JP3951759B2 - Inverter device and control method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ装置及びその制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
インバータ装置は、印加されたDCリンク電圧を交流電圧に変換する装置であり、特に誘導電動機の駆動用として利用される。かかるインバータ装置は、パルス幅制御等を行うことにより、印加されたDCリンク電圧を交流電圧に変換する。その出力電圧は、印加されたDCリンク電圧の電圧値、パルス幅制御におけるオンデューティ等によって決定される。
【0003】
また、インバータ装置には、誘導電動機の定格に応じた出力容量のものが使用される。このインバータ装置の出力容量は、出力電圧と出力電流とによって決定され、インバータ装置に使用する素子の定格も、この出力容量によって決定される。尚、特に誘導電動機駆動用としてのVVVF(可変電圧可変周波数出力)インバータでは、それ以上の出力容量で動作させることも可能なものもある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、インバータ装置の出力電圧が高い場合に、定格値の電流を出力すると、インバータ装置の出力容量は増えてしまう。インバータ装置の出力容量が大きくなると、インバータ装置に内蔵された素子には、その出力容量に応じたものを使用する必要があり、このため、その素子には、定格が1ランク上のものを使用しなければならなくなる。また、ファンにも放熱効果が大きいものが必要となり、インバータ装置が大型化し、コストもアップする。
【0005】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、大型化、コストアップを防止することが可能になるようなインバータ装置及びその制御方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明の第1の観点に係るインバータ装置は、
直流電源と負荷との間に設けられ、前記負荷への出力電流の定格電流を、前記直流電源から供給された直流電圧の電圧値に応じて設定するインバータ装置であって、
制御信号に基づいて前記直流電圧を交流電圧に変換して前記負荷に供給する電圧変換部と、
前記制御信号を生成して前記電圧変換部に供給する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記直流電圧の電圧値が第1の閾値以下の場合、前記電圧変換部の連続運転を可能にするために、前記電圧変換部の出力容量を予め設定された最大出力容量以下に保てる第1の電流値を定格電流に設定し、
前記直流電圧の電圧値が前記第1の閾値を超え且つ第2の閾値以下の場合、前記電圧変換部の連続運転を可能にするために、前記電圧変換部の出力容量を前記最大出力容量以下の一定値に保つ制御を行うことで得られる電流値を定格電流に設定し、
前記直流電圧の電圧値が前記第2の閾値を超える場合、前記電圧変換部の短時間運転を可能にするために、短時間運転用として、前記第1の電流値よりも低い第2の電流値を定格電流に設定し、
前記電圧変換部の出力電流が前記各定格電流以下になるような前記制御信号を生成して前記電圧変換部に供給することを特徴とする。
【0012】
本発明の第2の観点に係るインバータ装置の制御方法は、
直流電源と負荷との間に設けられ、前記負荷への出力電流の定格電流を、前記直流電源から供給された直流電圧の電圧値に応じて設定するインバータ装置の制御方法であって、
前記インバータ装置は、制御信号に基づいて前記直流電圧を交流電圧に変換して前記負荷に供給する電圧変換部を備え、
前記直流電圧の電圧値が第1の閾値以下の場合、前記電圧変換部の連続運転を可能にするために、前記電圧変換部の出力容量を予め設定された最大出力容量以下に保てる第1の電流値を定格電流に設定し、
前記直流電圧の電圧値が前記第1の閾値を超え且つ第2の閾値以下の場合、前記電圧変換部の連続運転を可能にするために、前記電圧変換部の出力容量を前記最大出力容量以下の一定値に保つ制御を行うことで得られる電流値を定格電流に設定し、
前記直流電圧の電圧値が前記第2の閾値を超える場合、前記電圧変換部の短時間運転を可能にするために、短時間運転用として、前記第1の電流値よりも低い第2の電流値を定格電流に設定するステップと、
前記電圧変換部の出力電流が前記各定格電流以下になるような前記制御信号を生成して前記電圧変換部に供給するステップと、
を含むことを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係るインバータ装置を図面を参照して説明する。
本実施の形態に係るインバータ装置の構成を図1に示す。
本実施の形態に係るインバータ装置は、出力電圧が方形波となる電圧形インバータであって、直流平滑コンデンサ11と、電圧変換部12と、U相電流検出器13と、V相電流検出器14と、回転子位置検出器15と、DCリンク電圧検出器16と、制御部17と、を備えて構成されている。
