JP5856234B2 - インバータ制御装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明はインバータに関するものであり、特にインバータの動作を制御するための装置及びその方法に関するものである。

直流を交流に変換するインバータ、その中でも三相ＰＷＭインバータは電送機駆動ドライブ、ＩＰＳ（Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ）、能動電力フィルタなどのような多様な産業応用分野を始め、新再生エネルギー変換システムとハイブリッド自動車などに活用されている。

インバータシステムの設計と制御技術は一般化されているが、産業現場では多種の予期せぬインバータの故障がよく発生する。特に、インバータの故障は全体システムの動作に影響を及ぼすため、システムの信頼性を増加させ、故障による悪影響を除去するために故障の検出と診断が必要となる。

また、インバータシステムの動作及びそれによる故障によってインバータシステム及びそれに伴う多様な被害を最小化するために、従来はインバータシステムの故障判断のために各故障の形態による分析及びそれぞれのインバータ制御を行うようにしている。

即ち、インバータシステムで発生し得る多様な故障に対してそれぞれの場合を判断し、判断された場合（事故の原因）に応じてインバータシステムの正常化及び駆動のための故障復旧を実行する。しかし、インバータシステムの故障の種類に応じてインバータの動作を制御する方式がそれぞれ異なる。よって、複数の故障が発生した場合、それによる故障を復旧するための動作の前に正常でないインバータシステムの再稼動が発生する可能性がある。
このような場合、２次的な故障発生及びそれによる多様な損失が発生する問題点がある。

本実施例では、インバータの故障による復旧判別を容易に行い、それによる正常化駆動を実行させるためのインバータ制御装置及びその制御方法を提供する。

本発明の実施例によるインバータ制御装置において、インバータから出力される各相の電流を検出する動作信号入力部と、前記動作信号入力部から検出された電流に基づいてインバータの故障有無を検出するエラー検出部と、前記エラー検出部から検出されたインバータの故障タイプに応じた前記インバータの駆動を制御する制御部と、前記動作信号入力部から検出された電流信号に基づいてインバータの故障の種類及びそれに対応する故障タイプを記憶する記憶部と、を含む。

また、本発明の実施例によるインバータの制御方法において、インバータの各相の電流信号に基づいてインバータの故障有無を確認するステップと、前記インバータの故障が発生すると前記発生した故障タイプを確認するステップと、前記確認された故障タイプに応じて前記インバータの駆動を制御するステップと、を含む。

本発明の実施例が適用されるインバータシステムのブロック構成図である。 本発明の実施例が適用されるインバータ故障診断検出部のブロック構成図である。 本発明の一実施例によるインバータ制御動作を示すフローチャートである。 本発明の他の実施例によるインバータ制御動作を示すフローチャートである。

本明細書及び特許請求の範囲で使用された用語や単語は通常的であるか辞書的な意味に限って解析されてはならず、発明者は自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義し得るという原則に立脚して本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解析されるべきである。

よって、本明細書に記載された実施例と図面に図示された構成は本発明の最も好ましい一実施例に過ぎず、本実施例の技術的思想を全て代弁するものではないため、本出願時点でこれらを代替し得る多様な均等物と変形例が存在し得るということを理解すべきである。

図１は、本発明の実施例が適用されるインバータシステムのブロック構成図である。
図１を参照すると、本発明の実施例が適用されるインバータシステムはＰＷＭインバータ１０、電動機２０及びインバータ故障診断検出部１００を含む。

インバータ故障診断検出部１００はＰＷＭインバータ１０から出力される各相（Ａ，Ｂ，Ｃ）の電流を入力され、前記入力された電流信号に基づいて三層ＰＷＭインバータ１０の開放回路の故障を診断する。

前記故障検出部１００は下記図２を参照してその構成を詳細に説明する。

図２は、本発明の実施例が適用されるインバータ故障診断検出部のブロック構成図である。
図２を参照すると、本発明の実施例が適用されるインバータ故障診断検出部１００は動作信号入力部１１０、エラー検出部１２０、記憶部１３０、制御部１４０、制御信号出力部１５０及びユーザ入力部１６０を含む。

動作信号入力部１１０はＰＷＭインバータ１０から出力される各相（Ａ，Ｂ，Ｃ）の電流を検出し、前記検出された電流信号をエラー検出部１２０に出力する。また、他にもインバータの動作及び電送機２０の動作に対する正常有無に対する信号を入力される。

