JP2011188627A

JP2011188627A - インバータ装置

Info

Publication number: JP2011188627A
Application number: JP2010051392A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Fukunishi; 孝浩福西; Hirokazu Hayashi; 弘和林
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-03-09
Filing date: 2010-03-09
Publication date: 2011-09-22

Abstract

【課題】コンデンサの充放電時の電圧を検出することで容量を算出してインバータ回路の制御を行うことで、容量低下時にコンデンサの発熱などを防止する。
【解決手段】商用電源２を、開閉手段５を介して整流回路３により整流し、コンデンサ４により平滑してインバータ回路１３に電力供給を行う回路において、コンデンサ４に並列に放電回路６および電圧検出手段７を設け、インバータ回路１３が停止している時に開閉手段５の短絡時、開放時のコンデンサ４の両端電圧を検出し、コンデンサ容量の算出と容量低下の判定を行い、所定値を下回る場合にはインバータ回路１３を動作させないことにより、コンデンサ４の容量が低下した場合に、リプル電流増加による発熱などを容易に防止することが可能なインバータ装置を提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンデンサ容量低下時に負荷の制限を行い、コンデンサの発熱による寿命低下の加速を防止するインバータ装置に関するものである。

従来、整流回路の直流接続端に接続されたコンデンサの発熱に起因する不具合を防止するために、コンデンサ両端電圧の脈動を検出し、脈動率が所定値以上になった場合に負荷動作を停止させるインバータ装置がある（特許文献１参照）。

以下、図面を参照しながら従来のインバータ装置について説明する。図３は特許文献１に記載されているインバータ装置の構成図である。

図２において２は商用電源であり、整流回路３、コンデンサ４からなるコンバータにより直流電力へ変換され、半導体素子（図示せず）から構成されるインバータ回路１３に供給され、インバータ回路１３によりモータ９を駆動させる。

７はコンデンサ４の直流電圧を検出する電圧検出回路であり、制御回路８へ検出結果を出力する。また、制御回路８は、インバータ回路１３を駆動するインバータ駆動手段（図示せず）および、停止させる停止手段（図示せず）と、コンデンサ４の両端電圧である直流電圧の脈動率を検出する脈動率検知手段８ａと、脈動率判定手段８ｂを有している。

脈動率検知手段８ａは、電圧検出回路７の検出結果より直流電圧の最大値および最小値を求め、演算により脈動率を算出する。脈動率判定手段８ｂは、脈動率が所定値以上になったか否かを判定し、所定値以上であれば、制御回路８は停止手段によりインバータ回路１３の駆動を停止させる。

これにより、コンデンサ４の容量が低下した場合など、所定の脈動率を上回る状態でインバータ回路１３が駆動することはなく、コンデンサ４のリプル電流増加による発熱を防止することが可能になる。

特開２００９−１８９２０２号公報

しかしながら前記従来の構成では、直流電流の脈動する周波数、すなわち商用電源の周波数の２倍の周波数に対して、十分に高い周波数で電圧検出を行う必要があることと、商用電源２の瞬時停電や電圧低下による、脈動率の誤検出を防止する必要があり、脈動率の検知手段が複雑になるという課題がある。

また、インバータ回路１３が駆動している状態でなければ、コンデンサ４の直流電圧は脈動しないため、インバータ回路１３の駆動によるノイズにより、電圧検出回路７の検出結果が変動しないよう考慮する必要が生じる。

本発明は前記従来の課題を解決するもので、コンデンサ容量の低下を容易且つ正確に行なうことが可能なインバータ装置を供給することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のインバータ装置は、商用電源と整流回路の間に第一の開閉手段を設けるとともに、コンデンサと並列に第二の開閉手段と抵抗の直列接続からなる放電回路を設け、インバータ回路１３が停止している状態で、第一の開閉手段を短絡、第二の開閉手段を開放して、その際の直流電圧を電圧検出手段により検出し、所定の時間経過後に、第一の開閉手段を開放、第二の開閉手段を短絡して、直流電圧を再度検出することで、コンデンサ容量算出手段によりコンデンサの容量を求めることが可能になる。これにより、コンデンサ容量が所定の値以下である場合は、インバータ回路の動作を停止あるいは、制限するなどして、コンデンサのリプル電流増加に伴う発熱を抑制することが可能になる。

また、直流電圧の検出はインバータ回路が停止している際に行うため、インバータ回路により発生するノイズの影響を受けることがなく、安定した電圧検出が可能になる。

本発明のインバータ装置は、商用電源と整流回路の間に第一の開閉手段を設けるとともに、コンデンサと並列に第二の開閉手段と抵抗の直列接続からなる放電回路を設け、インバータ回路１３が停止している状態で、第一の開閉手段を短絡、第二の開閉手段を開放して、その際の直流電圧を電圧検出手段により検出し、所定の時間経過後に、第一の開閉手段を開放、第二の開閉手段を短絡して、直流電圧を再度検出することで、コンデンサ容量算出手段によりコンデンサの容量を求めることが可能になるため、コンデンサ容量低下時にリプル電流が増加し、コンデンサが発熱するなどの不具合を抑制することが可能になる。

