JP3616946B2 - 電動機の駆動装置及びその装置を用いた圧縮機 - Google Patents
電動機の駆動装置及びその装置を用いた圧縮機 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、交流電源を入力して可変電圧の直流電圧を出力するコンバータと、該コンバータの制御装置と、コンバータの出力に基づき可変電圧、可変周波数の交流電圧を出力するインバータと、該インバータの交流出力が供給される電動機と、該電動機の運転状態を制御するインバータ制御装置とを備えた電動機の駆動装置にかかるもので、特にコンバータ及びインバータの保護に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の電動機の駆動装置としては、コンデンサインプット方式のコンバータと電動圧縮機制御用のインバータとが組み合わされて使用されていたが、最近は電源電流高調波を低減するため、例えば特開平７−１１５７８８号公報やや特開平８−３３３９２号公報等に示される直流出力電圧制御可能な正弦波電流入力型のコンバータ（アクティブフィルタと呼ばれる事も多い）が使用される事が一般的になっている。
【０００３】
図１１は正弦波電流入力形のコンバータを用いた従来の電動機の駆動装置の構成図である。
図１１において、１は交流電源、６は保護開閉器、２はこの交流電源に接続されるコンバータであり、整流器２ａ、リアクトル２ｂ、スイッチング素子２ｃ、ダイオード２ｄおよびコンバータ電流検出器２ｅで構成される。４はこのコンバータ２の出力に接続される平滑コンデンサ、３は前記コンバータおよび前記平滑コンデンサに接続されるインバータであり、スイッチング素子３ａとインバータ電流検出器３ｂで構成される。５は電動機で前記インバータ３に接続される。電流検出器２ｅ、３ｂは抵抗器で示したがホールＣＴ、カレントトランス等でも良い。
コンバータ２、インバータ３にはそれぞれスイッチング素子２ｃ、３ａを制御するコンバータ制御装置２ｘ、インバータ制御装置３ｘと、またコンバータ、インバータそれぞれについての必要な保護項目（例えば電流、電圧等）に対して検出と保護を行うためのコンバータ保護装置２ｙ、インバータ保護装置３ｙとが設けられる。この保護項目については図示した電流、電圧だけでなく、図示しない保護項目、例えば温度保護なども含まれる。
【０００４】
次に図１１の動作について説明する。
交流電源１は、コンバータ２内の整流器２ａで全波整流され、リアクトル２ｂとコンバータ制御装置２ｘによってＰＷＭ（パルス幅変調）制御されるコンバータスイッチング素子２ｃにより昇圧され、コンデンサ４で平滑化される。この時、入力電流波形を力率１の正弦波にするとともに、負荷の大小に応じてスイッチングパルス幅を増減して一定電圧あるいは電動機の回転数等運転状態に応じて設定される目標電圧を保つように運転される。
また、インバータ３は、この平滑直流電圧を電源として、インバータ制御装置３ｘによってＰＷＭ制御されるインバータスイッチング素子３ａにより可変電圧、可変周波数の交流に逆変換し、電動機５を可変速運転する。コンバータ制御装置２ｘ、インバータ制御装置３ｘは、それぞれ前述の通りコンバータスイッチング素子２ｃ、インバータスイッチング素子３ａをＰＷＭ制御するとともに、前記コンバータ保護装置２ｙ、インバータ保護装置３ｙが異常を検出した際にスイッチングを停止させることによる保護動作を行う。
【０００５】
図１２に従来のコンバータ保護装置、インバータ保護装置動作時の保護動作ブロック図を示す。
従来の保護方式では、コンバータ保護装置２ｙ動作時はコンバータスイッチング素子２ｃを停止させ、またインバータ保護装置３ｙ動作時は、インバータスイッチング素子３ａを停止させるか、あるいは、インバータスイッチング素子３ａを停止させるとともにコンバータに停止信号を送出して保護動作を行う事が一般的であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のコンバータ及びインバータ保護方式では通常、一方が保護装置動作により停止することで正常運転の継続ができなくなるため、他方も保護装置が動作して停止に至り、結果としてシステム全体が停止する保護動作となり、一括停止の場合と同じ結果になり電動機停止に至る。
このため、コンバータとインバータのいずれの保護装置が動作してもシステム全体の停止により電動機への電力供給が停止し、再起動のためには一定時間経過後、保護動作原因の解消を確認し、さらにリセット後、起動シーケンスからやり直すことが必要であった。この結果、再運転までに時間がかかり、その期間運転停止となる事で、例えば空調機や冷蔵庫が停止してしまい、サービス低下につながっていた。
【０００７】
この発明は上述のような課題を改善するためになされたものであり、その目的は従来の方式における保護装置動作、特にコンバータ保護装置動作時の電動機停止の機会を少なくして、再起動運転までのサービス低下を回避し、しかも確実な駆動装置保護を行える制御・保護方式及びこの方式による電動機の駆動装置並びにこの装置を用いた圧縮機を提供する事にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る電動機の駆動装置は、交流電源を入力して可変電圧の直流電圧を出力するコンバータと、該コンバータの入力電流及び出力電圧を制御するコンバータ制御装置と、前記コンバータの出力を平滑コンデンサを介して入力し、可変電圧、可変周波数の交流電圧を出力するインバータと、該インバータの交流出力が供給される電動機と、該電動機の運転状態を制御するインバータ制御装置とを備えた電動機の駆動装置において、前記コンバータの運転状態を監視して必要に応じたコンバータ保護を指示するコンバータ保護装置と、前記インバータの運転状態を監視して必要に応じたインバータ保護を指示するインバータ保護装置とを設け、前記コンバータ保護装置はコンバータ保護を指示する場合に、前記コンバータ制御装置によるコンバータの運転を継続させると共に、前記インバータ制御装置により前記電動機の運転状態を変更させることによって前記電動機の運転も継続させるものである。
【０００９】
本発明の請求項２に係る電動機の駆動装置は、交流電源を入力して可変電圧の直流電圧を出力するコンバータと、該コンバータの入力電流の波形及び位相を入力電圧と一致させるように、かつ出力電圧の値を制御するコンバータ制御装置と、前記コンバータの出力を平滑コンデンサを介して入力し、可変電圧、可変周波数の交流電圧を出力するインバータと、該インバータの交流出力が供給される電動機と、該電動機の運転状態を制御するインバータ制御装置とを備えた電動機の駆動装置において、前記コンバータの運転状態を監視して必要に応じたコンバータ保護を指示するコンバータ保護装置と、前記インバータの運転状態を監視して必要に応じたインバータ保護を指示するインバータ保護装置とを設け、前記コンバータ保護装置はコンバータ保護を指示する場合に、前記コンバータ制御装置によるコンバータの運転を継続させると共に、前記インバータ制御装置により前記電動機の運転状態を変更させることによって前記電動機の運転も継続させるものである。
【００１０】
本発明の請求項３に係る電動機の駆動装置は、前記請求項１もしくは２のいずれかに記載のコンバータ保護装置が、コンバータ保護を要する原因がコンバータの入力過電流の場合、前記インバータの交流出力が供給される電動機の負荷量を低下させる指示を前記インバータ制御装置に行うことによりコンバータの入力電流を低減させてコンバータを保護するものである。
【００１１】
本発明の請求項４に係る電動機の駆動装置は、前記請求項１もしくは２のいずれかに記載のコンバータ保護装置が、コンバータ保護を要する原因がコンバータの直流出力過電圧の場合、前記インバータの交流出力が供給される電動機の負荷量を増大させる指示を前記インバータ制御装置に行うことによりコンバータの直流出力電圧を低下させてコンバータを保護するものである。
【００１２】
本発明の請求項５に係る電動機の駆動装置は、請求項１〜４のいずれかに記載のインバータ制御装置が、前記インバータの出力周波数を高くすることで前記電動機の負荷量を増大させ、また前記インバータの出力周波数を低くすることで前記電動機の負荷量を減少させるものである。
【００１３】
本発明の請求項６に係る電動機の駆動装置は、請求項１〜４のいずれかに記載のインバータ制御装置が、前記インバータの出力電圧を高くすることで前記電動機の負荷量を増大させ、また前記インバータの出力電圧を低くすることで前記電動機の負荷量を減少させるものである。
