JP5093692B2 - インバータ装置とその出力電圧検出方法 - Google Patents
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Description
また、第2の従来技術は、「誘導電動機を可変速駆動する電力変換装置に関する」ものであり、「駆動制御対象である誘導電動機の回転数を検出することができる小形、低コストの電力変換装置を得ることを目的」としているものである(例えば、特許文献2参照)。
このように、第1または2の従来技術では、検出信号の応答性に相応した回路構成としている為、すなわち高速な検出を要するインバータ出力電圧検出を主目的とするものと、比較的高速な検出を要しない残留電圧または位相検出を主目的とするものとで分かれた回路構成で、それぞれを検出しているのである。
具体的には、第1の従来技術では、高速かつ高い電圧検出精度を得る為に、インバータ部のスイッチング変化に追従できる高速なパルス検出回路(1us以下)が必要となり、ツェナーダイオードやダイオードを使用した電流変化を捉えたレベルシフト回路構成が一般的となっている。しかしながら、レベルシフト回路構成ではモータより発生するモータ残留電圧または位相を検出することができないという問題があった。
一方、第2の従来技術では、モータ残留電圧または位相を検出する為に、抵抗分圧比によるアナログレベルの検出回路を構成した場合、分圧抵抗の消費電力を大きくしないと高速なパルス検出ができず、高速なパルス検出をしようとすると回路面積が大きくなるという問題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、インバータ部のスイッチング変化を高速にパルス検出すると共に、モータ残留電圧または位相を検出できる高速パルス検出と残留電圧または位相検出の検出部を共通回路として備え、回路構成を簡単化すると共に、低コスト化、装置の小型化を図ることができるインバータ装置とその出力電圧検出方法を提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、直流電力をインバータ部に供給する直流電源部と、半導体スイッチング素子および前記半導体スイッチング素子に並列に接続された還流ダイオードより構成され、前記直流電力を交流電力に変換するインバータ部と、前記インバータ部と駆動制御対象であるモータとの間に接続され、前記インバータ部の相電圧を検出する電圧検出部と、を備えたインバータ装置において、スイッチング過渡時でも検出電流を流すことによりスイッチング変化時まで含めて前記相電圧を検出する前記電圧検出部と、前記電圧検出部の出力である1相分の相電圧検出値と第1の基準電圧値との比較に基づいて高速パルスを検出する回路と、前記電圧検出部の出力である2相分の相電圧検出値に基づいて線間残留電圧を検出する回路と、前記線間残留電圧と第2の基準電圧値との比較に基づいて線間位相または前記モータの誘起電圧を検出する回路と、を1つの共通の回路内に組み込むことにより、高速パルス検出機能と残留電圧検出機能又は位相検出機能とを併せ持つインバータ出力電圧検出回路を設けたものである。
また、請求項2に記載の発明は、請求項1記載の発明における前記インバータ出力電圧検出回路が、前記相電圧検出値に基づいて、前記高速パルスおよび前記線間残留電圧ならびに前記線間位相を一括に検出するものである。
また、請求項3に記載の発明は、請求項1記載の発明における前記電圧検出部が、一方の端を前記インバータ部と前記モータとの間に接続し、他端を第2の抵抗器に接続した第1の抵抗器と、一方の端を前記第1の抵抗器に接続し、他端を第3の抵抗器に接続した前記第2の抵抗器と、一方の端を前記第2の抵抗器に接続し、他端を前記直流電源部のNラインに接続した前記第3の抵抗器と、アノードを前記インバータ部と前記モータとの間に接続し、カソードを前記第1の抵抗器と前記第2の抵抗器が接続された箇所に接続した高速ダイオードと、で構成されたものである。
また、請求項4に記載の発明は、請求項1記載の発明における前記高速パルスが、前記インバータ部における1相分の前記半導体スイッチング素子がオンオフ動作時の立上りまたは立下り過渡期に検出するものである。
また、請求項5に記載の発明は、請求項1記載の発明における前記線間残留電圧または線間位相が、前記インバータ部における1相分の前記半導体スイッチング素子がオンオフ動作時の定常期に検出するものである。
