JP5653377B2 - インバータ装置 - Google Patents
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Description
前記スイッチング素子をゲート信号に基づいてスイッチングして交流電圧を出力する通電手段と、前記ゲート信号を生成して前記スイッチング素子に出力するゲート信号生成手段と、前記ダイオードの温度を検出または推定して出力する温度把握手段、または発熱量を検出または推定して出力する発熱量把握手段の少なくとも1つと、スイッチングを行う前記スイッチング素子を、少なくとも前記ダイオードの前記温度把握手段の出力または前記発熱量把握手段の出力のいずれか1つに基づいてスイッチング素子選択信号を生成して出力するスイッチング素子選択手段と、を備え、前記ゲート信号生成手段は、前記スイッチング素子選択信号に基づいて前記ゲート信号を生成して出力するものである。
図1〜図9は、この発明の実施の形態1に係るインバータ装置を説明する図である。図1は、インバータ装置の概略構成を負荷である3相電動機とともに示す図である。なお、以降では、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
前記重み付け平均とは、例えばスイッチング素子の温度が50℃、ダイオードの温度が60℃である場合、この50℃という値と60℃という2つの値を重み付け平均するという意味で、単なる外乱除去用のフィルタリングとは異なるものである。前記例ではそれぞれの重み係数が等しい場合、平均温度は55℃(=(60℃+50℃/2))になる。このようにして平均温度(ダイオードの温度とスイッチング素子の温度の重み付け平均)を算出して、これを考慮することにより、スイッチング素子、ダイオードの両方の温度を考慮することができる。なお、後述する温度余裕量、発熱量、発熱余裕量の場合も同様である。
(1)この発明に係るインバータ装置は、1つのスイッチング素子と1つのダイオードで構成されるアームを少なくとも2つ備え、一方の前記アームのスイッチング素子と他方の前記アームのスイッチング素子との間に負荷を接続するインバータ装置において、前記スイッチング素子をゲート信号に基づいてスイッチングして交流電圧を出力する通電手段と、前記ゲート信号を生成して前記スイッチング素子に出力するゲート信号生成手段と、スイッチングを行う前記スイッチング素子を任意に選択するスイッチング素子選択信号を生成して出力するスイッチング素子選択手段と、を備え、前記ゲート信号生成手段は、前記スイッチング素子選択信号に基づくと共に、スイッチングする前記スイッチング素子が交互に選択されるときには、前記交流電圧のスイッチング周波数、あるいは前記交流電圧の前記スイッチング周波数の最大値が、前記スイッチング素子の最大許容スイッチング周波数の値を超えるように前記ゲート信号を生成して出力することを特徴とする。
この構成によれば、個々のスイッチング素子のスイッチング周波数の制約条件を守ったまま、全体のスイッチング周波数を引き上げることが可能である。
この構成によれば、個々のスイッチング素子のスイッチング周波数の制約条件を守ったまま、全体のスイッチング周波数を引き上げることが可能である。
この構成によれば、個々のスイッチング素子のスイッチング周波数の制約条件を守ったまま、全体のスイッチング周波数を引き上げることが可能である。
この構成によれば、スイッチング素子とダイオードの発熱量と温度の許容範囲内でインバータ装置や負荷である電動機の運転領域を拡大することができる。
この構成によれば、スイッチング素子とダイオードの発熱量と温度の許容範囲内でインバータ装置や負荷である電動機の運転領域を拡大することができる。
この構成によれば、スイッチング素子とダイオードの発熱量と温度の許容範囲内でインバータ装置や負荷である電動機の運転領域を拡大することができる。
この構成によれば、スイッチング素子とダイオードの発熱量と温度の許容範囲内でインバータ装置や負荷である電動機の運転領域を拡大することができる。
この構成によれば、個々のスイッチング素子のスイッチング周波数の制約条件を守ったまま、全体のスイッチング周波数を引き上げることが可能である。また、スイッチング素子とダイオードの発熱量と温度の許容範囲内でインバータ装置や負荷である電動機の運転領域を拡大することができる。