【００１４】
本発明の請求項７に係る電動機の駆動装置は、請求項１〜４のいずれかに記載のインバータ制御装置が、前記インバータの通電位相幅を広げることで前記電動機の負荷量を増大させ、また前記インバータの通電位相幅を狭くすることで前記電動機の負荷量を減少させるものである。
【００１５】
本発明の請求項８に係る電動機の駆動装置は、請求項１〜４のいずれかに記載のインバータ制御装置が、前記インバータの通電位相角を進ませるもしくは遅らせることで前記電動機の負荷量を増減させるものである。
【００１６】
本発明の請求項９に係る電動機の駆動装置は、請求項１〜８のいずれかに記載のインバータ保護装置が、インバータ保護を指示する場合に、前記インバータの停止と共に前記コンバータの停止を指示するか、または前記コンバータの停止を先に指示した後に前記インバータの停止を指示するものである。
本発明の請求項１０に係る圧縮機は、請求項１〜９に記載のいずれかに記載の電動機の駆動装置を用いたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明の構成について説明する。
図１は本発明に係る正弦波電流入力形のコンバータを用いた電動機の駆動装置の構成図である。なお図中、図１１と同一部分については、同一符号を付して重複説明を省略する。
図１の矢印に示す通り本発明においては、コンバータ保護装置２ｙからの保護依頼信号はコンバータ制御装置２ｘのみでなく、インバータ制御装置３ｘにも出力され、コンバータ２とインバータ３との協調保護を行う。同様にインバータ保護装置３ｙからの保護依頼信号もインバータ制御装置３ｘのみでなく、コンバータ制御装置２ｘにも出力され、コンバータ２とインバータ３と協調保護を行う。コンバータ２とインバータ３との協調保護は、同じく図１の破線の矢印に示すようにコンバータ制御装置２ｘとインバータ制御装置３ｘとの間で信号をやり取りする方法としても良い。
【００１８】
次にコンバータ２の出力特性について説明する。
図２は図１のコンバータの出力特性およびコンバータ保護設定値の考え方の説明図である。
コンバータ２は、図１に示す通り整流器２ａによる全波整流された直流電圧をリアクトル２ｂを介して短絡するスイッチング素子２ｃを設けたいわゆる昇圧チョッパを構成しており、コンバータ運転停止時、すなわちコンバータスイッチング素子２ｃの動作停止時で、通電は行うが入力電流波形制御および出力電圧制御をしていない状態の時にも、整流器２ａの作用により直流電圧は供給される。なお、コンバータの故障停止時もコンバータスイッチング素子２ｃの動作が停止する事でこの状態となる。
この状態の時はいわゆる無制御のコンデンサインプットのコンバータとなり、図２のコンバータ停止時電圧に示す通りコンバータ運転時、すなわちコンバータスイッチング素子２ｃの動作時で入力電流波形制御および出力電圧制御をしている状態の時の電圧に比べ直流電圧は小さくなる。
しかも電源その他の回路インピーダンス部での電圧降下等により、コンバータ入力電流の増大とともにコンバータ出力電圧は低下する。さらに入力電流波形の制御も行えないので力率は低下し、波形も歪み、高調波電流が増加してしまい、正常運転は望めない。また、コンバータ出力電圧の低下に伴い、インバータの交流出力電圧も低下し、インバータの変調率（通電パルス幅）を高めて出力電圧の確保を図ろうとしても出力可能最大電圧が低下するため、電動機の高回転数側の運転範囲は狭まる。
【００１９】
一方、これに対してコンバータ正常時は、コンバータ運転によって図２に示す通り、コンバータ入力電流（負荷電力）の変動に対してもコンバータ出力電圧をコンバータ停止時にくらべ高い例えば一定値に制御でき、定格（最大）運転に対応した、インバータに必要充分な電圧を供給できる。これによって例えば空調機であればリモコン等、使用者によって設定された運転が支障なく継続できる。さらに入力電流波形の制御もでき、力率１の正弦波入力電流での運転が行える。
【００２０】
次に保護設定値の考え方について説明する。
同じく図２に示す通り、例えばコンバータ入力過電流の場合、保護設定値は、正常運転で到達する最大値以上でかつ整流器、ダイオード、リアクトルといった部品の破損に至る値に対しては余裕のある値に設定される。（逆に保護設定値に対して電流余裕のある部品を選定する）。従ってコンバータ入力電流値がこの保護設定値に達したとしても、部品は直ちに破損することはないが、これ以上増加するかあるいはこの値を継続すると破損しかねないという値に設定されることになる。通常、保護開閉器６の動作レベルも正常運転で到達する最大電流以上に選ばれる。
同様にコンバータ出力過電圧の場合の保護設定値も、図２に示す通り、コンバータで制御される正常運転電圧最大値以上でかつスイッチング素子、コンデンサといった部品の破損に至る値に対しては余裕のある値に設定される（逆に保護設定値に対して電圧余裕のある部品を選定する）。従ってコンバータ出力電圧値がこの保護設定値に達したとしても、部品は直ちに破損することはないが、これ以上増加するかあるいはこの値を継続すると破損しかねないという値に設定されることになる。
【００２１】
コンバータの入力電流値や出力電圧値がこれらの保護設定値に達してコンバータ保護装置が動作した時、従来方式では、図１２に示す通り、コンバータを保護停止し、その結果発生する直流電圧低下等の保護動作でインバータも保護停止に至っていた。また、特開平８−３３３９２号公報においては、コンバータ（アクティブフィルタ）停止即ちスイッチング素子の動作停止状態でも、ダイオードによる整流作用を利用して、昇圧動作無し（直流電圧低下状態）でインバータの運転状態を変更し、Ｖ／Ｆパターンを変更してインバータ出力電圧を大きくするようにして運転継続する方式が示されている。
しかしこの場合、上述の通り直流電圧は正常時に比べて低下するので、インバータの発生できる最大電圧も小さくなるため電動機の運転範囲が制限され、定格運転（最高回転数での定格負荷運転）ができない。これは例えば空調機において冷房能力を制限する事になり、サービス低下につながる。さらに入力電流波形の制御も行えないので力率は低下し、波形も歪み、高調波電流が増加する。これらの事も有って、前記公報ではあくまでサービス員が来るまでの非常運転であると説明されている。
【００２２】
そこで本発明では、これらの保護設定値が直ちに部品破損に至る値でないことに着目して、コンバータ保護装置の動作時にもコンバータの運転を継続し、保護装置の動作内容に応じてインバータを、コンバータ保護装置の動作原因を取り除くような運転モードに一旦運転状態を変更する事によりコンバータの保護を行うようにした。そしてその後、コンバータ保護装置の保護依頼信号が無くなり、異常が除去された事を確認して正常運転に戻す。
本発明によれば、コンバータの異常による本来の保護装置動作の他、過渡的な想定外の外乱、ノイズといった原因での保護装置動作においても、従来のように装置の停止に至る事が無く、自動的に運転を継続する事ができる。
また、コンバータの運転を継続するのでコンバータ直流出力電圧の低下もなく、インバータに対する運転上の制約が無い。また、力率１での正弦波入力電流運転が行え、使用者に対するサービスの低下がない。
【００２３】
実施形態１
図３は本発明の実施形態１に係るコンバータ保護装置動作時の保護動作ブロック図である。
実施形態１においては、図１のコンバータ保護装置が動作した時、コンバータはそのまま運転を継続し、インバータ制御装置の制御出力を変更する事で保護を行う。これによって従来のものでコンバータ、インバータ、電動機の各装置が停止したり、あるいはコンバータの運転を停止してインバータのみでサービス員が来るまでの非常運転を行っていたのに対し、本実施形態１によるものでは、コンバータを保護した上、正常運転を継続できる。そのため例えば空調機の冷房運転が継続されるので使用者に不快な思いをさせない。
【００２４】
実施形態２
図４は本実施形態２に係るコンバータ保護装置が入力過電流で動作した時の保護動作ブロック図である。
本実施形態２においては、図１のコンバータ保護装置の動作原因がコンバータ入力過電流の場合、コンバータは運転を継続したまま、インバータ出力を低減するようインバータ制御装置を動作させる。これによりコンバータ入力電流が低下してコンバータの過電流保護が行われた上、装置の運転を継続できる。そのためサービスの向上が図られ、例えば空調機が停止する事無く冷房運転が継続できる。
