JP2002238299A - インバータの故障検出方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 誤検出の可能性を極力低減し得るインバータ
の故障検出方式を実現する。 【構成】 出力演算器４４は、電流検出器１１および電
圧検出器１２で検出された各相出力電流、出力電圧から
誘導電動機の入力を演算し、出力演算器４５は、速度検
出器１０で検出された誘導電動機の速度帰還値およびイ
ンバータ制御回路２０で演算されたトルクから誘導電動
機の出力を演算する。そして、両演算器４４、４５の出
力偏差とレベル設定器４８で設定した値とを比較器４７
で比較し、前者が後者以上のとき、速度検出器１０の異
常と判断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、誘導電動機等を駆動
制御するインバータの故障検出方式に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】この種インバータの故障検出方式として
は従来から種々の構成のものが開発されている。例え
ば、特開昭６２−２９０３６２号公報には、制御指令で
ある基準正弦波信号と出力電圧信号との差を演算し、こ
の差信号のレベルを異常電圧設定値と比較することによ
り故障検出を行うことで、高速度の検出を可能とする技
術が開示されている。また、特開平２−２９９４２１号
には、主として過負荷検出の目的で、上掲公知資料と同
様の検出方式が開示されている。

【０００３】更に、例えば特開平２−６５６６８号公報
には、電流基準信号と出力電流フィードバック信号とを
比較し、この比較結果が所定値を越えると故障信号を発
生させることで、センサー系を含めた広範囲の故障検出
を可能とする技術が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、以上で示し
た従来公知のインバータの故障検出方式は、出力電圧や
出力電流の検出値のみから故障検出を行うそれ以前の方
式に比較して、その検出感度が増大し、結果として高速
度広範囲の故障検出を実現し得るものであるが、この種
インバータに採用される具体的な制御装置に適用した場
合、その制御動作特性等との関係で問題が発生する。即
ち、制御応答特性とも関連するが例えば、電圧指令値が
何らかの要求で急速に変化した場合、対象範囲の装置動
作には全く異常がないのに誤って異常発生と判断し、通
常、故障検出に基づいて実行される警報表示、負荷遮断
や装置停止等が実際に行われて無用な損害が生じる。

【０００５】この発明は以上のような問題点を解消する
ためになされたもので、その目的は誤検出の可能性を極
力低減し得るインバータの故障検出方式を提供すること
にある。また、この発明は上記誤検出の防止を、インバ
ータ制御回路の電流制御系および電圧制御系で実現し、
更に、故障検出時の故障発生範囲を限定せんとするもの
である。更にこの発明は、上記誤検出の防止を、複数の
インバータの出力側を互いに並列に接続してなる多重系
インバータの制御回路に採用される循環電流制御系でも
実現せんとするものである。また、この発明は、３相交
流電圧、電流を出力するインバータの制御回路における
電流制御系および電圧制御系の故障検出を、高い信頼度
で実現せんとするものである。また、この発明は、いわ
ゆる３レベルインバータにおける直流電圧バランス異常
を高い信頼度で検出することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
るインバータの故障検出方式は、出力電圧と出力電流と
から電動機の入力を演算する第１の出力演算手段、トル
クと速度検出器から検出された上記電動機の速度帰還値
とから上記電動機の出力を演算する第２の出力演算手
段、および上記第１および第２の出力演算手段の出力の
偏差を演算しその偏差が所定の設定値以上のとき上記速
度検出器の異常として検出する故障検出手段を備えたも
のである。

【０００７】また、請求項２に係るインバータの故障検
出方式は、出力電圧と出力電流とから電動機の入力を演
算する第１の出力演算手段、トルクと速度検出器から検
出された上記電動機の速度帰還値とから上記電動機の出
力を演算する第２の出力演算手段、および上記第１およ
び第２の出力演算手段の出力の偏差を演算し所定の設定
値以上の偏差が所定の設定時間以上継続したとき上記速
度検出器の異常として検出する故障検出手段を備えたも
のである。

【０００８】また、請求項３に係るインバータの故障検
出方式は、３相交流電圧、電流を出力するインバータの
各相の電流指令値と電流帰還値との偏差を加算して零相
電流を検出しその零相電流が所定の設定値以上のとき電
流制御系の異常またはインバータ地絡として検出する故
障検出手段を備えたものである。

【０００９】また、請求項４に係るインバータの故障検
出方式は、上記各相の電流指令値と電流帰還値との偏差
を加算して零相電流を検出し所定の設定値以上の零相電
流が所定の設定時間以上継続したとき電流制御系の異常
またはインバータ地絡として検出する故障検出手段を備
えたものである。

【００１０】また、請求項５に係るインバータの故障検
出方式は、３相交流電圧、電流を出力するインバータの
各相の電圧指令値と電圧帰還値との偏差を加算して零相
電圧を検出しその零相電圧が所定の設定値以上のとき電
圧制御系の異常またはインバータ地絡として検出する故
障検出手段を備えたものである。

【００１１】また、請求項６に係るインバータの故障検
出方式は、上記各相の電圧指令値と電圧帰還値との偏差
を加算して零相電圧を検出し所定の設定値以上の零相電
圧が所定の設定時間以上継続したとき電圧制御系の異常
またはインバータ地絡として検出する故障検出手段を備
えたものである。

