JP2020089027A - Power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換装置に関し、例えば、負荷に電力を供給する電力変換装置における過負荷保護技術に関する。 The present invention relates to a power converter, for example, an overload protection technique in a power converter that supplies power to a load.
従来、電動機等の負荷に電力を供給する電力変換装置では、過電流や過負荷時の保護方式として、電力変換装置への電源供給ラインに電流検出遮断装置(サーマルリレー)を設ける方式が使われていた。しかし、この方式は、検出した電流値と閾値とを単純に比較する方式であるため、電動機の運転速度などの運転状態を考慮できず、適切に電力変換装置や電動機の過負荷保護を行えない場合があった。 Conventionally, in a power converter that supplies power to a load such as an electric motor, as a protection method against overcurrent or overload, a method of providing a current detection interrupt device (thermal relay) in a power supply line to the power converter is used. Was there. However, since this method simply compares the detected current value and the threshold value, it is not possible to consider the operating state such as the operating speed of the electric motor, and it is not possible to appropriately perform overload protection of the power converter and the electric motor. There were cases.
このような問題を解決する技術として、特公昭62−55379号公報(特許文献1)に示されるようなインバータ装置が挙げられる。当該インバータ装置は、電動機固有の冷却効果を考慮した連続運転可能時間を示す熱時限特性を事前に記憶し、当該熱時限特性と、電動機に供給する電流値に従って演算した熱履歴模擬値(積分値)とを比較する。これにより、電動機の運転状態を考慮して適切に過負荷保護を行うことが可能になる。この方式は、一般的に、電子サーマルリレーと呼ばれる。 As a technique for solving such a problem, there is an inverter device as disclosed in Japanese Patent Publication No. 62-55379 (Patent Document 1). The inverter device stores in advance a thermal time period characteristic indicating a continuous operation possible time in consideration of a cooling effect peculiar to the electric motor, and a thermal history simulated value (integrated value) calculated according to the thermal time period characteristic and a current value supplied to the electric motor. ) And. This makes it possible to appropriately perform overload protection in consideration of the operating state of the electric motor. This method is generally called an electronic thermal relay.
一般的に、電動機および電力変換装置では、高出力化と共に小型化が求められる。これにより生じる放熱効果の低下を解消するため、電動機および電力変換装置では、冷却ファンを搭載することが多い。この場合、前述した電子サーマルリレー用の熱時限特性は、冷却ファンが正常に動作していることを前提に定められる。 Generally, electric motors and electric power conversion devices are required to have high output and small size. In order to eliminate the decrease in the heat dissipation effect caused by this, a cooling fan is often mounted in the electric motor and the power converter. In this case, the thermal time characteristic for the electronic thermal relay described above is determined on the assumption that the cooling fan is operating normally.
しかし、冷却ファンは、例えば、故障、経年劣化または汚染等に伴い回転数が低下する場合がある。このように、冷却ファンの回転数低下に伴い冷却効果が低下している状況では、電子サーマルリレーによって適切に過負荷保護を行うことが困難になり得る。その結果、電動機や電力変換装置の焼損、破損等が生じる恐れがある。 However, the rotation speed of the cooling fan may decrease due to, for example, failure, deterioration over time, or contamination. As described above, in a situation where the cooling effect is reduced as the rotation speed of the cooling fan is reduced, it may be difficult to appropriately perform overload protection by the electronic thermal relay. As a result, there is a possibility that the electric motor or the power conversion device will be burnt or damaged.
本発明は、このようなことに鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、冷却ファンの回転数が低下した場合でも適切に過負荷保護を行うことが可能な電力変換装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and one of the objects thereof is to provide a power conversion device capable of appropriately performing overload protection even when the rotation speed of a cooling fan decreases. To do.
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される実施の形態のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。 The outline of a typical one of the embodiments disclosed in the present application will be briefly described as follows.
本発明の代表的な実施の形態による電力変換装置は、直流電圧を交流電圧に変換し、当該交流電圧で負荷に通電を行うインバータ回路と、負荷に流れる負荷電流を検出する電流検出器と、インバータ回路または負荷を冷却する冷却ファンと、インバータ回路または負荷を保護する過負荷保護部とを有する。過負荷保護部は、負荷電流と連続通電可能時間との対応関係を定める熱時限特性マップを保持し、当該熱時限特性マップを冷却ファンの回転数に応じて補正し、負荷電流の連続通電時間が当該補正後の熱時限特性マップに基づく連続通電可能時間に到達した際に通電停止命令を発行する。 A power converter according to a representative embodiment of the present invention converts a DC voltage into an AC voltage, an inverter circuit that energizes a load with the AC voltage, a current detector that detects a load current flowing through the load, It has a cooling fan for cooling the inverter circuit or the load, and an overload protection unit for protecting the inverter circuit or the load. The overload protection unit holds a thermal time period characteristic map that defines the correspondence between the load current and the continuous energizable time, corrects the thermal time period characteristic map according to the rotation speed of the cooling fan, and continuously loads the load current. Issues an energization stop command when the continuous energization possible time based on the corrected thermal time period characteristic map is reached.