【００２５】
実施形態３
図５は本発明の実施形態３に係るコンバータ保護装置が出力過電圧で動作した時の保護動作ブロック図である。
本実施形態３においては、図１のコンバータ保護装置の動作原因がコンバータ出力過電圧の場合、コンバータは運転を継続したまま、インバータ出力を増加するようインバータ制御装置を動作させる。これによってコンバータ出力電圧が低下してコンバータの過電圧保護が行われた上、運転を継続できる。そのためサービスの向上が図られ、例えば冷蔵庫が停止する事無く冷却運転ができ、保存食品が不良になる事を防止できる。
【００２６】
実施形態４
図６は本発明の実施形態４に係るインバータ出力周波数を変更する事で電動機負荷を変更する電動機負荷変更手段を説明するブロック図である。
本実施形態４においては、図１のインバータの交流出力周波数を高くする事で電動機回転数を高くして、負荷を増大させたり、または逆にインバータの出力周波数を低くする事で電動機回転数を減少させて、負荷を減少させる。これによって実施形態２または３に示すように、コンバータ入力電流を低下またはコンバータ出力電圧を低下させてコンバータを保護することができ、電動機の運転を継続できるので、例えば空調機等の運転維持が図れる。
【００２７】
実施形態５
図７は本発明の実施形態５に係るインバータ出力電圧を変更する事で電動機負荷を変更する電動機負荷変更手段を説明するブロック図である。
本実施形態５においては、図１のインバータの交流出力電圧を高くする事で電動機電流を増加させ、負荷を増大させたり、または逆にインバータの出力電圧を低くする事で電動機電流を減少させ、負荷を減少させる。これによって実施形態２または３に示すように、コンバータ入力電流を低下またはコンバータ出力電圧を低下させてコンバータを保護することができ、電動機の運転を継続できるので例えば冷蔵庫等の能力を維持できる。
【００２８】
実施形態６
図８は本発明の実施形態６に係るインバータ通電位相幅を変更する事で電動機負荷を変更する電動機負荷変更手段を説明するブロック図である。
本実施形態６における通電位相幅の変更とは、インバータのパルス幅変調（ＰＷＭ）制御における各パルスの位置はそのままで幅を制御する事を意味し、インバータ通電位相幅を広くする事で電動機電圧が増加して負荷を増大させたり、または逆にインバータ通電位相幅を狭くする事で電動機電圧を減少させて負荷を減少させることである。
これによって実施形態２または３に示すように、コンバータ入力電流を低下またはコンバータ出力電圧を低下させてコンバータを保護することが、インバータ制御装置によるＰＷＭ制御での通電位相幅の変更で容易に行える。
【００２９】
実施形態７
図９は本発明の実施形態７に係るインバータ通電位相角を変更する事で電動機負荷を変更する電動機負荷変更手段を説明するブロック図である。
本実施形態７における通電位相角の変更とは、インバータのパルス幅変調（ＰＷＭ）制御におけるパルス列を時間的に進めたり遅らせたりして基本波の位相を制御する事を意味し、インバータ通電位相角を進ませる事で電動機の回転数が上昇して電動機負荷を増大させたり、または逆にインバータ通電位相角を遅らせる事で電動機の回転数が減少して電動機負荷を減少させる。
これによって実施形態２または３に示すようにコンバータ入力電流を低下またはコンバータ出力電圧を低下させてコンバータを保護することが、インバータ制御装置によるＰＷＭ制御で通電位相角を変更する事で容易に行える。
【００３０】
なお、前記実施形態１から７において、詳細は省略するがコンバータの動作温度その他のコンバータ保護項目についても、同様の考え方でコンバータの運転は継続させて、インバータ制御装置により電動機の運転状態を変更して保護を行える事は明らかである。例えばコンバータの動作温度上昇であれば電動機負荷を減少させるようにインバータ制御装置を動作させて温度上昇値を低減できる。
【００３１】
実施形態８
図１０は本発明の実施形態８に係るインバータ保護装置が動作した場合の保護動作ブロック図である。
一般に、インバータ保護装置の動作の場合には、通常電動機の異常を伴っている場合が多く、システムの運転停止が避けられないため、本実施形態８においては、本発明によるインバータ、コンバータの協調制御により、インバータ停止とともにコンバータも同時に停止させるか、またはコンバータを先に停止させた後にインバータを停止させて保護を行う。
【００３２】
ここで、コンバータとインバータの停止順序について説明する。
前記特開平７−１１５７８８号公報や特開平８−３３３９２号公報、または特開平９−４７０８４号等にも示されている通り、正弦波電流入力形コンバータ（アクティブフィルタ）においては、昇圧チョッパ方式であるため、電動機（インバータ）の停止時または軽負荷時はコンバータを停止しておかないと、コンバータ出力側の直流電圧が上昇し続けて部品破損に至るため、コンバータは極力早く停止する必要がある。
これを実現するため、本発明においては図１、図１０に示す通り、インバータ保護装置３ｙとコンバータ制御装置２ｘとの信号取り合いおよびコンバータ保護装置２ｙとインバータ制御装置３ｘとの信号取り合い、あるいはコンバータ制御装置２ｘとインバータ制御装置３ｘとの間の信号取り合いによる協調保護を行う。これによって、コンバータのスイッチング素子２ｃの停止が速やかに行われ、部品への過電圧ストレスの機会が減少し、信頼性が向上する。
なお、コンバータ保護装置２ｙの動作によるコンバータ２、インバータ３、電動機５の各装置停止の機会減少に関しては、例えばコンバータ保護装置２ｙとインバータ保護装置３ｙとの動作確率が同じとすれば保護動作による運転停止の確率が半減する事になる。
【００３３】
実施形態９
本実施形態９においては、前記実施形態１から８に示した電動機の駆動装置を圧縮機と組み合わせて空調機、冷蔵庫等に使用する。これによって空調機であれば故障停止による冷房不能等で使用者に不便を掛けたり、サービスを低下させる事が防げ、冷蔵庫であれば故障停止によって保存食品を不良にして使用者に迷惑を掛ける事が少なくなる。また、装置使用部品への過電圧ストレス等が防止でき、装置の信頼性も向上する。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、交流電源を入力して可変電圧の直流電圧を出力するコンバータと、該コンバータの入力電流及び出力電圧を制御するコンバータ制御装置と、前記コンバータの出力を平滑コンデンサを介して入力し、可変電圧、可変周波数の交流電圧を出力するインバータと、該インバータの交流出力が供給される電動機と、該電動機の運転状態を制御するインバータ制御装置とを備えた電動機の駆動装置において、前記コンバータの運転状態を監視して必要に応じたコンバータ保護を指示するコンバータ保護装置と、前記インバータの運転状態を監視して必要に応じたインバータ保護を指示するインバータ保護装置とを設け、前記コンバータ保護装置はコンバータ保護を指示する場合に、前記コンバータ制御装置によるコンバータの運転を継続させると共に、前記インバータ制御装置により前記電動機の運転状態を変更させることによって前記電動機の運転も継続させるようにしたので、コンバータを保護した上、正常運転を継続でき、コンバータの出力電圧の低下もなく、電動機に対する運転上の制約がない。さらに、コンバータの異常による本来のコンバータの保護装置の動作はもちろん、想定外の過度的な外乱、ノイズといった原因の動作においてもコンバータ、インバータ、電動機の各装置の停止にいたることがなく、自動的に運転を継続することができる。
以上のことから本電動機の駆動装置を用いた各種装置の故障停止の機会が減少し、使用者に対するサービスの向上が図れる。
【００３５】
また、本発明によれば、交流電源を入力して可変電圧の直流電圧を出力するコンバータと、該コンバータの入力電流の波形及び位相を入力電圧と一致させるように、かつ出力電圧の値を制御するコンバータ制御装置と、前記コンバータの出力を平滑コンデンサを介して入力し、可変電圧、可変周波数の交流電圧を出力するインバータと、該インバータの交流出力が供給される電動機と、該電動機の運転状態を制御するインバータ制御装置とを備えた電動機の駆動装置において、前記コンバータの運転状態を監視して必要に応じたコンバータ保護を指示するコンバータ保護装置と、前記インバータの運転状態を監視して必要に応じたインバータ保護を指示するインバータ保護装置とを設け、前記コンバータ保護装置はコンバータ保護を指示する場合に、前記コンバータ制御装置によるコンバータの運転を継続させると共に、前記インバータ制御装置により前記電動機の運転状態を変更させることによって前記電動機の運転も継続させるようにしたので、コンバータを保護した上、正常運転を継続でき、コンバータの出力電圧の低下もなく、電動機に対する運転上の制約がない。また、力率１での正弦波入力電流運転が行える。さらに、コンバータの異常による本来のコンバータの保護装置の動作はもちろん、想定外の過度的な外乱、ノイズといった原因の動作においてもコンバータ、インバータ、電動機の各装置の停止にいたることがなく、自動的に運転を継続することができる。
