JP2019205243A - Inverter device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インバータ装置に関する。 The present invention relates to an inverter device.
従来、三相交流電力を回転機に出力することで、出力に接続した回転機を駆動するインバータ装置が広く知られている。このようなインバータ装置の制御方式としては、V/f制御及びベクトル制御が広く知られている。V/f制御は、インバータ装置の出力電圧の周波数である出力周波数に対する出力電圧の比を一定とするオープンループ制御である。ベクトル制御は、回転機の実速度が指令に一致するように補正する制御であり、センサ付ベクトル制御とセンサレスベクトル制御とに分けられる。センサ付ベクトル制御では、回転機のセンサである回転数検出器からの検出値が指令値と一致するように制御を行う。特許文献1には、センサ付ベクトル制御の技術の一例が開示されている。また、センサレスベクトル制御では、指令値等の情報から推定した回転機の回転数が指令値と一致するように制御を行う。また、ベクトル制御では、インバータ電流値を検出し、これに基づいて電流指令値を生成して制御する電流フィードバック制御が行われる。
Conventionally, an inverter device that drives a rotating machine connected to an output by outputting three-phase AC power to the rotating machine is widely known. V / f control and vector control are widely known as such inverter device control methods. V / f control is open loop control in which the ratio of the output voltage to the output frequency, which is the frequency of the output voltage of the inverter device, is constant. Vector control is control for correcting the actual speed of the rotating machine so as to match the command, and is divided into vector control with sensors and sensorless vector control. In vector control with a sensor, control is performed so that a detection value from a rotation speed detector, which is a sensor of a rotating machine, matches a command value.
ところで、このような回転機に据え付け不良が生じると、ミスカップリング又はミスアライメントが生じる。回転機にミスカップリング又はミスアライメントが生じた状態で運転を継続すると、軸受け故障の原因となる。そのため、回転機の据え付け不良を検知する技術が求められている。 By the way, when installation failure occurs in such a rotating machine, miscoupling or misalignment occurs. If the operation is continued in a state where miscoupling or misalignment occurs in the rotating machine, a bearing failure may occur. Therefore, there is a demand for a technique for detecting defective installation of a rotating machine.
例えば、回転機の振動を計測することで振動データを取得し、この振動データの周波数成分から据え付け不良による異常を検知する技術が知られている。しかしながら、振動の計測が困難な位置に設置された回転機には、このような技術を適用することができない。なお、振動の計測が困難な位置としては、水中及び原子力発電所を例示することができる。 For example, a technique is known in which vibration data is acquired by measuring vibration of a rotating machine, and an abnormality due to improper installation is detected from the frequency component of the vibration data. However, such a technique cannot be applied to a rotating machine installed at a position where vibration measurement is difficult. Examples of positions where vibration measurement is difficult include underwater and nuclear power plants.
また、従来技術の一例である特許文献2には、回転機の各相の入力電圧検出値又は電流検出値の高調波成分を用いて、誘導電動機及びインバ−タの異常診断を行う技術が開示されている。この技術では、回転機の設置位置に関らず、据え付け不良の異常診断が可能となる。
しかしながら、上記の特許文献2に開示された技術には、電流フィードバック制御を行うインバータ装置への適用が困難である、という問題があった。これは、モータ入力電圧、すなわちインバータ出力電圧が正弦波ではなく、高調波成分を含む方形波、すなわちPWM(Pulse Width Modulation)波形であるため、回転機の入力電圧検出値を用いて異常診断を行うと、精度が低いからである。又は、回転機の電流検出値を用いて異常診断を行うと、据え付け不良で生じる電流特徴周波数成分に対しても、電流フィードバック制御を行うことにより据え付け設置が正常な状態の電流値に抑制されてしまうため、正常に診断することは困難である。
However, the technique disclosed in
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電流フィードバック制御を行うインバータ装置において、回転機の据え付け不良を検知する技術を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the above, Comprising: It aims at providing the technique which detects the installation defect of a rotary machine in the inverter apparatus which performs electric current feedback control.