【００１２】また、請求項７に係るインバータの故障検
出方式は、３レベルインバータの直流電源側の各コンデ
ンサの極間電圧を検出する電圧検出器、これら電圧検出
器の出力が一定の範囲内でバランスするように上記３レ
ベルインバータの点弧幅を制御する手段、上記電圧検出
器の出力の偏差を演算する加算器、およびこの加算器か
らの偏差出力が所定の設定値以上のとき直流電圧バラン
ス異常として検出する故障検出手段を備えたものであ
る。

【００１３】また、請求項８に係るインバータの故障検
出方式は、上記各コンデンサの極間電圧を検出する電圧
検出器、これら電圧検出器の出力が一定の範囲内でバラ
ンスするように上記３レベルインバータの点弧幅を制御
する手段、上記これら電圧検出器の出力の偏差を演算す
る加算器、およびこの加算器から所定の設定値以上の偏
差出力が所定の設定時間以上継続して出力されたとき直
流電圧バランス異常として検出する故障検出手段を備え
たものである。

【００１４】

【作用】この発明の請求項１に係るインバータの故障検
出方式においては、電圧、電流から求めた電動機入力
と、速度帰還値から求めた電動機出力との偏差か設定値
以上となったとき速度帰還値に異常ありとして判断す
る。

【００１５】また、請求項２に係るインバータの故障検
出方式においては、更に、設定値以上の偏差出力が設定
時間以上継続したとき故障と検出する。従って、例え
ば、制御で生じる高調波成分等による誤検出が防止され
る。

【００１６】また、請求項３に係るインバータの故障検
出方式においては、零相電流が設定値以上のとき電流制
御系の異常またはインバータ地絡として検出する。

【００１７】また、請求項４に係るインバータの故障検
出方式においては、更に、設定値以上の零相電流検出出
力が設定時間以上継続したとき故障と検出する。従っ
て、例えば、制御で生じる高調波成分等による誤検出が
防止される。

【００１８】また、請求項５に係るインバータの故障検
出方式においては、零相電圧が設定値以上のとき電圧制
御系の異常またはインバータ地絡として検出する。

【００１９】また、請求項６に係るインバータの故障検
出方式においては、更に、設定値以上の零相電圧検出出
力が設定時間以上継続したとき故障と検出する。従っ
て、例えば、制御で生じる高調波成分等による誤検出が
防止される。

【００２０】また、請求項７に係るインバータの故障検
出方式においては、コンデンサ電圧の偏差出力が設定値
以上のとき直流電圧バランス異常とし検出する。

【００２１】また、請求項８に係るインバータの故障検
出方式においては、更に、設定値以上の偏差出力が設定
時間以上継続したとき故障と検出する。従って、例え
ば、制御で生じる高調波成分等による誤検出が防止され
る。

【００２２】

【実施例】実施例１．図１はこの発明の実施例１による
インバータの故障検出方式を示すもので、３相誘導電動
機を駆動するインバータ装置の全体構成図である。図に
おいて、１は図示しない直流電源の両極端子間に接続さ
れた平滑用のコンデンサ、２はパワートランジスタ２Ｔ
とこれと逆並列接続されたダイオード２Ｄとを１アーム
としＵ，Ｖ，Ｗ３相ブリッジ接続に構成され可変電圧・
可変周波数の交流電力を出力するインバータ主回路であ
る。なお、Ｖ相、Ｗ相の各アーム素子についてはＵ相と
同様であり、図示を省略している。３はインバータ主回
路２からの出力電圧、出力電流の供給を受けて駆動され
る３相誘導電動機である。

【００２３】１０は誘導電動機３の回転速度を検出する
速度検出器、１１はインバータ主回路２の各相毎の出力
電流を検出し電流帰還値として出力する電流検出器であ
る。２０は速度指令値に基づき最終的にインバータ主回
路２の各相各アームのパワートランジスタ２Ｔをオンオ
フ制御するためのゲート信号を送出するインバータ制御
回路で、ここではいわゆるベクトル制御方式を採用した
ＰＷＭ制御回路を例にとり以下説明する。また、その内
部構成は、各実施例の故障検出手段の説明との関係で、
適宜、必要な構成部分を抽出して具体的に図示し、残り
はブラックボックスの形での表示に留めるものとする。

【００２４】従って、先ず、故障検出手段を含まないイ
ンバータ制御回路２０全体について図２に基づき詳細に
説明する。図において、先ず加算器２１で速度指令値と
速度帰還値との偏差を演算し、その偏差出力を速度コン
トローラ２２で増幅してトルク電流指令値（Ｉ_ｑ）とし
て出力する。２３はインバータ主回路２の電流定格から
トルク電流指令値を一定範囲内に収めるため一定値以上
で飽和特性をもたせたリミッタ回路である。リミッタ回
路２３からのトルク電流指令値（Ｉ_ｑ）と別途図示しな
い界磁設定器で作成された励磁電流指令値（Ｉ_ｄ）とは
２相／３相変換器２４で変換されＵ相、Ｖ相、Ｗ相電流
指令値として出力される。

【００２５】なお、図中下方に示す式は、２相／３相変
換器２４で処理する演算式で、式中、ωは出力電源周波
数に同期した角速度である。

【００２６】以下、Ｕ相を例にとって説明すると、加算
器２５で、Ｕ相電流指令値とＵ相電流帰還値との偏差を
とり、電流コントローラ２６に入力して電流制御（例え
ば、ＰＩ動作、ＰＩＤ動作の制御）を行い、Ｕ相電圧指
令値として出力する。また、この出力に関して、インバ
ータ主回路２の定格以上の電圧が出力されないよう、電
圧指令値を一定範囲内に収めるためリミッタ回路２７を
設けており、この出力をＰＷＭ制御回路２８でゲート信
号にしてインバータ主回路２に送出する。