【0014】
直流平滑コンデンサ11は、直流電源18の直流電圧を平滑化するためのものである。
【0015】
電圧変換部12は、直流平滑コンデンサ11が平滑化したDCリンク電圧を、制御部17から供給された電圧指令値に基づいて交流電圧に変換するものであり、トランジスタQ1〜Q6と、ダイオードD1〜D6と、を備えている。尚、このトランジスタQ1〜Q6には、IGBT(Injection Enhanced Gate Transistor)等が用いられる。
【0016】
トランジスタQ1〜Q6は、制御部17から供給されたパルス信号に基づいてスイッチングするスイッチング素子であり、トランジスタQ1、Q3,Q5のコレクタは、直流平滑コンデンサ11の正極に接続されている。トランジスタQ2,Q4,Q6のコレクタは、それぞれトランジスタQ1,Q3,Q5のエミッタに接続され、エミッタは、それぞれ、直流平滑コンデンサ11の負極に接続される。
【0017】
トランジスタQ1のエミッタとトランジスタQ2のコレクタとの接続点には、誘導電動機19のU相巻線が接続され、トランジスタQ3のエミッタとトランジスタQ4のコレクタとの接続点には、V相巻線が接続され、トランジスタQ5のエミッタとトランジスタQ6のコレクタとの接続点には、W相巻線が接続される。
【0018】
ダイオードD1〜D6は、トランジスタQ1〜Q6のターンオフした場合に出力電流を転流させるためのダイオードである。ダイオードD1〜D6のカソードは、ぞれぞれ、トランジスタQ1〜Q6のコレクタに接続され、アノードは、それぞれ、トランジスタQ1〜Q6のエミッタに接続されている。
電圧変換部12は、変換した交流電圧を3相の誘導電動機(図中、「IM」と記す。)19に印加する。
【0019】
U相電流検出器13、V相電流検出器14は、それぞれ誘導電動機19のU相、W相の一次巻線(固定子巻線)に供給される電流の電流値Iu、Iwをそれぞれ検出する。
【0020】
回転子位置検出器15は、誘導電動機19の固定子の巻線軸(例えば、U相の巻線軸を基準軸とする。)に対する回転子軸の回転角を検出する。
【0021】
DCリンク電圧検出器16は、直流平滑コンデンサ11が平滑化した直流電圧の電圧値Vdcを検出するものである。
【0022】
制御部17は、U相電流検出器13、V相電流検出器14から、それぞれ電流値Iu,Ivを取得し、取得した電流値Iu,Ivに基づいて電圧変換部12を制御する。尚、本実施の形態では、制御方法としてベクトル制御を用いるものとする。
【0023】
ベクトル制御を行う場合、制御部17は、三相の電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*を演算する。VVVFインバータの場合、制御部17は、電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*に基づいて周波数を設定し、この周波数に基づくパルス信号を生成する。そして、制御部17は、このパルス信号を電圧変換部12に出力する。
【0024】
また、制御部17は、インバータ装置の出力電力が最大出力容量(最大出力電力)を超えないような制御を行う。前述のように、インバータ装置の出力容量は、出力電圧と出力電流とに基づいて求められる。出力電圧の検出は困難であるため、制御部17は、DCリンク電圧の電圧値Vdcに基づいて、インバータ装置の出力電力が最大出力容量(最大出力電力)を超えないように、連続運転が可能な範囲において出力容量が一定となるような制御を行う。
【0025】
このような制御を行うため、DCリンク電圧Vdcの電圧値に閾値Vdc1,Vdc2が設定される。閾値Vdc1は、インバータ装置の最大出力容量に対応する閾値であって、容量一定制御に切り換えるための閾値であり、閾値Vdc2は、連続運転が可能な範囲を示す閾値である。制御部17は、メモリを備え、このメモリに閾値Vdc1、Vdc2を予め記憶する。
【0026】
次に本実施の形態に係るインバータ装置の動作を説明する。
直流平滑コンデンサ11は、直流電源18の直流電圧を平滑化する。電圧変換部12のトランジスタQ1〜Q6には、直流平滑コンデンサ11によって平滑化されたDCリンク電圧が印加される。DCリンク電圧検出器16は、このDCリンク電圧の電圧値Vdcを検出する。
【0027】
トランジスタQ1〜Q6がオン、オフすることによって、交流電圧が生成され、誘導電動機19のU,V,W相の各巻線に電流が流れる。U相電流検出器13、V相電流検出器14は、それぞれ、誘導電動機19のU,V相の各巻線に流れる電流の電流値Iu,Ivを検出する。
【0028】
ベクトル制御を行う場合、制御部17は、電流値Iu,Ivを、それぞれ、U相電流検出器13、V相電流検出器14から取得し、回転子位置を回転子位置検出器15から取得する。尚、W相の電流の電流値Iwは、三相平衡という条件に基づいて電流値Iuと電流値Ivとから算出される。
【0029】
制御部17は、回転子位置を用いて、固定子軸を観測座標とする静止座標系の電流値Iu,Iv,Iwの座標変換を行い、回転子軸を観測座標とする回転座標系の励磁電流値Idとトルク電流値Iqとを求める。
