JP2012223001A - Inverter controller - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、インバータの出力電圧を検出する機能を有するインバータの制御装置に関する。 The present invention relates to an inverter control device having a function of detecting an output voltage of an inverter.
従来のインバータ制御装置は、例えば電動機を可変速駆動するために使用され、電動機の制御、あるいは保護監視のため少なくとも出力の電圧及び電流のうちの1つを検出するのが普通である。出力が3相であれば、通常は検出器も3相となるが、3相のうちの1相が断線した場合には制御の動作が異常となり、インバータ制御装置が停止してしまうという問題があった。 A conventional inverter control device is used, for example, to drive an electric motor at a variable speed, and usually detects at least one of an output voltage and current for controlling the motor or monitoring protection. If the output is three-phase, the detector is usually three-phase, but if one of the three phases is disconnected, the control operation becomes abnormal and the inverter control device stops. there were.
このような問題に対し、3相の電流検出において断線等で異常になった相を特定し、正常な他の2相の検出値を用いて演算によって代替の値を得ることによって運転を継続しようとする提案が為されている(例えば特許文献1参照。)。 To solve this problem, identify the phase that became abnormal due to disconnection or the like in the current detection of three phases, and continue operation by obtaining an alternative value by calculation using the other two phase detection values that are normal (For example, refer to Patent Document 1).
特許文献1に示された手法は、インバータの出力電流を検出する3つの電流検出器と、電流検出器の実効値を算出するために波形の保存を行う波形保存器と、波形保存器で保存した波形から実効値を求める実効値検出器と、実効値検出器からのインバータの各相の出力電流実効値を比較することによって異常個所がどの相で発生したかを検出する実効値比較器と、異常になった相の電流検出値の代わりに他相の電流検出値から算出を行った電流算出値に切替える切替器を備えたインバータ制御装置によるものであるが、電流実効値を導出するために交流実効値を用いるため、異常となった相の電流値が実効値に換算されるまでに遅れ時間が生じる。このため異常となった電流検出器の検出が遅れ、場合によってはこの遅れ時間の間に異常電流を検出し、装置が停止してしまうという問題があった。
The method disclosed in
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、1相分の異常があったとき、より素早く他の2相の検出値からの推定値に置き換えることが可能な検出器を備えたインバータ制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems. When there is an abnormality for one phase, the detector can be replaced with the estimated value from the detected values of the other two phases more quickly. It aims at providing the inverter control apparatus provided with.
上記目的を達成するために、本発明のインバータ制御装置は、直流入力を受け、この直流を交流に変換するインバータと、前記インバータの3相出力の電圧を検出、または電流を検出して電圧に変換する電圧検出手段と、前記電圧検出手段の出力を用いて前記インバータを制御するための制御手段と、前記電圧検出手段の3相電圧を受け、前記電圧検出手段の1相分が断線しても他の2相から演算によって求めた3相電圧に切換えて前記制御手段に与える異常時自動切換手段を具備し、前記異常時自動切換手段は、3相電圧のうち、互いに異なる2相分の前記電圧検出手段の出力を入力とし、他の1相分はこれら2相分の電圧から演算によって求めた値を入力とし、これら3相分の入力の電圧の大きさの合計を求めるようにした3台の電圧の大きさ演算手段と、前記3台の電圧の大きさ演算手段の各々の演算結果と所定の判定値との差異の絶対値が第1の所定値以上あったとき異常と判断する3台の異常検出手段と、前記異常検出手段のうち2台が異常となったとき断線した相を特定する手段とを有することを特徴としている。 In order to achieve the above object, an inverter control device according to the present invention detects a voltage of an inverter that receives a direct current input and converts the direct current into an alternating current and a three-phase output of the inverter, or detects a current to obtain a voltage. The voltage detection means for conversion, the control means for controlling the inverter using the output of the voltage detection means, and the three-phase voltage of the voltage detection means, and one phase of the voltage detection means is disconnected. Is also provided with an automatic switching means for abnormal time that is applied to the control means by switching to the three-phase voltage obtained by calculation from the other two phases, and the automatic switching means for abnormal time is for two different phases of the three-phase voltage. The output of the voltage detection means is used as an input, and the value obtained by calculation from the voltage for these two phases is input for the other one phase, and the sum of the input voltages for these three phases is obtained. 3 units of voltage Three abnormalities that are determined to be abnormal when the absolute value of the difference between the calculation result of each of the magnitude calculation means and the three voltage magnitude calculation means and the predetermined determination value is greater than or equal to a first predetermined value It has a detection means and a means for specifying a phase that is disconnected when two of the abnormality detection means become abnormal.
