JP2015128352A - コンバータ装置、モータ駆動装置、コンバータ装置の制御方法およびコンバータ装置の制御プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】交流電源4と圧縮機モータ20の間に設置され、交流電力を直流電力に変換して出力するコンバータ装置2において、交流電力を直流電力に変換する整流回路5と、整流回路5に並列に接続される平滑コンデンサ12と、整流回路5と平滑コンデンサ12との間に互いに並列に設けられ導通タイミングが互いに異なる2つのスイッチング回路10と、スイッチング回路10を制御するコンバータ制御部15と、整流回路5に入力される入力電流を検出する入力電流検出部27と、を備え、コンバータ制御部15は、入力電流検出部27で検出した入力電流から入力波形を得て、標準波形と入力波形とを比較し、スイッチング回路10の故障の有無を判定することを特徴とするコンバータ装置2。
【選択図】図1
Description
このインターリーブ型の力率改善回路は、従来省電力の電源回路に設けられていたが、大電力の電源回路にも用いられている。例えば、特許文献1には、電流が大きい領域でも効率を向上できるインターリーブ型の力率改善回路が開示されている。
インターリーブ型回路は、前述したように昇圧回路を複数設ける。この昇圧回路のいずれかに故障が発生した場合、どの昇圧回路に故障が発生したかを特定しなければならないが、特定する方法は確立されていない。
交流電源と負荷の間に設置され、前記交流電源からの交流電力を直流電力に変換して出力するコンバータ装置において、前記交流電源より入力された交流電力を直流電力に変換する整流手段と、前記整流手段の直流出力側に該整流手段に並列に接続され電圧を平滑にする平滑手段と、前記整流手段と前記平滑手段との間に互いに並列に設けられ導通タイミングが互いに異なる2つのスイッチング回路と、前記スイッチング回路を制御する制御手段と、前記交流電源と前記整流手段との間に設けられ前記整流手段に入力される入力電流を検出する電流検出手段と、を備え、前記制御手段は、前記電流検出手段で検出した前記入力電流から入力波形を得て、予め得ておいた同一電流値における標準波形と該入力波形とを比較し、前記スイッチング回路の故障の有無を判定することを特徴とするコンバータ装置を採用する。
〔第1実施形態〕
以下、本発明の第1実施形態について、図1を用いて説明する。
図1には、本実施形態に係るモータ駆動装置の概略構成が示されている。
図1に示されるように、モータ駆動装置1は、交流電源4からの交流電力を直流電力に変換して出力するコンバータ装置2と、コンバータ装置2から出力された直流電力を三相交流電力に変換して圧縮機モータ(負荷)20に出力するインバータ装置3とを主な構成として備えている。
同様に、スイッチング回路10bは、整流回路5と平滑コンデンサ12とを接続する正極母線Lpに、直列的に設けられたインダクタ6bと、インダクタ6bの電流出力側に直列に接続されるダイオード7bと、インダクタ6bとダイオード7bとの間に一端が接続され、かつ、整流回路5と並列に接続されたスイッチング素子8bとを有する。
スイッチング素子8a、8bの一例としては、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ:Insulated Gate Bipolar Transistor)、電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)等が挙げられる。スイッチング素子8a、8bは、コンバータ制御部15によってスイッチングが制御される。
本実施形態のスイッチング回路10a及び10bは、並列PAM方式(Pulse Amplitude Modulation:パルス振幅波形変調)を採用し、インターリーブ回路として互いの導通タイミングが異なっている。
以下の説明において、各スイッチング回路10を区別する場合は、末尾にaまたはbのいずれかを付し、各スイッチング回路10を区別しない場合は、aまたはbを省略する。
交流電源4と整流回路5との間には、入力電流を検出する入力電流検出部(電流検出手段)27が設けられている。入力電流検出部27からの入力電流信号はコンバータ制御部15に出力され、これにより入力波形Sが得られる。
インバータ装置3は、6個のスイッチング素子を備えるブリッジ回路18と、ブリッジ回路18におけるスイッチング素子の開閉を制御するインバータ制御部19とを備える。インバータ制御部19は、例えば、上位装置(図示略)から入力される要求回転数指令に基づいて、各スイッチング素子のゲート駆動信号Spwmを生成し、ブリッジ回路18に与える。インバータ制御の具体的な手法の一例としては、ベクトル制御、センサレスベクトル制御、V/F制御、過変調制御、1パルス制御などが挙げられる。
上記のような制御を実現するために、ブリッジ回路18の入力直流電圧Vdcを検出する直流電圧検出部28、圧縮機モータ20に流れる各相電流iu、iv、iwを検出するモータ電流検出部29が設けられ、これらの検出値Vdc、iu、iv、iwがインバータ制御部19に入力されるようになっている。ここで、モータ電流検出部29は、ブリッジ回路18と平滑コンデンサ12の間の負極側電力線に流れる電流を検出し、この検出信号から各相電流iu、iv、iwを取得することとしてもよい。
