JP2010154642A - 3相インバータの電源回路保護装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】交流電圧を直流電圧に変換する電源回路4と、その直流出力を入力し、交流モータ11を駆動する3相インバータ回路3を備えた3相インバータの電源回路保護装置において、電源回路2の電流を検出する電源電流検出回路7,13と、インバータ3の直流入力電流を検出する回路10,15と、インバータ3の直流入力電圧を検出する回路14と、これらの直流入力電流と直流入力電圧とからインバータの入力電力を算出するインバータ入力電力演算手段26と、前記電源電流と前記インバータ入力電力との関係から、電源電圧異常判定を行う電源電圧異常判定手段27と、その異常判定に応じて電源回路2および3相インバータ3の制御を停止する制御手段を有する。
【選択図】図1
Description
図1において、単相交流電源1から供給された交流入力電圧を所定の出力電圧に変換する電源回路2と、その出力電圧を入力し3相交流に変換する3相インバータ回路3を備えている。3相インバータ回路3の交流負荷として、交流モータ11を備えている。
電源回路は、まず、単相交流電源1を接続した整流回路4を備えている。次に、整流回路4の出力端子の一方にリアクトル5を、もう一方に電源電流検出用抵抗7を接続し、リアクトル5と電源電流検出用抵抗7の他端に接続された電源用半導体スイッチング素子6を備えている。また、電源用半導体スイッチング素子6のコレクターエミッタ間にダイオード8を介して接続されたコンデンサを有する。この回路は、昇圧チョッパとしてよく知られており、半導体スイッチング素子6を、ゲート駆動回路12からのゲート駆動信号に応じてスイッチング動作を行い、コンデンサ9の端子間電圧を制御することができる。
3相インバータ回路3は、コンデンサ9の直流負端子に入力電流検出用抵抗10を接続し、コンデンサ9の直流正端子と入力電流検出用抵抗10の他端子間に各相2個のスイッチング素子をそれぞれ直列接続し、それらの直列接続点を3相交流端子とする。各スイッチング素子は、それぞれ、逆並列に還流ダイオードを備えている。この3相インバータ回路3は、ゲート駆動回路16からのゲート駆動信号に基づき、可変電圧・可変周波数の3相交流電圧を作り、モータ11へ電力を供給する。
電源電流検出用抵抗7で検出した電流情報は、電源電流検出回路13で増幅され、電源電流演算手段22へ入力される。電源電流演算手段22では、電源電圧異常判定に使用するための電源電流平均値を演算する。電源電流平均値は、50Hzの場合、1/100秒間の平均値を演算し、また60Hzの場合、1/120秒間の平均値を演算する。ただし、1/100秒間、1/120秒間は何れも1例であり、電源電流の平均値が演算できる時間であれば、良い。また、平均値ではなく実効値でも構わない。
入力電流検出用抵抗10で検出した電流情報は、入力電流検出回路15で増幅され、入力電流演算手段24へ入力される。入力電流演算手段24では、インバータ入力電力演算のための直流電流値Idcを演算する。また、コンデンサ9の端子間電圧は、入力電圧検出回路14により検出され、入力電圧演算手段23へ入力される。入力電圧演算手段23では、インバータ入力電力演算のための直流電圧値Vdcを演算する。直流電流値Idc、および直流電圧値Vdcは、数ms間の平均値とすることがノイズの影響を低減する上で、有効である。インバータ入力電力演算手段26では、入力電圧演算手段23の出力の直流電圧値Vdcと入力電流演算手段24の出力の直流電流値Idcとを乗算し、インバータ入力電力Pinを演算する。
電源電圧異常判定手段27では、電源電流演算手段22の出力の電源電流平均値Iacとインバータ入力電力演算手段26の出力のインバータ入力電力Pinを用いて、保護判定を実施する。本手段にて、電源電圧異常と判定した場合は、インバータ制御手段25、およびコンバータ制御手段21へ異常停止信号を出力する。インバータ制御手段25やコンバータ制御手段21は、異常停止信号を受信すると、インバータ回路3や電源回路2のスイッチング素子を駆動するゲート駆動回路へ動作停止信号を出力し、スイッチング動作を停止させる。
