JP2008099554A

JP2008099554A - インバータ装置及びモータ駆動装置

Info

Publication number: JP2008099554A
Application number: JP2008000540A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hirayama; 平山　　宏; Naoki Takada; 直樹高田; Masayuki Hirota; 雅之広田
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd; Hitachi KE Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd; Hitachi KE Systems Ltd
Priority date: 2008-01-07
Filing date: 2008-01-07
Publication date: 2008-04-24

Abstract

【課題】インバータ装置及びモータ駆動装置において、高い信頼性を確保しつつ、交流電圧の遮断後に早期に保守点検を開始でき、安価で、設置スペースを縮小すること。
【解決手段】インバータ装置及びモータ駆動装置において、主回路コンバータ２で整流された直流を平滑して主回路直流電源とする主回路平滑コンデンサ３と、制御回路コンバータ８で整流された直流を平滑して制御回路直流電源とする制御回路平滑コンデンサ９とを有し、主回路直流電源をファン駆動回路駆動電源に変換するファン駆動回路用電源回路６を設けると共に、制御回路直流電源を制御回路駆動電源に変換する制御回路用電源回路１０を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータ装置及びモータ駆動装置に係り、特に主回路直流電源と制御回路直流電源とを有するインバータ装置及びモータ駆動装置に好適なものである。

従来のインバータ装置を図５を用いて説明する。図５において、１は交流電源、２は主回路コンバータ、３は主回路平滑コンデンサ、４はインバータ部、５はモータ、６はファン駆動回路用電源回路、７はファン、８は制御回路コンバータ、９は制御回路平滑コンデンサ、１０は制御回路用電源回路、１１は制御回路、１２はファン駆動回路である。

図５に示す従来のインバータ装置は、主回路コンバータ２及び主回路平滑コンデンサ３から主回路直流電源を得ると共に、制御回路コンバータ８及び制御回路平滑コンデンサ９から制御回路直流電源を得るようにしている。主回路直流電源はインバータ部４によりモータ駆動電源として供給され、制御回路直流電源は制御回路用電源回路１０によりマイクロコンピュータ等の制御回路１１の電源、ファン駆動回路１２の電源として供給される。このように主回路直流電源と制御回路直流電源とを独立して構成することにより、故障、エラー状態等の際に、主回路直流電源側の通電を停止してインバータ部４を停止しかつ制御回路直流電源の通電を行って制御回路１１によりアラーム表示等を行うことができ、これにより信頼性の高いものとすることができる。

この従来のインバータ装置おいては、交流電源１を遮断すると、制御回路直流電源側の平滑コンデンサ９のチャージ電圧は、制御回路１１、ファン駆動回路１２の電源として消費され、放電されるが、主回路直流電源側の平滑コンデンサ３のチャージ電圧は、放電抵抗で消費され、平滑コンデンサ３の静電容量と放電抵抗の抵抗値の時定数で放電される。

なお、従来技術に関連するものとして、特開昭６２−７７８８７号公報（特許文献１）に記載されたものが挙げられる。
特開昭６２−７７８８７号公報

しかし、従来のインバータ装置おいては、主回路直流電源側の平滑コンデンサ３の放電は、放電抵抗を介して行われるために、放電時間が長くなり、保守点検を早期に開始できないという不都合があった。なお、この従来のインバータ装置おいて、放電抵抗の抵抗値を小さくして時定数を小さくすれば放電時間は短縮されるが、抵抗値を小さくした場合には、放電抵抗の発熱量が大きくなるため、容量を大きくしなければならず、高価となり、設置スペースが大きくなるという問題があった。

本発明の目的は、故障、エラー状態等の際に主回路直流電源側の通電を停止してインバータ部を停止しかつ制御回路直流電源の通電を行って制御回路によりアラーム表示等を行って高い信頼性を確保することができ、しかも、交流電源遮断後に早期に保守点検を開始することができると共に、放電抵抗を小型化又は無くして安価で設置スペースの減少又は解消を図ることができるインバータ装置及びモータ駆動装置を得ることにある。

