JP3513676B2 - インバータ制御装置 - Google Patents
インバータ制御装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、空気調和機の圧縮機用
モータなどを駆動するインバータの過電流保護制御に関
する。 【０００２】 【従来の技術】近年、空気調和機などにはインバータが
用いられるが、過電流保護動作が課題である。 【０００３】以下、従来のインバータ制御装置について
空気調和機を例に図面を参照しながら説明する。図６は
空気調和機の圧縮機を駆動するインバータの構成を示す
ブロック図である。図において、１は圧縮機を回転させ
る三相モータ、２はマイクロコンピュータ（以下、マイ
コンと称す）３の制御により三相モータ１を疑似三相電
流で駆動するモジュール、４はマイコン３からモジュー
ル２にＰＷＭ信号などの信号を伝送するフォトカップ
ラ、５は電源回路、６はモジュール２の熱を放散させる
ヒートシンク、８はモジュール２からマイコン３にアラ
ーム信号などを伝送するフォトカップラである。このよ
うなインバータは、一般的に、プリント基板７上に構成
され、空気調和機の室外機の制御装置に組み込まれて使
用される。 【０００４】図１は上記モジュール２の一般的な構成を
示すブロック図である。図において、９ａ〜９ｆはそれ
ぞれモータに供給する電流を開閉する絶縁ゲートバイポ
ーラトランジスタ素子（以下、ＩＧＢＴ素子と称す）、
１０ａ〜１０ｆはそれぞれＩＧＢＴ９ａ〜９ｆに並列に
接続されてモータからの回生電流をバイパスする逆接続
ダイオード素子（以下、ＦＲＤ素子と称す）、１１ａ〜
１１ｆはそれぞれＩＧＢＴ９ａ〜９ｆの電流値を検出す
る電流検出抵抗器、１２ａ〜１２ｆはそれぞれＩＧＢＴ
９ａ〜９ｆを駆動するドライブ回路、１３はＩＧＢＴの
過電流、過温度およびドライブ電圧不足などに対する保
護動作を行うとともに、保護動作後に保護信号１７を端
子Ｆ0 からマイコン３に出力する保護手段である。 【０００５】ＩＧＢＴ９ａとＩＧＢＴ９ｄとは一対とな
り、それぞれドライブ回路１２ａとドライブ回路１２ｄ
で駆動され、端子Ｕｏに接続された三相モータ１のコイ
ルを端子Ｐの＋電源、または端子Ｎの−電源に断続して
駆動するインバータアームを構成する。ＩＧＢＴＦ９ｂ
と９ｅ、ＩＧＢＴ９ｃと９ｆについても同様である。以
降、カレントソース側のＩＧＢＴ９ａ〜９ｃを上アーム
ＩＧＢＴ、カレントシンク側のＩＧＢＴ９ｄ〜９ｆを下
アームＩＧＢＴと称す。ドライブ回路１２ａは、マイコ
ン３からＰＷＭ信号を端子Ｕｉから入力してＩＧＢＴ９
ａを駆動するとともに、電流検出抵抗器１１ａで検出し
た電圧によりＩＧＢＴ９ａが過電流である場合に遮断す
る。ドライブ回路１２ｂ、１２ｃについても同様であ
る。また、ドライブ回路１２ｄ〜１２ｆもそれぞれＩＧ
ＢＴ９ｄ〜９ｆを駆動および電流遮断するとともに、電
流遮断したときにはアラーム信号１５を保護手段１３に
出力し、また保護手段１３から入力したアラーム信号１
６によっても電流を遮断する。 【０００６】保護手段１３は下アームＩＧＢＴ９ｄ〜９
ｆのいずれかからアラーム信号１５を入力すると所定時
間経過後にアラーム信号１６を各下アームＩＧＢＴ９ｄ
〜９ｆに出力して、下アームＩＧＢＴ９ｄ〜９ｆのすべ
てを一斉に遮断するとともに、端子Ｆo からマイコン３
にも出力してＰＷＭ信号をオフとして上アームＩＧＢＴ
も遮断する。したがって、上アームＩＧＢＴ９ａ〜９ｃ
の電流遮断はそれぞれ個別の遮断であるが、下アームＩ
ＧＢＴ９ｄ〜ｆは個別遮断するとともにアラーム信号１
６により一斉遮断する。このような、下アームＩＧＢＴ
のアラーム信号１６で下アームのみ一斉遮断する構成
は、アラーム信号１６の生成と一斉遮断とが比較的容易
であるので、システム制御構成を簡略化するために一般
的に用いられる手段である。なお、保護手段１３はアラ
ーム信号１６を出力したとき、保護信号１７を端子Ｆｏ
からフォトカップラ８を介してマイコン３に出力し、異
常表示などに供している。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】このような従来のイン
バータ制御装置では、図１に示したように、ＩＧＢＴご
とに電流値検出を行うと、ＩＧＢＴ素子間で検出精度に
ばらつきが発生し、過電流保護の遮断電流値が素子間で
均一に設定できていない（設定したつもりでも）状態が
発生し、さらに、検出電流値に負の温度特性があるため
に、過電流保護遮断の動作点が温度により変動する。 【０００８】上記のように電流検出設定が期待通りにで
きていない場合、永久磁石同期電動機（ＤＣモータ）を
ＰＷＭ信号で１２０度通電駆動して、上アームＩＧＢＴ
または下アームＩＧＢＴのいずれか１素子ずつオンとし
たとき、上アームＩＧＢＴの電流検出設定が下アームＩ
ＧＢＴの電流検出設定よりも低くなっていると、必ずそ
の上アームを保護制御するが、下アームを含む残り５個
のＩＧＢＴは保護制御されないので、圧縮機は保護停止
せず、欠相運転（相間電流のアンバランス）を継続する
と言う問題があった。 【０００９】また、電流検出のＩＧＢＴ間の不揃いを少
なくしようとすると、ＩＧＢＴごとに細かく調整設定す
る作業が必要となり、組立工数および部品点数が増加
し、コスト、歩留まり、および生産性にも問題があっ
た。 【００１０】また、電流検出の温度依存性は、過電流遮
断の動作点を温度変動させ、温度上昇でモータを早停止
させるという問題があった。 【００１１】本発明は上記の課題を解決するもので、過
電流保護動作を確実にして欠相運転をなくするととも
に、過電流保護動作の温度特性を改善して保護動作の早
作動をなくし、さらに展開としてモータの永久磁石の減
