JP2005045914A

JP2005045914A - インバータ装置

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Publication number: JP2005045914A
Application number: JP2003277416A
Authority: JP
Inventors: Takao Ichihara; 孝男市原
Original assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Priority date: 2003-07-22
Filing date: 2003-07-22
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2023-07-22
Also published as: JP4590838B2

Abstract

【課題】三相交流電源からダイオード整流回路と平滑コンデンサとからなるコンバータ部を介して得られた直流電圧を、インバータ主回路と制御回路とからなるインバータ部により所望の電圧，周波数の交流電圧に変換して負荷に給電するインバータ装置の前記コンバータ部の過負荷検知手段を提供する。
【解決手段】インバータ装置４の電解コンデンサ２２の両端電圧を検出する電圧検出器２５と過負荷検知手段４１〜４６のうちのいずれか１組とにより、前記両端電圧の単位時間当たりの変化率の大きさに基づいてダイオード整流回路２１のダイオードや電解コンデンサ２２の過負荷状態を検知して、停止信号を制御回路２４ａに送出することにより、制御回路２４ａはその制御動作を停止する。
【選択図】図１

Description

この発明は、三相交流電源からダイオード整流回路と平滑コンデンサとからなるコンバータ部を介して得られた直流電圧を、インバータ主回路と制御回路とからなるインバータ部により所望の電圧，周波数の交流電圧に変換して負荷に給電するインバータ装置に関する。

この種のインバータ装置において、前記三相交流電源の相電圧のアンバランスやいずれかの相の欠相に起因して、前記コンバータ部を構成するダイオード整流回路のそれぞれのダイオードや平滑コンデンサが過負荷状態に陥り、その結果、前記ダイオードや平滑コンデンサが損傷することになる。これを防止するために三相交流電源側に欠相リレーを設置して該電源の欠相を検知する方法もあるが、この場合、高価な欠相リレーが必要であり、さらにはその設置スペースも必要なことから、インバータ装置の小型化、低コスト化を阻害していた。このため、インバータ装置内に前記三相交流電源の欠相検知機能を付加することも行われている（例えば、特許文献１参照。）。

図８は、上記特許文献を含む従来のインバータ装置の回路構成図であり、１は三相交流電源、２はインバータ装置、３はインバータ装置２の負荷としての電動機である。また、このインバータ装置２にはダイオードを三相ブリッジ接続してなるダイオード整流回路２１と、平滑コンデンサとしての電解コンデンサ２２と、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラトランジスタ）とダイオードとの逆並列回路を三相ブリッジ接続してなるインバータ主回路２３と、インバータ主回路２３の出力が所望の電圧，周波数になるように制御する制御回路２４と、電解コンデンサ２２の両端電圧を検出する電圧検出器２５と、欠相検知手段２６とを備えている。

図８に示した電圧検出器２５は、例えば電動機３からの回生電力で電解コンデンサ２２の両端電圧が規定値以上に上昇したことを検知し、この上昇を抑制する図示しない抵抗放電回路を動作させる際の電圧検出器と共用することができる。また、欠相検知手段２６には、例えば高域通過フィルタ回路，周波数計測回路，欠相信号出力回路などを備え、前記高域通過フィルタ回路により電圧検出器２５の検出値から電解コンデンサ２２の両端電圧のリプル成分を抽出し、このリプル成分の周波数を前記周波数計測回路で計測し、この計測した周波数が三相交流電源１の基本波周波数の２倍の値になったときに、前記欠相信号出力回路がこれを検知して欠相信号を制御回路２４に送出し、この欠相信号が発せられると制御回路２４はその制御動作を停止する。

すなわち、図８に示した欠相検知手段２６は、通常時は前記リプル成分の周波数が三相交流電源１の基本波周波数の６倍の値になり、また、三相電源１のいずれかの相が欠相状態になると、前記リプル成分の周波数が三相交流電源１の基本波周波数の２倍の値になることに着目してなされたものである。
特開平１１−２０６００３号公報（第２頁〜３頁、第１図）