この構成によれば、スイッチング素子とダイオードの発熱量と温度の許容範囲内でインバータ装置や負荷である電動機の運転領域を拡大することができる。
この構成によれば、スイッチング素子とダイオードの発熱量と温度の許容範囲内でインバータ装置や負荷である電動機の運転領域を拡大することができる。
この構成によれば、個々のスイッチング素子のスイッチング周波数の制約条件を守ったまま、全体のスイッチング周波数を引き上げることが可能である。また、スイッチング素子とダイオードの発熱量と温度の許容範囲内でインバータ装置や負荷である電動機の運転領域を拡大することができる。
この構成によれば、スイッチング素子とダイオードの発熱量と温度の許容範囲内でインバータ装置や負荷である電動機の運転領域を拡大することができる。
この構成によれば、スイッチング素子とダイオードの発熱量と温度の許容範囲内でインバータ装置や負荷である電動機の運転領域を拡大することができる。
この構成によれば、個々のスイッチング素子のスイッチング周波数の制約条件を守ったまま、全体のスイッチング周波数を引き上げることが可能である。また、スイッチング素子とダイオードの発熱量と温度の許容範囲内でインバータ装置や負荷である電動機の運転領域を拡大することができる。
この構成によれば、個々のスイッチング素子のスイッチング周波数の制約条件を守ったまま、全体のスイッチング周波数を引き上げることが可能である。また、スイッチング素子とダイオードの発熱量と温度の許容範囲内でインバータ装置や負荷である電動機の運転領域を拡大することができる。
この構成によれば、個々のスイッチング素子のスイッチング周波数の制約条件を守ったまま、全体のスイッチング周波数を引き上げることが可能である。また、スイッチング素子とダイオードの発熱量と温度の許容範囲内でインバータ装置や負荷である電動機の運転領域を拡大することができる。
この構成によれば、個々のスイッチング素子のスイッチング周波数の制約条件を守ったまま、全体のスイッチング周波数を引き上げることが可能である。また、スイッチング素子とダイオードの発熱量と温度の許容範囲内でインバータ装置や負荷である電動機の運転領域を拡大することができる。
この構成によれば、通電停止時に速やかに電流を0にすることができる。
この構成によれば、電流値が指令値を大きく上回っている場合に、電流を速やかに指令値にまで追従させることができる。
この構成によれば、負荷である電動機の回転子位置信号にノイズがある場合に通電オン・オフが繰り返されて、電動機の運転が不安定になることを防ぐことができる。また、電流偏差の値が所定の値の近傍で変動している場合に、通常のPWM制御の動作と2つのスイッチング素子をオフする動作が繰り返されて、電流リップルが増大することや、電動機の運転が不安定になることを防ぐことができる。
11 温度把握手段 12 電流指令生成手段
13 スイッチング素子選択手段 14 ゲート信号生成手段
15 通電手段 16 損失把握手段
17 発熱量把握手段 21 固定子
22 回転子 23 位置センサ
151 直流電圧源 152 ダイオード
153 スイッチング素子 154 ダイオード
155 スイッチング素子 156 固定子巻線
Claims (16)
- 1つのスイッチング素子と1つのダイオードで構成されるアームを少なくとも2つ備え、一方の前記アームのスイッチング素子と他方の前記アームのスイッチング素子との間に負荷を接続するインバータ装置において、
前記スイッチング素子をゲート信号に基づいてスイッチングして交流電圧を出力する通電手段と、
前記ゲート信号を生成して前記スイッチング素子に出力するゲート信号生成手段と、
前記ダイオードの温度を検出または推定して出力する温度把握手段、または発熱量を検出または推定して出力する発熱量把握手段の少なくとも1つと、
スイッチングを行う前記スイッチング素子を、少なくとも前記ダイオードの前記温度把握手段の出力または前記発熱量把握手段の出力のいずれか1つに基づいて任意に選択するスイッチング素子選択信号を生成して出力するスイッチング素子選択手段と、
を備え、