磁劣化を改善し、システムを簡素化できるインバータ制
御装置を提供することを目的とする。 【００１２】 【課題を解決するための手段】本発明は、２個のＩＧＢ
Ｔを順方向に直列接続し、その相互接続点をインバータ
出力端とするインバータアームを少なくとも３組と、前
記各ＩＧＢＴを個別に駆動する駆動手段と、前記各ＩＧ
ＢＴの電流を個別に検出する電流検出手段と、前記ＩＧ
ＢＴの過電流を保護する保護手段とを備え、前記各イン
バータアームの両端を直流電源に接続し、前記各ＩＧＢ
Ｔを前記駆動手段により断続駆動して前記インバータ出
力端に接続した負荷に疑似多相電流を供給するとき、前
記インバータアームのカレントソース側のＩＧＢＴであ
る上アームＩＧＢＴとカレントシンク側のＩＧＢＴであ
る下アームＩＧＢＴにおいて、前記電流検出手段で検出
したＩＧＢＴの電流値を過電流と判断して遮断する基準
である電流保護設定値を、（特定１個の下アームＩＧＢ
Ｔ以外の各ＩＧＢＴの電流保護設定値≧（前記特定下ア
ームＩＧＢＴの電流保護設定値）となるように設定する
とともに、前記特定下アームＩＧＢＴの電流検出値を温
度補償して過電流が同期電動機の永久磁石の減磁電流値
以下となるようにし、かつ前記特定下アームＩＧＢＴの
アラーム信号のみで一斉遮断するようにしたインバータ
制御装置である。 【００１３】 【作用】本発明において、下アームＩＧＢＴのうちの特
定１個のＩＧＢＴの電流保護設定値を他のいずれのＩＧ
ＢＴの電流保護設定値よりも小さくすることにより、前
記特定下アームＩＧＢＴが必ず過電流を検出し、そのア
ラーム信号により一斉遮断する。また、その電流保護設
定値の温度補償は、同期電動機の永久磁石の減磁電流値
を越えないよう過電流を設定したとき、減磁電流値の温
度特性を含めた保護を可能にする。また、この構成は回
路の簡素化、設定作業の簡素化ももたらす。 【００１４】 【実施例】（参考例１） 以下、本発明のインバータ制御装置に係わる一参考例に
ついて図面を参照しながら説明する。なお、本参考例の
構成を図示すれば図１と同じになり、詳細な説明を省略
する。また、本参考例は空気調和機のインバータを例に
説明するが空気調和機に限定されないことは言うまでも
ない。本参考例が従来例と異なる点は、過電流保護のた
めの条件設定を、（上アームＩＧＢＴの電流保護設定値
≧下アームＩＧＢＴの電流保護設定値）とすることにあ
る。この設定により、必ず下アームＩＧＢＴが上アーム
ＩＧＢＴのどれよりも優先して過電流検出し、保護手段
１３を介したアラーム信号１６による下アームＩＧＢＴ
の一斉遮断動作を有効活用できる。なお、電流保護設定
値は、電流検出抵抗器１１ａ〜１１ｆの両端電圧とドラ
イブ回路１２ａ〜１２ｆの電圧判定値とにより設定でき
ることは従来例と同様である。具体的には、本参考例で
はドライブ回路１２ａ〜１２ｆは同一のものとし、電流
検出抵抗器１１の抵抗値定数を（上アーム用の抵抗値＜
下アーム用の抵抗値）とする。 【００１５】図２は本参考例における電流検出値と電流
保護設定値とを示す関係図である。図において、縦軸を
ＩＧＢＴの電流検出端子で検出した電流検出値とすると
き、各破線はＩＧＢＴの電流保護設定値の範囲を示す。
本参考例では、前述のように、ＩＧＢＴの過電流を遮断
する基準である電流保護設定値について、（上アームＩ
ＧＢＴの電流保護設定値≧下アームＩＧＢＴの電流保護
設定値）とするが、ＩＧＢＴごとに設定がばらつく（電
流検出抵抗器１１の抵抗値のばらつき、ＩＧＢＴ９の検
出特性のばらつきなど電流検出手段の構成要因のばらつ
きに起因する）ので、図に破線で示したように、（各上
アームＩＧＢＴの電流保護設定値のばらつきを含めた上
限と下限の範囲≧各下アームＩＧＢＴの電流保護設定値
のばらつきを含めた上限と下限の範囲）となるようにし
ている。したがって、図に「上アーム」と示した範囲
で、上アームＩＧＢＴ９ａ〜９ｃのどれもが各自の電流
検出値により過電流と判断されて遮断され、「下アー
ム」についても同様であって、その結果、上アームＩＧ
ＢＴのいずれかが遮断されるときは、下アームＩＧＢＴ
のすべてが遮断されていることになる。 【００１６】上記構成においてその動作を説明すると、
上アームＩＧＢＴ９ａ〜９ｃに備えた電流検出抵抗器１
１ａ〜１１ｃの両端の電圧が所定値（すなわち、電流保
護設定値×電流検出抵抗値）を越えると、ドライブ回路
１２ａ〜１２ｃは過電流状態と判断してそれぞれのＩＧ
ＢＴ９を遮断し、また、下アームＩＧＢＴ９ｄ〜９ｆに
おいては、電流検出抵抗器１１ｄ〜１１ｆの両端の電圧
が所定値を越えると、ドライブ回路１２ｄ〜１２ｆは過
電流状態と判断してそれぞれのＩＧＢＴ９を遮断すると
ともに、自己以外の他の２個のＩＧＢＴを保護出力回路
１３を介してアラーム信号により遮断する。 【００１７】このとき、図２に示したように、各上アー
ムＩＧＢＴにおける電流保護設定値は、各下アームＩＧ
ＢＴの電流保護設定値以上に大きくなるように、ばらつ
きも含めて設定してあるので、圧縮機の永久磁石同期電
動機（ＤＣモータ）を１２０度通電駆動する場合、必ず
下アームが保護制御されて圧縮機の欠相運転（相間電流
のアンバランス）を回避することができる。 【００１８】以上のように、本参考例のインバータ制御
装置によれば、（上アームＩＧＢＴの電流保護設定値≧
下アームＩＧＢＴの電流保護設定値）とする設定によ
り、過電流時には必ず下アームのアラーム信号により全
てのＩＧＢＴを遮断してモータを停止するようにしたこ
とにより、圧縮機の欠相運転（相間電流のアンバラン
ス）を回避することができる。 【００１９】なお、上アーム側を一斉遮断として、（上
アームＩＧＢＴの電流保護設定値≦下アームＩＧＢＴの