上述の課題を解決して目的を達成する本発明は、三相交流電圧を回転機に出力する電力変換部と、前記電力変換部の出力側で検出した三相電流検出値、前記回転機の回転数及び電流指令値に基づいて三相電圧指令値を生成し、該三相電圧指令値からPWM信号を生成して前記電力変換部に出力する制御部と、前記三相電圧指令値、出力周波数及び前記回転数が入力される診断部とを備え、前記診断部は、前記三相電圧指令値又は前記三相電圧指令値の少なくともいずれか一相の電圧指令値を高速フーリエ変換して周波数情報を出力するFFT部と、前記出力周波数及び前記回転数から特徴周波数を演算して出力する特徴周波数演算部と、前記周波数情報の前記特徴周波数における電圧レベルが、設定された電圧しきい値を超えているか否かを判定する判定部とを備えるインバータ装置である。 The present invention that solves the above-described problems and achieves the object includes a power converter that outputs a three-phase AC voltage to a rotating machine, a three-phase current detection value detected on the output side of the power converter, A control unit that generates a three-phase voltage command value based on the rotational speed and the current command value, generates a PWM signal from the three-phase voltage command value, and outputs the PWM signal to the power conversion unit, and the three-phase voltage command value, output A diagnosis unit to which the frequency and the rotation speed are input, and the diagnosis unit performs a fast Fourier transform on the voltage command value of at least one of the three-phase voltage command value and the three-phase voltage command value to obtain a frequency. An FFT unit that outputs information, a characteristic frequency calculation unit that calculates and outputs a characteristic frequency from the output frequency and the rotation speed, and a voltage level at the characteristic frequency of the frequency information is a set voltage threshold value. Whether or not An inverter device and a determining unit for constant for.
上記構成の本発明のインバータ装置は、前記回転機の回転数を推定して回転数推定値を出力する回転数推定部を備え、前記回転数が前記回転数推定値であればよい。 The inverter device of the present invention having the above-described configuration may include a rotation speed estimation unit that estimates the rotation speed of the rotating machine and outputs a rotation speed estimation value, and the rotation speed may be the rotation speed estimation value.
又は、上記構成の本発明のインバータ装置は、前記回転機には、前記回転機の回転数を検出して回転数検出値を出力する回転数検出器が設置され、前記回転数は、前記回転数検出値であればよい。 Alternatively, in the inverter device of the present invention configured as described above, the rotating machine is provided with a rotation speed detector that detects the rotation speed of the rotating machine and outputs a rotation speed detection value, and the rotation speed is the rotation speed. Any number detection value may be used.
上記構成の本発明のインバータ装置において、前記判定部は、前記周波数情報のいずれか一相において、前記特徴周波数における電圧レベルが、前記設定された電圧しきい値を超えているときに据え付け不良であると判定すればよい。 In the inverter device according to the present invention having the above-described configuration, the determination unit may be improperly installed when the voltage level at the characteristic frequency exceeds the set voltage threshold value in any one phase of the frequency information. What is necessary is just to determine that there exists.
又は、本発明は、三相交流電力を回転機に出力する電力変換部と、前記電力変換部の出力側で検出した三相電流検出値、前記回転機の回転数及び電流指令値に基づいて三相電圧指令値を生成し、該三相電圧指令値からPWM信号を生成して前記電力変換部に出力する制御部と、前記三相電圧指令値又は前記三相電圧指令値の少なくともいずれか一相の電圧指令値、前記電圧指令値と同一の相の電流検出値、出力周波数、前記回転数及び前記回転機の制御方式情報が入力される診断部とを備え、前記診断部は、前記回転機の制御方式が電流フィードバック方式である場合には前記三相電圧指令値又は前記電圧指令値を高速フーリエ変換し、又は前記回転機の制御方式がV/f制御方式である場合には前記電流検出値を高速フーリエ変換して周波数情報を出力するFFT部と、前記出力周波数及び前記回転数から特徴周波数を演算して出力する特徴周波数演算部と、前記回転機の制御方式に応じて、前記周波数情報の前記特徴周波数における電圧レベル又は電流レベルが、設定された電圧しきい値又は電流しきい値を超えているか否かを判定する判定部とを備えるインバータ装置である。 Alternatively, the present invention is based on a power converter that outputs three-phase AC power to a rotating machine, a three-phase current detection value that is detected on the output side of the power converter, the rotational speed of the rotating machine, and a current command value. A controller that generates a three-phase voltage command value, generates a PWM signal from the three-phase voltage command value, and outputs the PWM signal to the power converter; and at least one of the three-phase voltage command value or the three-phase voltage command value A voltage command value for one phase, a current detection value for the same phase as the voltage command value, an output frequency, the rotation speed, and a diagnosis unit to which control method information for the rotating machine is input, the diagnosis unit, When the control method of the rotating machine is a current feedback method, the three-phase voltage command value or the voltage command value is fast Fourier transformed, or when the control method of the rotating machine is a V / f control method, Current detection value is subjected to fast Fourier transform and frequency An FFT unit that outputs information, a characteristic frequency calculation unit that calculates and outputs a characteristic frequency from the output frequency and the rotation speed, and a voltage level at the characteristic frequency of the frequency information according to a control method of the rotating machine Alternatively, the inverter device includes a determination unit that determines whether the current level exceeds a set voltage threshold value or current threshold value.
