JP5782686B2

JP5782686B2 - インバータ装置

Info

Publication number: JP5782686B2
Application number: JP2010170377A
Authority: JP
Inventors: 裕一鷹見; 林　寛明; 寛明林
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2010-07-29
Filing date: 2010-07-29
Publication date: 2015-09-24
Anticipated expiration: 2030-07-29
Also published as: JP2012034463A

Description

本発明は、インバータ装置に関し、特にパルス入力回路の異常の有無を自己診断可能なインバータ装置に関するものである。

従来のインバータ装置の異常検出方法としては、例えば特許文献１に記載の技術がある。この技術は、電動機の速度を検出する速度検出器の異常や電流制御系の異常、電圧制御系の異常、インバータ地絡、直流電圧バランス異常を検出するものである。

特開２００２−２３８２９９号公報

ところで、インバータ装置は、パルス発生器（例えば、コンプリメンタリ型エンコーダ）が出力するパルス信号を入力回路によって入力し、入力したパルス信号に基づいて誘導電動機を制御する。そのため、インバータ装置の異常検出機能として、インバータ装置へのパルス入力異常を検出する機能が必要となる。
しかしながら、上記入力回路を備える従来のインバータ装置にあっては、インバータ装置へのパルス入力異常時には、「パルス発生器のオープン異常」、「ケーブルの断線」、「インバータ装置の入力回路異常」の何れの場合においても、インバータ内部に有する異常検出機能が作動し、インバータ装置は停止してアラームを出力する。

このとき、装置の復旧作業を実施することになるが、詳細に波形観測できるような測定器などを持ち合わせていない場合は、パルス発生器側、ケーブル、インバータ装置の入力回路の何れに異常が生じているのかを容易に限定することができない。そのため、装置の復旧に費やす時間が長くなるといった問題がある。
インバータ装置の入力回路の異常の有無を個別に検出するためには、２系統の入力回路を用意して比較する方式が一般的である。しかしながら、この場合、入力回路を２つ設けるため、その分コストが嵩む。
そこで、本発明は、インバータ装置の入力回路の異常の有無を自己診断可能なインバータ装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、請求項１に係るインバータ装置は、パルス信号を入力するパルス入力回路と、パルス信号を出力するパルス出力回路とを備えるインバータ装置であって、通常動作モードと前記パルス入力回路の異常診断を行う異常診断モードとを切替可能な切替手段と、所定の異常診断用パルス信号を生成するパルス生成手段と、前記パルス入力回路の異常を判断する異常診断手段と、を備え、前記切替手段は、前記パルス入力回路を外部のパルス発生器に接続し、前記パルス発生器が出力するパルス信号を前記パルス入力回路に入力することで前記通常動作モードとし、前記パルス入力回路を前記パルス出力回路に接続し、前記パルス出力回路からフィードバックされた前記パルス信号が出力するパルス信号を前記パルス入力回路に入力することで前記異常診断モードとし、前記異常診断モードにおいて、前記パルス出力回路が前記パルス生成手段で生成した異常診断用パルス信号を出力し、前記異常診断手段が、前記パルス入力回路から入力したパルス信号と、前記パルス出力回路から出力したパルス信号とを比較し、両パルス信号が不一致であるときに前記パルス入力回路に異常が発生していると判断することを特徴としている。

このように、既存のパルス出力回路の接続先を変更することでパルス入力回路の異常検出機能を実現するので、新たにパルス入力回路の異常検出を行うための回路を設ける必要がない。つまり、従来装置のように、２系統のパルス入力回路を設けることなくパルス入力回路の異常検出が可能であるため、コストの増大や装置の大型化を抑制することができる。

また、予め設定された異常診断用パルス信号を用いるため、パルス入力回路を介してパルス信号を正常に受信できるか否かだけでなく、受信できている場合にはそのパルス信号がパルス出力回路から出力したパルス信号と一致しているか否かを容易に確認することができる。したがって、パルス入力回路の異常診断を適正に行うことができる。

