JP2004023809A - Ｐｗｍインバータ制御装置および制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】マルチレベルＰＷＭインバータ制御装置において、複雑な制御アルゴリズムを必要とせず、通常動作から保護動作への切り替わりを安全に行い、保護動作から通常運転への復帰を安全にかつスムーズに行う。
【解決手段】測定された電流値Ｉが第１の基準値Ｉ１以上で第２の基準値Ｉ２よりも小さいレベルとなった場合、全ての相について中間電位が出力される状態であるＯＯＯ状態から始まるゼロベクトルを出力する（ステップ２２）。電流値Ｉが第２の基準値Ｉ２以上第３の基準値Ｉ３よりも小さいレベルとなった場合、ゼロベクトルを出力後に全てのスイッチング素子をオフ状態とするベースブロック動作を行い（ステップ２８）、電流値Ｉが第３の基準値Ｉ３以上となった場合、非常停止を行う（ステップ２９）。ベースブロック動作を行ってから通常動作に復帰する際、ゼロベクトルの出力動作を行ってから通常動作への復帰を行う。
【選択図】 図２
【解決手段】測定された電流値Ｉが第１の基準値Ｉ１以上で第２の基準値Ｉ２よりも小さいレベルとなった場合、全ての相について中間電位が出力される状態であるＯＯＯ状態から始まるゼロベクトルを出力する（ステップ２２）。電流値Ｉが第２の基準値Ｉ２以上第３の基準値Ｉ３よりも小さいレベルとなった場合、ゼロベクトルを出力後に全てのスイッチング素子をオフ状態とするベースブロック動作を行い（ステップ２８）、電流値Ｉが第３の基準値Ｉ３以上となった場合、非常停止を行う（ステップ２９）。ベースブロック動作を行ってから通常動作に復帰する際、ゼロベクトルの出力動作を行ってから通常動作への復帰を行う。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＰＷＭインバータ制御装置に関し、特に、プラスレベルの直流母線電圧とマイナスレベルの直流母線電圧との間に各相毎に４つのスイッチング素子が直列接続されたマルチレベルＰＷＭインバータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
交流電動機の回転速度の制御を行うためにＰＷＭインバータ制御装置が広く用いられている。このＰＷＭインバータ制御装置の出力電流が何らかの異常で増加した場合、ＰＷＭインバータ制御装置の安全と負荷として接続される機器の安全のため、出力電流の制限や保護動作を行う必要がある。このような保護動作を実現するため、スイッチング素子のオン、オフを制御するゲート信号を遮断して全てのスイッチング素子をオフ状態とすることにより保護を行うベースブロック動作を用いて安全を確保することが従来から行われていた。
【０００３】
このような従来のＰＷＭインバータ制御装置において、出力電流の異常を検出して保護を行う動作を、図４のフローチャートに示す。先ず、出力電流を検出してその電流値をＩとし（ステップ４１）、この電流値Ｉと予め設定された基準値Ｉｔｈとの比較を行う（ステップ４２）。ステップ４２において、電流値Ｉが基準値Ｉｔｈよりも小さい場合には通常運転を行い（ステップ４３）、電流値Ｉが基準値Ｉｔｈ以上の場合には、ベースブロック動作を行う（ステップ４４）。そして、次の制御周期が来ると、同様にして電流値Ｉと基準値Ｉｔｈを比較し、電流値Ｉが基準値Ｉｔｈよりも小さくなるまでベースブロック動作を継続する。
【０００４】
このような従来のＰＷＭインバータ制御装置によれば、何等かの異常が発生し出力電流が増加した場合、ベースブロック動作が行われ保護動作が行われる。しかし、正、負の２レベル間で出力電圧を切り替えるＰＷＭインバータ制御装置だけでなく、発生する高調波成分を削減することを目的として、正、中間電位、負の３つのレベルの間で出力電圧を切り替えるマルチレベルＰＷＭインバータ制御装置が提案されている。
【０００５】
マルチレベルＰＷＭインバータ制御装置では、各スイッチング素子の両端には直流電源の半分の電圧しか印加されない。そのため、各スイッチング素子の耐圧は直流電源の電圧の半分の電圧しかなく、直流電源の電圧がそのまま両端に印加されると過電圧破壊を起こしてしまう。そして、このようなマルチレベルＰＷＭインバータ制御装置では、スイッチさせるスイッチング素子数も多く構成が複雑なため、ベースブロックによる保護動作を行った場合に問題が発生する。この問題とは、通常動作からベースブロック動作に切り替わる際、またベースブロック動作から通常動作に切り替わる際に、各スイッチング素子の動作タイミングがずれ、それにより通常の倍以上の電圧が１つのスイッチング素子に印加され、過電圧破壊を起こしてしまうことである。
【０００６】
例えば、直列に接続された４つのスイッチング素子のうちの３つが同時にオン状態となった場合には、残りの１つのスイッチング素子には直流電源の電圧がそのまま印加されて破壊されてしまう。
【０００７】
このような弊害を防止するために、特開平１０−１６４８５４号公報に記載されているように、電源短絡や過電流によりスイッチング素子がブレークダウンした場合に異常状態を検出し、過電圧によるさらなるスイッチング素子の破壊を防止するように、特定のスイッチング素子を遮断するタイミングを遅らせる方法が提案されている。
【０００８】
このような特定のスイッチング素子を遮断するタイミングを遅らせる方法によれば、スイッチング素子の破壊を防止して装置の保護を行うことは可能である。しかし、マルチレベルＰＷＭインバータ制御装置を安全に保護するとともに通常運転へのスムーズな復帰を実現しようとした場合、非常に複雑なタイミングの制御が必要となってしまう。
【０００９】
また、検出された過電流等の異常が一時的なものの場合、保護動作から通常動作へスムーズに復帰することが要求されるが、スイッチング素子を全てオフとするベースブロックによる保護方法や、さらに特定のスイッチング素子を遮断するタイミングを遅らせるような保護方法では、通常動作への復帰をスムーズに行うことは困難である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のマルチレベルＰＷＭインバータ制御装置では、下記のような問題点があった。
（１）ベースブロックによる保護動作のみを行った場合、スイッチング素子に過電圧が印加された破壊されてしまう可能性がある。
（２）特定のスイッチング素子を遮断するタイミングを遅らせるようにしてスイッチング素子の破壊を防止しようとした場合、制御アルゴリズムが複雑となる。
（３）全てのスイッチング素子をオフ状態とした保護動作を行った場合、保護動作から通常動作への復帰をスムーズに行うことが困難である。
【００１１】
本発明の目的は、通常動作から保護動作へ安全に切り替わり、また保護動作から通常運転に復帰する際にもインバータ本体の安全を確保するとともに、負荷として接続される機器にも安全な電力供給を行うことができる保護動作を簡単なアルゴリズムにより実現することができるマルチレベルＰＷＭインバータ制御装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のＰＷＭインバータ制御装置は、プラスレベルの直流母線電圧とマイナスレベルの直流母線電圧との間に各相毎に４つのスイッチング素子が直列接続されたＰＷＭインバータ制御装置であって、