【0030】
また、励磁電流の電流指令値Id*とトルク電流の電流指令値Iq*とが設定されると、制御部17は、励磁電流の電流指令値Id*と励磁電流値Idとの偏差edと、トルク電流の電流指令値Iq*とトルク電流値Iqとの偏差eqと、を求める。
【0031】
制御部17は、偏差ed、eqを求めると、求めた偏差ed、eqのPI(比例積分)演算等を行い、それぞれ偏差ed、eqが零となるような電圧指令値Vd*、Vq*を求める。
【0032】
そして、制御部17は、回転子位置に基づいて、電圧指令値Vd*、Vq*の静止座標系への座標変換を行い、三相電圧指令値Vu*,Vv*,Vwu*を求める。
PWM(Pulse Width Modulation)制御を行う場合、制御部17は、求めた各電圧指令値Vu*,Vv*,Vwu*に基づいてパルス信号を生成し、このパルス信号を電圧変換部12のトランジスタQ1〜Q6のベースに出力する。
【0033】
トランジスタQ1〜Q6は、制御部17から供給されたパルス信号に基づいてオン、オフする。
トランジスタQ1、Q6がオン、トランジスタQ2〜Q5がオフすると、直流平滑コンデンサ11の正極からトランジスタQ1、誘導電動機19のU相巻線、W相巻線、トランジスタQ6を経由して直流平滑コンデンサ11の負極へと電流が流れる。
【0034】
また、トランジスタQ3、Q6がオン、トランジスタQ1,Q2,Q4,Q5がオフすると、直流平滑コンデンサ11の正極からトランジスタQ3、誘導電動機19のV相巻線、W相巻線、トランジスタQ6を経由して直流平滑コンデンサ11の負極へと電流が流れる。このようにして交流電圧が生成され、誘導電動機19のU,V,W相の各巻線には、交流電流が流れる。
【0035】
また、制御部17は、インバータ装置の出力容量が最大出力容量を超えないように、DCリンク電圧検出器16が検出したDCリンク電圧Vdcの電圧値に基づいて定格電流Irの電流値を設定する。ここで、定格電流とは、インバータ装置の出力電流の設計上の限度をいう。
【0036】
この制御部17の動作を図2のフローチャートに示す。
制御部17は、メモリから閾値Vdc1とVdc2とを取り出す(ステップS11)。
制御部17は、U相電流検出器13から取得した電流値Iuに基づいて、メモリから取り出した閾値Vdc1とVdc2との電圧ドロップ補償を行う(ステップS12)。この電圧ドロップ補償は、IGBT等のスイッチング素子によるドロップ電圧を補償するためのものである。
制御部17は、まず、ドロップ電圧Vdropを、以下の式(1)に基づいて演算する。
【0037】
【数1】
Vdrop=kd×Iout+b・・・(1)
式(1)において、kdは、IGBT等のスイッチング素子の損失に起因する装置電圧降下係数であり、図3に示すような、スイッチング素子の電流と電圧との関係から求められる。Ioutは、電圧変換部12から出力される出力電流の値であり、U相電流検出器13、V相電流検出器14が検出した電流値に基づいて求められる。bはバイアスである。
【0038】
また、制御部17は、求めたドロップ電圧Vdropに基づいて閾値Vdc1,Vdc2の電圧ドロップ補償を行い、次の式(2)、(3)に基づいて、それぞれ、閾値Vdc11,Vdc12を求める。
【数2】
Vdc11=Vdc1+Vdrop・・・(2)
【数3】
Vdc12=Vdc2+Vdrop・・・(3)
【0039】
次に、制御部17は、DCリンク電圧検出器16からDCリンク電圧Vdcの電圧値を取得する(ステップS13)。
制御部17は、電圧ドロップ補償を行った閾値Vdc11,Vdc12と、DCリンク電圧検出器16から取得した電圧値Vdcと、を比較する(ステップS14)。
【0040】
制御部17は、電圧値Vdcが閾値Vdc11を超えているか否かを判定する(ステップS15)。
【0041】
電圧値Vdcが閾値Vdc11を超えていなければ(Vdc≦Vdc11)、誘導電動機19に定格電流が流れてもインバータ装置の最大出力容量を超えることはない。従って、制御部17は、電圧値Vdcが閾値Vdc11を超えていないと判定した場合(ステップS15においてNo)、定格電流Irを一定値Irefに設定する(ステップS16)。
【0042】
電圧値Vdcが閾値Vdc11を超えていると判定した場合(ステップS15においてYes)、制御部17は、電圧値Vdcが閾値Vdc12以下であるか否かを判定する(ステップS17)。
【0043】
電圧値Vdcが閾値Vdc12以下の場合(Vdc11<Vdc≦Vdc12)、インバータ装置の連続運転は可能ではあっても、インバータ装置に、電流値Irefの電流が流れると最大出力容量を超えてしまう。従って、制御部17は、電圧値Vdcが閾値Vdc12以下であると判定した場合(ステップS17においてYes)、電圧値Vdcに基づいて、インバータ装置の出力容量が一定値となるように、定格電流Irを、電流値Irefから低減する(ステップS18)。
【0044】
この定格電流Irを求めるため、制御部17は、まず、電流値Irefから低減する電流値Iaを次の式(4)に基づいて求める。
