电力转换装置和对地短路位置诊断方法与流程

[0001]
本发明涉及一种电力转换装置和对地短路位置诊断方法。


背景技术：

[0002]
在图17中示出现有的表示电力转换装置和电动机和将它们连接的电缆的结构图。在图17中，现有的电力转换装置581具有用于输入交流电力而向电动机提供电力的整流器电路582、平滑用电容器583以及逆变器电路584。整流器电路582由6个二极管构成，将从输入端子r、s、t输入的交流电力转换成直流电力。平滑用电容器583与电力转换装置内部的直流电压配线连接，将配线间的电压平滑化。逆变器电路584将直流电力转换成用于驱动电动机的交流电力，对输出端子u、v、w输出。逆变器电路584具有由半导体形成的开关585a～595f，两个开关成对构成半桥电路，由6个开关构成u、v、w的三相电桥电路。一相的开关元件以不上下同时导通(on)的方式交替导通(on)来进行开关。各相的输出u、v、w使用3根电缆586与电动机587连接。现有的电力转换装置581基于由电流传感器588u和588w或者电流传感器588n观测的电流信息，通过改变导通(on)各开关的时间的pwm控制来控制对电动机提供的电力。
[0003]
在由于绝缘包覆的劣化或物理的损伤等一些原因而在电动机587的内部或电缆586中发生短路、对地短路的情况下，通过电流传感器588n或者安装于各开关的发射极-集电极之间并监视集电极电压以检测过电流的过电流检测电路589a来检测过电流。(在图17中仅记载有安装于开关585a的过电流检测电路。省略了对开关585b～f的记载。)此外，在检测到过电流的情况下，通过关断(off)所有开关元件来停止转换动作，阻止开关元件被由于大电流而发生的热能等破坏。
[0004]
在由于配线间的短路、对地短路而电力转换装置的动作停止的情况下，能够通过将该信息报知给使用者使其知道发生了对地短路的情况。然而，存在如下课题：在由于发生短路和对地短路事故而电力转换装置的动作停止的情况下，使用者不能确定在电缆上发生了短路、对地短路事故还是在电动机内部中发生了短路、对地短路事故，并且不能确定电缆上的发生位置。
[0005]
作为得知异常发生位置的信息的方法的现有技术，有专利文献1。在专利文献1中示出如下方法：如图18所示，根据将上臂或者下臂的开关全部导通(on)以使对地短路电流流动时的对地短路相的电流和非对地短路相的电流比例来推算对地短路位置。在该方法中，利用了2个电流值的比例由电动机电缆和电动机内的绕阻的电感决定的原理。
[0006]
现有技术文献
[0007]
专利文献
[0008]
专利文献1：日本特开2017－229172号公报


技术实现要素：

[0009]
发明所要解决的问题
[0010]
然而，专利文献1是假定仅发生一相对地短路的情况的方法，未与在多个相接近的位置发生对地短路的情况对应。特别是在3相(所有的相)的对地短路的情况下，因为没有图18所示的非对地短路相，所以无法通过专利文献1示出的原理中的电流比例进行对地短路位置推算。
[0011]
本发明鉴于这样的课题而提出，目的在于提供一种电力转换装置和对地短路位置诊断方法，其即使在接近的位置发生多相对地短路的情况下，也判断电动机和电缆上的对地短路位置，将判断结果报知给使用者或外部的装置或系统。
[0012]
用于解决问题的技术方案
[0013]
本发明鉴于上述背景技术及课题举出其一例，提供一种电力转换装置，其包括由半导体形成的多个开关，通过它们的通断控制来驱动用3相的电缆连接的3相电动机，所述电力转换装置包括：由二极管构成的整流器电路，其将来自电源的交流电力转换为直流电力；用于控制对电动机提供的电流的由3个半桥电路构成的逆变器电路；用于驱动构成半桥电路的多个开关的多个驱动器电路；用于控制驱动器电路的控制电路；和对外部通知装置内部的状况的信息输出单元，控制电路具有对地短路电流测量部、相间短路电流测量部和对地短路位置判断部，在调查电缆和电动机中发生的对地短路的对地短路位置时，对地短路电流测量部使3个半桥电路的上臂和下臂中的一者的臂的所有的开关导通，测量在导通的期间发生的多个相的输出电流值，相间短路电流测量部使3个半桥电路的1个相的上臂的开关和与该相不同的相的下臂的开关导通，测量在两者导通的期间发生的多个相的输出电流值，对地短路位置判断部基于对地短路电流测量部测量出的输出电流值和相间短路电流测量部测量出的输出电流值来判断对地短路位置。
[0014]
发明效果
[0015]
根据本发明，即使在接近的位置发生多相对地短路的情况下，也能够判断电动机和电缆上的对地短路位置，将诊断结果报知给使用者或外部的装置或系统。
附图说明
[0016]
