JP2006288125A - インバータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電源停止中に蓄えられた電荷を積極的に消費することができるインバータ制御装置を実現する。
【解決手段】 コンバータ１１、平滑用コンデンサ１２およびインバータモジュール１３からなるインバータ装置１０と、コンバータ１１を介して制御装置用電源から電力を供給され、インバータ装置１０を制御する制御装置２０と、コンバータ１１により電力を供給され、インバータモジュール１３によって駆動される電動機３０とを備え、制御装置２０は、電源が停止したときに、電動機３０に平滑用コンデンサ１２で蓄えた電荷を供給する。これにより、電源停止中に蓄えられた電荷を積極的に消費することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、コンバータ、平滑用コンデンサ、およびインバータモジュールからなるインバータ装置と、インバータ装置を制御する制御手段とを備えるインバータ制御装置に関するものであり、特に、インバータ装置のメインテナンスに関する。

従来、この種のインバータ制御装置として、例えば、特許文献１に示すように、駆動手段である圧縮機の運転速度を変えることでヒートポンプサイクルからなるヒートポンプユニットの加熱能力を調節するインバータ装置が用いられている。

このようなインバータ装置は、交流電源、交流を直流に変換するコンバータ、コンバータで整流された直流電圧を平滑化する平滑用コンデンサ、およびパワートランジスタなどのスイッチング素子であるインバータモジュールなどから構成されており、このインバータモジュールの出力側には圧縮機が接続されている。そして、圧縮機に内蔵された電動機の回転数を可変することでヒートポンプユニットの加熱能力を可変している。
特開２００４−１４４４４６号公報

しかしながら、上記特許文献１のインバータ装置では、通電中に平滑用コンデンサに電荷が蓄えられ、非通電中に平滑用コンデンサで蓄えられた電荷が徐々にリークされる。従って、メンテナンスする際に、例えば、電源スイッチを停止側としたり、電源コードを外して電源を遮断していても、感電、電気回路へのショートなどのトラブルを起こす可能性がある。

また、電気部品の作動状態を点検するメンテナンスにおいて、この種のインバータ装置では電源を投入した状態で行うため高電圧であることを作業者が心得て行う必要性があることで作業性が悪いとともに、特に、コンデンサの劣化の度合いを調査することが容易に行えないことが問題である。

そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであり、電源停止中に蓄えられた電荷を積極的に消費することができるインバータ制御装置を提供することにある。

上記、目的を達成するために、請求項１ないし請求項４に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、交流を直流に変換するコンバータ（１１）、コンバータ（１１）により整流された直流電圧を平滑化する平滑用コンデンサ（１２）、およびインバータモジュール（１３）からなるインバータ装置（１０）と、コンバータ（１１）を介して制御装置用電源から電力を供給され、インバータ装置（１０）を制御する制御手段（２０）と、コンバータ（１１）により電力を供給され、インバータモジュール（１３）によって駆動される駆動手段（３０）とを備え、
制御手段（２０）は、電源が停止したときに、駆動手段（３０）に平滑用コンデンサ（１２）で蓄えた電荷を供給することを特徴としている、
この発明によれば、電源が停止したときに、平滑用コンデンサ（１２）で蓄えた電荷が積極的に消費できるのでインバータ回路に高電圧が掛かることはない。これにより、例えば、メンテナンスする際に、感電、ショートなどのトラブルを防止することができる。

請求項２に記載の発明では、制御手段（２０）は、平滑用コンデンサ（１２）の電荷情報が所定値以上のときに、駆動手段（３０）を駆動するように制御することを特徴としている。

この発明によれば、平滑用コンデンサ（１２）で蓄えられた電荷が小さいときに電圧が急速に低下し、駆動手段（３０）を駆動中のまま制御手段（２０）の作動限界電圧以下となる危険な状態を回避できる。なお、蓄えられた電荷相当分のエネルギーで駆動手段（３０）が駆動されるが、僅かな時間のみであるため駆動手段（３０）の出力に悪影響を与えることはない。