上記目的を達成するための本発明の第１の特徴は、交流電源から供給される交流を整流して直流に変換する主回路コンバータと、この主回路コンバータで整流された直流を平滑して主回路直流電源とする主回路平滑コンデンサと、前記主回路直流電源をモータ駆動電源に変換してモータに供給するインバータ部と、前記主回路直流電源をファン駆動回路駆動電源に変換するファン駆動回路用電源回路と、このファン駆動回路用電源回路から入力して前記インバータ部等の冷却用のファンを駆動するファン駆動回路と、交流電源から供給される交流を整流して直流に変換する制御回路コンバータと、この制御回路コンバータで整流された直流を平滑して制御回路直流電源とする制御回路平滑コンデンサと、前記制御回路直流電源を制御回路駆動電源に変換する制御回路用電源回路と、この制御回路用電源回路から入力すると共に前記インバータ部を制御する制御回路とを有する構成にしたことにある。

本発明の第２の特徴は、交流電源から供給される交流を整流して直流に変換する主回路コンバータと、この主回路コンバータで整流された直流を平滑して主回路直流電源とする主回路平滑コンデンサと、前記主回路直流電源をモータ駆動電源に変換してモータに供給するインバータ部と、前記主回路直流電源をファン駆動回路駆動電源に変換するファン駆動回路用電源回路と、このファン駆動回路用電源回路から入力して前記インバータ部等の冷却用のファンを駆動するファン駆動回路と、交流電源から供給される交流を整流して直流に変換する制御回路コンバータと、この制御回路コンバータで整流された直流を平滑して制御回路直流電源とする制御回路平滑コンデンサと、前記制御回路用電源を制御回路駆動電源に変換する制御回路用電源回路と、この制御回路用電源回路から入力すると共に前記インバータ部及び前記ファン駆動回路を制御する制御回路とを有し、前記ファン駆動回路は前記制御回路の停止時の出力信号が前記ファンへの駆動信号となるように構成したことにある。

本発明の第３の特徴は、交流電源から供給される交流を整流して直流に変換する主回路コンバータと、この主回路コンバータで整流された直流を平滑して主回路直流電源とする主回路平滑コンデンサと、前記主回路直流電源をモータ駆動電源に変換してモータに供給するインバータ部と、前記主回路直流電源をファン駆動回路駆動電源に変換するファン駆動回路用電源回路と、このファン駆動回路用電源回路から入力して前記インバータ部等の冷却用のファンを駆動するファン駆動回路と、交流電源から供給される交流を整流して直流に変換する制御回路コンバータと、この制御回路コンバータで整流された直流を平滑して制御回路直流電源とする制御回路平滑コンデンサと、前記制御回路直流電源を制御回路駆動電源に変換する制御回路用電源回路と、この制御回路直流電源回路から入力すると共に前記インバータ部を制御する制御回路とを有し、前記ファン駆動回路は、ファン駆動回路用電源回路から入力されて前記ファンに直流電源を与えるトランジスタと、前記ファン駆動回路用電源回路の入力電圧が所定以下に低下したときに前記ファンへの停止信号を出力するリセット手段を有する構成にしたことにある。

本発明の第４の特徴は、モータと、このモータに電力を供給するインバータ装置とを備え、前記インバータ装置は、交流電源から供給される交流を整流して直流に変換する主回路コンバータと、この主回路コンバータで整流された直流を平滑して主回路直流電源とする主回路平滑コンデンサと、前記主回路直流電源をモータ駆動電源に変換してモータに供給するインバータ部と、前記主回路直流電源をファン駆動回路駆動電源に変換するファン駆動回路用電源回路と、このファン駆動回路用電源回路から入力して前記インバータ部等の冷却用のファンを駆動するファン駆動回路と、交流電源から供給される交流を整流して直流に変換する制御回路コンバータと、この制御回路コンバータで整流された直流を平滑して制御回路直流電源とする制御回路平滑コンデンサと、前記制御回路直流電源を制御回路駆動電源に変換する制御回路用電源回路と、この制御回路用電源回路から入力すると共に前記インバータ部を制御する制御回路とを有する構成にしたことにある。