電流保護設定値）とする設定も、本参考例の主旨であっ
て、上アームＩＧＢＴと下アームＩＧＢＴの過電流制御
における役割が反対になるだけであり、本参考例と同様
の動作を行い、かつ同じ効果を有することは言うまでも
ない。 【００２０】（参考例２） 以下、本発明のインバータ制御装置に係わる参考例２に
ついて図面を参照しながら説明する。なお、インバータ
全体の構成は参考例１の場合と同じであり、詳細な説明
を省略する。本参考例が参考例１と異なる点は、下アー
ムのＩＧＢＴ電流検出の温度特性を改善し、温度に依存
しないようにしたことにある。 【００２１】図３は図１に示した６個のＩＧＢＴ９、Ｆ
ＲＤ素子１０、ドライブ回路１２の中の１素子分を示す
回路図である。なお、図１と同じ構成要素には同一符号
を付与している。図において、１８は温度に対して抵抗
値を変えるサーミスタであり、電流検出抵抗器１１と並
列に接続される。この構成において、サーミスタ１８の
抵抗値温度変化により電流検出抵抗器１１との合成抵抗
値が変化する。一般に、種々の温度特性を備えたサーミ
スタが市販されており、ほぼ任意の温度補償が可能であ
る。 【００２２】図４は本参考例における検出電流値の温度
特性を示す特性図である。図において、縦軸はＩＧＢＴ
の電流検出端子で検出した電流検出値、横軸は温度であ
る。図に示したように、温度補償しない上アームの電流
検出値の温度特性は負の特性を示しているのに対し、下
アームの電流検出値は温度補償することにより温度に対
して無変化特性となる。なお、温度補償のサーミスタ１
８の選定についてはとくに説明しないが容易である。 【００２３】このように、温度補償回路を付加して下ア
ームの電流値の温度特性を平坦にすることにより、過電
流保護動作点の温度変動がなくなり、高温時に電流遮断
の早作動が起こる現象をなくすることができる。 【００２４】なお、参考例１と同様に、上アームの電流
保護設定値を下アームの電流保護設定値以上に設定する
ことは言うまでもない。 【００２５】以上のように、本参考例のインバータ制御
装置によれば、（上アームＩＧＢＴの電流保護設定値≧
下アームＩＧＢＴの電流保護設定値）とするとともに、
下アームの電流検出値の温度特性を補正して平坦にする
ことにより、温度変化にも対応して確実に過電流保護を
実行することができる。 【００２６】（参考例３） 以下、本発明のインバータ制御装置に係わる参考例３に
ついて図面を参照しながら説明する。なお、インバータ
全体の構成は参考例１と同じであり、また、図３に示し
た回路も参考例１と同じであり、詳細な説明を省略す
る。本参考例が参考例１と異なる点は、電流保護設定値
の温度補償に空気調和機特有の制御を加味したことにあ
る。 【００２７】図５は本参考例における電流保護設定値の
温度特性を示す特性図である。図５において、縦軸は電
流検出値、横軸は温度であり、一点鎖線は圧縮機用モー
タのロータに設けた永久磁石の減磁特性により制限され
る電流の上限値を検出電流値に換算して示す。また、二
点鎖線は空気調和機の運転性能により制限される運転電
流の下限値を検出電流値に換算して示す。一方、電流検
出抵抗器によるＩＧＢＴの検出電流値は、前述のよう
に、通常、負の温度特性を示す。図に示したように、永
久磁石の減磁電流上限値は正の温度特性を要求するが、
この電流範囲に過電流を制限するには、ＩＧＢＴの電流
検出値の負の温度特性を正に変える必要がある。本参考
例においては、図３に示した回路構成によりサーミスタ
１８で、図５に示したように、実使用温度域の中間温度
において平坦で、低温域では負、高温域では正の温度特
性に補正して減磁電流上限値以内に過電流を抑制し、か
つ、運転電流下限値以上として運転電流を確保してい
る。なお、上アームの電流保護設定値を下アームの電流
保護設定値以上に設定することは言うまでもない。 【００２８】このように、上アームの電流保護設定値を
下アームの電流保護設定値以上に設定し、かつ永久磁石
同期電動機の永久磁石が減磁劣化しない範囲に過電流を
抑制するように電流検出値の温度特性を補償することに
より、参考例１〜２と同様に過電流制御を確実にして欠
相運転を防止できるとともに、モータの永久磁石を劣化
させないように過電流を抑制でき、モータを用いる機
器、たとえば空気調和機などの信頼性を高めることがで
きる。 【００２９】なお、本参考例では中間温度域で平坦な特
性としたが、実用温度域すべてにおいて平坦になるよう
に設定してもよいことは言うまでもない。 【００３０】（実施例１） 以下、本発明のインバータ制御装置の一実施例について
図面を参照しながら説明する。なお、インバータ全体の
構成は参考例１と同じであり、また、図１に示した回路
もアラーム信号１５以外については参考例１と同じであ
る。本実施例の主旨は参考例３と同じであるが、参考例
３と異なる点は、下アームの特定の１個のＩＧＢＴ、た
とえばＩＧＢＴ９ｆの電流保護設定値を他のＩＧＢＴ９
ａ〜９ｅの電流保護設定値のいずれよりも小さく設定す
るとともに、電流検出抵抗器１１ｆのみ温度補償を施し
て、過電流が同期電動機の永久磁石の減磁電流値を越え
ないようにしながら、システムの簡素化を実現している
ことにある。また、アラーム信号１５もこの下アームＩ
ＧＢＴ９ｆのドライブ回路１２ｆからのみ出力し、下ア
ームＩＧＢＴ９ｆの過電流検出のみで下アームの一斉遮
断するようにしている。 【００３１】上記構成において、その動作を説明する。
インバータの負荷が同期電動機である場合には、各アー
ムの負荷は同じと考えてよく、したがって、インバータ
の運転電流は、出力３相において、基本的にバランスが
とれており、任意の１相の電流値はつぎのタイミングで