この発明によれば、瞬時値の検出が可能な異常検出器を用いるように構成したので、1相分の異常があったとき、より素早く他の2相の検出値からの推定値に置き換えることが可能な検出器を備えたインバータ制御装置を提供することが可能となる。 According to the present invention, since the abnormality detector capable of instantaneous value detection is used, when there is an abnormality for one phase, the estimated value from the other two-phase detection values can be replaced more quickly. It is possible to provide an inverter control device equipped with a detector capable of performing the above.
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
以下、この発明の実施例1に係るインバータ制御装置を、図1及び図2に基づいて説明する。図1は本発明の実施例1に係るインバータ制御装置のブロック構成図であり、図2は本発明の実施例1に係るインバータ制御装置に使用される異常時切換回路の内部構成図である。
Hereinafter, an inverter control apparatus according to
図1において、直流コンデンサ1には図示しない直流電源から直流電圧が与えられている。直流コンデンサ1によって平滑された直流電圧をインバータ2によって3相の交流電圧に変換し、この3相の交流電圧によって交流電動機3を駆動する。ここで、インバータ2の負荷は必ずしも交流電動機3である必要はなく、任意の負荷で良い。インバータ2は制御装置4によって制御されている。具体的にはインバータ2を構成するスイッチング素子は、インバータ2が所望の出力電圧及び出力周波数を出力するように制御装置4から与えられるゲートパルスによってオンオフ制御されている。
In FIG. 1, a DC voltage is applied to a
インバータ2の出力には3相の電圧検出器5が設けられている。この電圧検出器5の各相の出力は異常時自動切換回路6を介して制御装置4に与えられる。ここで、電圧検出器5は電流検出器であっても良い。この場合は電流検出器で検出した電流を電圧に変換して以下の議論を展開すれば良い。
A three-phase voltage detector 5 is provided at the output of the
異常時自動切換回路6は、瞬時電圧の大きさを検出する電圧の大きさ演算手段61と、この検出値に基づいて故障(断線)した相を特定する故障検出器62と、故障検出器62の検出結果に従って故障した相の検出電圧を他の2相からの演算で求めるように切換える切換器63とから成る。
The abnormal-time automatic switching circuit 6 includes a voltage magnitude calculation means 61 for detecting the magnitude of the instantaneous voltage, a failure detector 62 for identifying a phase that has failed (disconnected) based on the detected value, and a failure detector 62. And a
異常時自動切換回路6の内部構成を図2に示す。電圧の大きさ演算手段61は、3台の電圧の大きさ演算器61A、61B及び61Cを備えている。電圧の大きさ演算器61Aには電圧検出器4で検出した電圧Vuv0とVvw0と、演算器61Dで演算されたVwu^が入力として与えられる。演算器61Dには上記電圧Vuv0とVvw0が与えられ、Vwu^=−(Vuv0+Vvw0)を演算出力する。同様に、電圧の大きさ演算器61Bには電圧検出器4で検出した電圧Vvw0とVwu0と、演算器61Eで演算されたVuv^が入力として与えられる。演算器61Eには上記電圧Vvw0とVwu0が与えられ、Vuv^=−(Vvw0+Vwu0)を演算出力する。同様に、電圧の大きさ演算器61Cには電圧検出器4で検出した電圧Vwu0とVuv0と、演算器61Fで演算されたVvw^が入力として与えられる。演算器61Fには上記電圧Vwu0とVuv0が与えられ、Vvw^=−(Vwu0+Vuv0)を演算出力する。
FIG. 2 shows the internal configuration of the abnormality automatic switching circuit 6. The voltage magnitude calculation means 61 includes three
電圧の大きさ演算器61A、61B及び61Cは夫々上記の3入力の電圧の大きさを演算する。ここで、電圧の大きさは2乗和とする。本発明における電圧の大きさとしては、3入力の大きさの和であれば良く、例えば2乗和の平方根でも良く、また、3乗和であっても絶対値の和であっても良い。しかしながら、後述するように電圧の大きさとして2乗和または2乗和の平方根を用いる方がより精度良く断線検出を行うことが可能となる。
The