出力電流の電流値を検出する電流検出回路と、
前記電流検出回路により測定された電流値が予め設定された第１の基準値以上で前記第１の基準値よりも大きなレベルである第２の基準値よりも小さいレベルとなった場合、全ての相を、プラスレベルの直流母線電圧側から２番目と３番目のスイッチング素子がオンして前記直流母線電圧のプラスレベルとマイナスレベルの間の電圧である中間電位を出力している状態であるＯ状態から始まるゼロベクトルを出力し、前記電流値が前記第２の基準値以上で前記第２の基準値よりも大きなレベルである第３の基準値よりも小さいレベルとなった場合、前記ゼロベクトルを出力した後に全てのスイッチング素子をオフ状態とするベースブロック動作を行い、前記電流値が前記第３の基準値以上となった場合、非常停止を行うコントローラとを備えている。
【００１３】
本発明によれば、電流検出回路により検出された電流値Ｉが第１の電流値以上となった場合、常にＯＯＯ状態から始まるゼロベクトル状態となった後に、ベースブロック動作または非常停止動作が行われる。そのため、保護動作が行われる直前のスイッチング素子の状態がＰ、Ｎ、Ｏのいずれの状態であっても、電圧変化は直流電源の半分の電圧に抑えられスイッチング素子が過電圧により破壊されることはない。
【００１４】
また、Ｐ、Ｎ、Ｏという状態は通常動作の際にも使用される状態であるため、ＰＰＰ、ＯＯＯ、ＮＮＮというゼロベクトルの状態から通常動作への復帰をスムーズに行うことが可能であり、複雑なアルゴリズムを必要とせずに保護動作を行うことができる。
【００１５】
また、前記コントローラは、ベースブロック動作を行ってから通常動作に復帰する際、ゼロベクトルの出力動作を行ってから通常動作への復帰を行うようにしてもよい。
【００１６】
本発明によれば、保護動作から通常動作へ復帰する際には、かならずゼロベクトル出力動作を経るようになっているため、保護動作から通常動作へ復帰する際にスイッチング素子が過電圧により破壊されることを防ぐことができる。
【００１７】
また、本発明のＰＷＭインバータ制御装置は、プラスレベルの直流母線電圧とマイナスレベルの直流母線電圧との間に各相毎に４つのスイッチング素子が直列接続されたＰＷＭインバータ制御装置であって、
出力電流の電流値を検出する電流検出回路と、
前記電流検出回路により測定された電流値が予め設定された基準値以上となった場合、全ての相を、プラスレベルの直流母線電圧側から２番目と３番目のスイッチング素子がオンして前記直流母線電圧のプラスレベルとマイナスレベルの間の電圧である中間電位を出力している状態であるＯ状態とするようなゼロベクトルを出力してから、全てのスイッチング素子をオフ状態とするベースブロック動作を行い、前記電流値が前記基準値より小さくなった場合、全ての相を前記Ｏ状態とするようなゼロベクトルを出力してから通常運転に復帰するコントローラとを備えている。
【００１８】
本発明によれば、通常動作からベースブロック動作による保護動作へ切り替わる際、保護動作から通常動作へ復帰する際には、必ずＯＯＯ状態から始まるゼロベクトル状態となるように設定されている。そのため、通常動作から保護動作へ切り替わる際および保護動作から通常動作へ復帰する際、スイッチング素子が過電圧により破壊されるのを防ぐことができる。
【００１９】
さらに、前記ゼロベクトルを、
全ての相が、プラスレベルの直流母線電圧側から２番目と３番目のスイッチング素子がオンして前記直流母線電圧のプラスレベルとマイナスレベルの間の電圧である中間電位を出力している状態となるＯＯＯ状態から始まり、
全ての相が、プラスレベルの直流母線電圧側から１番目と２番目のスイッチング素子がオンして前記直流母線電圧のプラスレベルを出力している状態となるＰＰＰ状態と、全ての相が、プラスレベルの直流母線電圧側から３番目と４番目のスイッチング素子がオンして前記直流母線電圧のマイナスレベルを出力している状態となるＮＮＮ状態との間にはからなずＯＯＯ状態となるようなベクトルとしてもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態のＰＷＭインバータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【００２２】
本実施形態のＰＷＭインバータ制御装置は、コントローラ１と、電流検出回路２と、直流電源３と、平滑コンデンサ１１、１２と、スイッチング素子１０１〜１１２と、フリーホイールダイオード２０１〜２１２と、中間レベル出力用クランプダイオード３０１〜３０６とから構成されている。
【００２３】
コントローラ１は、各スイッチング素子１０１〜１１２のゲートに入力されているゲート信号を制御することにより、各スイッチング素子１０１〜１１２のオン／オフのタイミングを制御している。電流検出回路２は、ＰＷＭインバータ制御装置からの出力電流の電流値を測定している。
【００２４】
このＰＷＭインバータ制御装置では、各相毎に４つのスイッチング素子が直列接続されていて、例えば４つのスイッチング素子１０１〜１０４により構成される回路においては、スイッチング素子１０１、１０２がオンされた場合、正の電圧が出力され、スイッチング素子１０２、１０３がオンされた場合、中間電位が出力され、スイッチング素子１０３、１０４がオンされた場合、負の電圧が出力される。
【００２５】
以降の説明においては、スイッチング素子１０１〜１１２のうちの直列接続された４つのスイッチング素子の組を１相として、上側よりＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４とすると、上側２つのスイッチング素子Ｓ１とＳ２がオンしている状態を直流母線電圧のプラスレベルを出力するＰ状態、真中２つのスイッチング素子Ｓ２、Ｓ３がオンしている状態をコンデンサ分圧された中性点電圧を出力するＯ状態、下側２つのスイッチング素子Ｓ３、Ｓ４がオンしている状態を直流母線のマイナスレベルを出力するＮ状態として表現する。
【００２６】
本実施形態におけるコントローラ１は、通常動作中においては各相の状態をそれぞれＰ、Ｎ、Ｏのいずれかの状態にすることによりモータへの出力電圧を制御している。そして、本実施形態においては、コントローラ１は、保護動作を行う場合、各スイッチング素子を制御してゼロベクトル状態とすることにより各スイッチング素子の保護および接続される機器の保護を行う。ここで、ゼロベクトル状態とは、各相の出力電圧を同じレベルとする状態であり三相マルチレベルＰＷＭインバータ制御装置を例にとり、各相を順番に記述すると、ＰＰＰ、ＯＯＯ、ＮＮＮの３種類の状態がゼロベクトル状態である。
【００２７】