図８に示した従来のインバータ装置においては、上述の欠相検知手段２６を付加したことにより、三相交流電源１のいずれかの相の欠相に起因して、ダイオード整流回路２１のそれぞれのダイオードや電解コンデンサ２２が損傷するのを防止することができるが、特に、三相交流電源１とダイオード整流回路２１との接続経路に挿設されることがある交流リアクトル（図示せず）やダイオード整流回路２１と電解コンデンサ２２との挿設されることがある直流リアクトル（図示せず）に起因して、三相交流電源１の相電圧のアンバランス量が許容値以下の比較的小さな値でも、この欠相検知手段２６が欠相信号を誤って出力する恐れがあった。

この発明の目的は、上記問題点を解決したインバータ装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載したインバータ装置、すなわち、三相交流電源からダイオード整流回路と平滑コンデンサとからなるコンバータ部を介して得られた直流電圧を、インバータ主回路と制御回路とからなるインバータ部により所望の電圧，周波数の交流電圧に変換して負荷に給電するインバータ装置では、
前記直流電圧の単位時間当たりの変化率が予め定めた許容値を越えたときに、前記インバータ部の変換動作を停止させることを特徴とする。

請求項２に記載した前記インバータ装置では、前記直流電圧の単位時間当たりの変化率の２乗値が予め定めた許容値を越えたときに、前記インバータ部の変換動作を停止させることを特徴とする。

請求項３に記載した前記インバータ装置では、前記直流電圧の単位時間当たりの変化率が予め定めた第１の許容値を越えた状態、又は前記変化率の２乗値が予め定めた第２の許容値を越えた状態のうち、少なくともいずれか一方の状態になったときに、前記インバータ部の変換動作を停止させることを特徴とする。

請求項４に記載した前記インバータ装置では、前記直流電圧の単位時間当たりの変化率が予め定めた許容値を越えた状態を所定の時間継続したときに、前記インバータ部の変換動作を停止させることを特徴とする。

請求項５に記載した前記インバータ装置では、前記直流電圧の単位時間当たりの変化率に予め定めた周波数係数値を乗じた値の２乗値を導出し、この２乗値に所定の一次遅れ係数を乗じた値が予め定めた許容値を越えたときに、前記インバータ部の変換動作を停止させることを特徴とする。

請求項６に記載した前記インバータ装置では、前記直流電圧の単位時間当たりの変化率に予め定めた周波数係数値を乗じた値の２乗値を導出し、この２乗値を予め定めた基底値で除した値の継続期間が所定の反限時特性値を越えたときに、前記インバータ部の変換動作を停止させることを特徴とする。

この発明によれば、上述の演算機能は、特にインバータ装置のマイコンによるデジタル制御に対応させると、容易に行うことができ、また、先述の抵抗放電回路を動作させる際のＡ／Ｄ変換器などによる電圧検出器と共用することで、このインバータ装置には新たなハード回路は不要となり、マイコンのプログラムのみの追加で容易に具現できるので、この種のインバータ装置の保護機能の高性能化とそのコストダウンに寄与できる。

図１は、この発明のインバータ装置の実施の形態を示す回路構成図であり、図８に示した従来例構成と同一機能を有するものには同一符号を付している。すなわち、図１に示したインバータ装置４には、従来のインバータ装置２における欠相検知手段２６に代えて、過負荷検知手段４１〜４６のうちの何れか１組と、この過負荷検知手段が動作して停止信号を発したときには、制御回路２４に代わる制御回路２４ａではその制御動作を停止する機能が付加されている。

図２は、この発明の第１の実施例を示し、図１に示した過負荷検知手段４１の詳細回路構成図であり、この過負荷検知手段４１はｄＶ_DC／ｄｔ演算器５１と、許容値設定器５２と、比較器５３とから形成されている。

先ず、図１に示すように電解コンデンサ２２の両端電圧をＶ_DC［Ｖ］とし、電解コンデンサ２２に流れるリプル電流をｉ_C［Ａ］とすると、下記式（１）の関係がある。

(数１)
ｉ_C＝Ｃ・ｄＶ_DC／ｄｔ …（１）
ここで、Ｃ［Ｆ］は電解コンデンサ２２の静電容量である。

すなわち、ｄＶ_DC／ｄｔ演算器５１では電解コンデンサ２２の両端電圧Ｖ_DCの単位時間当たりの変化率［ｄＶ_DC／ｄｔ］を求めているが、インバータ装置４においては電解コンデンサ２２の静電容量Ｃは一定値であることから、得られた変化率［ｄＶ_DC／ｄｔ］は電解コンデンサ２２に流れるリプル電流［ｉ_C］に比例した値となる。