本発明によれば、故障、エラー状態等の際に主回路直流電源側の通電を停止してインバータ部を停止しかつ制御回路直流電源の通電を行って制御回路によりアラーム表示等を行って高い信頼性を確保することができ、しかも、交流電圧を遮断後に早期に保守点検を開始することができると共に、放電抵抗を小型化又は無くして安価で設置スペースの減少又は解消を図ることができるインバータ装置及びモータ駆動装置を得ることができる。

以下、本発明の一実施例を図１から図４を用いて説明する。図１は本発明のモータ駆動装置の一実施例を示すブロック図、図２は図１のモータ駆動装置の回路図、図３は図１のモータ駆動装置におけるファン駆動回路の回路図、図４は図１のモータ駆動装置における主回路平滑コンデンサの放電特性を説明する図である。なお、従来の図５と同一符号は、同一物及び相当物を示す。

図１及び図２において、１は交流電源、２は主回路コンバータ、３は主回路平滑コンデンサ、４はインバータ部、５はモータ、６はファン駆動回路用電源回路、７はファン、８は制御回路コンバータ、９は制御回路平滑コンデンサ、１０は制御回路用電源回路、１１は制御回路、１２はファン駆動回路、１３は主回路スイッチ、１４は制御回路スイッチ、１６は放電抵抗である。

交流電源１は、この実施例では、商用電源であり、３相２００Ｖの交流である。主回路コンバータ２は、交流電源１から供給される交流を整流して直流に変換するように複数のダイオードを組合わせて構成され、主回路スイッチ１３を介して交流電源１側と接続されている。主回路平滑コンデンサ３は、主回路コンバータ２で整流された直流を平滑して主回路直流電源とするものである。

インバータ部４は、主回路直流電源をモータ駆動電源に変換してモータ５に供給するものであり、具体的には半導体スイッチング素子及びダイオード等を複数組合わせて構成され、主回路直流電源の直流をモータ駆動電源の交流に変換するものである。モータ５は、３相交流誘導電動機であり、インバータ部４により回転数制御される。

ファン駆動回路用電源回路６は、主回路直流電源をファン駆動回路駆動電源に変換するスイッチング電源であり、スイッチング素子６ａ及びトランス６ｂを組合わせて構成されている。ファン駆動回路１２は、ファン駆動回路用電源回路６から入力してインバータ部４の冷却用ファン７を駆動するものであり、具体的説明は後述する。ファン７は、直流モータ及び羽根から構成され、インバータ部４等を冷却する。

制御回路コンバータ８は、交流電源１から供給される交流を整流して直流に変換するように複数のダイオードを組合わせて構成されている。制御回路平滑コンデンサ９は、制御回路コンバータ８で整流された直流を平滑して制御回路直流電源とするものである。

制御回路用電源回路１０は、制御回路直流電源を制御回路駆動電源に変換するスイッチング電源であり、スイッチング素子１０ａ及びトランス１０ｂを組合わせて構成され、前記ファン駆動回路用電源回路６とは独立している。制御回路１１は、マイクロコンピュータ等で構成され、制御回路用電源回路１０から入力され、インバータ部４の回転制御信号及びファン駆動回路１２へのファン駆動停止指令信号等を出力する。

次に、ファン駆動回路１２の詳細を図３を用いて説明する。図３において、Ｒ１〜Ｒ９は抵抗、Ｃ１〜Ｃ５はコンデンサ、Ｑ１、Ｑ２はトランジスタ、ＰＣ１はフォトカプラ、Ｄ１はダイオード、ＺＤ１はツェナーダイオード、１５はリセットICである。