【数4】
Ia=Iref×(Pout/(Vdc11×k))・・・(4)
式(4)において、Poutは、最大出力容量を示し、kは出力容量に応じて設定される容量係数を示す(0≦k≦1)。尚、3相の場合、各相の電力に、3の平方根を乗算した値が最大出力容量Poutとなる。
【0045】
そして、制御部17は、次の式(5)に基づいて出力容量が一定となるような定格電流Irを求める。
【数5】
Ir=Iref−Ia・・・(5)
【0046】
次に、電圧値Vdcが閾値Vdc12を超えている場合(Vdc12<Vdc)、定格電流Irの電流値を低減させたとしてもインバータ装置の連続運転を行うとインバータ装置の出力電力は、最大出力容量を超えてしまう。従って、制御部17は、電圧値Vdcが閾値Vdc12を超えていると判定した場合(ステップS17においてNo)、定格電流Irを不連続運転用の一定値Idecに設定する。(ステップS19)。
【0047】
ベクトル制御を行う場合、制御部17は、ステップS16,18,19において設定した定格電流Irを超えないように、励磁電流の電流指令値Id*とトルク電流の電流指令値Iq*とを設定する。
制御部17は、このような制御を行うことにより、インバータ装置は、図4に示すような特性を有することになる。
【0048】
Vdc≦Vdc11の場合(図中、▲1▼と記す。)、定格電流Irは電流値Irefに設定される。誘導電動機19に電流値Irefの電流が流れてもインバータ装置の出力容量は、最大出力容量を超えることはない。
【0049】
Vdc11<Vdc≦Vdc12の場合(図中、▲2▼と記す。)、定格電流Irは、電圧値Vdcに応じ、式(5)に従って低減され、インバータ装置の出力容量は最大出力容量を超えないようになる。
【0050】
Vdc12<Vdcの場合(図中、▲3▼と記す。)、定格電流Irが電流値Idecとなるので、連続運転を行うことはできず、インバータ装置は不連続で運転される。
【0051】
尚、電圧値Vdcが電圧限界値Vsvまであれば、インバータ装置を短時間で運転することができ、不連続運転であっても、インバータ装置の運転可能な範囲は、最大電圧値Vovまでである。
【0052】
以上説明したように、本実施の形態によれば、制御部17は、DCリンク電圧Vdcに基づいてインバータ装置の出力電力が最大出力容量を超えないように定格電流を設定し、電圧変換部12を制御するようにした。
【0053】
従って、電圧値Vdcが定格電圧よりも高くなるような条件であっても、トランジスタQ1〜Q6等のスイッチング素子には、インバータ装置の出力容量以下のものを使用して、しかもインバータ装置を保護しつつ従来と同じ特性を得ることができる。また、その放熱器、ファン等もインバータ装置の出力容量以上の大型のものを使用せずに済み、装置の大型化、コストアップを防止することができる。また、装置の熱損失、温度上昇を低減でき、信頼性を高めることができる。
【0054】
また、既存のソフトウェアを変更するだけなので、ハードウェアの変更を伴わずに、このような制御を実施することができる。
【0055】
尚、本発明を実施するにあたっては、種々の形態が考えられ、上記実施の形態に限られるものではない。
例えば、インバータ装置は、電圧形インバータに限られるものではなく、出力電流が方形波となる電流形インバータにも適用できる。
【0056】
本実施の形態では、電流値Vdcに基づいて容量が一定となるような制御を行うようにした、しかし、出力電圧の検出が可能であれば、この出力電圧に基づいて容量一定制御を行うことができる。また、必ずしも容量を一定にする必要はなく、最大出力容量を超えないように制御すればよい。
【0057】
また、電圧変換部12のトランジスタQ1〜Q6には、電力容量に応じてトランジスタ、FET(電界効果トランジスタ)、サイリスタ等を使用することができる。
【0058】
また、誘導電動機19は3相のものだけでなく、2相のものであってもよいし、あるいは3相を超える多相のものであってもよい。さらに誘導電動機ではなく、動機電動機を用いることもできる。
また、誘導電動機の速度制御は、ベクトル制御に限られるものではなく、1次周波数制御、電圧/周波数制御等を用いることもできる。
【0059】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、大型化、コストアップを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係るインバータ装置の構成を示すブロック図である。
【図2】図1の制御部の動作を示すフローチャートである。
【図3】演算に用いる係数の内容を示す説明図である。
【図4】図1のインバータ装置の動作を示す説明図である。
【符号の説明】
12 電圧変換部
13 U相電流検出器
14 V相電流検出器
16 DCリンク電圧検出器
17 制御部
19 誘導電動機[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an inverter device and a control method thereof.
