出劣化、异常，防止机能停止造成破坏，通知有必要进行保养的其相关者，进行抑制劣化的电力转换器的延长使用寿命控制。

因此，存在这样的方法：例如在电力转换器中，在将电流导通/切断的电力用半导体的附近设有温度传感器，以检测电力用半导体的温度过高/过低异常。但是电力用半导体内的热阻的上升等会致使该方法难以检测出半导体芯片的温度上升。因此，期望能直接检测半导体芯片本身的温度异常。作为这样的例子，例如有日本特开平7－170724(专利文献1)。该例子公开了这样一种方法：通过检测出到控制指令信号和电力用半导体成为切断状态为止的延迟时间，从而检测出电力用双极晶体管的温度上升。

另外，作为检测出元件的电流异常的方法，有日本特开2000－324846(专利文献2)。根据该例子，其公开了一种方法，该方法使用电力转换装置，求出开关元件的输出电流，在该值大于规定值的情况下切断开关元件，防止元件的破坏，其中，该电力转换装置特征在于具有与开关元件的主端子相连接的电感、对电感的两端所产生的电压进行积分运算的积分器。

现有技术文献

专利文献

专利文献1日本特开平7－170724号公报

专利文献2日本特开2000－324846号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

像日本特开平7－170724这样的情况，由于想要检测电力用半导体的温度的异常上升，而需要用于判断功率半导体的输出电压的电路。但是，大容量的电力转换装置的情况难以应用上述方案，原因如下：大容量的电力转换装置要控制高电压，因此这样的分压电路的大小较大，难以设置，并且在控制3相交流的情况等情况下，电力用半导体至少需要六个元件，为了评价这些电压需要许多分压电路，而且由于处理大电流且高速电流的开关时的模拟值，所以噪音较大，需要相应的对策。

另外，像日本特开2000－324846这样的情况，求出电流值，检测过电流的异常，使电力用半导体成为切断状态，从而能够防止破坏，但是难以将该方案应用于以下情况：元件、系统的劣化或异常进展，在出现电流异常之前的阶段事先检测出来，利用早期的保养防止计划外的系统停止，进行为了延长运转期间而减小作用于元件的应力的延长使用寿命控制。

本发明解决上述问题，其目的在于提供一种以简单的结构高精度地检测出电力用半导体以及与其相关的电力转换装置的异常、劣化，高精度地防止故障等不良状况，进而能够长期间使用的方法。

用于解决课题的手段

本发明的一个方面为一种电力转换装置的诊断系统，该电力转换装置具有半导体装置，该电力转换装置进行将在主电路中流动的主电流导通、切断的开关动作。该电力转换装置的诊断系统具有：电流变化量算出电路，其取得反映了主电流的每单位时间的电流变化量的数值数据；判断电路，其将数值数据与基准值进行比较来判断电力转换装置的状态；以及输出电路，其输出判断电路的判断结果。

在该系统的优选方案中，能够对取得数值数据的期间和基准值中的至少一者进行设定，作为取得数值数据的期间的典型例，有在开关动作中能够看出主电流变动的变动的时刻。例如，在开关切断时流有过渡电流的时刻。

在该系统的其他优选方案中，电流变化量算出电路在取得数值数据的期间内对每单位时间的电流变化量进行积分运算，来获得数值数据。即、算出规定时间长度的电流变化量。

在该系统的具体应用例中，电流变化量算出电路与电力转换装置一体构成，或者，电流变化量算出电路利用有线连接、无线连接以及通过端子能够分离的连接中的任一种方式与电力转换装置相连接。并且，判断电路与电流变化量算出电路一体构成，或者，判断电路利用有线连接、无线连接以及通过端子能够分离的连接中的任一种方式与电流变化量算出电路相连接。并且，输出电路与判断电路一体构成，或者，输出电路利用有线连接、无线连接以及通过端子能够分离的连接中的任一种方式与判断电路相连接。该例子的构成自由度高，因此例如能够利用相距较远的监视系统对搭载于电车等的电力转换装置进行诊断。

本发明的另一方面为电力转换装置的诊断方法，该电力转换装置具有半导体开关元件，该电力转换装置进行将主电流导通、切断的开关动作。该电力转换装置的诊断方法具有如下步骤：第1步骤，检测主电流的每单位时间的电流变化量；第2步骤，利用数字或模拟电路对电流变化量在规定期间进行积分运算；以及第3步骤，基于积分结果判断电力转换装置的状态。