本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態によって得られる効果を簡単に説明すると、冷却ファンの回転数が低下した場合でも適切に過負荷保護を行うことが可能になる。 To briefly explain the effects obtained by the representative embodiment of the invention disclosed in the present application, it becomes possible to appropriately perform overload protection even when the rotation speed of the cooling fan is reduced.
以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。また、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。 In the following embodiments, when referring to the number of elements, etc. (including the number, numerical value, amount, range, etc.), unless otherwise specified and in principle limited to a specific number, etc., The number is not limited to the specific number, and may be greater than or less than the specific number. Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily essential unless otherwise specified or in principle considered to be essential. Needless to say. Similarly, in the following embodiments, when referring to shapes, positional relationships, etc. of constituent elements, etc., the shapes are substantially the same, unless otherwise specified or in principle not apparently. And the like, etc. are included. This also applies to the above numerical values and ranges.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In all the drawings for explaining the embodiments, the same members are denoted by the same reference symbols in principle and their repeated description is omitted.
《電力変換装置回りの構成》
図1は、本発明の一実施の形態による電力変換装置回りの構成例を示すブロック図である。図1には、電力変換装置10に加えて、電力変換装置10へ電源を供給する三相電源3と、電力変換装置10からの電力が供給される負荷とが示される。負荷は、例えば、電動機(三相モータ)1等である。電力変換装置10は、インバータ回路2と、コンバータ回路4と、電流検出器5と、制御器6と、過負荷保護部8と、電流センサ9とを備える。
<<Configuration around power converter>>
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example around a power conversion device according to an embodiment of the present invention. In addition to the
コンバータ回路4は、外部の三相電源3からの交流電圧を直流電圧Vdcに変換してインバータ回路2へ供給する。インバータ回路2は、直流電圧Vdcを交流電圧(三相交流電圧Vu,Vv,Vw)に変換し、当該三相交流電圧Vu,Vv,Vwで電動機1に通電を行う。電流センサ9は、当該三相交流電圧Vu,Vv,Vwの供給ライン上に設置される。電流検出器5は、電流センサ9を介して、電動機1に流れる負荷電流を検出する。この例では、電流検出器5は、電流センサ9を介してu相電流Iuおよびw相電流Iwを検出し、それをd軸電流Idおよびq軸電流Iqに座標変換する。そして、電流検出器5は、d軸電流Idとq軸電流Iqをベクトル合成することで、負荷電流I1を検出する。
The converter circuit 4 converts an AC voltage from the external three-
制御器6は、電動機1の動作状態を目標状態に近づけるようにインバータ回路2を制御する。この例では、制御器6は、外部からの速度指令値Nrefを受け、電動機1を当該速度指令値Nrefに基づく回転速度で回転させるための三相電圧指令値Vuref,Vvref,Vwrefを、位置センサレスのベクトル制御を用いて生成する。
The controller 6 controls the
具体的には、制御器6は、例えば、誘起電圧オブザーバ等を用いて電動機1の回転速度を推定し、当該回転速度と速度指令値Nrefとの誤差に基づきd軸およびq軸の電流指令値を算出し、当該電流指令値とd軸電流Idおよびq軸電流Iqとの誤差に基づき三相電圧指令値Vuref,Vvref,Vwrefを算出する。インバータ回路2は、当該三相電圧指令値Vuref,Vvref,Vwrefに基づくPWM(Pulse Width Modulation)信号でスイッチング動作を行うことで三相交流電圧Vu,Vv,Vwを生成する。また、電動機1が位置検出器付きの場合などは、その位置検出器出力の時間差分結果により電動機1の回転速度を導出して制御器6へ入力しても良い。
Specifically, the controller 6 estimates the rotation speed of the
ここで、電力変換装置10または電動機1には、電力変換装置10(特にインバータ回路2)または電動機1を冷却するための冷却ファン7が設置される。冷却ファン7は、例えば、ロータリエンコーダ等の回転角センサを搭載し、電力変換装置10と電動機1の一方または両方に対して設置される。冷却ファン7は、インバータ回路2または電動機1の動作有無に関わらず、常時、回転動作を行う。特に、kWレベルの電力を取り扱う電力変換装置10や電動機1では、このような冷却ファン7が搭載されることが多い。
Here, the
