JP3564256B2 - インバータ制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルス幅変調方式の可変電圧可変周波数インバータ装置に係り、特に静粛な運転が要求される場合に好適なインバータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パルス幅変調（ＰＷＭ）方式のインバータ装置では、主回路素子をパルス幅変調用キャリア信号でスイッチング制御するようになっているが、この場合、従来のインバータ装置では、このパルス幅変調用キャリア信号の周波数（キャリア周波数）は、予め設定してある所定の一定値の周波数のものが使用されている。
【０００３】
そして、インバータ装置の運転音が問題にならない場合には、主回路素子のスイッチング損失を低減させるため、キャリア周波数は、できるだけ低く設定し、インバータ装置の運転音が問題になる場合には、スイッチング損失を考慮して、負荷電流を制限した上で高いキャリア周波数を設定している。
【０００４】
一方、特開平３−２３９６号公報、特開平３−１３９１７４号公報などでは、キャリア周波数を、負荷の状況などに応じて変化させるようにしたインバータ装置について、提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、インバータ装置の運転騒音を減らす点について充分に配慮がされておらず、静粛性が要求される用途への適用に問題があった。
インバータ装置の小型化が進み、省エネを目的として身近で使用されるようになるに従い、キャリア周波数を極力高く設定して騒音を抑える必要があるが、キャリア周波数を高くすれば、それにつれてスイッチング損失が増えるので、熱設計上、装置が大型化してしまう。
【０００６】
インバータ装置の小型化と低騒音化を両立させるためには、装置自体の熱的に運転可能な条件の範囲内で、できるだけ高いキャリア周波数で運転することが望ましいが、インバータ装置の運転条件は個々に異なっているため、標準的な一定値に設定することは困難である。
このため、インバータ装置の使用者が自ら設定する方法が取られているが、装置が小型化するに従い、取り扱い上、及び装置の物理的な大きさから、外部からの設定が困難になりつつある。
【０００７】
従来技術では、キャリア周波数を制御するものもあるが、基本的には、主回路素子の温度によりキャリア周波数が制御されるだけであり、騒音の抑制についての配慮は何もなされていない。
本発明の目的は、低騒音化と装置の小型化の両立が可能で、広い適用範囲を備えたインバータ装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、交流電力を出力する主回路にＰＷＭ信号を供給するＰＷＭ発生器と、前記ＰＷＭ発生器に供給する出力電圧信号と出力周波数信号を発生する出力電圧出力周波数設定器と、前記ＰＷＭ発生器で生成されるＰＷＭ信号のパルス幅変調用キャリア周波数を変更制御するキャリア周波数設定器と、冷却ファンと、少なくとも前記出力電圧出力周波数設定器、前記キャリア周波数設定器、前記冷却ファンを制御する制御手段とを有するパルス幅変調方式のインバータ装置において、パルス幅変調用キャリヤ周波数と負荷電流及び周囲温度のそれぞれの下限値を三次元座標軸の原点とし、夫々の上限値を頂点とする三角錐形の運転可能エリアマップを設定し、インバータ装置の運転状態の変化を、前記運転可能エリアマップ内での状態遷移ベクトルとして算定する手段を設ける。
【０００９】
そして、まず、前記状態遷移ベクトルが、前記運転可能エリアマップで定まる運転可能エリアの上限の境界に近づく場合には、パルス幅変調用キャリヤ周波数をパルス幅変調用キャリヤ周波数の前記上限値に近づける制御を行ない、次に、前記パルス幅変調用キャリア周波数が前記下限値に達した場合には、前記冷却ファンの運転開始制御、または、前記冷却ファンの回転速度の上昇制御を実行するのである。
【００１０】
また、上記目的を達成するため、本発明では、交流電力を出力する主回路にＰＷＭ信号を供給するＰＷＭ発生器と、前記ＰＷＭ発生器に供給する出力電圧信号と出力周波数信号を発生する出力電圧出力周波数設定器と、前記ＰＷＭ発生器で生成されるＰＷＭ信号のパルス幅変調用キャリア周波数を変更制御するキャリア周波数設定器と、冷却ファンと、所定の異常報知が得られるように制御する処理を実行する外部警報出力部と、少なくとも前記出力電圧出力周波数設定器、前記キャリア周波数設定器、前記冷却ファン、前記外部警報出力部を制御する制御手段とを有するパルス幅変調方式のインバータ装置において、パルス幅変調用キャリヤ周波数と負荷電流及び周囲温度のそれぞれの下限値を三次元座標軸の原点とし、夫々の上限値を頂点とする三角錐形の運転可能エリアマップを設定し、インバータ装置の運転状態の変化を、前記運転可能エリアマップ内での状態遷移ベクトルとして算定する手段を設ける。
【００１１】
そして、前記状態遷移ベクトルが、前記運転可能エリアマップで定まる運転可能エリアの上限の境界に近づく場合には、前記外部警報出力部にて異常を報知する制御、または、インバータ装置の出力を減少する制御を実行するのである。
【００１２】
この結果、前記状態遷移ベクトルの大きさから運転可能エリアを逸脱することが明確な場合は、直ちに外部に対して警報を出力することができ、異常の発生に際しても、それを正常運転にある間に報知し、負荷設備に影響が現れる前に対処することを可能にすることができる。
【００１３】
また、エリアマップ上で、前記状態遷移ベクトルが運転可能エリアの境界から離れている場合には、可能なかぎりキャリア周波数が高くされるので、騒音レベルを更に低く抑えることができる。
このときには、また、冷却用ファンが停止され、又は回転速度が遅くされるので、更に騒音レベルを抑えることができる。
【００１４】
さらに、異常発生の虞れが生じたときには、それを正常運転中に報知し、負荷設備に影響が出る前に対処することができる。
また、特に設定操作を要することなく、許される範囲で、自動的に、可能な限り運転騒音を抑えることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるインバータ制御装置について、図示の実施形態例により詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態例で、図示のように、制御マイコン（制御用のマイクロコンピュータ）１を備え、これにより、図示してないインバータ装置の主回路を制御し、所定の電力変換動作が得られるように構成されている。
【００１６】
このため、制御マイコン１は、まず、外部から与えられる指令値に基づいて所定の制御信号の作成処理を行ない、この制御信号を出力電圧出力周波数設定器２に供給し、これにより出力電圧出力周波数設定器２から出力電圧信号と出力周波数信号を発生させ、これがＰＷＭ発生器３に供給されるようにする。
