JP5902532B2

JP5902532B2 - Power converter

Info

Publication number: JP5902532B2
Application number: JP2012077841A
Authority: JP
Inventors: 健太塚越; 正和駒井; 孝英小澤; 希美畑林
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2016-04-13
Anticipated expiration: 2032-03-29
Also published as: JP2013208019A

Description

本発明は、モータを駆動するための電力変換装置に関し、特にモータを駆動させなくても欠相を検出することができる電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device for driving a motor, and more particularly to a power conversion device capable of detecting an open phase without driving a motor.

電力変換装置が運転しているとき、出力される多相交流（例えば、三相交流）に欠相が起きることがある。欠相とは、多相交流のうちのある相の電流が断線などに起因して失われることである。図９は、電力変換装置が運転しているときに欠相が起きた三相交流電流を示している。図９のグラフにおいて、縦軸が電流の大きさを表し、横軸が時間を表している。図９に示す例では、Ｕ相に欠相が起こった結果、Ｕ相電流はほぼ０となっている。 When the power converter is operating, a phase failure may occur in the output multiphase alternating current (for example, three-phase alternating current). The phase loss means that the current of a certain phase of the multiphase alternating current is lost due to disconnection or the like. FIG. 9 shows a three-phase alternating current in which an open phase occurs when the power converter is operating. In the graph of FIG. 9, the vertical axis represents the magnitude of current, and the horizontal axis represents time. In the example shown in FIG. 9, the U-phase current is almost zero as a result of the phase loss in the U-phase.

特公平３−７３２３７号公報Japanese Patent Publication No. 3-73237

従来から行われている欠相検出方法では、電力変換装置が運転しているときに、各相の出力電流を１周期にわたり計測して、各相の出力電流同士を比較する。欠相が起きていなければ、各相の出力電流の平均値はほぼ同じになる。しかしながら、断線などにより欠相が起きると、欠相している相の出力電流が他の相の出力電流と比較して極めて低くなる。この出力電流の低下を検出することで断線などによる欠相を検出することができる。 In the conventional phase loss detection method, when the power converter is operating, the output current of each phase is measured over one period, and the output currents of each phase are compared. If no phase loss occurs, the average value of the output current of each phase is almost the same. However, when a phase loss occurs due to a disconnection or the like, the output current of the phase that has lost phase becomes extremely low compared to the output currents of other phases. By detecting this decrease in output current, it is possible to detect an open phase due to disconnection or the like.

しかしながら、上述した従来の欠相検出方法は、電力変換装置により実際にモータを駆動してみないと欠相を検出できない。 However, the conventional phase loss detection method described above cannot detect phase loss unless the motor is actually driven by the power converter.

本発明は、上述した従来の問題点を解決するためになされたもので、モータを駆動する前に欠相を検出することができる電力変換装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a power conversion device that can detect a phase loss before driving a motor.

本発明の一参考例は、電動機に可変周波数の電力を供給するインバータと、該インバータの出力電流を測定する電流検出器と、前記インバータの出力電力を制御するインバータ制御部とを備えた電力変換装置であって、前記インバータ制御部は、前記電流検出器により測定された三相電流を二相電流に変換する３／２相変換部と、前記３／２相変換部によって変換された静止座標系上の前記二相電流を回転座標系上のトルク電流および磁化電流に変換する静止／回転座標変換部と、トルク電流指令値と前記トルク電流との偏差に基づいてトルク電圧指令値を決定するトルク電流制御部と、磁化電流指令値と前記磁化電流との偏差に基づいて磁化電圧指令値を決定する磁化電流制御部と、前記電動機のロータの回転角度を算出する角度算出部と、回転座標系上の前記トルク電圧指令値および前記磁化電圧指令値を、静止座標系上のトルク電圧指令値および磁化電圧指令値に変換する回転／静止座標変換部と、前記回転／静止座標変換部によって変換された前記トルク電圧指令値および前記磁化電圧指令値を三相の電圧指令値に変換する２／３相変換部とを備え、前記インバータ制御部は、前記トルク電流制御部での前記トルク電流指令値を０に設定し、かつ前記角度算出部での前記回転角度を所定の角度に設定した条件下で、前記三相の電圧指令値を生成し、前記インバータは、生成された前記三相の電圧指令値を受けて前記電動機に直流電流を流し、前記磁化電圧指令値が所定のしきい値を超えた状態が所定の時間継続した場合には、前記インバータ制御部は欠相が起きたと判断することを特徴とする。 One reference example of the present invention is an electric power conversion including an inverter that supplies electric power of variable frequency to an electric motor, a current detector that measures an output current of the inverter, and an inverter control unit that controls the output power of the inverter. The inverter control unit includes a 3/2 phase conversion unit that converts a three phase current measured by the current detector into a two phase current, and a stationary coordinate converted by the 3/2 phase conversion unit. A stationary / rotational coordinate converter for converting the two-phase current on the system into a torque current and a magnetizing current on a rotating coordinate system, and a torque voltage command value is determined based on a deviation between the torque current command value and the torque current A torque current control unit; a magnetization current control unit that determines a magnetization voltage command value based on a deviation between the magnetization current command value and the magnetization current; and an angle calculation unit that calculates a rotation angle of the rotor of the electric motor; A rotation / stationary coordinate conversion unit that converts the torque voltage command value and the magnetization voltage command value on the rotating coordinate system into a torque voltage command value and a magnetization voltage command value on the stationary coordinate system, and the rotation / stationary coordinate conversion unit And a 2/3 phase converter that converts the torque voltage command value and the magnetized voltage command value converted into a three-phase voltage command value, wherein the inverter controller is configured to control the torque in the torque current controller. The three-phase voltage command value is generated under a condition in which a current command value is set to 0 and the rotation angle in the angle calculation unit is set to a predetermined angle, and the inverter generates the generated three-phase voltage command value. When a voltage command value for a phase is received and a direct current is passed through the motor, and the state where the magnetized voltage command value exceeds a predetermined threshold value continues for a predetermined time, the inverter control unit causes a phase loss. Judging It is characterized in.