図１に示した本実施形態のＰＷＭインバータ制御装置は、コントローラ１の制御アルゴリズムのみに特徴を有しており、その他の回路構成は従来のマルチレベルＰＷＭインバータ制御装置と同様であるためその詳しい説明は省略する。
【００２８】
次に、本実施形態のマルチレベルＰＷＭインバータ制御装置の動作について図２のフローチャートを参照して詳細に説明する。
【００２９】
先ず、電流検出回路２により出力電流を検出してその電流値をＩとし（ステップ２１）、コントローラ１は、この電流値Ｉと予め設定された第１の基準値Ｉ１との比較を行う（ステップ２２）。ステップ２２において、電流値Ｉが第１の基準値Ｉ１よりも小さい場合にはコントローラ１は通常運転を行う（ステップ２３）。ステップ２２において電流値Ｉが第１の基準値Ｉ１以上の場合、コントローラ１は通常動作を中止し、安全のためゼロベクトルを出力する動作に切り替わる。
【００３０】
ここで、ゼロベクトルを出力する動作について説明すると、コントローラ１は、ＰＰＰ、ＯＯＯ、ＮＮＮのベクトルを順番に切り替えながら出力するが、ゼロベクトルを出力する動作に切り替わる際には必ずＯＯＯから出力されるように設定する。それは、ゼロベクトルを出力する直前のパルスパターンが予測できないため、ゼロベクトルを出力する動作に切り替わる際に、ＰＰＰ、ＮＮＮを初めに出力した場合、スイッチング素子にかかる電圧が急激に変化し、またスイッチング素子のオン、オフタイミングのばらつきがあるため最悪の状態では１つのスイッチング素子に全電圧がかかり、機器の破壊に至るためである。
【００３１】
例えば、ある相の４つのスイッチング素子の状態がＰ状態の場合、保護動作としてその相のスイッチング素子の状態をＮ状態とした場合、プラスレベルからマイナスレベルまで電圧が変化するため直流電源３の電圧分の電圧変動が発生する。また、逆に、ある相の４つのスイッチング素子の状態がＮ状態の場合、保護動作としてその相のスイッチング素子の状態をＰ状態とした場合、マイナスレベルからプラスレベルまで電圧が変化するため直流電源３の電圧分の電圧変動が発生する。これに対して、ある相のスイッチング素子の状態をＯの状態にした場合、その前の状態がＰ、Ｎ、Ｏのいずれの状態であっても、電圧の変化は最大でも直流電源３の半分の電圧で済み、スイッチング素子のオン／オフタイミングのばらつきがあっても１つのスイッチング素子には直流電源３の半分の電圧しか印加されることはない。
【００３２】
また、ＰＰＰのゼロベクトルを出力した直後にＮＮＮのゼロベクトルを出力する場合とその逆の場合は、上記でも説明したように、スイッチング素子のオン、オフタイミングのばらつきにより１つのスイッチング素子に全電圧がかかる危険性があるため、ＰＰＰ、ＮＮＮのゼロベクトルを出力する前後にＯＯＯのゼロベクトルを出力するように設定するとより安全である。
【００３３】
次に、コントローラ１は、ステップ２４においてゼロベクトルを出力した後に、検出された出力電流値Ｉと第２の基準値Ｉ２との比較を行う（ステップ２５）。ステップ２５において電流値Ｉが第２の基準値Ｉ２より小さい場合、ゼロベクトルの出力動作を継続して（ステップ２６）、第１の比較値Ｉ１との比較を行う処理へ戻る（ステップ２２）。ステップ２２において電流値Ｉが第１の基準値Ｉ１より小さい場合は、通常運転に復帰するが（ステップ２３）、電流値Ｉが第１の基準値Ｉ１以上の場合には、ゼロベクトルを出力する動作を継続する。従って、電流値Ｉが第１の基準値Ｉ１以上であり、第２の基準値Ｉ２より小さい場合はゼロベクトルが出力され続ける。
【００３４】
ステップ２５における電流値Ｉと第２の基準値Ｉ２との比較において、検出された出力電流値Ｉが第２の基準値Ｉ２以上の場合、コントローラ１は、電流値Ｉと第３の基準値Ｉ３との比較を行う（ステップ２７）。ステップ２７において、電流値Ｉが第３の基準値Ｉ３よりも小さい場合、コントローラ１は、全てのスイッチング素子１０１〜１１２の動作を停止するベースブロック動作を行う（ステップ２８）。そして、ステップ２８の処理の後、電流値Ｉと第２の比較値Ｉ２との比較を行う処理へ戻り（ステップ２５）、上述したのと同様の処理が行われるが、電流値Ｉが第２の基準値Ｉ２以上の場合、ベースブロック動作が継続される。従って、電流値Ｉが第２の基準値Ｉ２以上であり、第３の基準値Ｉ３より小さい場合、コントローラ１はベースブロック動作を続ける。
【００３５】
ステップ２７における電流値Ｉと第３の基準値Ｉ３との比較において、検出した電流値Ｉが第３の基準値Ｉ３以上の場合、コントローラ１は、最終的な保護としてインバータの動作を中止し、全ての安全を確認して再起動を行うよう警告する（ステップ２９）。
【００３６】
上記の処理において、ベースブロックによる保護動作を行い全てのスイッチング素子１０１〜１１２をオフした状態から通常動作に復帰する場合、直接通常動作に復帰したのでは機器に接続されるモータ等の状況により、ショックが発生する可能性がある。そのため、コントローラ１は、ステップ２８におけるベースブロック動作を行った後に、直接通常動作に復帰することなく、必ずステップ２６のゼロベクトルを出力する動作を経てから通常動作に復帰するよう設定されている。
【００３７】
尚、上記の第１の基準値Ｉ１は、定格電流値よりも少し大きいレベルを設定する。つまり、この第１の基準値Ｉ１は、急加減速や、負荷の変動により定格電流値をオーバーしたが、短時間であれば許容されるレベルである。従って、コントローラ１は、ゼロベクトルを出力しつつ、電流値Ｉが減少するのを待ち、この第１の基準値Ｉ１を下回れば通常の動作に戻る。Ｐ、Ｎ、Ｏ状態のベクトル自体は、通常の運転時にも出力されているため、この動作は通常運転の一部ととらえることができるため、保護動作から通常運転への復帰をスムーズに行うことが可能である。
【００３８】
また、第２の基準値Ｉ２は、第１の基準値Ｉ１よりも大きなレベルであるが、ごく短時間であれば許容されるレベルである。電流値Ｉが第２の基準値Ｉ２以上となる状態は、機器の能力以上の動作を行うとした場合や、負荷の急変により発生する。しかし、即座に定格電流値まで戻す必要があるため、コントローラ１は、出力電流を急速に下げることができないゼロベクトル状態ではなく、ベースブロックによる保護動作を行う。
【００３９】
さらに、第３の基準値Ｉ３は、第２の基準値Ｉ２よりも大きなレベルであり、電流値Ｉが第３の基準値Ｉ３以上となる状態は、何等かの異常が発生した状態であり、安全を確認してから復旧する必要があるため、機器自身で自動的に復帰することはない。この状態をここでは緊急停止と表現している。
【００４０】
このように第１から第３の基準値Ｉ１〜Ｉ３を設定し、測定された電流値Ｉの大きさにより保護動作の方法を切り替えるようにしているのは、軽度の異常の場合にはすぐに通常運転に復帰できるようにし、重度の異常の場合には安全確保のために即座に動作停止ができるようにするためである。つまり、機器に接続される負荷を運転する場合、できる限り運転を中断せずに、何等かの事故が発生した際には安全に停止動作を行いたいという要求を実現するためである。
【００４１】
