JP2007043783A

JP2007043783A - インバータ装置

Info

Publication number: JP2007043783A
Application number: JP2005223279A
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: 2005-08-01
Filing date: 2005-08-01
Publication date: 2007-02-15
Anticipated expiration: 2025-08-01
Also published as: JP4715373B2; US7504796B2; US20070205742A1

Abstract

【課題】各種の産業機械の動力源としての交流電動機に所望の交流電力を供給することにより該電動機を可変速制御するインバータ装置の構成要素それぞれの最大温度上昇値を推定する。
【解決手段】予め定めた前記産業機械における１サイクルの運転パターンを従来のインバータ装置の制御回路に付加した電流検出器３１と温度上昇値推定手段３２とにより観測し、この温度上昇値推定手段３２では前記１サイクルの観測データと前記インバータ装置の構成要素それぞれの温度上昇モデルとに基づいて、前記運転パターンを周期的に繰り返したときの前記構成要素それぞれの最大温度上昇推定値を導出する。
【選択図】図１

Description

この発明は、特に、予め設定した運転パターンでの繰り返し動作が行われる各種の産業機械の動力源としての交流電動機を駆動するインバータ装置に関する。

図３はこの種のインバータ装置の代表的な従来例を示す回路構成図であり、所謂、Ｖ／ｆ制御インバータと称されるインバータ装置である。

すなわち図３において、１０は後述の図４に示す構成のインバータ主回路、２０はインバータ主回路１０から交流電動機１に所望の交流電力を供給するための制御を行う制御回路であり、この制御回路２０には前記産業機械の運転動作を制御する図示しない上位コントローラからの周波数指令値を単位時間当たりの所望の勾配で増減させつつ最終的には前記周波数指令値と一致した周波数設定値ｆ_１ ^＊に変換する加減速調整器２１と、交流電動機１が低速域でも磁束を一定に保つため、前記Ｖ／ｆ制御における電圧をかさ上げするための図示のブースト量と周波数設定値ｆ_１ ^＊とに対応しつつ交流電動機１の一次電圧設定値Ｖ_１ ^＊（直流量）を発生させる電圧パターン発生器２２と、周波数設定値ｆ_１ ^＊を時間積分した位相設定値Θ^＊を出力する積分器２３と、この位相設定値Θ^＊と一次電圧設定値Ｖ_１ ^＊とに基づいて三相の交流電圧指令値ｖ_Ｕ ^＊，ｖ_Ｖ ^＊，ｖ_Ｗ ^＊を発生させる電圧指令値発生器２４と、周波数設定値ｆ_１ ^＊に基づき、必要ならば段階的に変化させたキャリア周波数を発生させるキャリア発生器２５と、このキャリア周波数に基づく、例えば、三角波信号により交流電圧指令値ｖ_Ｕ ^＊，ｖ_Ｖ ^＊，ｖ_Ｗ ^＊それぞれをＰＷＭ演算し、これらの演算結果に対応したインバータ主回路１０への駆動信号を生成するＰＷＭ回路２６とから構成されている。

また、図４は図３に示したインバータ主回路１０の詳細回路構成例図であり、商用電源などの交流電源２がコンタクタ３を介してインバータ主回路１０に印加されると、三相ブリッジ接続のダイオード整流回路１１により整流され、この整流電圧は平滑コンデンサ１２によりほぼ平滑された直流電圧となり、この直流電圧は図示のＩＧＢＴとダイオードの逆並列回路を三相ブリッジ接続してなるインバータ回路１３により所望の振幅，周波数の交流電圧を変換される。なお、ＩＧＢＴ１４は交流電動機１の制動動作による回生電流により平滑コンデンサ１２の両端電圧が所定の上限値を越えた状態になったときにオン状態となり、このオン状態により前記回生電流が回生放電抵抗１５に流れ込み、その結果、前記両端電圧の上昇が抑制される。
特開平７−１３５７３１号公報特開２００３−１３４８３９号公報

図３，４に示した従来のインバータ装置を用い、予め設定した運転パターンでの繰り返し動作が行われる各種の記産業機械においては、机上で前記運転パターンの１サイクルでのインバータ主回路１０の構成要素それぞれの温度上昇演算値を算出し、この演算値がその許容値を超えないように該構成要素それぞれの容量を選定していた。