图1是实施例1中的电力转换装置的结构图。
[0017]
图2是实施例1中的对地短路位置判断的流程图。
[0018]
图3是表示在图2中的对地短路电流测量步骤s102中发生对地短路短路电流时的电流地路径的图。
[0019]
图4是表示图2中的对地短路电流测量步骤s102中的各开关的驱动模式例和此时在各相输出中发生的电流波形的图。
[0020]
图5是表示在图2中的相间短路电流测量步骤s106发生相间短路电流时的电流地路径的图。
[0021]
图6是表示图2中的相间短路电流测量步骤s106中的各开关的驱动模式例和此时在各相输出中发生的电流波形的图。
[0022]
图7是表示由图1中的对地短路位置判断部123使用的对地短路位置诊断方法的图。
[0023]
图8是将显示器设为led时的显示于led段的显示图案和对地短路位置的对应表。
[0024]
图9是实施例2中的电力转换装置的结构图。
[0025]
图10是图9中的开关驱动电路sd的结构图。
[0026]
图11是实施例2中的对地短路位置判断的流程图。
[0027]
图12是表示图11中的对地短路电流测量步骤s202中的各开关的驱动模式例和此时在各相输出中发生的电流波形的图。
[0028]
图13是表示将实施例1、2中的电力转换装置作为工业用逆变器应用的例子的图。
[0029]
图14是表示将实施例1、2中的电力转换装置应用于铁路车辆的例子的图。
[0030]
图15是表示将实施例1、2中的电力转换装置应用于带电动机的汽车的例子的图。
[0031]
图16是表示显示实施例1、2中的电力转换装置的对地短路位置判断结果的平板型终端的例子的图。
[0032]
图17是表示现有的电力转换装置和电动机和将它们连接的电缆的结构图。
[0033]
图18是表示现有的电力转换装置中的开关驱动波形、对地短路相和非对地短路相的对地短路电流波形的例子的图。
具体实施方式
[0034]
以下，使用附图对本发明的实施例进行说明。
[0035]
实施例1
[0036]
图1是本实施例中的电力转换装置的结构图。在图1中，在由虚线包围的电动机电缆mcu、mcv、mcw或者3相电动机mt和大地et之间发生了对地短路的情况下，电力转换装置能够推算对地短路发生位置。
[0037]
在电力转换装置101的输出端子u、v、w上连接有3根电动机电缆mcu、mcv、mcw，在其端部连接有3相电动机mt。另一方面，在电力转换装置101的输入端子r、s、t上连接有3根电源电缆tc，其端部连接到变压器trn的二次侧。在变压器trn的内部或者电缆tc的任一者中，与大地et或者接地的配线连接。
[0038]
电力转换装置101具有用于将交流电力作为输入而对电动机提供电力的整流器电路102、平滑电容器103以及逆变器电路104。另外，电力转换装置101具有用于控制逆变器电路104的控制电路105、用于通过手动向控制电路105进行信息输入的输入器106、用于从外部系统接收的接收器107、用于显示来自控制电路105的输出信息的显示器108、以及用于向外部的系统发送的发射机109。
[0039]
整流器电路102由6个二极管构成，将从输入端子r、s、t输入的交流电力转换成直流电力，输出至平滑电容器103的两个电极。通过整流器电路102的二极管的整流作用，在节点p侧的直流电压配线中发生直流电压vdc作为正电压，在节点n侧的直流电压配线中发生直流电压vdc作为负电压。平滑电容器103在节点p和n中与直流电压配线连接，将配线间的电压平滑化。逆变器电路104将直流电力转换成用于驱动电动机的交流电力转换，向输出端子u、v、w输出。
[0040]
逆变器电路104由u相、v相、w相这3个半桥电路构成。u相半桥电路由开关swu和二极管diu反向并联连接而成的上臂和开关swx和二极管dix反向并联连接而成的下臂构成。同样地，v相半桥电路由开关swv和二极管div、开关swy和二极管diy构成，w相半桥电路由开关sww和二极管diw、开关swz和二极管diz构成。在图1中，将igbt用作开关，但也可以由mosfet构成。另外，半导体器件一般使用硅，但为了低损失化，也可以使用宽隙半导体即sic
(碳化硅)、gan(氮化镓)。在所有开关swu、swv、sww、swx、swy、swz上分别连接有开关驱动电路sdu、sdv、sdw、sdx、sdy、sdz，各开关驱动电路与各开关的发射极、栅极、集电极的各电极连接。发射极、栅极、集电极是igbt的电极名称，在mosfet的情况下，相当于源极、栅极、漏极的电极名称。在所有开关驱动电路中内置通过控制开关的栅极电压来切换开关的导通关断(on和off)的栅极驱动器电路和检测过电流流到开关并迅速切断(关断)开关的过电流保护电路。各开关驱动电路具有其与控制电路105的通信单元，通信单元用于从控制电路105向开关驱动电路传递开关的导通/关断控制信号和从开关驱动电路向控制电路105传递过电流检测信号。