隣の相に同じ電流値で現れる。また、同期電動機の１２
０度通電駆動方式においては、上下アーム１素子ごとに
通電するため、下アームでの電流値と上アームでの電流
値は同一電流が流れている。このことから、前記下アー
ムＩＧＢＴ９ｆの電流保護設定値を他のＩＧＢＴのいず
れの電流保護設定値よりも小さく設定すれば、他のＩＧ
ＢＴの過電流は別のタイミングで必ずＩＧＢＴ９ｆで検
出される。また、下アームＩＧＢＴ９ｆのみについて温
度補償を行うことにより、参考例３と同様に、過電流が
同期電動機の永久磁石の減磁電流値を越えないようにで
きる。なお、この過電流検出だけを有効にして一斉遮断
とするために、アラーム信号１５はドライブ回路１２ｆ
からのみ出力させる。このように設定することにより、
他のＩＧＢＴの電流保護設定は自己遮断のみを対象とす
るので大まかな設定であってもよく、温度補償の必要も
ない。したがって、回路の簡素化と、設定作業の簡素化
とを可能にしながら所定の目的を達成することができ
る。 【００３２】なお、この場合には、アラーム信号を出力
しなくなった下アームＩＧＢＴの電流保護設定値は、必
ずしも上アームＩＧＢＴの電流保護設定値より小さい必
要はないが、小さくてもよく、また、この手段は同期電
動機以外に適用できることは言うまでもない。 【００３３】 【発明の効果】本発明は、２個のＩＧＢＴを順方向に直
列接続し、その相互接続点をインバータ出力端とするイ
ンバータアームを少なくとも３組と、前記各ＩＧＢＴを
個別に駆動する駆動手段と、前記各ＩＧＢＴの電流を個
別に検出する電流検出手段と、前記ＩＧＢＴの過電流を
保護する保護手段とを備え、前記各インバータアームの
両端を直流電源に接続し、前記各ＩＧＢＴを前記駆動手
段により断続駆動して前記インバータ出力端に接続した
負荷に疑似多相電流を供給するとき、前記インバータア
ームのカレントソース側のＩＧＢＴである上アームＩＧ
ＢＴとカレントシンク側のＩＧＢＴである下アームＩＧ
ＢＴにおいて、前記電流検出手段で検出したＩＧＢＴの
電流値を過電流と判断して遮断する基準である電流保護
設定値を、（特定１個の下アームＩＧＢＴ以外の各ＩＧ
ＢＴの電流保護設定値≧（前記特定下アームＩＧＢＴの
電流保護設定値）となるように設定するとともに、前記
特定下アームＩＧＢＴの電流検出値を温度補償して過電
流が同期電動機の永久磁石の減磁電流値以下となるよう
にし、かつ前記特定下アームＩＧＢＴのアラーム信号の
みで一斉遮断するようにしたことにより、回路を簡素化
し、電流保護設定の作業も簡素化しながら、欠相運転を
防止し、かつ同期電動機を過電流から保護できる。
モータなどを駆動するインバータの過電流保護制御に関
する。 【０００２】 【従来の技術】近年、空気調和機などにはインバータが
用いられるが、過電流保護動作が課題である。 【０００３】以下、従来のインバータ制御装置について
空気調和機を例に図面を参照しながら説明する。図６は
空気調和機の圧縮機を駆動するインバータの構成を示す
ブロック図である。図において、１は圧縮機を回転させ
る三相モータ、２はマイクロコンピュータ（以下、マイ
コンと称す）３の制御により三相モータ１を疑似三相電
流で駆動するモジュール、４はマイコン３からモジュー
ル２にＰＷＭ信号などの信号を伝送するフォトカップ
ラ、５は電源回路、６はモジュール２の熱を放散させる
ヒートシンク、８はモジュール２からマイコン３にアラ
ーム信号などを伝送するフォトカップラである。このよ
うなインバータは、一般的に、プリント基板７上に構成
され、空気調和機の室外機の制御装置に組み込まれて使
用される。 【０００４】図１は上記モジュール２の一般的な構成を
示すブロック図である。図において、９ａ〜９ｆはそれ
ぞれモータに供給する電流を開閉する絶縁ゲートバイポ
ーラトランジスタ素子（以下、ＩＧＢＴ素子と称す）、
１０ａ〜１０ｆはそれぞれＩＧＢＴ９ａ〜９ｆに並列に
接続されてモータからの回生電流をバイパスする逆接続
ダイオード素子（以下、ＦＲＤ素子と称す）、１１ａ〜
１１ｆはそれぞれＩＧＢＴ９ａ〜９ｆの電流値を検出す
る電流検出抵抗器、１２ａ〜１２ｆはそれぞれＩＧＢＴ
９ａ〜９ｆを駆動するドライブ回路、１３はＩＧＢＴの
過電流、過温度およびドライブ電圧不足などに対する保
護動作を行うとともに、保護動作後に保護信号１７を端
子Ｆ0 からマイコン３に出力する保護手段である。 【０００５】ＩＧＢＴ９ａとＩＧＢＴ９ｄとは一対とな
り、それぞれドライブ回路１２ａとドライブ回路１２ｄ
で駆動され、端子Ｕｏに接続された三相モータ１のコイ
ルを端子Ｐの＋電源、または端子Ｎの−電源に断続して
駆動するインバータアームを構成する。ＩＧＢＴＦ９ｂ
と９ｅ、ＩＧＢＴ９ｃと９ｆについても同様である。以
降、カレントソース側のＩＧＢＴ９ａ〜９ｃを上アーム
ＩＧＢＴ、カレントシンク側のＩＧＢＴ９ｄ〜９ｆを下
アームＩＧＢＴと称す。ドライブ回路１２ａは、マイコ
ン３からＰＷＭ信号を端子Ｕｉから入力してＩＧＢＴ９
ａを駆動するとともに、電流検出抵抗器１１ａで検出し
た電圧によりＩＧＢＴ９ａが過電流である場合に遮断す
る。ドライブ回路１２ｂ、１２ｃについても同様であ
る。また、ドライブ回路１２ｄ〜１２ｆもそれぞれＩＧ
ＢＴ９ｄ〜９ｆを駆動および電流遮断するとともに、電
流遮断したときにはアラーム信号１５を保護手段１３に
出力し、また保護手段１３から入力したアラーム信号１
６によっても電流を遮断する。 【０００６】保護手段１３は下アームＩＧＢＴ９ｄ〜９
ｆのいずれかからアラーム信号１５を入力すると所定時
間経過後にアラーム信号１６を各下アームＩＧＢＴ９ｄ
〜９ｆに出力して、下アームＩＧＢＴ９ｄ〜９ｆのすべ
てを一斉に遮断するとともに、端子Ｆo からマイコン３