請求項３に記載の発明では、平滑用コンデンサ（１２）のメンテナンスを報知する報知手段（４０）が設けられ、制御手段（２０）は、平滑用コンデンサ（１２）の放電特性が予め設定した標準放電特性と比較して下回るときに、報知手段（４０）に報知信号を出力するように構成したことを特徴としている。

この発明によれば、この種の平滑用コンデンサ（１２）は、放電特性に基づいて劣化の度合いがチェックできる。そこで、本発明では、放電特性を監視するようにして予め設定した標準放電特性とを比較することで、簡単に平滑用コンデンサ（１２）の劣化の度合いをチェックできる。従って、平滑用コンデンサ（１２）のメンテナンスは省略できる。

請求項４に記載の発明では、インバータ装置（１０）には、平滑用コンデンサ（１２）の電圧を検出する電圧検出回路（１８）が設けられ、制御手段（２０）は、電圧検出回路（１８）で検出された電圧に基づいて、駆動手段（３０）もしくは報知手段（４０）のいずれか一方を制御することを特徴としている。この発明によれば、具体的には、電圧検出回路（１８）を設けることで、容易に平滑用コンデンサ（１２）の電荷情報を検出することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態におけるインバータ制御装置を図１ないし図３に基づいて説明する。図１はインバータ制御装置の全体構成を示す電気回路図、図２は制御手段である制御装置２０の放電制御プログラムの制御処理を示すフローチャートである。

なお、本発明における駆動手段として、ヒートポンプサイクルに用いられる圧縮機の電動機３０に適用した実施の形態について述べる。本実施形態のインバータ制御装置は、図１に示すように、インバータ装置１０、インバータ装置１０を制御する制御手段である制御装置２０、およびインバータ装置１０により駆動される電動機３０から構成している。

電動機３０は、圧縮機（図示しない）に内蔵されており、インバータ装置１０に接続される。電動機３０は、圧縮機の運転速度を可変することで、ヒートポンプユニットの加熱能力を調節する。

インバータ装置１０は、交流を直流に変換するコンバータ１１、コンバータ１１により整流された直流電圧を平滑化する平滑用コンデンサ１２、インバータモジュール１３、交流電源１４、およびＡＣゼロクロス検出回路１５などから構成される。

インバータモジュール１３は、パワートランジスタ、ダイオードなどから構成されるスイッチング素子であって、コンバータ１１で変換された直流電力を交流電力に変換してインバータ方式で電動機３０を駆動させる。なお、インバータモジュール１３は、後述する制御装置２０に電気的に接続されており、制御装置２０からの回転数指令に基づいて、電動機３０の回転数を可変するようにしている。

交流電源１４は、商用電源（例えば、ＡＣ２００Ｖ）であり、インバータ装置１０に商用電源を供給する。ＡＣゼロクロス検出回路１５は、交流電源電圧のゼロクロスタイミングを検出する。また、図中に示す１６はリアクターであり、コンバータ１１に供給する入力電源のノイズを除去するためのフィルターである。

図中に示す１９ａは第１電流センサであり、コンバータ１１に供給する電源の入力電流を検出するセンサである。図中に示す１９ｂは第２電流センサであり、インバータモジュール１３を介して電動機３０に出力される出力電流を検出するセンサである。

また、図中に示す１７は制御装置用電源回路であり、平滑用コンデンサ１２で平滑されたＤＣ電圧（例えば、ＤＣ２８０Ｖ程度）から制御装置２０に供給する電源電圧（例えば、ＤＣ５Ｖ程度）に降圧する電源回路である。図中に示す１８は電圧検出回路であって、平滑用コンデンサ１２で平滑されたＤＣ電圧（例えば、ＤＣ２８０Ｖ程度）の電圧を検出するセンサである。