【００１７】
この結果、ＰＷＭ発生器３からインバータ装置の主回路（図示してない）にＰＷＭ信号が供給され、上記した指令値により定まる所定の電圧で所定の周波数の交流電力がインバータ装置から発生されるように、主回路のスイッチング素子がＰＷＭスイッチング制御されることになる。
【００１８】
このとき、さらに制御マイコン１は、例えば周囲温度検出器４と素子温度検出器５、それに負荷電流検出器６などの各種の検出器から検出信号を取り込み、上記したインバータ装置にフィードバック制御が与えられるようにする処理も併せて実行するようになっている。
【００１９】
ところで、この実施形態では、制御マイコン１は、上記したインバータ装置の一般的な電力変換動作の制御だけではなく、それと並行して、周囲温度検出器４と素子温度検出器５、それに負荷電流検出器６などの各種の検出器から取り込んだ検出信号に基づいて、キャリア周波数設定器７と冷却ファン８にそれぞれ所定の信号を供給する処理と、さらに、必要に応じて外部警報出力部９に信号を供給し、所定の異常報知が得られるように制御する処理を実行するように構成されている。
【００２０】
そこで、以下、この制御マイコン１によるキャリア周波数設定器７と冷却ファン８、それに外部警報出力部９の制御動作について説明する。
なお、周囲温度検出器４はインバータ装置の周囲の温度を検出し、素子温度検出器５はインバータ装置の主回路スイッチング素子の温度を検出する。そして、負荷電流検出器６はインバータ装置の出力電流を検出するものである。
【００２１】
また、キャリア周波数設定器７は、制御マイコン１の指令により、ＰＷＭ発生器３で生成されるＰＷＭ信号のキャリア周波数を変更制御する働きをし、冷却ファン８は、同じく制御マイコン１の指令により、停止と作動、それに作動時での回転速度とが制御され、これによりインバータ装置の主回路スイッチング素子を中心として各部に通風を行ない、放熱を促進させる働きをするものである。
【００２２】
まず、この実施形態では、マップ用メモリ１０を設け、このメモリ１０に、図３に示す運転可能エリアマップＭが格納されている。
この図３に示した運転可能エリアマップＭは、図示のように、三次元座標のＸ軸に素子温度Ｔを、Ｙ軸にキャリア周波数ｆｃを、そしてＺ軸に負荷電流Ｉを夫々設定し、その上で、素子温度Ｔの下限値Ｔｍｉｎとキャリヤ周波数ｆｃ の下限値ｆｃｍｉｎ、それに負荷電流Ｉの下限値Ｉｍｉｎを三次元座標軸の原点とし、夫々の上限値Ｔｍａｘ、ｆｃｍａｘ、Ｉｍａｘを頂点とする三角錐形（４面体）のエリアマップとして設定したものである。
【００２３】
そして、この運転可能エリアマップＭの三角錐形の各頂点を結ぶ三角形の平面を、インバータ装置を運転することができる限界面として設定し、これにより、素子温度Ｔとキャリア周波数ｆｃ、それに負荷電流Ｉの全てが、この三角錐形の内部にあるときはインバータ装置が運転でき、これらの何れかでも限界面の外側に出たら、運転できないものとする。
【００２４】
次に、制御マイコン１は、各検出器から素子温度Ｔと負荷電流Ｉを逐次取り込み、このときキャリア周波数設定器７から出力されているキャリア周波数ｆｃと共に運転可能エリアマップＭを検索し、この検索結果に応じてキャリヤ周波数設定器７と冷却ファン８を制御し、さらには、外部警報出力部９を作動させる制御を実行するようになっており、以下、この制御マイコン１による制御処理について、図２のフローチャートにより詳細に説明する。
【００２５】
この図２の処理は、インバータ装置が運転を開始したときから制御マイコン１により実行されるものであるが、この処理を実行させる前に、このインバータ装置が使用を開始する前の適当な時点、例えばインバータ装置の出荷前の時点で、例えばこのインバータ装置の作成者（メーカー）などにより、上記した運転可能エリアマップＭをマップ用メモリ１０に設定する処理を前処理Ｐ１として実行しておく。
このため、マップ用メモリ１０は、書き込み可能なＲＯＭ、或いは電源バックアップされたＲＡＭなどの不揮発性のメモリで構成されている。
【００２６】
この図２の処理がスタートされると、まず、最初のステップＳ１で、各検出器から検出値を取り込み、次いでステップＳ２で、これらの検出値により運転可能エリアマップＭを検索し、このエリア上での位置を算出する。なお、このときの位置は、例えば図３のＡ点、又はＢ点となる。
【００２７】
そして、ステップＳ３で、いま算出された位置が運転可能エリアマップＭの境界面に近いか否かを調べ、結果がＮＯ、つまり、Ａ点で示すように、運転可能エリアの境界から離れていたときにはステップＳ４に移行し、キャリア周波数ｆｃを、現在の周波数から所定値だけ上げる処理を実行する
また、このとき、キャリア周波数ｆｃが上限値ｆｃｍａｘになっていた場合には、冷却ファン８の運転状態に応じて、高速回転状態のときには所定値減速させ、最低回転速度状態のときには運転を停止させる処理を実行する。
そして、このステップＳ４の後はステップＳ１に戻る。
【００２８】
一方、ステップＳ３での結果がＹＥＳとなったとき、つまり、いま算出された位置が、Ｂ点で示すように、運転可能エリアマップＭの境界面に近いときにはステップＳ５に移行し、前回に算出されていた位置データから、次のようにして、状態遷移ベクトルを算出する。
いま、或る時刻ｔ１での素子温度ＴがＴ１で、負荷電流ＩがＩ１、そしてキャリア周波数ｆｃがｆｃ１のときの座標位置が、図３の運転可能エリアマップＭでのＡ点にあったとする。
【００２９】
次に何等かの理由により、例えば周囲温度が上昇したなどの理由により、時刻ｔ１から時間Δｔ経過後の時刻ｔ２で、素子温度ＴがＴ２（Ｔ２＞Ｔ１）に変化し、このときの座標位置が運転可能エリアマップＭでのＢ点になったとする。
このとき、これらＡ点とＢ点を結ぶベクトルｖを想定し、これを状態遷移ベクトルとするのである。
【００３０】
こうしてステップＳ５の処理で状態遷移ベクトルｖが算出されたら、次にステップＳ６に進み、ここで、いま算出した状態遷移ベクトルｖの運転可能エリアマップＭ内での位置と方向、それに大きさから、この後、直ちにインバータ装置の運転状態が運転可能エリアマップＭの境界面の外に出る虞れがあるか否かを、以下のようにして判定する。
【００３１】
すなわち、状態遷移ベクトルｖを調べ、その先端のＢ点と運転可能エリアマップＭの境界面との距離が近い程、また、状態遷移ベクトルｖの方向が境界面と垂直になっている度合いが強い程、さらにはその大きさ、つまり長さが長い程、短時間で境界面の外に出てしまう可能性が高く、反対なら可能性が低いものとするのである。
【００３２】
そして、このステップＳ６での判定結果がＮＯ、つまり、インバータ装置の運転状態が運転可能エリアマップＭの境界面の外に出る虞れは、とりあえずは無いと判断されたときにはステップＳ７に進み、判断結果がＹＥＳ、つまり、直ちに境界面の外に出てしまう虞れがあると判断されたときは、ステップＳ８に進むようにする。