作为具体的构成例，作为要检测的每单位时间的电流变化量，使用瞬时的电流变化率，对其进行积分运算来得到规定期间的电流变化量。

使用以上得到的判断结果，能够诊断电力转换装置的状态。并且，还能够基于诊断结果进行电力转换装置的控制。

本发明的另一方面为电力转换装置，具有：算出电流变化量或者变化规定电流变化量所需时间的电路，所述电流变化量是指将在由电力用半导体构成的主电路中流动的主电流导通、切断的开关动作期间内的规定期间的电流变化量，该电力转换装置比较判断电流变化量或者变化所需时间有没有脱离基准值。进行该判断结果的显示、输出，或者，与判断结果相应地控制电力转换装置的动作条件。

作为动作条件控制的典型例，能够列举出对电力转换器的开关元件的导通时的最大电流值的限制值进行设置等。并且，作为开关元件的具体例，电力用半导体能够使用绝缘栅双极晶体管或功率MOSFET、或者MOS栅极控制型等各种功率半导体元件。

作为本发明的具体例，在该电力转换装置中，作为实施脱离基准值的范围的比较判断的条件，设定：电力转换装置的输出电流值、在电力用半导体中流过的输出电流的方向、电力用半导体的输出端子间电压、电源电压、电力转换装置内的温度中的至少一者，或者将它们组合而成的特定条件。

另外，作为本发明的其他具体例，在电力转换装置中，作为进行比较判断的基准值，使用根据利用电力转换装置事前计量得出的开关动作期间内的规定期间的电流变化量或者变化规定电流变化量所需的时间、以及在该时点电力转换装置的输出电流值、在电力用半导体中流过的输出电流的方向、电力用半导体的输出端子间电压、电源电压、电力转换装置内的温度中的任一值运算而求得的值。

本发明的具体构成例的特征在于，算出电流变化量或者变化规定电流变化量所需的时间的电路使用与主电流的每单位时间的电流变化率成比例地输出与电流变化率相应的电压值，或者按照某函数输出与电流变化率相应的电压值的电路，根据对该输出在开关动作期间内的规定期间进行积分运算而得出的结果，算出电流变化量。

作为输出与主电流的每单位时间的电流变化率相应的电压的电路，例如，能够使用与主电路的配线磁耦合的电路。另外，作为输出与电流变化率相应的电压的电路，能够使用输出主电路的配线中的至少两点的电压的电路，或者，能够使用输出该输出电压的差动电压的电路。采用这些特征，能够以简单的结构测量电流变化率的瞬时值。并且，能够通过对作为瞬时值的电流变化率进行积分运算，计算规定期间的电流变化量。

在本发明的其他具体例中，具有：基于电阻、电容器、运算放大器构成的积分电路，该积分电路与电流变化率成比例地输入与电流变化率相应的电压值或者按照某函数输入与电流变化率相应的电压值、并对其进行积分运算；在某特定期间使积分电路的电容器的电荷放电而复位的电路，在开关动作期间内的规定期间，解除复位。

在本发明的另一其他具体例中，将与电流变化率相应的电压输出的模拟值周期性地转换为数字值并进行记录，根据将对该数字值的某特定期间量进行加法运算而得到的值和该记录的周期通过数字运算算出电流变化量。

在本发明的又一其他具体例中，具有通信单元，该通信单元将判断结果或者电流变化量或者变化规定电流变化量所需的时间记录下来，从电力转换器或者搭载有电力转换器的装置向外部输出该记录结果。

在本发明的再一其他具体例中，诊断部构成为具有能够与主电路连接、分离的构造，在不实施判断时能够分离地进行运转，该诊断部由算出规定期间的电流变化量的电路、对电流变化量是否脱离根据导通时的电流设定的基准值的范围进行比较判断的电路、用于对该结果进行显示、输出或者根据判断结果输出电力转换器的开关元件的导通时的最大电流值的限制值的电路构成。

在本发明的再一其他具体例中，具有接收由通信单元输出的信息并将其记录下来的装置和运算电路，还具有基于接收到的信息进行诊断的单元、对运转条件进行判断的单元、对基于它们的输出或者显示进行指示的单元。