[0041]
电力转换装置101在逆变器电路104和输出端子u、v、w之间具有测量各相的输出电流值的三个电流传感器110u、110v、110w和用于测量它们的测量值的电流测量电路111。电流传感器110u、110v、110w测量从输出端子u、v、w输出的电流值iu、iv、iw，作为模拟电压或电流传递到电流测量电路111。电流测量电路111对该模拟信息进行采样，进行数字数据化并向控制电路105发送。电流测量电路111能够由一般的采样电路和a/d转换电路构成。
[0042]
控制电路105具有对地短路电流测量部121、相间短路电流测量部122、对地短路位置判断部123以及电感值存储部124。在进行对地短路位置调查时，对地短路电流测量部121使上臂的所有开关(swu、swv和sww)或下臂的所有开关(swx、swy和swz)中的任一者导通，从电流测量电路111获取此时发生的对地短路电流的电流值信息，将测量出的u、v、w相的电流值发送到对地短路位置判断部123。相间短路电流测量部122将上臂的开关中的1个(swu、swv或者sww)和与其不同的相的下臂的开关中的1个(swx、swy或者swz)导通，从电流测量电路111获取此时发生的相间短路电流的电流值信息，将测量出的相间短路电流的电流值信息发送到对地短路位置判断部123。对地短路位置判断部123基于测量出的上述对地短路电流和相间短路电流的电流值信息，计算从电力转换装置101至对地短路位置的电动机电缆或者电动机内配线的电感值，通过比较电感值存储部124保持的电动机电缆mc的电感值lc和电动机内部绕阻的电感值lm来判断对地短路位置，将判断结果发送到显示器108和发射机109。
[0043]
此外，控制电路105具有用于电动机的pwm驱动的一般的功能，但因为与本发明的动作无关，所以省略其说明。另外，对于控制电路105内的对地短路电流测量部121、相间短路电流测量部122、对地短路位置判断部123以及电感值存储部124等能够仅由逻辑电路构成的要素，也可以通过微机或可编程逻辑在软件上实现。
[0044]
在图2中示出本实施例中的对地短路位置判断的流程图。图2的流程图通过随着对地短路发生的、保护电路形成的过电流检测信号以及来自输入器106或接收器107的触发而开始。在图2中，开始后，控制电路105实施电动机停止措施(s101)。具体来说，通过关断逆变器电路104的所有开关，停止向电动机的供电，待机至由电流测量电路111测量的所有相的电流值变为0。
[0045]
电动机停止后，对地短路电流测量部121进行对地短路电流的测量(s102)。对地短路电流测量部将上臂的所有开关(swu、swv和sww)或者下臂的所有开关(swx、swy和swz)导通一定时间，此时，电流传感器110u、110v、110w和电流测量电路111测量u相、v相、w相的输出电流值并将其发送到对地短路电流测量部121。
[0046]
在图3中示出在图2中的对地短路电流测量步骤s102中发生了对地短路短路电流
时的电流地路径。在图3中，(a)表示在电动机电缆上发生1相对地短路的情况(w相为对地短路)，(b)表示发生2相电缆长度方向的接近的位置处的对地短路(v相和w相为对地短路)的情况，(c)表示发生3相电缆长度方向的接近的位置处的对地短路的情况。
[0047]
在图3中，发生电流的电动势是变压器的输出(二次侧)的对地电压vtrn。变压器的输出有3相，但电流通过整流器电路102的二极管从对地电压vtrn为正的相流入。在对地电压vtrn为正的相有多个的情况下，电流从多个相流入，但在图3的(a)～(c)中，为了说明的简化，仅记载1相的变压器trn和电源电缆tc以及整流器电路102的二极管。从变压器trn供给且穿过整流器电路102的二极管而流入的电流经由节点p，穿过处于导通状态的逆变器电路104内的3个上臂的开关swu、swv，sww而分流成3个电流。分流的电流经由输出端子u、v、w，在对地短路点s汇流。汇流的电流流经大地et回到变压器trn。
[0048]
存在于电力转换装置101的输出u、v、w至对地短路位置s的电流路径的电感成分由于以下的理由而根据短路相的数量成为不同的值。在以下的说明中，将全长len的电动机电缆的电感设为lc，将各相的电动机绕阻的电感设为lm，将从发生对地短路的相的1个输出至对地短路位置s的电缆的电感设为ls，而且，将从电力转换装置101的输出u、v、w至对地短路位置s的电动机电缆的电感分别设为lu、lv、lw。