過負荷保護部8は、インバータ回路2または電動機1を過負荷から保護する。過負荷保護部8には、冷却ファン7の回転角センサから得られる回転数Nfanと、電流検出器5からの負荷電流I1と、クリア信号Con_clrと、予め設定される電子サーマルレベルIthおよび積算閾値Sthとが入力される。過負荷保護部8は、これらの入力情報を用いて、冷却ファン7の回転数Nfanを反映させつつ過負荷状態か非過負荷状態かを判定する。過負荷保護部8は、過負荷状態と判定した場合には、動作許可信号Conを介してインバータ回路2へ通電停止命令を発行する。これに応じて、インバータ回路2は、電動機1に対する通電を停止する。
The
図1において、電流検出器5、制御器6および過負荷保護部8は、代表的には、マイクロコントローラ等で構成される。この場合、電流検出器5は、アナログディジタル変換器を用いて検出したu相電流Iuおよびw相電流Iwに対してプログラム処理を行うことで、負荷電流I1や、d軸電流Idおよびq軸電流Idを算出する。制御器6および過負荷保護部8も、プログラム処理によって実装される。ただし、これらの一部または全部は、勿論、専用のハードウェア回路によって構成することも可能である。
In FIG. 1, the
図2は、図1の電力変換装置周りの外形例を示す概略図である。電力変換装置10は、例えば、図1に示した各ブロックを内部に搭載した一つの筐体で構成される。当該筐体には、例えば、操作パネル11等も設置される。冷却ファン7aは、当該筐体内を冷却するように設置され、特に、インバータ回路2のトランジスタが発生する熱を冷ます。過負荷保護部8は、当該冷却ファン7aの回転角センサに基づいて冷却ファン7aの回数数Nfan_aを検出する。また、冷却ファン7bは、電動機1に設置され、例えば、電動機1のコイル(その寄生抵抗)が発生する熱を冷ます。過負荷保護部8は、当該冷却ファン7bの回転角センサに基づいて冷却ファン7bの回数数Nfan_bを検出する。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of the outer shape around the power conversion device of FIG. 1. The
《過負荷保護部の概略》
図3は、図1における過負荷保護部の詳細な構成例を示すブロック図である。図3に示す過負荷保護部8は、熱時限特性マップ801,802を予め保持する記憶部81と、絶対値演算部803と、マップデータ読出処理部804,807と、補正部82と、過負荷判定部83と、ラッチ処理部813とを備える。まず、冷却ファン7が電力変換装置10または電動機1のいずれか一方に設置される場合を想定して、過負荷保護部8の概念的な処理内容について説明する。
<<Outline of overload protection unit>>
FIG. 3 is a block diagram showing a detailed configuration example of the overload protection unit in FIG. The
熱時限特性マップ801,802は、負荷電流I1と連続通電可能時間との対応関係を定める。補正部82は、熱時限特性マップ801,802を冷却ファンの回転数Nfanに応じて補正することで補正後熱時限特性マップを生成する。過負荷判定部83は、負荷電流I1の連続通電時間が補正後熱時限特性マップに基づく連続通電可能時間に到達した際に過負荷検知信号Con_resを介して通電停止命令を発行する。
The thermal time period
図4は、図3における加算用の熱時限特性マップ801の内容を概念的に表す図である。図5は、図3における減算用の熱時限特性マップ802の内容を概念的に表す図である。図4に示される加算動作時間ΔTpは、積分方式を用いてインバータ回路2の連続通電可能時間を定める際に逐次加算する時間を表す。連続通電可能時間は、加算動作時間ΔTpが増えるほど長くなり、加算動作時間ΔTpが減るほど短くなる。同様に、図5に示される減算動作時間ΔTmは、積分方式を用いてインバータ回路2の連続通電可能時間を定める際に逐次減算する時間を表す。連続通電可能時間は、加算動作時間ΔTpの場合とは反対に、減算動作時間ΔTmが増えるほど短くなり、減算動作時間ΔTmが減るほど長くなる。
FIG. 4 is a diagram conceptually showing the contents of the thermal time limit
加算動作時間ΔTpは、図4における冷却ファンの回数数Nfanが正常時の特性(基準特性20pと呼ぶ)に示されるように、負荷電流I1が電子サーマルレベルIthの際には無限大であり、電子サーマルレベルIthから大きくなるほど減少する。この減少特性は、負荷電流I1に伴う発熱を考慮して、負荷電流I1に対してn乗特性となる。電子サーマルレベルIthは、定格電流を表し、電流を流し続けても問題が生じないレベルを表す。また、加算動作時間ΔTpは、図4における冷却ファンの回数数Nfanが低下時の特性(補正後特性21pと呼ぶ)に示されるように、基準特性20pを基準として、回転数Nfanが低下するほど減少方向にシフトする。 The addition operation time ΔTp is infinite when the load current I1 is at the electronic thermal level Ith, as shown in the characteristic (referred to as the reference characteristic 20p) when the number Nfan of cooling fans in FIG. 4 is normal. It decreases as the electronic thermal level Ith increases. This reduction characteristic is an n-th power characteristic with respect to the load current I1 in consideration of heat generation associated with the load current I1. The electronic thermal level Ith represents a rated current, and represents a level at which no problem occurs even when the current continues to flow. Further, the addition operation time ΔTp decreases as the rotation speed Nfan decreases with reference to the reference characteristic 20p, as shown in the characteristic when the number Nfan of cooling fans in FIG. 4 decreases (referred to as the corrected characteristic 21p). Shift to decrease.