にも出力してＰＷＭ信号をオフとして上アームＩＧＢＴ
も遮断する。したがって、上アームＩＧＢＴ９ａ〜９ｃ
の電流遮断はそれぞれ個別の遮断であるが、下アームＩ
ＧＢＴ９ｄ〜ｆは個別遮断するとともにアラーム信号１
６により一斉遮断する。このような、下アームＩＧＢＴ
のアラーム信号１６で下アームのみ一斉遮断する構成
は、アラーム信号１６の生成と一斉遮断とが比較的容易
であるので、システム制御構成を簡略化するために一般
的に用いられる手段である。なお、保護手段１３はアラ
ーム信号１６を出力したとき、保護信号１７を端子Ｆｏ
からフォトカップラ８を介してマイコン３に出力し、異
常表示などに供している。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】このような従来のイン
バータ制御装置では、図１に示したように、ＩＧＢＴご
とに電流値検出を行うと、ＩＧＢＴ素子間で検出精度に
ばらつきが発生し、過電流保護の遮断電流値が素子間で
均一に設定できていない（設定したつもりでも）状態が
発生し、さらに、検出電流値に負の温度特性があるため
に、過電流保護遮断の動作点が温度により変動する。 【０００８】上記のように電流検出設定が期待通りにで
きていない場合、永久磁石同期電動機（ＤＣモータ）を
ＰＷＭ信号で１２０度通電駆動して、上アームＩＧＢＴ
または下アームＩＧＢＴのいずれか１素子ずつオンとし
たとき、上アームＩＧＢＴの電流検出設定が下アームＩ
ＧＢＴの電流検出設定よりも低くなっていると、必ずそ
の上アームを保護制御するが、下アームを含む残り５個
のＩＧＢＴは保護制御されないので、圧縮機は保護停止
せず、欠相運転（相間電流のアンバランス）を継続する
と言う問題があった。 【０００９】また、電流検出のＩＧＢＴ間の不揃いを少
なくしようとすると、ＩＧＢＴごとに細かく調整設定す
る作業が必要となり、組立工数および部品点数が増加
し、コスト、歩留まり、および生産性にも問題があっ
た。 【００１０】また、電流検出の温度依存性は、過電流遮
断の動作点を温度変動させ、温度上昇でモータを早停止
させるという問題があった。 【００１１】本発明は上記の課題を解決するもので、過
電流保護動作を確実にして欠相運転をなくするととも
に、過電流保護動作の温度特性を改善して保護動作の早
作動をなくし、さらに展開としてモータの永久磁石の減
磁劣化を改善し、システムを簡素化できるインバータ制
御装置を提供することを目的とする。 【００１２】 【課題を解決するための手段】本発明は、２個のＩＧＢ
Ｔを順方向に直列接続し、その相互接続点をインバータ
出力端とするインバータアームを少なくとも３組と、前
記各ＩＧＢＴを個別に駆動する駆動手段と、前記各ＩＧ
ＢＴの電流を個別に検出する電流検出手段と、前記ＩＧ
ＢＴの過電流を保護する保護手段とを備え、前記各イン
バータアームの両端を直流電源に接続し、前記各ＩＧＢ
Ｔを前記駆動手段により断続駆動して前記インバータ出
力端に接続した負荷に疑似多相電流を供給するとき、前
記インバータアームのカレントソース側のＩＧＢＴであ
る上アームＩＧＢＴとカレントシンク側のＩＧＢＴであ
る下アームＩＧＢＴにおいて、前記電流検出手段で検出
したＩＧＢＴの電流値を過電流と判断して遮断する基準
である電流保護設定値を、（特定１個の下アームＩＧＢ
Ｔ以外の各ＩＧＢＴの電流保護設定値≧（前記特定下ア
ームＩＧＢＴの電流保護設定値）となるように設定する
とともに、前記特定下アームＩＧＢＴの電流検出値を温
度補償して過電流が同期電動機の永久磁石の減磁電流値
以下となるようにし、かつ前記特定下アームＩＧＢＴの
アラーム信号のみで一斉遮断するようにしたインバータ
制御装置である。 【００１３】 【作用】本発明において、下アームＩＧＢＴのうちの特
定１個のＩＧＢＴの電流保護設定値を他のいずれのＩＧ
ＢＴの電流保護設定値よりも小さくすることにより、前
記特定下アームＩＧＢＴが必ず過電流を検出し、そのア
ラーム信号により一斉遮断する。また、その電流保護設
定値の温度補償は、同期電動機の永久磁石の減磁電流値
を越えないよう過電流を設定したとき、減磁電流値の温
度特性を含めた保護を可能にする。また、この構成は回
路の簡素化、設定作業の簡素化ももたらす。 【００１４】 【実施例】（参考例１） 以下、本発明のインバータ制御装置に係わる一参考例に
ついて図面を参照しながら説明する。なお、本参考例の
構成を図示すれば図１と同じになり、詳細な説明を省略
する。また、本参考例は空気調和機のインバータを例に
説明するが空気調和機に限定されないことは言うまでも
ない。本参考例が従来例と異なる点は、過電流保護のた
めの条件設定を、（上アームＩＧＢＴの電流保護設定値
≧下アームＩＧＢＴの電流保護設定値）とすることにあ
る。この設定により、必ず下アームＩＧＢＴが上アーム
ＩＧＢＴのどれよりも優先して過電流検出し、保護手段
１３を介したアラーム信号１６による下アームＩＧＢＴ
の一斉遮断動作を有効活用できる。なお、電流保護設定
値は、電流検出抵抗器１１ａ〜１１ｆの両端電圧とドラ
イブ回路１２ａ〜１２ｆの電圧判定値とにより設定でき
ることは従来例と同様である。具体的には、本参考例で
はドライブ回路１２ａ〜１２ｆは同一のものとし、電流
検出抵抗器１１の抵抗値定数を（上アーム用の抵抗値＜
下アーム用の抵抗値）とする。 【００１５】図２は本参考例における電流検出値と電流
保護設定値とを示す関係図である。図において、縦軸を
ＩＧＢＴの電流検出端子で検出した電流検出値とすると
き、各破線はＩＧＢＴの電流保護設定値の範囲を示す。
本参考例では、前述のように、ＩＧＢＴの過電流を遮断
する基準である電流保護設定値について、（上アームＩ