三相交流電源１の相電圧のアンバランス量が増大した状態や、いずれかの相が欠相した状態になると、電解コンデンサ２２に流れるリプル電流［ｉ_C］が増大し、この増大に伴って、その温度上昇も大きくなり、電解コンデンサ２２が損傷する、或いはその寿命を短くする恐れがある。そこで過負荷検知手段４１では、ｄＶ_DC／ｄｔ演算器５１で得られた前記変化率［ｄＶ_DC／ｄｔ］が許容値設定器５２で設定された許容値（例えば、三相交流電源１の電圧が２００Ｖ系のときには３０Ｖ／０．５ｍＳ程度に設定）を越えると、比較器５３がこれを検知して、制御回路２４ａに停止信号を送出し、この停止信号に基づいて制御回路２４ａはその制御動作を停止することにより、電解コンデンサ２２の損傷や寿命の短縮を防止することができる。

また、ダイオード整流回路２１を形成するそれぞれのダイオードも三相交流電源１の相電圧のアンバランス量が増大した状態や、いずれかの相が欠相した状態になると、その影響を受ける相の前記ダイオードに流れる電流が増大し、この増大に伴って、その温度上昇も大きくなり、前記ダイオードが損傷する恐れがあるが、このダイオード電流の増大もｄＶ_DC／ｄｔ演算器５１で得られる前記変化率［ｄＶ_DC／ｄｔ］の増大をもたらすために、この過負荷検知手段４１により、前記ダイオードの損傷も防止することができる。

図３は、この発明の第２の実施例を示し、図１に示した過負荷検知手段４２の詳細回路構成図であり、図２に示した過負荷検知手段４１と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。

すなわち、この過負荷検知手段４２はｄＶ_DC／ｄｔ演算器５１と、２乗器６１と、許容値設定器６２と、比較器６３とから形成されている。

三相交流電源１の相電圧のアンバランス量が増大した状態や、いずれかの相が欠相した状態になると、電解コンデンサ２２に流れるリプル電流［ｉ_C］が増大し、この増大に伴って、その温度上昇も大きくなるが、このときの温度上昇値は前記リプル電流の２乗に比例することから、この過負荷検知手段４２では、ｄＶ_DC／ｄｔ演算器５１で得られた前記変化率［ｄＶ_DC／ｄｔ］を２乗器６１により２乗した値［｛ｄＶ_DC／ｄｔ｝²］に変換し、この２乗値が許容値設定器６２で設定された許容値（例えば、三相交流電源１の電圧が２００Ｖ系のときには６０〜９０Ｖ²／０．５ｍＳ²程度に設定）を越えると、比較器６３がこれを検知して、制御回路２４ａに停止信号を送出し、この停止信号に基づいて制御回路２４ａはその制御動作を停止することにより、電解コンデンサ２２の損傷や寿命の短縮を防止することができる。

また、ダイオード整流回路２１を形成するそれぞれのダイオードも三相交流電源１の相電圧のアンバランス量が増大した状態や、いずれかの相が欠相した状態になると、その影響を受ける相の前記ダイオードに流れる電流が増大し、この増大に伴って発熱するが、この発熱量は流れる電流の２乗に比例することから、上述の過負荷検知手段４２により、前記ダイオードの損傷も防止することができる。

図４は、この発明の第３の実施例を示し、図１に示した過負荷検知手段４３の詳細回路構成図であり、図２に示した過負荷検知手段４１および図３に示した過負荷検知手段４２と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。

すなわち、この過負荷検知手段４３にはｄＶ_DC／ｄｔ演算器５１、許容値設定器５２、比較器５３、２乗器６１、許容値設定器６２、比較器６３の他に、オア素子６４が付加されており、従って、三相交流電源１の相電圧のアンバランス量が増大した状態や、いずれかの相が欠相した状態になり、上述の過負荷検知手段４１または過負荷検知手段４２のうち、少なくともいずれか一方が動作したときに、オア素子６４を介して制御回路２４ａに停止信号を送出し、この停止信号に基づいて制御回路２４ａはその制御動作を停止することにより、ダイオード整流回路２１を形成するダイオードと電解コンデンサ２２の損傷や寿命の短縮を防止することができる。

