JP2008109836A - インバータの電流測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電流センサや付加回路を使用せずに、力率改善のためのリアクターの両端電圧を検出し、インバータに入力される電流を測定することのできるインバータの電流測定装置を提供する。
【解決手段】常用電源２０を整流器２２及び平滑コンデンサ２４によって直流に変換し、変換された直流を所望の周波数の３相交流電源に変換してモータ２８を駆動するモータ駆動用インバータ２６において、該インバータ２６の力率を改善するために電源端側に接続されたリアクターＬと、該リアクターＬの両端電圧を測定して電流に変換する電流変換手段と、変換された電流の大きさに基づいて、前記インバータ２６に入力される電流を測定する制御部３２と、を含んでインバータの電流測定装置を構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータ駆動用インバータに入力される電流を測定するインバータの電流測定装置に関するものである。

一般に、インバータは、直流電力を、任意の可変周波数を有するパルス形態の３相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）に変換させる電力変換装置である。このインバータは、エネルギー節約及び出力制御の容易性などの利点のため、洗濯機、冷蔵庫、エアコンディショナーなどの電気製品に用いられるモータを駆動するために、その使用が漸次増加しつつある。

上記のようなインバータは、定格電圧及び定格電流の最大許容電力が決められており、定格電圧及び定格電流を超えた電圧または電流が入力されると、インバータが正常に作動しないか、インバータの故障を誘発してしまう。したがって、定格電流でない電流が入力される場合、インバータを保護するために、インバータに入力される電流の大きさを実時間で測定する多様な装置が開発されてきた。

例えば、図１に示すように、常用電源２０の交流を全波整流して出力する整流器２２と、この整流器２２の後端に位置して力率を改善するリアクターＬと、前記整流器２２から出力される電圧を平滑して直流に変換する平滑コンデンサ２４と、この平滑コンデンサ２４から出力される直流電圧を、パルス幅変調（ＰＷＭ）を通して任意の可変周波数を有する交流に変換し、モータ２８を駆動するインバータ２６と、このインバータ２６に供給されるＰＷＭ信号のパターンを出力し、インバータ駆動部３０を通してインバータ２６を制御する制御部３２と、から構成されたインバータ回路において、インバータ２６に入力される電流を測定するために、電流トランスフォーマ（ＣＴ：以下、電流センサという）を常用電源２０の電源端側に連結し、電流センサ（ＣＴ）の２次側に誘起された交流信号を、抵抗４０を通して整流器４２で整流し、整流された信号を、平滑コンデンサ４４及び抵抗４６から構成されたローパスフィルタ（ＬＰＦ）を経て電流を検出することで、インバータ２６に入力される電源端の電流を測定した。

しかしながら、上記のような従来のモータ駆動用インバータの電流測定回路においては、インバータ２６に入力される電流を測定するために、電流センサ（ＣＴ）を使用すべきであり、製造費用が上昇してしまう。さらに、電流センサ（ＣＴ）で検出された電流の信号を処理するために、整流器４２、平滑コンデンサ４４及び抵抗４６から構成されたローパスフィルタ（ＬＰＨ）の付加回路を設置すべきであり、回路が複雑になる。

本発明は、上記のような従来の問題点を解決するためのもので、その目的は、電流センサや付加回路を使用せずに、力率改善のためのリアクターの両端電圧を検出し、インバータに入力される電流を測定することのできるインバータの電流測定装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、常用電源を整流器及び平滑コンデンサによって直流に変換し、変換された直流を所望の周波数の３相交流電源に変換してモータを駆動するモータ駆動用インバータにおいて、該インバータの力率を改善するために電源端側に接続されたリアクターと、該リアクターの両端電圧を測定して電流に変換する電流変換手段と、変換された電流の大きさに基づいて、前記インバータに入力される電流を測定する制御部と、を含む。

また、前記リアクターは、整流器と平滑コンデンサとの間に接続されることを特徴とする。

また、前記電流変換手段は、前記リアクターの両端電圧を増幅する差動増幅器と、該差動増幅器によって増幅された電圧出力を積分する積分器と、該積分器によって積分された信号をローパスフィルタリングするフィルタ部と、を含むことを特徴とする。