さらに、パルス入力回路から入力したパルス信号と、パルス出力回路から出力したパルス信号とを比較することで、容易にパルス入力回路の異常発生の有無を診断することができる。

本発明によれば、インバータ装置の入力回路の自己診断機能を設けるので、異常発生時には、その異常が上記入力回路の異常であるか否かを容易に判断することができる。このように、異常発生箇所を限定することができるので、装置の復旧時間を短縮することができる。

本発明に係るインバータ装置の構成を示すブロック図である。通常動作時における結線図である。異常診断時における結線図である。論理回路の主要部分を示す内部ブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
（構成）
図１は、本発明に係るインバータ装置の構成を示すブロック図である。
図中、符号１は、図示しない誘導電動機を駆動するインバータ装置である。このインバータ装置１は、パルス入力回路２と、論理回路３と、パルス出力回路４と、を備える。また、図中、符号１０は、インバータ装置１の外部に配置されたパルス発生器であり、例えば、誘導電動機に取り付けられたコンプリメンタリ型エンコーダ等で構成されている。

パルス入力回路２は、インバータ装置１内にパルス信号を入力するためのパルス入力端子であり、入力したパルス信号を論理回路３へ出力する。論理回路３は、ＣＰＵ、ＡＳＩＣにより構成されており、パルス入力回路２から入力されたパルス信号を受信し、当該パルス信号に基づいて誘導電動機の速度制御を行う。この速度制御処理については後述する。パルス出力回路４は、論理回路３から出力されるパルス信号を出力するパルス出力端子である。

このインバータ装置１は、パルス入力回路２の異常発生の有無を自己診断する機能を有する。誘導電動機の速度制御を行う通常動作モードと、パルス入力回路２の異常診断を行う異常診断モードとの切り替えは、モード切替スイッチＳＷ１によって行われる。モード切替スイッチＳＷ１は、通常動作モードを選択しているときはオフ状態となり、異常診断モードを選択しているときはオン状態となるスイッチである。
モード切替スイッチＳＷ１がオフ状態である通常動作時には、接続切替スイッチＳＷ２及びＳＷ３はそれぞれ実線に示す状態となる。一方、モード切替スイッチＳＷ１がオン状態である異常診断時には、接続切替スイッチＳＷ２及びＳＷ３はそれぞれ破線に示す状態となる。

すなわち、通常動作時には、ケーブル２１とケーブル２２、ケーブル２３とケーブル２４とがそれぞれ接続される。したがって、図２に示すように、パルス入力回路２は、パルス発生器１０から出力されたパルス信号を入力し、パルス出力回路４は、図示しない外部機器へパルス信号を出力することになる。
一方、異常診断時には、ケーブル２２とケーブル２５の一端、ケーブル２４とケーブル２５の他端がそれぞれ接続される。したがって、図３に示すように、パルス入力回路２は、パルス出力回路４が出力したパルス信号を入力することになる。

次に、論理回路３の具体的構成について説明する。
図４は、論理回路３の主要部分を示す内部ブロック図である。この図４に示すように、論理回路３は、受信回路３１と、カウンタ３２と、速度演算器３３と、速度設定器３４と、加算器３５と、速度制御器３６と、分周器３７と、パルス発生回路３８と、パルス発振器３９と、比較器４０と、接続切替スイッチＳＷ４と、接続切替スイッチＳＷ５と、を備える。
接続切替スイッチＳＷ４及びＳＷ５は、それぞれモード切換スイッチＳＷ１がオフ状態である通常動作時に実線に示す状態となり、モード切換スイッチＳＷ１がオン状態である異常診断時に破線で示す状態となるスイッチである。