上記構成の本発明のインバータ装置において、前記特徴周波数は、前記出力周波数に前記回転機の回転周波数を加算した値又は前記出力周波数から前記回転機の回転周波数を減算した値であればよい。 In the inverter device of the present invention having the above-described configuration, the characteristic frequency may be a value obtained by adding the rotation frequency of the rotating machine to the output frequency or a value obtained by subtracting the rotation frequency of the rotating machine from the output frequency.
本発明によれば、電流フィードバック制御を行うインバータ装置において、回転機の据え付け不良を検知することができる、という効果を奏する。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, there exists an effect that the installation defect of a rotary machine can be detected in the inverter apparatus which performs electric current feedback control.
本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態の記載によって限定解釈されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, this invention is not limitedly interpreted by description of the following embodiment.
<実施形態1>
図1は、本実施形態に係るインバータ装置1と、インバータ装置1に接続される構成を示すブロック図である。図1には、インバータ装置1と、インバータ装置1の入力側に接続された三相交流電源2と、インバータ装置1の出力側に接続された回転機3とが示されている。インバータ装置1は、その出力電圧、すなわち回転機3への印加電圧の周波数を可変にする機能を備える。
<
FIG. 1 is a block diagram illustrating an
回転機3には、回転機3の回転数を検出して回転数検出値Ndを出力する回転数検出器31が設置されている。回転数検出器31は、ロータリーエンコーダであり、このロータリーエンコーダは、インクリメンタル方式であってもよいし、アブソリュート方式であってもよい。また、ロータリーエンコーダの角度検出は、特定の方式に限定されるものではなく、光電方式であってもよいし、磁気方式であってもよい。
The
図2は、図1に示す、ベクトル制御を行うインバータ装置1の構成を示す図である。図2に示すインバータ装置1は、電力変換部11と、電流検出器12と、回転数推定部13と、回転数切替部14と、電流座標変換部15と、FB(Feedback)制御部16と、電圧座標変換部17と、PWM信号生成部18と、診断部19とを備える。なお、電流座標変換部15と、FB制御部16と、電圧座標変換部17と、PWM信号生成部18とをまとめて制御部10と記載する。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the
電力変換部11は、三相交流電源2の三相交流電力を周波数の異なる三相交流電力に変換して回転機3に出力する。電力変換部11は、交流を直流に変換する整流回路と、この直流を交流に変換するインバータ回路とを備える。電力変換部11の整流回路は、2つの整流素子を直列に接続した直列回路がU相、V相及びW相の各相に対して設けられ、6つの整流素子により実現される。また、電力変換部11のインバータ回路は、2つのスイッチング素子を直列接続した直列回路がU相、V相及びW相の各相に対して設けられ、6つのスイッチング素子により実現される。
The
電流検出器12は、電力変換部11の出力からU相電流検出値iu、V相電流検出値iv及びW相電流検出値iwを検出して出力する。電流検出器12は、U相、V相及びW相の各相に対応して設けられた3つの電流センサにより実現される。なお、U相電流検出値iu、V相電流検出値iv及びW相電流検出値iwをまとめて三相電流検出値iuvwと記載する。
The
回転数推定部13は、インバータ装置1の電流・電圧情報に基づいて回転数推定値Neを出力する。ここで、電流・電圧情報は、電圧指令値、電流指令値、電圧検出値又は電流検出値のいずれかを含む。
Rotational
回転数切替部14は、回転数検出値Nd及び回転数推定値Neを入力とし、回転数検出値Nd及び回転数推定値Neのいずれか一方を出力する。なお、以下の説明において、回転数検出値Nd及び回転数推定値Neは、回転数Nと呼び、回転数切替部14が回転数検出値Ndを出力する場合には回転数Nは回転数検出値Ndであり、回転数切替部14が回転数検出値Neを出力する場合には回転数Nは回転数検出値Neである。
The rotation
なお、インバータ装置1において、回転数Nとして回転数推定値Neのみが用いられる場合、すなわちインバータ装置1の制御方式がセンサレスベクトル制御である場合には、回転数切替部14及び回転数検出器31が設けられていなくてもよい。又は、インバータ装置1において、回転数Nとして回転数検出値Ndのみが用いられる場合、すなわちインバータ装置1の制御方式がセンサ付ベクトル制御である場合には、回転数推定部13及び回転数切替部14が設けられていなくてもよい。
In the
電流座標変換部15は、回転数N及び三相電流検出値iuvwを入力とし、dq軸電流検出値idqを出力する。電流座標変換部15は、回転数Nに基づいて、三相電流検出値iuvwをdq軸電流検出値idqに変換する。dq軸電流検出値idqは、d軸電流検出値id及びq軸電流検出値iqを含む。
The current coordinate
FB制御部16は、dq軸電流検出値idq及びdq軸電流指令値Idqを入力とし、PI(Proportional Integral)制御によりdq軸電圧指令値Vdqを出力する。dq軸電流指令値Idqは、d軸電流指令値Id及びq軸電流指令値Iqを含み、dq軸電圧指令値Vdqは、d軸電圧指令値Vd及びq軸電圧指令値Vqを含む。d軸電圧指令値Vdは、d軸電流検出値idとd軸電流指令値Idとの偏差がゼロとなるように決定され、q軸電圧指令値Vqは、q軸電流検出値iqとq軸電流指令値Iqとの偏差がゼロとなるように決定される。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、FB制御部16は、P(Proportional)制御を行ってもよいし、PID(Proportional-Integral-Differential)制御を行ってもよい。
なお、dq軸電流指令値Idqは、例えば図示しない演算部において、外部からの回転機速度指令値又はトルク指令に基づいて演算された値である。 Note that the dq-axis current command value I dq is a value calculated based on an external rotating machine speed command value or torque command, for example, in a calculation unit (not shown).