図2は、本発明の実施例1における電源電圧異常判定領域の一例説明図である。本例は、単相交流入力電圧が200Vの場合であり、領域Aは電源電圧正常領域を、領域Bは瞬時停電動作領域を、領域Cは瞬時電圧低下動作領域を示す。電源電圧が正常状態では、負荷変動によりインバータ入力電力Pinが増減した場合でも電源電流平均値Iacとインバータ入力電力値Pinの座標は、領域A内のAC200V点線付近に存在するため、電源電流平均値Iacの変化量が増減しても異常判定せずに正常動作し続ける。負荷変動が無く入力電力一定の状態で電源電圧が急変した場合は、図2の(i)の状態から(ii)または(iii)の状態へ変化し、電源電圧の異常を検知する。また、瞬時停電の場合は、停電発生直後から電源電流瞬時値は0Aとなるため、電源電流平均値Iacは、(i)の状態から(iv)の状態へ変化する。この時、本実施例の場合は、(ii)の段階で、瞬時停電発生を検知し、速やかにインバータ制御およびコンバータ制御を停止できる利点を有する。
図3は、本発明の実施例1における電源電圧異常判定手段27の処理フローを示す。
図4は、本発明の実施例1における電源電圧異常判定領域の別の一例説明図である。図2との違いは、領域Dの異常判定非実施領域を有することである。領域Dでは、前述した電源電圧異常判定を実施しない。モータの回転数が低い時などのインバータ入力電力値Pinや電源電流平均値Iacが小さな値となる時は、電源電圧異常判定の検出精度は低下し、誤検知してしまう恐れがある。また、領域Dでは、負荷が小さいために、回路構成部品に対して、過電流や過電圧などの保護動作に至る可能性は極めて低い。また、図4の例では、インバータ入力電力Pinとしているが、インバータ出力電力Poutでも構わない。
相電流検出用抵抗(31および32)で検出した電流情報は、相電流検出回路33で増幅され、相電流演算手段41へ入力される。相電流演算手段41では、2相分の相電流情報から、残りの1相の電流を演算した後、三相交流量の三相固定座標系(u−v−w)から直流量の回転座標系(d−q)に座標変換し、d軸およびq軸電流検出値(IdおよびIq)を算出する。なお、固定座標系から回転座標系への座標変換は、従来公知であるため、ここでは説明を省略する。
Vq*=R×Iq+ω*×Lq×Id+ω*×Ke …………………………(1)
インバータ出力電力演算手段43では、出力電圧演算手段42の出力電圧指令値(Vd*およびVq*)と相電流演算手段41の出力のd軸およびq軸電流検出値(IdおよびIq)を用いて、式(2)によって乗算し、インバータ出力電力Poutを演算する。
図8は、本発明の実施例3における電源電圧異常判定領域の一例説明図である。実施例1の図2との相違は、縦軸がインバータ出力電力Poutの点である。その他は、図2と同一のため、本図の説明は省略する。
Claims (10)
- 交流入力電圧を直流出力電圧に変換する電源回路と、
前記直流出力電圧を入力し、3相交流電圧に変換する3相インバータ回路と、
前記電源回路の電源電流を検出する電源電流検出回路とを備えた3相インバータの電源回路保護装置において、
前記3相インバータの入出力電力または入出力電力相当値を演算するインバータ入出力電力演算手段と、
前記電源電流検出回路に基いて得られた電源電流と、前記インバータ入出力電力演算手段に基いて得られた前記3相インバータの入出力電力または入出力電力相当値との関係に基いて、電源電圧の異常を判定する電源電圧異常判定手段と、
前記電源電圧異常判定手段の出力に応動して、前記3相インバータ回路を停止させる制御手段を備えたことを特徴とする3相インバータの電源回路保護装置。 - 交流入力電圧を直流出力電圧に変換する電源回路と、