電圧の大きさ演算器61A、61B及び61Cの演算出力は夫々故障判定器62A、62B及び62Cに与えられる。故障判定器62A、62B及び62Cは、検出信号が所定の短い時間に所定値との差が生じたときに故障と判定し、論理信号1を夫々AND回路63Aと63C、AND回路63Bと63A、並びにAND回路63Cと63Bに出力する。
The calculation outputs of the
そして、AND回路63A、63B及び63Cの出力は夫々切換スイッチ63D、63E及び63Fに与えられる。切換スイッチ63D、63E及び63Fは、常時は夫々Vuv0、Vvw0及びVwu0を検出相電圧Vuv、Vvw及びVwuとして制御装置4に対して出力しているが、上記AND回路の出力を受けたとき、出力信号Vuv、Vvw及びVwuを夫々Vvw^、Vwu^及びVuw^に切換える。
The outputs of the
次に動作について説明する。今、3相交流の検出電圧が次式で与えられるものとする。
Vuv0=sinθ ・・・(1)
Vvw0=sin(θ−120°) ・・・(2)
Vwu0=sin(θ+120°) ・・・(3)
このとき、電圧の大きさ演算器61が2乗和を検出しているとすると、正常時には全ての電圧の大きさ演算器は、(4)式のように時間に拠らず一定値を検出している。
y=sin2θ+sin2(θ−120°)+sin2(θ+120°)
=2/3 ・・・(4)
このような状態において、検出相Vuv0が断線したとする。そうすると、
Vuv0=sinθ=0 ・・・(5)
このとき、電圧の大きさ演算器61Aは、以下を検出する。
y=0+sin2(θ−120°)+{−0−sin(θ−120°)}2
=2sin2(θ−120°) ・・・(6)
同様にして、電圧の大きさ演算器61Cは、以下を検出する。
y=sin2(θ+120°)+0+{−0−sin(θ+120°)}2
=2sin2(θ+120°) ・・・(7)
Next, the operation will be described. Assume that a three-phase AC detection voltage is given by the following equation.
Vuv0 = sinθ (1)
Vvw0 = sin (θ−120 °) (2)
Vwu0 = sin (θ + 120 °) (3)
At this time, assuming that the
y = sin 2 θ + sin 2 (θ−120 °) + sin 2 (θ + 120 °)
= 2/3 (4)
In such a state, it is assumed that the detection phase Vuv0 is disconnected. Then
Vuv0 = sin θ = 0 (5)
At this time, the
y = 0 + sin 2 (θ−120 °) + {− 0−sin (θ−120 °)} 2
= 2sin 2 (θ−120 °) (6)
Similarly, the
y = sin 2 (θ + 120 °) +0 + {− 0−sin (θ + 120 °)} 2
= 2sin 2 (θ + 120 °) (7)
上記状況において、電圧の大きさ演算器61BにはVuv0が使用されていないので、その検出値は(4)式となる。従って、故障判定回路62Aは、(6)式が(4)式
と異なった値になることを検出して故障判定を行うことが可能となる。同様に故障判定回路62Cは、(7)式が(4)式と異なった値になることを検出して故障判定を行うことが可能となる。
In the above situation, Vuv0 is not used in the
ここで、(6)式と(4)式が等しくなったとき断線が生じると検出遅れが生ずることになる。(6)式において、θ=0°またはθ=60°で2sin2(θ−120°)=3/2となる。同様に(7)式において、θ=0°またはθ=−60°で2sin2(θ−120°)=3/2となる。θ=0°の場合は、(5)式に示すように、断線が生じていない状態でゼロ出力となっているときに断線が生じたので、検出遅れがあっても実質上問題はない。しかし、θ=60°またはθ=−60°で検出遅れが生じるのは問題となる場合がある。この対策については実施例2、3で後述する。 Here, if the disconnection occurs when the equations (6) and (4) are equal, a detection delay occurs. In the equation (6), 2 sin 2 (θ−120 °) = 3/2 at θ = 0 ° or θ = 60 °. Similarly, in formula (7), 2 sin 2 (θ−120 °) = 3/2 when θ = 0 ° or θ = −60 °. In the case of θ = 0 °, as shown in the equation (5), since the disconnection occurs when the output is zero in the state where the disconnection does not occur, there is substantially no problem even if there is a detection delay. However, there may be a problem that a detection delay occurs at θ = 60 ° or θ = −60 °. This countermeasure will be described later in Examples 2 and 3.