以上のことから本電動機の駆動装置を用いた各種装置の故障停止の機会が減少し、使用者に対するサービスの向上が図れる。
【００３６】
また、本発明によれば、前記コンバータ保護装置は、コンバータ保護を要する原因がコンバータの入力過電流の場合、前記インバータの交流出力が供給される電動機の負荷量を低下させる指示を前記インバータ制御装置に行うことによりコンバータの入力電流を低減させてコンバータを保護するようにしたので、従来のように装置を停止させることなく電動機の運転を継続することができ、装置の稼働率が向上する。
【００３７】
また、本発明によれば、前記コンバータ保護装置は、コンバータ保護を要する原因がコンバータの直流出力過電圧の場合、前記インバータの交流出力が供給される電動機の負荷量を増大させる指示を前記インバータ制御装置に行うことによりコンバータの直流出力電圧を低下させてコンバータを保護するようにしたので、コンバータの保護を行いながら電動機の運転を継続することができ、装置の使用者に対するサービスが改善される。
【００３８】
また、本発明によれば、前記インバータ制御装置は、前記インバータの出力周波数を高くすることで前記電動機の負荷量を増大させ、また前記インバータの出力周波数を低くすることで前記電動機の負荷量を減少させるようにしたので、インバータ制御装置内の出力周波数制御手段を用いて容易に電動機の負荷量を増減させることができる。
【００３９】
また、本発明によれば、前記インバータ制御装置は、前記インバータの出力電圧を高くすることで前記電動機の負荷量を増大させ、また前記インバータの出力電圧を低くすることで前記電動機の負荷量を減少させるようにしたので、インバータ制御装置内の出力電圧制御手段を用いて容易に電動機の負荷量を増減させることができる。
【００４０】
また、本発明によれば、前記インバータ制御装置は、前記インバータの通電位相幅を広げることで前記電動機の負荷量を増大させ、また前記インバータの通電位相幅を狭くすることで前記電動機の負荷量を減少させるようにしたので、インバータ制御装置内のパルス幅変調制御手段を用いて容易に電動機の負荷量を増減させることができる。
【００４１】
また、本発明によれば、前記インバータ制御装置は、前記インバータの通電位相角を進ませるもしくは遅らせることで前記電動機の負荷量を増減させるようにしたので、インバータ制御装置内のパルス幅変調制御手段を用いて容易に電動機の負荷量を増減させるようにしたので、インバータ制御装置内のパルス幅変調制御手段を用いて容易に電動機の負荷量を増減させることができる。
【００４２】
また、本発明によれば、前記インバータ保護装置は、インバータ保護を指示する場合に、前記インバータの停止と共に前記コンバータの停止を指示するか、または前記コンバータの停止を先に指示した後に前記インバータの停止を指示するようにしたので、コンバータ運転をしたままインバータを停止することがなく、コンバータの出力側での直流電圧の上昇を防止できる。従って、このコンバータ出力の過電圧がスイッチング素子や平滑コンデンサ等へ印加されることがなく、部品に対する過電圧によるストレス印加が防止され、装置の信頼性が向上すると共に、過電圧による２次破壊を防止でき、部品破損による部品交換の必要や、故障発生から復旧までの運転停止に伴うサービス低下をなくすことができる。
また、コンバータ保護装置とインバータ保護装置との動作確率をほぼ同じとすれば、保護動作による運転停止の確率を半減することができる。
また、本発明によれば、前記電動機の駆動装置を圧縮機に用いるようにしたので、例えば空調機や冷蔵庫にこの圧縮機を使用した場合に、空調機の故障停止による冷房あるいは暖房の停止により使用者に不便をかけたり、冷蔵庫の故障停止による食品保存機能喪失により保存食品を不良にする等の事故の発生確率を減少することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動機の駆動装置の構成図である。
【図２】図１のコンバータの出力特性と保護設定値の考え方の説明図である。
【図３】本発明の実施形態１に係るコンバータ保護装置動作時の保護動作ブロック図である。
【図４】本発明の実施形態２に係るコンバータ保護装置が入力過電流で動作した時の保護動作ブロック図である。
【図５】本発明の実施形態３に係るコンバータ保護装置が出力過電圧で動作した時の保護動作ブロック図である。
【図６】本発明の実施形態４に係るインバータ出力周波数を変更する事で電動機負荷を変更する電動機負荷変更手段を説明するブロック図である。
【図７】本発明の実施形態５に係るインバータ出力電圧を変更する事で電動機負荷を変更する電動機負荷変更手段を説明するブロック図である。
【図８】本発明の実施形態６に係るインバータ通電位相幅（角）を変更する事で電動機負荷を変更する電動機負荷変更手段を説明するブロック図である。
【図９】本発明の実施形態７に係るインバータ通電位相角を変更する事で電動機負荷を変更する電動機負荷変更手段を説明するブロック図である。
【図１０】本発明の実施形態８に係るインバータ保護装置が動作した場合の保護動作ブロック図である。
【図１１】従来の電動機の駆動装置の構成図である。
【図１２】従来のコンバータ保護装置、インバータ保護装置動作時の保護動作ブロック図である。
【符号の説明】
１ 交流電源、２ コンバータ、２ａ 整流器、２ｂ リアクトル、２ｃ スイッチング素子、２ｄ ダイオード、２ｅ コンバータ電流検出用抵抗、２ｘ コンバータ制御装置、２ｙ コンバータ保護装置、３ インバータ、３ａ スイッチング素子、３ｂ インバータ電流検出用抵抗、３ｘ インバータ制御装置、３ｙ インバータ保護装置、４ 平滑用コンデンサ、５ 電動機、６ 保護開閉器。
【発明の属する技術分野】
この発明は、交流電源を入力して可変電圧の直流電圧を出力するコンバータと、該コンバータの制御装置と、コンバータの出力に基づき可変電圧、可変周波数の交流電圧を出力するインバータと、該インバータの交流出力が供給される電動機と、該電動機の運転状態を制御するインバータ制御装置とを備えた電動機の駆動装置にかかるもので、特にコンバータ及びインバータの保護に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の電動機の駆動装置としては、コンデンサインプット方式のコンバータと電動圧縮機制御用のインバータとが組み合わされて使用されていたが、最近は電源電流高調波を低減するため、例えば特開平７−１１５７８８号公報やや特開平８−３３３９２号公報等に示される直流出力電圧制御可能な正弦波電流入力型のコンバータ（アクティブフィルタと呼ばれる事も多い）が使用される事が一般的になっている。
【０００３】
図１１は正弦波電流入力形のコンバータを用いた従来の電動機の駆動装置の構成図である。
図１１において、１は交流電源、６は保護開閉器、２はこの交流電源に接続されるコンバータであり、整流器２ａ、リアクトル２ｂ、スイッチング素子２ｃ、ダイオード２ｄおよびコンバータ電流検出器２ｅで構成される。４はこのコンバータ２の出力に接続される平滑コンデンサ、３は前記コンバータおよび前記平滑コンデンサに接続されるインバータであり、スイッチング素子３ａとインバータ電流検出器３ｂで構成される。５は電動機で前記インバータ３に接続される。電流検出器２ｅ、３ｂは抵抗器で示したがホールＣＴ、カレントトランス等でも良い。
コンバータ２、インバータ３にはそれぞれスイッチング素子２ｃ、３ａを制御するコンバータ制御装置２ｘ、インバータ制御装置３ｘと、またコンバータ、インバータそれぞれについての必要な保護項目（例えば電流、電圧等）に対して検出と保護を行うためのコンバータ保護装置２ｙ、インバータ保護装置３ｙとが設けられる。この保護項目については図示した電流、電圧だけでなく、図示しない保護項目、例えば温度保護なども含まれる。
【０００４】
次に図１１の動作について説明する。