図５は、この発明の第４の実施例を示し、図１に示した過負荷検知手段４４の詳細回路構成図であり、図２に示した過負荷検知手段４１と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。

すなわち、この過負荷検知手段４４にはｄＶ_DC／ｄｔ演算器５１、許容値設定器５２、比較器５３の他に、タイマー７１が付加されている。この過負荷検知手段４４では、上述の過負荷検知手段４１が動作をしている期間が、例えば０．５Ｓ以上継続したときに、タイマー７１を介して制御回路２４ａに停止信号を送出し、この停止信号に基づいて制御回路２４ａはその制御動作を停止させることで、前記停止信号の信頼性を改善している。

図６は、この発明の第５の実施例を示し、図１に示した過負荷検知手段４５の詳細回路構成図であり、図２に示した過負荷検知手段４１と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。

すなわち、この過負荷検知手段４５はｄＶ_DC／ｄｔ演算器５１と、周波数係数演算器８１と、乗算器８２と、２乗器８３と、一次遅れ演算器８４と、許容値設定器８５と、比較器８６とから形成されている。

三相交流電源１の相電圧のアンバランス量が増大した状態や、いずれかの相が欠相した状態になると、電解コンデンサ２２に流れるリプル電流［ｉ_C］が増大し、この増大に伴って、その温度上昇も大きくなるが、このときの温度上昇値は前記リプル電流の周波数に依存する、すなわち、前記周波数が低いほど温度上昇値が大きくなることから、この過負荷検知手段４５では、ｄＶ_DC／ｄｔ演算器５１で得られた前記変化率［ｄＶ_DC／ｄｔ］に周波数係数演算器８１で設定される前記リプル電流の周波数に依存した係数を導出し、この係数を乗算器８２により前記変化率に乗算し、この乗算値を２乗器８３により２乗した値に変換することにより、前記リプル電流の周波数に依存した温度上昇値を導出し、さらに、この温度上昇値に対応して電解コンデンサ２２が実際に温度上昇するのには５〜１０分程度要することから、この時間に相当する動作を一次遅れ演算器８４に行わせ、この演算結果の値が許容値設定器８５で設定された許容値（例えば、４０°［Ｃ］上昇程度に設定）を越えると、比較器８６がこれを検知して、制御回路２４ａに停止信号を送出し、この停止信号に基づいて制御回路２４ａはその制御動作を停止することにより、電解コンデンサ２２の損傷や寿命の短縮を防止することができる。

なお、上記の周波数係数はその周波数が高い程小さな値となり、また、周波数が低い程大きな値となる。

図７は、この発明の第６の実施例を示し、図１に示した過負荷検知手段４６の詳細回路構成図であり、図２に示した過負荷検知手段４１および図６に示した過負荷検知手段４５と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。

すなわち、この過負荷検知手段４６にはｄＶ_DC／ｄｔ演算器５１、周波数係数演算器８１、乗算器８２、２乗器８３の他に、基底値設定器９１と、除算器９２と、反限時特性演算器９３とを備えている。

この過負荷検知手段４６では、上述の如く２乗器８３により電解コンデンサ２２に流れる前記リプル電流の周波数に依存した温度上昇値を導出し、さらに、この温度上昇値を基底値設定器９１が出力する基底値で除算器９２を介して除算演算することにより、温度上昇値の正規化した値を導出し、さらに、例えば１５０％で５〜１０分程度の特性値を有する反限時特性演算器９３を介し、この反限時特性演算器９３が動作したときに、制御回路２４ａに停止信号を送出し、この停止信号に基づいて制御回路２４ａはその制御動作を停止することにより、電解コンデンサ２２の損傷や寿命の短縮をより実際的に防止することができる。