【００２７】次に図１に戻り、この発明の実施例１の要
部である故障検出手段について説明する。図において、
３０は加算器２５からの偏差出力がレベル設定器３１か
らの設定値（通常、定格の１０％程度に設定）以上のと
き出力を”Ｈ”レベルにする比較手段としての比較器、
３２は電流コントローラ２６からの出力に制限を加える
リミッタ回路２７の動作点が飽和域にあるとき出力を”
Ｈ”レベルにする飽和検出手段としての飽和検出器、３
３は比較器３０と飽和検出器３２とからの出力信号を入
力して動作する故障検出手段としてのアンド回路であ
る。

【００２８】次に故障検出の動作について説明する。加
算器２５からの偏差出力、即ち電流指令値と電流帰還値
との偏差が瞬時でもレベル設定器３１からの設定値以上
となると比較器３０が一応故障発生と推定し得る信号を
出力する点は従来と同一である。しかるに、この発明で
は、比較器３０の出力のみでは最終的に故障発生と判断
せず、同時に飽和検出器３２からの出力があることを条
件（アンド回路３３）に故障発生と判断する。即ち、偏
差出力を入力してＰＩＤ動作等を行う電流コントローラ
２６の出力レベルがリミッタ回路２７の飽和域設定レベ
ル以上にあることをアンド条件に故障発生と判断する。

【００２９】このように、飽和検出器３２の出力をアン
ド条件に加えることにより、例えば、装置の立ち上がり
の過渡時に生じ易い誤検出動作を回避することができ
る。即ち、起動で電流指令値が零から急峻に立ち上がる
と当然加算器２５からの偏差出力は急増し、比較器３０
の出力は”Ｈ”レベルとなる。しかし、電流コントロー
ラ２６では積分要素によりその出力は通常、リミッタ回
路２７の飽和域設定レベル以下に抑えられる。従って、
飽和検出器３２の出力は”Ｌ”レベルを維持し、アンド
回路３３の出力も”Ｌ”レベルを維持する。

【００３０】その後、誘導電動機３が正常に速度を上昇
していくと、電流帰還値も次第に立ち上がり、加算器２
５からの偏差出力は次第に減少し、電流コントローラ２
６の出力もリミッタ回路２７の不飽和域内のレベル内に
維持される。即ち、一時比較器３０が動作することはあ
っても、アンド回路３３は動作せず誤検出が防止され
る。

【００３１】しかし、例えば電流検出器１１に不具合が
発生し電流帰還値の異常が継続すると、比較器３０は勿
論、動作状態を継続するが、電流コントローラ２６の出
力も次第に増大し、やがてリミッタ回路２７の飽和域設
定レベルを越えて飽和検出器３２が動作しアンド回路３
３が故障検出を行う。この場合、電流制御系異常として
出力するが、具体的には電流検出器１１の異常とインバ
ータ主回路２の異常とが考えられる。なお、以上では図
示したＵ相について説明したがＶ相、Ｗ相においても全
く同様である。

【００３２】実施例２．図３はこの発明の実施例２によ
るインバータの故障検出方式を示すもので、実施例１の
図１と異なるのは、比較器３０とアンド回路３３との間
にタイマー設定器３４を挿入した点のみである。即ち、
この実施例２においては、比較器３０からの出力がタイ
マー設定器３４で設定した時間（例えば１０ｍＳ程度）
以上継続して始めてその出力がアンド回路３３に送出さ
れる。これによって以下の効果が期待できる。

【００３３】即ち、インバータ主回路２から出力される
電圧は、パルス状の波形を有しており、これにより流れ
る電流も多くの高調波成分を含んでいる。従って、加算
器２５からの電流偏差出力を基に動作する比較器３０も
この高調波成分で誤動作する可能性が高い。従って、一
定時間以上の出力継続を条件に動作するタイマー設定器
３４の追設により、特に検出信号の高調波成分による故
障誤検出動作を回避することができる。

【００３４】実施例３．図４はこの発明の実施例３によ
るインバータの故障検出方式を示す全体構成図である。
図１と同一符号の部分はそれぞれ同一または相当部分を
示すが、この実施例は電圧制御系の異常を検出するもの
である。図において、１２はインバータ主回路２の各相
毎の出力電圧を検出し電圧帰還値として出力する電圧検
出器である。３５はリミッタ回路２７からのＵ相電圧指
令値と電圧検出器１２からのＵ相電圧帰還値との偏差を
演算する加算器、３６は加算器３５からの偏差出力がレ
ベル設定器３７からの設定値以上のとき出力を”Ｈ”レ
ベルにする比較手段としての比較器、３８はリミッタ回
路２７の動作点が飽和域にあるとき出力を”Ｈ”レベル
にする飽和検出手段としての飽和検出器、３９は入力信
号レベルを反転して出力するノット回路、４０は比較器
３６とノット回路３９とからの出力信号を入力して動作
する故障検出手段としての比較器である。

【００３５】次に故障検出の動作について説明する。加
算器３５からの偏差出力、即ち、電圧指令値と電圧帰還
値との偏差が瞬時でもレベル設定器３７からの設定値以
上となると比較器３６が一応故障発生と推定し得る信号
を出力する点は従来と同一である。しかるに、この発明
では、比較器３６の出力のみでは最終的に故障発生と判
断せず、同時にノット回路３９からの出力があることを
条件（比較器４０）に故障発生と判断する。即ち、電圧
指令値を一定範囲内に収めるリミッタ回路２７の動作点
が飽和域にあるときでない、従って飽和域にないことを
アンド条件に故障発生と判断する。