交流電源１は、コンバータ２内の整流器２ａで全波整流され、リアクトル２ｂとコンバータ制御装置２ｘによってＰＷＭ（パルス幅変調）制御されるコンバータスイッチング素子２ｃにより昇圧され、コンデンサ４で平滑化される。この時、入力電流波形を力率１の正弦波にするとともに、負荷の大小に応じてスイッチングパルス幅を増減して一定電圧あるいは電動機の回転数等運転状態に応じて設定される目標電圧を保つように運転される。
また、インバータ３は、この平滑直流電圧を電源として、インバータ制御装置３ｘによってＰＷＭ制御されるインバータスイッチング素子３ａにより可変電圧、可変周波数の交流に逆変換し、電動機５を可変速運転する。コンバータ制御装置２ｘ、インバータ制御装置３ｘは、それぞれ前述の通りコンバータスイッチング素子２ｃ、インバータスイッチング素子３ａをＰＷＭ制御するとともに、前記コンバータ保護装置２ｙ、インバータ保護装置３ｙが異常を検出した際にスイッチングを停止させることによる保護動作を行う。
【０００５】
図１２に従来のコンバータ保護装置、インバータ保護装置動作時の保護動作ブロック図を示す。
従来の保護方式では、コンバータ保護装置２ｙ動作時はコンバータスイッチング素子２ｃを停止させ、またインバータ保護装置３ｙ動作時は、インバータスイッチング素子３ａを停止させるか、あるいは、インバータスイッチング素子３ａを停止させるとともにコンバータに停止信号を送出して保護動作を行う事が一般的であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のコンバータ及びインバータ保護方式では通常、一方が保護装置動作により停止することで正常運転の継続ができなくなるため、他方も保護装置が動作して停止に至り、結果としてシステム全体が停止する保護動作となり、一括停止の場合と同じ結果になり電動機停止に至る。
このため、コンバータとインバータのいずれの保護装置が動作してもシステム全体の停止により電動機への電力供給が停止し、再起動のためには一定時間経過後、保護動作原因の解消を確認し、さらにリセット後、起動シーケンスからやり直すことが必要であった。この結果、再運転までに時間がかかり、その期間運転停止となる事で、例えば空調機や冷蔵庫が停止してしまい、サービス低下につながっていた。
【０００７】
この発明は上述のような課題を改善するためになされたものであり、その目的は従来の方式における保護装置動作、特にコンバータ保護装置動作時の電動機停止の機会を少なくして、再起動運転までのサービス低下を回避し、しかも確実な駆動装置保護を行える制御・保護方式及びこの方式による電動機の駆動装置並びにこの装置を用いた圧縮機を提供する事にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る電動機の駆動装置は、交流電源を入力して可変電圧の直流電圧を出力するコンバータと、該コンバータの入力電流及び出力電圧を制御するコンバータ制御装置と、前記コンバータの出力を平滑コンデンサを介して入力し、可変電圧、可変周波数の交流電圧を出力するインバータと、該インバータの交流出力が供給される電動機と、該電動機の運転状態を制御するインバータ制御装置とを備えた電動機の駆動装置において、前記コンバータの運転状態を監視して必要に応じたコンバータ保護を指示するコンバータ保護装置と、前記インバータの運転状態を監視して必要に応じたインバータ保護を指示するインバータ保護装置とを設け、前記コンバータ保護装置はコンバータ保護を指示する場合に、前記コンバータ制御装置によるコンバータの運転を継続させると共に、前記インバータ制御装置により前記電動機の運転状態を変更させることによって前記電動機の運転も継続させるものである。
【０００９】
本発明の請求項２に係る電動機の駆動装置は、交流電源を入力して可変電圧の直流電圧を出力するコンバータと、該コンバータの入力電流の波形及び位相を入力電圧と一致させるように、かつ出力電圧の値を制御するコンバータ制御装置と、前記コンバータの出力を平滑コンデンサを介して入力し、可変電圧、可変周波数の交流電圧を出力するインバータと、該インバータの交流出力が供給される電動機と、該電動機の運転状態を制御するインバータ制御装置とを備えた電動機の駆動装置において、前記コンバータの運転状態を監視して必要に応じたコンバータ保護を指示するコンバータ保護装置と、前記インバータの運転状態を監視して必要に応じたインバータ保護を指示するインバータ保護装置とを設け、前記コンバータ保護装置はコンバータ保護を指示する場合に、前記コンバータ制御装置によるコンバータの運転を継続させると共に、前記インバータ制御装置により前記電動機の運転状態を変更させることによって前記電動機の運転も継続させるものである。
【００１０】
本発明の請求項３に係る電動機の駆動装置は、前記請求項１もしくは２のいずれかに記載のコンバータ保護装置が、コンバータ保護を要する原因がコンバータの入力過電流の場合、前記インバータの交流出力が供給される電動機の負荷量を低下させる指示を前記インバータ制御装置に行うことによりコンバータの入力電流を低減させてコンバータを保護するものである。
【００１１】
本発明の請求項４に係る電動機の駆動装置は、前記請求項１もしくは２のいずれかに記載のコンバータ保護装置が、コンバータ保護を要する原因がコンバータの直流出力過電圧の場合、前記インバータの交流出力が供給される電動機の負荷量を増大させる指示を前記インバータ制御装置に行うことによりコンバータの直流出力電圧を低下させてコンバータを保護するものである。
【００１２】
本発明の請求項５に係る電動機の駆動装置は、請求項１〜４のいずれかに記載のインバータ制御装置が、前記インバータの出力周波数を高くすることで前記電動機の負荷量を増大させ、また前記インバータの出力周波数を低くすることで前記電動機の負荷量を減少させるものである。
【００１３】
本発明の請求項６に係る電動機の駆動装置は、請求項１〜４のいずれかに記載のインバータ制御装置が、前記インバータの出力電圧を高くすることで前記電動機の負荷量を増大させ、また前記インバータの出力電圧を低くすることで前記電動機の負荷量を減少させるものである。
【００１４】
本発明の請求項７に係る電動機の駆動装置は、請求項１〜４のいずれかに記載のインバータ制御装置が、前記インバータの通電位相幅を広げることで前記電動機の負荷量を増大させ、また前記インバータの通電位相幅を狭くすることで前記電動機の負荷量を減少させるものである。
【００１５】
本発明の請求項８に係る電動機の駆動装置は、請求項１〜４のいずれかに記載のインバータ制御装置が、前記インバータの通電位相角を進ませるもしくは遅らせることで前記電動機の負荷量を増減させるものである。
【００１６】
本発明の請求項９に係る電動機の駆動装置は、請求項１〜８のいずれかに記載のインバータ保護装置が、インバータ保護を指示する場合に、前記インバータの停止と共に前記コンバータの停止を指示するか、または前記コンバータの停止を先に指示した後に前記インバータの停止を指示するものである。
本発明の請求項１０に係る圧縮機は、請求項１〜９に記載のいずれかに記載の電動機の駆動装置を用いたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明の構成について説明する。
図１は本発明に係る正弦波電流入力形のコンバータを用いた電動機の駆動装置の構成図である。なお図中、図１１と同一部分については、同一符号を付して重複説明を省略する。
図１の矢印に示す通り本発明においては、コンバータ保護装置２ｙからの保護依頼信号はコンバータ制御装置２ｘのみでなく、インバータ制御装置３ｘにも出力され、コンバータ２とインバータ３との協調保護を行う。同様にインバータ保護装置３ｙからの保護依頼信号もインバータ制御装置３ｘのみでなく、コンバータ制御装置２ｘにも出力され、コンバータ２とインバータ３と協調保護を行う。コンバータ２とインバータ３との協調保護は、同じく図１の破線の矢印に示すようにコンバータ制御装置２ｘとインバータ制御装置３ｘとの間で信号をやり取りする方法としても良い。
【００１８】
次にコンバータ２の出力特性について説明する。
図２は図１のコンバータの出力特性およびコンバータ保護設定値の考え方の説明図である。