ファン７は、インバータ装置の小型化が求められているため、風量を高くすることができる直流電源型としている。ファン７の直流電源は、ファン駆動回路用電源回路６から直流２４Ｖが供給され、トランジスタＱ１、Ｑ２を駆動することにより与えられる。

フォトカプラＰＣ１は、制御回路１１からの出力信号Ｓ１がＬレベルの場合にオフし、Ｈレベルの場合にオンする。即ち、制御回路１１の出力信号Ｓ１がＬレベルで与えられた場合にフォトカプラＰＣ１がオフしてファン７への駆動指令が与えられ、出力信号Ｓ１がＨレベルで与えられた場合にフォトカプラＰＣ１がオンしてファン７への停止指令が与えられ、出力信号Ｓ１がファン駆動停止指令信号となる。制御回路１１が停止した場合には、制御回路１１の出力信号Ｓ１がＬレベルとなるので、ファン７への駆動指令を与えることと同様になる。

また、リセット手段を構成するリセットIC１５は、出力信号Ｓ２を出力する。リセットIC１５は、ファン駆動回路用電源回路６の出力電圧１２Ｖを抵抗Ｒ８とＲ９の分圧比で入力して監視し、通常時にＨレベルの出力信号Ｓ２を出力し、ファン駆動回路用電源回路６の出力電圧１２Ｖが所定のしきい値より低くなった時にＬレベルの出力信号Ｓ２を出力する。

フォトカプラＰＣ１とリセットIC１５の出力側とは接続点Ａにて接続され、この接続点ＡはトランジスタＱ１のベース側に接続されている。これにより、制御回路１１の出力信号Ｓ１がＬレベルでかつリセットICの出力信号Ｓ２がＨレベルの場合のみ、トランジスタＱ１、Ｑ２に十分なベース電流が流れ、ファン７が駆動する。制御回路１１の出力信号Ｓ１がＨレベル、又はリセットICの出力信号Ｓ２がＬレベルである場合には、接続点Ａの電位が不十分で、Ｑ１にベース電流が流れず、ファン７は停止する。

従って、ファン７が運転中に、ファン駆動回路用電源回路６の出力電圧１２Ｖが所定のしきい値より低下したときに、リセットIC１５は、Ｌレベルの出力信号Ｓ２を出力し、トランジスタＱ１、Ｑ２のベース電流を阻止して、ファン７を停止する。これにより、ファン駆動回路用電源回路６の出力電圧が低下し、トランジスタＱ１、Ｑ２のベース電流が低下してコレクタ・エミッタ飽和電圧が大きくなり、トランジスタＱ１、Ｑ２が破壊してしまうことを防止できる。

次に、交流電源１を遮断した場合における主回路平滑コンデンサ３及び制御回路平滑コンデンサ９のチャージ電圧の放電動作を説明する。

主回路スイッチ１３及び制御回路スイッチ１４を開路すると、主回路平滑コンデンサ３のチャージ電圧はファン駆動回路用電源回路６を通して放電され、制御回路平滑コンデンサ９のチャージ電圧は制御回路用電源回路１０を通して放電される。