【００３３】
まず、ステップＳ７では、このときの状態遷移ベクトルｖの状態から、インバータ装置の運転状態を運転可能エリアマップＭ内に保つのに必要な、インバータ装置の制御の種類と、その制御量の算出を行う。
このステップＳ７での処理は、次のようになっている。
まず、インバータ装置のキャリヤ周波数ｆｃが、その下限値ｆｃｍｉｎよりも高いときには、キャリア周波数ｆｃを所定量だけ低下させる制御を実行する。
【００３４】
次に、インバータ装置のキャリヤ周波数ｆｃが下限値ｆｃｍｉｎになっていたら、冷却ファン８の運転を開始させる。
そして、冷却ファン８が運転されていたら、さらにその回転速度を所定値だけ上げ、これを最高運転可能回転速度に達するまで繰り返すのである。
【００３５】
良く知られているように、トランジスタなど、インバータ装置の主回路スイッチング素子の損失は、図４に示すように、スイッチング周波数、すなわち、ＰＷＭインバータ装置でのキャリア周波数ｆｃが高くなるにつれて増加する。
そこで、まず、キャリア周波数ｆｃを下げる制御をしてやれば、損失が減少するので、素子温度Ｔの上昇が抑えられ、インバータ装置の運転状態が運転可能エリアマップＭ内から出てしまう虞れを少なくすることができる。
【００３６】
次に、冷却ファン８の運転を開始させ、さらには、その回転速度を上げるこにより、スイッチング素子の冷却能力が増すので、これによってもインバータ装置の運転状態が運転可能エリアマップＭ内から出てしまう虞れを少なくすることができる。
【００３７】
しかして、キャリヤ周波数ｆｃには下限値ｆｃｍｉｎが設定してあり、且つ、冷却ファン８による冷却能力にも限度があるので、さらに周囲温度が上昇したなどの理由により、ステップＳ６での判断結果がＹＥＳになり、ステップＳ８に進んだときには、以下の処理を実行し、外部警報処理部９に指令を行い、さらには、インバータ装置の負荷を強制的に減少させるようにした縮退運転制御に移行するのである。
【００３８】
まず、キャリヤ周波数ｆｃが下限値ｆｃｍｉｎのときのインバータ装置の発熱量と、冷却ファン８の最大冷却能力とで定まる発熱抑制量は、装置の設計時に明らかになっているので、これらのデータを予め所定のメモリに格納しておく。
一方、状態遷移ベクトルｖの大きさが非常に大きい場合、例えば周囲温度Ｔの上昇分（Ｔ２−Ｔ１）が上記発熱抑制量よりも大きい場合には、その差分に応じてインバータ装置の温度は上昇して行き、やがてインバータ装置の運転状態が運転可能エリアマップＭ内から出てしまう。
【００３９】
そこで、制御マイコン１は、このときの周囲温度の上昇分と発熱抑制量の差分から、インバータ装置の運転状態が運転可能エリアマップＭ内から出てしまうまでの時間を算出し、これを外部警報出力部９により警報として出力させ、その後で縮退運転に移行する制御を行うのである。
これにより、インバータ装置と、その負荷装置が、通常の運転状態を継続することができなくなる前に、例えば負荷装置の切離しなど、予め必要な処置をとることができるようになる。
【００４０】
従って、この実施形態例によれは、インバータ装置の運転状況が許す限り、キャリア周波数ｆｃを高くした状態で、しかも冷却ファン８の運転を停止した状態での運転が保たれるので、騒音の発生を充分に抑えることができる。
また、この実施形態例では、さらにインバータ装置の運転状況が変わり、キャリア周波数ｆｃを下げざるを得なくなったときでも、その周波数に下限値ｆｃｍｉｎが与えられるので、この下限値ｆｃｍｉｎを人間の可聴周波数の上限、例えば２０ＫＨｚに設定しておくことにより、同じく騒音発生の虞れを無くすことができる。
【００４１】
しかも、このときは、冷却ファン８が回転速度制御されるので、騒音発生は最小限に抑えられ、しかもインバータ装置が通常の運転状態から外れて、運転停止に至るまでの時間に余裕が得られるので、運転の継続についての信頼性が要求される場合でも充分に対応することができる。
【００４２】
次に、本発明の他の実施形態例について、説明する。
インバータ装置を構成する各種の回路部品や半導体素子などについては、一般的に、耐用年数、つまり寿命を想定することは、あまり無い。
しかしながら、電圧型のインバータ装置では、その主回路にコンデンサが必要で、しかもかなり大容量のものを要するため、通例、アルミニウム電解コンデンサが用いられているが、この電解コンデンサは、他の回路要素とは異なり、寿命がかなり短いので、定期的な保守、交換を要する。
【００４３】
ここで、アルミニウム電解コンデンサの寿命について説明すると、このような電解コンデンサは、内部で化学反応が起るので、その寿命は温度により極端に変わる。
この関係は、一般にアレニウスの法則として知られており、端的にいえば、図５に示すように、温度が１０℃上昇する毎に寿命は１／２に短縮するとされている。
【００４４】
そこで、以下の実施形態例では、このような電解コンデンサを用いているインバータ装置において、その温度使用履歴から電解コンデンサの寿命を推定し、これに基いて的確な寿命警報が得られるようにしたもので、以下、この実施形態例について説明する。
図１の実施形態例には、寿命算出用メモリ１１が設けてあり、これにより、以下の実施形態例にも対応することができるようになっている。
【００４５】
そして、この寿命算出用メモリ１１には、後述するように、インバータ装置の主回路（図示されていない）に設けてある電解コンデンサに関するデータが記憶してある。
そして、この実施形態例では、これを前提として、制御マイコン１により、図６に示す処理が実行されるように構成したものである。
【００４６】
まず、この図６の処理も、インバータ装置が運転を開始したときから制御マイコン１により実行されるものであるが、この処理の実行に先立って、図示のように、上記した寿命算出用メモリ１１に対するデータの記憶前処理Ｐ２を実行しておく。
【００４７】
すなわち、この記憶前処理Ｐ２では、インバータ装置に使用されている電解コンデンサの仕様として与えられる寿命を、このコンデンサの供給者（メーカー）からのデータなどにより知り、それの換算値である時間単位を、後述するようにして算出し、期待寿命単位として寿命算出用メモリ１１に記憶するのである。
【００４８】
なお、この前処理Ｐ２は、このインバータ装置が使用を開始される前の適当な時点、例えばインバータ装置の出荷前の時点で、例えばこのインバータ装置の作成者（メーカー）などにより、実行しておくものであり、従って、この寿命算出用メモリ１１も、書き込み可能なＲＯＭ、或いは電源バックアップされたＲＡＭなどの不揮発性のメモリで構成されている。
【００４９】
この図６の処理が開始されると、まず、ステップＳ１０で、寿命警報時間の設定を行う。