コンバータ制御部15及びインバータ制御部19は、一つのMPUによって具現化されてもよいし、個別のMPUによって具現化されてもよい。
図2は、故障の発生していないスイッチング回路の波形の一例を示したグラフである。図2の縦軸は波形の振幅、横軸は時間を示す。図2に示すように、スイッチング回路10に故障が発生していない場合、入力電流検出部27が検出する入力電流の信号のコンバータ制御部15により得られる入力波形は、正弦波を示す。このように、故障が発生していないスイッチング回路10の波形を標準波形とする。
波形は、電流の値によりその形が異なる。入力波形の電流の値と同一の電流の値における標準波形を用いて入力波形と標準波形の比較を行うため、予め様々な電流の値における標準波形を計測し、テーブルに格納しておく必要がある。
このように、入力電流検出部27で検出した入力電流をコンバータ制御部15に出力して得られる入力波形は、各スイッチング回路10毎の入力波形が合成された合成波の波形として得られる。
これら各入力波形が同一の電流の値に対する波形であるとすると、いずれのスイッチング回路10も故障していない場合の波形Xを標準波形であるとできる。例えばこの波形Xと、波形YまたはZを比較する方法の一例としては、パターンマッチングなどが挙げられる。本実施形態では、パターンマッチングを用いて標準波形と入力波形との比較を行うものとする。
図5には、第1段階として、第一処理が示されている。
図5に示すように、モータ駆動装置1の起動時に各スイッチング回路10の故障判定が開始されると、設定されたサンプリング時間の間、入力電流検出部27によって入力電流が計測される(S501)。本実施形態では、サンプリング時間は例えば17ms程度であり、これは、60Hzで1周期をサンプリングするのに必要な時間である。
サンプリング時間が終了したか否かを判定し(S502)、終了していなければステップS501へ遷移する。一方、上記ステップS502においてサンプリング時間が終了していればステップS503へ遷移する。
次に、上記ステップS504にて行われた比較により、入力波形S0に異常があるか否かの判定が行われ(S505)、入力波形S0に異常がない場合は、ステップS501へ遷移する。一方、上記ステップS505にて例えば図4の波形YまたはZのように入力波形S0に異常がある場合は、Aへ遷移する。
ステップS505にて入力波形S0に異常があると判定された場合には、図6に示すように、スイッチング回路10aに故障が発生しているか否かを判定するため、モータ駆動装置1はスイッチング回路10aのみで運転される(S601)。すなわち、スイッチング回路10bは停止される。
次に、ステップS602にて、入力電流検出部27によって計測されたスイッチング回路10aのみで運転した場合の入力電流がコンバータ制御部15に入力され、入力波形S1を得る。コンバータ制御部15は、予め入力電流の値と同一の電流の値におけるスイッチング回路10aが故障していない場合の波形Xaを標準波形として得たものをテーブルに格納しており、パターンマッチングを用いて入力波形S1とテーブルから取り出した標準波形Xaとの比較を行う(S603)。
一方、上記ステップS604にて例えば図3のように入力波形S1に異常がある場合は、Bへ遷移する。
ステップS604にて入力波形S1に異常があると判定された場合には、図7に示すように、スイッチング回路10bに故障が発生しているか否かを判定するため、モータ駆動装置1はスイッチング回路10bのみで運転される(S701)。すなわち、スイッチング回路10aは停止される。
次に、ステップS702にて、入力電流検出部27によって計測されたスイッチング回路10bのみで運転した場合の入力電流がコンバータ制御部15に入力され、入力波形S2を得る。コンバータ制御部15は、予め入力電流の値と同一の電流の値におけるスイッチング回路10bが故障していない場合の波形Xbを標準波形として得たものをテーブルに格納しており、パターンマッチングを用いて入力波形S2とテーブルから取り出した標準波形Xbとの比較を行う(S703)。
一方、上記ステップS704にて例えば図3のように入力波形S2に異常がある場合は、ステップS706へ遷移する。ステップS706では、スイッチング回路10a及び10bに異常があるとされ、いずれのスイッチング回路10も故障していることからモータ駆動装置1が停止される。
また、スイッチング回路10の故障は主にスイッチング素子8a、8bの故障であり、スイッチング素子8a、8bの故障は主に断線であることが多い。
また、異常を認識した運転員は、モータ駆動装置1の停止、故障したスイッチング回路10の交換など迅速にメンテナンスを行うことができる。
以下、本発明の第2実施形態について、図8を用いて説明する。