また、前記電流変換手段は、前記積分器の積分による飽和を防止するために、常用電源の電流及び電圧が零になる位置を検出する零電位検出部をさらに含む。

また、前記零電位検出部は、常用電源の電流及び電圧が零になる位置で前記積分器の積分初期化時点を検出することを特徴とする。

また、前記制御部は、前記フィルタ部の出力信号によって前記インバータに入力される電流値を検出することを特徴とする。

本発明に係るインバータの電流測定装置によると、別途の電流センサや付加回路なしに、インバータに入力される電流の力率を改善するために、電源端に連結したリアクターの両端電圧を検出することで、インバータに入力される電源端の電流を正確に測定できるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図２は、本発明の一実施形態に係るインバータの電流測定回路図で、従来の構成と同一部分には、同一符号を付与している。

図２に示すように、インバータに入力される電流を測定するための回路は、２００Ｖ、６０Ｈｚなどの交流で供給される常用電源２０を全波整流して出力する整流器２２と、この整流器２２の後端に位置して力率を改善するリアクターＬと、前記整流器２２に接続され、整流器２２から出力される電圧を平滑して直流に変換する平滑コンデンサ２４と、この平滑コンデンサ２４から出力される直流電圧を、パルス幅変調（ＰＷＭ）を通して任意の可変周波数を有するパルス形態の３相交流（Ｕ、Ｖ、Ｗ）に変換し、モータ２８を駆動するインバータ２６と、このインバータ２６に供給されるＰＷＭ信号のパターンを出力し、インバータ駆動部３０を通してインバータ２６を制御する制御部３２と、から構成されたインバータ回路に、差動増幅器５０、積分器５２、零電位検出部５４及びフィルタ部５６からなる電流変換手段を含ませて構成される。

前記インバータ２６は、６個のスイッチング素子（ＩＧＢＴ）及びダイオード（ＦＲＤ）を３相フルブリッジ（Ｆｕｌｌ Ｂｒｉｄｇｅ）で結線して直流電圧を３相交流に変換し、この３相交流をモータ２８に供給する通常のスイッチング回路である。

前記制御部３２は、インバータ２６の６個のスイッチング素子のオン／オフを制御し、任意の電圧及び任意の周波数の３相交流を作り出すマイクロプロセッサである。また、このマイクロプロセッサは、ＰＷＭ制御を用いた一般的な方式のものであり、それに対する詳細な説明は省略する。出力は、等幅ＰＷＭ制御を使用した矩形波１２０°通電の場合にも、不等幅ＰＷＭ制御を使用した正弦波１８０°通電の場合にも同一である。

前記差動増幅器５０は、常用電源２０の電源端側に力率改善のために連結されたリアクターＬの両端にかかる低い電圧差を差動増幅し、積分器５２は、差動増幅器５０によって増幅された電圧信号を積分する。

前記零電位検出部５４は、積分器５２の無限積分による飽和を防止するために、常用電源２０の電流及び電圧が零になる位置（ゼロクロシング）を検出して前記積分器５２を初期化し、フィルタ部５６は、前記積分器５２によって積分された信号をローパスフィルタリング（ＬＰＦ）して制御部３２のＡ／Ｄコンバータに入力する。

したがって、前記制御部３２は、フィルタ部５６の出力信号によってインバータ２６に入力される常用電源２０の電源端の電流を測定し、インバータ２６に供給されるＰＷＭ信号のパターンを制御することで、最大の許容電力でインバータ２６を保護制御する。

以下、上記のように構成されたインバータの電流測定装置の動作過程及び作用効果を説明する。

図２に示すように、常用電源２０が投入されると、２２０Ｖ、６０Ｈｚなどの交流で供給される常用電源２０を整流器２２で整流し、これを整流器２２に接続された平滑コンデンサ２４で平滑して直流に変換して出力する。

前記平滑コンデンサ２４から出力される直流電圧を、インバータ２６でパルス幅変調（ＰＷＭ）を通して任意の可変周波数を有する３相交流に変換してモータ２８に供給することで、モータ２８が駆動を開始する。