ＧＢＴの電流保護設定値≧下アームＩＧＢＴの電流保護
設定値）とするが、ＩＧＢＴごとに設定がばらつく（電
流検出抵抗器１１の抵抗値のばらつき、ＩＧＢＴ９の検
出特性のばらつきなど電流検出手段の構成要因のばらつ
きに起因する）ので、図に破線で示したように、（各上
アームＩＧＢＴの電流保護設定値のばらつきを含めた上
限と下限の範囲≧各下アームＩＧＢＴの電流保護設定値
のばらつきを含めた上限と下限の範囲）となるようにし
ている。したがって、図に「上アーム」と示した範囲
で、上アームＩＧＢＴ９ａ〜９ｃのどれもが各自の電流
検出値により過電流と判断されて遮断され、「下アー
ム」についても同様であって、その結果、上アームＩＧ
ＢＴのいずれかが遮断されるときは、下アームＩＧＢＴ
のすべてが遮断されていることになる。 【００１６】上記構成においてその動作を説明すると、
上アームＩＧＢＴ９ａ〜９ｃに備えた電流検出抵抗器１
１ａ〜１１ｃの両端の電圧が所定値（すなわち、電流保
護設定値×電流検出抵抗値）を越えると、ドライブ回路
１２ａ〜１２ｃは過電流状態と判断してそれぞれのＩＧ
ＢＴ９を遮断し、また、下アームＩＧＢＴ９ｄ〜９ｆに
おいては、電流検出抵抗器１１ｄ〜１１ｆの両端の電圧
が所定値を越えると、ドライブ回路１２ｄ〜１２ｆは過
電流状態と判断してそれぞれのＩＧＢＴ９を遮断すると
ともに、自己以外の他の２個のＩＧＢＴを保護出力回路
１３を介してアラーム信号により遮断する。 【００１７】このとき、図２に示したように、各上アー
ムＩＧＢＴにおける電流保護設定値は、各下アームＩＧ
ＢＴの電流保護設定値以上に大きくなるように、ばらつ
きも含めて設定してあるので、圧縮機の永久磁石同期電
動機（ＤＣモータ）を１２０度通電駆動する場合、必ず
下アームが保護制御されて圧縮機の欠相運転（相間電流
のアンバランス）を回避することができる。 【００１８】以上のように、本参考例のインバータ制御
装置によれば、（上アームＩＧＢＴの電流保護設定値≧
下アームＩＧＢＴの電流保護設定値）とする設定によ
り、過電流時には必ず下アームのアラーム信号により全
てのＩＧＢＴを遮断してモータを停止するようにしたこ
とにより、圧縮機の欠相運転（相間電流のアンバラン
ス）を回避することができる。 【００１９】なお、上アーム側を一斉遮断として、（上
アームＩＧＢＴの電流保護設定値≦下アームＩＧＢＴの
電流保護設定値）とする設定も、本参考例の主旨であっ
て、上アームＩＧＢＴと下アームＩＧＢＴの過電流制御
における役割が反対になるだけであり、本参考例と同様
の動作を行い、かつ同じ効果を有することは言うまでも
ない。 【００２０】（参考例２） 以下、本発明のインバータ制御装置に係わる参考例２に
ついて図面を参照しながら説明する。なお、インバータ
全体の構成は参考例１の場合と同じであり、詳細な説明
を省略する。本参考例が参考例１と異なる点は、下アー
ムのＩＧＢＴ電流検出の温度特性を改善し、温度に依存
しないようにしたことにある。 【００２１】図３は図１に示した６個のＩＧＢＴ９、Ｆ
ＲＤ素子１０、ドライブ回路１２の中の１素子分を示す
回路図である。なお、図１と同じ構成要素には同一符号
を付与している。図において、１８は温度に対して抵抗
値を変えるサーミスタであり、電流検出抵抗器１１と並
列に接続される。この構成において、サーミスタ１８の
抵抗値温度変化により電流検出抵抗器１１との合成抵抗
値が変化する。一般に、種々の温度特性を備えたサーミ
スタが市販されており、ほぼ任意の温度補償が可能であ
る。 【００２２】図４は本参考例における検出電流値の温度
特性を示す特性図である。図において、縦軸はＩＧＢＴ
の電流検出端子で検出した電流検出値、横軸は温度であ
る。図に示したように、温度補償しない上アームの電流
検出値の温度特性は負の特性を示しているのに対し、下
アームの電流検出値は温度補償することにより温度に対
して無変化特性となる。なお、温度補償のサーミスタ１
８の選定についてはとくに説明しないが容易である。 【００２３】このように、温度補償回路を付加して下ア
ームの電流値の温度特性を平坦にすることにより、過電
流保護動作点の温度変動がなくなり、高温時に電流遮断
の早作動が起こる現象をなくすることができる。 【００２４】なお、参考例１と同様に、上アームの電流
保護設定値を下アームの電流保護設定値以上に設定する
ことは言うまでもない。 【００２５】以上のように、本参考例のインバータ制御
装置によれば、（上アームＩＧＢＴの電流保護設定値≧
下アームＩＧＢＴの電流保護設定値）とするとともに、
下アームの電流検出値の温度特性を補正して平坦にする
ことにより、温度変化にも対応して確実に過電流保護を
実行することができる。 【００２６】（参考例３） 以下、本発明のインバータ制御装置に係わる参考例３に
ついて図面を参照しながら説明する。なお、インバータ
全体の構成は参考例１と同じであり、また、図３に示し
た回路も参考例１と同じであり、詳細な説明を省略す
る。本参考例が参考例１と異なる点は、電流保護設定値
の温度補償に空気調和機特有の制御を加味したことにあ
る。 【００２７】図５は本参考例における電流保護設定値の
温度特性を示す特性図である。図５において、縦軸は電
流検出値、横軸は温度であり、一点鎖線は圧縮機用モー
タのロータに設けた永久磁石の減磁特性により制限され
る電流の上限値を検出電流値に換算して示す。また、二
点鎖線は空気調和機の運転性能により制限される運転電
流の下限値を検出電流値に換算して示す。一方、電流検
出抵抗器によるＩＧＢＴの検出電流値は、前述のよう
に、通常、負の温度特性を示す。図に示したように、永
久磁石の減磁電流上限値は正の温度特性を要求するが、
この電流範囲に過電流を制限するには、ＩＧＢＴの電流