一方、減算動作時間ΔTmは、図5における基準特性20mに示されるように、負荷電流I1が電子サーマルレベルIthの際には無限大であり、電子サーマルレベルIthから小さくなるほど負荷電流I1に対するn乗特性で減少する。また、減算動作時間ΔTmは、図5における補正後特性21mに示されるように、基準特性20mを基準として、冷却ファンの回転数Nfanが低下するほど増加方向にシフトする。このように、補正部82は、図4および図5の基準特性20p,20m(すなわち図3の熱時限特性マップ801,802)を冷却ファン7の回転数Nfanに応じて補正することで、図4および図5の補正後特性21p,21mに示されるような補正後熱時限特性マップを生成する。
On the other hand, the subtraction operation time ΔTm is infinite when the load current I1 is at the electronic thermal level Ith, as shown by the reference characteristic 20m in FIG. Decrease in characteristics. Further, as shown by the corrected characteristic 21m in FIG. 5, the subtraction operation time ΔTm shifts in the increasing direction as the cooling fan rotation speed Nfan decreases with reference to the reference characteristic 20m. As described above, the
図6は、積分方式の模式的な動作例を示す概念図である。過負荷保護部8は、例えば、図6に示されるような積分方式を用いて連続通電可能時間Tzを制御する。連続通電可能時間Tzはタンク15内の水に該当する。タンク15内の水は、供給バルブ16と、排出バルブ17によって制御される。図3の過負荷判定部83は、例えば、タンク15内から水が無くなった際に、インバータ回路2へ動作停止命令を発行する。
FIG. 6 is a conceptual diagram showing a schematic operation example of the integration method. The
図4および図5において、負荷電流I1が電子サーマルレベルIthである状態は、図6において、供給バルブ16および排出バルブ17が共に全開である状態に該当する。この状態では、連続通電可能時間Tzは増減せず、インバータ回路2は、負荷電流I1を流し続けることができる。ここで、図4に示されるように、負荷電流I1が電子サーマルレベルIthから大きくなり、加算動作時間ΔTpが減少すると、その減少分に応じて供給バルブ16が閉方向に制御される。その結果、連続通電可能時間Tzは、減少方向に制御される。また、冷却ファンの回転数Nfanが低下し、加算動作時間ΔTpが減少方向にシフトすると、供給バルブ16は閉方向に推移し、連続通電可能時間Tzは減少方向に制御される。
4 and 5, the state where the load current I1 is at the electronic thermal level Ith corresponds to the state where both the
一方、図5に示されるように、負荷電流I1が電子サーマルレベルIthから小さくなり、減算動作時間ΔTmが減少すると、その減少分に応じて排出バルブ17が閉方向に制御される。その結果、連続通電可能時間Tzは、増加方向に制御される。前述したように、冷却ファン7が常時回り続けることを前提とすると、“I1<Ith”の場合には、発熱効果よりも冷却効果の方が勝るため、このような減算動作時間ΔTmを設けることで、連続通電可能時間Tzを増加させることが可能になる。また、冷却ファンの回転数Nfanが低下し、減算動作時間ΔTmが増加方向にシフトすると、排出バルブ17は開方向に推移し、連続通電可能時間Tzは、減少方向に制御される。
On the other hand, as shown in FIG. 5, when the load current I1 becomes smaller than the electronic thermal level Ith and the subtraction operation time ΔTm decreases, the
《過負荷保護部の詳細》
次に、図3の過負荷保護部8の詳細な処理内容について説明する。図7は、図3における加算用および減算用の熱時限特性マップ801,802の実際の保持内容の一例を示す図である。加算用の熱時限特性マップ801は、実際には図7の基準特性22pに示されるように、電子サーマルレベルIthよりも大きい負荷電流I1と、連続通電可能時間に対応する加算値Dth_pとの対応関係を定める。減算用の熱時限特性マップ802は、実際には図7の基準特性22mに示されるように、電子サーマルレベルIthよりも小さい負荷電流I1と、連続通電可能時間に対応する減算値Dth_mとの対応関係を定める。
<<Details of overload protection section>>
Next, detailed processing contents of the
図7に示す基準特性22p,22mは、それぞれ、図4および図5に示した基準特性20p,20mの極性を反転させたような特性になっている。図3の過負荷保護部8は、実際には、図6において、タンク15の水が無くなった場合ではなく、タンク15が満水となった場合にインバータ回路2へ通電停止命令を発行するような動作を行う。この場合、連続通電可能時間Tzはタンク15内の残り容量に該当する。過負荷保護部8は、加算値Dth_pが増えるほど供給バルブ16を開くことで連続通電可能時間Tzを減少方向に制御し、減算値Dth_mが増えるほど排出バルブ17を開くことで連続通電可能時間Tzを増加方向に制御する。