しかしながら、実際に前記産業機械を稼働させた場合に、前記運転パターンの１サイクルでのインバータ主回路１０の構成要素としてのインバータ回路１３などの半導体素子や回生制動抵抗１６の温度上昇値が前記温度上昇演算値とは異なる値になることがあり、この最悪の場合には、前記運転パターンを前記産業機械で多数回（例えば、数１００回以上）繰り返して運転した後に前記インバータ装置の図示しない保護回路が過負荷状態に陥ったとして、該インバータ装置を停止させることがあり、その結果、その後の運転継続が困難になるという問題点があった。

上記問題点を解消するために、従来は、前記運転パターンを所定の回数繰り返しつつ前記インバータ装置の運転継続を監視することが行われていたが、この監視動作には手間隙が掛かるという新たな問題点があった。

この発明の目的は、上記問題点を解消できるインバータ装置を提供することにある。

この第１の発明は、各種の産業機械の動力源としての交流電動機に所望の交流電力を供給することにより該電動機を可変速制御するインバータ装置において、
前記産業機械における１サイクルの運転パターンを前記インバータ装置により観測し、この１サイクルの観測データと前記インバータ装置の構成要素それぞれの温度上昇モデルとに基づいて、前記運転パターンを周期的に繰り返したときの前記構成要素それぞれの最大温度上昇推定値を導出する温度上昇値推定手段を備えたことを特徴とする。

第２の発明は前記第１の発明のインバータ装置において、前記観測データは前記インバータ装置の出力電流およびキャリア周波数としたことを特徴とする。

第３の発明は前記第１の発明のインバータ装置において、前記観測データは前記インバータ装置の出力電流およびキャリア周波数と該インバータ装置の周囲温度としたことを特徴とする。

第４の発明は前記第１〜第３の発明のインバータ装置において、前記最大温度上昇推定値を求める前記構成要素をインバータ主回路の半導体素子としたことを特徴とする。

第５の発明は前記第１〜第３の発明のインバータ装置において、前記最大温度上昇推定値を求める前記構成要素をインバータ主回路の回生放電抵抗としたことを特徴とする。

この発明によれば、従来のインバータ装置に温度上昇推定手段を付加して１サイクルの運転パターンを観測することで、後述の如く、該運転パターンを周期的に繰り返したときのインバータ装置の構成要素それぞれの最大温度上昇推定値を導出することができ、その結果、この推定値が前記構成要素の許容値を超えないように容量の選定や前記運転パターンの修正を行うことで、継続運転中の無用な運転停止を未然に防止することができる。

図１はこの発明の実施例を示すインバータ装置の回路構成図であり、図３に示した従来例回路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、図１に示したインバータ装置では図３の制御回路２０に対して、電流検出器３１と温度上昇値推定手段３２とが付加された制御回路３０を備えている。

図１に示した温度上昇値推定手段３２の動作を、図２に示したフローチャートを参照しつつ、以下に説明する。

予め設定した運転パターンでの繰り返し動作が行われる各種の産業機械の動力源としての交流電動機１を駆動する図１に示したインバータ装置の温度上昇値推定手段３２において、前記産業機械における１サイクルの運転パターンを前記インバータ装置により観測し、この観測データに基づいて、インバータ主回路１０を構成するインバータ回路１３（図４参照）の最大温度上昇推定値の導出方法を以下に記載する。

先ず、ステップＳ１では、前記観測データとしての予め定めた期間毎の電流検出器３１の検出値（サンプル値）とキャリア発生器２５からのキャリア周波数値とから、その都度のインバータ回路１３の発生損失を演算する。この発生損失の導出に先立って、該発生損失は前記キャリア周波数値毎のインバータ主回路１０からの出力電流値にほぼ比例することから、前以って実験などにより、取得しておく必要がある。

ステップＳ２では、ステップＳ１で求めた時間領域の発生損失値をフーリエ変換し、周波数領域のデータに変換する。

ステップＳ３では、ステップＳ２で求めた周波数領域のデータと、インバータ回路１３の半導体素子およびインバータ回路１３の冷却体からなり等価的に一次遅れ回路と見做すことできる温度上昇モデルとに基づいて、温度上昇データを演算する。