検出値の負の温度特性を正に変える必要がある。本参考
例においては、図３に示した回路構成によりサーミスタ
１８で、図５に示したように、実使用温度域の中間温度
において平坦で、低温域では負、高温域では正の温度特
性に補正して減磁電流上限値以内に過電流を抑制し、か
つ、運転電流下限値以上として運転電流を確保してい
る。なお、上アームの電流保護設定値を下アームの電流
保護設定値以上に設定することは言うまでもない。 【００２８】このように、上アームの電流保護設定値を
下アームの電流保護設定値以上に設定し、かつ永久磁石
同期電動機の永久磁石が減磁劣化しない範囲に過電流を
抑制するように電流検出値の温度特性を補償することに
より、参考例１〜２と同様に過電流制御を確実にして欠
相運転を防止できるとともに、モータの永久磁石を劣化
させないように過電流を抑制でき、モータを用いる機
器、たとえば空気調和機などの信頼性を高めることがで
きる。 【００２９】なお、本参考例では中間温度域で平坦な特
性としたが、実用温度域すべてにおいて平坦になるよう
に設定してもよいことは言うまでもない。 【００３０】（実施例１） 以下、本発明のインバータ制御装置の一実施例について
図面を参照しながら説明する。なお、インバータ全体の
構成は参考例１と同じであり、また、図１に示した回路
もアラーム信号１５以外については参考例１と同じであ
る。本実施例の主旨は参考例３と同じであるが、参考例
３と異なる点は、下アームの特定の１個のＩＧＢＴ、た
とえばＩＧＢＴ９ｆの電流保護設定値を他のＩＧＢＴ９
ａ〜９ｅの電流保護設定値のいずれよりも小さく設定す
るとともに、電流検出抵抗器１１ｆのみ温度補償を施し
て、過電流が同期電動機の永久磁石の減磁電流値を越え
ないようにしながら、システムの簡素化を実現している
ことにある。また、アラーム信号１５もこの下アームＩ
ＧＢＴ９ｆのドライブ回路１２ｆからのみ出力し、下ア
ームＩＧＢＴ９ｆの過電流検出のみで下アームの一斉遮
断するようにしている。 【００３１】上記構成において、その動作を説明する。
インバータの負荷が同期電動機である場合には、各アー
ムの負荷は同じと考えてよく、したがって、インバータ
の運転電流は、出力３相において、基本的にバランスが
とれており、任意の１相の電流値はつぎのタイミングで
隣の相に同じ電流値で現れる。また、同期電動機の１２
０度通電駆動方式においては、上下アーム１素子ごとに
通電するため、下アームでの電流値と上アームでの電流
値は同一電流が流れている。このことから、前記下アー
ムＩＧＢＴ９ｆの電流保護設定値を他のＩＧＢＴのいず
れの電流保護設定値よりも小さく設定すれば、他のＩＧ
ＢＴの過電流は別のタイミングで必ずＩＧＢＴ９ｆで検
出される。また、下アームＩＧＢＴ９ｆのみについて温
度補償を行うことにより、参考例３と同様に、過電流が
同期電動機の永久磁石の減磁電流値を越えないようにで
きる。なお、この過電流検出だけを有効にして一斉遮断
とするために、アラーム信号１５はドライブ回路１２ｆ
からのみ出力させる。このように設定することにより、
他のＩＧＢＴの電流保護設定は自己遮断のみを対象とす
るので大まかな設定であってもよく、温度補償の必要も
ない。したがって、回路の簡素化と、設定作業の簡素化
とを可能にしながら所定の目的を達成することができ
る。 【００３２】なお、この場合には、アラーム信号を出力
しなくなった下アームＩＧＢＴの電流保護設定値は、必
ずしも上アームＩＧＢＴの電流保護設定値より小さい必
要はないが、小さくてもよく、また、この手段は同期電
動機以外に適用できることは言うまでもない。 【００３３】 【発明の効果】本発明は、２個のＩＧＢＴを順方向に直
列接続し、その相互接続点をインバータ出力端とするイ
ンバータアームを少なくとも３組と、前記各ＩＧＢＴを
個別に駆動する駆動手段と、前記各ＩＧＢＴの電流を個
別に検出する電流検出手段と、前記ＩＧＢＴの過電流を
保護する保護手段とを備え、前記各インバータアームの
両端を直流電源に接続し、前記各ＩＧＢＴを前記駆動手
段により断続駆動して前記インバータ出力端に接続した
負荷に疑似多相電流を供給するとき、前記インバータア
ームのカレントソース側のＩＧＢＴである上アームＩＧ
ＢＴとカレントシンク側のＩＧＢＴである下アームＩＧ
ＢＴにおいて、前記電流検出手段で検出したＩＧＢＴの
電流値を過電流と判断して遮断する基準である電流保護
設定値を、（特定１個の下アームＩＧＢＴ以外の各ＩＧ
ＢＴの電流保護設定値≧（前記特定下アームＩＧＢＴの
電流保護設定値）となるように設定するとともに、前記
特定下アームＩＧＢＴの電流検出値を温度補償して過電
流が同期電動機の永久磁石の減磁電流値以下となるよう
にし、かつ前記特定下アームＩＧＢＴのアラーム信号の
みで一斉遮断するようにしたことにより、回路を簡素化
し、電流保護設定の作業も簡素化しながら、欠相運転を
防止し、かつ同期電動機を過電流から保護できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】インバータ制御装置の要部であるモジュールの
構成を示す回路図 【図２】本発明のインバータ制御装置に係わる参考例１
における電流検出値と電流保護設定値とを示す関係図 【図３】同参考例１における電流検出手段の構成を示す
回路図 【図４】本発明のインバータ制御装置に係わる参考例２
における電流検出値の温度特性を示す特性図 【図５】本発明のインバータ制御装置に係わる参考例３
および実施例１における電流検出値の温度特性を示す特
性図 【図６】本発明および従来のインバータ制御装置の構成
