JP4441981B2 - インバータ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ回路によりモータを駆動するインバータ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、家庭用の電気洗濯機、または食器洗浄機はインバータ装置によりモータの回転数を制御して脱水性能、またはポンプ性能を向上させるものが提案されている。
【0003】
従来、この種の洗濯機は、特開平9−130960号公報に示すように構成していた。すなわち、洗濯モータ、または風呂水から給水するポンプモータを直流ブラシレスモータとし、インバータ回路により駆動して省電力、低騒音の洗濯機を実現するようにしていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の構成では、家庭の単相3線式交流電源の中性点欠相事故等による過電圧印加異常において、インバータ回路のパワースイッチング素子または直流電源を構成する電解コンデンサが破壊する欠点があった。
【0005】
本発明は上記従来課題を解決するもので、交流電源の過電圧に起因してインバータ回路に印加される直流電圧が過電圧であるとき、整流回路、インバータ回路を過電圧から保護し、信頼性および安全性を向上することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、交流電源より電源開閉手段を介して整流回路に接続し、整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路によりモータを駆動し、制御手段によりインバータ回路を制御するよう構成し、制御手段は、電源開閉手段とインバータ回路を制御するインバータ制御回路と、インバータ制御回路の出力信号によりインバータ回路を駆動するインバータ駆動回路と、電源開閉手段を開閉制御するリレー駆動回路と、インバータ回路の直流電圧を検出する電圧検知回路とを有し、電圧検知回路により交流電源の周波数に同期して検出した直流電圧が過電圧設定値以上ならば、インバータ回路の出力を停止させてインバータ回路の電流を零にしてから電源開閉手段を遮断するようにしたものである。
【0007】
これにより、交流電源に過電圧異常が発生した場合に、インバータ回路を停止させてインバータ回路電流を零にしてから電源開閉手段を遮断するので、アーク電流が流れない状態で遮断でき、電源開閉手段の遮断特性を向上させ接点の損傷を防止することができ、直流電源を生成する整流回路を構成する電解コンデンサ、インバータ回路のパワースイッチング素子などの過電圧による破壊を防止することができ、信頼性および安全性を向上することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1に記載の発明は、交流電源と、この交流電源の開閉を制御する電源開閉手段と、前記電源開閉手段と前記交流電源に直列に接続した整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動されるモータと、前記インバータ回路を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記電源開閉手段と前記インバータ回路を制御するインバータ制御回路と、前記インバータ制御回路の出力信号により前記インバータ回路を駆動するインバータ駆動回路と、前記電源開閉手段を開閉制御するリレー駆動回路と、前記インバータ回路の直流電圧を検出する電圧検知回路とを有し、前記電圧検知回路により前記交流電源の周波数に同期して検出した直流電圧が過電圧設定値以上ならば、前記インバータ回路の出力を停止させて前記インバータ回路の電流を零にしてから前記電源開閉手段を遮断するようにしたものであり、交流電源の中性点欠相事故等により、交流電源に過電圧異常が発生した場合に、インバータ回路を停止させてインバータ回路電流を零にしてから電源開閉手段を遮断するので、アーク電流が流れない状態で遮断でき、電源開閉手段の遮断特性を向上させ接点の損傷を防止することができ、直流電源を生成する整流回路を構成する電解コンデンサ、インバータ回路のパワースイッチング素子などの過電圧による破壊を防止することができ、信頼性および安全性を向上することができる。
