JP5786291B2 - インバータ装置 - Google Patents

Description

本発明は、インバータ装置に関し、特に出力電流検出用の電流検出器の接続不良を検出可能なインバータ装置に関するものである。

インバータ装置は、当該インバータ装置の出力電流を検出する電流検出器を内蔵しており、この電流検出器で検出した出力電流に基づいて、ベクトル制御や過電流の保護等を行っている。電流検出器は、ハーネスなどのケーブルを用いてインバータ装置内部の制御回路に接続するのが一般的である。しかしながら、その接続は、プリント基板のパターンのように固定されたものではないため、接続状態の監視が必要となる。

接続不良によって電流検出器からの信号を検出できなかったり誤検出したりすると、制御回路による制御ができなくなり、インバータ装置及びその負荷装置が異常作動をしたり、トリップしたり、最悪の場合、過電流による装置の破損を起こしたりする場合がある。
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、インバータ回路のゲート信号を出力する制御器を起動し、一定時間内に検出器で検出したインバータ回路の出力電流値または出力電圧値が所定範囲外となる条件で、検出器の故障、信号線の断線（検出器の接続不良）及びインバータ回路の故障を検知するものである。

特開平９−１９１５９号公報

しかしながら、上記従来のインバータ装置にあっては、検出器の故障、検出器の接続不良及びインバータ回路の故障の何れが発生しているのかを特定するのに時間を要する。すなわち、例えば検出器の接続不良が発生している場合、インバータ装置を運転することで異常動作を検知し、これを受けて装置全体を調査した結果、初めて接続不良が原因であると認識することになる。
また、異常判定を行うためにインバータ装置を運転したとき、万が一装置が破損してしまうと、復旧までに時間とコストがかかってしまう。
そこで、本発明は、電流検出器の接続不良を適切に検出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。

上記課題を達成するために、請求項１記載のインバータ装置は、交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と前記直流電圧を可変周波数、可変電圧の交流電圧に変換するインバータ部とからなる主回路と、前記主回路を制御する制御回路と、前記主回路の出力電流を検出する電流検出器と、を備えるインバータ装置であって、前記電流検出器は、前記制御回路から接続手段を介して電源電流が供給されるように構成されており、前記制御回路は、前記電流検出器の電源電流を監視する監視手段と、前記監視手段で前記電流検出器の電源電流が零であることを検知したとき、前記主回路の制御を停止する制御停止手段と、を備え、前記監視手段は、前記制御回路内部の電源と前記電流検出器の電源供給端子との間に直列接続された抵抗を備え、前記抵抗に流れる電流を監視し、前記抵抗を介して前記電流検出器へ流れる電流が零であることを検出したとき、前記主回路の制御を停止する信号を前記制御停止手段に出力することを特徴としている。

このように、制御回路から電流検出器へ供給する電源電流を監視すれば、当該電源電流が零であるときに、電流検出器と制御回路とを接続する接続手段に断線などの接続不良が発生していると判断することができる。そのため、電流検出器の接続不良時には、異常発生の原因特定を素早く行うことができ、復旧までに要する時間を短縮することができる。また、インバータ装置を運転しない状態でも上記接続不良を検知することができるので、接続不良が発生している状態でインバータ装置を運転することに起因して装置破損等が起こってしまうのを防止することができる。

また、監視手段が制御回路内部の電源と電流検出器の電源供給端子との間に直列接続された抵抗を備えて抵抗に流れる電流を監視するで、比較的簡易な回路構成で確実に電流検出器の電源電流を監視することができる。そのため、電流検出器の接続不良を確実に検知することができる。

さらに、請求項２に係るインバータ装置は、請求項１に係る発明において、前記監視手段で前記電流検出器の電源電流が零であることを検知したとき、外部にこれを報知する報知手段を備えることを特徴としている。
これにより、作業者は電流検出器の接続不良が発生していることを素早く正確に認識することができ、復旧作業を適切に行うことができる。

また、請求項３に係るインバータ装置は、請求項１又は２に係る発明において、前記制御回路は、前記電流検出器で検出した前記主回路の出力電流が予め設定した過電流レベルに達している過電流状態を検出する過電流検出手段と、前記過電流検出手段で前記過電流状態を検出したとき、前記主回路の制御を停止する過電流保護手段と、を備えることを特徴としている。
これにより、電流検出器が正常に作動する状態である場合には、過電流保護手段によって過電流から装置を保護することができる。また、電流検出器に接続不良が発生しており、過電流保護が正常に機能しない場合でも、制御停止手段によって装置の保護が可能となるため、より装置の安全性を確保することができる。