上記参考例の好ましい態様は、前記インバータが前記電動機に直流電流を流している間に、前記インバータ制御部は、前記磁化電圧指令値を所定の上限値以下に制限することを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記所定の角度は、前記三相電流のいずれもが０とならない角度であることを特徴とする。 In a preferred aspect of the above reference example, the inverter control unit limits the magnetization voltage command value to a predetermined upper limit value or less while the inverter is passing a direct current through the electric motor.
In a preferred aspect of the above reference example, the predetermined angle is an angle at which none of the three-phase currents are zero.

本発明の一態様は、電動機に可変周波数の電力を供給するインバータと、該インバータの出力電力を制御するインバータ制御部と、前記インバータの出力電流を測定する電流検出器と、前記電動機の誘起電圧を測定する電圧検出器とを備えた電力変換装置であって、前記インバータ制御部は、前記電流検出器により検出された三相電流を二相電流に変換する３／２相変換部と、前記３／２相変換部によって変換された静止座標系上の前記二相電流を回転座標系上のトルク電流および磁化電流に変換する静止／回転座標変換部と、トルク電流指令値と前記トルク電流との偏差に基づいてトルク電圧指令値を決定するトルク電流制御部と、磁化電流指令値と前記磁化電流との偏差に基づいて磁化電圧指令値を決定する磁化電流制御部と、前記電動機のロータの回転角度を算出する角度算出部と、回転座標系上の前記トルク電圧指令値および前記磁化電圧指令値を、静止座標系上のトルク電圧指令値および磁化電圧指令値に変換する回転／静止座標変換部と、前記回転／静止座標変換部によって変換された前記トルク電圧指令値および前記磁化電圧指令値を三相の電圧指令値に変換する２／３相変換部とを備え、前記誘起電圧が設定値を超えたときには、前記誘起電圧を構成する三相電圧の各最大値が順番に現れているか否かを判断し、前記三相電圧の各最大値が順番に現れていない場合には、欠相が起きたと判断し、前記電圧検出器により測定された前記誘起電圧が前記設定値以下のときには、前記インバータ制御部は、前記トルク電流制御部での前記トルク電流指令値を０に設定し、かつ前記角度算出部での前記回転角度を所定の角度に設定した条件下で、前記三相の電圧指令値を生成し、前記インバータは、生成された前記三相の電圧指令値を受けて前記電動機に直流電流を流し、前記磁化電圧指令値が所定のしきい値を超えた状態が所定の時間継続した場合には、前記インバータ制御部は欠相が起きたと判断することを特徴とする。 One aspect of the present invention is an inverter that supplies electric power of variable frequency to an electric motor, an inverter control unit that controls output power of the inverter, a current detector that measures the output current of the inverter, and an induced voltage of the electric motor A voltage detector for measuring a voltage detector, wherein the inverter control unit converts the three-phase current detected by the current detector into a two-phase current; A stationary / rotating coordinate conversion unit that converts the two-phase current on the stationary coordinate system converted by the 3 / 2-phase converting unit into a torque current and a magnetization current on the rotating coordinate system, a torque current command value, and the torque current A torque current control unit that determines a torque voltage command value based on a deviation of the magnetization current control unit that determines a magnetization voltage command value based on a deviation between the magnetization current command value and the magnetization current, and the electric motor An angle calculation unit for calculating the rotation angle of the rotor, and a rotation / rotation for converting the torque voltage command value and the magnetization voltage command value on the rotating coordinate system into a torque voltage command value and a magnetization voltage command value on the stationary coordinate system. A stationary coordinate conversion unit; and a 2/3 phase conversion unit that converts the torque voltage command value and the magnetization voltage command value converted by the rotation / stationary coordinate conversion unit into a three-phase voltage command value, the induction When the voltage exceeds a set value, it is determined whether or not the maximum values of the three-phase voltages constituting the induced voltage appear in order, and when the maximum values of the three-phase voltage do not appear in order Determines that an open phase has occurred, and when the induced voltage measured by the voltage detector is less than or equal to the set value, the inverter control unit sets the torque current command value in the torque current control unit to 0. Set, The three-phase voltage command value is generated under the condition that the rotation angle in the angle calculation unit is set to a predetermined angle, and the inverter receives the generated three-phase voltage command value and receives the generated three-phase voltage command value. When a direct current is passed through the motor and the state where the magnetized voltage command value exceeds a predetermined threshold value continues for a predetermined time, the inverter control unit determines that a phase loss has occurred .