The reference characteristics 22p and 22m shown in FIG. 7 are characteristics obtained by reversing the polarities of the reference characteristics 20p and 20m shown in FIGS. 4 and 5, respectively. The
図3において、絶対値演算部803は、負荷電流I1を負荷電流(絶対値)|I1|に変換する。加算用のマップデータ読出処理部804は、所定の制御周期毎に、負荷電流(絶対値)|I1|をポインタ値Ath_pとして、加算用の熱時限特性マップ801から負荷電流I1に対応する加算値Dth_pを読み出す。補正部82は、読み出された加算値Dth_pを冷却ファンの回転数Nfanに比例する係数で重み付けすることで補正し、補正後加算値Dth_p_calを生成する。この例では、補正部82は、回転数Nfanに係数“Kfp”を乗算した値の逆数“1/(Nfan×Kfp)”を加算値Dth_pに乗算することで補正後加算値Dth_p_calを生成する。
In FIG. 3, the absolute
減算用のマップデータ読出処理部807は、所定の制御周期毎に、負荷電流(絶対値)|I1|をポインタ値Ath_mとして、減算用の熱時限特性マップ802から負荷電流I1に対応する減算値Dth_mを読み出す。補正部82は、読み出された減算値Dth_mを冷却ファンの回転数Nfanに比例する係数で重み付けすることで補正し、補正後減算値Dth_m_calを生成する。この例では、補正部82は、回転数Nfanに係数“Kfm”を乗算した値“Nfan×Kfm”を減算値Dth_mに乗算することで補正後減算値Dth_m_calを生成する。
The subtraction map data read
このように、補正部82は、読み出された加算値Dth_pを冷却ファンの回転数Nfanが低下するほど大きくなるように補正することで、補正後加算値Dth_p_calを生成する。また、補正部82は、読み出された減算値Dth_mを冷却ファンの回転数Nfanが低下するほど小さくなるように補正することで、補正後減算値Dth_m_calを生成する。その結果、補正後加算値Dth_p_calは、図7の補正後特性23pに示されるように、基準特性22pを増加方向にシフトしたような特性となり、補正後減算値Dth_m_calは、図7の補正後特性23mに示されるように、基準特性22mを減少方向にシフトしたような特性となる。
In this way, the
過負荷判定部83は、補正部82で補正された補正後加算値Dth_p_calまたは補正後減算値Dth_m_calを逐次積算し、当該積算値が予め定めた積算閾値Sthを超えた際に通電停止命令を発行する。具体的には、過負荷判定部83は、加算減算切替処理部810と、積算処理部811と、比較処理部812とを備える。加算減算切替処理部810は、負荷電流(絶対値)|I1|と電子サーマルレベルIthとを比較する。そして、加算減算切替処理部810は、出力する加減算値Dth_calとして、“|I1|≧Ith”の場合には補正後加算値Dth_p_calを選択し、“|I1|<Ith”の場合には補正後減算値Dth_m_calを選択する。
The
積算処理部811は、所定の制御周期毎に逐次入力される加減算値Dth_calを積算することで積算値Sintを算出する。比較処理部812は、積算値Sintと積算閾値Sthとを比較する。そして、比較処理部812は、“Sint≧Sth”の場合には、過負荷状態と判定して過負荷検知信号Con_resをアサートし、“Sint<Sth”の場合には、非過負荷状態と判定して過負荷検知信号Con_resをネゲートレベルに維持する。
The
ラッチ処理部813は、過負荷検知信号Con_resがアサートされた際(すなわち、過負荷状態の際)に、動作許可信号Conをネゲートする(すなわち、通電停止命令を発行する)。インバータ回路2は、動作許可信号Conがアサートレベルの期間で通電動作を行い、動作許可信号Conがネゲートレベルの期間では通電動作を停止する。また、ラッチ処理部813は、クリア信号Con_clrを受けた際には、動作許可信号Conをアサートレベル(すなわち、通電許可状態)に戻す。
The
《電力変換装置の動作》
図8は、図1の電力変換装置の動作例を示す概略図である。図8において、例えば、期間T1は、電動機1の加速期間に対応し、期間T2は、電動機1の定常回転期間に該当し、期間T3は、電動機1の減速期間(逆方向の負荷電流I1の発生期間)に該当する。通常、電動機1の定常回転期間(期間T2)で生じる負荷電流(絶対値)|I1|は、電子サーマルレベルIth以下となるように設定される。
<<Operation of power converter>>
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an operation example of the power conversion device in FIG. 1. In FIG. 8, for example, the period T1 corresponds to the acceleration period of the
一方、実使用上、電動機1の加速期間(期間T1)や減速期間(期間T3)では、電子サーマルレベルIthよりも大きい負荷電流(絶対値)|I1|が流れる場合がある。例えば、このように電子サーマルレベルIthを超える負荷電流(絶対値)|I1|が流れた場合であっても、電力変換装置10や電動機1の動作を止めることなく継続させるため、積分方式を用いて過負荷保護を行うことが有益となる。