本発明によれば、インバータ制御回路から供給される電流検出器への電源電流を監視することで、電源電流が零であるときには電流検出器に接続不良が発生していることを検知することができる。そして、当該接続不良を検知した場合、インバータ装置の出力を停止することで運転を不可とする。これにより、前記接続不良が発生している状態での運転によるインバータ装置の破損や、異常動作による負荷装置への悪影響などを防止することができる。

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。 第１の実施形態における制御回路の詳細を示すブロック図である。 第１の実施形態における制御回路の変形例を示すブロック図である。 第２の実施形態における制御回路の詳細を示すブロック図である。 第２の実施形態における制御回路の変形例を示すブロック図である。

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はインバータ装置である。インバータ装置１は、三相交流電源２に接続されたダイオード整流器（コンバータ部）１１と、その直流側に平滑コンデンサ１２を介して接続されたインバータ回路（インバータ部）１３とを備えている。

ダイオード整流器１１は、三相交流電源２からの交流電流を直流電流に変換する。また、インバータ回路１３は、当該直流電流を可変周波数・可変電圧の交流電流に変換する。このダイオード整流器１１と、平滑コンデンサ１２と、インバータ回路１３とからなる主回路の出力電流はモータ３に供給される。これにより、モータ３が駆動し、このモータ３によって負荷装置４が駆動される。

インバータ装置１の出力側には、主回路の出力電流を検出する電流検出器１４が設けられている。この電流検出器１５は、ハーネスなどのケーブルを用いて制御回路２０と接続されており、電流検出器１５による電流検出値は制御回路２０に入力される。制御回路２０は、上記電流検出値に基づいてベクトル制御を行い、インバータ回路１３を構成する半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ等）のゲートを駆動制御する。

次に、制御回路２０の具体的構成について説明する。
図２は、制御回路２０の詳細を示すブロック図である。
この図２に示すように、制御回路２０は、電流指令発生回路２１と、電流制御器２２と、ＰＷＭ制御器２３とを備え、これらによりベクトル制御を行う。
電流制御器２２は、電流検出器１５の出力端子から出力される電流検出値と、電流指令発生回路２１から出力される電流指令値との偏差を入力する。すると、電流制御器２２は、この電流偏差に対してＰＩ制御を施して電流制御値（電圧指令値）を算出し、これをＰＷＭ制御器２３に出力する。ＰＷＭ制御器２３は、上記電流制御値に基づいてインバータ回路１３を駆動するＰＷＭ信号のデューティ比を算出し、このＰＷＭ信号をインバータ回路１３に出力する。

また、制御回路２０は、インバータ回路１３の過電流からの保護を目的として、過電流レベル設定回路２４と、比較器２５と、ＯＲ回路２６と、インバータ強制オフ回路２７とを備える。すなわち、過電流レベル設定回路２４で予め設定した過電流レベルと電流検出器１５で検出した電流検出値とを、比較器２５で比較する。そして、電流検出値が過電流レベルに達していないときには、“０”となる信号をＯＲ回路２６の一方の入力端子に出力し、電流検出値が過電流レベルに達すると、“１”となる信号をＯＲ回路２６の一方の入力端子に出力する。

インバータ強制オフ回路２７は、例えば、ＰＷＭ制御器２３とインバータ回路１３との接続／非接続を制御可能なスイッチにより構成する。そして、このスイッチを、ＯＲ回路２６の出力が“０”であるときにオン状態となって、ＰＷＭ制御器２３とインバータ回路１３とを接続（インバータ回路１３をオン）し、ＯＲ回路２６の出力が“１”であるときにオフ状態となって、ＰＷＭ制御器２３とインバータ回路１３とを切り離す（インバータ回路１３をオフする）ように構成する。

さらに、本実施形態では、制御回路２０は、電流検出器１５と制御回路２０との間の接続不良の検出を目的として、抵抗２８と、断線検出器２９とを備える。
電流検出器１５は、ホール素子やシャント抵抗等で構成され、電源を有していない。そのため、電流検出器１５の電源は制御回路２０から供給される。すなわち、電流検出器１５のプラス側端子（電源供給端子）が制御回路２０内部の電源３０に接続され、マイナス側端子が接地される。

抵抗２８は、電流検出器１５のプラス側端子と電源３０との間に直列に接続する。そして、断線検出器２９で、抵抗２８を介して流れる電流検出器１５への電源電流を監視する。断線検出器２９は、電流検出器１５への電源電流が０［Ａ］となることを検出しているときに“１”となる信号をＯＲ回路２６の他方の入力端子に出力し、それ以外のときには“０”となる信号をＯＲ回路２６の他方の入力端子に出力する。