コンバータ２は、図１に示す通り整流器２ａによる全波整流された直流電圧をリアクトル２ｂを介して短絡するスイッチング素子２ｃを設けたいわゆる昇圧チョッパを構成しており、コンバータ運転停止時、すなわちコンバータスイッチング素子２ｃの動作停止時で、通電は行うが入力電流波形制御および出力電圧制御をしていない状態の時にも、整流器２ａの作用により直流電圧は供給される。なお、コンバータの故障停止時もコンバータスイッチング素子２ｃの動作が停止する事でこの状態となる。
この状態の時はいわゆる無制御のコンデンサインプットのコンバータとなり、図２のコンバータ停止時電圧に示す通りコンバータ運転時、すなわちコンバータスイッチング素子２ｃの動作時で入力電流波形制御および出力電圧制御をしている状態の時の電圧に比べ直流電圧は小さくなる。
しかも電源その他の回路インピーダンス部での電圧降下等により、コンバータ入力電流の増大とともにコンバータ出力電圧は低下する。さらに入力電流波形の制御も行えないので力率は低下し、波形も歪み、高調波電流が増加してしまい、正常運転は望めない。また、コンバータ出力電圧の低下に伴い、インバータの交流出力電圧も低下し、インバータの変調率（通電パルス幅）を高めて出力電圧の確保を図ろうとしても出力可能最大電圧が低下するため、電動機の高回転数側の運転範囲は狭まる。
【００１９】
一方、これに対してコンバータ正常時は、コンバータ運転によって図２に示す通り、コンバータ入力電流（負荷電力）の変動に対してもコンバータ出力電圧をコンバータ停止時にくらべ高い例えば一定値に制御でき、定格（最大）運転に対応した、インバータに必要充分な電圧を供給できる。これによって例えば空調機であればリモコン等、使用者によって設定された運転が支障なく継続できる。さらに入力電流波形の制御もでき、力率１の正弦波入力電流での運転が行える。
【００２０】
次に保護設定値の考え方について説明する。
同じく図２に示す通り、例えばコンバータ入力過電流の場合、保護設定値は、正常運転で到達する最大値以上でかつ整流器、ダイオード、リアクトルといった部品の破損に至る値に対しては余裕のある値に設定される。（逆に保護設定値に対して電流余裕のある部品を選定する）。従ってコンバータ入力電流値がこの保護設定値に達したとしても、部品は直ちに破損することはないが、これ以上増加するかあるいはこの値を継続すると破損しかねないという値に設定されることになる。通常、保護開閉器６の動作レベルも正常運転で到達する最大電流以上に選ばれる。
同様にコンバータ出力過電圧の場合の保護設定値も、図２に示す通り、コンバータで制御される正常運転電圧最大値以上でかつスイッチング素子、コンデンサといった部品の破損に至る値に対しては余裕のある値に設定される（逆に保護設定値に対して電圧余裕のある部品を選定する）。従ってコンバータ出力電圧値がこの保護設定値に達したとしても、部品は直ちに破損することはないが、これ以上増加するかあるいはこの値を継続すると破損しかねないという値に設定されることになる。
【００２１】
コンバータの入力電流値や出力電圧値がこれらの保護設定値に達してコンバータ保護装置が動作した時、従来方式では、図１２に示す通り、コンバータを保護停止し、その結果発生する直流電圧低下等の保護動作でインバータも保護停止に至っていた。また、特開平８−３３３９２号公報においては、コンバータ（アクティブフィルタ）停止即ちスイッチング素子の動作停止状態でも、ダイオードによる整流作用を利用して、昇圧動作無し（直流電圧低下状態）でインバータの運転状態を変更し、Ｖ／Ｆパターンを変更してインバータ出力電圧を大きくするようにして運転継続する方式が示されている。
しかしこの場合、上述の通り直流電圧は正常時に比べて低下するので、インバータの発生できる最大電圧も小さくなるため電動機の運転範囲が制限され、定格運転（最高回転数での定格負荷運転）ができない。これは例えば空調機において冷房能力を制限する事になり、サービス低下につながる。さらに入力電流波形の制御も行えないので力率は低下し、波形も歪み、高調波電流が増加する。これらの事も有って、前記公報ではあくまでサービス員が来るまでの非常運転であると説明されている。
【００２２】
そこで本発明では、これらの保護設定値が直ちに部品破損に至る値でないことに着目して、コンバータ保護装置の動作時にもコンバータの運転を継続し、保護装置の動作内容に応じてインバータを、コンバータ保護装置の動作原因を取り除くような運転モードに一旦運転状態を変更する事によりコンバータの保護を行うようにした。そしてその後、コンバータ保護装置の保護依頼信号が無くなり、異常が除去された事を確認して正常運転に戻す。
本発明によれば、コンバータの異常による本来の保護装置動作の他、過渡的な想定外の外乱、ノイズといった原因での保護装置動作においても、従来のように装置の停止に至る事が無く、自動的に運転を継続する事ができる。
また、コンバータの運転を継続するのでコンバータ直流出力電圧の低下もなく、インバータに対する運転上の制約が無い。また、力率１での正弦波入力電流運転が行え、使用者に対するサービスの低下がない。
【００２３】
実施形態１
図３は本発明の実施形態１に係るコンバータ保護装置動作時の保護動作ブロック図である。
実施形態１においては、図１のコンバータ保護装置が動作した時、コンバータはそのまま運転を継続し、インバータ制御装置の制御出力を変更する事で保護を行う。これによって従来のものでコンバータ、インバータ、電動機の各装置が停止したり、あるいはコンバータの運転を停止してインバータのみでサービス員が来るまでの非常運転を行っていたのに対し、本実施形態１によるものでは、コンバータを保護した上、正常運転を継続できる。そのため例えば空調機の冷房運転が継続されるので使用者に不快な思いをさせない。
【００２４】
実施形態２
図４は本実施形態２に係るコンバータ保護装置が入力過電流で動作した時の保護動作ブロック図である。
本実施形態２においては、図１のコンバータ保護装置の動作原因がコンバータ入力過電流の場合、コンバータは運転を継続したまま、インバータ出力を低減するようインバータ制御装置を動作させる。これによりコンバータ入力電流が低下してコンバータの過電流保護が行われた上、装置の運転を継続できる。そのためサービスの向上が図られ、例えば空調機が停止する事無く冷房運転が継続できる。
【００２５】
実施形態３
図５は本発明の実施形態３に係るコンバータ保護装置が出力過電圧で動作した時の保護動作ブロック図である。
本実施形態３においては、図１のコンバータ保護装置の動作原因がコンバータ出力過電圧の場合、コンバータは運転を継続したまま、インバータ出力を増加するようインバータ制御装置を動作させる。これによってコンバータ出力電圧が低下してコンバータの過電圧保護が行われた上、運転を継続できる。そのためサービスの向上が図られ、例えば冷蔵庫が停止する事無く冷却運転ができ、保存食品が不良になる事を防止できる。
【００２６】
実施形態４
図６は本発明の実施形態４に係るインバータ出力周波数を変更する事で電動機負荷を変更する電動機負荷変更手段を説明するブロック図である。
本実施形態４においては、図１のインバータの交流出力周波数を高くする事で電動機回転数を高くして、負荷を増大させたり、または逆にインバータの出力周波数を低くする事で電動機回転数を減少させて、負荷を減少させる。これによって実施形態２または３に示すように、コンバータ入力電流を低下またはコンバータ出力電圧を低下させてコンバータを保護することができ、電動機の運転を継続できるので、例えば空調機等の運転維持が図れる。
【００２７】
実施形態５
図７は本発明の実施形態５に係るインバータ出力電圧を変更する事で電動機負荷を変更する電動機負荷変更手段を説明するブロック図である。
本実施形態５においては、図１のインバータの交流出力電圧を高くする事で電動機電流を増加させ、負荷を増大させたり、または逆にインバータの出力電圧を低くする事で電動機電流を減少させ、負荷を減少させる。これによって実施形態２または３に示すように、コンバータ入力電流を低下またはコンバータ出力電圧を低下させてコンバータを保護することができ、電動機の運転を継続できるので例えば冷蔵庫等の能力を維持できる。
【００２８】
実施形態６
図８は本発明の実施形態６に係るインバータ通電位相幅を変更する事で電動機負荷を変更する電動機負荷変更手段を説明するブロック図である。
本実施形態６における通電位相幅の変更とは、インバータのパルス幅変調（ＰＷＭ）制御における各パルスの位置はそのままで幅を制御する事を意味し、インバータ通電位相幅を広くする事で電動機電圧が増加して負荷を増大させたり、または逆にインバータ通電位相幅を狭くする事で電動機電圧を減少させて負荷を減少させることである。