On the other hand, in actual use, a load current (absolute value) |I1| larger than the electronic thermal level Ith may flow during the acceleration period (period T1) and deceleration period (period T3) of the
図8において、冷却ファンの回転数Nfanが正常時の積分特性25に関し、期間T1では、図7の基準特性22pに基づいて加算値Dth_pが定められ、積算値Sintは、当該加算値Dth_pに応じた正の傾きで増加する。期間T2では、図7の基準特性22mに基づいて減算値Dth_mが定められ、積算値Sintは、当該減算値Dth_mに応じた負の傾きで減少する。期間T3では、図7の基準特性22pに基づいて、期間T1の場合よりも大きい加算値Dth_pが定められ、積算値Sintは、当該加算値Dth_pに応じた正の傾きで増加する。この例では、積算値Sintは、期間T3内のタイミング(tn)で積算閾値Sthを超える。これに応じて、動作許可信号Conは、アサートレベルからネゲートレベルに遷移する。 In FIG. 8, regarding the integral characteristic 25 when the rotation speed Nfan of the cooling fan is normal, the added value Dth_p is determined based on the reference characteristic 22p of FIG. 7 during the period T1, and the integrated value Sint depends on the added value Dth_p. It increases with a positive slope. In the period T2, the subtraction value Dth_m is determined based on the reference characteristic 22m of FIG. 7, and the integrated value Sint decreases with a negative slope according to the subtraction value Dth_m. In the period T3, the added value Dth_p larger than that in the period T1 is determined based on the reference characteristic 22p in FIG. 7, and the integrated value Sint increases with a positive slope according to the added value Dth_p. In this example, the integrated value Sint exceeds the integrated threshold Sth at the timing (tn) within the period T3. In response to this, the operation permission signal Con transits from the assert level to the negate level.
一方、冷却ファンの回転数Nfanが低下すると、積分特性26に示されるように、期間T1,T3における正の傾きは、図7の補正後特性23pに基づいて、積分特性25の場合よりも大きくなる。また、期間T2における負の傾きは、図7の補正後特性23mに基づいて、積分特性25の場合よりも小さくなる。これらに伴い、積算値Sintは、期間T3内のタイミング(tn)よりも早いタイミング(tc)で積算閾値Sthを超える。その結果、冷却ファンの回転数Nfanが低下時の連続通電可能時間Tzは、回転数Nfanが正常時の場合と比べて短くなる。 On the other hand, when the rotation speed Nfan of the cooling fan decreases, the positive slope in the periods T1 and T3 becomes larger than that in the case of the integral characteristic 25 based on the corrected characteristic 23p of FIG. 7, as indicated by the integral characteristic 26. Become. Further, the negative slope in the period T2 is smaller than that in the case of the integral characteristic 25 based on the corrected characteristic 23m of FIG. Accordingly, the integrated value Sint exceeds the integrated threshold Sth at a timing (tc) earlier than the timing (tn) within the period T3. As a result, the continuous energizable time Tz when the rotation speed Nfan of the cooling fan decreases becomes shorter than that when the rotation speed Nfan is normal.