【００３６】このように、リミッタ回路２７の動作点が
飽和域にないことをアンド条件に加えるようにしたのは
以下の理由による。即ち、この電圧リミッタにかかって
いないときは電圧指令値と電圧帰還値との関係は線形と
なって電圧帰還値が電圧指令値に追従する正常な制御動
作が行われるが、電圧リミッタにかかるとＰＷＭ電圧制
御の場合、電圧指令値である信号波が変調波の三角波の
ピーク値以上となり電圧指令値と電圧帰還値との関係が
非線形となり電圧指令値に合致した電圧出力が得られず
結果として加算器３５からかなりの偏差量が出力され
る。そこで、このような場合を故障と検出することがな
いよう、飽和検出器３８の出力をノット回路３９により
反転して比較器４０に入力することにより、比較器４０
を不動作とする訳である。

【００３７】一方、電圧リミッタにかかっておらず、加
算器３５からの偏差出力が設定値以上になると、電圧検
出器１２またはインバータ主回路２の異常と想定される
ので、これを電圧制御系異常として比較器４０により検
出する。

【００３８】実施例４．図５はこの発明の実施例４によ
るインバータの故障検出方式を示すもので、実施例３の
図４と異なるのは、比較器３６と比較器４０との間にタ
イマー設定器４１を挿入した点のみである。この場合
も、実施例２で説明したと同様、検出信号の高調波成分
による故障誤検出動作を回避できるという効果がある。

【００３９】実施例５．図６は以上の実施例を組み合わ
せて検出時の故障発生対象の限定を図った実施例５によ
るインバータの故障検出方式の要部を示すものである。
即ち、ノット回路４２およびアンド回路４３を追加し、
実施例１または２の電流制御系異常および実施例３また
は４の電圧制御系異常の出力を、前者については直接、
後者についてはノット回路４２を介してそれぞれアンド
回路４３に入力し、そのアンド条件成立で電流検出器異
常として故障検出を行うものである。

【００４０】前述した通り、電流制御系異常検出時はイ
ンバータ主回路２また電流検出器１１の異常が想定され
るが、この内前者のインバータ主回路２が異常であると
きは電圧制御系異常も出力され、アンド回路４３の条件
を不成立とする。従って、アンド回路４３で検出される
ものは後者の電流検出器１１の異常の場合に限定される
ことになる。

【００４１】同様の考え方により、図示は省略するが、
電圧制御系異常の出力は直接、電流制御系異常の出力は
ノット回路４２を介してそれぞれアンド回路４３に入力
する接続とすることにより、電圧検出器１２の異常を分
離して検出することも可能である。

【００４２】実施例６．図７はこの発明の実施例６によ
るインバータの故障検出方式の全体構成を示すもので、
特に速度検出器１０の異常を検出するものである。図に
おいて、第１の出力演算手段としての出力演算器４４
は、それぞれ電流検出器１１および電圧検出器１２で検
出された各相出力電流Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗおよび各相出力
電圧Ｖ_Ｕ，Ｖ_Ｖ，Ｖ_Ｗからインバータの出力＝誘導電動
機の入力＝Ｐ１を演算する。以下にその演算式を示す。 Ｐ１＝Ｉ_Ｕ×Ｖ_Ｕ＋Ｉ_Ｖ×Ｖ_Ｖ＋Ｉ_Ｗ×Ｖ_Ｗ また、第２の出力演算手段としての出力演算器４５は、
速度検出器１０で検出された誘導電動機３の速度帰還値
ω_ｒおよびインバータ制御回路２０で演算されたトルク
Ｔから誘導電動機の出力＝Ｐ２を演算する。以下にその
演算式を示す。 Ｐ２＝Ｔ×ω_ｒ ここで、トルクＴはトルク電流Ｉ_ｑ、磁束Φ、および誘
導電動機により決まるトルク係数ＫＩから下式により求
まる。 Ｔ＝ＫＩ×Φ×Ｉ_ｑ

【００４３】上式で示されるＰ１は誘導電動機３の入力
であり、Ｐ２は誘導電動機３の軸出力であるので、両者
の間には誘導電動機３の銅損分（電動機内部抵抗による
損失）Ｐ_ｒの差分が存在する。即ち、 Ｐ１＝Ｐ２＋Ｐ_ｒ 但し、Ｐ_ｒは定格時のＰ２に対して１％程度と小さく、
以下で説明する故障検出に際しては、検出時の設定値に
このＰ_ｒの値を考慮することにより、実用上無視するこ
とができる。

【００４４】即ち、故障検出は、両出力演算器４４、４
５の出力の偏差を加算器４６で演算し、更に比較器４７
でその偏差出力がレベル設定器４８からの設定値以上か
否かを判断することで行う。この設定値は、定格の５〜
１０％に選定し、偏差出力が瞬時でも設定値以上となる
と故障を検出する。そして、この故障検出は、Ｐ１，Ｐ
２の演算に必要な入力が、誘導電動機の速度以外はすべ
てインバータ出力の電圧、電流から求めることができる
変数であるため、偏差出力の増大は速度検出器１０の異
常によるものとして判断するものである。