このとき、制御部３２は、最大の許容電力でインバータ２６を保護制御するために、インバータ２６に入力される電流を測定する。

前記インバータ２６に入力される電流を測定するために、本発明では、力率改善のために、常用電源２０の電源端側に連結したリアクターＬの両端に発生する差動電圧を直接検出し、いくつかの信号処理を通してインバータ２６に入力される電源端の電流を測定する。

まず、リアクターＬの両端にかかる電圧は、下記の式１の通りである。

上記の式１において、リアクターＬの両端にかかる電圧を差動増幅器５０で差動増幅し、増幅された電圧信号を積分器５２を通して積分すると、リアクターＬを通して流れる電流は、両辺を積分して下記の式２のように得られる。

上記の式２は、リアクターＬを通して流れる電流の回帰式として整理されるが、リアクターＬの直流抵抗Ｒ_Ｌは非常に小さい値であり、式２の２番目の項は、インバータ２６に入力される全体の電流を測定する際に大きな影響を及ぼさないので、オフセット変数として整理される。

したがって、リアクターＬの両端電圧を積分して所定の利得を掛け算した後、オフセット値の差によって、インバータ２６に入力される電源端の電流を得られる。

前記積分器５２の出力は、実際にリアクターＬに流れる電流に比例した形態を有し、この積分器５２の出力信号は、フィルタ部５６でローパスフィルタリングされ、電流値に比例した値を得られる。

一方、前記積分器５２は、式２の２番目の項でオフセットによって飽和され、動作を行えない恐れがあるので、常用電源２０の電流及び電圧が零になる位置を零電位検出部５４で検出し、毎周期ごとに積分器５２を初期化させることで、オフセットの影響を除去した電流を検出する。

したがって、本発明によると、電流センサを使用せずに、リアクターＬの両端電圧を直接検出することで、回路が簡単になる。さらに、常用電源２０の電源端側の電流を直接検出することで、使用されたリアクターＬ、積分器５２及びフィルタ部５６などが一定である場合、別途の設定なしにインバータ２６に入力される電流を測定することができる。

従来のモータ駆動用インバータの電流測定回路図である。 本発明の一実施形態に係るインバータの電流測定回路図である。

符号の説明

２０ 常用電源
２２ 整流器
２４ 平滑コンデンサ
２６ インバータ
２８ モータ
３０ インバータ駆動部
３２ 制御部
５０ 差動増幅器
５２ 積分器
５４ 零電位検出部
５６ フィルタ部

Claims (6)

1. 常用電源を整流器及び平滑コンデンサによって直流に変換し、変換された直流を所望の周波数の３相交流電源に変換してモータを駆動するモータ駆動用インバータにおいて、
   該インバータの力率を改善するために電源端側に接続されたリアクターと、
   該リアクターの両端電圧を測定して電流に変換する電流変換手段と、
   変換された電流の大きさに基づいて、前記インバータに入力される電流を測定する制御部と、を含むインバータの電流測定装置。
2. 前記リアクターは、整流器と平滑コンデンサとの間に接続されることを特徴とする請求項１に記載のインバータの電流測定装置。
3. 前記電流変換手段は、前記リアクターの両端電圧を増幅する差動増幅器と、該差動増幅器によって増幅された電圧出力を積分する積分器と、該積分器によって積分された信号をローパスフィルタリングするフィルタ部と、を含むことを特徴とする請求項１に記載のインバータの電流測定装置。
4. 前記電流変換手段は、前記積分器の積分による飽和を防止するために、常用電源の電流及び電圧が零になる位置を検出する零電位検出部をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載のインバータの電流測定装置。
5. 前記零電位検出部は、常用電源の電流及び電圧が零になる位置で前記積分器の積分初期化時点を検出することを特徴とする請求項４に記載のインバータの電流測定装置。
6. 前記制御部は、前記フィルタ部の出力信号によって前記インバータに入力される電流値を検出することを特徴とする請求項３に記載のインバータの電流測定装置。

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