本実施形態のマルチレベルＰＷＭインバータ制御装置によれば、電流検出回路２により検出された電流値Ｉが第１の電流値Ｉ１以上となった場合、常にゼロベクトル状態となった後に、ベースブロック動作または非常停止動作が行われる。そして、通常動作からゼロベクトル状態となる際には先ずＯＯＯ状態となるように設定されている。そのため、保護動作が行われる直前のスイッチング素子の状態がＰ、Ｎ、Ｏのいずれの状態であっても、電圧変化は直流電源３の半分の電圧に抑えられスイッチング素子が過電圧により破壊されることはない。
【００４２】
また、Ｐ、Ｎ、Ｏという状態は通常動作の際にも使用される状態であるため、ＰＰＰ、ＯＯＯ、ＮＮＮというゼロベクトルの状態から通常動作への復帰をスムーズに行うことが可能であり、複雑なアルゴリズムを必要とせずに保護動作を行うことができる。
【００４３】
さらに、保護動作から通常動作へ復帰する際には、かならずゼロベクトル出力動作を経るようになっているため、保護動作から通常動作へ復帰する際にスイッチング素子が過電圧により破壊されることを防ぐことができる。
【００４４】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態のＰＷＭインバータ制御装置について説明する。
【００４５】
本実施形態のＰＷＭインバータ制御装置は、図１に示した第１の実施形態のＰＷＭインバータ制御装置に対して、コントローラ１の制御アルゴリズムが異なるのみであるため、以下の説明では図３のフローチャートを参照して本実施形態のＰＷＭインバータ制御装置の動作を説明する。
【００４６】
先ず、電流検出回路２により出力電流を検出してその電流値をＩとし（ステップ３１）、コントローラ１は、この電流値Ｉと上記の第２の基準値Ｉ２との比較を行う（ステップ３２）。ステップ３２において、電流値Ｉが第２の基準値Ｉ２よりも小さい場合にはコントローラ１は通常運転を行う（ステップ３３）。ステップ３２において電流値Ｉが第２の基準値Ｉ２以上の場合、コントローラ１は通常動作を中止し、安全のためゼロベクトルを出力する（ステップ３４）。ここでは、コントローラ１は、ゼロベクトルのうちのＯＯＯベクトルのみを出力するようにしてもよい。そして、次にコントローラ１は、ベースブロックによる保護動作を行う（ステップ３５）。そして、再度電流値Ｉと第２の基準値Ｉ２との比較を行い（ステップ３６）、電流値Ｉが基準値Ｉ２以上の場合は、ベースブロック動作を継続する。ステップ３６において電流値Ｉが第２の基準値Ｉ２より小さくなった場合、コントローラ１はゼロベクトルを出力した後（ステップ３７）通常運転に復帰する（ステップ３３）。ここでのゼロベクトルも、ステップ３４と同様に、ゼロベクトルのうちのＯＯＯベクトルのみを出力するようにしてもよい。このような処理が行われることにより、コントローラ１は保護動作から通常動作に復帰する前には必ずゼロベクトルを出力する動作を経るように設定されていることになる。
【００４７】
本実施形態は、機能の少ない単純な構成の機器に接続されたモータを制御する場合のマルチレベルＰＷＭインバータ制御装置に適用することを想定している。そのため、単純に過電流を検出した場合、即座にベースブロック動作を行い、このベースブロック動作から通常運転に復帰する際に、このベースブロック動作の直前、直後にＯＯＯから始まるゼロベクトルを出力するようにしている。
【００４８】
ここで、本実施形態においても、上記で説明した第１の実施形態と同様に、最終的な保護として第３の基準値Ｉ３を設け、最終的な保護としてインバータの動作を非常停止するよう動作させてもよいし、もしくはベースブロックの動作時間を積算し、ある一定期間以上動作が続いたら非常停止するようにしてもよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、マルチレベルＰＷＭインバータ制御装置において、複雑な制御アルゴリズムを必要とせずに、通常動作から保護動作へ安全に切り替わり、また保護動作から通常動作に復帰する際にもインバータ本体の安全を確保するとともにスムーズな復帰を可能として、負荷として接続される機器にも安全な電力供給を行うことができるという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のＰＷＭインバータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のＰＷＭインバータ制御方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施形態のＰＷＭインバータ制御方法を示すフローチャートである。
【図４】従来のＰＷＭインバータ制御方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ コントローラ
２ 電流検出回路
３ 直流電源
４１〜４４ ステップ
１１〜１２ 分圧コンデンサ
１０１〜１１２ スイッチング素子
２０１〜２１２ フリーホイールダイオード
３０１〜３０６ クランプダイオード
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＰＷＭインバータ制御装置に関し、特に、プラスレベルの直流母線電圧とマイナスレベルの直流母線電圧との間に各相毎に４つのスイッチング素子が直列接続されたマルチレベルＰＷＭインバータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
交流電動機の回転速度の制御を行うためにＰＷＭインバータ制御装置が広く用いられている。このＰＷＭインバータ制御装置の出力電流が何らかの異常で増加した場合、ＰＷＭインバータ制御装置の安全と負荷として接続される機器の安全のため、出力電流の制限や保護動作を行う必要がある。このような保護動作を実現するため、スイッチング素子のオン、オフを制御するゲート信号を遮断して全てのスイッチング素子をオフ状態とすることにより保護を行うベースブロック動作を用いて安全を確保することが従来から行われていた。
【０００３】
このような従来のＰＷＭインバータ制御装置において、出力電流の異常を検出して保護を行う動作を、図４のフローチャートに示す。先ず、出力電流を検出してその電流値をＩとし（ステップ４１）、この電流値Ｉと予め設定された基準値Ｉｔｈとの比較を行う（ステップ４２）。ステップ４２において、電流値Ｉが基準値Ｉｔｈよりも小さい場合には通常運転を行い（ステップ４３）、電流値Ｉが基準値Ｉｔｈ以上の場合には、ベースブロック動作を行う（ステップ４４）。そして、次の制御周期が来ると、同様にして電流値Ｉと基準値Ｉｔｈを比較し、電流値Ｉが基準値Ｉｔｈよりも小さくなるまでベースブロック動作を継続する。
【０００４】
このような従来のＰＷＭインバータ制御装置によれば、何等かの異常が発生し出力電流が増加した場合、ベースブロック動作が行われ保護動作が行われる。しかし、正、負の２レベル間で出力電圧を切り替えるＰＷＭインバータ制御装置だけでなく、発生する高調波成分を削減することを目的として、正、中間電位、負の３つのレベルの間で出力電圧を切り替えるマルチレベルＰＷＭインバータ制御装置が提案されている。