[0049]
在图3的(a)的1相对地短路的情况下，在发生对地短路的相(w相)中，lw＝ls，在没有发生对地短路的相(u相和v相)中，lu＝lv＝(lc+lm)+2(lm+lc－ls)＝3(lm+lc)－2ls(设为2(lm+lc－ls)的理由为在该部分流过2倍的电流)。
[0050]
在图3的(b)的2相对地短路的情况下，在发生对地短路的相(v相和w相)中，lv＝lw＝ls，在不发生对地短路的相(u相)中，lu＝(lc+lm)+0.5(lm+lc－ls)＝1.5(lm+lc)－0.5ls(设为0.5(lm+lc－ls)的理由为电流在该部分被分成两半)。
[0051]
在图3的(c)的3相对地短路的情况下，lu＝lv＝lw＝ls。
[0052]
然而，在对地电压vtrn为负的情况下，导通下臂的所有开关(swx、swy和swz)来代替导通上臂的所有开关(swu、swv和sww)。在该情况下，相对于图3的对地短路电流路径，成为电流从节点n分配到swx、swy和swz并流动的路径来代替电流从节点p分配到swu、swv和sww并流动的路径。其结果，除了电流方向变为相反方向以外，其它的电流路径与图3相同。此外，在电流方向为相反方向的情况下，在普通电流传感器中，将电流值测量为负，但在本发明的实施例的说明中，因为电流方向不重要，所有全部设为正(绝对值)进行处理。
[0053]
在图4中示出图2中的对地短路电流测量步骤s102中的各开关的驱动模式例和此时在各相输出中发生的电流波形。在图4中，在时刻t1中导通上臂开关swu、swv、sww，之后，在时刻t2关断上臂开关swu、swv、sww。在时刻t1和t2之间的时间tp1的期间发生对地短路电流，由此，在u相、v相、w相的输出中发生电流。在从时刻t1经过了不超过时刻t2的时间tx1的时刻，电流传感器110u、110v、110w和电流测量电路111测量输出电流，将测量到的电流值iu1、iv1和iw1发送到对地短路电流测量部121。此时测量的电流值iu1、iv1、iw1的大小关系根据发生对地短路的相的数量而不同。理由为，上述的对地短路电流的分流比例由电感lu、lv、lw决定。
[0054]
比较电流值iu1、iv1、iw1，在作为1相对地短路的图3的(a)的情况下，iu1＝iv1＜iw1，在作为2相对地短路即图3的(b)的情况下，iu1＜iv1＝iw1，在作为3相对地短路的图3的(c)的情况下，iu1＝iv1＝iw1。此外，将电流测量电路111的输出电流的测量时间设为在
从时刻t1至不超过时刻t2的时刻进行说明，即使在与关断上臂开关swu、swv、sww的时刻t2同时或在其之后的严格的意义上经过的时刻，因为过渡状态下的对地短路电流流动，所以能够测量在导通上臂开关swu、swv、sww的期间发生的对地短路电流。
[0055]
在此，回到图2的流程图的说明。在上述的对地短路电流测量s102之后，对地短路位置判断部123进行电流值比较(s103)。在比较之前，进行iu1、iv1、iw1的3个电流值的排序，按降序排列为i1、i2、i3。如果在i2和i3同程度且i1比它们大时，对地短路位置判断部123判断为对地短路是1相。另外，如果在i1和i2同程度，且它们比i3大时，判断为对地短路是2相。另外，如果在i1～i3同程度的情况下，判断为对地短路是3相。
[0056]
在电流值比较s103中，在判断为1相对地短路的情况下，根据电流比例计算从电力转换装置101至对地短路位置s的电动机电缆的电感ls(s105)。电感ls能够通过式(1)来计算。
[0057]
ls＝i3/(i1+i2+i3)
·3·
(lc+lm)
…
(1)
[0058]
在此，lc是电动机电缆全长的电感，lm是电动机内的绕阻电感。另外，在1相对地短路的情况下，因为i2＝i3，所以也能够由式(2)来计算。
[0059]
ls＝i2/(i1+2
·
i2)
·3·
(lc+lm)
…
(2)
[0060]
以下对式(1)、式(2)的导出过程进行说明。因为i1是对地短路相的电流，所以时刻t1～t2中的i1由i1＝(∫vtrn
·
dt)/ls表示。另外，因为i2和i3是非对地短路相的电流，所以时刻t1～t2中的i2及i3由i2＝i3＝(∫vtrn
·
dt)/(3(lm+lc)－2ls)表示。这两个式的电感是上述的一相对地短路(图3的(a))的情况下的对地短路相和非对地短路相的电流路径的电感。如果从这两个式消去(∫vtrn
·
dt)，则求出式(1)和式(2)。
[0061]