を示す模式図 【符号の説明】１ 三相モータ ２ モジュール ３ マイコン（マイクロコンピュータ） ４ フォトカップラ ５ 電源回路 ６ ヒートシンク ７ プリント基板 ８ フォトカップラ ９ａ〜９ｃ 上アームＩＧＢＴ（上アーム絶縁ゲートバ
イポーラトランジスタ） ９ｄ〜９ｆ 下アームＩＧＢＴ（下アーム絶縁ゲートバ
イポーラトランジスタ） １０ａ〜１０ｆ 逆接続ダイオード素子（ＦＲＤ素子） １１ａ〜１１ｆ 電流検出抵抗器（電流検出手段） １２ａ〜１２ｆ ドライブ回路（ドライブ手段） １３ 保護出力回路および温度検出回路（保護手段）１５、１６ アラーム信号 １７ 保護信号 １８ サーミスタ（温度補償手段） Ｐ ＋電源端子Ｎ −電源端子 Ｕo、Ｖo、Ｗo インバータ出力端子
構成を示す回路図 【図２】本発明のインバータ制御装置に係わる参考例１
における電流検出値と電流保護設定値とを示す関係図 【図３】同参考例１における電流検出手段の構成を示す
回路図 【図４】本発明のインバータ制御装置に係わる参考例２
における電流検出値の温度特性を示す特性図 【図５】本発明のインバータ制御装置に係わる参考例３
および実施例１における電流検出値の温度特性を示す特
性図 【図６】本発明および従来のインバータ制御装置の構成
を示す模式図 【符号の説明】１ 三相モータ ２ モジュール ３ マイコン（マイクロコンピュータ） ４ フォトカップラ ５ 電源回路 ６ ヒートシンク ７ プリント基板 ８ フォトカップラ ９ａ〜９ｃ 上アームＩＧＢＴ（上アーム絶縁ゲートバ
イポーラトランジスタ） ９ｄ〜９ｆ 下アームＩＧＢＴ（下アーム絶縁ゲートバ
イポーラトランジスタ） １０ａ〜１０ｆ 逆接続ダイオード素子（ＦＲＤ素子） １１ａ〜１１ｆ 電流検出抵抗器（電流検出手段） １２ａ〜１２ｆ ドライブ回路（ドライブ手段） １３ 保護出力回路および温度検出回路（保護手段）１５、１６ アラーム信号 １７ 保護信号 １８ サーミスタ（温度補償手段） Ｐ ＋電源端子Ｎ −電源端子 Ｕo、Ｖo、Ｗo インバータ出力端子
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02M 7/48
H02M 7/537
H02M 7/5387
H02H 3/253
H02P 7/63 302
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 ２個の絶縁ゲートバイポーラトランジス
タを順方向に直列接続し、その相互接続点をインバータ
出力端とするインバータアームを少なくとも３組と、前
記各絶縁ゲートバイポーラトランジスタを個別に駆動す
る駆動手段と、前記各絶縁ゲートバイポーラトランジス
タの電流を個別に検出する電流検出手段と、前記絶縁ゲ
ートバイポーラトランジスタの過電流を保護する保護手
段とを備え、前記各インバータアームの両端を直流電源
に接続し、前記各絶縁ゲートバイポーラトランジスタを
前記駆動手段により断続駆動して前記インバータ出力端
に接続した負荷に疑似多相電流を供給するとき、前記イ
ンバータアームのカレントソース側の絶縁ゲートバイポ
ーラトランジスタである上アーム絶縁ゲートバイポーラ
トランジスタとカレントシンク側の絶縁ゲートバイポー
ラトランジスタである下アーム絶縁ゲートバイポーラト
ランジスタにおいて、前記電流検出手段で検出した絶縁
ゲートバイポーラトランジスタの電流値を過電流と判断
して遮断する基準である電流保護設定値を、（特定１個
の下アーム絶縁ゲートバイポーラトランジスタ以外の各
絶縁ゲートバイポーラトランジスタの電流保護設定値≧
（前記特定下アーム絶縁ゲートバイポーラトランジスタ
の電流保護設定値）となるように設定するとともに、前
記特定下アーム絶縁ゲートバイポーラトランジスタの電
流検出値を温度補償して過電流が同期電動機の永久磁石
の減磁電流値以下となるようにし、かつ前記特定下アー
ム絶縁ゲートバイポーラトランジスタのアラーム信号の
みで一斉遮断するようにしたインバータ制御装置。
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| JP02325695A JP3513676B2 (ja) | 1995-02-13 | 1995-02-13 | インバータ制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08223934A JPH08223934A (ja) | 1996-08-30 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101411189B1 (ko) * | 2007-12-31 | 2014-06-23 | 엘지전자 주식회사 | 출력보상회로 |
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|---|---|---|---|---|
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| KR100794901B1 (ko) * | 2003-12-24 | 2008-01-14 | 한국철도기술연구원 | 직류전철용 가변 회생저항기 및 그 제어방법 |
-
1995
- 1995-02-13 JP JP02325695A patent/JP3513676B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| KR101411189B1 (ko) * | 2007-12-31 | 2014-06-23 | 엘지전자 주식회사 | 출력보상회로 |
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