【0009】
【実施例】
以下、本発明を洗濯機に適用した実施例について、図面を参照しながら説明する。
【0010】
(実施例1)
図1に示すように、交流電源1は、ラインフィルター2に接続され、電源開閉手段3を介して整流回路4に交流電力を加え、整流回路4により直流電力に変換する。電源開閉手段3は、電源リレー30と、並列関係に接続された起動スイッチ3と抵抗32の直列接続体より構成する。整流回路4は倍電圧整流回路を構成し、交流電源1が正電圧のとき、全波整流ダイオード40によりコンデンサ41aを充電し、交流電源1が負電圧のとき、コンデンサ41bを充電し、直列接続したコンデンサ41a、41bの両端には倍電圧直流電圧が発生し、インバータ回路5に倍電圧直流電圧を加える。
【0011】
インバータ回路5は、6個のパワースイッチング半導体と逆並列ダイオードよりなる3相フルブリッジインバータ回路により構成し、通常、パワートランジスタと逆並列ダイオード、およびその駆動回路と保護回路を内蔵したインテリジェントパワーモジュール(以下、IPMという)で構成している。インバータ回路5の出力端子にはモータ6を接続し、撹拌翼(図示せず)または脱水槽(図示せず)を駆動する。
【0012】
モータ6は直流ブラシレスモータにより構成し、回転子を構成する永久磁石と固定子との相対位置(回転子位置)を位置検出手段6aにより検出する。位置検出手段6aは、通常、ホールICにより構成している。
【0013】
電源開閉手段3の出力交流電圧端子間には、給水弁7、排水弁8、クラッチ9を接続し、スイッチング手段10により制御する。給水弁7は水道水を洗濯槽(図示せず)に給水するもので、電磁弁により構成し、排水弁8は洗濯槽内の水の排水を制御する。クラッチ9は、モータ6の回転駆動軸を撹拌翼に結合するか脱水槽に結合するかを制御する。スイッチング手段10は、双方向性サイリスタなどのソリッドステートリレー、またはメカニカルリレーで構成している。
【0014】
制御手段11は、電源開閉手段3、インバータ回路5およびスイッチング手段10を制御するもので、マイクロコンピュータより構成されるインバータ制御回路11aと、インバータ制御回路11aの出力信号によりインバータ回路5を制御してモータ6の回転駆動を制御するインバータ駆動回路11bと、インバータ制御回路11aの出力信号により電源開閉手段3の電源リレー30を駆動するリレー駆動回路11cと、整流回路4の出力電圧、すなわち、インバータ回路5の入力直流電圧を検出する電圧検知回路11dと、倍電圧整流回路を構成する整流回路4の片方のコンデンサ41bの直流電圧をインバータ制御回路11aまたはリレー駆動回路11c等の直流低電圧に変換するDCーDCコンバータ回路11eと、スイッチング手段10を制御するスイッチング手段駆動回路11fとを有している。
【0015】
電源開閉手段3により電源を入れるには、モーメンタリ動作の起動スイッチ31を押すことにより、起動スイッチ31と抵抗32を介して整流回路4のコンデンサ41a、41bに直流電圧が充電され、コンデンサ41bの両端に接続されたDCーDCコンバータ回路11eが発振動作を開始してインバータ制御回路11a、またはリレー駆動回路11cに直流電圧を加える。インバータ制御回路11aはマイクロコンピュータとその周辺回路より構成され、マイクロコンピュータのリセット回路が解除動作するとマイクロコンピュータのプログラムが動作し、最初にリレー駆動回路11cにより電源リレー30を駆動してリレーの自己保持動作を行う。
【0016】
運転を終了する場合には、インバータ制御回路11aによりインバータ駆動回路11bの出力信号をオフし、モータ6の駆動を停止させてから、リレー駆動回路11cの出力をオフさせ電源リレー30を遮断する。
【0017】
電圧検知回路11dの出力信号は、インバータ制御回路11aのアナログ・ディジタル変換入力端子(A/D変換入力端子)に加えられ、マイクロコンピュータが整流回路4の直流出力電圧を常にモニターし、過電圧異常ならばリレー駆動回路11cの出力をオフして電源リレー30を遮断する。
【0018】