主回路平滑コンデンサ３は、図４に示す放電特性にてチャージ電圧を放電する。

図４において、２１は従来例における放電抵抗のみによるチャージ電圧の放電特性、２２は本発明におけるチャージ電圧の放電特性である。

この従来例における放電抵抗のみによるチャージ電圧の放電特性２１によれば、電源遮断されてからコンデンサチャージ電圧が所定以下に低下するのに極めて長時間を要する。

これに対し、本発明におけるチャージ電圧の放電特性２２によれば、電源遮断されると、主回路平滑コンデンサ３のチャージ電圧によりファン駆動回路用電源６を通してファン７を駆動し、これにより放電され、期間Ｔ１に示すようにチャージ電圧を急激に低下することができる。主回路平滑コンデンサ３のチャージ電圧が低下し、ファン駆動用電源回路の出力電圧が所定のしきい値まで低下すると、リセットIC１５が動作してファン７は停止されるが、残されているチャージ電圧によりファン駆動回路用電源回路６を動作させて放電され、期間Ｔ２に示すように放電抵抗のみを介して放電するより大きく放電して低下することができる。ファン駆動回路用電源回路６が動作しないチャージ電圧まで低下すると、Ｔ３に示すようにファン駆動用電源回路が停止し、主回路直流電源側の放電抵抗１６のみで放電される。なお、区間Ｔ１、Ｔ２においても放電抵抗１６による放電は行われている。

本発明の実施例においては、主回路直流電源側の主回路平滑コンデンサ３がファン駆動回路用電源回路６に接続され、制御回路直流電源側の制御回路平滑コンデンサ９が制御回路用電源回路１０に接続されているので、主回路側及び制御回路側の両方の交流電源が遮断された場合でも、主回路平滑コンデンサ３のチャージ電圧はファン駆動回路用電源回路６を通して放電することができると共に、制御回路平滑コンデンサ９のチャージ電圧は制御回路用電源回路１０を通して放電することができ、主回路平滑コンデンサ３及び制御回路平滑コンデンサ９の両方のチャージ電圧を短時間で低下することができる。これにより、交流電圧を遮断後に早期に保守点検を開始することができると共に、放電抵抗１６を小型化又は無くして安価で設置スペースの減少又は解消を図ることができる。

また、主回路コンバータ２及び主回路平滑コンデンサ３から主回路直流電源を得ると共に、制御回路コンバータ８及び制御回路平滑コンデンサ９から制御回路直流電源を得るようにしているので、故障、エラー状態等の際に、主回路直流電源側の通電を停止してインバータ部４を停止しかつ制御回路直流電源の通電を行って制御回路１１によりアラーム表示等を行うことができ、これにより信頼性の高いものとすることができる。

さらには、制御回路１１の停止時の出力信号Ｓ１が前記ファン７への駆動信号となるようにファン駆動回路１２を構成しているので、制御回路平滑コンデンサ９の放電が先に終了して制御回路１１が停止してもファン７を継続して運転することができる。

また、ファン駆動回路用電源回路６の入力電圧が所定以下に低下したときにファン７への停止信号を出力するリセット手段をファン駆動回路１２に有しているので、主回路平滑コンデンサ３の放電によりチャージ電圧が低下してトランジスタＱ１、Ｑ２のベース電流が低下すると、ファン７を停止し、トランジスタＱ１、Ｑ２の破壊を防止することができる。

本発明のモータ駆動装置の一実施例を示すブロック図である。図１のモータ駆動装置の回路図である。図１のモータ駆動装置におけるファン駆動回路の回路図である。図１のモータ駆動装置における主回路平滑コンデンサの放電特性を説明する図である。従来のモータ駆動装置のブロック図である。

符号の説明

１…交流電源、２…主回路コンバータ、３…主回路平滑コンデンサ、４…インバータ部、５…モータ、６…ファン駆動回路用電源回路、７…ファン、８…制御回路コンバータ、９…制御回路平滑コンデンサ、１０…制御回路用電源回路、１１…制御回路、１２…ファン駆動回路、１３…主回路スイッチ、１４…制御回路スイッチ、１５…リセットＩＣ、１６…放電抵抗、Ｒ１〜Ｒ９…抵抗、Ｃ１〜Ｃ５…コンデンサ、Ｑ１、Ｑ２…トランジスタ、ＰＣ１…フォトカプラ、Ｄ１…ダイオード、ＺＤ１…ツェナーダイオード。