【０００５】
マルチレベルＰＷＭインバータ制御装置では、各スイッチング素子の両端には直流電源の半分の電圧しか印加されない。そのため、各スイッチング素子の耐圧は直流電源の電圧の半分の電圧しかなく、直流電源の電圧がそのまま両端に印加されると過電圧破壊を起こしてしまう。そして、このようなマルチレベルＰＷＭインバータ制御装置では、スイッチさせるスイッチング素子数も多く構成が複雑なため、ベースブロックによる保護動作を行った場合に問題が発生する。この問題とは、通常動作からベースブロック動作に切り替わる際、またベースブロック動作から通常動作に切り替わる際に、各スイッチング素子の動作タイミングがずれ、それにより通常の倍以上の電圧が１つのスイッチング素子に印加され、過電圧破壊を起こしてしまうことである。
【０００６】
例えば、直列に接続された４つのスイッチング素子のうちの３つが同時にオン状態となった場合には、残りの１つのスイッチング素子には直流電源の電圧がそのまま印加されて破壊されてしまう。
【０００７】
このような弊害を防止するために、特開平１０−１６４８５４号公報に記載されているように、電源短絡や過電流によりスイッチング素子がブレークダウンした場合に異常状態を検出し、過電圧によるさらなるスイッチング素子の破壊を防止するように、特定のスイッチング素子を遮断するタイミングを遅らせる方法が提案されている。
【０００８】
このような特定のスイッチング素子を遮断するタイミングを遅らせる方法によれば、スイッチング素子の破壊を防止して装置の保護を行うことは可能である。しかし、マルチレベルＰＷＭインバータ制御装置を安全に保護するとともに通常運転へのスムーズな復帰を実現しようとした場合、非常に複雑なタイミングの制御が必要となってしまう。
【０００９】
また、検出された過電流等の異常が一時的なものの場合、保護動作から通常動作へスムーズに復帰することが要求されるが、スイッチング素子を全てオフとするベースブロックによる保護方法や、さらに特定のスイッチング素子を遮断するタイミングを遅らせるような保護方法では、通常動作への復帰をスムーズに行うことは困難である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のマルチレベルＰＷＭインバータ制御装置では、下記のような問題点があった。
（１）ベースブロックによる保護動作のみを行った場合、スイッチング素子に過電圧が印加された破壊されてしまう可能性がある。
（２）特定のスイッチング素子を遮断するタイミングを遅らせるようにしてスイッチング素子の破壊を防止しようとした場合、制御アルゴリズムが複雑となる。
（３）全てのスイッチング素子をオフ状態とした保護動作を行った場合、保護動作から通常動作への復帰をスムーズに行うことが困難である。
【００１１】
本発明の目的は、通常動作から保護動作へ安全に切り替わり、また保護動作から通常運転に復帰する際にもインバータ本体の安全を確保するとともに、負荷として接続される機器にも安全な電力供給を行うことができる保護動作を簡単なアルゴリズムにより実現することができるマルチレベルＰＷＭインバータ制御装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のＰＷＭインバータ制御装置は、プラスレベルの直流母線電圧とマイナスレベルの直流母線電圧との間に各相毎に４つのスイッチング素子が直列接続されたＰＷＭインバータ制御装置であって、
出力電流の電流値を検出する電流検出回路と、
前記電流検出回路により測定された電流値が予め設定された第１の基準値以上で前記第１の基準値よりも大きなレベルである第２の基準値よりも小さいレベルとなった場合、全ての相を、プラスレベルの直流母線電圧側から２番目と３番目のスイッチング素子がオンして前記直流母線電圧のプラスレベルとマイナスレベルの間の電圧である中間電位を出力している状態であるＯ状態から始まるゼロベクトルを出力し、前記電流値が前記第２の基準値以上で前記第２の基準値よりも大きなレベルである第３の基準値よりも小さいレベルとなった場合、前記ゼロベクトルを出力した後に全てのスイッチング素子をオフ状態とするベースブロック動作を行い、前記電流値が前記第３の基準値以上となった場合、非常停止を行うコントローラとを備えている。
【００１３】
本発明によれば、電流検出回路により検出された電流値Ｉが第１の電流値以上となった場合、常にＯＯＯ状態から始まるゼロベクトル状態となった後に、ベースブロック動作または非常停止動作が行われる。そのため、保護動作が行われる直前のスイッチング素子の状態がＰ、Ｎ、Ｏのいずれの状態であっても、電圧変化は直流電源の半分の電圧に抑えられスイッチング素子が過電圧により破壊されることはない。
【００１４】
また、Ｐ、Ｎ、Ｏという状態は通常動作の際にも使用される状態であるため、ＰＰＰ、ＯＯＯ、ＮＮＮというゼロベクトルの状態から通常動作への復帰をスムーズに行うことが可能であり、複雑なアルゴリズムを必要とせずに保護動作を行うことができる。
【００１５】
また、前記コントローラは、ベースブロック動作を行ってから通常動作に復帰する際、ゼロベクトルの出力動作を行ってから通常動作への復帰を行うようにしてもよい。
【００１６】
本発明によれば、保護動作から通常動作へ復帰する際には、かならずゼロベクトル出力動作を経るようになっているため、保護動作から通常動作へ復帰する際にスイッチング素子が過電圧により破壊されることを防ぐことができる。
【００１７】
また、本発明のＰＷＭインバータ制御装置は、プラスレベルの直流母線電圧とマイナスレベルの直流母線電圧との間に各相毎に４つのスイッチング素子が直列接続されたＰＷＭインバータ制御装置であって、
出力電流の電流値を検出する電流検出回路と、
前記電流検出回路により測定された電流値が予め設定された基準値以上となった場合、全ての相を、プラスレベルの直流母線電圧側から２番目と３番目のスイッチング素子がオンして前記直流母線電圧のプラスレベルとマイナスレベルの間の電圧である中間電位を出力している状態であるＯ状態とするようなゼロベクトルを出力してから、全てのスイッチング素子をオフ状態とするベースブロック動作を行い、前記電流値が前記基準値より小さくなった場合、全ての相を前記Ｏ状態とするようなゼロベクトルを出力してから通常運転に復帰するコントローラとを備えている。
【００１８】
本発明によれば、通常動作からベースブロック動作による保護動作へ切り替わる際、保護動作から通常動作へ復帰する際には、必ずＯＯＯ状態から始まるゼロベクトル状態となるように設定されている。そのため、通常動作から保護動作へ切り替わる際および保護動作から通常動作へ復帰する際、スイッチング素子が過電圧により破壊されるのを防ぐことができる。
【００１９】
さらに、前記ゼロベクトルを、
全ての相が、プラスレベルの直流母線電圧側から２番目と３番目のスイッチング素子がオンして前記直流母線電圧のプラスレベルとマイナスレベルの間の電圧である中間電位を出力している状態となるＯＯＯ状態から始まり、