前記ゲート信号生成手段は、前記スイッチング素子選択信号に基づいて前記ゲート信号を生成して出力することを特徴とするインバータ装置。 - 前記スイッチング素子がオンしているときの前記スイッチング素子と前記ダイオードの少なくとも一方の損失を第1の損失として生成して出力し、前記スイッチング素子をスイッチングするときの損失を第2の損失として生成して出力する損失把握手段を備え、
前記スイッチング素子選択手段は、前記ダイオードの前記温度把握手段の出力または前記発熱量把握手段の出力の少なくともいずれか1つに基づくとともに、前記第1の損失と前記第2の損失に基づいて前記スイッチング素子選択信号を生成して出力することを特徴とする請求項1に記載のインバータ装置。 - 前記スイッチング素子選択手段は、2つの前記ダイオードのそれぞれの前記温度把握手段の出力の間、またはそれぞれの許容温度からそれぞれの前記温度把握手段の出力を減算して得られる2つの温度余裕量の間に所定の値を超える差がある場合に、
前記第1の損失と前記第2の損失との間に所定の値を超える差があり、前記第1の損失が前記第2の損失よりも小さい場合には、前記温度把握手段の出力の低い方、または前記温度余裕量の大きい方の前記ダイオードに対応する前記スイッチング素子を選択するように前記スイッチング素子選択信号を生成して出力し、
前記第1の損失と前記第2の損失との間に所定の値を超える差があり、前記第1の損失が前記第2の損失よりも大きい場合には、前記温度把握手段の出力の高い方、または前記温度余裕量の小さい方の前記ダイオードに対応する前記スイッチング素子を選択するように前記スイッチング素子選択信号を生成して出力することを特徴とする請求項2に記載のインバータ装置。 - 前記スイッチング素子選択手段は、2つの前記スイッチング素子のそれぞれの前記温度把握手段の出力または前記温度余裕量の間、または2つの前記ダイオードのそれぞれの前記温度把握手段の出力または前記温度余裕量の間に所定の値を超える差がない場合には、任意の前記スイッチング素子を選択するように前記スイッチング素子選択信号を生成して出力することを特徴とする請求項3に記載のインバータ装置。
- 前記スイッチング素子選択手段は、2つの前記ダイオードのそれぞれの前記発熱量把握手段の出力の間、またはそれぞれの許容発熱量からそれぞれの前記発熱量把握手段の出力を減算して得られる2つの発熱余裕量の間に所定の値を超える差がある場合に、
前記第1の損失と前記第2の損失との間に所定の値を超える差があり、前記第1の損失が前記第2の損失よりも小さい場合には、前記発熱量把握手段の出力の小さい方、または前記発熱余裕量の大きい方の前記ダイオードに対応する前記スイッチング素子を選択するように前記スイッチング素子選択信号を生成して出力し、
前記第1の損失と前記第2の損失との間に所定の値を超える差があり、前記第1の損失が前記第2の損失よりも大きい場合には、前記発熱量把握手段の出力の大きい方、または前記発熱余裕量の小さい方の前記ダイオードに対応する前記スイッチング素子を選択するように前記スイッチング素子選択信号を生成して出力することを特徴とする請求項2に記載のインバータ装置。 - 前記スイッチング素子選択手段は、2つの前記ダイオードのそれぞれの前記発熱量把握手段の出力または前記発熱余裕量の間に所定の値を超える差がない場合には、任意の前記スイッチング素子を選択するように前記スイッチング素子選択信号を生成して出力することを特徴とする請求項5に記載のインバータ装置。
- 前記温度把握手段は、前記ダイオードの前記温度に加えて前記スイッチング素子の前記温度を検出または推定して出力し、
前記スイッチング素子選択手段は、それぞれの前記アームの前記スイッチング素子と前記ダイオードの前記温度把握手段の出力、または前記スイッチング素子と前記ダイオードのそれぞれの許容温度からそれぞれの前記温度把握手段の出力を減算して得られる温度余裕量を重み付け平均してそれぞれの前記アームの平均温度または平均温度余裕量を算出し、2つの前記アームの前記平均温度または前記平均温度余裕量に所定の値を超える差がある場合に、
前記第1の損失と前記第2の損失との間に所定の値を超える差があり、前記第1の損失が前記第2の損失よりも小さい場合には、前記平均温度が低い方または前記平均温度余裕量の大きい方の前記アームのスイッチング素子を選択するように前記スイッチング素子選択信号を生成して出力し、