請求項6に記載の発明は、直流電力をインバータ部に供給する直流電源部と、半導体スイッチング素子および前記半導体スイッチング素子に並列に接続された還流ダイオードより構成され、前記直流電力を交流電力に変換するインバータ部と、前記インバータ部と駆動制御対象であるモータとの間に接続され、スイッチング過渡時でも検出電流を流すことによりスイッチング変化時まで含めて前記インバータ部の相電圧を検出する電圧検出部と、を備えたインバータ装置の出力電圧検出方法において、前記電圧検出部の出力である1相分の相電圧検出値と第1の基準電圧値との比較に基づいて高速パルスを検出し、前記電圧検出部の出力である2相分の相電圧検出値に基づいて線間残留電圧を検出し、前記線間残留電圧と第2の基準電圧値との比較に基づいて線間位相を検出することにより、高速パルス検出機能と残留電圧検出機能又は位相検出機能とを1つの回路で共通化したのである。
また、請求項7に記載の発明は、請求項6記載の発明における前記相電圧検出値に基づいて、前記高速パルスおよび前記線間残留電圧ならびに前記線間位相を一括に検出するのである。
また、請求項8に記載の発明は、請求項6記載の発明における前記高速パルスを、前記インバータ部における1相分の前記半導体スイッチング素子がオンオフ動作時の立上りまたは立下り過渡期に検出するのである。
また、請求項9に記載の発明は、請求項6記載の発明における前記線間残留電圧または線間位相を、前記インバータ部における1相分の前記半導体スイッチング素子がオンオフ動作時の定常期に検出するのである。
また、請求項3に記載の発明によると、高速ダイオードの追加効果により、分圧抵抗器の消費電力が小さくても高速パルス検出および線間残留電圧または位相検出ができ、回路面積の最小化を図ることができる。
また、請求項4、5、8、9に記載の発明によると、半導体スイッチング素子のオンオフ動作に伴う全ての状況(過渡期、定常期)において、高速パルス検出、あるいは線間残留電圧または位相検出をすることができる。
2 インバータ部
3 電圧検出部
4 インバータ出力電圧検出回路
5 モータ
Vpn 直流電圧
Vpu 高速パルス
Q1〜Q6 スイッチング素子(IGBT)
R1〜R9 分圧抵抗器
D1〜D3 高速応答用ダイオード
I1〜I4 電流ルート
U1 オペアンプ
U2〜3 コンパレータ
Vref1 電圧パルス生成用指令電圧
Vref2 位相検出用指令電圧
Vu、Vv、Vw 相電圧検出信号
Vuv 残留電圧検出信号(線間電圧)
Vphuv 位相検出信号
本発明が従来技術と異なる部分は、インバータ部2とモータ5とを結ぶ出力ラインに、電圧検出部3を有したインバータ出力電圧検出回路4を構成し、高速なパルス検出と残留電圧または位相検出とを共通回路構成とした部分である。
なお、ここではU相を例に挙げたが、V相およびW相も同様に、1つのオペアンプと2つのコンパレータを備える。
また、スイッチング素子Q1がON動作した時の定常期は、電流ルートI2を経路とした、抵抗器R1、R2、R3を経由し、抵抗分圧比によるU相インバータ出力電圧Vuを得ることができる。
また、スイッチング素子Q1、Q4がOFF動作した時の定常期は、電流ルートI4を経路とした、抵抗器R1、R2、R3を経由し、抵抗分圧比によるU相インバータ出力電圧Vuを得ることができる。
また、還流モードの場合は、還流電流が流れ過ぎることにより、ダイオードD1と抵抗器R3を破損させないように、抵抗器R2にて還流電流を抑制させるのである。
このように電圧検出部3を構成することにより、過渡期における高速なパルス応答と定常期における抵抗分圧比によるU相インバータ出力電圧Vuを得ることができる。
なお、ここではU相を例に挙げたが、V相およびW相も同様に、V相インバータ出力電圧Vv、W相インバータ出力電圧Vwを得る。
なお、V相およびW相も同様に、図示しないオペアンプおよびコンパレータを用いて、残留電圧Vvw、Vwu、位相Vphvw、Vphwu、高速パルスVpv、Vpwを検出する。
誘導電動機を可変速駆動する電力変換装置において、瞬時停電等の外的要因により誘導電動機がフリーラン状態になった後、電源回復した場合に、一旦停止してから再起動するのではなく、フリーラン状態の誘導電動機の回転数を検出し、電源回復後に、再起動条件が整ったときに、自動同期回転数引込みにより運転継続する自動再起動方法がある。
この際、誘導電動機の残留電圧を検出し、その残留電圧に基づいて誘導電動機の回転数または回転方向を検出して自動再起動を行なう、あるいは、誘導電動機の残留電圧の位相を検出し、フリーラン状態の期間にインバータ部の上アームあるいは下アームのスイッチング素子を同時に導通させる信号がオフされたときの短絡電流の極性が反転するタイミングにより誘導電動機の回転数または回転方向を検出して自動再起動を行なうのである。
したがって、自動再起動のためのフリーラン状態の誘導電動機の回転数または回転方向が検出するために、比較的高速な検出を必要としない残留電圧または位相を検出するのである。