上記した第1実施形態では、スイッチング回路10の故障判定はモータ駆動装置1の起動時に行うとしたが、本実施形態では、モータ駆動装置1の運転時に行うとするものである。その他の点については第1実施形態と同様であるので、同様の構成については同一符号を付しその説明は省略する。
図8に示すように、各スイッチング回路10の故障判定が開始されると、設定されたサンプリング時間の間、入力電流検出部27によって入力電流が計測される(S801)。本実施形態では、サンプリング時間は例えば17ms程度である。これは、60Hzで1周期をサンプリングするのに必要な時間である。
サンプリング時間が終了したか否かを判定し(S802)、終了していなければステップS801へ遷移する。一方、上記ステップS802においてサンプリング時間が終了していればステップS803へ遷移する。
次に、上記ステップS804にて行われた比較により、入力波形S0に異常があるか否かの判定が行われ(S805)、入力波形S0に異常がない場合は、ステップS801へ遷移する。一方、上記ステップS805にて例えば図4の波形YまたはZのように入力波形S0に異常がある場合は、アラームを報知する(S806)。
また、異常を認識した運転員は、必要ならばモータ駆動装置1の停止、故障したスイッチング回路10の交換など迅速にメンテナンスを行うことができる。
2 コンバータ装置
3 インバータ装置
4 交流電源
5 整流回路(整流手段)
10 スイッチング回路
12 平滑コンデンサ(平滑手段)
15 コンバータ制御部(制御手段)
20 圧縮機モータ(負荷)
27 入力電流検出部(電流検出手段)
Claims (7)
- 交流電源と負荷の間に設置され、前記交流電源からの交流電力を直流電力に変換して出力するコンバータ装置において、
前記交流電源より入力された交流電力を直流電力に変換する整流手段と、
前記整流手段の直流出力側に該整流手段に並列に接続され電圧を平滑にする平滑手段と、
前記整流手段と前記平滑手段との間に互いに並列に設けられ導通タイミングが互いに異なる2つのスイッチング回路と、
前記スイッチング回路を制御する制御手段と、
前記交流電源と前記整流手段との間に設けられ前記整流手段に入力される入力電流を検出する電流検出手段と、を備え、
前記制御手段は、前記電流検出手段で検出した前記入力電流から入力波形を得て、予め得ておいた同一電流値における標準波形と該入力波形とを比較し、前記スイッチング回路の故障の有無を判定することを特徴とするコンバータ装置。 - 前記制御手段は、内部に前記コンバータ装置を備えたモータ駆動装置の起動時に前記スイッチング回路のいずれか、または両方の故障の有無を判定することを特徴とする請求項1に記載のコンバータ装置。
- 前記制御手段は、内部に前記コンバータ装置を備えたモータ駆動装置の運転中に前記スイッチング回路のいずれかの故障の有無を判断することを特徴とする請求項1に記載のコンバータ装置。
- 前記制御手段は、前記スイッチング回路のいずれか一方のみに故障が有ることを判定した場合、前記スイッチング回路の他方のみを用いて運転を継続することを特徴とする請求項1または2に記載のコンバータ装置。
- 請求項1から4のいずれかに記載のコンバータ装置を備えたモータ駆動装置。
- 交流電源と負荷の間に設置され、前記交流電源からの交流電力を直流電力に変換して出力するコンバータ装置の制御方法において、
前記交流電源より入力された交流電力を直流電力に変換する整流手段と、
前記整流手段の直流出力側に該整流手段に並列に接続され電圧を平滑にする平滑手段と、
前記整流手段と前記平滑手段との間に互いに並列に設けられ導通タイミングが互いに異なる2つのスイッチング回路と、
前記スイッチング回路を制御する制御手段と、
前記交流電源と前記整流手段との間に設けられ前記整流手段に入力される入力電流を検出する電流検出手段と、を備え、
前記制御手段は、前記電流検出手段で検出した入力電流から入力波形を得るステップと、予め得ておいた同一電流値における標準波形と該入力波形とを比較するステップと、前記スイッチング回路の故障の有無を判定するステップと、
を有することを特徴とするコンバータ装置の制御方法。 - 交流電源と負荷の間に設置され、前記交流電源からの交流電力を直流電力に変換して出力するコンバータ装置の制御プログラムにおいて、
前記交流電源より入力された交流電力を直流電力に変換する整流手段と、
前記整流手段の直流出力側に該整流手段に並列に接続され電圧を平滑にする平滑手段と、
前記整流手段と前記平滑手段との間に互いに並列に設けられ導通タイミングが互いに異なる2つのスイッチング回路と、
前記スイッチング回路を制御する制御手段と、
前記交流電源と前記整流手段との間に設けられ前記整流手段に入力される入力電流を検出する電流検出手段と、を備え、
前記制御手段は、前記電流検出手段で検出した入力電流から入力波形を得る処理と、予め得ておいた同一電流値における標準波形と該入力波形とを比較する処理と、前記スイッチング回路の故障の有無を判定する処理と、
をコンピュータに実行させるためのコンバータ装置の制御プログラム。
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