【００４５】実施例７．図８はこの発明の実施例７によ
るインバータの故障検出方式を示す全体構成図で、実施
例６の図７と異なるのは比較器４７の出力側にタイマー
設定器４９を挿入した点のみである。即ち、比較器４７
の検出出力がタイマー設定器４９の設定時間以上継続し
たとき速度検出器異常と判断する。これにより、実施例
２等で説明したと同様、検出信号の高調波成分による故
障誤検出動作を回避することができる。

【００４６】実施例８．図９はこの発明の実施例８によ
るインバータの故障検出方式を示す全体構成図である。
ここでは、先の図８の最終段のタイマー設定器４９の出
力側にアンド回路５０を挿入している。そして、このア
ンド回路５０には実施例１または２の電流制御系異常の
出力および実施例３または４の電圧制御系異常の出力の
それぞれ反転信号を入力する。先の実施例７で電流制御
系あるいは電圧制御系に異常がある場合、その出力電
圧、電流から演算された電動機入出力の値には信頼性が
なくなるため、この場合にはたとえ偏差出力が大きくな
っても故障検出とせず、電流制御系および電圧制御系が
共に正常な場合に限り速度検出器の異常として出力す
る。

【００４７】これにより、故障検出時の故障発生対象を
速度検出器のみに確実に限定することができる。なお、
ここでは図８の回路にアンド回路５０を追加する構成と
したが、タイマー設定器４９を使用しない図７の回路に
アンド回路５０を追加する構成としてもよいことは勿論
である。

【００４８】実施例９．図１０はこの発明の実施例９に
よるインバータの故障検出方式を示す全体構成図であ
る。ここでは、２台のインバータ主回路２Ａおよび２Ｂ
をその出力側をリアクトル４を介して並列に接続して共
通の誘導電動機３に電力を供給する多重系インバータを
構成している。以下、この多重系インバータの循環電流
（両インバータ主回路２Ａ，２Ｂの出力電流差分が相
当）制御系を中心に説明する。この循環電流制御系もイ
ンバータ制御回路２０内に構成されている。

【００４９】図において、５１は電流検出器１１Ａで構
成されたインバータ主回路２Ａ側の電流帰還値と電流検
出器１１Ｂで検出されたインバータ主回路２Ｂ側の電流
帰還値との偏差、即ち循環電流帰還値を演算する加算
器、５２は循環電流帰還値を増幅して循環電流制御を行
い循環電流制御出力を作成する循環電流コントローラ、
５３は循環電流制御出力を一定範囲内に収めるため一定
値以上で飽和特性をもたせたリミッタ回路である。

【００５０】次に循環電流制御系異常を検出する故障検
出手段について説明する。図において、５４は加算器５
１からの偏差出力がレベル設定器５５からの設定値以上
のとき出力を”Ｈ”レベルにする比較手段としての比較
器、５６は循環電流コントローラ５２からの出力に制限
を加えるリミッタ回路５３の動作点が飽和域にあるとき
出力を”Ｈ”レベルにする飽和検出手段としての飽和検
出器、５７は比較器５４と飽和検出器５６とからの出力
を入力して動作する故障検出手段としてのアンド回路で
ある。

【００５１】次に故障検出の動作について説明する。加
算器５１からの循環電流帰還値が瞬時でもレベル設定器
５５からの設定値以上となると比較器５４が一応故障発
生と推定し得る信号を出力する点は従来と同一である。
しかるに、この実施例では、比較器５４の出力のみでは
最終的に故障発生と判断せず、同時に飽和検出器５６か
らの出力があることを条件に故障発生と判断する。即
ち、循環電流コントローラ５２の出力レベルがリミッタ
回路５３の飽和域設定レベル以上にあることをアンド条
件に故障発生と判断する。

【００５２】このように、循環電流コントローラ５２の
出力が飽和レベルにあるときのみ故障検出を行うように
したのは、同出力が飽和レベルに達していない段階で
は、同コントローラ５２の働きで正常な状態に復帰する
可能性があるため、あえて故障と判断しないこととした
ためである。また、このような判断方式としても、各イ
ンバータ主回路２Ａ，２Ｂ個々の制御系に異常がない限
り、循環電流制御系としては特に支障がなく、またこの
方式とすることで本来の制御動作が不要に阻害されるこ
ともない。なお、以上では図示したＵ相について説明し
たが、Ｖ相，Ｗ相についても全く同様である。

【００５３】実施例１０．図１１はこの発明の実施例１
０によるインバータの故障検出方式を示す全体構成図
で、実施例９の図１０と異なるのは比較器５４とアンド
回路５７との間にタイマー設定器５８を挿入した点のみ
である。即ち、比較器５４の検出出力がタイマー設定器
５８の設定時間以上継続したときその出力をアンド回路
５７に送出する。これにより、実施例２等で説明したと
同様、検出信号の高調波成分による故障誤検出動作を回
避することができる。

【００５４】実施例１１．図１２はこの発明の実施例１
１によるインバータの故障検出方式を示す全体構成図で
ある。ここでは、加算器５９Ｕ，５９Ｖおよび５９Ｗに
おいて、各相毎に電流指令値と電流帰還値との偏差を演
算し、更に、加算器６０で各加算器５９Ｕ，５９Ｖ，５
９Ｗからの偏差出力の緩和を演算して零相電流を出力す
る。そして、この加算器６０からの零相電流出力が瞬時
でもレベル設定器６１からの設定値以上になると故障検
出手段としての比較器６２がこれを検出して電流制御系
異常またはインバータ地絡として故障検出を行う。