另一方面，在s103的电流值比较中，在判断为2相对地短路或者3相对地短路的情况下，相间短路电流测量部122实施相间短路电流测量(s106)。
[0062]
在图5中示出在图2中的相间短路电流测量步骤s106中发生了相间短路电流时的电流地路径。在相间短路电流测量s106中，分别导通1个相的上臂的开关和与其不同的相的1个相的下臂的开关，发生相间短路电流。在判断为2相对地短路的情况下，导通通过电流值比较s103而判断为对地短路的2个相中的1个相的上臂的开关和另1个相的下臂开关。另一方面，在判断为3相对地短路的情况下，在任意的2个相中进行相同的操作。于是，在由图中的虚线所示的路径中发生相间短路电流。在图5中，作为例子，对在u相和w相这2相接近的位置发生对地短路的情况进行图示。
[0063]
发生相间短路电流的电动势是平滑电容器103保持的直流电压vdc。从平滑电容器103供给的电流经由节点p和上臂的开关，流入发生对地短路的相(u相)。电流在对地短路位置s流入发生对地短路的另1个相(w相)，经由节点n回到平滑电容器103。此外，除了虚线以外，发生将变压器的输出(二次侧)的对地电压vtrn设为电动势的对地短路电流，但因为对地短路电流路径的电感一般与相间短路路径的电感相比足够大，所以能够无视对地短路电流引起的影响。
[0064]
在图6中示出图2中的相间短路电流测量步骤s106中的各开关的驱动模式例和此时在各相输出中发生的电流波形。在图6中，依次在时刻t5导通上臂的开关swu，在时刻t6导通下臂的开关swz。之后，在时刻t7关断上臂的开关swu，在时刻t8关断下臂的开关swz。2个开关swu和swz双方在导通的时间tp2的期间发生相间短路电流，由此，在2个相(u相、w相)的
输出中发生电流。在上述两个开关从导通的时刻t6经过了不超过时刻t7的时间tx2后，电流传感器110u、110w和电流测量电路111测量输出电流，将测量出的电流值iu2和iw2发送到相间短路电流测量部122。此外，即使在与时刻t7同时或其之后的严格的意义上经过的时刻，因为过渡状态下的相间短路电流流动，所以能够测量在2个开关swu和swz双方导通的期间发生的相间短路电流。
[0065]
然而，如果将相间短路电流的电流量设为i，则i由式(3)表示。
[0066]
i＝(∫[积分范围t6～t6+tx2]vdc
·
dt)/(2
·
ls)
…
(3)
[0067]
在此，tx是上述的两个开关均导通之后的经过时间，vds是平滑电容器103的端子间电压，ls是从电力转换装置101的输出u至对地短路位置s以及从输出w至对地短路位置s的电流路径的电感。
[0068]
在将平滑电容器103的容量设为足够大，使vdc不会因为发生相间短路电流而变化时，ls和i的关系由式(4)表示。
[0069]
ls＝(vdc
·
tx2)/(2
·
i)
…
(4)
[0070]
在此，回到图2的流程图的说明。在上述的相间电流测量s106之后，使用式(3)或者线性且易于使用的式(4)来进行从电力转换装置101至对地短路位置s的电动机电缆的电感ls的计算(s107)。将在对地短路相中测量出的电流值的值代入电流i。
[0071]
根据通过来自电流比例的ls的计算步骤s105和来自电流值的ls的计算步骤s107获得的电感ls、电感值存储部124保持的lc以及lm的值进行对地短路位置判断(s108)。之后，将判断结果向显示器108和发射机109发送(s109)，结束对地短路位置判断的流程。
[0072]
在图7中示出由控制电路105内的对地短路位置判断部123使用的对地短路位置诊断方法。对地短路位置判断部123将计算出的ls转换成对地短路位置判断信息。在图7中示出3个判断方法的例子。判断方法(1)是判断对地短路位置是在电动机电缆上还是在电动机内的方法。为如下方法：在计算出的ls小于电动机电缆的电感值lc时，判断为在电动机电缆上发生对地短路，在计算出的ls大于电动机电缆的电感值lc时，判断为在电动机内部发生对地短路。判断方法(2)是判断电动机电缆上和电动机内部的大致的对地短路位置的方法。为如下方法：在计算出的ls接近0的情况下，判断为在电力转换装置的附近发生对地短路，在计算出的ls在lc的附近稍小的情况下，判断为在电动机附近的电缆上发生对地短路，在计算出的ls在lc的附近稍大的情况下，判断为在电动机内部的连接端子附近发生对地短路，在计算出的ls在lc+lm的附近稍小的情况下，判断为在电动机内的中性点附近发生对地短路。判断方法(3)是详细地判断电动机电缆上的对地短路位置的方法。为如下方法：在将电动机电缆的全长设为100％时，根据ls/lc的值判断从电力转换装置在电动机电缆全长的百分之多少的位置存在对地短路。