電圧座標変換部17は、回転数N及びdq軸電圧指令値Vdqを入力とし、三相電圧指令値Vuvwを出力する。電圧座標変換部17は、dq軸電圧指令値Vdqを三相電圧指令値Vuvwに変換する。三相電圧指令値Vuvwは、U相電圧指令値Vu、V相電圧指令値Vv及びW相電圧指令値Vwを含む。また、電圧座標変換部17は、出力周波数feを出力する。出力周波数feは、予め設定された、インバータ装置1の出力周波数であり、三相電圧指令値Vuvwの周波数である。
The voltage coordinate conversion unit 17 receives the rotational speed N and the dq axis voltage command value V dq and outputs a three-phase voltage command value V uvw . The voltage coordinate conversion unit 17 converts the dq axis voltage command value V dq into a three-phase voltage command value V uvw . The three-phase voltage command value V uvw includes a U-phase voltage command value V u , a V-phase voltage command value V v, and a W-phase voltage command value V w . Further, the voltage coordinate conversion unit 17 outputs an output frequency fe . The output frequency fe is a preset output frequency of the
PWM信号生成部18は、三相電圧指令値Vuvwを入力とし、三相電圧指令値Vuvwに基づいてPWM信号を生成して出力する。このPWM信号は、電力変換部11のインバータ回路部に設けられたスイッチング素子のゲート信号であり、当該スイッチング素子のオンオフを制御し、インバータ装置1の出力を制御する。
The PWM
診断部19は、三相電圧指令値Vuvwと、回転数Nと、出力周波数feとを入力とし、判定結果を出力する。出力周波数feは、電圧座標変換部17から出力されるが、電力変換部11の出力における検出値であってもよい。
The
図3は、図2に示す診断部19の構成を示す図である。図3に示す診断部19は、FFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)部191と、特徴周波数演算部192と、判定部193とを備える。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the
FFT部191は、三相電圧指令値Vuvwを入力とし、周波数情報fuvwを出力する。FFT部191は、三相電圧指令値Vuvwの各周波数成分を高速フーリエ変換により演算し、周波数情報fuvwを生成する。周波数情報fuvwは、U相周波数情報fu、V相周波数情報fv及びW相周波数情報fwを含む。
特徴周波数演算部192は、回転数N及び出力周波数feを入力とし、特徴周波数ferrを出力する。特徴周波数演算部192は、まず、回転数Nから回転機回転周波数frを算出する。回転機3が誘導機である場合には、回転機回転周波数fr(Hz)は、回転機3の回転数N(min−1)及び回転機3の極対数Pを用いて下記の式(1)により算出される。
The characteristic
そして、特徴周波数演算部192は、回転機回転周波数fr及び出力周波数feを用いて下記の式(2)により、特徴周波数ferrを算出する。
Then, the characteristic
判定部193は、周波数情報fuvwと特徴周波数ferrとを入力とし、判定結果を出力する。判定部193は、三相電圧指令値Vuvwの特徴周波数におけるレベルとしきい値とを比較し、このレベルが電圧しきい値よりも小さい場合には「正常」と判定し、このレベルがしきい値よりも大きい場合には「異常」と判定する。ここで、電圧しきい値は、予め設定された値である。
The
なお、判定部193は、U相、V相及びW相の各々についてこの判定を行い、これら三相のいずれか一つでも異常である場合には判定結果を「異常」とする。このように、U相、V相及びW相の各相について判定を行い、いずれかの相が異常である場合には判定結果を「異常」とすることで、高精度な診断が可能となる。
The
なお、この判定結果は、例えば、インバータ装置1に搭載され、又は接続された出力部に出力されることで使用者又は管理者に報知される。ここで、出力部としては、ディスプレイを例示することができる。又は、この判定結果が、図示しない構成であるインバータ停止部に出力されて、異常時にはインバータ装置1が強制停止する構成であってもよい。
In addition, this determination result is alert | reported to a user or an administrator by outputting to the output part mounted in the
ここで、回転機の据え付け不良がある場合における、上述の周波数情報fuvwに含まれる電流FFT波形について説明する。図4は、電流フィードバック制御を行わない場合、すなわちV/f制御を行うインバータ装置の電流検出値のFFT波形を示す図である。ここで、動作条件を回転機回転周波数fr=25Hzとし、出力周波数fe=50Hzとすると、特徴周波数ferr=25Hz,75Hzである。図4において、据え付け不良がある場合の波形は実線で示し、据え付け不良がない場合の波形は破線で示している。図4に示すように、回転機の据え付け不良がある場合には、特徴周波数ferr=25Hz,75Hzにおいて、レベルが上昇しているため、適切なしきい値を設定することで、異常判定が可能である。 