发明效果

能够以简单的结构，高精度地检测出电力用半导体以及与其相关联的电力转换装置的异常、劣化。

附图说明

图1是表示本发明的电力转换装置的实施方式的框图。

图2是表示本发明的实施方式的电力转换装置的驱动指令和信号波形的波形图。

图3是表示用于算出电力转换装置的电流变化量的电路的实施方式的框图。

图4是表示用于算出电力转换装置的电流变化量的电路的其他实施方式的框图。

图5是表示本发明的电力转换装置的其他实施方式的框图。

图6是表示本发明的电力转换装置的判断方式的实施方式的说明图。

图7是表示本发明的电力转换装置的运转指令以及显示内容的实施方式的图表。

图8是表示将本发明的电力转换装置搭载于铁道车辆的情况的实施方式的框图。

图9是表示本发明的电力转换装置的显示内容的实施方式的俯视图。

图10是表示本发明的实施方式的电流变化率的测量条件、判断条件、满足判断的情况下的运转控制的设定画面的例子的俯视图。

具体实施方式

以下，基于附图详细地说明本发明的实施方式。但是，本发明不能解释为限定于以下所示的实施方式的记载内容。对于本领域技术人员而言容易理解在不脱离本发明的思想或者主旨的范围内，能够改变其具体构成。

在以下说明的发明的构成中，对于同一部分或者具有同样的功能的部分，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记，省略重复说明。

本说明书等中的“第1”、“第2”、“第3”等表述是为了识别构成要素而添加的，并非一定用于限定数量或者顺序。另外，用于识别构成要素的序号针对每个关联说明使用，在一个关联说明中使用的序号在其他关联说明中未必表示同一构成。并且，利用某一序号识别的构成要素不妨碍具有利用其他序号识别的构成要素的功能。

为了容易理解发明，有时附图等中所示的各构成的位置、大小、形状、范围等并非表示实际情况的位置、大小、形状、范围等。因此，本发明并非一定限定于附图等所公开的位置、大小、形状、范围等。

【实施例1】

图1是表示本发明的实施方式的框图。示出了电力转换装置1和被该电力转换装置1作为负载进行驱动的3相的电动机2的例子。图1的电力转换装置1仅示出了主电路9的U相，其他的V相、W相也是同样的结构。

在电力转换装置1中，基于由驱动指令运算电路7生成的驱动指令，利用栅极驱动电路5、6分别控制作为电力用半导体的IGBT3、4的导通、切断，由此对电动机2进行驱动。作为电力用半导体，除此之外还能够利用绝缘栅双极晶体管、功率MOSFET、MOS栅极控制型的功率半导体元件等各种设备，并不特别限定。

此时，将在电力转换装置1的主电路9中流动的主电流导通、切断的开关动作中的规定期间内，在电流变化量算出部17，基于从电压输出电路10输出的与电流变化率成比例的电压，利用电流变化量算出电路12算出主电流的变化量。在判断电路13，比较判断被算出的电流变化量有没有脱离基准值，其结果利用输出电路14输出。

根据发明人的调查得知，该电流波形的导通、切断时的每单位时间的电流变化率取决于电力用半导体的温度。进而，发现了该取决于温度的特性从导通、切断的过程的什么时点变化。因此，发现通过决定某特定的期间，评价电流变化率，能够检测得知电力用半导体的温度。

例如在作为MOS栅极控制型的电力用半导体的绝缘栅双极晶体管、即IGBT的情况下，电流切断时的电流变化率的绝对值会由于温度上升致使开关中的电流增加而降低。因此，若设定适当的驱动条件、判断的时间范围，则能够根据电流变化率的变动检测出温度，这一点已经通过测量得到了确认。

例如，1A/μs的电流变化率的变化能够检测到1℃左右的温差。利用该特性，评价适当的条件下的开关时的电流变化量，与由正常时的电流变化率决定的基准值进行比较判断。根据该比较判断结果，能够检测、诊断电力用半导体的异常的温度上升、成为该异常的温度上升的原因的元件、系统的劣化。其中，所述的数值为一个例子，电流变化率的变化与温差的关系的值取决于元件的种类。另外，判断可以是将测量出的电流变化率与基准值相比较，也可以是将电流变化率转换为温差之后再与基准值进行比较。

另外，以下，以由某一定期间内的电流变化量算出电流变化率的方式为中心，对本发明进行说明。不言而喻，也可以是，计量从某规定电流值变化为另一规定电流值为止所需时间，由此时的电流变化量和变化所需时间算出该电流变化率。此外，如后述那样，诊断用的电流变化率由某期间内的电流变化量和该时间长度导出，不是将瞬时值作为诊断用的电流变化率，从而能够避免噪音造成的影响。

造成温度上升的劣化的主要原因可以认为有：因安装构造的热疲劳等引起的冷却系统的热阻的增大、电力用半导体的绝缘劣化导致的泄漏电流增加、电力用半导体的特性变动、驱动控制电路的经时变化等导致的电力用半导体产生的损失的增加等。在本实施例中，通过间接地测量电力用半导体的温度上升，从而能够在电力用半导体成为不能使用以前诊断故障的预兆。