通常動作時には、接続切替接続切替スイッチＳＷ４が実線に示す状態となっているため、受信回路３１は、パルス入力回路２を介して入力されるパルス信号を受信し、カウンタ３２に出力する。速度演算器３３は、カウンタ３２によるカウント結果に基づいて誘導電動機の速度を演算し、その結果を加算器３５に出力する。加算器３５は、速度設定器３４から出力される予め設定された速度設定値と、速度演算器３３から出力される速度演算値との差分を算出し、これを速度制御器３６に出力する。速度制御器３６は、加算器３５から出力される差分値に基づいて、誘導電動機の速度が上記速度設定値に追従するように制御する。

また、通常動作時には、接続切替スイッチＳＷ５が実線に示す状態となっているため、カウンタ３２の出力結果は、分周器３７を介してパルス発生回路３８に入力される。そして、パルス発生回路３８は、インバータ自身が出力している周波数やエンコーダの位置フィードバックを外部機器に伝達するためのパルス信号を生成し、これをパルス出力回路４に出力する。

一方、異常診断時には、接続切替スイッチＳＷ４が破線に示す状態となるため、受信回路３１は、パルス入力回路２を介して入力されるパルス信号を比較器４０に出力する。またこのとき、接続切替スイッチＳＷ５が破線に示す状態となるため、パルス発生回路３８は、パルス発振器３９から出力される自己診断用の所定の指令パルスに基づいて生成したパルス信号を、パルス出力回路４に出力する。

比較器４０は、受信回路３１で受信したパルス信号と、パルス発振器３９から出力されるパルス信号とを比較し、その結果（一致／不一致）を出力する。
そして、比較器４０による比較結果が一致している場合には、論理回路３は、パルス入力回路２が正常であると判断して通常動作モードでの動作を許可する。一方、上記比較結果が不一致である場合には、論理回路３は、パルス入力回路２に異常が発生していると判断して通常動作モードでの動作を禁止すると共に、異常発生を報知するためのアラーム等を出力する。
なお、図１において、モード切替スイッチＳＷ１及び接続切替スイッチＳＷ２〜ＳＷ４が切替手段に対応し、図４において、パルス発振器３９がパルス生成手段に対応し、比較器４０が異常診断手段に対応している。

（動作）
次に、本実施形態の動作について説明する。
先ず、通常動作時の動作について説明する。通常動作時には、モード切替スイッチＳＷ１をオフ状態とする。これにより、接続切替スイッチＳＷ２〜ＳＷ４がそれぞれ図１及び図４の実線に示す状態となる。そのため、インバータ装置１は、外部のパルス発生器１０から出力されるパルス信号を、パルス入力回路２を介して入力し、入力したパルス信号に基づいて誘導電動機の速度制御を行う。このとき、パルス出力回路４からは、外部機器に対してパルス信号が出力される。

次に、異常診断時の動作について説明する。異常診断時には、モード切替スイッチＳＷ１をオン状態へ切り替える。これにより、接続切替スイッチＳＷ２〜ＳＷ４がそれぞれ図１及び図４の破線に示す状態へ切り替わる。そのため、パルス出力回路４は、インバータ装置１内部で生成した所定のパルス信号をパルス入力回路２に対して出力する。
すなわち、異常診断時には、パルス出力回路４の出力（接続）を、図２に示す状態から図３に示す状態へ変更することで、論理回路３のパルス発生回路３８が出力するパルス信号を、パルス出力回路４を介して出力し、パルス入力回路２から論理回路３にフィードバックする。

このとき、論理回路３内部では、自己診断用のパルス発振器３９が出力する指令パルスと、パルス出力回路４、ケーブル２４，２５，２２およびパルス入力回路２を介してフィードバックされる帰還パルスとを、比較器４０で比較する。そして、帰還パルスが指令パルスと一致する場合は、インバータ装置１のパルス入力回路２は正常であると判断する。一方、パルス入力回路２が正常にパルス信号を検出できない状態であるなどにより帰還パルスが指令パルスと一致しない場合は、インバータ装置１のパルス入力回路２に異常が発生していると判断する。