Here, the current FFT waveform included in the above-described frequency information f uvw when there is an improper installation of the rotating machine will be described. FIG. 4 is a diagram illustrating an FFT waveform of a current detection value of an inverter device that performs V / f control when current feedback control is not performed. Here, if the operating conditions are the rotating machine rotation frequency f r = 25 Hz and the output frequency f e = 50 Hz, the characteristic frequencies f err = 25 Hz and 75 Hz. In FIG. 4, the waveform when there is an installation failure is indicated by a solid line, and the waveform when there is no installation failure is indicated by a broken line. As shown in FIG. 4, when there is a faulty installation of the rotating machine, the level is increased at the characteristic frequency f err = 25 Hz, 75 Hz, so that an abnormality can be determined by setting an appropriate threshold value. It is.
しかしながら、電流フィードバック制御を行う場合、すなわちベクトル制御を行う場合には、据え付け不良で生じる電流特徴周波数成分に対しても、設置が正常な状態の電流値に抑制されてしまう。図5は、電流フィードバック制御を行うインバータ装置の電流検出値のFFT波形を示す図である。図5において、据え付け不良がある場合の波形は実線で示し、据え付け不良がない場合の波形は破線で示している。図5に示すように、電流フィードバック制御を行う際には、特徴周波数ferrにおいても電流が抑制されてしまうため、電流FFT波形から回転機の据え付け不良を判別することができない。 However, when current feedback control is performed, that is, when vector control is performed, the current characteristic frequency component caused by installation failure is also suppressed to a current value in a normal installation state. FIG. 5 is a diagram illustrating an FFT waveform of a current detection value of an inverter device that performs current feedback control. In FIG. 5, the waveform when there is an installation failure is indicated by a solid line, and the waveform when there is no installation failure is indicated by a broken line. As shown in FIG. 5, when the current feedback control is performed, the current is suppressed even at the characteristic frequency f err , so that the installation failure of the rotating machine cannot be determined from the current FFT waveform.
そこで、上述のように電圧指令値のFFT波形を用いる。図6は、電流フィードバック制御を行うインバータ装置の電圧指令値のFFT波形である。図6において、据え付け不良がある場合の波形は実線で示し、据え付け不良がない場合の波形は破線で示している。図6に示すように、回転機3の据え付け不良がある場合には、特徴周波数ferr=25Hz,75Hzにおいて、レベルが上昇し、適切なしきい値を設定することで、異常判定が可能である。このように、電流フィードバック制御を行う場合には、電圧指令値を用いることで、据え付け不良の有無の判別が可能である。
Therefore, the FFT waveform of the voltage command value is used as described above. FIG. 6 is an FFT waveform of a voltage command value of an inverter device that performs current feedback control. In FIG. 6, the waveform when there is an installation failure is indicated by a solid line, and the waveform when there is no installation failure is indicated by a broken line. As shown in FIG. 6, when there is a faulty installation of the
以上説明したように、本実施形態によれば、電流フィードバック制御を行う場合であっても、回転機の設置位置に関わらず、回転機の据え付け不良を検知することが可能である。 As described above, according to the present embodiment, even when current feedback control is performed, it is possible to detect an improper installation of the rotating machine regardless of the installation position of the rotating machine.