スイッチング素子Q1がON動作した時の立上り過渡期の各相のインバータ出力電圧と基準電圧(電圧パルス生成用指令電圧)とをコンパレータで比較すれば、容易に高速にパルス検出できる。なお、ここでの基準電圧(電圧パルス生成用指令電圧)は、例えば、検出すべき電圧値の予め設定された値とすればよく、スイッチング素子のON、OFFを直流入力電圧の略1/2で高速に検出するのであれば、基準電圧(電圧パルス生成用指令電圧)を直流入力電圧の略1/2に相当する電圧値に換算したものとすればよい。また、検出された高速パルスに基づいて誘導電動機の回転むらをなくす方法は、従来技術による方法を用いればよい。
Claims (9)
- 直流電力をインバータ部に供給する直流電源部と、
半導体スイッチング素子および前記半導体スイッチング素子に並列に接続された還流ダイオードより構成され、前記直流電力を交流電力に変換するインバータ部と、
前記インバータ部と駆動制御対象であるモータとの間に接続され、前記インバータ部の相電圧を検出する電圧検出部と、
を備えたインバータ装置において、
スイッチング過渡時でも検出電流を流すことによりスイッチング変化時まで含めて前記相電圧を検出する前記電圧検出部と、前記電圧検出部の出力である1相分の相電圧検出値と第1の基準電圧値との比較に基づいて高速パルスを検出する回路と、前記電圧検出部の出力である2相分の相電圧検出値に基づいて線間残留電圧または前記モータの誘起電圧を検出する回路と、前記線間残留電圧と第2の基準電圧値との比較に基づいて線間位相を検出する回路と、を1つの共通の回路内に組み込むことにより、高速パルス検出機能と残留電圧検出機能又は位相検出機能とを併せ持つインバータ出力電圧検出回路を設けたことを特徴とするインバータ装置。 - 前記インバータ出力電圧検出回路が、前記相電圧検出値に基づいて、前記高速パルスおよび前記線間残留電圧ならびに前記線間位相を一括に検出することを特徴とする請求項1記載のインバータ装置。
- 前記電圧検出部が、一方の端を前記インバータ部と前記モータとの間に接続し、他端を第2の抵抗器に接続した第1の抵抗器と、
一方の端を前記第1の抵抗器に接続し、他端を第3の抵抗器に接続した前記第2の抵抗器と、
一方の端を前記第2の抵抗器に接続し、他端を前記直流電源部のNラインに接続した前記第3の抵抗器と、
アノードを前記インバータ部と前記モータとの間に接続し、カソードを前記第1の抵抗器と前記第2の抵抗器が接続された箇所に接続した高速ダイオードと、で構成されたことを特徴とする請求項1記載のインバータ装置。 - 前記高速パルスが、前記インバータ部における1相分の前記半導体スイッチング素子がオンオフ動作時の立上りまたは立下り過渡期に検出するものであることを特徴とする請求項1記載のインバータ装置。
- 前記線間残留電圧または線間位相が、前記インバータ部における1相分の前記半導体スイッチング素子がオンオフ動作時の定常期に検出するものであることを特徴とする請求項1記載のインバータ装置。
- 直流電力をインバータ部に供給する直流電源部と、半導体スイッチング素子および前記半導体スイッチング素子に並列に接続された還流ダイオードより構成され、前記直流電力を交流電力に変換するインバータ部と、前記インバータ部と駆動制御対象であるモータとの間に接続され、スイッチング過渡時でも検出電流を流すことによりスイッチング変化時まで含めて前記インバータ部の相電圧を検出する電圧検出部と、を備えたインバータ装置の出力電圧検出方法において、
前記電圧検出部の出力である1相分の相電圧検出値と第1の基準電圧値との比較に基づいて高速パルスを検出し、
前記電圧検出部の出力である2相分の相電圧検出値に基づいて線間残留電圧を検出し、
前記線間残留電圧と第2の基準電圧値との比較に基づいて線間位相を検出することにより、
高速パルス検出機能と残留電圧検出機能又は位相検出機能とを1つの回路で共通化したことを特徴とするインバータ装置の出力電圧検出方法。 - 前記相電圧検出値に基づいて、前記高速パルスおよび前記線間残留電圧ならびに前記線間位相を一括に検出することを特徴とする請求項6記載のインバータ装置の出力電圧検出方法。
- 前記高速パルスを、前記インバータ部における1相分の前記半導体スイッチング素子がオンオフ動作時の立上りまたは立下り過渡期に検出することを特徴とする請求項6記載のインバータ装置の出力電圧検出方法。
- 前記線間残留電圧または線間位相を、前記インバータ部における1相分の前記半導体スイッチング素子がオンオフ動作時の定常期に検出することを特徴とする請求項6記載のインバータ装置の出力電圧検出方法。
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