次に、ステップＳ４では、前記温度上昇データを逆フーリエ変換して時間領域の時間領域の温度上昇値に変換する。

さらに、ステップＳ５では、求めた時間領域の温度上昇値と、インバータ装置の周囲温度とに基づいて、前運転パターンが周期的に繰り返されたときの最大温度上昇推定値を導出する。

なお、ステップＳ４，Ｓ５の演算を行う際に、逆フーリエ変換に尺度変換の手法を用いることにより、短時間で最大温度上昇値を導出することが容易である。さらにまた、インバータ装置の周囲温度に代えて、インバータ回路１３の冷却体の温度を用いてもよい。

次に、予め設定した運転パターンでの繰り返し動作が行われる各種の産業機械の動力源としての交流電動機１を駆動する図１に示したインバータ装置の温度上昇値推定手段３２において、前記産業機械における１サイクルの運転パターンを前記インバータ装置により観測し、この観測データに基づいて、インバータ主回路１０を構成する回生放電抵抗１５（図４参照）の最大温度上昇推定値の導出方法を以下に記載する。

先ず、ステップＳ１では、前記観測データとしての予め定めた期間毎の電流検出器３１の検出値（サンプル値）とＩＧＢＴ１４（図４参照）のオン，オフ状態とから、ＩＧＢＴ１４のオン状態での回生制動抵抗１５の発生損失を演算する。この発生損失の導出に先立って、該発生損失はＩＧＢＴ１４のオン期間と、このときのインバータ主回路１０への電流値にほぼ比例することから、前以って実験などにより、取得しておく必要がある。

ステップＳ３では、ステップＳ２で求めた周波数領域のデータと、回生放電抵抗１５の等価的に一次遅れ回路と見做すことできる温度上昇モデルとに基づいて、温度上昇データを演算する。

さらに、ステップＳ５では、求めた時間領域の温度上昇値と、インバータ装置の周囲温度とに基づいて、前運転パターンが周期的に繰り返されたときの回生制動抵抗１５の最大温度上昇推定値を導出する。

なお、回生制動抵抗１５の温度上昇値がＩＧＢＴ１４のオン期間にほぼ比例すると見做せるときには、このときの電流検出器３１の検出値、すなわち、インバータ主回路１０への電流値の観測を省略することもできる。

この発明の実施例を示すインバータ装置の回路構成図図１の動作を説明するフローチャート従来例を示すインバータ装置の回路構成図図３の部分詳細回路構成図

符号の説明

１…交流電動機、２…交流電源、３…コンタクタ、１０…インバータ装置、１１…ダイオード整流回路、１２…平滑コンデンサ、１３…インバータ回路、１４…ＩＧＢＴ、１５…回生放電抵抗、２０…制御回路、２１…加減速調整器、２２…電圧パターン発生器、２３…積分器、２４…電圧指令値発生器、２５…キャリア発生器、２６…ＰＷＭ回路、３０…制御回路、３１…電流検出器、３２…温度上昇値推定手段。

Claims

各種の産業機械の動力源としての交流電動機に所望の交流電力を供給することにより該電動機を可変速制御するインバータ装置において、
前記産業機械における１サイクルの運転パターンを前記インバータ装置により観測し、この１サイクルの観測データと前記インバータ装置の構成要素それぞれの温度上昇モデルとに基づいて、前記運転パターンを周期的に繰り返したときの前記構成要素それぞれの最大温度上昇推定値を導出する温度上昇値推定手段を備えたことを特徴とするインバータ装置。
請求項１に記載のインバータ装置において、前記観測データは前記インバータ装置の出力電流およびキャリア周波数としたことを特徴とするインバータ装置。
請求項１に記載のインバータ装置において、前記観測データは前記インバータ装置の出力電流およびキャリア周波数と該インバータ装置の周囲温度としたことを特徴とするインバータ装置。
請求項１乃至請求項３の何れかに記載のインバータ装置において、
前記最大温度上昇推定値を求める前記構成要素をインバータ主回路の半導体素子としたことを特徴とするインバータ装置。
請求項１乃至請求項３の何れかに記載のインバータ装置において、
前記最大温度上昇推定値を求める前記構成要素をインバータ主回路の回生放電抵抗としたことを特徴とするインバータ装置。