このような構成により、過電流時及び／又は接続不良時には、ＯＲ回路２６の出力が“１”となり、インバータ強制オフ回路２７がインバータ装置１の出力を強制的にオフする。
なお、図２において、抵抗２８及び断線検出器２９が監視手段に対応し、ＯＲ回路２６及びインバータ強制オフ回路２７が制御停止手段及び過電流保護手段に対応し、過電流レベル設定回路２４及び比較器２５が過電流検出手段に対応している。

（動作）
次に、第１の実施形態の動作について説明する。
電流検出器１５に接続不良が発生していない正常状態である場合、電流検出器１５へ電源電流が流れるため、断線検出器２９は抵抗２８を介して電源電流が流れることを確認し、“０”となる信号をＯＲ回路２６に出力する。また、このとき電流検出器１５はインバータ装置１の出力電流を検出し、比較器２５はその電流検出値と過電流レベルとを比較する。そして、過電流でない場合には、比較器２５は“０”となる信号をＯＲ回路２６に出力する。したがって、ＯＲ回路２６の出力信号は“０”となり、インバータ強制オフ回路２７は、ＰＷＭ制御器２３とインバータ回路１３とを接続した状態とする。

この正常状態では、電流検出器１５で検出したインバータ装置１の出力電流と、電流指令発生回路２１から出力される電流指令値との偏差を算出し、この電流偏差に基づいてインバータ回路１３を駆動制御する。このようにして、モータ３の速度制御が行われる。
一方、電流検出器１５とインバータ装置１の制御回路２０とを接続するケーブルが断線している接続不良時には、電流検出器１５へ電源電流が流れないため、断線検出器２９は電源電流＝０［Ａ］であることを確認する。そのため、断線検出器２９は、“１”となる信号をＯＲ回路２６に出力する。すると、ＯＲ回路２６の出力信号は“１”となり、インバータ強制オフ回路２７は、ＰＷＭ制御器２３とインバータ回路１３とを切り離した状態とする。これにより、制御回路２０によるインバータ回路１３の駆動制御が停止する。このようにして、インバータ装置１の出力を強制的にオフする。

（効果）
このように、第１の実施形態では、インバータ装置の制御回路に電流検出器の電源電流を監視する機能を設けるので、電流検出器の接続不良が発生している場合には、確実にこれを検知することができる。したがって、異常発生時には、装置全体を調査することなく、電流検出器の接続不良に対応した復旧作業を行うことができる。このように、異常原因の特定が容易であるため、復旧までにかかる時間を短縮することができる。

また、電流検出器のプラス側に抵抗を直列接続し、その抵抗を介して流れる電源電流を監視することで電流検出器の接続不良を検知可能であるため、モータに出力電流を供給しない状態でも当該接続不良の検知が可能となる。したがって、電流検出器に接続不良が発生している状態でインバータ装置を運転することに起因して、異常動作やトリップ、更には過電流による装置の破損が起こるのを防止することができる。
さらに、電流検出器の接続不良を検知した場合には、インバータ装置の運転を不可とするので、過電流保護が正常に機能しない状態でインバータ装置が運転されることに起因するインバータ装置の破損や、異常動作による負荷装置への悪影響などを確実に防止することができる。

（変形例）
なお、上記第１の実施形態においては、制御回路２０においてベクトル制御を行う場合について説明したが、出力電圧Ｖと出力周波数Ｆの比を所定の値にしてモータ３を可変速制御するＶ／Ｆ制御を行う場合についても適用可能である。この場合、図３に示すように、図２に示す電流指令発生回路２１、電流制御器２２及びＰＷＭ制御器２３に代えて、電圧／周波数制御器３１及びＰＷＭ制御器３２を設ければよい。

電圧／周波数制御器３１は、速度設定値に基づいて、モータ３の出力電圧Ｖと出力周波数Ｆとの比率（Ｖ／Ｆ比）を所定の値にしつつ３相の交流信号を生成する。そして、ＰＷＭ制御器３２は、電圧／周波数制御器３１で生成した３相の交流信号それぞれをＰＷＭ制御して、インバータ回路１３を駆動するＰＷＭ信号のデューティ比を算出し、このＰＷＭ信号をインバータ回路１３に出力する。この場合にも、過電流時及び／又は接続不良時に、インバータ強制オフ回路２７がインバータ装置１の出力を強制的にオフすることができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
この第２の実施形態は、前述した第１の実施形態において、電流検出器１５の接続不良時に、これを外部に報知するようにしたものである。
（構成）
図４は、第２の実施形態における制御回路２０の詳細を示すブロック図である。
この図４に示すように、本実施形態の制御回路２０は、図２に示す制御回路２０において、異常状態通報回路３５が追加されていることを除いては、図２の制御回路２０と同様の構成を有する。したがって、ここでは構成の異なる部分を中心に説明する。