另外，即使在将多个元件并联连接以使电力用半导体的功率容量增加的情况下，由于若某特定的元件的温度上升，则并联连接的元件的总电流的电流变化率的绝对值也会降低，因此能够利用温度上升导致的电流变化率变化检测出异常。因此，本实施例尤其是可以适用于被进行许多并联连接地使用的机率较大的MOS栅极控制型的电力用半导体的诊断。

此外，电流变化率为电源电压或者向元件施加的施加电压、输出电流值发生变化或在其方向上发生变化，因此为了提高基于基准值的判断精度，期望设有图1所示那样的电压检测单元15、电流检测单元19。另外，电力用半导体的温度受周围温度的影响，因此设有温度检测单元16，对实施判断的时机、电流变化率的判断基准值进行修正，从而能够进行更高精度的判断。

另外，作为输出与电流变化率成比例的电压的电压输出电路10，能够利用与主电路9的磁耦合而输出与电流变化率成比例的电压的罗氏线圈等。采用使用了磁耦合的检测出方法，即使主电流是驱动电车用的马达这样的大电流，也能够利用简单的结构检测出来。

图2是用于说明本实施例的动作的时序图。横轴表示时间，图2的(a)表示驱动指令，图2的(b)表示电流变化率，图2的(c)表示输出电流(主电流)的各波形，以电流切断的动作为例。

如图2的(a)所示，在由驱动指令运算电路7生成的驱动指令自作为电力用半导体3、4导通的接通状态变化为电力用半导体3、4切断的断开状态时，主电流延迟某延迟时间之后降低，开始切断。此时，在如前面所述那样电力用半导体3、4出现异常、温度比设想的值高的情况下，主电流波形如图2的(c)中用虚线表示的那样变化，如图2的(b)所示那样电流变化率的绝对值降低(切断动作中电流变化率是负的，因此从数值看，电流变化率增加)。

电流变化率在开关期间内也发生变化，因此如图2的(b)的期间Z1、Z2那样设定期间，设置各期间的电流变化率的基准值A、B，这样能够使温度检测进一步高精度化。在Z1、Z2的各区间内，如从图2的(c)所示的实线和虚线的曲线图可以看出的那样，每单位时间的电流的变化量不同。能够通过检测该现象，对装置的故障的前兆进行诊断。

例如在规定图2的(b)的期间Z2的开始时间时，以如图2的(a)所示那样驱动指令从导通向切断变化的变化点起算的时间T1、电流切断开始起算的时间T2任意设定即可。另外，Z2的结束时间设定为确保为了计量用于算出电流变化率的电流变化量所而必要的期间的时间长度即可。这些期间Z1、Z2等的设定例如能够通过收集装置的异常和主电流的变化的模式的采样，通过统计来确定。

另外，不言而喻，在所述判断方法中，由开关开始时的电流、电流变化量和相应的期间的长度的乘积也能够算出电流值本身，因此也能够将基准值换算为电流值本身后再进行判断。在该情况下，对于如图2的(b)的期间Z2那样电流变化率发生多次变化之后的期间，能够根据各期间的电流变化量算出整个期间的合计的电流变化量，根据该合计的电流变化量和切断开始前的电流值算出电流值来进行判断。

在本发明中，检测出异常的情况下，能够根据偏离正常时的电流变化率的变化程度适当地进行控制，例如能够通过对出现脱离基准值的情况的显示、向外部的信号输出、电力转换装置的输出电流值的限制、停止等早期且高精度地提取装置的异常、劣化，防止故障。另外，在图2的(a)中，在期间Z1以及期间Z2的电流变化率被判断为脱离正常时较多的情况下，出于保护装置，使异常检测后的控制指令输出停止的情况利用虚线201表示。与此相对地，正常时(判断为没有脱离基准值)的情况利用实线202表示。

另外，在本实施例中，在脱离基准值较少的情况下，也可以不使输出完全停止，而以使接通的控制指令的最大时间长度的限制、控制的指令的时间间隔增大的方式进行驱动。由此，能够一边使电力用半导体产生的损失降低，抑制温度上升，避免元件的劣化，一边使装置动作，防止计划外的停止并使装置运转，从而能够实现装置的延长使用寿命、由此增大运转期间。