これによって実施形態２または３に示すように、コンバータ入力電流を低下またはコンバータ出力電圧を低下させてコンバータを保護することが、インバータ制御装置によるＰＷＭ制御での通電位相幅の変更で容易に行える。
【００２９】
実施形態７
図９は本発明の実施形態７に係るインバータ通電位相角を変更する事で電動機負荷を変更する電動機負荷変更手段を説明するブロック図である。
本実施形態７における通電位相角の変更とは、インバータのパルス幅変調（ＰＷＭ）制御におけるパルス列を時間的に進めたり遅らせたりして基本波の位相を制御する事を意味し、インバータ通電位相角を進ませる事で電動機の回転数が上昇して電動機負荷を増大させたり、または逆にインバータ通電位相角を遅らせる事で電動機の回転数が減少して電動機負荷を減少させる。
これによって実施形態２または３に示すようにコンバータ入力電流を低下またはコンバータ出力電圧を低下させてコンバータを保護することが、インバータ制御装置によるＰＷＭ制御で通電位相角を変更する事で容易に行える。
【００３０】
なお、前記実施形態１から７において、詳細は省略するがコンバータの動作温度その他のコンバータ保護項目についても、同様の考え方でコンバータの運転は継続させて、インバータ制御装置により電動機の運転状態を変更して保護を行える事は明らかである。例えばコンバータの動作温度上昇であれば電動機負荷を減少させるようにインバータ制御装置を動作させて温度上昇値を低減できる。
【００３１】
実施形態８
図１０は本発明の実施形態８に係るインバータ保護装置が動作した場合の保護動作ブロック図である。
一般に、インバータ保護装置の動作の場合には、通常電動機の異常を伴っている場合が多く、システムの運転停止が避けられないため、本実施形態８においては、本発明によるインバータ、コンバータの協調制御により、インバータ停止とともにコンバータも同時に停止させるか、またはコンバータを先に停止させた後にインバータを停止させて保護を行う。
【００３２】
ここで、コンバータとインバータの停止順序について説明する。
前記特開平７−１１５７８８号公報や特開平８−３３３９２号公報、または特開平９−４７０８４号等にも示されている通り、正弦波電流入力形コンバータ（アクティブフィルタ）においては、昇圧チョッパ方式であるため、電動機（インバータ）の停止時または軽負荷時はコンバータを停止しておかないと、コンバータ出力側の直流電圧が上昇し続けて部品破損に至るため、コンバータは極力早く停止する必要がある。
これを実現するため、本発明においては図１、図１０に示す通り、インバータ保護装置３ｙとコンバータ制御装置２ｘとの信号取り合いおよびコンバータ保護装置２ｙとインバータ制御装置３ｘとの信号取り合い、あるいはコンバータ制御装置２ｘとインバータ制御装置３ｘとの間の信号取り合いによる協調保護を行う。これによって、コンバータのスイッチング素子２ｃの停止が速やかに行われ、部品への過電圧ストレスの機会が減少し、信頼性が向上する。
なお、コンバータ保護装置２ｙの動作によるコンバータ２、インバータ３、電動機５の各装置停止の機会減少に関しては、例えばコンバータ保護装置２ｙとインバータ保護装置３ｙとの動作確率が同じとすれば保護動作による運転停止の確率が半減する事になる。
【００３３】
実施形態９
本実施形態９においては、前記実施形態１から８に示した電動機の駆動装置を圧縮機と組み合わせて空調機、冷蔵庫等に使用する。これによって空調機であれば故障停止による冷房不能等で使用者に不便を掛けたり、サービスを低下させる事が防げ、冷蔵庫であれば故障停止によって保存食品を不良にして使用者に迷惑を掛ける事が少なくなる。また、装置使用部品への過電圧ストレス等が防止でき、装置の信頼性も向上する。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、交流電源を入力して可変電圧の直流電圧を出力するコンバータと、該コンバータの入力電流及び出力電圧を制御するコンバータ制御装置と、前記コンバータの出力を平滑コンデンサを介して入力し、可変電圧、可変周波数の交流電圧を出力するインバータと、該インバータの交流出力が供給される電動機と、該電動機の運転状態を制御するインバータ制御装置とを備えた電動機の駆動装置において、前記コンバータの運転状態を監視して必要に応じたコンバータ保護を指示するコンバータ保護装置と、前記インバータの運転状態を監視して必要に応じたインバータ保護を指示するインバータ保護装置とを設け、前記コンバータ保護装置はコンバータ保護を指示する場合に、前記コンバータ制御装置によるコンバータの運転を継続させると共に、前記インバータ制御装置により前記電動機の運転状態を変更させることによって前記電動機の運転も継続させるようにしたので、コンバータを保護した上、正常運転を継続でき、コンバータの出力電圧の低下もなく、電動機に対する運転上の制約がない。さらに、コンバータの異常による本来のコンバータの保護装置の動作はもちろん、想定外の過度的な外乱、ノイズといった原因の動作においてもコンバータ、インバータ、電動機の各装置の停止にいたることがなく、自動的に運転を継続することができる。
以上のことから本電動機の駆動装置を用いた各種装置の故障停止の機会が減少し、使用者に対するサービスの向上が図れる。
【００３５】
また、本発明によれば、交流電源を入力して可変電圧の直流電圧を出力するコンバータと、該コンバータの入力電流の波形及び位相を入力電圧と一致させるように、かつ出力電圧の値を制御するコンバータ制御装置と、前記コンバータの出力を平滑コンデンサを介して入力し、可変電圧、可変周波数の交流電圧を出力するインバータと、該インバータの交流出力が供給される電動機と、該電動機の運転状態を制御するインバータ制御装置とを備えた電動機の駆動装置において、前記コンバータの運転状態を監視して必要に応じたコンバータ保護を指示するコンバータ保護装置と、前記インバータの運転状態を監視して必要に応じたインバータ保護を指示するインバータ保護装置とを設け、前記コンバータ保護装置はコンバータ保護を指示する場合に、前記コンバータ制御装置によるコンバータの運転を継続させると共に、前記インバータ制御装置により前記電動機の運転状態を変更させることによって前記電動機の運転も継続させるようにしたので、コンバータを保護した上、正常運転を継続でき、コンバータの出力電圧の低下もなく、電動機に対する運転上の制約がない。また、力率１での正弦波入力電流運転が行える。さらに、コンバータの異常による本来のコンバータの保護装置の動作はもちろん、想定外の過度的な外乱、ノイズといった原因の動作においてもコンバータ、インバータ、電動機の各装置の停止にいたることがなく、自動的に運転を継続することができる。
以上のことから本電動機の駆動装置を用いた各種装置の故障停止の機会が減少し、使用者に対するサービスの向上が図れる。
【００３６】
また、本発明によれば、前記コンバータ保護装置は、コンバータ保護を要する原因がコンバータの入力過電流の場合、前記インバータの交流出力が供給される電動機の負荷量を低下させる指示を前記インバータ制御装置に行うことによりコンバータの入力電流を低減させてコンバータを保護するようにしたので、従来のように装置を停止させることなく電動機の運転を継続することができ、装置の稼働率が向上する。
【００３７】
また、本発明によれば、前記コンバータ保護装置は、コンバータ保護を要する原因がコンバータの直流出力過電圧の場合、前記インバータの交流出力が供給される電動機の負荷量を増大させる指示を前記インバータ制御装置に行うことによりコンバータの直流出力電圧を低下させてコンバータを保護するようにしたので、コンバータの保護を行いながら電動機の運転を継続することができ、装置の使用者に対するサービスが改善される。
【００３８】
また、本発明によれば、前記インバータ制御装置は、前記インバータの出力周波数を高くすることで前記電動機の負荷量を増大させ、また前記インバータの出力周波数を低くすることで前記電動機の負荷量を減少させるようにしたので、インバータ制御装置内の出力周波数制御手段を用いて容易に電動機の負荷量を増減させることができる。
【００３９】
また、本発明によれば、前記インバータ制御装置は、前記インバータの出力電圧を高くすることで前記電動機の負荷量を増大させ、また前記インバータの出力電圧を低くすることで前記電動機の負荷量を減少させるようにしたので、インバータ制御装置内の出力電圧制御手段を用いて容易に電動機の負荷量を増減させることができる。
【００４０】