《実施の形態の主要な効果》
以上、実施の形態の電力変換装置10を用いることで、冷却ファン7の回転数Nfanの低下分に応じて連続通電可能時間Tzを短縮できるため、冷却ファン7の回転数Nfanが低下した場合でも適切に過負荷保護を行うことが可能になる。その結果、電力変換装置10や電動機1の焼損、破損等を防止でき、システムの信頼性を向上させることが可能になる。
<<Main effects of the embodiment>>
As described above, by using the
なお、ここでは、電力変換装置10または電動機1のいずれか一方に冷却ファン7が設置される場合を例に説明を行ったが、その両方に対して冷却ファン7が設置される場合には、例えば、図3に示したような過負荷保護部8を2種類(電力変換装置10用と電動機1用)設ければよい。そして、当該2種類の過負荷保護部8の少なくとも一方から通電停止命令が発行された場合に、インバータ回路2の動作が停止するように構成すればよい。
Note that, here, the case where the cooling fan 7 is installed in either the
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、前述した実施の形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. For example, the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. .. Further, it is possible to add/delete/replace other configurations with respect to a part of the configurations of the respective embodiments.
例えば、ここでは、実施の形態の過負荷保護部8を、電動機1を負荷とするモータシステムに適用した場合を例としたが、過負荷保護部8は、特にこれに限定されず、冷却ファンによって発熱を冷ます様々な電力システムに対して同様に適用可能である。
For example, here, the case where the
1 電動機
2 インバータ回路
3 三相電源
4 コンバータ回路
5 電流検出器
6 制御器
7 冷却ファン
8 過負荷保護部
9 電流センサ
10 電力変換装置
81 記憶部
82 補正部
83 過負荷判定部
801,802 熱時限特性マップ
804,807 マップデータ読出処理部
Con 動作許可信号
Dth_m 減算値
Dth_p 加算値
I1 負荷電流
Ith 電子サーマルレベル
Nfan 回転数
Sint 積算値
Sth 積算閾値
Tz 連続通電可能時間
1
Claims (9)
前記負荷に流れる負荷電流を検出する電流検出器と、
前記インバータ回路または前記負荷を冷却する冷却ファンと、
前記インバータ回路または前記負荷を保護する過負荷保護部と、
を有し、
前記過負荷保護部は、
前記負荷電流と連続通電可能時間との対応関係を定める熱時限特性マップを保持する記憶部と、
前記熱時限特性マップを前記冷却ファンの回転数に応じて補正することで補正後熱時限特性マップを生成する補正部と、
前記負荷電流の連続通電時間が前記補正後熱時限特性マップに基づく前記連続通電可能時間に到達した際に通電停止命令を発行する過負荷判定部と、
を有する、
電力変換装置。 An inverter circuit that converts a DC voltage into an AC voltage and energizes a load with the AC voltage,
A current detector for detecting a load current flowing through the load,
A cooling fan for cooling the inverter circuit or the load;
An overload protection unit for protecting the inverter circuit or the load,
Have
The overload protection unit,
A storage unit that holds a thermal time limit characteristic map that defines the correspondence relationship between the load current and the continuous energizable time,
A correction unit that generates a corrected thermal time limit characteristic map by correcting the thermal time limit characteristic map according to the rotation speed of the cooling fan;
An overload determination unit that issues a power supply stop command when the continuous energization time of the load current reaches the continuous energization possible time based on the corrected thermal time limit characteristic map,
Has,
Power converter.
前記補正部は、前記熱時限特性マップに基づく前記連続通電可能時間を、前記冷却ファンの回転数に比例する係数で重み付けすることで前記補正後熱時限特性マップを生成する、
電力変換装置。 The power converter according to claim 1,
The correction unit generates the post-correction thermal time limit characteristic map by weighting the continuous energizable time based on the thermal time limit characteristic map with a coefficient proportional to the rotation speed of the cooling fan,
Power converter.