另外，将这些电流变化率、诊断的判断结果记录下来，能够基于异常的发生次数、发生期间的间隔、电流变化率的变动状况，向着增大运转期间的方向调整控制条件。并且，根据所述记录算出装置的检查、保养的推荐时期，反映到运用中，从而能够更高精度地实现装置的计划外停止的防止、运转期间的增大。另外，不言而喻，同样的利用电流变化率进行的判断、诊断在电流导通的开关动作时也能够进行。

【实施例2】

图3是本发明的其他实施方式，示出了电流变化量算出部17的变化量算出电路12的详细的方式。在该实施例中，电压输出电路10的与电流变化率成比例的输出经由电压限制电路27，输入积分电路20，输出在规定的期间之内对电流变化率进行积分运算而得到的电流变化量。利用判断电路13将该电流变化量与基准值进行比较，而进行诊断。

积分电路20由电阻器24、运算放大器23、电容器25、双向开关26构成。双向开关26被在积分期间司令部21的指令下由复位信号生成部22生成的驱动信号驱动，在使积分电路20的输出电压复位的期间为接通状态，使电容器25短路而高速放电，使输出复位为0V。

这里，电压限制电路27具有以输入积分电路20的输入电压不超过容许电压的方式以适当的比例分压的功能、对电压输出电路的输出电压设置上限的功能、或者兼具这两个功能。通过这样的功能，能够防止积分电路20的破坏，且高精度地检测出绝对值较小的电流变化量。这样设置的原因如下，例如在如图2的期间Z2这样的期间进行诊断的情况下，为了提高诊断精度而期望电压输出电路10的输出电压高，这样，在之前的期间Z1电压输出电路10的输出电压会更高，因此这样设置能够限制不会超过积分电路20的输入电压范围，并且使积分电路不会饱和。

另外，作为瞬时的电流变化率的电压输出电路10的输出不直接使用，而使进行积分运算，换算为电流变化量之后再进行判断，其原因如下：由于开关期间短，电压输出为高速，因而追随它进行诊断判断困难，以及要利用积分排除开关时的LC共振等导致的噪音的影响。因此，在开关的速度低且噪音比较小的用途的情况下，也可以采用较简便的电阻和电容构成的低通滤波器这样的积分电路结构。

利用本实施例在如图2的期间Z2这样的电流变化率的绝对值低的区域进行诊断的情况下，电容器25的与以前的期间Z1的积分值相应的电荷在双向开关26的操作下放电，积分电路的输出复位，因此积分电路在电流变化量较大的期间Z1不会出现饱和。因此，只有期间Z2的电流变化量被积分运算并输出，所以能够高精度地检测出电流变化量。

另外，为了高精度地诊断期间Z1、Z2这两者，采用分别设置电流变化量算出部17作为最适合期间Z1、Z2的电流变化量算出部的方案等即可。另外，作为设定诊断的期间的方法，也可以是，在电压限制电路27上设置开关功能，利用积分期间指令部21的指令在进行积分运算的期间以外使电压限制电路27的输出短路，成为0V。

【实施例3】

图4表示本发明的其他实施方式，尤其是表示电压输出电路10、电流变化量算出电路12的其他实施方式。另外，图4示出了作为电力用半导体4的实施例使用了多个电力用MOS晶体管35、36、37并联连接而成的元件的主电路的构成例。

在该实施例中，电压输出电路10是输出主电路的一臂30的主电路配线的某两点间的电位差的结构。此时，输出电压为所述两点间的寄生电感31和电流变化率的乘积。利用了寄生电感，因此不需要使用新增加的电路，能够使用主电路的配线输出目标的与电压变化率成比例的电压。因此，适合装置的低成本、小型化、简单化。

这样结构的情况下，电压输出电路10需要设于各臂，将输出电压的两点设于图1所示的主电路电容器8的附近，同时，根据驱动指令运算电路7的指令，确定正进行开关动作的该臂，实施判断，则能够利用一个电压输出电路10诊断多个臂的电力用半导体。

接着，在电流变化量算出电路12，将电压输出电路10的输出作为输入，经由电压限制电路27和滤波器32输入AD转换电路33，将电压的模拟值在某采样周期转换为数字值。由该数字值和采样周期利用下一阶段的积分运算电路34基于积分期间司令部21的指令通过数字运算算出该期间的电流变化量。利用这样的数字运算进行积分运算，从而能够以简单的结构避免积分电路的饱和导致的电流变化量的误差，能够高精度地算出电流变化量。