全ての相が、プラスレベルの直流母線電圧側から１番目と２番目のスイッチング素子がオンして前記直流母線電圧のプラスレベルを出力している状態となるＰＰＰ状態と、全ての相が、プラスレベルの直流母線電圧側から３番目と４番目のスイッチング素子がオンして前記直流母線電圧のマイナスレベルを出力している状態となるＮＮＮ状態との間にはからなずＯＯＯ状態となるようなベクトルとしてもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態のＰＷＭインバータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【００２２】
本実施形態のＰＷＭインバータ制御装置は、コントローラ１と、電流検出回路２と、直流電源３と、平滑コンデンサ１１、１２と、スイッチング素子１０１〜１１２と、フリーホイールダイオード２０１〜２１２と、中間レベル出力用クランプダイオード３０１〜３０６とから構成されている。
【００２３】
コントローラ１は、各スイッチング素子１０１〜１１２のゲートに入力されているゲート信号を制御することにより、各スイッチング素子１０１〜１１２のオン／オフのタイミングを制御している。電流検出回路２は、ＰＷＭインバータ制御装置からの出力電流の電流値を測定している。
【００２４】
このＰＷＭインバータ制御装置では、各相毎に４つのスイッチング素子が直列接続されていて、例えば４つのスイッチング素子１０１〜１０４により構成される回路においては、スイッチング素子１０１、１０２がオンされた場合、正の電圧が出力され、スイッチング素子１０２、１０３がオンされた場合、中間電位が出力され、スイッチング素子１０３、１０４がオンされた場合、負の電圧が出力される。
【００２５】
以降の説明においては、スイッチング素子１０１〜１１２のうちの直列接続された４つのスイッチング素子の組を１相として、上側よりＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４とすると、上側２つのスイッチング素子Ｓ１とＳ２がオンしている状態を直流母線電圧のプラスレベルを出力するＰ状態、真中２つのスイッチング素子Ｓ２、Ｓ３がオンしている状態をコンデンサ分圧された中性点電圧を出力するＯ状態、下側２つのスイッチング素子Ｓ３、Ｓ４がオンしている状態を直流母線のマイナスレベルを出力するＮ状態として表現する。
【００２６】
本実施形態におけるコントローラ１は、通常動作中においては各相の状態をそれぞれＰ、Ｎ、Ｏのいずれかの状態にすることによりモータへの出力電圧を制御している。そして、本実施形態においては、コントローラ１は、保護動作を行う場合、各スイッチング素子を制御してゼロベクトル状態とすることにより各スイッチング素子の保護および接続される機器の保護を行う。ここで、ゼロベクトル状態とは、各相の出力電圧を同じレベルとする状態であり三相マルチレベルＰＷＭインバータ制御装置を例にとり、各相を順番に記述すると、ＰＰＰ、ＯＯＯ、ＮＮＮの３種類の状態がゼロベクトル状態である。
【００２７】
図１に示した本実施形態のＰＷＭインバータ制御装置は、コントローラ１の制御アルゴリズムのみに特徴を有しており、その他の回路構成は従来のマルチレベルＰＷＭインバータ制御装置と同様であるためその詳しい説明は省略する。
【００２８】
次に、本実施形態のマルチレベルＰＷＭインバータ制御装置の動作について図２のフローチャートを参照して詳細に説明する。
【００２９】
先ず、電流検出回路２により出力電流を検出してその電流値をＩとし（ステップ２１）、コントローラ１は、この電流値Ｉと予め設定された第１の基準値Ｉ１との比較を行う（ステップ２２）。ステップ２２において、電流値Ｉが第１の基準値Ｉ１よりも小さい場合にはコントローラ１は通常運転を行う（ステップ２３）。ステップ２２において電流値Ｉが第１の基準値Ｉ１以上の場合、コントローラ１は通常動作を中止し、安全のためゼロベクトルを出力する動作に切り替わる。
【００３０】
ここで、ゼロベクトルを出力する動作について説明すると、コントローラ１は、ＰＰＰ、ＯＯＯ、ＮＮＮのベクトルを順番に切り替えながら出力するが、ゼロベクトルを出力する動作に切り替わる際には必ずＯＯＯから出力されるように設定する。それは、ゼロベクトルを出力する直前のパルスパターンが予測できないため、ゼロベクトルを出力する動作に切り替わる際に、ＰＰＰ、ＮＮＮを初めに出力した場合、スイッチング素子にかかる電圧が急激に変化し、またスイッチング素子のオン、オフタイミングのばらつきがあるため最悪の状態では１つのスイッチング素子に全電圧がかかり、機器の破壊に至るためである。
【００３１】
例えば、ある相の４つのスイッチング素子の状態がＰ状態の場合、保護動作としてその相のスイッチング素子の状態をＮ状態とした場合、プラスレベルからマイナスレベルまで電圧が変化するため直流電源３の電圧分の電圧変動が発生する。また、逆に、ある相の４つのスイッチング素子の状態がＮ状態の場合、保護動作としてその相のスイッチング素子の状態をＰ状態とした場合、マイナスレベルからプラスレベルまで電圧が変化するため直流電源３の電圧分の電圧変動が発生する。これに対して、ある相のスイッチング素子の状態をＯの状態にした場合、その前の状態がＰ、Ｎ、Ｏのいずれの状態であっても、電圧の変化は最大でも直流電源３の半分の電圧で済み、スイッチング素子のオン／オフタイミングのばらつきがあっても１つのスイッチング素子には直流電源３の半分の電圧しか印加されることはない。
【００３２】
また、ＰＰＰのゼロベクトルを出力した直後にＮＮＮのゼロベクトルを出力する場合とその逆の場合は、上記でも説明したように、スイッチング素子のオン、オフタイミングのばらつきにより１つのスイッチング素子に全電圧がかかる危険性があるため、ＰＰＰ、ＮＮＮのゼロベクトルを出力する前後にＯＯＯのゼロベクトルを出力するように設定するとより安全である。
【００３３】
次に、コントローラ１は、ステップ２４においてゼロベクトルを出力した後に、検出された出力電流値Ｉと第２の基準値Ｉ２との比較を行う（ステップ２５）。ステップ２５において電流値Ｉが第２の基準値Ｉ２より小さい場合、ゼロベクトルの出力動作を継続して（ステップ２６）、第１の比較値Ｉ１との比較を行う処理へ戻る（ステップ２２）。ステップ２２において電流値Ｉが第１の基準値Ｉ１より小さい場合は、通常運転に復帰するが（ステップ２３）、電流値Ｉが第１の基準値Ｉ１以上の場合には、ゼロベクトルを出力する動作を継続する。従って、電流値Ｉが第１の基準値Ｉ１以上であり、第２の基準値Ｉ２より小さい場合はゼロベクトルが出力され続ける。
【００３４】