エラー検出部１２０は前記動作信号入力部１１０から出力されるインバータの各相（Ａ，Ｂ，Ｃ）の電流信号を検査し、それに応じたインバータの故障（エラー）有無を検出する。本発明の実施例ではインバータ故障の例として４つのタイプの故障を挙げて説明する。

第１タイプは、ウォーミング（Ｗａｒｍｉｎｇ）タイプの故障（以下、第１タイプと称する）である。前記第１タイプはモータ又はインバータの過温度、温度センサ故障などの場合を含む。第１タイプの故障によるインバータ制御動作としては、入力トルク指令値が予め設定された特定値以上に入力されないようにするか、予め設定された勾配を利用して指令値を減少させて（ｄｅｒａｔｉｎｇ）駆動されないようにする。前記のような第１タイプの故障の場合、入力指令値を制限して駆動するとインバータの焼損を防止することができるためＰＷＭ信号を遮断してインバータの駆動を停止させる必要がない。

第２タイプは、ラッチ（Ｌａｔｃｈ）タイプの故障（以下、第２タイプと称する）である。前記第２タイプはＣＡＮ通信の受信エラー、過電圧、電流センサの故障、パワーモジュールの故障などを含む。第２タイプの故障によるインバータ制御動作は、故障が感知されるとＰＷＭ信号を遮断してインバータの駆動を定義させる。

第３タイプは、レベル（Ｌｅｖｅｌ）タイプの故障（以下、第３タイプと称する）である。前記第３タイプは制御電源及び駆動電源の低電圧によって発生する。また、前記第３タイプの故障の場合、前記故障によって外部から電源供給がないか不足な場合、一時的にインバータの駆動を停止させてから電源が正常に復帰されるとインバータの駆動を正常化する。

第４タイプは、リエントリ（Ｒｅｔｒｙ）タイプの故障（以下、第４タイプと称する）である。前記第４タイプは過電流、モータセンサの故障、Ａｒｍ短絡故障などを含む。前記第４タイプの故障の場合、外部のノイズ源によって誤検出の可能性がある故障である。よって、誤検出を防止するために設定された周期又は回数の間にインバータの駆動が停止されるように制御する。後に正常駆動させて設定された回数だけ反復されると最終的にインバータの駆動を停止させる。

記憶部１３０は、インバータの故障状態及び前記故障状態による故障タイプをマッチングして記憶する。

図３は、本発明の一実施例によるインバータ制御動作を示すフローチャートである。
図３を参照すると、本発明の実施例によるインバータ故障診断検出部１００の制御部１４０はインバータ駆動モードＳ３０２で図２に詳述した多様な故障タイプによる故障発生原因を持続的に判断する（Ｓ３０４）。

制御部１４０は故障の発生が感知されると前記感知された故障タイプを確認する（Ｓ３０６）。

前記故障タイプの確認順番は流動的である。本発明の実施例では第１タイプの故障から第Ｎタイプの故障を順次に確認することを例に挙げて説明する。

制御部１４０は前記確認された故障タイプが第１タイプの故障であるのかを判断する（Ｓ３０８）。

制御部１４０は前記判断結果、前記発生した故障タイプが第1タイプであれば前記第１タイプによるインバータ制御信号を生成する。即ち、制御部１４０は前記第１タイプの故障によって入力トルクの指令値を設定された特定値以上に入力されないようにするか、予め設定された指令値を減少させるインバータ制御信号を生成して制御出力部１５０を介して出力されるようにする。

一方、制御部１４０は前記判断の結果（Ｓ３０６），確認された故障タイプが第1タイプではなければ第２タイプの故障であるのかを判断する（Ｓ３１２）。

制御部１４０は前記判断の結果、第２タイプの故障であることを確認すると前記第２タイプによるインバータ制御信号を生成する。即ち、制御部１４０は前記故障原因に応じてインバータを遮断する制御信号を生成して出力する（Ｓ３１４）。

一方、制御部１４０は第２タイプの故障であるのかを判断した結果、確認された故障タイプではなければ第３タイプの故障であるのかを判断する（Ｓ３１６）。

制御部１４０は前記判断の結果、第３タイプの故障であることを確認すると前記第３タイプによるインバータ制御信号を生成する。即ち、制御部１４０は前記故障原因に応じてインバータを遮断する制御信号を生成して出力する（Ｓ３１８）。次に、制御部１４０はインバータ駆動復帰条件（図２で詳述した電源正常）を満足するのかを判断する（Ｓ３２０）。制御部１４０は前記判断の結果に応じてインバータを再駆動する。