<実施形態2>
実施形態1では、インバータ装置が電流フィードバック制御方式である場合に回転機の据え付け不良を検知する形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本実施形態では、インバータ装置の制御方式に関わらず、回転機の据え付け不良を検知可能なインバータ装置について説明する。
<
Although
図7は、本実施形態に係るインバータ装置1aの構成を示す図である。図7に示すインバータ装置1aは、電圧座標変換部17に代えて電圧座標変換部17aを備え、診断部19に代えて診断部19aを備え、電圧指令切替部20を追加した点と、電圧指令切替部20から出力周波数feを出力する点が図1に示すインバータ装置1とは異なり、その他の構成は図1に示すインバータ装置1と同様であるため、実施形態1の説明を援用する。なお、電流座標変換部15と、FB制御部16と、電圧座標変換部17aと、PWM信号生成部18と、電圧指令切替部20とをまとめて制御部10aと記載する。また、図7に示すインバータ装置1aは、回転機制御方式がベクトル制御である場合には、図1に示すインバータ装置1と同様に動作する。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of the
電圧座標変換部17aは、回転数N及びdq軸電圧指令値Vdqを入力とし、dq軸電圧指令値Vdqを三相電圧指令値Vuvw1に変換し、三相電圧指令値Vuvw1を出力する。三相電圧指令値Vuvw1は、U相電圧指令値Vu1、V相電圧指令値Vv1及びW相電圧指令値Vw1を含む。
Voltage coordinate
診断部19aは、三相電圧指令値Vuvwと、回転数Nと、出力周波数feと、三相電流検出値iuvwとを入力とし、判定結果を出力する。なお、出力周波数feは、電圧座標変換部17aから出力されるが、電力変換部11の出力における検出値であってもよい。
The
電圧指令切替部20は、三相電圧指令値Vuvw1,三相電圧指令値Vuvw2を入力とし、三相電圧指令値Vuvwを出力する。ここで、電圧指令切替部20は、インバータ装置1aが電流フィードバック制御である場合には三相電圧指令値Vuvwとして三相電圧指令値Vuvw1を出力し、インバータ装置1aがV/f制御である場合には三相電圧指令値Vuvwとして三相電圧指令値Vuvw2を出力する。また、三相電圧指令値Vuvw2は、例えば図示しない演算部において、外部からの回転機速度指令値又はトルク指令に基づいて演算された値である。三相電圧指令値Vuvw2は、U相電圧指令値Vu2、V相電圧指令値Vv2及びW相電圧指令値Vw2を含む。また、電圧指令切替部20は、設定された出力周波数feを出力する。なお、出力周波数feは、実施形態1と同様に、三相電圧指令値Vuvwの周波数である。
The voltage
図8は、図7に示すインバータ装置1aが備える診断部19aの構成を示す図である。図8に示す診断部19aは、FFT部191aと、特徴周波数演算部192と、判定部193aとを備える。
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a
FFT部191aは、三相電圧指令値Vuvw、三相電流検出値iuvw及び回転機制御方式情報を入力とし、周波数情報fuvwを出力する。回転機制御方式は外部スイッチ等を用いてユーザにより切替可能な構成であり、回転機制御方式情報は外部スイッチ等から出力される。回転機制御方式が電流フィードバック制御である場合には、FFT部191aは、三相電圧指令値Vuvwの各周波数成分を高速フーリエ変換により演算して周波数情報fuvwを生成する。又は、制御方式が電流フィードバック制御方式ではなく、V/f制御である場合には、FFT部191aは、三相電流検出値iuvwの各周波数成分を高速フーリエ変換により演算して周波数情報fuvwを生成する。
The
判定部193aは、周波数情報fuvw、特徴周波数ferr及び回転機制御方式情報を入力とし、判定結果を出力する。判定部193aは、回転機制御方式が電流フィードバック制御である場合には、実施形態1の判定部193と同様に動作する。すなわち、三相電圧指令値Vuvwの特徴周波数における電圧レベルと電圧しきい値とを比較し、この電圧レベルが電圧しきい値よりも小さい場合には「正常」と判定し、この電圧レベルが電圧しきい値よりも大きい場合には「異常」と判定する。ここで、電圧しきい値は、予め設定された値である。又は、判定部193aは、回転機制御方式が電流フィードバック制御ではなく、V/f制御である場合には、三相電流検出値iuvwの特徴周波数における電流レベルと電流しきい値とを比較し、この電流レベルが電流しきい値よりも小さい場合には「正常」と判定し、この電流レベルが電流しきい値よりも大きい場合には「異常」と判定する。ここで、電流しきい値は、予め設定された値である。
The
なお、判定部193aは、回転機制御方式に関わらず、U相、V相及びW相の各々についてこの判定を行い、これら三相のいずれか一つでも異常である場合には判定結果を「異常」とする。このように、U相、V相及びW相の各相について判定を行い、いずれかの相が異常である場合には判定結果を「異常」とすることで、高精度な診断が可能となる。また、この判定結果は実施形態1と同様に出力されて使用者又は管理者に報知される。又は、この判定結果が、図示しないインバータ停止部に出力されてもよい。
The
以上説明したように、本実施形態によれば、回転機の設置位置及び制御方式に関わらず回転機の据え付け不良を検知することができる。 As described above, according to this embodiment, it is possible to detect an installation failure of a rotating machine regardless of the installation position and control method of the rotating machine.