[0002]
[Prior art]
The inverter device is a device that converts an applied DC link voltage into an AC voltage, and is particularly used for driving an induction motor. Such an inverter device converts the applied DC link voltage into an AC voltage by performing pulse width control or the like. The output voltage is determined by the voltage value of the applied DC link voltage, the on-duty in the pulse width control, and the like.
[0003]
Also, an inverter device having an output capacity corresponding to the rating of the induction motor is used. The output capacity of the inverter device is determined by the output voltage and the output current, and the rating of the element used for the inverter device is also determined by the output capacity. In particular, some VVVF (variable voltage variable frequency output) inverters for driving an induction motor can be operated with an output capacity larger than that.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, if the rated current is output when the output voltage of the inverter device is high, the output capacity of the inverter device increases. When the output capacity of the inverter device increases, it is necessary to use the element built in the inverter device according to the output capacity. For this reason, the element with a rating that is one rank higher is used. Will have to do. In addition, a fan having a large heat dissipation effect is required, which increases the size of the inverter device and increases the cost.
[0005]
The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to provide an inverter device and a control method thereof that can prevent an increase in size and cost.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, an inverter device according to the first aspect of the present invention provides:
An inverter device provided between a DC power source and a load, and setting a rated current of an output current to the load according to a voltage value of a DC voltage supplied from the DC power source,
A voltage converter that converts the DC voltage into an AC voltage based on a control signal and supplies the AC voltage to the load;
A control unit that generates the control signal and supplies the control signal to the voltage conversion unit,
The controller is
When the voltage value of the DC voltage is less than or equal to a first threshold value, the output capacity of the voltage conversion unit can be kept below a preset maximum output capacity to enable continuous operation of the voltage conversion unit. Set the current value to the rated current,
When the voltage value of the DC voltage exceeds the first threshold and is equal to or less than the second threshold, the output capacity of the voltage converter is less than or equal to the maximum output capacity to enable continuous operation of the voltage converter. Set the current value obtained by performing control to maintain a constant value of
When the voltage value of the DC voltage exceeds the second threshold value, a second current lower than the first current value is used for a short time operation in order to enable a short time operation of the voltage conversion unit. Set the value to the rated current,
The control signal is generated so that the output current of the voltage conversion unit is equal to or less than each of the rated currents, and is supplied to the voltage conversion unit .
[0012]
The control method of the inverter device according to the second aspect of the present invention is:
A control method for an inverter device, which is provided between a DC power supply and a load, and sets a rated current of an output current to the load according to a voltage value of a DC voltage supplied from the DC power supply,
The inverter device includes a voltage conversion unit that converts the DC voltage into an AC voltage based on a control signal and supplies the AC voltage to the load.
When the voltage value of the DC voltage is less than or equal to a first threshold value, the output capacity of the voltage conversion unit can be kept below a preset maximum output capacity to enable continuous operation of the voltage conversion unit. Set the current value to the rated current,
When the voltage value of the DC voltage exceeds the first threshold and is equal to or less than the second threshold, the output capacity of the voltage converter is less than or equal to the maximum output capacity to enable continuous operation of the voltage converter. Set the current value obtained by performing control to maintain a constant value of
When the voltage value of the DC voltage exceeds the second threshold value, a second current lower than the first current value is used for a short time operation in order to enable a short time operation of the voltage conversion unit. Setting the value to the rated current;
Generating the control signal such that an output current of the voltage converter is equal to or less than the rated current and supplying the control signal to the voltage converter;
It is characterized by including .
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an inverter device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows the configuration of the inverter device according to the present embodiment.
The inverter device according to the present embodiment is a voltage source inverter whose output voltage is a square wave, and includes a
[0014]
The
[0015]
The
[0016]
The transistors Q <b> 1 to Q <b> 6 are switching elements that switch based on the pulse signal supplied from the control unit 17, and the collectors of the transistors Q <b> 1, Q <b> 3, and Q <b> 5 are connected to the positive electrode of the
[0017]
A U-phase winding of the
[0018]
The diodes D1 to D6 are diodes for commutating the output current when the transistors Q1 to Q6 are turned off. The cathodes of the diodes D1 to D6 are connected to the collectors of the transistors Q1 to Q6, respectively, and the anodes are connected to the emitters of the transistors Q1 to Q6, respectively.