また、制御部１４０は第３タイプの故障であるのかを判断した結果、確認された故障タイプではなければ第４タイプの故障であるのかを判断する（Ｓ３２２）。

制御部１４０は前記判断の結果、第４タイプの故障であることを確認すると前記第４タイプによるインバータ制御信号を生成する。即ち、制御部１４０は前記故障原因に応じてインバータを遮断する制御信号を生成して出力する（Ｓ３２４）。次に、前記第４タイプの故障の場合には外部のノイズ源によって発生し得る故障であるため、故障の誤検出を防止するためにインバータのオン／オフを予め設定された回数又は周期に実行する。制御部１４０は前記インバータのオン／オフ回数又は周期が予め設定された確認されたカウント回数を超過したのかを判断する（Ｓ３２６）。

制御部１４０は、予め設定されたカウント回数を超過しなければ所定時間の待機時間の後に予め設定された回数だけインバータをオン／オフする。また、制御部１４０は予め設定されたカウント回数を超過してインバータのオン／オフが行われればインバータの故障原因を再度判断してインバータを再駆動するかインバータの遮断を維持する。

図４は、本発明の他の実施例によるインバータ制御動作を示すフローチャートである。
図４を参照すると、本発明の実施例によるインバータ故障診断検出部１００の制御部１４０はインバータ駆動モードＳ４０２で図２に詳述した多様な故障タイプによる故障発生原因を持続的に判断する（Ｓ４０４）。

制御部１４０は故障の発生が感知されると前記感知された故障が単一タイプの故障であるのかを判断する（Ｓ４０６）。

制御部１４０は前記発生した故障が前記図２で詳述した多様な故障タイプのうちいずれか一つのタイプのみを含む単一故障であれば故障タイプに応じた動作を行う。前記故障タイプに応じた制御動作は図２乃至図３で説明したため以下では省略する。

一方、制御部１４０は前記発生した故障が前記図２で詳述した多様な故障タイプのうち複数の故障タイプを含む複合故障タイプであることを確認すると（Ｓ１４０）、優先的に第２タイプの故障を含むのかを判断する（Ｓ４１２）。

前記図２乃至図３で詳述したように、第２タイプの故障が感知されると制御部１４０はインバータの駆動を停止させる制御信号を生成する。一方、第１又は第３又は第４タイプの故障である場合、インバータの駆動を停止させないか停止させても所定条件を満足すると再駆動させる制御信号を生成する。

よって、前記第２タイプの故障である場合、インバータの駆動が必ず停止されるべき状態の故障であるため、故障によるインバータ制御の優先順位を有する故障タイプは第２タイプである。

制御部１４０は複数の故障タイプを確認すると、第２タイプが含まれている場合には他のタイプ（第１、第３、第４タイプ）の故障を無視してインバータの駆動を遮断するための制御信号を生成する。但し、故障が無視されたタイプの場合、インバータを駆動するための制御信号の生成による故障状態は無視してもよいが、故障に対するお知らせ又は状態に対する情報は感知及びユーザに出力する。

一方、制御部１４０は複数のタイプを含む故障が発生して前記故障タイプを確認した結果、第２タイプの故障が含まれていなければ第３タイプの故障が含まれているのかを判断する（Ｓ４１８）。

第３タイプの故障の場合には第２タイプの故障と同様に故障が発生するとインバータの駆動を停止させるが、インバータ駆動の復旧条件を満足すればインバータを再稼動させる。よって、第４タイプの故障に比べて故障タイプの確認順位が優先順位である。

よって、第３タイプの故障が発生したことを感知すると制御部１４０は第１及び第４タイプの故障を無視し（Ｓ４２０）、第３タイプの故障によるインバータの制御動作を行う（Ｓ４２２）。

制御部１４０は複数のタイプを含む故障が発生して前記故障タイプを確認した結果、第２乃至第３タイプの故障を含まなければ第４タイプの故障が含まれているのかを判断する（Ｓ４２４）。

制御部１４０は前記第４タイプの故障発生を感知すると第２及び第３タイプの故障と同様に故障が発生した際にインバータの駆動を停止させる。しかし、故障の発生原因が多様であるため、誤検出の防止を目的に制御部１４０はインバータの駆動を決められた周期又は回数の間にオン／オフされるように駆動する。よって、制御部１４０は第２乃至第３タイプの故障は必ず優先的にインバータの動作をオフすべきであるため、インバータの駆動を無条件にオフしない第４タイプの故障確認優先順位は低く指定される。