<実施形態3>
実施形態1では三相電圧指令値を高速フーリエ変換する形態について説明し、実施形態2では三相電圧指令値又は三相電流検出値を高速フーリエ変換する形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本実施形態では、U相電圧指令値又はU相電流検出値を高速フーリエ変換する形態について説明する。なお、本実施形態においても、実施形態2と同様に、インバータ装置の制御方式に関わらず、回転機の据え付け不良を検知可能である。
<
In the first embodiment, the form of performing fast Fourier transform on the three-phase voltage command value has been described. In the second embodiment, the form of performing fast Fourier transform on the three-phase voltage command value or the three-phase current detection value has been described. It is not limited. In the present embodiment, a mode in which the U-phase voltage command value or the U-phase current detection value is fast Fourier transformed will be described. In the present embodiment as well, similarly to the second embodiment, it is possible to detect an improper installation of the rotating machine regardless of the control method of the inverter device.
また、本実施形態に係るインバータ装置では、診断部以外の構成については実施形態2と同様であるため、その他の構成については、実施形態1,2の説明を援用する。 In the inverter device according to the present embodiment, the configuration other than the diagnosis unit is the same as that of the second embodiment, and therefore the description of the first and second embodiments is used for the other configurations.
図9は、本実施形態に係るインバータ装置が備える診断部19bの構成を示す図である。図9に示す診断部19bは、FFT部191bと、特徴周波数演算部192と、判定部193bとを備える。
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of a
FFT部191bは、U相電圧指令値Vu、U相電流検出値iu及び回転機制御方式情報を入力とし、U相周波数情報fuを出力する。回転機制御方式が電流フィードバック制御である場合には、FFT部191bは、U相電圧指令値Vuの周波数成分を高速フーリエ変換により演算してU相周波数情報fuを生成する。又は、高速フーリエ変換により制御方式が電流フィードバック制御方式ではなく、V/f制御である場合には、FFT部191bは、U相電流検出値iuの周波数成分を高速フーリエ変換により演算してU相周波数情報fuを生成する。
The
判定部193bは、U相周波数情報fu、特徴周波数ferr及び回転機制御方式情報を入力とし、判定結果を出力する。判定部193bは、回転機制御方式が電流フィードバック制御である場合には、U相電圧指令値Vuの特徴周波数における電圧レベルと電圧しきい値とを比較し、この電圧レベルが電圧しきい値よりも小さい場合には「正常」と判定し、このレベルが電圧しきい値よりも大きい場合には「異常」と判定する。ここで、電圧しきい値は、予め設定された値である。又は、判定部193bは、回転機制御方式が電流フィードバック制御ではなく、V/f制御である場合には、U相電流検出値iuの特徴周波数における電流レベルと電流しきい値とを比較し、この電流レベルが電流しきい値よりも小さい場合には「正常」と判定し、この電流レベルが電流しきい値よりも大きい場合には「異常」と判定する。ここで、電流しきい値は、予め設定された値である。
The
なお、判定部193bの判定結果は実施形態1,2と同様に出力されて使用者又は管理者に報知される。又は、この判定結果が、図示しないインバータ停止部に出力されてもよい。
In addition, the determination result of the
また、本実施形態と実施形態1とを組み合わせてもよい。すなわち、図2に示すインバータ装置に設けられる診断部が、U相電圧指令値Vuと、回転数Nと、出力周波数feとを入力とし、判定結果を出力する構成であってもよい。
Moreover, you may combine this embodiment and
なお、本実施形態ではU相のみを高速フーリエ変換する形態を例示して説明したが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、U相に代えてV相を高速フーリエ変換してもよいし、V相に代えてW相を高速フーリエ変換してもよい。このように、三相のうちいずれか一相についてのみ高速フーリエ変換を行う構成とすると、インバータ装置の構成簡略化及び処理の簡素化が可能となる。 In addition, although this embodiment illustrated and demonstrated the form which fast-transforms only a U phase, this embodiment is not limited to this, It replaces with a U phase and fast Fourier transforms a V phase. Alternatively, the W phase may be fast Fourier transformed instead of the V phase. Thus, if it is set as the structure which performs a fast Fourier transformation only about any one phase among three phases, the structure simplification of an inverter apparatus and the simplification of a process will be attained.
以上説明したように、本実施形態によれば、回転機の設置位置及び制御方式に関わらず、三相のうちいずれか一相について高速フーリエ変換することで回転機の据え付け不良を検知することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to detect an improper installation of the rotating machine by performing a fast Fourier transform on any one of the three phases regardless of the installation position and control method of the rotating machine. it can.