前記直流出力電圧を入力し、3相交流電圧に変換する3相インバータ回路と、
前記電源回路の電源電流を検出する電源電流検出回路と、
前記3相インバータ回路の直流入力端子を流れる電流を検出する入力電流検出回路と、
前記3相インバータ回路の直流入力端子間の電圧を検出する入力電圧検出回路とを備えた3相インバータの電源回路保護装置において、
前記入力電流検出回路から得られた直流電流と、前記入力電圧検出回路から得られた直流電圧とに基いてインバータ入力電力を演算するインバータ入力電力演算手段と、
前記電源電流と前記インバータ入力電力との関係に基いて、電源電圧の異常を判定する電源電圧異常判定手段と、
前記電源電圧異常判定手段の出力に応動して、前記3相インバータ回路を停止させる制御手段を備えたことを特徴とする3相インバータの電源回路保護装置。 - 交流入力電圧を直流出力電圧に変換する電源回路と、
前記直流出力電圧を入力し、3相交流電圧に変換する3相インバータ回路と、
前記電源回路の電源電流を検出する電源電流検出回路と、
前記3相インバータ回路の相電流を検出する相電流検出回路とを備えた3相インバータの電源回路保護装置において、
前記3相インバータの出力電圧を演算するインバータ出力電圧演算手段と、
前記相電流と前記3相インバータの出力電圧とから、前記3相インバータの出力電力を演算するインバータ出力電力演算手段と、
前記電源電流と前記3相インバータの出力電力との関係に基いて、電源電圧の異常を判定する電源電圧異常判定手段と、
前記電源電圧異常判定手段の出力に応動して、前記3相インバータ回路を停止させる制御手段を備えたことを特徴とする3相インバータの電源回路保護装置。 - 交流入力電圧を直流出力電圧に変換する電源回路と、
前記直流出力電圧を入力し、3相交流電圧に変換する3相インバータ回路と、
前記電源回路の電源電流を検出する電源電流検出回路と、
前記3相インバータ回路の直流入力端子を流れる電流を検出するインバータ入力電流検出回路とを備えた3相インバータの電源回路保護装置において、
前記インバータ入力電流検出回路から得られた直流電流に基いて、前記3相インバータの交流負荷に流れる電流を再現する相電流再現手段と、
前記3相インバータの出力電圧を演算するインバータ出力電圧演算手段と、
前記相電流再現手段で得られた相電流と、前記インバータ出力電圧演算手段で得られた出力電圧とから、インバータ出力電力を演算するインバータ出力電力演算手段と、
前記電源電流と前記インバータ出力電力との関係に基いて、電源電圧の異常を判定する電源電圧異常判定手段と、
前記電源電圧異常判定手段の出力に応動して、前記3相インバータ回路を停止させる制御手段を備えたことを特徴とする3相インバータの電源回路保護装置。 - 請求項1〜4のいずれかにおいて、前記電源電圧異常判定手段により電源電圧異常と判定したことに応答して、前記電源回路および3相インバータ回路を停止させることを特徴とする3相インバータの電源回路保護装置。
- 請求項1〜5のいずれかにおいて、前記電源電圧異常判定手段は、瞬時停電を判定する手段であることを特徴とする3相インバータの電源回路保護装置。
- 請求項1〜5のいずれかにおいて、前記電源電圧異常判定手段は、瞬時電圧低下を判定する手段であることを特徴とする3相インバータの電源回路保護装置。
- 請求項1または2において、前記電源電流とインバータ入力電力がともに所定値以下のとき、前記電源電圧異常判定手段を無効化することを特徴とする3相インバータの電源回路保護装置。
- 請求項1,3または4において、前記電源電流とインバータ出力電力がともに所定値以下のとき、前記電源電圧異常判定手段を無効化することを特徴とする3相インバータの電源回路保護装置。
- 請求項1〜9のいずれかにおいて、前記3相インバータの交流負荷は、3相交流電動機であることを特徴とする3相インバータの電源回路保護装置。
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