このステップＳ１０は、予めこのインバータ装置を使用するユーザにより入力され、設定されているデータ、すなわち、ユーザ自身が寿命警報を出力したいと望む時点、例えば電解コンデンサの寿命が尽きると推定される時点の２００時間前の時点を表すデータを取り込み、これを時間単位に換算して所定のメモリに格納するのである。
【００５０】
次に、ステップＳ１１では、周囲温度検出器４から温度を取り込む。
そして、ステップＳ１２で、温度範囲毎の時間単位を算出し、ステップＳ１３の判断により、ステップＳ１４で一定時間づつ、ここでは、１時間づつ積算する処理を実行する。
ここで、前処理Ｐ２で設定され、ステップＳ１２とステップＳ１３、それにステップＳ１４で設定積算される時間単位について説明する。
【００５１】
いま、与えられた電解コンデンサが周囲温度２０℃で、１０，０００時間の寿命が保証されていたとする。
そうすると、アレニウスの法則によれば、この電解コンデンサは、周囲温度が３０℃では５，０００時間の寿命となり、１０℃では２０，０００時間の寿命になると考えられる。
【００５２】
そこで、この実施形態例では、平均周囲温度が１５℃以下のときは毎時間毎に係数１を、１５℃〜２５℃のときは同じく毎時間毎に係数２を、そして２５℃以上のときは、毎時間毎に係数４を、それぞれ設定する。
そうすると、まず、この電解コンデンサの寿命の保証値は、周囲温度２０℃のときの値なので、係数は２になり、寿命が１０，０００時間なので、この電解コンデンサの期待寿命単位は、
１０，０００×２＝２０，０００単位
となり、これを前処理Ｐ２で寿命算出用メモリ１１に記憶することになる。
【００５３】
次に、ここで、インバータ装置の現時点までの温度使用履歴が、１０℃で５００時間、２０℃で８００時間、そして３０℃では１００時間であったとすると、このときの積算値は、
１×５００＋２×８００＋４×１００＝２，５００単位
となり、これが、いままでに消耗された期待寿命単位となる。
そうすると、期待される残りの寿命単位は、
２０，０００−２，５００＝１７，０００単位
となる。
一方、この間での平均温度は、
（１０×５００＋２０×８００＋３０×１００）／（５００＋８００＋１００）≒１７℃なので、結局、期待余寿命は、
１７，５００単位／係数２＝８，７００時間
となる。
【００５４】
こうして、ステップＳ１４で１時間毎に期待余寿命が算出されたらステップＳ１５に進み、ここで、ステップＳ１０で設定されている寿命警報時間と比較し、
期待余寿命＜寿命警報時間
になったか否かを判定する。
そして、判定結果がＮＯ、すなわち、まだ期待余寿命の方が、寿命警報時間よりも長いときは、ステップＳ１１に戻り、処理を繰り返す。
【００５５】
しかして、結果がＹＥＳ、つまり期待余寿命が寿命警報時間よりも短くなったらステップＳ１６を実行し、制御マイコン１から外部警報出力部９に所定の指令がなされ、寿命警報が表示されることになる。
【００５６】
従って、この実施形態例によれば、低騒音化と装置の小型化の両立が可能で、広い適用範囲を備えたインバータ装置が提供できる上、予めユーザが任意に定めた寿命警報時間になると電解コンデンサの保守、交換の時期に達したことが自動的に報知されることになり、この結果、早めに適切な対応が得られ、運転停止など、不測の事態発生を未然に防止することができ、高い信頼性を容易に保つことができる。
【００５７】
なお、この図６による処理は、図２に示した処理と並行して実行されるようになっているが、このときの実行の頻度は、それぞれ任意に定めてやればよい。
また、必要な場合には、一方だけ実行されるようにしても良い。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、インバータ装置の運転状況が許す限りキャリア周波数を高くした状態で、しかも冷却ファンの運転を停止した状態での運転が保たれるので、騒音の発生を充分に抑えることができる。
また、本発明によれば、さらにインバータ装置の運転状況が変わり、キャリア周波数を下げざるを得なくなったときでも、その周波数に下限値が与えられるので、この下限値を人間の可聴周波数の上限、例えば２０ＫＨｚに設定しておくことにより、同じく騒音発生の虞れを無くすことができる。
【００５９】
しかも、このときは、冷却ファンが回転速度制御されるので、騒音発生は最小限に抑えられ、しかもインバータ装置が通常の運転状態から外れて、運転停止に至るまでの時間に余裕が得られるので、運転の継続についての信頼性が要求される場合でも充分に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるインバータ制御装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態例における処理を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態例における運転可能エリアマップの説明図である。
【図４】ＰＷＭインバータ装置のキャリア周波数と主回路スイッチング素子の損失との関係を示す特性図である。
【図５】電解コンデンサの寿命と温度との関係を示す特性図である。
【図６】本発明の他の一実施形態例における処理を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１ 制御マイコン（制御用のマイクロコンピュータ）
２ 出力電圧出力周波数設定器
３ ＰＷＭ発生器
４ 周囲温度検出器
５ 素子温度検出器
６ 負荷電流検出器
７ キャリア周波数設定器
８ 冷却ファン
９ 外部警報出力部
１０ マップ用メモリ
１１ 寿命算出用メモリ
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルス幅変調方式の可変電圧可変周波数インバータ装置に係り、特に静粛な運転が要求される場合に好適なインバータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パルス幅変調（ＰＷＭ）方式のインバータ装置では、主回路素子をパルス幅変調用キャリア信号でスイッチング制御するようになっているが、この場合、従来のインバータ装置では、このパルス幅変調用キャリア信号の周波数（キャリア周波数）は、予め設定してある所定の一定値の周波数のものが使用されている。
【０００３】
そして、インバータ装置の運転音が問題にならない場合には、主回路素子のスイッチング損失を低減させるため、キャリア周波数は、できるだけ低く設定し、インバータ装置の運転音が問題になる場合には、スイッチング損失を考慮して、負荷電流を制限した上で高いキャリア周波数を設定している。
【０００４】
一方、特開平３−２３９６号公報、特開平３−１３９１７４号公報などでは、キャリア周波数を、負荷の状況などに応じて変化させるようにしたインバータ装置について、提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、インバータ装置の運転騒音を減らす点について充分に配慮がされておらず、静粛性が要求される用途への適用に問題があった。