The
[0019]
The U-phase
[0020]
The
[0021]
The DC
[0022]
The control unit 17 acquires current values Iu and Iv from the U-phase
[0023]
When performing vector control, the control unit 17 calculates three-phase voltage command values Vu *, Vv *, and Vw *. In the case of the VVVF inverter, the control unit 17 sets a frequency based on the voltage command values Vu *, Vv *, Vw *, and generates a pulse signal based on this frequency. Then, the control unit 17 outputs this pulse signal to the
[0024]
Further, the control unit 17 performs control so that the output power of the inverter device does not exceed the maximum output capacity (maximum output power). As described above, the output capacity of the inverter device is obtained based on the output voltage and the output current. Since it is difficult to detect the output voltage, the control unit 17 can continuously operate so that the output power of the inverter device does not exceed the maximum output capacity (maximum output power) based on the voltage value Vdc of the DC link voltage. Control is performed so that the output capacity is constant over a wide range.
[0025]
In order to perform such control, threshold values Vdc1 and Vdc2 are set to the voltage value of the DC link voltage Vdc. The threshold value Vdc1 is a threshold value corresponding to the maximum output capacity of the inverter device, and is a threshold value for switching to constant capacity control. The threshold value Vdc2 is a threshold value indicating a range in which continuous operation is possible. The control unit 17 includes a memory and stores threshold values Vdc1 and Vdc2 in this memory in advance.
[0026]
Next, the operation of the inverter device according to the present embodiment will be described.
The
[0027]
When the transistors Q1 to Q6 are turned on and off, an alternating voltage is generated, and a current flows through each of the U, V, and W phase windings of the
[0028]
When performing vector control, the control unit 17 acquires the current values Iu and Iv from the U-phase
[0029]
The controller 17 uses the rotor position to perform coordinate conversion of the current values Iu, Iv, and Iw of the stationary coordinate system with the stator axis as the observation coordinate, and excites the rotary coordinate system with the rotor axis as the observation coordinate. A current value Id and a torque current value Iq are obtained.
[0030]
When the current command value Id * of the excitation current and the current command value Iq * of the torque current are set, the control unit 17 determines the deviation ed between the current command value Id * of the excitation current and the excitation current value Id, A deviation eq between the torque command value Iq * and the torque current value Iq is obtained.
[0031]
When determining the deviations ed and eq, the control unit 17 performs a PI (proportional integration) operation or the like of the obtained deviations ed and eq, and outputs voltage command values Vd * and Vq * such that the deviations ed and eq become zero, respectively. Ask.
[0032]
Then, the control unit 17 performs coordinate conversion of the voltage command values Vd * and Vq * into the stationary coordinate system based on the rotor position, and obtains three-phase voltage command values Vu *, Vv *, and Vwu *.
When performing PWM (Pulse Width Modulation) control, the control unit 17 generates a pulse signal based on the obtained voltage command values Vu *, Vv *, and Vwu *, and the pulse signal is converted into the transistor Q1 of the
[0033]
The transistors Q1 to Q6 are turned on and off based on the pulse signal supplied from the control unit 17.
When the transistors Q1 and Q6 are turned on and the transistors Q2 to Q5 are turned off, the
[0034]
When the transistors Q3, Q6 are turned on and the transistors Q1, Q2, Q4, Q5 are turned off, the positive electrode of the
[0035]
Further, the control unit 17 sets the current value of the rated current Ir based on the voltage value of the DC link voltage Vdc detected by the DC
[0036]
The operation of the controller 17 is shown in the flowchart of FIG.
The control unit 17 takes out the threshold values Vdc1 and Vdc2 from the memory (step S11).
Based on the current value Iu acquired from the U-phase
The controller 17 first calculates the drop voltage Vdrop based on the following equation (1).
[0037]
[Expression 1]
Vdrop = kd × Iout + b (1)
In equation (1), kd is a device voltage drop coefficient resulting from the loss of a switching element such as an IGBT, and is obtained from the relationship between the current and voltage of the switching element as shown in FIG. Iout is the value of the output current output from the
[0038]
Further, the control unit 17 performs voltage drop compensation of the threshold values Vdc1 and Vdc2 based on the obtained drop voltage Vdrop, and obtains the threshold values Vdc11 and Vdc12 based on the following equations (2) and (3), respectively.
[Expression 2]
Vdc11 = Vdc1 + Vdrop (2)
[Equation 3]
Vdc12 = Vdc2 + Vdrop (3)
[0039]
Next, the control unit 17 acquires the voltage value of the DC link voltage Vdc from the DC link voltage detector 16 (step S13).
The control unit 17 compares the threshold values Vdc11 and Vdc12 for which voltage drop compensation has been performed with the voltage value Vdc acquired from the DC link voltage detector 16 (step S14).