Claims

交流電源から供給される交流を整流して直流に変換する主回路コンバータと、この主回路コンバータで整流された直流を平滑して主回路直流電源とする主回路平滑コンデンサと、前記主回路直流電源をモータ駆動電源に変換してモータに供給するインバータ部と、前記主回路直流電源をファン駆動回路駆動電源に変換するファン駆動回路用電源回路と、このファン駆動回路用電源回路から入力して前記インバータ部等の冷却用のファンを駆動するファン駆動回路と、交流電源から供給される交流を整流して直流に変換する制御回路コンバータと、この制御回路コンバータで整流された直流を平滑して制御回路直流電源とする制御回路平滑コンデンサと、前記制御回路直流電源を制御回路駆動電源に変換する制御回路用電源回路と、この制御回路用電源回路から入力すると共に前記インバータ部を制御する制御回路とを有することを特徴とするインバータ装置。
交流電源から供給される交流を整流して直流に変換する主回路コンバータと、この主回路コンバータで整流された直流を平滑して主回路直流電源とする主回路平滑コンデンサと、前記主回路直流電源をモータ駆動電源に変換してモータに供給するインバータ部と、前記主回路直流電源をファン駆動回路駆動電源に変換するファン駆動回路用電源回路と、このファン駆動回路用電源回路から入力して前記インバータ部等の冷却用のファンを駆動するファン駆動回路と、交流電源から供給される交流を整流して直流に変換する制御回路コンバータと、この制御回路コンバータで整流された直流を平滑して制御回路直流電源とする制御回路平滑コンデンサと、前記制御回路直流電源を制御回路駆動電源に変換する制御回路用電源回路と、この制御回路用電源回路から入力すると共に前記インバータ部及び前記ファン駆動回路を制御する制御回路とを有し、前記ファン駆動回路は前記制御回路の停止時の出力信号が前記ファンへの駆動信号となるように構成したことを特徴とするインバータ装置。
交流電源から供給される交流を整流して直流に変換する主回路コンバータと、この主回路コンバータで整流された直流を平滑して主回路直流電源とする主回路平滑コンデンサと、前記主回路直流電源をモータ駆動電源に変換してモータに供給するインバータ部と、前記主回路直流電源をファン駆動回路駆動電源に変換するファン駆動回路用電源回路と、このファン駆動回路用電源回路から入力して前記インバータ部等の冷却用のファンを駆動するファン駆動回路と、交流電源から供給される交流を整流して直流に変換する制御回路コンバータと、この制御回路コンバータで整流された直流を平滑して制御回路直流電源とする制御回路平滑コンデンサと、前記制御回路直流電源を制御回路駆動電源に変換する制御回路用電源回路と、この制御回路用電源回路から入力すると共に前記インバータ部を制御する制御回路とを有し、前記ファン駆動回路は、ファン駆動回路用電源回路から入力されて前記ファンに直流電源を与えるトランジスタと、前記ファン駆動回路用電源回路の入力電圧が所定以下に低下したときに前記ファンへの停止信号を出力するリセット手段を有することを特徴とするインバータ装置。
モータと、このモータに電力を供給するインバータ装置とを備え、前記インバータ装置は、交流電源から供給される交流を整流して直流に変換する主回路コンバータと、この主回路コンバータで整流された直流を平滑して主回路直流電源とする主回路平滑コンデンサと、前記主回路直流電源をモータ駆動電源に変換してモータに供給するインバータ部と、前記主回路直流電源をファン駆動回路駆動電源に変換するファン駆動回路用電源回路と、このファン駆動回路用電源回路から入力して前記インバータ部等の冷却用のファンを駆動するファン駆動回路と、交流電源から供給される交流を整流して直流に変換する制御回路コンバータと、この制御回路コンバータで整流された直流を平滑して制御回路直流電源とする制御回路平滑コンデンサと、前記制御回路用電源を制御回路駆動電源に変換する制御回路用電源回路と、この制御回路直流電源回路から入力すると共に前記インバータ部を制御する制御回路とを有することを特徴とするモータ駆動装置。