前記過負荷保護部は、さらに、マップデータ読出処理部を有し、
前記記憶部は、電子サーマルレベルよりも大きい前記負荷電流と、前記連続通電可能時間に対応する加算値との対応関係を定める加算用の前記熱時限特性マップを保持し、
前記マップデータ読出処理部は、所定の制御周期毎に、前記加算用の熱時限特性マップから前記負荷電流に対応する前記加算値を読み出し、
前記補正部は、前記マップデータ読出処理部から読み出された前記加算値を前記冷却ファンの回転数に応じて補正し、
前記過負荷判定部は、前記補正部で補正された前記加算値を積算することで積算値を算出し、前記積算値が予め定めた積算閾値を超えた際に前記通電停止命令を発行する、
電力変換装置。 The power converter according to claim 1,
The overload protection unit further includes a map data read processing unit,
The storage unit holds the thermal time limit characteristic map for addition, which defines a correspondence relationship between the load current larger than an electronic thermal level and an addition value corresponding to the continuous energizable time,
The map data read processing unit reads out the added value corresponding to the load current from the thermal time limit characteristic map for addition at predetermined control cycles,
The correction unit corrects the added value read from the map data read processing unit according to the rotation speed of the cooling fan,
The overload determination unit calculates an integrated value by integrating the added value corrected by the correction unit, and issues the energization stop command when the integrated value exceeds a predetermined integration threshold,
Power converter.
前記補正部は、前記加算値を前記冷却ファンの回転数が低下するほど大きくなるように補正する、
電力変換装置。 The power converter according to claim 3,
The correction unit corrects the added value so as to increase as the rotation speed of the cooling fan decreases.
Power converter.
前記記憶部は、さらに、前記電子サーマルレベルよりも小さい前記負荷電流と、前記連続通電可能時間に対応する減算値との対応関係を定める減算用の前記熱時限特性マップを保持し、
前記マップデータ読出処理部は、前記所定の制御周期毎に、前記減算用の熱時限特性マップから前記負荷電流に対応する前記減算値を読み出し、
前記補正部は、前記マップデータ読出処理部から読み出された前記減算値を前記冷却ファンの回転数に応じて補正し、
前記過負荷判定部は、前記補正部で補正された前記減算値を積算することで前記積算値を算出する、
電力変換装置。 The power converter according to claim 3,
The storage unit further holds the thermal time limit characteristic map for subtraction that defines a correspondence relationship between the load current smaller than the electronic thermal level and a subtraction value corresponding to the continuous energization possible time,
The map data read processing unit reads the subtraction value corresponding to the load current from the thermal time limit characteristic map for subtraction at each of the predetermined control cycles,
The correction unit corrects the subtraction value read from the map data read processing unit according to the rotation speed of the cooling fan,
The overload determination unit calculates the integrated value by integrating the subtraction value corrected by the correction unit,
Power converter.
前記補正部は、前記減算値を前記冷却ファンの回転数が低下するほど小さくなるように補正する、
電力変換装置。 The power converter according to claim 5,
The correction unit corrects the subtraction value so as to decrease as the rotation speed of the cooling fan decreases.
Power converter.
前記電力変換装置は、さらに、
外部からの交流電圧を前記直流電圧に変換して前記インバータ回路へ供給するコンバータ回路と、
前記負荷の動作状態を目標状態に近づけるように前記インバータ回路を制御する制御器と、
を有し、
前記インバータ回路、前記電流検出器、前記過負荷保護部、前記コンバータ回路および前記制御器は、一つの筐体内に搭載され、
前記冷却ファンは、前記筐体内を冷却するように設置される、
電力変換装置。 The power converter according to claim 1,
The power conversion device further includes
A converter circuit that converts an AC voltage from the outside into the DC voltage and supplies the DC voltage to the inverter circuit,
A controller that controls the inverter circuit so that the operating state of the load approaches the target state,
Have
The inverter circuit, the current detector, the overload protection unit, the converter circuit and the controller are mounted in one housing,
The cooling fan is installed to cool the inside of the housing,
Power converter.
前記負荷は、電動機であり、
前記冷却ファンは、前記電動機に設置される、
電力変換装置。 The power converter according to claim 1,
The load is an electric motor,
The cooling fan is installed in the electric motor,
Power converter.
前記冷却ファンは、前記インバータ回路または前記負荷の動作有無に関わらず、常時、回転動作を行う、
電力変換装置。 The power converter according to claim 1,
The cooling fan always performs a rotating operation regardless of whether the inverter circuit or the load is operating.
Power converter.
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