インバータ装置の小型化が進み、省エネを目的として身近で使用されるようになるに従い、キャリア周波数を極力高く設定して騒音を抑える必要があるが、キャリア周波数を高くすれば、それにつれてスイッチング損失が増えるので、熱設計上、装置が大型化してしまう。
【０００６】
インバータ装置の小型化と低騒音化を両立させるためには、装置自体の熱的に運転可能な条件の範囲内で、できるだけ高いキャリア周波数で運転することが望ましいが、インバータ装置の運転条件は個々に異なっているため、標準的な一定値に設定することは困難である。
このため、インバータ装置の使用者が自ら設定する方法が取られているが、装置が小型化するに従い、取り扱い上、及び装置の物理的な大きさから、外部からの設定が困難になりつつある。
【０００７】
従来技術では、キャリア周波数を制御するものもあるが、基本的には、主回路素子の温度によりキャリア周波数が制御されるだけであり、騒音の抑制についての配慮は何もなされていない。
本発明の目的は、低騒音化と装置の小型化の両立が可能で、広い適用範囲を備えたインバータ装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、交流電力を出力する主回路にＰＷＭ信号を供給するＰＷＭ発生器と、前記ＰＷＭ発生器に供給する出力電圧信号と出力周波数信号を発生する出力電圧出力周波数設定器と、前記ＰＷＭ発生器で生成されるＰＷＭ信号のパルス幅変調用キャリア周波数を変更制御するキャリア周波数設定器と、冷却ファンと、少なくとも前記出力電圧出力周波数設定器、前記キャリア周波数設定器、前記冷却ファンを制御する制御手段とを有するパルス幅変調方式のインバータ装置において、パルス幅変調用キャリヤ周波数と負荷電流及び周囲温度のそれぞれの下限値を三次元座標軸の原点とし、夫々の上限値を頂点とする三角錐形の運転可能エリアマップを設定し、インバータ装置の運転状態の変化を、前記運転可能エリアマップ内での状態遷移ベクトルとして算定する手段を設ける。
【０００９】
そして、まず、前記状態遷移ベクトルが、前記運転可能エリアマップで定まる運転可能エリアの上限の境界に近づく場合には、パルス幅変調用キャリヤ周波数をパルス幅変調用キャリヤ周波数の前記上限値に近づける制御を行ない、次に、前記パルス幅変調用キャリア周波数が前記下限値に達した場合には、前記冷却ファンの運転開始制御、または、前記冷却ファンの回転速度の上昇制御を実行するのである。
【００１０】
また、上記目的を達成するため、本発明では、交流電力を出力する主回路にＰＷＭ信号を供給するＰＷＭ発生器と、前記ＰＷＭ発生器に供給する出力電圧信号と出力周波数信号を発生する出力電圧出力周波数設定器と、前記ＰＷＭ発生器で生成されるＰＷＭ信号のパルス幅変調用キャリア周波数を変更制御するキャリア周波数設定器と、冷却ファンと、所定の異常報知が得られるように制御する処理を実行する外部警報出力部と、少なくとも前記出力電圧出力周波数設定器、前記キャリア周波数設定器、前記冷却ファン、前記外部警報出力部を制御する制御手段とを有するパルス幅変調方式のインバータ装置において、パルス幅変調用キャリヤ周波数と負荷電流及び周囲温度のそれぞれの下限値を三次元座標軸の原点とし、夫々の上限値を頂点とする三角錐形の運転可能エリアマップを設定し、インバータ装置の運転状態の変化を、前記運転可能エリアマップ内での状態遷移ベクトルとして算定する手段を設ける。
【００１１】
そして、前記状態遷移ベクトルが、前記運転可能エリアマップで定まる運転可能エリアの上限の境界に近づく場合には、前記外部警報出力部にて異常を報知する制御、または、インバータ装置の出力を減少する制御を実行するのである。
【００１２】
この結果、前記状態遷移ベクトルの大きさから運転可能エリアを逸脱することが明確な場合は、直ちに外部に対して警報を出力することができ、異常の発生に際しても、それを正常運転にある間に報知し、負荷設備に影響が現れる前に対処することを可能にすることができる。
【００１３】
また、エリアマップ上で、前記状態遷移ベクトルが運転可能エリアの境界から離れている場合には、可能なかぎりキャリア周波数が高くされるので、騒音レベルを更に低く抑えることができる。
このときには、また、冷却用ファンが停止され、又は回転速度が遅くされるので、更に騒音レベルを抑えることができる。
【００１４】
さらに、異常発生の虞れが生じたときには、それを正常運転中に報知し、負荷設備に影響が出る前に対処することができる。
また、特に設定操作を要することなく、許される範囲で、自動的に、可能な限り運転騒音を抑えることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるインバータ制御装置について、図示の実施形態例により詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態例で、図示のように、制御マイコン（制御用のマイクロコンピュータ）１を備え、これにより、図示してないインバータ装置の主回路を制御し、所定の電力変換動作が得られるように構成されている。
【００１６】
このため、制御マイコン１は、まず、外部から与えられる指令値に基づいて所定の制御信号の作成処理を行ない、この制御信号を出力電圧出力周波数設定器２に供給し、これにより出力電圧出力周波数設定器２から出力電圧信号と出力周波数信号を発生させ、これがＰＷＭ発生器３に供給されるようにする。
【００１７】
この結果、ＰＷＭ発生器３からインバータ装置の主回路（図示してない）にＰＷＭ信号が供給され、上記した指令値により定まる所定の電圧で所定の周波数の交流電力がインバータ装置から発生されるように、主回路のスイッチング素子がＰＷＭスイッチング制御されることになる。
【００１８】
このとき、さらに制御マイコン１は、例えば周囲温度検出器４と素子温度検出器５、それに負荷電流検出器６などの各種の検出器から検出信号を取り込み、上記したインバータ装置にフィードバック制御が与えられるようにする処理も併せて実行するようになっている。
【００１９】
ところで、この実施形態では、制御マイコン１は、上記したインバータ装置の一般的な電力変換動作の制御だけではなく、それと並行して、周囲温度検出器４と素子温度検出器５、それに負荷電流検出器６などの各種の検出器から取り込んだ検出信号に基づいて、キャリア周波数設定器７と冷却ファン８にそれぞれ所定の信号を供給する処理と、さらに、必要に応じて外部警報出力部９に信号を供給し、所定の異常報知が得られるように制御する処理を実行するように構成されている。
【００２０】
そこで、以下、この制御マイコン１によるキャリア周波数設定器７と冷却ファン８、それに外部警報出力部９の制御動作について説明する。