上記特異点以外のタイミングにおいては、故障判定回路62Aと故障判定回路62Cが同時に素早く故障を検出し、AND回路63Cが1を出力して切換スイッチ63Fを切換えることにより断線検出相Vuvは他の2相の演算出力に切換えられる。尚、上記の説明においては、検出相Vuv0が断線した場合について説明したが、検出相Vvw0あるいはVwu0が断線した場合も同様の議論が成立することは明らかである。
At a timing other than the singular point, the
前述した電圧の大きさ演算器61は2乗和または2乗和の平方根を用いることが好ましいとした理由は、(4)式に示したように正常時の値が時間によらず一定値となるためである。この場合、故障判定器62は電圧の大きさ演算器61と上記一定値との差の絶対値、あるいは差の絶対値の短時間の積分値が所定値を超えたかどうかで判定すれば良い。
The reason that the
図3は本発明の実施例2に係るインバータ制御装置の異常時切換回路の内部構成図である。この実施例2の各部について、図2の本発明の実施例1に係るインバータ制御装置の異常時切換回路の内部構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。また、以下に述べるセット/リセットの信号線の図示は省略する。この実施例2が実施例1と異なる点は、切換スイッチ63D、63E及び63Fの各電圧の正規の入力部分に夫々信号保持回路63G、63H及び63Iを設けた点である。
FIG. 3 is an internal configuration diagram of an abnormal time switching circuit of the inverter control device according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the same parts as those in the internal configuration diagram of the abnormality switching circuit of the inverter control apparatus according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. Also, illustration of set / reset signal lines described below is omitted. The second embodiment is different from the first embodiment in that
信号保持回路63G、63H及び63Iはセット/リセットが可能な構成とする。そして常時は例えばその入出力を短絡してリセット状態とし、故障判定回路62A、62B及び62Cの何れかが故障を検出したとき、信号保持回路のうち2つをセットする。例えば、故障判定回路62Aが故障検出したときには、Vuv0またはVvw0が断線した可能性があるので、夫々に対応する信号保持回路63G及び63Iをセットする。そして短時間経過後に例えば故障判定回路62Cが故障検出すると、AND回路63Cが1を出力して切換スイッチ63Fを切換えるが(すなわちこの場合の断線相はVuv0。)、このときに信号保持回路63G及び63Iをリセットする。
The
以上のような構成にすれば、信号保持回路63G及び63Iが動作している時間だけVuv0及びVvw0が保持され、検出誤差を生じるが、その誤差は僅かとなり、実施例1で述べた問題点は改善される。尚、63G、63H及び63Iの保持時間は、前述したようにVuv0=sinθとしたとき、θ=−60°またはθ=60°付近で断線した場合の検出遅れの最大値と同等以上としておき、その保持時間が経過したとき自動的にリセットされるように構成しても良い。
With the configuration as described above, Vuv0 and Vvw0 are held for the time during which the
図4は本発明の実施例3に係るインバータ制御装置の異常時切換回路の内部構成図である。この実施例3の各部について、図2の本発明の実施例1に係るインバータ制御装置の異常時切換回路の内部構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。また、以下に述べる故障判定器間の信号線の図示は省略する。この実施例3が実施例1と異なる点は、3相の入力電圧から電圧位相を検出し、位相同期信号を出力して故障判定回路に与える位相検出回路64を設けた点である。
FIG. 4 is an internal configuration diagram of an abnormal time switching circuit of the inverter control device according to the third embodiment of the present invention. In the third embodiment, the same parts as those in the internal configuration diagram of the abnormal state switching circuit of the inverter control device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. Also, illustration of signal lines between failure determiners described below is omitted. The third embodiment is different from the first embodiment in that a
実施例1で述べたように、θ=60°でVuv0が断線したときには、電圧の大きさ演算器61Aは2/3を出力するため判定回路62Aは動作しない。このとき、電圧の大きさ演算器61Cの出力は2sin2(θ+120°)=0となり、正常値2/3との偏差が最大となっている。
As described in the first embodiment, when Vuv0 is disconnected at θ = 60 °, the
一方、Vwu0が断線したときには、電圧の大きさ演算器61Cの出力は、
y=0−sin2θ+0+{−0−sinθ}2=2sin2θ・・・(8)
を検出する。この値が0になるのはθ=0°、180°であるので、Vuv0が断線した場合とは検出位相が異なっていることが分かる。
On the other hand, when Vwu0 is disconnected, the output of the
y = 0−sin 2 θ + 0 + {− 0−sin θ} 2 = 2sin 2 θ (8)
Is detected. Since this value becomes 0 at θ = 0 ° and 180 °, it can be seen that the detection phase is different from that when Vuv0 is disconnected.