1,1a インバータ装置
2 三相交流電源
3 回転機
10,10a 制御部
11 電力変換部
12 電流検出器
13 回転数推定部
14 回転数切替部
15 電流座標変換部
16 FB制御部
17,17a 電圧座標変換部
18 PWM信号生成部
19,19a,19b 診断部
191,191a,191b FFT部
192 特徴周波数演算部
193,193a,193b 判定部
20 電圧指令切替部
31 回転数検出器
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記電力変換部の出力側で検出した三相電流検出値、前記回転機の回転数及び電流指令値に基づいて三相電圧指令値を生成し、該三相電圧指令値からPWM信号を生成して前記電力変換部に出力する制御部と、
前記三相電圧指令値、出力周波数及び前記回転数が入力される診断部とを備え、
前記診断部は、
前記三相電圧指令値又は前記三相電圧指令値の少なくともいずれか一相の電圧指令値を高速フーリエ変換して周波数情報を出力するFFT部と、
前記出力周波数及び前記回転数から特徴周波数を演算して出力する特徴周波数演算部と、
前記周波数情報の前記特徴周波数における電圧レベルが、設定された電圧しきい値を超えているか否かを判定する判定部とを備えるインバータ装置。 A power converter that outputs a three-phase AC voltage to the rotating machine;
A three-phase voltage command value is generated based on the detected three-phase current value detected on the output side of the power converter, the rotational speed of the rotating machine, and a current command value, and a PWM signal is generated from the three-phase voltage command value. A control unit that outputs to the power conversion unit,
A diagnostic unit to which the three-phase voltage command value, the output frequency and the rotation speed are input,
The diagnostic unit
An FFT unit that outputs frequency information by fast Fourier transforming the voltage command value of at least one of the three-phase voltage command value or the three-phase voltage command value;
A characteristic frequency calculator that calculates and outputs a characteristic frequency from the output frequency and the rotation speed;
An inverter apparatus comprising: a determination unit that determines whether a voltage level at the characteristic frequency of the frequency information exceeds a set voltage threshold value.
前記回転数が前記回転数推定値である請求項1に記載のインバータ装置。 A rotation speed estimation unit that estimates the rotation speed of the rotating machine and outputs a rotation speed estimation value;
The inverter apparatus according to claim 1, wherein the rotational speed is the rotational speed estimated value.
前記回転数は、前記回転数検出値である請求項1に記載のインバータ装置。 The rotation machine is provided with a rotation speed detector that detects the rotation speed of the rotation machine and outputs a rotation speed detection value.
The inverter device according to claim 1, wherein the rotation speed is the rotation speed detection value.
前記電力変換部の出力側で検出した三相電流検出値、前記回転機の回転数及び電流指令値に基づいて三相電圧指令値を生成し、該三相電圧指令値からPWM信号を生成して前記電力変換部に出力する制御部と、
前記三相電圧指令値又は前記三相電圧指令値の少なくともいずれか一相の電圧指令値、前記電圧指令値と同一の相の電流検出値、出力周波数、前記回転数及び前記回転機の制御方式情報が入力される診断部とを備え、
前記診断部は、
前記回転機の制御方式が電流フィードバック方式である場合には前記三相電圧指令値又は前記電圧指令値を高速フーリエ変換し、又は前記回転機の制御方式がV/f制御方式である場合には前記電流検出値を高速フーリエ変換して周波数情報を出力するFFT部と、
前記出力周波数及び前記回転数から特徴周波数を演算して出力する特徴周波数演算部と、
前記回転機の制御方式に応じて、前記周波数情報の前記特徴周波数における電圧レベル又は電流レベルが、設定された電圧しきい値又は電流しきい値を超えているか否かを判定する判定部とを備えるインバータ装置。 A power converter that outputs three-phase AC power to a rotating machine;
A three-phase voltage command value is generated based on the detected three-phase current value detected on the output side of the power converter, the rotational speed of the rotating machine, and a current command value, and a PWM signal is generated from the three-phase voltage command value. A control unit that outputs to the power conversion unit,
At least one of the three-phase voltage command value or the three-phase voltage command value, the current detection value of the same phase as the voltage command value, the output frequency, the rotation speed, and the control method of the rotating machine A diagnostic unit for inputting information,
The diagnostic unit
When the control method of the rotating machine is a current feedback method, the three-phase voltage command value or the voltage command value is fast Fourier transformed, or when the control method of the rotating machine is a V / f control method An FFT unit that outputs frequency information by performing a fast Fourier transform on the detected current value;
A characteristic frequency calculator that calculates and outputs a characteristic frequency from the output frequency and the rotation speed;
A determination unit that determines whether a voltage level or a current level at the characteristic frequency of the frequency information exceeds a set voltage threshold or current threshold according to a control method of the rotating machine; An inverter device provided.
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KR102212084B1 (en) * | 2020-03-03 | 2021-02-03 | 서울대학교산학협력단 | Fault diagnosis method of synchronous motor |
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