なお、周囲温度検出器４はインバータ装置の周囲の温度を検出し、素子温度検出器５はインバータ装置の主回路スイッチング素子の温度を検出する。そして、負荷電流検出器６はインバータ装置の出力電流を検出するものである。
【００２１】
また、キャリア周波数設定器７は、制御マイコン１の指令により、ＰＷＭ発生器３で生成されるＰＷＭ信号のキャリア周波数を変更制御する働きをし、冷却ファン８は、同じく制御マイコン１の指令により、停止と作動、それに作動時での回転速度とが制御され、これによりインバータ装置の主回路スイッチング素子を中心として各部に通風を行ない、放熱を促進させる働きをするものである。
【００２２】
まず、この実施形態では、マップ用メモリ１０を設け、このメモリ１０に、図３に示す運転可能エリアマップＭが格納されている。
この図３に示した運転可能エリアマップＭは、図示のように、三次元座標のＸ軸に素子温度Ｔを、Ｙ軸にキャリア周波数ｆｃを、そしてＺ軸に負荷電流Ｉを夫々設定し、その上で、素子温度Ｔの下限値Ｔｍｉｎとキャリヤ周波数ｆｃ の下限値ｆｃｍｉｎ、それに負荷電流Ｉの下限値Ｉｍｉｎを三次元座標軸の原点とし、夫々の上限値Ｔｍａｘ、ｆｃｍａｘ、Ｉｍａｘを頂点とする三角錐形（４面体）のエリアマップとして設定したものである。
【００２３】
そして、この運転可能エリアマップＭの三角錐形の各頂点を結ぶ三角形の平面を、インバータ装置を運転することができる限界面として設定し、これにより、素子温度Ｔとキャリア周波数ｆｃ、それに負荷電流Ｉの全てが、この三角錐形の内部にあるときはインバータ装置が運転でき、これらの何れかでも限界面の外側に出たら、運転できないものとする。
【００２４】
次に、制御マイコン１は、各検出器から素子温度Ｔと負荷電流Ｉを逐次取り込み、このときキャリア周波数設定器７から出力されているキャリア周波数ｆｃと共に運転可能エリアマップＭを検索し、この検索結果に応じてキャリヤ周波数設定器７と冷却ファン８を制御し、さらには、外部警報出力部９を作動させる制御を実行するようになっており、以下、この制御マイコン１による制御処理について、図２のフローチャートにより詳細に説明する。
【００２５】
この図２の処理は、インバータ装置が運転を開始したときから制御マイコン１により実行されるものであるが、この処理を実行させる前に、このインバータ装置が使用を開始する前の適当な時点、例えばインバータ装置の出荷前の時点で、例えばこのインバータ装置の作成者（メーカー）などにより、上記した運転可能エリアマップＭをマップ用メモリ１０に設定する処理を前処理Ｐ１として実行しておく。
このため、マップ用メモリ１０は、書き込み可能なＲＯＭ、或いは電源バックアップされたＲＡＭなどの不揮発性のメモリで構成されている。
【００２６】
この図２の処理がスタートされると、まず、最初のステップＳ１で、各検出器から検出値を取り込み、次いでステップＳ２で、これらの検出値により運転可能エリアマップＭを検索し、このエリア上での位置を算出する。なお、このときの位置は、例えば図３のＡ点、又はＢ点となる。
【００２７】
そして、ステップＳ３で、いま算出された位置が運転可能エリアマップＭの境界面に近いか否かを調べ、結果がＮＯ、つまり、Ａ点で示すように、運転可能エリアの境界から離れていたときにはステップＳ４に移行し、キャリア周波数ｆｃを、現在の周波数から所定値だけ上げる処理を実行する
また、このとき、キャリア周波数ｆｃが上限値ｆｃｍａｘになっていた場合には、冷却ファン８の運転状態に応じて、高速回転状態のときには所定値減速させ、最低回転速度状態のときには運転を停止させる処理を実行する。
そして、このステップＳ４の後はステップＳ１に戻る。
【００２８】
一方、ステップＳ３での結果がＹＥＳとなったとき、つまり、いま算出された位置が、Ｂ点で示すように、運転可能エリアマップＭの境界面に近いときにはステップＳ５に移行し、前回に算出されていた位置データから、次のようにして、状態遷移ベクトルを算出する。
いま、或る時刻ｔ１での素子温度ＴがＴ１で、負荷電流ＩがＩ１、そしてキャリア周波数ｆｃがｆｃ１のときの座標位置が、図３の運転可能エリアマップＭでのＡ点にあったとする。
【００２９】
次に何等かの理由により、例えば周囲温度が上昇したなどの理由により、時刻ｔ１から時間Δｔ経過後の時刻ｔ２で、素子温度ＴがＴ２（Ｔ２＞Ｔ１）に変化し、このときの座標位置が運転可能エリアマップＭでのＢ点になったとする。
このとき、これらＡ点とＢ点を結ぶベクトルｖを想定し、これを状態遷移ベクトルとするのである。
【００３０】
こうしてステップＳ５の処理で状態遷移ベクトルｖが算出されたら、次にステップＳ６に進み、ここで、いま算出した状態遷移ベクトルｖの運転可能エリアマップＭ内での位置と方向、それに大きさから、この後、直ちにインバータ装置の運転状態が運転可能エリアマップＭの境界面の外に出る虞れがあるか否かを、以下のようにして判定する。
【００３１】
すなわち、状態遷移ベクトルｖを調べ、その先端のＢ点と運転可能エリアマップＭの境界面との距離が近い程、また、状態遷移ベクトルｖの方向が境界面と垂直になっている度合いが強い程、さらにはその大きさ、つまり長さが長い程、短時間で境界面の外に出てしまう可能性が高く、反対なら可能性が低いものとするのである。
【００３２】
そして、このステップＳ６での判定結果がＮＯ、つまり、インバータ装置の運転状態が運転可能エリアマップＭの境界面の外に出る虞れは、とりあえずは無いと判断されたときにはステップＳ７に進み、判断結果がＹＥＳ、つまり、直ちに境界面の外に出てしまう虞れがあると判断されたときは、ステップＳ８に進むようにする。
【００３３】
まず、ステップＳ７では、このときの状態遷移ベクトルｖの状態から、インバータ装置の運転状態を運転可能エリアマップＭ内に保つのに必要な、インバータ装置の制御の種類と、その制御量の算出を行う。
このステップＳ７での処理は、次のようになっている。
まず、インバータ装置のキャリヤ周波数ｆｃが、その下限値ｆｃｍｉｎよりも高いときには、キャリア周波数ｆｃを所定量だけ低下させる制御を実行する。
【００３４】
次に、インバータ装置のキャリヤ周波数ｆｃが下限値ｆｃｍｉｎになっていたら、冷却ファン８の運転を開始させる。
そして、冷却ファン８が運転されていたら、さらにその回転速度を所定値だけ上げ、これを最高運転可能回転速度に達するまで繰り返すのである。
【００３５】
良く知られているように、トランジスタなど、インバータ装置の主回路スイッチング素子の損失は、図４に示すように、スイッチング周波数、すなわち、ＰＷＭインバータ装置でのキャリア周波数ｆｃが高くなるにつれて増加する。
そこで、まず、キャリア周波数ｆｃを下げる制御をしてやれば、損失が減少するので、素子温度Ｔの上昇が抑えられ、インバータ装置の運転状態が運転可能エリアマップＭ内から出てしまう虞れを少なくすることができる。
【００３６】