以上のことから、電圧の大きさ演算器61の何れか1つが正常値2/3との偏差が最大値付近で故障検出したときには、そのときの電圧位相によって他の2つの電圧の大きさ演算器のどちらが本来断線検出するべきものかを特定することが可能となる。以上により、図4において、電圧の大きさ演算器61の何れか1つが正常値2/3との偏差が最大値付近で故障検出したとき、位相同期信号から他の1相を特定し、その特定された他の1相が故障判定を行うようにすれば、実施例1で述べたような異常電圧の出力の恐れを回避することが可能となる。
From the above, when any one of the
以上本発明のいくつかの実施例を説明したが、これらの実施例は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施例やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
例えば、実施例2における信号保持回路は、遅延回路として常時挿入するようにしても良く、また短時間の信号保持を常時行うようにして切換時の外乱を防止することが考えられる。また実施例3における位相検出回路は、3相ある電圧のうち2相が正常であれば正しい位相同期信号を得るような例えば多数決方式の演算を採用することができる。 For example, the signal holding circuit in the second embodiment may be always inserted as a delay circuit, and it may be possible to prevent disturbance at the time of switching by always holding a signal for a short time. Further, the phase detection circuit according to the third embodiment can employ, for example, a majority-based calculation so as to obtain a correct phase synchronization signal when two phases are normal among three phase voltages.
1 直流コンデンサ
2 インバータ
3 交流電動機
4 制御装置
5 電圧検出器
6 異常時自動切換回路
61 電圧の大きさ演算手段
61A、61B、61C 電圧の大きさ演算器
61C、61D、61E 演算器
62 故障検出器
62A、62B、62C 故障判定器
63 切換器
63A、63B、63C AND回路
63D、63E、63F 切換スイッチ
63G、63H、63I 信号保持回路
64 電圧位相検出回路
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記インバータの3相出力の電圧を検出、または電流を検出して電圧に変換する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段の出力を用いて前記インバータを制御するための制御手段と、
前記電圧検出手段の3相電圧を受け、前記電圧検出手段の1相分が断線しても他の2相から演算によって求めた3相電圧に切換えて前記制御手段に与える異常時自動切換手段
を具備し、
前記異常時自動切換手段は、
3相電圧のうち、互いに異なる2相分の前記電圧検出手段の出力を入力とし、他の1相分はこれら2相分の電圧から演算によって求めた値を入力とし、これら3相分の入力の電圧の大きさの合計を求めるようにした3台の電圧の大きさ演算手段と、
前記3台の電圧の大きさ演算手段の各々の演算結果と所定の判定値との差異の絶対値が第1の所定値以上あったとき異常と判断する3台の異常検出手段と、
前記異常検出手段のうち2台が異常となったとき断線した相を特定する手段と
を有することを特徴とするインバータ制御装置。 An inverter that receives direct current input and converts this direct current to alternating current;
Voltage detection means for detecting the voltage of the three-phase output of the inverter, or detecting current and converting it to voltage;
Control means for controlling the inverter using the output of the voltage detection means;
An abnormal-time automatic switching means that receives the three-phase voltage of the voltage detection means and switches to the three-phase voltage obtained by calculation from the other two phases even if one phase of the voltage detection means is disconnected, and gives it to the control means Equipped,
The abnormal time automatic switching means,
Among the three-phase voltages, the output of the voltage detection means for two different phases is input, and the other one phase is input by a value obtained by calculation from the voltages for these two phases. Three voltage magnitude calculation means for obtaining the total of the voltage magnitudes of
Three abnormality detection means for determining an abnormality when the absolute value of the difference between the calculation result of each of the three voltage magnitude calculation means and the predetermined determination value is equal to or greater than a first predetermined value;
An inverter control apparatus comprising: means for identifying a phase that is disconnected when two of the abnormality detection means become abnormal.
前記異常検出手段のうち1台が異常となったとき、当該異常検出手段が検出している2相分の前記保持手段をセットし、
前記異常検出手段のうち他の1台が異常となったとき、前記保持手段をリセットするようにしたことを特徴とする請求項1または2に記載のインバータ制御装置。 The three-phase outputs of the voltage detection means are supplied to the control means via holding means that can be set / reset,
When one of the abnormality detection means becomes abnormal, the holding means for two phases detected by the abnormality detection means is set,
The inverter control device according to claim 1 or 2, wherein when the other one of the abnormality detection means becomes abnormal, the holding means is reset.
前記異常検出手段のうち1台が異常となり、且つ当該異常検出手段に対応する前記電圧の大きさ演算手段の演算結果と前記所定の判定値との差異の絶対値が第2の所定値以上あったとき、
前記異常時自動切換手段は、
前記電圧位相検出手段の検出位相から、断線した相を特定するようにしたことを特徴とする請求項1または2に記載のインバータ制御装置。 Voltage phase detection means for detecting the voltage phase of the three-phase output of the inverter;
One of the abnormality detection means becomes abnormal, and the absolute value of the difference between the calculation result of the voltage magnitude calculation means corresponding to the abnormality detection means and the predetermined determination value is greater than or equal to a second predetermined value. When
The abnormal time automatic switching means,
The inverter control device according to claim 1 or 2, wherein a disconnected phase is specified from a detection phase of the voltage phase detection means.
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