ステップ２５における電流値Ｉと第２の基準値Ｉ２との比較において、検出された出力電流値Ｉが第２の基準値Ｉ２以上の場合、コントローラ１は、電流値Ｉと第３の基準値Ｉ３との比較を行う（ステップ２７）。ステップ２７において、電流値Ｉが第３の基準値Ｉ３よりも小さい場合、コントローラ１は、全てのスイッチング素子１０１〜１１２の動作を停止するベースブロック動作を行う（ステップ２８）。そして、ステップ２８の処理の後、電流値Ｉと第２の比較値Ｉ２との比較を行う処理へ戻り（ステップ２５）、上述したのと同様の処理が行われるが、電流値Ｉが第２の基準値Ｉ２以上の場合、ベースブロック動作が継続される。従って、電流値Ｉが第２の基準値Ｉ２以上であり、第３の基準値Ｉ３より小さい場合、コントローラ１はベースブロック動作を続ける。
【００３５】
ステップ２７における電流値Ｉと第３の基準値Ｉ３との比較において、検出した電流値Ｉが第３の基準値Ｉ３以上の場合、コントローラ１は、最終的な保護としてインバータの動作を中止し、全ての安全を確認して再起動を行うよう警告する（ステップ２９）。
【００３６】
上記の処理において、ベースブロックによる保護動作を行い全てのスイッチング素子１０１〜１１２をオフした状態から通常動作に復帰する場合、直接通常動作に復帰したのでは機器に接続されるモータ等の状況により、ショックが発生する可能性がある。そのため、コントローラ１は、ステップ２８におけるベースブロック動作を行った後に、直接通常動作に復帰することなく、必ずステップ２６のゼロベクトルを出力する動作を経てから通常動作に復帰するよう設定されている。
【００３７】
尚、上記の第１の基準値Ｉ１は、定格電流値よりも少し大きいレベルを設定する。つまり、この第１の基準値Ｉ１は、急加減速や、負荷の変動により定格電流値をオーバーしたが、短時間であれば許容されるレベルである。従って、コントローラ１は、ゼロベクトルを出力しつつ、電流値Ｉが減少するのを待ち、この第１の基準値Ｉ１を下回れば通常の動作に戻る。Ｐ、Ｎ、Ｏ状態のベクトル自体は、通常の運転時にも出力されているため、この動作は通常運転の一部ととらえることができるため、保護動作から通常運転への復帰をスムーズに行うことが可能である。
【００３８】
また、第２の基準値Ｉ２は、第１の基準値Ｉ１よりも大きなレベルであるが、ごく短時間であれば許容されるレベルである。電流値Ｉが第２の基準値Ｉ２以上となる状態は、機器の能力以上の動作を行うとした場合や、負荷の急変により発生する。しかし、即座に定格電流値まで戻す必要があるため、コントローラ１は、出力電流を急速に下げることができないゼロベクトル状態ではなく、ベースブロックによる保護動作を行う。
【００３９】
さらに、第３の基準値Ｉ３は、第２の基準値Ｉ２よりも大きなレベルであり、電流値Ｉが第３の基準値Ｉ３以上となる状態は、何等かの異常が発生した状態であり、安全を確認してから復旧する必要があるため、機器自身で自動的に復帰することはない。この状態をここでは緊急停止と表現している。
【００４０】
このように第１から第３の基準値Ｉ１〜Ｉ３を設定し、測定された電流値Ｉの大きさにより保護動作の方法を切り替えるようにしているのは、軽度の異常の場合にはすぐに通常運転に復帰できるようにし、重度の異常の場合には安全確保のために即座に動作停止ができるようにするためである。つまり、機器に接続される負荷を運転する場合、できる限り運転を中断せずに、何等かの事故が発生した際には安全に停止動作を行いたいという要求を実現するためである。
【００４１】
本実施形態のマルチレベルＰＷＭインバータ制御装置によれば、電流検出回路２により検出された電流値Ｉが第１の電流値Ｉ１以上となった場合、常にゼロベクトル状態となった後に、ベースブロック動作または非常停止動作が行われる。そして、通常動作からゼロベクトル状態となる際には先ずＯＯＯ状態となるように設定されている。そのため、保護動作が行われる直前のスイッチング素子の状態がＰ、Ｎ、Ｏのいずれの状態であっても、電圧変化は直流電源３の半分の電圧に抑えられスイッチング素子が過電圧により破壊されることはない。
【００４２】
また、Ｐ、Ｎ、Ｏという状態は通常動作の際にも使用される状態であるため、ＰＰＰ、ＯＯＯ、ＮＮＮというゼロベクトルの状態から通常動作への復帰をスムーズに行うことが可能であり、複雑なアルゴリズムを必要とせずに保護動作を行うことができる。
【００４３】
さらに、保護動作から通常動作へ復帰する際には、かならずゼロベクトル出力動作を経るようになっているため、保護動作から通常動作へ復帰する際にスイッチング素子が過電圧により破壊されることを防ぐことができる。
【００４４】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態のＰＷＭインバータ制御装置について説明する。
【００４５】
本実施形態のＰＷＭインバータ制御装置は、図１に示した第１の実施形態のＰＷＭインバータ制御装置に対して、コントローラ１の制御アルゴリズムが異なるのみであるため、以下の説明では図３のフローチャートを参照して本実施形態のＰＷＭインバータ制御装置の動作を説明する。
【００４６】
先ず、電流検出回路２により出力電流を検出してその電流値をＩとし（ステップ３１）、コントローラ１は、この電流値Ｉと上記の第２の基準値Ｉ２との比較を行う（ステップ３２）。ステップ３２において、電流値Ｉが第２の基準値Ｉ２よりも小さい場合にはコントローラ１は通常運転を行う（ステップ３３）。ステップ３２において電流値Ｉが第２の基準値Ｉ２以上の場合、コントローラ１は通常動作を中止し、安全のためゼロベクトルを出力する（ステップ３４）。ここでは、コントローラ１は、ゼロベクトルのうちのＯＯＯベクトルのみを出力するようにしてもよい。そして、次にコントローラ１は、ベースブロックによる保護動作を行う（ステップ３５）。そして、再度電流値Ｉと第２の基準値Ｉ２との比較を行い（ステップ３６）、電流値Ｉが基準値Ｉ２以上の場合は、ベースブロック動作を継続する。ステップ３６において電流値Ｉが第２の基準値Ｉ２より小さくなった場合、コントローラ１はゼロベクトルを出力した後（ステップ３７）通常運転に復帰する（ステップ３３）。ここでのゼロベクトルも、ステップ３４と同様に、ゼロベクトルのうちのＯＯＯベクトルのみを出力するようにしてもよい。このような処理が行われることにより、コントローラ１は保護動作から通常動作に復帰する前には必ずゼロベクトルを出力する動作を経るように設定されていることになる。
【００４７】
本実施形態は、機能の少ない単純な構成の機器に接続されたモータを制御する場合のマルチレベルＰＷＭインバータ制御装置に適用することを想定している。そのため、単純に過電流を検出した場合、即座にベースブロック動作を行い、このベースブロック動作から通常運転に復帰する際に、このベースブロック動作の直前、直後にＯＯＯから始まるゼロベクトルを出力するようにしている。
【００４８】