次に、冷却ファン８の運転を開始させ、さらには、その回転速度を上げるこにより、スイッチング素子の冷却能力が増すので、これによってもインバータ装置の運転状態が運転可能エリアマップＭ内から出てしまう虞れを少なくすることができる。
【００３７】
しかして、キャリヤ周波数ｆｃには下限値ｆｃｍｉｎが設定してあり、且つ、冷却ファン８による冷却能力にも限度があるので、さらに周囲温度が上昇したなどの理由により、ステップＳ６での判断結果がＹＥＳになり、ステップＳ８に進んだときには、以下の処理を実行し、外部警報処理部９に指令を行い、さらには、インバータ装置の負荷を強制的に減少させるようにした縮退運転制御に移行するのである。
【００３８】
まず、キャリヤ周波数ｆｃが下限値ｆｃｍｉｎのときのインバータ装置の発熱量と、冷却ファン８の最大冷却能力とで定まる発熱抑制量は、装置の設計時に明らかになっているので、これらのデータを予め所定のメモリに格納しておく。
一方、状態遷移ベクトルｖの大きさが非常に大きい場合、例えば周囲温度Ｔの上昇分（Ｔ２−Ｔ１）が上記発熱抑制量よりも大きい場合には、その差分に応じてインバータ装置の温度は上昇して行き、やがてインバータ装置の運転状態が運転可能エリアマップＭ内から出てしまう。
【００３９】
そこで、制御マイコン１は、このときの周囲温度の上昇分と発熱抑制量の差分から、インバータ装置の運転状態が運転可能エリアマップＭ内から出てしまうまでの時間を算出し、これを外部警報出力部９により警報として出力させ、その後で縮退運転に移行する制御を行うのである。
これにより、インバータ装置と、その負荷装置が、通常の運転状態を継続することができなくなる前に、例えば負荷装置の切離しなど、予め必要な処置をとることができるようになる。
【００４０】
従って、この実施形態例によれは、インバータ装置の運転状況が許す限り、キャリア周波数ｆｃを高くした状態で、しかも冷却ファン８の運転を停止した状態での運転が保たれるので、騒音の発生を充分に抑えることができる。
また、この実施形態例では、さらにインバータ装置の運転状況が変わり、キャリア周波数ｆｃを下げざるを得なくなったときでも、その周波数に下限値ｆｃｍｉｎが与えられるので、この下限値ｆｃｍｉｎを人間の可聴周波数の上限、例えば２０ＫＨｚに設定しておくことにより、同じく騒音発生の虞れを無くすことができる。
【００４１】
しかも、このときは、冷却ファン８が回転速度制御されるので、騒音発生は最小限に抑えられ、しかもインバータ装置が通常の運転状態から外れて、運転停止に至るまでの時間に余裕が得られるので、運転の継続についての信頼性が要求される場合でも充分に対応することができる。
【００４２】
次に、本発明の他の実施形態例について、説明する。
インバータ装置を構成する各種の回路部品や半導体素子などについては、一般的に、耐用年数、つまり寿命を想定することは、あまり無い。
しかしながら、電圧型のインバータ装置では、その主回路にコンデンサが必要で、しかもかなり大容量のものを要するため、通例、アルミニウム電解コンデンサが用いられているが、この電解コンデンサは、他の回路要素とは異なり、寿命がかなり短いので、定期的な保守、交換を要する。
【００４３】
ここで、アルミニウム電解コンデンサの寿命について説明すると、このような電解コンデンサは、内部で化学反応が起るので、その寿命は温度により極端に変わる。
この関係は、一般にアレニウスの法則として知られており、端的にいえば、図５に示すように、温度が１０℃上昇する毎に寿命は１／２に短縮するとされている。
【００４４】
そこで、以下の実施形態例では、このような電解コンデンサを用いているインバータ装置において、その温度使用履歴から電解コンデンサの寿命を推定し、これに基いて的確な寿命警報が得られるようにしたもので、以下、この実施形態例について説明する。
図１の実施形態例には、寿命算出用メモリ１１が設けてあり、これにより、以下の実施形態例にも対応することができるようになっている。
【００４５】
そして、この寿命算出用メモリ１１には、後述するように、インバータ装置の主回路（図示されていない）に設けてある電解コンデンサに関するデータが記憶してある。
そして、この実施形態例では、これを前提として、制御マイコン１により、図６に示す処理が実行されるように構成したものである。
【００４６】
まず、この図６の処理も、インバータ装置が運転を開始したときから制御マイコン１により実行されるものであるが、この処理の実行に先立って、図示のように、上記した寿命算出用メモリ１１に対するデータの記憶前処理Ｐ２を実行しておく。
【００４７】
すなわち、この記憶前処理Ｐ２では、インバータ装置に使用されている電解コンデンサの仕様として与えられる寿命を、このコンデンサの供給者（メーカー）からのデータなどにより知り、それの換算値である時間単位を、後述するようにして算出し、期待寿命単位として寿命算出用メモリ１１に記憶するのである。
【００４８】
なお、この前処理Ｐ２は、このインバータ装置が使用を開始される前の適当な時点、例えばインバータ装置の出荷前の時点で、例えばこのインバータ装置の作成者（メーカー）などにより、実行しておくものであり、従って、この寿命算出用メモリ１１も、書き込み可能なＲＯＭ、或いは電源バックアップされたＲＡＭなどの不揮発性のメモリで構成されている。
【００４９】
この図６の処理が開始されると、まず、ステップＳ１０で、寿命警報時間の設定を行う。
このステップＳ１０は、予めこのインバータ装置を使用するユーザにより入力され、設定されているデータ、すなわち、ユーザ自身が寿命警報を出力したいと望む時点、例えば電解コンデンサの寿命が尽きると推定される時点の２００時間前の時点を表すデータを取り込み、これを時間単位に換算して所定のメモリに格納するのである。
【００５０】
次に、ステップＳ１１では、周囲温度検出器４から温度を取り込む。
そして、ステップＳ１２で、温度範囲毎の時間単位を算出し、ステップＳ１３の判断により、ステップＳ１４で一定時間づつ、ここでは、１時間づつ積算する処理を実行する。
ここで、前処理Ｐ２で設定され、ステップＳ１２とステップＳ１３、それにステップＳ１４で設定積算される時間単位について説明する。
【００５１】
いま、与えられた電解コンデンサが周囲温度２０℃で、１０，０００時間の寿命が保証されていたとする。
そうすると、アレニウスの法則によれば、この電解コンデンサは、周囲温度が３０℃では５，０００時間の寿命となり、１０℃では２０，０００時間の寿命になると考えられる。
【００５２】
そこで、この実施形態例では、平均周囲温度が１５℃以下のときは毎時間毎に係数１を、１５℃〜２５℃のときは同じく毎時間毎に係数２を、そして２５℃以上のときは、毎時間毎に係数４を、それぞれ設定する。
そうすると、まず、この電解コンデンサの寿命の保証値は、周囲温度２０℃のときの値なので、係数は２になり、寿命が１０，０００時間なので、この電解コンデンサの期待寿命単位は、
１０，０００×２＝２０，０００単位