[0040]
The controller 17 determines whether or not the voltage value Vdc exceeds the threshold value Vdc11 (step S15).
[0041]
If the voltage value Vdc does not exceed the threshold value Vdc11 (Vdc ≦ Vdc11), the maximum output capacity of the inverter device will not be exceeded even if the rated current flows through the
[0042]
When it is determined that the voltage value Vdc exceeds the threshold value Vdc11 (Yes in step S15), the control unit 17 determines whether or not the voltage value Vdc is equal to or less than the threshold value Vdc12 (step S17).
[0043]
When the voltage value Vdc is less than or equal to the threshold value Vdc12 (Vdc11 <Vdc ≦ Vdc12), even if the inverter device can be continuously operated, if the current of the current value Iref flows through the inverter device, the maximum output capacity is exceeded. Therefore, when the control unit 17 determines that the voltage value Vdc is equal to or less than the threshold value Vdc12 (Yes in step S17), the rated current Ir is set so that the output capacity of the inverter device becomes a constant value based on the voltage value Vdc. Is reduced from the current value Iref (step S18).
[0044]
In order to obtain the rated current Ir, the controller 17 first obtains a current value Ia that is reduced from the current value Iref based on the following equation (4).
[Expression 4]
Ia = Iref × (Pout / (Vdc11 × k)) (4)
In Expression (4), Pout represents the maximum output capacity, and k represents a capacity coefficient set according to the output capacity (0 ≦ k ≦ 1). In the case of three phases, the value obtained by multiplying the power of each phase by the square root of 3 is the maximum output capacity Pout.
[0045]
And the control part 17 calculates | requires rated current Ir from which output capacity becomes fixed based on following Formula (5).
[Equation 5]
Ir = Iref−Ia (5)
[0046]
Next, when the voltage value Vdc exceeds the threshold value Vdc12 (Vdc12 <Vdc), even if the current value of the rated current Ir is reduced, when the inverter device is continuously operated, the output power of the inverter device is the maximum output capacity. Will be exceeded. Therefore, when it is determined that the voltage value Vdc exceeds the threshold value Vdc12 (No in step S17), the control unit 17 sets the rated current Ir to a constant value Idec for discontinuous operation. (Step S19).
[0047]
When performing the vector control, the control unit 17 sets the current command value Id * of the excitation current and the current command value Iq * of the torque current so as not to exceed the rated current Ir set in Steps S16, 18, and 19. .
The control unit 17 performs such control, so that the inverter device has characteristics as shown in FIG.
[0048]
When Vdc ≦ Vdc11 (denoted by (1) in the figure), the rated current Ir is set to the current value Iref. Even if the current of the current value Iref flows through the
[0049]
In the case of Vdc11 <Vdc ≦ Vdc12 (denoted by (2) in the figure), the rated current Ir is reduced according to the equation (5) according to the voltage value Vdc, and the output capacity of the inverter device does not exceed the maximum output capacity. It becomes like this.
[0050]
In the case of Vdc12 <Vdc (denoted by (3) in the figure), the rated current Ir becomes the current value Idec, so continuous operation cannot be performed, and the inverter device is operated discontinuously.
[0051]
If the voltage value Vdc is up to the voltage limit value Vsv, the inverter device can be operated in a short time, and the range in which the inverter device can be operated is up to the maximum voltage value Vov even in discontinuous operation. .
[0052]
As described above, according to the present embodiment, the control unit 17 sets the rated current based on the DC link voltage Vdc so that the output power of the inverter device does not exceed the maximum output capacity, and the
[0053]
Therefore, even if the voltage value Vdc is higher than the rated voltage, the switching elements such as the transistors Q1 to Q6 should be less than the output capacity of the inverter device and protect the inverter device. However, the same characteristics as the conventional one can be obtained. Further, it is not necessary to use a heat sink, a fan, or the like that is larger than the output capacity of the inverter device, so that the device can be prevented from being increased in size and cost. Further, the heat loss and temperature rise of the apparatus can be reduced, and the reliability can be improved.
[0054]
In addition, since only existing software is changed, such control can be performed without changing hardware.
[0055]
In carrying out the present invention, various forms are conceivable and the present invention is not limited to the above embodiment.
For example, the inverter device is not limited to a voltage source inverter, and can also be applied to a current source inverter in which an output current is a square wave.
[0056]
In the present embodiment, control is performed such that the capacity is constant based on the current value Vdc. However, if the output voltage can be detected, the constant capacity control is performed based on the output voltage. Can do. Further, it is not always necessary to make the capacity constant, and it is only necessary to control so as not to exceed the maximum output capacity.
[0057]
Moreover, a transistor, FET (field effect transistor), a thyristor, etc. can be used for the transistors Q1-Q6 of the
[0058]
Further, the
Further, the speed control of the induction motor is not limited to vector control, and primary frequency control, voltage / frequency control, and the like can also be used.