ところで、パルス入力回路の異常診断を行う場合、２系統の入力回路を用意して比較する方式が一般的である。しかしながら、この場合、入力回路を２つ設けるため、その分コストが嵩む。
これに対して、本実施形態では、インバータ装置１のパルス出力端子とパルス入力端子とをインバータ装置１の外部で接続可能な構成とし、インバータ装置１内部で生成した指令パルスと、この指令パルスをパルス出力端子からパルス入力端子へフィードバックした帰還パルスとを比較する。このように、インバータ装置１にパルス入力回路２の自己診断機能を持たせる。これにより、２系統の入力回路を設けることなく、入力回路の異常の有無を判断することができる。

（効果）
このように、本実施形態では、パルス入力回路とパルス出力回路とを備えるインバータ装置において、自己のパルス出力をパルス入力回路に接続し、インバータ装置内部で自己のパルス出力とパルス入力回路を介して入力したパルス入力とが一致するか否かを診断する。そして、両パルスが不一致である場合には、パルス入力回路が正常にパルスを検出できない状態であると判断する。

したがって、パルス入力回路異常の有無をインバータ装置単体で自己診断することができる。また、このパルス入力回路の異常検出機能により、パルス信号の入力不具合時に異常発生箇所（インバータ装置の入力回路の異常であるのか、外部のパルス発生器の異常であるのか）を限定することができるので、装置の復旧時間を短縮することができる。
さらに、既存のパルス出力回路の接続先を変更することでパルス入力回路の異常検出機能を実現するので、新たにパルス入力回路の異常検出用の回路を設ける必要がない。すなわち、従来装置のように、２系統のパルス入力回路を設けることなくパルス入力回路の異常検出が可能となる。そのため、コストの増大や装置の大型化を抑制することができる。

（変形例）
なお、上記実施形態においては、パルス出力端子とパルス入力端子との接続をインバータ装置１の外部で行う場合について説明したが、インバータ装置１の内部で行うようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、モード切替スイッチＳＷ１をインバータ装置１の外部に設置する場合について説明したが、これをインバータ装置１の内部に設置し、通常動作モードと異常診断モードとの切り替えをインバータ装置１の内部で自動的に行うようにしてもよい。

１…インバータ装置、２…パルス入力回路、３…論理回路、４…パルス出力回路、１０…パルス発生器、３１…受信回路、３２…カウンタ、３３…速度演算器、３４…速度設定器、３５…加算器、３６…速度制御器、３７…分周器、３８…パルス発生回路、３９…パルス発振器、４０…比較器、ＳＷ１…モード切替スイッチ、ＳＷ２〜ＳＷ５…接続切替スイッチ

Claims

パルス信号を入力するパルス入力回路と、パルス信号を出力するパルス出力回路とを備えるインバータ装置であって、
通常動作モードと前記パルス入力回路の異常診断を行う異常診断モードとを切替可能な切替手段と、
所定の異常診断用パルス信号を生成するパルス生成手段と、
前記パルス入力回路の異常を判断する異常診断手段と、を備え、
前記切替手段は、前記パルス入力回路を外部のパルス発生器に接続し、前記パルス発生器が出力するパルス信号を前記パルス入力回路に入力することで前記通常動作モードとし、前記パルス入力回路を前記パルス出力回路に接続し、前記パルス出力回路からフィードバックされた前記パルス信号が出力するパルス信号を前記パルス入力回路に入力することで前記異常診断モードとし、
前記異常診断モードにおいて、前記パルス出力回路が前記パルス生成手段で生成した異常診断用パルス信号を出力し、前記異常診断手段が、前記パルス入力回路から入力したパルス信号と、前記パルス出力回路から出力したパルス信号とを比較し、両パルス信号が不一致であるときに前記パルス入力回路に異常が発生していると判断することを特徴とするインバータ装置。