[0073]
电感值存储部124保持的lc和lm由输入器106或者接收器107事前输入。也能够使用如下方法：输入使用的电动机电缆的电缆长度len和电缆种类来代替输入电动机电缆的电感值lc，使用与电缆种类相应的比例系数根据电缆长度len计算电感值lm。另外，还有如下方法：利用通常驱动电动机时的自动调谐动作来代替输入电动机内部的绕阻的电感值lm，获取电感值lm+lc，根据从中减去lc所得的值求出。
[0074]
图1所示的显示器108例如由译码器、led驱动器以及2位显示的led段构成。从控制电路105送出的对地短路位置判断结果由译码器解码成led段的数字和文字的显示图案。
led驱动器通过电流信号使解码的显示图案显示于led段。
[0075]
在图8中示出显示于led段的显示图案和其与对地短路位置的对应表。在图8中，(b)显示图案由7段led表现(a)编码。图8的(a)是显示对地短路相的信息的情况。编码a1～a7表示u相、v相、w相的各相中的对地短路发生的有无。图8的(b)是显示对地短路位置的大致信息的情况。编码b1表示对地短路位置是电动机电缆的逆变器附近，编码b2表示对地短路位置是电动机电缆的电动机附近，编码b3表示对地短路位置是电动机绕阻上的端子附近，编码b4表示对地短路位置是电动机绕阻上的中性点附近。图8的(c)是由数值00～99表示电动机电缆上短路位置与逆变器的距离(单位：米)的情况。通过将图8的对应表张贴在电力转换装置的手册或电力转换装置的侧面，使用者能够容易地把握编码和对地短路位置信息的对应。
[0076]
图1所示的发射机109例如由调制器、放大器以及天线构成，从控制电路105送出的对地短路位置判断结果由调制器调制，由放大器进行功率放大，从天线向外部无线发送。虽无图示，但另一设备或系统能够通过接收无线发送的信号并解调来获得对地短路位置判断结果和短路相编号的信息。另外，通过使用平板型终端并在平板型终端中安置内置图8的对应表的应用软件，能够将对地短路位置信息显示于平板型终端的屏幕。
[0077]
如上，根据本实施例，即使在接近的位置发生了多相对地短路的情况下，也能够判断电动机和电缆上的对地短路位置，并将诊断结果通知给使用者、外部的装置或系统。
[0078]
实施例2
[0079]
在图9中示出本实施例中的电力转换装置的结构图。在图9中，对与图1相同的结构标注相同的附图标记，省略其说明。在图9中，与图1不同的点为：简化为将电流传感器仅设置于u相和w相，在v相中没有电流传感器。此外，在图9中，逆变器电路204、控制电路205、对地短路电流测量部221、相间短路电流测量部222、对地短路位置判断部223、电流测量电路211分别与图1中的逆变器电路104、控制电路105、对地短路电流测量部121、相间短路电流测量部122、对地短路位置判断部123、电流测量电路111在仅处理u相、w相的电流传感器的值的点上附图不同，但具有相同的功能，因此也省略其说明。
[0080]
在图9中，电力转换装置201简化成电流传感器仅设置于u相和w相，在v相中没有电流传感器。电流传感器210u、110w测量从输出端子u、w输出的电流值iu、iw，作为模拟电压或电流传递到电流测量电路211。
[0081]
在图10中示出图9中的开关驱动电路sdu、sdv、sdw、sdx、sdy、sdz的结构图。如图10所示，开关驱动电路由逻辑电路151、栅极驱动放大器152、栅极电阻153、比较器154、电容器155、电容器充电用电阻156、电容器放电用开关157、二极管158、恒压源159、160构成。此外，在图10中，因为逆变器电路204具有的6个开关、二极管、开关控制电路是相同的结构，所以省略附图标记sw、di、sd之后的u、v、w、x、y、z的文字进行记述。
[0082]
栅极驱动放大器152和栅极电阻153用于连接的开关sw的导通/关断控制。在来自控制电路205的栅极信号gt为1的情况下，栅极驱动放大器152输出栅极导通电压，开关sw导通，在栅极信号gt为0的情况下，栅极驱动放大器152输出栅极关断电压，开关sw关断。栅极电阻153控制开关速度。另一方面，比较器154、电容器155、电容器充电用电阻156、电容器放电用开关157、二极管158以及恒压源159、160构成过电流检测电路。该过电流检测电路是非饱和电压检测(desaturation detection)方式的电路。恒压源160是过电流阈值电压vt的