となり、これを前処理Ｐ２で寿命算出用メモリ１１に記憶することになる。
【００５３】
次に、ここで、インバータ装置の現時点までの温度使用履歴が、１０℃で５００時間、２０℃で８００時間、そして３０℃では１００時間であったとすると、このときの積算値は、
１×５００＋２×８００＋４×１００＝２，５００単位
となり、これが、いままでに消耗された期待寿命単位となる。
そうすると、期待される残りの寿命単位は、
２０，０００−２，５００＝１７，０００単位
となる。
一方、この間での平均温度は、
（１０×５００＋２０×８００＋３０×１００）／（５００＋８００＋１００）≒１７℃なので、結局、期待余寿命は、
１７，５００単位／係数２＝８，７００時間
となる。
【００５４】
こうして、ステップＳ１４で１時間毎に期待余寿命が算出されたらステップＳ１５に進み、ここで、ステップＳ１０で設定されている寿命警報時間と比較し、
期待余寿命＜寿命警報時間
になったか否かを判定する。
そして、判定結果がＮＯ、すなわち、まだ期待余寿命の方が、寿命警報時間よりも長いときは、ステップＳ１１に戻り、処理を繰り返す。
【００５５】
しかして、結果がＹＥＳ、つまり期待余寿命が寿命警報時間よりも短くなったらステップＳ１６を実行し、制御マイコン１から外部警報出力部９に所定の指令がなされ、寿命警報が表示されることになる。
【００５６】
従って、この実施形態例によれば、低騒音化と装置の小型化の両立が可能で、広い適用範囲を備えたインバータ装置が提供できる上、予めユーザが任意に定めた寿命警報時間になると電解コンデンサの保守、交換の時期に達したことが自動的に報知されることになり、この結果、早めに適切な対応が得られ、運転停止など、不測の事態発生を未然に防止することができ、高い信頼性を容易に保つことができる。
【００５７】
なお、この図６による処理は、図２に示した処理と並行して実行されるようになっているが、このときの実行の頻度は、それぞれ任意に定めてやればよい。
また、必要な場合には、一方だけ実行されるようにしても良い。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、インバータ装置の運転状況が許す限りキャリア周波数を高くした状態で、しかも冷却ファンの運転を停止した状態での運転が保たれるので、騒音の発生を充分に抑えることができる。
また、本発明によれば、さらにインバータ装置の運転状況が変わり、キャリア周波数を下げざるを得なくなったときでも、その周波数に下限値が与えられるので、この下限値を人間の可聴周波数の上限、例えば２０ＫＨｚに設定しておくことにより、同じく騒音発生の虞れを無くすことができる。
【００５９】
しかも、このときは、冷却ファンが回転速度制御されるので、騒音発生は最小限に抑えられ、しかもインバータ装置が通常の運転状態から外れて、運転停止に至るまでの時間に余裕が得られるので、運転の継続についての信頼性が要求される場合でも充分に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるインバータ制御装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態例における処理を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態例における運転可能エリアマップの説明図である。
【図４】ＰＷＭインバータ装置のキャリア周波数と主回路スイッチング素子の損失との関係を示す特性図である。
【図５】電解コンデンサの寿命と温度との関係を示す特性図である。
【図６】本発明の他の一実施形態例における処理を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１ 制御マイコン（制御用のマイクロコンピュータ）
２ 出力電圧出力周波数設定器
３ ＰＷＭ発生器
４ 周囲温度検出器
５ 素子温度検出器
６ 負荷電流検出器
７ キャリア周波数設定器
８ 冷却ファン
９ 外部警報出力部
１０ マップ用メモリ
１１ 寿命算出用メモリ
Claims (3)
- 交流電力を出力する主回路にＰＷＭ信号を供給するＰＷＭ発生器と、
前記ＰＷＭ発生器に供給する出力電圧信号と出力周波数信号を発生する出力電圧出力周波数設定器と、
前記ＰＷＭ発生器で生成されるＰＷＭ信号のパルス幅変調用キャリア周波数を変更制御するキャリア周波数設定器と、
冷却ファンと、
少なくとも前記出力電圧出力周波数設定器、前記キャリア周波数設定器、前記冷却ファンを制御する制御手段とを有するパルス幅変調方式のインバータ装置において、
パルス幅変調用キャリヤ周波数と負荷電流及び周囲温度のそれぞれの下限値を三次元座標軸の原点とし、
夫々の上限値を頂点とする三角錐形の運転可能エリアマップを設定し、
インバータ装置の運転状態の変化を、前記運転可能エリアマップ内での状態遷移ベクトルとして算定する手段を設け、
前記状態遷移ベクトルが、前記運転可能エリアマップで定まる運転可能エリアの上限の境界に近づく場合には、
パルス幅変調用キャリヤ周波数をパルス幅変調用キャリヤ周波数の前記上限値に近づける制御を行い、
前記パルス幅変調用キャリア周波数が前記下限値に達した場合には、
前記冷却ファンの運転開始制御、または、前記冷却ファンの回転速度の上昇制御を実行するように構成したことを特徴とするインバータ制御装置。 - 交流電力を出力する主回路にＰＷＭ信号を供給するＰＷＭ発生器と、
前記ＰＷＭ発生器に供給する出力電圧信号と出力周波数信号を発生する出力電圧出力周波数設定器と、
前記ＰＷＭ発生器で生成されるＰＷＭ信号のパルス幅変調用キャリア周波数を変更制御するキャリア周波数設定器と、
冷却ファンと、
所定の異常報知が得られるように制御する処理を実行する外部警報出力部と、
少なくとも前記出力電圧出力周波数設定器、前記キャリア周波数設定器、前記冷却ファン、前記外部警報出力部を制御する制御手段とを有するパルス幅変調方式のインバータ装置において、
パルス幅変調用キャリヤ周波数と負荷電流及び周囲温度のそれぞれの下限値を三次元座標軸の原点とし、
夫々の上限値を頂点とする三角錐形の運転可能エリアマップを設定し、
インバータ装置の運転状態の変化を、前記運転可能エリアマップ内での状態遷移ベクトルとして算定する手段を設け、
前記状態遷移ベクトルが、前記運転可能エリアマップで定まる運転可能エリアの上限の境界に近づく場合には、
前記外部警報出力部にて異常を報知する制御、または、インバータ装置の出力を減少する制御を実行するように構成したことを特徴とするインバータ制御装置。 - 請求項１、または請求項２記載のインバータ制御装置において、
パルス幅変調用キャリア周波数を下げる制御における前記下限値は、人間の可聴周波数に入らない値とすることを特徴とするインバータ制御装置。
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