また、本発明によれば、前記インバータ制御装置は、前記インバータの通電位相幅を広げることで前記電動機の負荷量を増大させ、また前記インバータの通電位相幅を狭くすることで前記電動機の負荷量を減少させるようにしたので、インバータ制御装置内のパルス幅変調制御手段を用いて容易に電動機の負荷量を増減させることができる。
【００４１】
また、本発明によれば、前記インバータ制御装置は、前記インバータの通電位相角を進ませるもしくは遅らせることで前記電動機の負荷量を増減させるようにしたので、インバータ制御装置内のパルス幅変調制御手段を用いて容易に電動機の負荷量を増減させるようにしたので、インバータ制御装置内のパルス幅変調制御手段を用いて容易に電動機の負荷量を増減させることができる。
【００４２】
また、本発明によれば、前記インバータ保護装置は、インバータ保護を指示する場合に、前記インバータの停止と共に前記コンバータの停止を指示するか、または前記コンバータの停止を先に指示した後に前記インバータの停止を指示するようにしたので、コンバータ運転をしたままインバータを停止することがなく、コンバータの出力側での直流電圧の上昇を防止できる。従って、このコンバータ出力の過電圧がスイッチング素子や平滑コンデンサ等へ印加されることがなく、部品に対する過電圧によるストレス印加が防止され、装置の信頼性が向上すると共に、過電圧による２次破壊を防止でき、部品破損による部品交換の必要や、故障発生から復旧までの運転停止に伴うサービス低下をなくすことができる。
また、コンバータ保護装置とインバータ保護装置との動作確率をほぼ同じとすれば、保護動作による運転停止の確率を半減することができる。
また、本発明によれば、前記電動機の駆動装置を圧縮機に用いるようにしたので、例えば空調機や冷蔵庫にこの圧縮機を使用した場合に、空調機の故障停止による冷房あるいは暖房の停止により使用者に不便をかけたり、冷蔵庫の故障停止による食品保存機能喪失により保存食品を不良にする等の事故の発生確率を減少することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動機の駆動装置の構成図である。
【図２】図１のコンバータの出力特性と保護設定値の考え方の説明図である。
【図３】本発明の実施形態１に係るコンバータ保護装置動作時の保護動作ブロック図である。
【図４】本発明の実施形態２に係るコンバータ保護装置が入力過電流で動作した時の保護動作ブロック図である。
【図５】本発明の実施形態３に係るコンバータ保護装置が出力過電圧で動作した時の保護動作ブロック図である。
【図６】本発明の実施形態４に係るインバータ出力周波数を変更する事で電動機負荷を変更する電動機負荷変更手段を説明するブロック図である。
【図７】本発明の実施形態５に係るインバータ出力電圧を変更する事で電動機負荷を変更する電動機負荷変更手段を説明するブロック図である。
【図８】本発明の実施形態６に係るインバータ通電位相幅（角）を変更する事で電動機負荷を変更する電動機負荷変更手段を説明するブロック図である。
【図９】本発明の実施形態７に係るインバータ通電位相角を変更する事で電動機負荷を変更する電動機負荷変更手段を説明するブロック図である。
【図１０】本発明の実施形態８に係るインバータ保護装置が動作した場合の保護動作ブロック図である。
【図１１】従来の電動機の駆動装置の構成図である。
【図１２】従来のコンバータ保護装置、インバータ保護装置動作時の保護動作ブロック図である。
【符号の説明】
１ 交流電源、２ コンバータ、２ａ 整流器、２ｂ リアクトル、２ｃ スイッチング素子、２ｄ ダイオード、２ｅ コンバータ電流検出用抵抗、２ｘ コンバータ制御装置、２ｙ コンバータ保護装置、３ インバータ、３ａ スイッチング素子、３ｂ インバータ電流検出用抵抗、３ｘ インバータ制御装置、３ｙ インバータ保護装置、４ 平滑用コンデンサ、５ 電動機、６ 保護開閉器。
Claims (10)
- 交流電源を入力して可変電圧の直流電圧を出力するコンバータと、該コンバータの入力電流及び出力電圧を制御するコンバータ制御装置と、前記コンバータの出力を平滑コンデンサを介して入力し、可変電圧、可変周波数の交流電圧を出力するインバータと、該インバータの交流出力が供給される電動機と、該電動機の運転状態を制御するインバータ制御装置とを備えた電動機の駆動装置において、
前記コンバータの運転状態を監視して必要に応じたコンバータ保護を指示するコンバータ保護装置と、前記インバータの運転状態を監視して必要に応じたインバータ保護を指示するインバータ保護装置とを設け、前記コンバータ保護装置はコンバータ保護を指示する場合に、前記コンバータ制御装置によるコンバータの運転を継続させると共に、前記インバータ制御装置により前記電動機の運転状態を変更させることによって前記電動機の運転も継続させることを特徴とする電動機の駆動装置。 - 交流電源を入力して可変電圧の直流電圧を出力するコンバータと、該コンバータの入力電流の波形及び位相を入力電圧と一致させるように、かつ出力電圧の値を制御するコンバータ制御装置と、前記コンバータの出力を平滑コンデンサを介して入力し、可変電圧、可変周波数の交流電圧を出力するインバータと、該インバータの交流出力が供給される電動機と、該電動機の運転状態を制御するインバータ制御装置とを備えた電動機の駆動装置において、
前記コンバータの運転状態を監視して必要に応じたコンバータ保護を指示するコンバータ保護装置と、前記インバータの運転状態を監視して必要に応じたインバータ保護を指示するインバータ保護装置とを設け、前記コンバータ保護装置はコンバータ保護を指示する場合に、前記コンバータ制御装置によるコンバータの運転を継続させると共に、前記インバータ制御装置により前記電動機の運転状態を変更させることによって前記電動機の運転も継続させることを特徴とする電動機の駆動装置。 - 前記コンバータ保護装置は、コンバータ保護を要する原因がコンバータの入力過電流の場合、前記インバータの交流出力が供給される電動機の負荷量を低下させる指示を前記インバータ制御装置に行うことによりコンバータの入力電流を低減させてコンバータを保護することを特徴とする請求項１もしくは２のいずれかに記載の電動機の駆動装置。
- 前記コンバータ保護装置は、コンバータ保護を要する原因がコンバータの直流出力過電圧の場合、前記インバータの交流出力が供給される電動機の負荷量を増大させる指示を前記インバータ制御装置に行うことによりコンバータの直流出力電圧を低下させてコンバータを保護することを特徴とする請求項１もしくは２のいずれかに記載の電動機の駆動装置。
- 前記インバータ制御装置は、前記インバータの出力周波数を高くすることで前記電動機の負荷量を増大させ、また前記インバータの出力周波数を低くすることで前記電動機の負荷量を減少させることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電動機の駆動装置。
- 前記インバータ制御装置は、前記インバータの出力電圧を高くすることで前記電動機の負荷量を増大させ、また前記インバータの出力電圧を低くすることで前記電動機の負荷量を減少させることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電動機の駆動装置。
- 前記インバータ制御装置は、前記インバータの通電位相幅を広げることで前記電動機の負荷量を増大させ、また前記インバータの通電位相幅を狭くすることで前記電動機の負荷量を減少させることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電動機の駆動装置。
- 前記インバータ制御装置は、前記インバータの通電位相角を進ませるもしくは遅らせることで前記電動機の負荷量を増減させることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電動機の駆動装置。
- 前記インバータ保護装置は、インバータ保護を指示する場合に、前記インバータの停止と共に前記コンバータの停止を指示するか、または前記コンバータの停止を先に指示した後に前記インバータの停止を指示することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の電動機の駆動装置。
- 請求項１〜９に記載のいずれかに記載の電動機の駆動装置を用いたことを特徴とする圧縮機。
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