【实施例4】

图5表示本发明的另一实施例，尤其是表示在诊断电力转换装置时追加设置本发明的功能的结构。以与图1的不同点为中心进行说明，在图5的例子中，在电力转换装置42设有电压输出电路10、电压传感器15，经由连接器11、41将信号输入相对独立的诊断装置40。并且，电流检出单元19、温度单元16的信号的值以及驱动指令运算部7的驱动指令信号从控制指令运算电路7经由连接器43、44向诊断装置40输入信号。这里，电流检出单元19、温度单元16是在电力转换装置中用于驱动指令运算的电路。

采用这样的结构，能够以向现有制品的最小限度的电路的追加添加推定温度异常的诊断、保养的时期的功能。并且，通常的运转时不连接诊断电路40，在定期检查等时，暂时性地连接诊断装置40，使电力转换装置运转，评价电流变化量，从而能够进行电力转换装置的健全性的确认、诊断。

例如在将本实施例应用于铁道车辆的驱动用的电力转换装置的情况下，定期维护时外部连接所述诊断装置40后进行诊断即可，能够实现电力转换装置的小型化。另外，此时，将存储于记录装置的数据连同车辆的识别序号一起定期地存储于数据中心，将劣化的动向与包含同样结构的其他铁道车辆的转换器的统计总体相比较，能够进行更高精度的诊断。

另外，在图5中，示出了与电动机的U相连接的电力转换装置42，在V相、W相也存在同样的电力转换电路42。诊断装置40若在每次诊断各电力转换电路42时都与各电力转换电路42的连接器11、43后再使用，则能够使用一台装置进行诊断。

【实施例5】

图6表示本发明的电力转换装置的判断方式的实施方式。在该例中，由规定期间内的电流变化量ΔI算出自最初的正常情况下的电力用半导体的温度起算的温度变化量即ΔT，与包含该值的温度变化量的区域A～区域D相应地进行运转条件的设定、警告显示。在图6的(a)中，电流变化量与电力用半导体的温度之间的关系设想成了线形的关系。

在图6的(a)中，区域A是接近正常情况下的电力用半导体的温度(ΔT＝0)、因此电力用半导体没有劣化、或者轻微劣化、能够进行标准的运转的区域，图中的电流变化量为DImin～DImax的范围。

区域B是能够看出少许劣化、但能够运转、为了抑制劣化的进展、特别是不承载高负载而限制电力用半导体的最大电流值、从而延长使用寿命运转的区域，相当于图中的DImax～DIins的范围。对于该区域的情况，例如像铁道车辆那样多个电力转换器运转的情况下，进行使在别的正常的区域A运转的电力转换装置的输出在容许范围内提高等应对，从而能够不使系统整体的输出降低，维持最初的性能。

区域C是设想为劣化进一步进展、能够运转、但是无法维持系统的性能、需要进行保养检查的情况的区域，电流变化量为DIins以上。该情况下也是在对运转条件进行了缓和的延长使用寿命条件下运转、系统整体的性能也受到限制的状态，因此显示指示要实施保养检查的警告和输出受到了限制的状况。

区域D是电力用半导体的温度相对于最初的正常情况变低的情况，是电流变化量为DImin以下的区域。在该情况下，虽然不能看出电力用半导体本身的劣化，但是诊断用的计量装置、诊断电路可能出现异常，因此警告显示要实施保养检查。

这样的判断的定义，根据系统的应用领域、状况来定，图6的(b)所示那样的数据可以存储于判断电路13。

【实施例6】

图7是以横轴为时间轴地表示电力转换装置的控制以及显示内容的详细的实施方式的例子的曲线图。这里，对于电流变化量ΔI与温度变化量ΔT的关系，以图6的(a)所示内容为例进行说明。图7的实施例示出了这样的方式：不仅电流变化量的值，还将该值超过图6的(a)所示的标准运转的区域A的范围的次数包含在内地进行判断。

如图7的(a)所示，电流变化量在运转中的某特定条件下测量得出，并判断该值在哪个范围内。判断结果用图7的(a)的图示表示。

然后，例如，将符合超过了图6的(a)的区域A的标准运转的温度范围的区域次数如图7的(b)这样记录下来。在图7的(a)(b)中，在最初的标准可动期间(参照图7的(c))内，超过区域A的标准运转的温度范围5次，因此在图7的(b)中异常判断次数被记作5次。

针对可动条件和异常判断次数的组合，设定了判断次数条件。例如，将“在标准运转时超过区域A的标准运转的温度范围5次”这样的条件设定为“判断次数条件#1”。另外，将“在缓和运转时超过区域A的标准运转的温度范围4次”这样的条件设定为“判断次数条件#2”。此外，将“在缓和运转检查显示时超过区域A的标准运转的温度范围4次”这样的条件设定为“判断次数条件#3”。