制御部１４０は複数のタイプを含む故障によって第４タイプの故障を含んでインバータの駆動をオフしない第１タイプを無視し、第４タイプの故障による制御動作を行う。

本発明の実施例では、複数のタイプを含む故障が発生すると故障タイプを確認する順番がインバータの停止を要求する故障タイプを優先順位に応じて確認することを例に挙げて説明した。しかし、他にもユーザの入力に応じて重要な故障発生による故障タイプの優先順位を有してもよい。

これまで本発明についてその好ましい実施例を中心に説明したが、これは単なる例示であって本発明を限定するものではなく、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば本発明の本質的な特性を逸脱しない範囲内で前記に例示されていない多様な変形と応用が可能であることが分かるはずである。例えば、本発明の実施例に具体的に示した各の構成要素は変形して実施してもよいものである。そして、このような変形と応用に関する差は、添付した特許請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものとして解析されるべきである。

１０ ＰＷＭインバータ
２０ 電動機
１００ インバータ故障診断検出部
１１０ 動作信号入力部
１２０ エラー検出部
１３０ 記憶部
１４０ 制御部
１５０ 制御信号出力部
１６０ ユーザ入力部

Claims (11)

1. インバータ制御装置において、
   インバータから出力される各相の電流を検出する動作信号入力部と、
   前記動作信号入力部から検出された電流に基づいてインバータの故障有無を検出するエラー検出部と、
   前記エラー検出部から検出されたインバータの故障タイプに応じた前記インバータの駆動を制御する制御部と、
   前記動作信号入力部から検出された電流信号に基づいてインバータの故障の種類及びそれに対応する故障タイプを記憶する記憶部と、を含み、
   前記制御部は、前記電流に基づいて感知される故障が第１タイプの故障であれば入力指令値を制限し、第２タイプの故障であればインバータの駆動を遮断し、第３タイプの故障であればインバータの駆動を一時遮断してから駆動復帰条件に応じて再稼働し、第４タイプの故障であればインバータの駆動をオン／オフする、インバータ制御装置。
2. 前記制御部は、
   前記第４タイプの故障が感知されると設定された周期又は設定された回数の間にインバータの駆動をオン／オフし、基準回数又は周期の間に故障が感知されると前記インバータの駆動を遮断する、請求項１に記載のインバータ制御装置。
3. 前記制御部は、
   前記感知された故障タイプが第１タイプの故障であれば、入力トルクの指令値を特定値以上に入力されないようにするか予め設定された勾配を利用して指令値を減少させる、請求項１に記載のインバータ制御装置。
4. 前記制御部は、
   前記感知された故障タイプが第３タイプの故障であればインバータの駆動を遮断して電源の状態が正常状態に復帰するか否かを感知し、前記電源の状態が復帰すれば前記インバータを再駆動する、請求項１に記載のインバータ制御装置。
5. 前記制御部は、
   前記感知される故障が複数の故障タイプに含まれると予め設定された優先順位に応じて故障タイプに対応するインバータ駆動制御信号を出力する、請求項１に記載のインバータ制御装置。
6. 前記制御部は、
   インバータの駆動を遮断する故障タイプの優先順位を前記故障タイプの最優先順位として設定する、請求項５に記載のインバータ制御装置。
7. 前記故障タイプに応じた優先順位は、
   第２タイプ、第３タイプ、第４タイプ、第１タイプの順に設定される、請求項６に記載のインバータ制御装置。
8. 前記制御部は、
   感知された故障タイプが複数である場合、前記優先順位がより高い故障タイプによってインバータの駆動を制御し、当該故障タイプより低い優先順位の故障タイプは無視する、請求項６に記載のインバータ制御装置。
9. インバータ制御方法において、
   インバータの各相の電流信号に基づいてインバータの故障有無を確認するステップと、
   前記インバータの故障が発生すると前記発生した故障タイプを確認するステップと、
   前記確認された故障タイプに応じて前記インバータの駆動を制御するステップと、を含み、
   前記電流信号に基づいて感知される故障が第１タイプの故障であれば入力指令値を制限し、第２タイプの故障であればインバータの駆動を遮断し、第３タイプの故障であればインバータの駆動を一時遮断してから駆動復帰条件に応じて再稼働し、第４タイプの故障であればインバータの駆動をオン／オフする、インバータ制御方法。
10. 前記確認された故障が複数の故障タイプを含む場合、予め設定された優先順位に応じて故障タイプに対応するインバータ駆動制御信号を出力する、請求項９に記載のインバータ制御方法。
11. 前記インバータの故障が複数のタイプを含む場合、インバータの駆動を遮断する制御を行う故障タイプを最優先とする、請求項１０に記載のインバータ制御方法。

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