【００５５】なお、既に説明した各種故障検出手段と組
み合わせることにより故障発生対象を限定することもで
きる。例えば電流制御系の故障検出手段と組み合わせ、
その電流制御系異常が検出されていないときにこの実施
例１１による比較器６２が故障検出をした場合には、故
障発生対象をインバータ地絡に限定することができる。

【００５６】実施例１２．図１３はこの発明の実施例１
２によるインバータの故障検出方式を示す全体構成図
で、実施例１１の図１２と異なるのは比較器６２の出力
側にタイマー設定器６３を挿入した点のみである。即
ち、比較器６２の検出出力がタイマー設定器６３の設定
時間以上継続したとき電流制御系異常またはインバータ
地絡として故障検出を行う。これにより、実施例２等で
説明したと同様、検出信号の高調波成分による故障誤検
出動作を回避することができる。

【００５７】実施例１３．図１４はこの発明の実施例１
３によるインバータの故障検出方式を示す全体構成図
で、先の実施例１１（図１２）と異なるのは、比較器６
２の出力側にアンド回路６４を挿入している点のみであ
る。そして、このアンド回路６４には別途図示しない地
絡検出器からのインバータ地絡異常の出力の反転信号を
入力する。この結果、アンド回路６４はインバータ地絡
異常が検出されていないときで、かつ比較器６２からの
出力があったとき故障検出信号を出力する。従って、そ
の故障検出は電流制御系異常を検出することになり、実
施例１１の場合に比較してその故障発生対象の範囲を限
定することができる。勿論、既述した他の実施例による
故障検出手段と適宜組み合わせることにより、故障発生
対象の範囲を更に限定して例えば電流検出器異常として
故障検出を行うことも可能となる。

【００５８】実施例１４．なお、実施例１１ないし１３
では、各相の電流指令値と電流帰還値との偏差をとり更
にこの各相の偏差出力の和をとって零相電流を求めた
が、各相の電流帰還値のみを使用し、これらの和をとっ
て零相電流を求めるようにしても同等の効果が得られ
る。

【００５９】実施例１５．図１５は、この発明の実施例
１５によるインバータの故障検出方式を示す全体構成図
である。ここでは、加算器６５において各相電圧帰還値
の緩和を演算して零相電圧を出力する。そして、加算器
６５からの零相電圧出力が瞬時でもレベル設定器６６か
らの設定値以上になると故障検出手段としての比較器６
７がこれを検出して電圧制御系異常またはインバータ地
絡として故障検出を行う。

【００６０】なお、既に説明した各種故障検出手段と組
み合わせることにより故障発生対象を限定することもで
きる。例えば、電圧制御系の故障検出手段と組み合わ
せ、その電圧制御系異常が検出されていないときにこの
実施例１５による比較器６７が故障検出をした場合に
は、故障発生対象をインバータ地絡に限定することがで
きる。

【００６１】実施例１６．図１６はこの発明の実施例１
６によるインバータの故障検出方式を示す全体構成図
で、実施例１５の図１５と異なるのは比較器６７の出力
側にタイマー設定器６８を挿入した点のみである。即
ち、比較器６７の検出出力がタイマー設定器６８の設定
時間以上継続したとき電圧制御系異常またはインバータ
地絡として故障検出を行う。これにより、実施例２等で
説明したと同様、検出信号の高調波成分による故障誤検
出動作を回避することができる。

【００６２】実施例１７．なお、実施例１５，１６で
は、各相の電圧帰還値の和をとって零相電圧を求めた
が、各相の電圧指令値と電圧帰還値との偏差をとり更に
この各相の偏差出力の和をとって零相電圧を求めるよう
にしても同等の効果が得られる。

【００６３】実施例１８．図１７はこの発明の実施例１
８によるインバータの故障検出方式を示す全体構成図で
ある。ここでは、３種類の電圧レベルが出力可能ないわ
ゆる３レベルインバータを扱っており、特にその入力側
の直流電圧バランス異常を検出するものである。図にお
いて、５Ａおよび５Ｂは直流電源の両極端子Ｐ，Ｎ間に
互いに直列になって接続されたコンデンサで、３レベル
インバータ主回路６はその入力側が直流電源の両極端子
Ｐ，Ｎと両コンデンサ５Ａ，５Ｂの中間接続端子Ｃとの
に接続され、可変電圧、可変周波数の３相交流電圧、電
流を出力して誘導電動機３を駆動する。

【００６４】１３Ａおよび１３Ｂはそれぞれコンデンサ
５Ａおよび５Ｂの電圧を検出する直流電圧検出器、６９
は直流電圧検出器１３Ａからの電圧帰還値と直流電圧検
出器１３Ｂからの電圧帰還値との偏差を演算する加算
器、７０は加算器６９からの偏差出力がレベル設定器７
１からの設定値以上のとき直流電圧バランス異常として
出力する故障検出手段としての比較器である。

【００６５】次に動作について説明する。インバータ制
御回路２０は入力された速度指令値に基づき必要なゲー
ト信号をインバータ主回路６の各アームのトランジスタ
６Ｔに供給する。これにより、インバータ主回路６は所
定の電圧、電流の出力を誘導電動機３に供給する。ここ
で、この制御動作の詳細は周知であるのでその説明は省
略するが、制御動作の一部としてコンデンサ５Ａと５Ｂ
との電圧が一定の範囲内でバランスするよう各相各トラ
ンジスタ６Ｔの点弧幅が制御される。即ち、直流電圧バ
ランス制御がなされる。