根据该判断的次数和区域，在超过与之相应的判断次数条件的情况下，改变运转条件。例如，如图7的(c)、图7的(d)那样，在满足“判断次数条件#1”的情况下，使最大电流降低至Im2，在满足“判断次数条件#2”的情况下，使最大电流降低至Im3，在满足“判断次数条件#3”的情况下，使最大电流降低至Im4。

这样进行缓和运转，从而对电力用半导体的导通时的最大电流进行限制，抑制进一步的劣化，并警告显示以促使进行检查。即、在图7的(c)中，作为缓和运转的条件，使导通时的最大电流的值从Im1向Im4依次减小，从而减小装置承载的负载。

进而，在判断为电流变化量的偏离最初时值的变化量较大、继续运转困难的情况下，也可以为了避免破坏而停止运转，显示要进行检查。例如，也可以构成为：在图7的(a)的右端，规定期间电流变化超过Dlins，因此立即停止运转。

如上所述，在该实施例中，将以规定条件比较判断的结果记录下来，在其次数、时间间隔满足某条件的情况下，显示、输出该结果，或者，与判断结果相应地对电力转换装置进行控制。在所述例中，示出了设置电力转换器的开关元件的导通时的最大电流的值的限制值的例子、使电力用半导体成为切断状态地进行控制的例子，但控制的例子不限于此。在将电力用半导体切断时，众所周知，对电力用半导体的驱动指令、施加于电力用半导体的驱动电压进行一定的期间控制即可。

通过采用这样的方式，显示运转条件的缓和、检查时期，从而能够高精度地防止使用了电力转换装置的系统的计划外的停止、破坏，进而，能够提供低成本且系统本身的寿命也能延长的电力转换装置。

【实施例7】

图8表示将本发明的电力转换装置搭载于铁道车辆的情况的实施方式。由铁道车辆50的车上控制装置52通过车上通信单元53控制电力转换装置54、55，利用这些电力转换装置的输出来驱动电动机56、57、58、59、62、63、64、65。

电力转换装置54、55的结构能够采用图1的电力转换装置1这样的结构。

在图8中，车上控制装置52上设有车上天线60，成为能够与车辆外的地上诊断装置70通信的结构。另外，车上控制装置52上连接有车上显示装置61，能够显示警告、运转状况。地上诊断装置70设有地面天线71和地上通信单元72、运算装置73和显示终端74、存储装置75、诊断单元76、运转条件判断单元77、输出指示单元78。

采用该结构，将与例如图7所示的规定期间的电流变化量、与之相应的温度变化量的范围相当的信息定期地由车上天线61向地上诊断装置70发送。具体而言，例如，将图1的判断电路13的输出由车上天线61发送出去。或者，也可以是将图1的电压检测电路15、温度检测电路16、电流变化量算出电路17、电流检测电路19的输出由车上天线61发送出去。在该情况下，使地上诊断装置70侧具备判断电路13的功能。或者，也可以是将图5的端子11、43的输出信号由车上天线61发送出去。在该情况下，使地上诊断装置70侧具备电流变化算出电路12、判断电路13的功能。这样，能够在车上侧和地上侧将诊断功能分离开。另外，车上侧和地上侧的相互通讯方法可以采用无线，也可以采用有线。

将来自车上天线61的信息经由运算装置73存储于存储装置75，基于该信息利用诊断单元76将电力转换装置54、55的劣化定量化，利用运转条件判断单元77根据电力转换装置54、55各自的状态决定各电力转换装置以及作为铁道车辆整体的运转条件。例如，能够想到这样的运转控制方法：使电力转换装置54进行延长使用寿命运转，使电力转换装置55的输出上升，弥补电力转换装置54的不足部分的输出。

并且，其结果经由输出指示单元78通过地上的显示终端、邮件向关联岗位发送，并且在铁道车辆侧也经由通信单元发送信息，基于该信息利用车上控制装置52调整运转条件，反映到运转状态。

这里，作为所述通信的时期、频度，可以想到下述方式等：例如将地上诊断装置70设置于车辆基地等，在进行定期的保养检查等时进行通信，实施诊断和根据需要进行运转条件的调整、保养。或者，也能够实时进行监视诊断。

另外，地上诊断装置70的存储装置、诊断单元、判断单元这部分不分设于个别的车辆基地，而是配置于统合为一体的数据中心，能够收集类似的型式的电力转换装置的信息，这样，由于诊断对象件数增加，因此在这之前所述的方式的基础上，还能够利用统计学的方法实现判断基准值的高精度化。像这样，地上诊断装置70也可以由单个计算机构成，或者，也可以是任意的部分由通过网络连接的其他计算机构成，分担作业。