なお、第１電流センサ１９ａ、第２電流センサ１９ｂ、および電圧検出回路１８は、検出された電流、電圧情報を制御装置２０に出力するように電気的に接続される。また、本実施形態では、ＡＣ２００Ｖの商用電源を用いて交流電源１４を構成したが、これに限らず、ＡＣ１００Ｖの商用電源を用いても良い。ただし、この場合には、平滑用コンデンサ１２の上流側に倍電圧整流用コンデンサ（図示せず）を用いると良い。

次に、制御装置２０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵のＲＯＭ（図示せず）には予め設定された制御プログラムが設けられており、第１電流センサ１９ａ、第２電流センサ１９ｂ、ＡＣゼロクロス検出回路１５、および電圧検出回路１８で検出された電流電圧情報、各センサ（図示せず）で検出された温度情報、外部からの制御信号および図示しない操作盤からの操作情報に基づいて、インバータモジュール１３を介して電動機３０を制御する。

次に、以上の構成によるインバータ制御装置の作動について説明する。インバータ装置１０に交流電源が供給されると、インバータ制御の制御処理が開始される。コンバータ１１で交流電源が直流電圧に変換され、その次に、コンバータ１１により整流された直流電力が平滑用コンデンサ１２で平滑化（例えば、ＤＣ２８０Ｖ程度）される。

そして、平滑化された直流電力を回転数指令に応じた交流電力に変換して電動機３０を駆動させる。これにより、電動機３０がインバータ方式で回転数を可変して駆動される。そして、回転数指令が０となり、電動機３０に供給する電源が停止しインバータ制御が終了する。なお、このときに、コンバータ１１で整流された直流電圧を平滑化することで平滑用コンデンサ１２に電荷が蓄えられる。

そこで、本発明では電源がＯＦＦされたときに、電動機３０を所定時間の間、駆動させる放電制御を行って、平滑用コンデンサ１２に蓄えられた電荷を積極的に消費するようにしている。具体的には、図２に示す放電制御プログラムの制御処理を行う。以下、図２のフローチャートに従って説明する。

まず、ステップ２１０にて、ＡＣゼロクロス検出回路１５の信号の有無により、電源がＯＦＦされたか否かを判定するで放電制御がスタートする。つまり、ＡＣゼロクロス検出回路１５の信号が所定時間検出されなければ電源がＯＦＦされたと判断してステップ２２０に移行し、電圧検出回路１８で検出された電圧情報を読み込んで記憶する。

そして、ステップ２３０にて、電荷情報として電圧低下度合い（ΔＶ／ΔＴ）を算出する。ここで、電圧低下度合い（ΔＶ／ΔＴ）について、図３に基づいて説明する。図３は平滑用コンデンサ１２に蓄えられた電荷の放電特性を示した特性図であり、電圧低下度合い（ΔＶ／ΔＴ）は、この放電時における低下電圧ΔＶを時間当たり（ΔＴ）で求めたものである。

因みに、本実施形態では、この放電時には、制御装置用電源回路１７に電源として供給しているため僅かであるが徐々に電圧が低下していずれは電圧が０になる。そして、ステップ２４０にて、求めた電圧低下度合い（ΔＶ／ΔＴ）が所定値以上か否かを判定する。ここで、所定値以上であれば、ステップ２５０にて、超低速の回転数指令値をインバータモジュール１３に出力する。

そして、ステップ２６０にて、インバータモジュール１３が電動機３０を駆動させる。なお、この電動機３０の駆動は、図３に示す作動限界電圧に達するまでの所定時間（Ｔ）のみ、または作動限界電圧より大きい所定電圧に至るまで駆動するものである。

これにより、インバータ制御で平滑用コンデンサ１２に蓄えられた電荷を積極的に消費することができる。従って、インバータ装置１０をメンテナンスする際に、従来では、例えば、電源スイッチを停止側に操作したり、電源コードを外して電源を遮断しても、感電、電気回路へのショートなどが生ずる可能性があったのが、上記放電制御を行うことでメンテナンスにおける感電、電気回路へのショートなどを防止することができる。