異常状態通報回路３５は、断線検出器２９の出力信号を入力する。そして、異常状態通報回路３５は、断線検出器２９の出力信号が“１”である場合に、図示しない通報装置を作動し、外部（作業者）に対して電流検出器１５の接続不良が発生していることを報知する。ここで、通報装置として、警報を発する警報装置や、異常発生状態をディスプレイ表示する表示装置等を用いることができる。
なお、図４において、異常状態通報回路３５が報知手段に対応している。

（動作）
次に、第２の実施形態の動作について説明する。
電流検出器１５とインバータ装置１の制御回路２０とを接続するケーブルが断線している接続不良時には、電流検出器１５へ電源電流が流れないため、断線検出器２９は電源電流＝０［Ａ］であることを確認する。そのため、断線検出器２９は、“１”となる信号をＯＲ回路２６に出力する。すると、ＯＲ回路２６の出力信号は“１”となり、インバータ強制オフ回路２７は、ＰＷＭ制御器２３とインバータ回路１３とを切り離した状態とする。これにより、制御回路２０によるインバータ回路１３の駆動制御が停止する。このようにして、インバータ装置１の出力を強制的にオフする。
さらにこのとき、断線検出器１５の出力信号は異常状態通報回路３５に入力される。断線検出器１５の出力信号は“１”であるため、異常状態通報回路３５は、通報装置によって外部に電流検出器１５の接続不良を知らせる。
これにより、作業者は電流検出器１５の接続不良を認識し、迅速に復旧作業にあたることができる。

（効果）
このように、第２の実施形態では、電流検出器の接続不良時には、インバータ装置の出力を強制的にオフすると共に、当該接続不良が発生していることを外部に通報する。そのため、作業者は電流検出器の接続不良を早く正確に認識することができる。
（変形例）
なお、上記第２の実施形態においては、図３に示す制御回路２０と同様に、Ｖ／Ｆ制御を行う場合についても適用可能である。この場合、図５に示すように、図３に示す制御回路２０に対して異常状態通報回路３５を追加すればよい。これにより、電流検出器１５の接続不良時に、インバータ強制オフ回路２７がインバータ装置１の出力を強制的にオフすると共に、当該接続不良を外部に知らせることができる。

また、上記第２の実施形態においては、異常状態通報回路３５に断線検出器１５の出力信号を入力する場合について説明したが、ＯＲ回路２６の出力信号を入力するようにしてもよい。この場合、異常状態通報回路３５は、ＯＲ回路２６の出力信号が“１”である場合に通報装置を作動し、作業者に対して過電流及び／又は電流検出器１５の接続不良が発生していることを報知することができる。

１…インバータ装置、２…三相交流電源、３…モータ、４…負荷装置、１１…ダイオード整流器（コンバータ部）、１２…平滑コンデンサ、１３…インバータ回路（インバータ部）、１５…電流検出器、２０…制御回路、２１…電流指令発生回路、２２…電流制御器、２３…ＰＷＭ制御器、２４…過電流レベル設定回路、２５…比較器、２６…ＯＲ回路、２７…インバータ強制オフ回路、２８…抵抗、２９…断線検出器、３１…電圧／周波数制御器、３２…ＰＷＭ制御器、３５…異常状態通報回路

Claims (3)

1. 交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と前記直流電圧を可変周波数、可変電圧の交流電圧に変換するインバータ部とからなる主回路と、前記主回路を制御する制御回路と、前記主回路の出力電流を検出する電流検出器と、を備えるインバータ装置であって、
   前記電流検出器は、前記制御回路から接続手段を介して電源電流が供給されるように構成されており、前記制御回路は、前記電流検出器の電源電流を監視する監視手段と、前記監視手段で前記電流検出器の電源電流が零であることを検知したとき、前記主回路の制御を停止する制御停止手段と、を備え、
   前記監視手段は、前記制御回路内部の電源と前記電流検出器の電源供給端子との間に直列接続された抵抗を備え、前記抵抗に流れる電流を監視し、前記抵抗を介して前記電流検出器へ流れる電流が零であることを検出したとき、前記主回路の制御を停止する信号を前記制御停止手段に出力することを特徴としていることを特徴とするインバータ装置。
2. 前記監視手段で前記電流検出器の電源電流が零であることを検知したとき、外部にこれを報知する報知手段を備えることを特徴としていることを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
3. 前記制御回路は、前記電流検出器で検出した前記主回路の出力電流が予め設定した過電流レベルに達している過電流状態を検出する過電流検出手段と、前記過電流検出手段で前記過電流状態を検出したとき、前記主回路の制御を停止する過電流保護手段と、を備えることを特徴とする請求項１又は２記載のインバータ装置。

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