图9表示本发明的电力转换装置的显示内容的实施方式。对于图8的例子而言，相当于由车上显示装置61、地上的显示终端74输出的显示内容。显示终端具有键盘等输入装置，能够进行诊断的各种设定。

作为显示内容的例子，基于图9的(a)所示这样的判断结果，首先显示运转状况和保养检查状况。通过选择“检查对象”按钮，详细的检查对象以阶层子菜单的方式如图9的(b)这样显示出来。

在图9的(b)中，从转换器54、55选择指定检查对象。所选择的转换器的设备代码自动显示出来。从检查对象选择特定的对象，则以分层菜单如图9的(c)这样显示检查内容，对其程序提供信息。作为检查内容，例如，特别指定装置中的电力用半导体。另外，对于基于检查程序检查的结果，也能够如图9的(d)这样由“设定值变更”输入设定值，反映到诊断、运转条件的判断。图10是本发明的实施方式的电流变化率的测量条件、判断条件、满足判断的情况下的运转控制的设定的例子。与图9同样地被显示出来。作为显示时机，如上所述，可以是在检查时，也能够在任意时间进行设定。

图10的(a)是电流切断时的测量条件的设定画面例，能够针对各诊断对象的装置进行设定。在图10的(a)的例子中，对图2所示的期间Z1、Z2进行设定。此时，也可以同时显示图2那样的参考图像。像这样，限定测量的时间，则通过指定对诊断有意义的时机，能够压缩记录数据的量、使判断容易进行等。

图10的(b)是电流切断时的期间Z1的判断条件和满足判断的情况下的运转控制的设定的例子。例如，由图2所示的期间Z1、Z2的电流变化量算出温度变化量，针对温度变化量确定控制的内容。例如，设定图6的温度变化区域A、B、C、D等范围。在图6中，以温度变化量ΔT进行定义，但是若基准温度设为例如室温，则也能够输入温度本身。另外，也能够在相同画面或者其他画面设定该区域的运转控制的内容(模式)。此时，也可以同时显示图6、图7那样的图，以作参考。

在图9、图10输入的设定条件的数据能够存储于判断电路13、地上诊断装置70的存储装置。

以上，说明了本实施例的基于电力用半导体的电流变化量对异常、劣化的诊断、保护、缓和劣化的进展、能够进行长期间的运转的控制方法，但是，不言而喻，关于会产生同样的电力用半导体的温度异常的在电力用半导体以外产生的电力转换装置的各部分的劣化、异常，也能够利用同样的方法进行诊断、保护。作为这些异常的例子，能够列举出冷却装置的性能劣化、通信电路的信号劣化、门驱动器的驱动波形异常等。

本发明不限于所述实施方式，包含各种各样的变形例。例如，能够将某实施例的构成的一部分置换为其他实施例的构成，另外，能够在某实施例的构成上增加其他实施例的构成。此外，对于各实施例的构成的一部分能够进行其他实施例的构成的追加、削除、置换。

采用以上详细说明的本实施例，检测出电力用半导体的电流变化率，与基准值进行比较判断，从而能够高精度地检测出电力用半导体以及与其相关的电力转换装置的异常、劣化，高精度地防止故障等不良状况，进而能够提供能够长期间使用的电力转换装置。

产业上的可利用性

能够利用于各种的电力用半导体等的保养检查领域。

符号说明

1、42 电力转换装置

2 电动机

3、4 IGBT

5、6 栅极驱动电路

7 驱动控制电路

8 主电路电容器

9 主电路

10 电压输出电路

11、41、43 连接器

12 电流变化量算出电路

13 判断电路

14 输出电路

15 电压检测单元

16 温度检测单元

17 电流变化量算出部

18 诊断部

19 电流检测单元

20 积分电路

21 积分期间司令部

22 复位信号生成部

23 运算放大器

24 电阻器

25 电容器

26 双向开关

27 电压限制电路

30 主电路的一臂

31 主电路的寄生电感

32 滤波电路

33 AD转换电路

34 积分运算电路

35、36、37 MOS晶体管

40 诊断装置

50 铁道车辆

51 车辆

52 车上控制装置

53 车上通信单元

54、55 电力转换装置

56、57、58、59、62、63、64、65 电动机

60 车上天线

61 车上显示装置

70 地上诊断装置

71 地面天线

72 收发部

73 运算装置

74 显示终端

75 存储装置

76 诊断单元

77 运转条件判断单元

78 输出指示单元