なお、本実施形態の放電制御では、ステップ２３０で電荷情報として、電圧低下度合い（ΔＶ／ΔＴ）を算出し、そしてステップ２４０で電圧低下度合い（ΔＶ／ΔＴ）が所定値以上か否かを判定させたが、これに限らず、電荷情報として、ステップ２２０で検出した電圧が所定電圧以上か否かを用いても良い。また、本実施形態では、商用電源としてＡＣ２００Ｖを用いて説明したが、ＡＣ１００Ｖを用いるときは、倍電圧整流用コンデンサ（図示せず）を用いると良い。

言い換えれば、倍電圧整流用コンデンサ（図示せず）を用いると、インバータ制御において、倍電圧整流用コンデンサ（図示せず）に平滑用コンデンサ１２と同じように電荷が蓄えられる。従って、平滑用コンデンサ１２に倍電圧整流用コンデンサを含めて本発明が適用するものである。

以上の第１実施形態によるインバータ制御装置によれば、インバータ装置１０を制御する制御装置２０と、コンバータ１１により電力を供給され、インバータモジュール１３によって駆動される電動機３０とを備え、制御装置２０は、電源が停止したときに、電動機３０に平滑用コンデンサ１２で蓄えた電荷を供給することにより、電源が停止したときに、平滑用コンデンサ（１２）で蓄えた電荷が積極的に消費できるのでインバータ回路に高電圧が掛かることはない。これにより、例えば、メンテナンスする際に、感電、ショートなどのトラブルを防止することができる。

また、制御装置２０は、平滑用コンデンサ１２の電荷情報が所定値以上のときに、電動機３０を駆動するように制御することにより、平滑用コンデンサ１２で蓄えられた電荷が小さいときに電圧が急速に低下し、電動機３０を駆動中のまま制御装置２０の作動限界電圧以下となる危険な状態を回避できる。なお、蓄えられた電荷相当分のエネルギーで電動機３０が駆動されるが、僅かな時間のみであるため電動機３０の出力に悪影響を与えることはない。

また、平滑用コンデンサ１２の電圧情報を検出する電圧検出回路１８で検出された電圧情報に基づいて、電動機３０を制御することにより、容易に平滑用コンデンサ１２の電荷情報を検出することができる。

（第２実施形態）
以上の第１実施形態では、制御装置２０を電圧検出回路１８で検出された電圧情報に基づいて、平滑用コンデンサ１２で蓄えた電荷を電動機３０で積極的に消費するように構成させたが、さらに、電圧検出回路１８で検出された電圧情報に基づいて、平滑用コンデンサ１２の劣化度合いを求め、その劣化度合いが所定値以上であれば使用者に報知するように構成しても良い。

具体的には、まず、図４に示すように、ブザーや警告灯などの使用者に報知するための報知手段４０を設けて制御装置２０により制御されるように電気的に接続する。そして、図５に示すフローチャートに従って放電制御を実行する。なお、図４および図５に示す符号のうち、第１実施形態と同様の構成、制御処理のものについては、同一の符号で示して詳細の説明は省略する。

なお、図５に示すステップ２３０ａおよびステップ２４０ａにおける電圧低下度合い（ΔＶ／ΔＴ）は、図６に示すように、電源がＯＦＦ操作された後の電圧低下度合い（ΔＶ／ΔＴ）であって、この電圧低下度合い（ΔＶ／ΔＴ）をステップ２３０ａにて算出し、ステップ２４０ａにて、予め設定した標準放電特性における電圧低下度合い（ΔＶ／ΔＴ）を所定値Ｂとして、ステップ２３０ａにて算出した電圧低下度合い（ΔＶ／ΔＴ）と比較するようにしている。

これは、この種のコンデンサでは、劣化度合いが上昇してくると、電圧低下度合い（ΔＶ／ΔＴ）が高くなって、平滑用コンデンサ１２で蓄えた電荷の消費が早くなることである。従って、ステップ２４０ａにて、電圧低下度合い（ΔＶ／ΔＴ）と予め設定した標準放電特性における電圧低下度合い（ΔＶ／ΔＴ）とを比較することで容易に平滑用コンデンサ１２の劣化度合いの検出が可能となる。