【００６６】今、このバランスが崩れ加算器６９からの
偏差出力が瞬時でもレベル設定器７１からの設定値以上
となると比較器７０がこれを検出して直流電圧バランス
異常として出力する。

【００６７】実施例１９．図１８はこの発明の実施例１
９によるインバータの故障検出方式を示す全体構成図
で、実施例１８の図１７と異なるのは比較器７０の出力
側にタイマー設定器７２を挿入した点のみである。即
ち、比較器７０の検出出力がタイマー設定器７２の設定
時間以上継続したとき直流電圧バランス異常として故障
検出を行う。これにより、実施例２等で説明したと同
様、検出信号の高調波成分による故障誤検出動作を回避
することができる。

【００６８】実施例２０．なお、上記各実施例では、比
較手段として各種の偏差出力が設定値以上となるとその
出力が”Ｈ”レベルとなる比較器を使用したが、必ずし
もこのような出力形態で動作するものに限定される訳で
はない。また、上記各実施例では、複数条件の成立をア
ンド回路で判断するようにしたが、前段出力形態を考慮
し故障検出として要求される条件が実質的に同時に具備
するか否かを判断できるものであれば、他の種類の論理
回路等を用いて行うようにしてもよい。

【００６９】更に、インバータ主回路を構成するスイッ
チング素子としては、パワートランジスタに限らず、サ
イリスタ等他の種類の素子であってもよく、また、負荷
としても誘導電動機に限られる訳ではない。また、制御
方式もベクトル制御、ＰＷＭ制御に限られる訳ではな
い。

【００７０】

【発明の効果】以上のように、この発明の請求項１に係
るインバータの故障検出方式においては、電圧、電流か
ら求めた電動機入力と、速度帰還値から求めた電動機出
力との偏差が設定値以上であることを条件に故障検出す
る構成としたので、速度検出器の異常を検出することが
できる。

【００７１】また、請求項２に係るインバータの故障検
出方式においては、更に、設定値以上の偏差出力が設定
時間以上継続するという条件を付加して故障検出する構
成としたので、検出信号の高調波成分等による故障誤検
出動作を回避することができる。

【００７２】また、請求項３に係るインバータの故障検
出方式においては、各相の電流指令値と電流帰還値との
偏差を加算して零相電流を求め、この零相電流が設定値
以上であることを条件に故障検出する構成としたので、
電流制御系異常またはインバータ地絡を検出することが
できる。

【００７３】また、請求項４に係るインバータの故障検
出方式においては、更に、設定値以上の零相電流が設定
時間以上継続するという条件を付加して故障検出する構
成としたので、検出信号の高調波成分等による故障誤検
出動作を回避することができる。

【００７４】また、請求項５に係るインバータの故障検
出方式においては、各相の電圧指令値と電圧帰還値との
偏差を加算して零相電圧を求め、この零相電圧が設定値
以上であることを条件に故障検出する構成としたので、
電圧制御系異常またはインバータ地絡を検出することが
できる。

【００７５】また、請求項６に係るインバータの故障検
出方式においては、更に、設定値以上の零相電圧が設定
時間以上継続するという条件を付加して故障検出する構
成としたので、検出信号の高調波成分等による故障誤検
出動作を回避することができる。

【００７６】また、請求項７に係るインバータの故障検
出方式においては、各コンデンサの電圧検出値の偏差が
設定値以上であることを条件に故障検出する構成とした
ので、３レベルインバータにおける直流電圧バランス異
常を検出することができる。

【００７７】また、請求項８に係るインバータの故障検
出方式においては、更に、設定値以上の偏差出力が設定
時間以上継続するという条件を付加して故障検出する構
成としたので、検出信号の高調波成分等による故障誤検
出動作を回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１によるインバータの故障検
出方式を示す全体構成図である。