整流回路4の片方のコンデンサ41bの両端にDCーDCコンバータ回路11eを接続することにより、DCーDCコンバータ回路11eのパワースイッチング素子の印加電圧を低くすることができ、交流電源1の電圧が瞬時的に異常電圧となってもパワースイッチング素子は過電圧により破壊する可能性がほとんどなくなる特徴がある。なお、DCーDCコンバータ回路11eは、絶縁形のスイッチングレギュレータ、または非絶縁形のチョッパー回路でも特に問題はない。
【0019】
上記構成において異常電圧が印加されたときの動作について、図2を参照しながら説明する。
【0020】
ステップ100より異常電圧保護プログラムのサブルーチンが開始し、ステップ101にてインバータ回路5の直流電圧VDCを入力する。インバータ回路5の直流電圧VDCの入力は、交流電源1の周波数に同期して検知しても特に問題はない。ピーク電圧を検出するために、交流電源1のピーク値となる位相、すなわち、90度と270度近傍で検知する必要がある。
【0021】
つぎに、ステップ102に進んで直流電圧VDCと低電圧異常設定値VLを比較し、VL以下ならば低電圧異常と判定し、ステップ103に進んでインバータ駆動回路11bの出力をオフさせてインバータ回路5の駆動を停止させ、ステップ101に戻る。
【0022】
インバータ回路5の直流電圧VDCが低い状態でモータ6を所定回転数で駆動するとパワーが一定となり、インバータ回路5の電流値が増加し、パワースイッチング素子が破壊する恐れがあるので、インバータ回路5を停止してパワースイッチング素子の破壊を防止する。
【0023】
直流電圧VDCが低電圧異常設定値VLよりも高ければ、ステップ104に進んで直流電圧VDCと過電圧設定値VHを比較し、直流電圧VDCが過電圧設定値VHよりも高ければ過電圧異常と判定し、ステップ105に進んでインバータ回路5を停止させ、ステップ106に進んで電源リレー30を遮断し、ステップ107にて異常報知、または異常のメモリ等の異常処理を行ってステップ108でプログラムが終了する。
【0024】
ステップ104にて直流電圧VDCが過電圧設定値VHよりも低ければ、ステップ109に進んで運転状態を継続し、ステップ110に進んで異常電圧保護サブルーチンをリターンする。
【0025】
なお、説明を省略したが、異常カウンタを設けて異常判定が2回連続するとインバータ回路5を停止するようにすれば、ノイズ等による誤動作を防ぐことができ、異常判定の信頼性を高めることができる。
【0026】
整流回路4が、図1に示すように、倍電圧整流回路の場合、定常電圧をDC280Vとすると、低電圧異常設定値VLはDC200V程度に設定し、過電圧設定値VHはDC350〜400V程度に設定する。
【0027】
家庭に配線されている交流電源1は、通常単相3線式で、中性点の欠相事故が発生すると通常AC100Vの電圧がAC200V近くなる場合があり、整流回路4の出力直流電圧は通常DC280V程度の電圧がDC500V以上になる場合がある。そのとき、本発明の如き過電圧保護装置がなければ、パワースイッチング素子、または整流回路4のコンデンサが過電圧破壊して短絡電流が流れ発煙発火の恐れがある。また、インバータ直流電源を入力とするDC−DCコンバータ回路11eのパワースイッチング素子の破壊の恐れもある。
【0028】
本発明によれば、整流回路4の出力直流電圧の過電圧を検知して電源リレー30を遮断するので、整流回路4、またはインバータ回路5の高電圧部品の破壊を防ぐことができる。特に、電解コンデンサの耐圧劣化は数100msec以上経過しないと進まないので、本発明のように、交流電源1に同期して異常電圧を判定しても数10msec以内で電源リレー30を遮断することができ、電解コンデンサの耐圧劣化を防ぐことができる。
【0029】
(実施例2)
図3に示すように、整流回路4’は、全波整流ダイオード40’とコンデンサ41’とよりなる全波整流回路で構成し、インバータ回路5’およびDC−DCコンバータ回路11e’の入力直流電圧を整流回路4’の出力電圧としている。したがって、コンデンサ41’に充電する電圧は交流電源1のピーク電圧とほぼ等しくなり、インバータ回路5’のパワートランジスタへの印加電圧は、上記実施例1(図1参照)に示す倍電圧整流回路の半分となる。
【0030】
また、DC−DCコンバータ回路11e’の入力電圧とコンデンサ41’の印加電圧は、上記実施例1(図1参照)と同じで、DC−DCコンバータ回路11e’のパワースイッチング素子の印加電圧もほぼ同じになるので、インバータ回路5とDC−DCコンバータ回路11e’の部品の耐圧に余裕を持たせると、倍電圧が印加しても回路部品が破壊することはない。