そして、ステップ２４０ａにて、電圧低下度合い（ΔＶ／ΔＴ）が所定値Ｂ以上であれば、平滑用コンデンサ１２が劣化していると判定してステップ２５０ａにて報知信号を出力する。そして、ステップ２６０ａにて、報知手段４０を所定時間駆動し、使用者に平滑用コンデンサ１２の劣化度合いを報知する。

以上の第２実施形態によるインバータ制御装置によれば、ステップ２４０ａで電圧低下度合い（ΔＶ／ΔＴ）を予め設定した標準放電特性における電圧低下度合い（ΔＶ／ΔＴ）とで比較することで、容易に平滑用コンデンサ１２の劣化の度合いをチェックできる。さらに、報知手段４０を設けることで、平滑用コンデンサ１２の劣化の度合いを使用者に容易に報知することができる。

（他の実施形態）
以上の実施形態では、駆動手段として、圧縮機の電動機３０をインバータ方式で駆動するようにしたが、これに限らず、圧縮機の電動機３０の他に、ヒートポンプユニット内に構成される循環ポンプの電動機、送風機の電動機を駆動させても良い。

また、ヒートポンプユニットに本発明を適用させたが、これに限らず、この他の装置に用いられる電動機に本発明を適用しても良い。

本発明の第１実施形態におけるインバータ制御装置の全体構成を示す電気回路図である。 本発明の第１実施形態における制御装置２０の放電制御プログラムの制御処理を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態における平滑用コンデンサ１２の放電特性を示す特性図である。 本発明の第２実施形態におけるインバータ制御装置の全体構成を示す電気回路図である。 本発明の第２実施形態における制御装置２０の放電制御プログラムの制御処理を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態における平滑用コンデンサ１２の放電特性を示す特性図である。

符号の説明

１０…インバータ装置
１１…コンバータ
１２…平滑用コンデンサ
１３…インバータモジュール
１８…電圧検出回路
２０…制御装置（制御手段）
３０…電動機（駆動手段）
４０…報知手段

Claims (4)

1. 交流を直流に変換するコンバータ（１１）、前記コンバータ（１１）により整流された直流電圧を平滑化する平滑用コンデンサ（１２）、およびインバータモジュール（１３）からなるインバータ装置（１０）と、
   前記コンバータ（１１）を介して制御装置用電源から電力を供給され、前記インバータ装置（１０）を制御する制御手段（２０）と、
   前記コンバータ（１１）により電力を供給され、前記インバータモジュール（１３）によって駆動される駆動手段（３０）とを備え、
   前記制御手段（２０）は、電源が停止したときに、前記駆動手段（３０）に前記平滑用コンデンサ（１２）で蓄えた電荷を供給することを特徴とするインバータ制御装置。
2. 前記制御手段（２０）は、前記平滑用コンデンサ（１２）の電荷情報が所定値以上のときに、前記駆動手段（３０）を駆動するように制御することを特徴とする請求項１に記載のインバータ制御装置。
3. 前記平滑用コンデンサ（１２）のメンテナンスを報知する報知手段（４０）が設けられ、
   前記制御手段（２０）は、前記平滑用コンデンサ（１２）の放電特性が予め設定した標準放電特性と比較して下回るときに、前記報知手段（４０）に報知信号を出力するように構成したことを特徴とする請求項２に記載のインバータ制御装置。
4. 前記インバータ装置（１０）には、前記平滑用コンデンサ（１２）の電圧を検出する電圧検出回路（１８）が設けられ、
   前記制御手段（２０）は、前記電圧検出回路（１８）で検出された電圧に基づいて、前記駆動手段（３０）もしくは前記報知手段（４０）のいずれか一方を制御することを特徴とする請求項２または請求項３に記載のインバータ制御装置。

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