【図２】図１のインバータ制御回路２０の内部構成を示
す図である。

【図３】この発明の実施例２によるインバータの故障検
出方式を示す全体構成図である。

【図４】この発明の実施例３によるインバータの故障検
出方式を示す全体構成図である。

【図５】この発明の実施例４によるインバータの故障検
出方式を示す全体構成図である。

【図６】この発明の実施例５によるインバータの故障検
出方式の要部を示す図である。

【図７】この発明の実施例６によるインバータの故障検
出方式を示す全体構成図である。

【図８】この発明の実施例７によるインバータの故障検
出方式を示す全体構成図である。

【図９】この発明の実施例８によるインバータの故障検
出方式を示す全体構成図である。

【図１０】この発明の実施例９によるインバータの故障
検出方式を示す全体構成図である。

【図１１】この発明の実施例１０によるインバータの故
障検出方式を示す全体構成図である。

【図１２】この発明の実施例１１によるインバータの故
障検出方式を示す全体構成図である。

【図１３】この発明の実施例１２によるインバータの故
障検出方式を示す全体構成図である。

【図１４】この発明の実施例１３によるインバータの故
障検出方式を示す全体構成図である。

【図１５】この発明の実施例１５によるインバータの故
障検出方式を示す全体構成図である。

【図１６】この発明の実施例１６によるインバータの故
障検出方式を示す全体構成図である。

【図１７】この発明の実施例１８によるインバータの故
障検出方式を示す全体構成図である。

【図１８】この発明の実施例１９によるインバータの故
障検出方式を示す全体構成図である。

【符号の説明】

２ インバータ主回路 ３ 誘導電動機 ５ コンデンサ ６ ３レベルインバータ主回路 １０ 速度検出器 １１ 電流検出器 １２ 電圧検出器 １３ 直流電圧検出器 ２０ インバータ制御回路 ２５，３５，４６，５１，５９，６０，６５，６９ 加
算器 ２６ 電流コントローラ ２７，５３ リミッタ回路 ３０，３６，４７，５４，６２，６７，７０ 比較器 ３１，３７，４８，５５，６１，６６，７１ レベル設
定器 ３２，３８，５６ 飽和検出器 ３３，４０，４３，５０，５７，６４ アンド回路 ３４，４１，４９，５８，６３，６８，７２ タイマー
設定器 ３９，４２ ノット回路 ４４，４５ 出力演算器 ５２ 循環電流コントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 溝口 昭次 長崎市丸尾町６番14号 三菱電機株式会社 長崎製作所内 Ｆターム(参考） 5H007 AA05 AA17 BB06 CA01 CB02 CB05 CC23 DA03 DA06 DC02 DC05 EA02 5H576 BB10 DD02 EE11 GG02 GG04 HA02 HB02 JJ18 JJ28 LL01 LL22 LL24 LL55 LL56 LL57 MM10

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 出力電圧、出力電流を電動機に供給して
   駆動するインバータの故障検出方式において、 上記出力電圧と出力電流とから上記電動機の入力を演算
   する第１の出力演算手段、トルクと速度検出器から検出
   された上記電動機の速度帰還値とから上記電動機の出力
   を演算する第２の出力演算手段、および上記第１および
   第２の出力演算手段の出力の偏差を演算しその偏差が所
   定の設定値以上のとき上記速度検出器の異常として検出
   する故障検出手段を備えたことを特徴とするインバータ
   の故障検出方式。
2. 【請求項２】 出力電圧、出力電流を電動機に供給して
   駆動するインバータの故障検出方式において、 上記出力電圧と出力電流とから上記電動機の入力を演算
   する第１の出力演算手段、トルクと速度検出器から検出
   された上記電動機の速度帰還値とから上記電動機の出力
   を演算する第２の出力演算手段、および上記第１および
   第２の出力演算手段の出力の偏差を演算し所定の設定値
   以上の偏差が所定の設定時間以上継続したとき上記速度
   検出器の異常として検出する故障検出手段を備えたこと
   を特徴とするインバータの故障検出方式。
3. 【請求項３】 ３相交流電圧、電流を出力するインバー
   タの故障検出方式において、 各相の電流指令値と電流帰還値との偏差を加算して零相
   電流を検出しその零相電流が所定の設定値以上のとき電
   流制御系の異常またはインバータ地絡として検出する故
   障検出手段を備えたことを特徴とするインバータの故障
   検出方式。
4. 【請求項４】 ３相交流電圧、電流を出力するインバー
   タの故障検出方式において、 各相の電流指令値と電流帰還値との偏差を加算して零相
   電流を検出し所定の設定値以上の零相電流が所定の設定
   時間以上継続したとき電流制御系の異常またはインバー
   タ地絡として検出する故障検出手段を備えたことを特徴
   とするインバータの故障検出方式。
5. 【請求項５】 ３相交流電圧、電流を出力するインバー
   タの故障検出方式において、 各相の電圧指令値と電圧帰還値との偏差を加算して零相
   電圧を検出しその零相電圧が所定の設定値以上のとき電
   圧制御系の異常またはインバータ地絡として検出する故
   障検出手段を備えたことを特徴とするインバータの故障
   検出方式。
6. 【請求項６】 ３相交流電圧、電流を出力するインバー
   タの故障検出方式において、 各相の電圧指令値と電圧帰還値との偏差を加算して零相
   電圧を検出し所定の設定値以上の零相電圧が所定の設定
   時間以上継続したとき電圧制御系の異常またはインバー
   タ地絡として検出する故障検出手段を備えたことを特徴
   とするインバータの故障検出方式。
7. 【請求項７】 直流電源の両極端子とこの両極端子間に
   互いに直列に接続されたコンデンサの中間接続点とに接
   続され３種類の電圧レベルが出力可能な３レベルインバ
   ータの故障検出方式において、 上記各コンデンサの極間電圧を検出する電圧検出器、こ
   れら電圧検出器の出力が一定の範囲内でバランスするよ
   うに上記３レベルインバータの点弧幅を制御する手段、
   上記電圧検出器の出力の偏差を演算する加算器、および
   この加算器からの偏差出力が所定の設定値以上のとき直
   流電圧バランス異常として検出する故障検出手段を備え
   たことを特徴とするインバータの故障検出方式。
8. 【請求項８】 直流電源の両極端子とこの両極端子間に
   互いに直列に接続されたコンデンサの中間接続点とに接
   続される３種類の電圧レベルが出力可能な３レベルイン
   バータの故障検出方式において、 上記各コンデンサの極間電圧を検出する電圧検出器、こ
   れら電圧検出器の出力が一定の範囲内でバランスするよ
   うに上記３レベルインバータの点弧幅を制御する手段、
   上記電圧検出器の出力の偏差を演算する加算器、および
   この加算器から所定の設定値以上の偏差出力が所定の設
   定時間以上継続して出力されたとき直流電圧バランス異
   常として検出する故障検出手段を備えたことを特徴とす
   るインバータの故障検出方式。