【0031】
電圧検知回路11d’の検知電圧は、通常、上記実施例1(図1参照)の電圧検知回路11dの半分となり、異常設定値は実施例1の異常設定電圧の半分にするとよい。
【0032】
上記構成において異常電圧が印加されたときの基本的な電圧保護動作は、上記実施例1の動作(図2参照)と殆ど同じであり、低電圧異常設定値VLと過電圧設定値VHの数値のみ変更し、約半分にすればよい。
【0033】
すなわち、交流電源1の電圧が中性点欠相事故等により過電圧となると、電圧検知回路11d’により異常電圧を検知してインバータ回路5’の駆動を停止して電源リレー30により遮断することにより、コンデンサ41’への印加電圧が長時間破壊電圧以上となることはなく、コンデンサ41’が破壊することはない。
【0034】
以上のように、本発明はインバータ回路5の直流電源の過電圧を検知して電源リレー30により遮断するものであり、実施例で述べた洗濯機に限らず、食器洗浄機等のインバータ装置に適用できることは明らかである。
【0035】
【発明の効果】
以上のように本発明の請求項1に記載の発明によれば、交流電源と、この交流電源の開閉を制御する電源開閉手段と、前記電源開閉手段と前記交流電源に直列に接続した整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動されるモータと、前記インバータ回路を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記電源開閉手段と前記インバータ回路を制御するインバータ制御回路と、前記インバータ制御回路の出力信号により前記インバータ回路を駆動するインバータ駆動回路と、前記電源開閉手段を開閉制御するリレー駆動回路と、前記インバータ回路の直流電圧を検出する電圧検知回路とを有し、前記電圧検知回路により前記交流電源の周波数に同期して検出した直流電圧が過電圧設定値以上ならば、前記インバータ回路の出力を停止させて前記インバータ回路の電流を零にしてから前記電源開閉手段を遮断するようにしたから、交流電源の中性点欠相事故等による過電圧異常が発生しても、インバータ回路を停止させてインバータ回路電流を零にしてから電源開閉手段を遮断するので、アーク電流が流れない状態で遮断でき、電源開閉手段の遮断特性を向上させ接点の損傷を防止することができ、直流電源を生成する整流回路を構成する電解コンデンサ、インバータ回路のパワースイッチング素子などの過電圧による破壊を防止することができ、信頼性および安全性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施例のインバータ装置のブロック回路図
【図2】 同インバータ装置の異常電圧保護プログラムのフローチャート
【図3】 本発明の第2の実施例のインバータ装置のブロック回路図
【符号の説明】
1 交流電源
3 電源開閉手段
4 整流回路
5 インバータ回路
6 モータ
11 制御手段
11a インバータ制御回路
11b インバータ駆動回路
11c リレー駆動回路
11d 電圧検知回路
Claims (1)
- 交流電源と、この交流電源の開閉を制御する電源開閉手段と、前記電源開閉手段と前記交流電源に直列に接続した整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動されるモータと、前記インバータ回路を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記電源開閉手段と前記インバータ回路を制御するインバータ制御回路と、前記インバータ制御回路の出力信号により前記インバータ回路を駆動するインバータ駆動回路と、前記電源開閉手段を開閉制御するリレー駆動回路と、前記インバータ回路の直流電圧を検出する電圧検知回路とを有し、前記電圧検知回路により前記交流電源の周波数に同期して検出した直流電圧が過電圧設定値以上ならば、前記インバータ回路の出力を停止させて前記インバータ回路の電流を零にしてから前記電源開閉手段を遮断するようにしたインバータ装置。
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