电压源，恒压源159是比vt高的电压vcc的电压源。过电流阈值vt是根据流经开关的电流变为过电流阈值ith时的集电极电压确定的值。在开关sw关断的状态下，因为电容器放电用开关157导通，所以比较器的输出为0。另外，在开关sw导通的状态下，在未发生过电流的情况下，因为开关sw(igbt)的集电极的电压足够低，电容器155通过二极管158放电，所以比较器的输出为0。但是，在开关sw导通的状态下，在发生过电流的情况下，开关sw(igbt)的集电极的电压比阈值电压vt高，电容器155不放电。电容器155通过电容器充电用电阻156的充电电流而被充电，如果电容器的电位的超过阈值电压vt，则比较器154输出1，由逻辑电路151强制切断开关。另外，将短路检测设为过电流检测信号det传递到控制电路205。
[0083]
如上，图10所示的开关驱动电路用作带过电流保护功能的栅极驱动器电路，在发生短路之后传递到控制电路205。
[0084]
在图11中示出本实施例中的对地短路位置判断的流程图。在图11中，因为其开始和电动机停止措施(s201)与直至实施例1的图2的步骤s101相同，所以省略。
[0085]
电动机停止后，对地短路电流测量部221进行对地短路电流的测量(s202)。对地短路电流测量部导通上臂的所有开关(swu、swv和sww)或者下臂的所有开关(swx、swy和swz)，待机至基于来自各开关驱动电路的过电流检测信号det的过电流检测。
[0086]
在对地短路电流测量s202中发生对地短路短路电流时的电流的路径与实施例1相同，在1相对地短路的情况下为图3的(a)，在2相对地短路的情况下为图3的(b)，在3相对地短路的情况下为图的3(c)。
[0087]
在图12中示出对地短路电流测量s202中的各开关的驱动模式例和此时在各相输出中发生的电流波形。在时刻t1导通上臂开关swu、swv、sww，之后，在时刻t3关断上臂开关swu、swv、sww。在时刻t1之后，对地短路电流增加，于是最早达到过电流阈值ith的相的开关驱动电路发生过电流检测信号det。在此，因为最早达到过电流阈值ith的相是发生对地短路的相，所以在1相对地短路的情况下，在1个相中发生过电流检测信号det，在2相对地短路的情况下，在2个相中发生过电流检测信号det，在3相对地短路的情况下，在所有相中发生过电流检测信号det。
[0088]
对地短路电流测量部221在接收到上述的过电流检测信号det的时刻测量从时刻t1至接收过电流检测信号det的时间tx1。而且，使电流传感器210u、210w和电流测量电路211测量输出电流，获取u相和w相的电流值iu1和iw1。另外，为了开关保护，迅速关断所有开关(时刻t3)。
[0089]
在此，回到图11的流程图的说明。在上述的对地短路电流测量s202之后，对地短路位置判断部223将过电流检测的相数判断为对地短路相的总数并使处理分支(s203)。在根据过电流检测的相数判断为1相对地短路的情况下，根据电流比例计算从电力转换装置201至对地短路位置s的电动机电缆的电感ls(s205)。在电感ls的计算中使用上述的式(2)。在对地短路相为v相，即在v相中检测到过电流的情况下，在式(2)中，将ith代入i1，将iu1或者iw1代入i2。在对地短路相为u相，即在u相中检测到过电流的情况下，在式(2)中，将ith或者iu1代入i1，将iw1代入i2。在对地短路相为w相，即在w相中检测到过电流的情况下，在式(2)中，将ith或者iw1代入i1，将iu1代入i2。
[0090]
另一方面，在根据过电流检测的相数判断为2相对地短路或者3相对地短路的情况下，相间短路电流测量部222实施相间短路电流测量(s206)。在相间短路电流测量s206中发
生相间短路电流时的电流地路径与实施例1相同，为图5。另外，相间短路电流测量s206中的各开关的驱动模式一例和此时在各相输出中发生的电流波形也与第一实施例相同，为图6。
[0091]
相间短路电流测量部222导通判断为对地短路的相的上臂的1个开关和判断为对地短路的另一相的下臂的1个开关，在从2个开关导通的时刻t6经过时间tx2后，使电流传感器210u、210w和电流测量电路211测量输出电流，获取测量出的电流值iu2和iw2。
[0092]
在相间电流测量s206之后，使用上述的式(3)或者线性且易于使用的式(4)进行从电力转换装置201至对地短路位置s的电动机电缆的电感ls的计算(s207)。在电流i中，将电流值iu2或者iw2中大的一方的值代入i。此外，因为相间短路电流的电流路径穿过2个相的输出，所以即使在其中1个相中没有电流传感器的情况下，因为在剩余的相的输出中具有电流传感器，所以能够根据其测量值获取相间短路电流。
[0093]
s208和s209与图2中的s108和s109相同。
[0094]