この発明の実施の形態を示すインバータ装置の回路構成図この発明の第１の実施例を示すインバータ装置の部分詳細回路構成図この発明の第２の実施例を示すインバータ装置の部分詳細回路構成図この発明の第３の実施例を示すインバータ装置の部分詳細回路構成図この発明の第４の実施例を示すインバータ装置の部分詳細回路構成図この発明の第５の実施例を示すインバータ装置の部分詳細回路構成図この発明の第６の実施例を示すインバータ装置の部分詳細回路構成図従来例を示すインバータ装置の回路構成図

符号の説明

１…三相交流電源、２…インバータ装置、３…電動機、４…インバータ装置、２１…ダイオード整流回路、２２…電解コンデンサ、２３…インバータ主回路、２４，２４ａ…制御回路、２５…電圧検出器、２６…欠相検知手段、４１〜４６…過負荷検知手段、５１…ｄＶ_DC／ｄｔ演算器、５２…許容値設定器、５３…比較器、６１…２乗器、６２…許容値設定器、６３…比較器、オア素子、７１…タイマー、８１…周波数係数演算器、８２…乗算器、８３…２乗器、８４…一次遅れ演算器、８５…許容値設定器、８６…比較器、９１…基底値設定器、９２…除算器、９３…反限時特性演算器。

Claims

三相交流電源からダイオード整流回路と平滑コンデンサとからなるコンバータ部を介して得られた直流電圧を、インバータ主回路と制御回路とからなるインバータ部により所望の電圧，周波数の交流電圧に変換して負荷に給電するインバータ装置において、
前記直流電圧の単位時間当たりの変化率が予め定めた許容値を越えたときに、前記インバータ部の変換動作を停止させることを特徴とするインバータ装置。
三相交流電源からダイオード整流回路と平滑コンデンサとからなるコンバータ部を介して得られた直流電圧を、インバータ主回路と制御回路とからなるインバータ部により所望の電圧，周波数の交流電圧に変換して負荷に給電するインバータ装置において、
前記直流電圧の単位時間当たりの変化率の２乗値が予め定めた許容値を越えたときに、前記インバータ部の変換動作を停止させることを特徴とするインバータ装置。
三相交流電源からダイオード整流回路と平滑コンデンサとからなるコンバータ部を介して得られた直流電圧を、インバータ主回路と制御回路とからなるインバータ部により所望の電圧，周波数の交流電圧に変換して負荷に給電するインバータ装置において、
前記直流電圧の単位時間当たりの変化率が予め定めた第１の許容値を越えた状態、又は前記変化率の２乗値が予め定めた第２の許容値を越えた状態のうち、少なくともいずれか一方の状態になったときに、前記インバータ部の変換動作を停止させることを特徴とするインバータ装置。
三相交流電源からダイオード整流回路と平滑コンデンサとからなるコンバータ部を介して得られた直流電圧を、インバータ主回路と制御回路とからなるインバータ部により所望の電圧，周波数の交流電圧に変換して負荷に給電するインバータ装置において、
前記直流電圧の単位時間当たりの変化率が予め定めた許容値を越えた状態を所定の時間継続したときに、前記インバータ部の変換動作を停止させることを特徴とするインバータ装置。
三相交流電源からダイオード整流回路と平滑コンデンサとからなるコンバータ部を介して得られた直流電圧を、インバータ主回路と制御回路とからなるインバータ部により所望の電圧，周波数の交流電圧に変換して負荷に給電するインバータ装置において、
前記直流電圧の単位時間当たりの変化率に予め定めた周波数係数値を乗じた値の２乗値を導出し、この２乗値に所定の一次遅れ係数を乗じた値が予め定めた許容値を越えたときに、前記インバータ部の変換動作を停止させることを特徴とするインバータ装置。
三相交流電源からダイオード整流回路と平滑コンデンサとからなるコンバータ部を介して得られた直流電圧を、インバータ主回路と制御回路とからなるインバータ部により所望の電圧，周波数の交流電圧に変換して負荷に給電するインバータ装置において、
前記直流電圧の単位時間当たりの変化率に予め定めた周波数係数値を乗じた値の２乗値を導出し、この２乗値を予め定めた基底値で除した値の継続期間が所定の反限時特性値を越えたときに、前記インバータ部の変換動作を停止させることを特徴とするインバータ装置。