ここで、本実施形態においても、上記で説明した第１の実施形態と同様に、最終的な保護として第３の基準値Ｉ３を設け、最終的な保護としてインバータの動作を非常停止するよう動作させてもよいし、もしくはベースブロックの動作時間を積算し、ある一定期間以上動作が続いたら非常停止するようにしてもよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、マルチレベルＰＷＭインバータ制御装置において、複雑な制御アルゴリズムを必要とせずに、通常動作から保護動作へ安全に切り替わり、また保護動作から通常動作に復帰する際にもインバータ本体の安全を確保するとともにスムーズな復帰を可能として、負荷として接続される機器にも安全な電力供給を行うことができるという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のＰＷＭインバータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のＰＷＭインバータ制御方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施形態のＰＷＭインバータ制御方法を示すフローチャートである。
【図４】従来のＰＷＭインバータ制御方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ コントローラ
２ 電流検出回路
３ 直流電源
４１〜４４ ステップ
１１〜１２ 分圧コンデンサ
１０１〜１１２ スイッチング素子
２０１〜２１２ フリーホイールダイオード
３０１〜３０６ クランプダイオード
Claims (8)
- プラスレベルの直流母線電圧とマイナスレベルの直流母線電圧との間に各相毎に４つのスイッチング素子が直列接続されたＰＷＭインバータ制御装置であって、
出力電流の電流値を検出する電流検出回路と、
前記電流検出回路により測定された電流値が予め設定された第１の基準値以上で前記第１の基準値よりも大きなレベルである第２の基準値よりも小さいレベルとなった場合、全ての相を、プラスレベルの直流母線電圧側から２番目と３番目のスイッチング素子がオンして前記直流母線電圧のプラスレベルとマイナスレベルの間の電圧である中間電位を出力している状態であるＯ状態から始まるゼロベクトルを出力し、前記電流値が前記第２の基準値以上で前記第２の基準値よりも大きなレベルである第３の基準値よりも小さいレベルとなった場合、前記ゼロベクトルを出力した後に全てのスイッチング素子をオフ状態とするベースブロック動作を行い、前記電流値が前記第３の基準値以上となった場合、非常停止を行うコントローラとを備えたＰＷＭインバータ制御装置。 - 前記コントローラは、ベースブロック動作を行ってから通常動作に復帰する際、ゼロベクトルの出力動作を行ってから通常動作への復帰を行う請求項１記載のＰＷＭインバータ制御装置。
- プラスレベルの直流母線電圧とマイナスレベルの直流母線電圧との間に各相毎に４つのスイッチング素子が直列接続されたＰＷＭインバータ制御装置であって、
出力電流の電流値を検出する電流検出回路と、
前記電流検出回路により測定された電流値が予め設定された基準値以上となった場合、全ての相を、プラスレベルの直流母線電圧側から２番目と３番目のスイッチング素子がオンして前記直流母線電圧のプラスレベルとマイナスレベルの間の電圧である中間電位を出力している状態であるＯ状態とするようなゼロベクトルを出力してから、全てのスイッチング素子をオフ状態とするベースブロック動作を行い、前記電流値が前記基準値より小さくなった場合、全ての相を前記Ｏ状態とするようなゼロベクトルを出力してから通常運転に復帰するコントローラとを備えたＰＷＭインバータ制御装置。 - 前記ゼロベクトルが、
全ての相が、プラスレベルの直流母線電圧側から２番目と３番目のスイッチング素子がオンして前記直流母線電圧のプラスレベルとマイナスレベルの間の電圧である中間電位を出力している状態となるＯＯＯ状態から始まり、
全ての相が、プラスレベルの直流母線電圧側から１番目と２番目のスイッチング素子がオンして前記直流母線電圧のプラスレベルを出力している状態となるＰＰＰ状態と、全ての相が、プラスレベルの直流母線電圧側から３番目と４番目のスイッチング素子がオンして前記直流母線電圧のマイナスレベルを出力している状態となるＮＮＮ状態との間にはからなずＯＯＯ状態となるようなベクトルである請求項１から３のいずれか１項記載のＰＷＭインバータ制御装置。 - プラスレベルの直流母線電圧とマイナスレベルの直流母線電圧との間に各相毎に４つのスイッチング素子が直列接続されたＰＷＭインバータ制御装置を制御するためのＰＷＭインバータ制御方法であって、
出力電流の電流値を検出するステップと、
前記電流値が予め設定された第１の基準値以上で前記第１の基準値よりも大きなレベルである第２の基準値よりも小さいレベルとなった場合、全ての相を、プラスレベルの直流母線電圧側から２番目と３番目のスイッチング素子がオンして前記直流母線電圧のプラスレベルとマイナスレベルの間の電圧である中間電位を出力している状態であるＯ状態から始まるゼロベクトルを出力するステップと、前記電流値が前記第２の基準値以上で前記第２の基準値よりも大きなレベルである第３の基準値よりも小さいレベルとなった場合、前記ゼロベクトルを出力した後に全てのスイッチング素子をオフ状態とするベースブロック動作を行うステップと、
前記電流値が前記第３の基準値以上となった場合、非常停止を行うステップとを備えたＰＷＭインバータ制御方法。 - ベースブロック動作を行ってから通常動作に復帰する際、ゼロベクトルの出力動作を行ってから通常動作への復帰を行うステップをさらに備えた請求項５記載のＰＷＭインバータ制御方法。
- プラスレベルの直流母線電圧とマイナスレベルの直流母線電圧との間に各相毎に４つのスイッチング素子が直列接続されたＰＷＭインバータ制御装置を制御するためのＰＷＭインバータ制御方法であって、
出力電流の電流値を検出するステップと、
前記電流値が予め設定された基準値以上となった場合、全ての相を、プラスレベルの直流母線電圧側から２番目と３番目のスイッチング素子がオンして前記直流母線電圧のプラスレベルとマイナスレベルの間の電圧である中間電位を出力している状態であるＯ状態とするようなゼロベクトルを出力するステップと、
前記ゼロベクトルを出力した後に全てのスイッチング素子をオフ状態とするベースブロック動作を行うステップと、
前記電流値が前記基準値より小さくなった場合、全ての相を前記Ｏ状態とするようなゼロベクトルを出力してから通常運転に復帰するステップとを備えたＰＷＭインバータ制御方法。 - 前記ゼロベクトルが、
全ての相が、プラスレベルの直流母線電圧側から２番目と３番目のスイッチング素子がオンして前記直流母線電圧のプラスレベルとマイナスレベルの間の電圧である中間電位を出力している状態となるＯＯＯ状態から始まり、
全ての相が、プラスレベルの直流母線電圧側から１番目と２番目のスイッチング素子がオンして前記直流母線電圧のプラスレベルを出力している状態となるＰＰＰ状態と、全ての相が、プラスレベルの直流母線電圧側から３番目と４番目のスイッチング素子がオンして前記直流母線電圧のマイナスレベルを出力している状態となるＮＮＮ状態との間にはからなずＯＯＯ状態となるようなベクトルである請求項５から７のいずれか１項記載のＰＷＭインバータ制御方法。
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