[0059]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an increase in size and cost can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an inverter device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the control unit of FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the contents of coefficients used for calculation.
4 is an explanatory diagram showing an operation of the inverter device of FIG. 1; FIG.
[Explanation of symbols]
12 Voltage conversion unit 13 U phase current detector 14 V phase
Claims (2)
制御信号に基づいて前記直流電圧を交流電圧に変換して前記負荷に供給する電圧変換部と、
前記制御信号を生成して前記電圧変換部に供給する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記直流電圧の電圧値が第1の閾値以下の場合、前記電圧変換部の連続運転を可能にするために、前記電圧変換部の出力容量を予め設定された最大出力容量以下に保てる第1の電流値を定格電流に設定し、
前記直流電圧の電圧値が前記第1の閾値を超え且つ第2の閾値以下の場合、前記電圧変換部の連続運転を可能にするために、前記電圧変換部の出力容量を前記最大出力容量以下の一定値に保つ制御を行うことで得られる電流値を定格電流に設定し、
前記直流電圧の電圧値が前記第2の閾値を超える場合、前記電圧変換部の短時間運転を可能にするために、短時間運転用として、前記第1の電流値よりも低い第2の電流値を定格電流に設定し、
前記電圧変換部の出力電流が前記各定格電流以下になるような前記制御信号を生成して前記電圧変換部に供給することを特徴とするインバータ装置。 An inverter device provided between a DC power source and a load, and setting a rated current of an output current to the load according to a voltage value of a DC voltage supplied from the DC power source,
A voltage converter that converts the DC voltage into an AC voltage based on a control signal and supplies the AC voltage to the load;
A control unit that generates the control signal and supplies the control signal to the voltage conversion unit,
The controller is
When the voltage value of the DC voltage is less than or equal to a first threshold value, the output capacity of the voltage conversion unit can be kept below a preset maximum output capacity to enable continuous operation of the voltage conversion unit. Set the current value to the rated current,
When the voltage value of the DC voltage exceeds the first threshold and is equal to or less than the second threshold, the output capacity of the voltage converter is less than or equal to the maximum output capacity to enable continuous operation of the voltage converter. Set the current value obtained by performing control to maintain a constant value of
When the voltage value of the DC voltage exceeds the second threshold value, a second current lower than the first current value is used for a short time operation in order to enable a short time operation of the voltage conversion unit. Set the value to the rated current,
An inverter device, wherein the control signal is generated so that an output current of the voltage conversion unit is equal to or less than the rated currents and is supplied to the voltage conversion unit .
前記インバータ装置は、制御信号に基づいて前記直流電圧を交流電圧に変換して前記負荷に供給する電圧変換部を備え、
前記直流電圧の電圧値が第1の閾値以下の場合、前記電圧変換部の連続運転を可能にするために、前記電圧変換部の出力容量を予め設定された最大出力容量以下に保てる第1の電流値を定格電流に設定し、
前記直流電圧の電圧値が前記第1の閾値を超え且つ第2の閾値以下の場合、前記電圧変換部の連続運転を可能にするために、前記電圧変換部の出力容量を前記最大出力容量以下の一定値に保つ制御を行うことで得られる電流値を定格電流に設定し、
前記直流電圧の電圧値が前記第2の閾値を超える場合、前記電圧変換部の短時間運転を可能にするために、短時間運転用として、前記第1の電流値よりも低い第2の電流値を定格電流に設定するステップと、
前記電圧変換部の出力電流が前記各定格電流以下になるような前記制御信号を生成して前記電圧変換部に供給するステップと、
を含むことを特徴とするインバータ装置の制御方法。 A control method for an inverter device, which is provided between a DC power supply and a load, and sets a rated current of an output current to the load according to a voltage value of a DC voltage supplied from the DC power supply,
The inverter device includes a voltage conversion unit that converts the DC voltage into an AC voltage based on a control signal and supplies the AC voltage to the load.
When the voltage value of the DC voltage is less than or equal to a first threshold value, the output capacity of the voltage conversion unit can be kept below a preset maximum output capacity to enable continuous operation of the voltage conversion unit. Set the current value to the rated current,
When the voltage value of the DC voltage exceeds the first threshold and is equal to or less than the second threshold, the output capacity of the voltage converter is less than or equal to the maximum output capacity to enable continuous operation of the voltage converter. Set the current value obtained by performing control to maintain a constant value of
When the voltage value of the DC voltage exceeds the second threshold value, a second current lower than the first current value is used for a short time operation in order to enable a short time operation of the voltage conversion unit. Setting the value to the rated current;
Generating the control signal such that an output current of the voltage converter is equal to or less than the rated current and supplying the control signal to the voltage converter;
Control method for an inverter device which comprises a.
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