前記第1の損失と前記第2の損失との間に所定の値を超える差があり、前記第1の損失が前記第2の損失よりも大きい場合には、前記平均温度が高い方または前記平均温度余裕量の小さい方の前記アームの前記スイッチング素子を選択するように前記スイッチング素子選択信号を生成して出力することを特徴とする請求項2に記載のインバータ装置。 - 前記発熱量把握手段は、前記ダイオードの前記発熱量に加えて前記スイッチング素子の前記発熱量を検出または推定して出力し、
前記スイッチング素子選択手段は、それぞれの前記アームの前記スイッチング素子と前記ダイオードの前記発熱量把握手段の出力、または前記スイッチング素子と前記ダイオードのそれぞれの許容発熱量からそれぞれの前記発熱量把握手段の出力を減算して得られる発熱余裕量を重み付け平均してそれぞれの前記アームの平均発熱量または平均発熱余裕量を算出し、2つの前記アームの前記平均発熱量または前記発熱余裕量に所定の値を超える差がある場合に、
前記第1の損失と前記第2の損失との間に所定の値を超える差があり、前記第1の損失が前記第2の損失よりも小さい場合には、前記平均発熱量の小さい方または前記平均発熱余裕量の大きい方の前記アームの前記スイッチング素子を選択するように前記スイッチング素子選択信号を生成して出力し、
前記第1の損失と前記第2の損失との間に所定の値を超える差があり、前記第1の損失が前記第2の損失よりも大きい場合には、前記平均発熱量の大きい方または前記平均発熱余裕量の小さい方の前記アームの前記スイッチング素子を選択するように前記スイッチング素子選択信号を生成して出力することを特徴とする請求項2に記載のインバータ装置。 - 前記スイッチング素子選択手段は、2つの前記アームの前記平均温度の間に所定の値を超える差がない場合には、任意の前記スイッチング素子を選択するように前記スイッチング素子選択信号を生成して出力することを特徴とする請求項7に記載のインバータ装置。
- 前記スイッチング素子選択手段は、2つの前記アームの前記平均発熱量の間に所定の値を超える差がない場合には、任意の前記スイッチング素子を選択するように前記スイッチング素子選択信号を生成して出力することを特徴とする請求項8に記載のインバータ装置。
- 前記スイッチング素子選択手段は、前記第1の損失と前記第2の損失とに所定の値を超える差がない場合には、任意の前記スイッチング素子を選択するように前記スイッチング素子選択信号を生成して出力することを特徴とする請求項2から10の何れか一項に記載のインバータ装置。
- 前記スイッチング素子選択手段は、前記温度把握手段の出力、前記発熱量把握手段の出力、前記交流電圧の周波数、前記通電手段の通電する長さを表す通電長さ、前記スイッチング素子のスイッチング周波数の少なくともいずれか1つに基づいて、任意の前記スイッチング素子を選択するように前記スイッチング素子選択信号を生成して出力するように切り替えることを特徴とする請求項2から11の何れか一項に記載のインバータ装置。
- 前記スイッチング素子選択手段は、前記温度把握手段の出力、前記発熱量把握手段の出力、前記交流電圧の周波数、前記通電手段の通電する長さを表す通電長さ、前記スイッチング素子のスイッチング周波数の少なくともいずれか1つに基づいて、交互に前記スイッチング素子を選択するように前記スイッチング素子選択信号を生成して出力するように切り替えることを特徴とする請求項2から11の何れか一項に記載のインバータ装置。
- 前記ゲート信号生成手段は、通電停止時には2つの前記スイッチング素子をともにオフすることを特徴とする請求項1から13の何れか一項に記載のインバータ装置。
- 電流指令を生成する電流指令生成手段を備え、
前記ゲート信号生成手段は、前記通電手段に接続された前記負荷の電流を検出または推定し、前記負荷の電流を前記電流指令から減算して得られる電流偏差に基づいて前記ゲート信号を生成し、
前記電流偏差が負の値で、前記電流偏差の絶対値が所定の値を超えている場合には、2つの前記スイッチング素子をともにオフすることを特徴とする請求項1から14の何れか一項に記載のインバータ装置。 - 2つの前記スイッチング素子をともにオフする場合に、ヒステリシス手段、タイマー手段の少なくともいずれか1つを備えることを特徴とする請求項14または15に記載のインバータ装置。
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