如上，根据本实施例，与实施例1相同地，即使在接近的位置发生多相对地短路的情况下，也能够判断电动机和电缆上的对地短路位置，并将诊断结果通知给使用者或外部的装置或系统。
[0095]
实施例3
[0096]
本实施例对将在实施例1、2中说明的电力转换装置作为工业用逆变器应用的例子进行说明。
[0097]
图13是表示将实施例1、2中的电力转换装置作为工业用逆变器应用的例子的图。在图13中，电力转换装置501是在实施例1、2中说明的电力转换装置，在驱动用电动机502之间由电动机电缆503连接。电力转换装置501通过交流电源电缆504从外部供电。电动机502用于驱动空调机、压缩机、输送机、电梯等各种工业用设备。在电动机502内部或电动机电缆503上发生对地短路的情况下，在电力转换装置501所具有的显示器505上显示短路位置的信息，并且通过无线发送向外部的系统通知短路位置。
[0098]
图14是表示将实施例1、2中的电力转换装置应用于铁路车辆的例子的图。在铁路车辆511的地板下设置有在实施例1、2中说明的电力转换装置512、513。在铁路车辆511的台车514、515中备置有驱动用的电动机516、517。电动机和电力转换装置由电动机电缆518、519连接。在电动机516、517的内部或电动机电缆518、519上发生了对地短路的情况下，在电力转换装置512、513所具有的显示器上显示短路位置的信息，并且通过无线发送向外部的系统通知对地短路位置。
[0099]
图15是表示将实施例1、2中的电力转换装置应用于带电动机的汽车的例子的图。在汽车521的内部设置有在实施例1、2中说明的电力转换装置522、523。另外，设置有用于驱动车轮524、525的电动机526、527，由电力转换装置和电动机电缆528、529连接。在电动机526、527的内部或电动机电缆528、529上发生对地短路的情况下，在电力转换装置522、523所具有的显示器上显示短路位置的信息，并且通过无线发送向外部的系统通知短路位置。
[0100]
图16是示出显示实施例1、2中的电力转换装置的对地短路位置判断结果的平板型终端的例子的图。在平板型终端551中有液晶显示屏552，通过安装的应用，根据接收到的编码将对地短路发生位置信息显示于液晶显示屏552。
[0101]
在液晶显示屏552中显示判断结果553～556。判断结果553表示发生短路的零件的判断结果，在该显示例中，“电缆”被突出显示，示出在电缆中发生对地短路的情况。判断结
果554表示对地短路位置的判断结果，在该显示例中，显示在转换装置附近发生对地短路的情况。判断结果555表示对地短路位置与转换装置的距离的计算结果，在该显示例中，显示在距离转换装置3.5m处的电缆上发生对地短路的情况。判断结果556表示对地短路相的判断结果，在该显示例中，显示在u相和w相中发生对地短路的情况。
[0102]
以上，对本发明的实施例进行了说明，但本发明不限于上述的实施例，包括各种变形例。例如，上述的实施例为了易于理解地说明本发明而详细地进行了说明，不一定限于具有说明的所有结构。另外，能够将一个实施例的结构的一部分置换成另一个实施例的结构，另外，也能够在一个实施例的结构中添加另一个实施例的结构。另外，能够对各实施例的结构的一部分追加、删除、置换其它结构。
[0103]
附图说明
[0104]
sw、swu、swv、sww、swx、swy、swz：开关；di、diu、div、diw、dix、diy、diz：二极管；sd、sdu、sdv、sdw、sdx、sdy、sdz：开关控制电路；mc、mcu、mcv、mcw：电动机电缆；mt：电动机；tc：电源电缆；trn：变压器；et：大地和中性线；101：电力转换装置；102：整流器电路；103：平滑电容器；104：逆变器电路；105：控制电路；106：输入器；107：接收器；108：显示器；109：发射机；110u、110v、110w：电流传感器；111：电流测量电路；121：对地短路电流测量部；122：相间短路电流测量部；123：对地短路位置判断部；124：电感值存储部；131：译码器；132：led驱动器；133：led段；141：调制器；142：放大器；151：逻辑电路；152：栅极驱动放大器；153：栅极电阻；154：比较器；155：电容器；156：电容器充电用电阻；157：电容器放电用开关；158：二极管；159、160：恒压源；201：电力转换装置；204：逆变器电路；205：控制电路；210u、210w：电流传感器；211：电流测量电路；221：对地短路电流测量部；222：相间短路电流测量部；223：对地短路位置判断部。