本発明の実施の形態１における過電圧保護回路の回路構成図本発明の実施の形態１における動作概念を示すタイムチャート従来のインバータ装置の回路構成図

本発明は、商用電源と整流回路の間に第一の開閉手段を設けるとともに、コンデンサと並列に第二の開閉手段と抵抗の直列接続からなる放電回路を設け、インバータ回路１３が停止している状態で、第一の開閉手段を短絡、第二の開閉手段を開放して、その際の直流電圧を電圧検出手段により検出し、所定の時間経過後に、第一の開閉手段を開放、第二の開閉手段を短絡して、直流電圧を再度検出することで、コンデンサ容量算出手段によりコンデンサの容量を求めることが可能であることを特徴としたインバータ装置であり、これにより、コンデンサ容量が所定の値以下である場合は、インバータ回路の動作を停止、あるいは制限するなどして、コンデンサのリプル電流増加に伴う発熱を抑制することが可能になる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明におけるインバータ装置の構成の一実施例を示す。

図１において、２は商用電源であり、第一の開閉手段５を介して整流回路３の交流接続端に接続される。整流回路３直流接続端にはコンデンサ４が接続されコンバータを形成しており、直流電力がインバータ回路１３へ供給され、インバータ回路１３により任意の周
波数の交流電力に変換されてモータ９を駆動する。第二の開閉手段６ａと抵抗６ｂは直列接続により放電回路６を形成しており、コンデンサ４と並列に接続される。

一方、制御回路８は、第一の開閉手段５、第二の開閉手段６ａを駆動する手段（図示せず）を有するとともに、インバータ回路１３の駆動を制御する手段（図示せず）を有する。電圧検出手段７は、コンデンサ４の両端電圧である直流電圧を検出し、制御回路８へ出力する。また、制御回路８はコンデンサ容量算出手段８ｃおよび、コンデンサ容量低下判定手段８ｄを有している。

ここで、図２を用いて動作を説明する。

図２の（ａ）はコンデンサ４の両端電圧Ｖを示し、（ｂ）（ｃ）はそれぞれ第一の開閉手段（５）、第二の開閉手段（６ａ）の動作状態を示す。（ｄ）は電圧検出手段の検出タイミングを示し、（ｅ）、（ｆ）はそれぞれコンデンサ容量算出手段８ｃおよび、コンデンサ容量低下判定手段８ｄの動作タイミングを示す。また、（ｇ）はインバータ回路の動作状態を示す。

横軸は時間ｔを示し、時間ｔ０においてインバータ回路３は停止、第一の開閉手段５は短絡、第二の開閉手段６ａは開放となっており、この時は整流回路３および、コンデンサ４により商用電源１が整流・平滑され、コンデンサ４は充電されるとともに、無負荷状態であるため、コンデンサ４の電圧は一定となる。この時の電圧を電圧検出手段７により検出した後（電圧Ｖ１とする）、第一の開閉手段５を開放、第二の開閉手段６ａを短絡とさせる。コンデンサ４に蓄えられた電荷は放電回路６に設けられた抵抗６ｂを介して放電されるため、コンデンサ４の両端電圧は低下し、△ｔ経過後に、電圧検出手段７により、電圧を検出する（電圧Ｖ２とする）。この時、コンデンサ４の容量をＣ、抵抗６ｂの抵抗値をＲとすると、以下の式が成り立つ。

Ｖ２＝Ｖ１＊Ｅｘｐ｛−ｔ／（Ｒ＊Ｃ）｝
Ｃ＝−ｔ／｛ｌｎ（Ｖ２／Ｖ１）＊Ｒ｝
これを用いて、コンデンサ容量算出手段８ｃはコンデンサ４の容量を算出し、コンデンサ容量判定手段８ｄにより、所定値を上回っているかの判定を行い、上回っている場合はインバータ回路１３を動作させ、下回っている場合は停止させる。

以上の構成および動作により、インバータ回路１３を駆動させる場合に、コンデンサ４の容量を把握することが可能になるため、経年劣化や故障などに伴うコンデンサ４の容量低下を検出することが可能になり、リプル電流増加に伴うコンデンサ４の発熱などの不具合を防止することが可能になる。

また、前述の通り、電圧検出手段７による電圧検出時には必ずインバータ回路１３が停止しており、インバータ回路１３の動作により生じるノイズなどによる誤検出を防止することが容易になる。

なお、電圧検出手段７による電圧検出、およびコンデンサ容量算出手段６ｃによる容量算出は、インバータ回路１３の駆動以前に１回としたが、インバータ回路１３駆動前に行うものであれば、算出の頻度を変更しても同様の効果を得ることが可能である。

以上のように、本発明にかかるインバータ装置は、コンデンサの容量低下を容易に検出することが可能であり、コンデンサの容量低下が生じた場合において、発熱などの異常を防止することが容易となり、空気調和機等に適する。

２商用電源
３整流回路
４コンデンサ
５第一の開閉手段
６ａ第二の開閉手段
６ｂ抵抗
６放電回路
７電圧検出回路
８制御回路
８ａ脈動率検知手段
８ｂ脈動率判定手段
８ｃコンデンサ容量算出手段
８ｄコンデンサ容量低下判定手段
９モータ
１３インバータ

Claims

交流電源からダイオード・コンデンサにより整流・平滑するコンバータと、前記交流電源と、前記コンバータとの間に設けられた第一の開閉手段と、第二の開閉手段と抵抗の直列接続により構成される放電回路と、前記コンバータで得られた直流電力を半導体素子でスイッチングすることで任意の交流出力を得るインバータ回路と、前記コンデンサの電圧を検出する電圧検出手段とを有し、前記第一の開閉手段および、前記第二の開閉手段の短絡・開放を制御して、前記コンデンサの充電時および放電時の電圧を前記電圧検出手段により検出し、コンデンサ容量算出手段および、コンデンサ容量低下判定手段により前記コンデンサの容量が所定値を下回っている場合に、前記インバータ回路を停止させることを特徴とした、インバータ装置。