本発明の好ましい態様は、前記インバータが前記電動機に直流電流を流している間に、前記インバータ制御部は、前記磁化電圧指令値を所定の上限値以下に制限することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記所定の角度は、前記三相電流のいずれもが０とならない角度であることを特徴とする。 In a preferred aspect of the present invention, the inverter control unit limits the magnetization voltage command value to a predetermined upper limit value or less while the inverter is passing a direct current through the electric motor.
In a preferred aspect of the present invention, the predetermined angle is an angle at which none of the three-phase currents is zero.

本発明によれば、モータを駆動する前に、磁化電圧指令値の大きさまたは誘起電圧の最大値の出現パターンから欠相を検出することができる。 According to the present invention, it is possible to detect an open phase from the appearance pattern of the magnitude of the magnetization voltage command value or the maximum value of the induced voltage before driving the motor.

本発明に係る電力変換装置の第１の実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows 1st Embodiment of the power converter device which concerns on this invention. インバータ制御部のブロック図である。It is a block diagram of an inverter control part. 電力変換装置から出力される三相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを示すグラフである。It is a graph which shows the three-phase current Iu, Iv, Iw output from a power converter device. 第１の実施形態を実施しているときのインバータ制御部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an inverter control part when implementing 1st Embodiment. 本発明に係る電力変換装置の第２の実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows 2nd Embodiment of the power converter device which concerns on this invention. モータの誘起電圧を示すグラフである。It is a graph which shows the induced voltage of a motor. 欠相が起きている誘起電圧を示すグラフである。It is a graph which shows the induced voltage in which the open phase has occurred. 欠相検出のプロセスを説明するフロー図である。It is a flowchart explaining the process of a phase loss detection. 電力変換装置が運転しているときの三相交流電流を示す図である。It is a figure which shows a three-phase alternating current when the power converter device is drive | operating.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る電力変換装置の第１の実施形態を示すブロック図である。図１に示すように、電力変換装置は、モータＭに可変周波数の電力を供給するインバータ１０と、インバータ１０への電圧指令値を決定するインバータ制御部１１と、インバータ１０からモータＭに供給される電流を検出する電流検出器（電流計）１２とを備えている。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a power converter according to the present invention. As shown in FIG. 1, the power conversion device is supplied to the motor M from the inverter 10 that supplies variable frequency power to the motor M, the inverter control unit 11 that determines a voltage command value to the inverter 10, and the inverter 10. And a current detector (ammeter) 12 for detecting current.

インバータ１０は、電力変換部としてのインバータ回路１０Ａと、このインバータ回路１０Ａを駆動するゲートドライバ１０Ｂとから基本的に構成されている。インバータ回路１０Ａでは、直流電力（例えば、商用電源を全波整流して得られる直流電源からの直流電力）が供給される正極ラインＰと負極ラインＮとの間に３組の上下アームが並列に接続されており、各相の上下アームにはスイッチング素子（ＩＧＢＴ）Ｓ１〜Ｓ６とダイオードＤ１〜Ｄ６とからなる逆並列回路が組み込まれている。記号Ｃ１はコンデンサである。これらスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６、ダイオードＤ１〜Ｄ６、およびコンデンサＣ１によりインバータ回路１０Ａが構成されている。 The inverter 10 is basically composed of an inverter circuit 10A as a power conversion unit and a gate driver 10B that drives the inverter circuit 10A. In the inverter circuit 10A, three sets of upper and lower arms are arranged in parallel between a positive electrode line P and a negative electrode line N to which DC power (for example, DC power from a DC power source obtained by full-wave rectification of a commercial power source) is supplied. An antiparallel circuit composed of switching elements (IGBT) S1 to S6 and diodes D1 to D6 is incorporated in the upper and lower arms of each phase. Symbol C1 is a capacitor. These switching elements S1 to S6, diodes D1 to D6, and capacitor C1 constitute an inverter circuit 10A.

各スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６には並列にダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６が設けられている。スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５のエミッタは、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６のコレクタにそれぞれ接続され、スイッチング素子Ｓ１とＳ２の接続点からＵ相電流Iｕが、スイッチング素子Ｓ３とＳ４の接続点からＶ相電流Iｖが、スイッチング素子Ｓ５とＳ６の接続点からＷ相電流Iｗがそれぞれ出力される。スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５のコレクタは、正極ラインＰに接続され、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６のエミッタは、負極ラインＮに接続されている。ゲートドライバ１０Ｂは、インバータ制御部１１から送られる電圧指令値に従った電圧が生成されるように、インバータ回路１０Ａのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を駆動する。 Each switching element S1, S2, S3, S4, S5, S6 is provided with diodes D1, D2, D3, D4, D5, D6 in parallel. The emitters of switching elements S1, S3, and S5 are connected to the collectors of switching elements S2, S4, and S6, respectively. The phase current Iv is output from the connection point of the switching elements S5 and S6, respectively. The collectors of the switching elements S1, S3, S5 are connected to the positive line P, and the emitters of the switching elements S2, S4, S6 are connected to the negative line N. The gate driver 10B drives the switching elements S1 to S6 of the inverter circuit 10A so that a voltage according to the voltage command value sent from the inverter control unit 11 is generated.

電流検出器１２は、インバータ１０からモータＭに供給される三相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを計測する。その測定値ＩoutU，ＩoutV，ＩoutWは、ゲイン調整器１５によって増幅された後、インバータ制御部１１に入力される。なお、ゲイン調整器１５は省略することもできる。なお、三相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの計測は、任意の２相の電流を計測し、式Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０から残りの電流を求めてもよい。 The current detector 12 measures the three-phase currents Iu, Iv, Iw supplied from the inverter 10 to the motor M. The measured values IoutU, IoutV, and IoutW are amplified by the gain adjuster 15 and then input to the inverter control unit 11. The gain adjuster 15 can be omitted. The three-phase currents Iu, Iv, and Iw may be measured by measuring an arbitrary two-phase current and obtaining the remaining current from the equation Iu + Iv + Iw = 0.

インバータ制御部１１は、三相電流（測定値）ＩoutU，ＩoutV，ＩoutWおよび外部から入力される角速度指令値に基づいて三相電圧指令値Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊、Ｖｗ^＊を生成する。さらに、インバータ制御部１１は、これら三相電圧指令値Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊、Ｖｗ^＊に対応したＰＷＭ信号を生成し、このＰＷＭ信号をゲートドライバ１０Ｂに送る。ゲートドライバ１０Ｂは、三相電圧指令値Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊、Ｖｗ^＊に対応するＰＷＭ信号に基づいてゲートドライブＰＷＭ信号を生成し、６個のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６は、ゲートドライブＰＷＭ信号に基づいて動作（オン、オフ）される。このように、インバータ１０はインバータ制御部１１からの三相電圧指令値に基づいた電圧を生成し、これをモータＭに印加する。 The inverter control unit 11 generates three-phase voltage command values Vu ^* , Vv ^* , Vw ^* based on the three-phase currents (measured values) IoutU, IoutV, IoutW and the angular velocity command values input from the outside. Further, the inverter control unit 11 generates a PWM signal corresponding to these three-phase voltage command values Vu ^* , Vv ^* , Vw ^* , and sends this PWM signal to the gate driver 10B. The gate driver 10B generates a gate drive PWM signal based on the PWM signal corresponding to the three-phase voltage command values Vu ^* , Vv ^* , Vw ^* , and the six switching elements S1 to S6 are based on the gate drive PWM signal. Are operated (on, off). Thus, the inverter 10 generates a voltage based on the three-phase voltage command value from the inverter control unit 11 and applies it to the motor M.

インバータ制御部１１の基本的動作は次の通りである。電流検出器１２によって検出されたインバータ１０の三相電流ＩoutU，ＩoutV，ＩoutWは、回転座標系上の二相電流（ベクトル）に変換される。ここで、回転座標系の一方の軸を１次鎖交磁束の方向に一致させると、他方の軸は１次鎖交磁束に直交する。したがって、１次鎖交磁束に直交する軸上の電流ベクトルを制御することによって、モータＭのトルクを制御することができる。すなわち、変換された二相電流とそれぞれの目標値との偏差がなくなるようにＰＩ制御が行なわれ、二相の電圧指令値が求められる。求められた回転座標系上の二相の電圧指令値は、静止座標系上の三相の電圧指令値に変換される。そして、各相の電圧指令値に対応したＰＷＭ信号が生成され、このＰＷＭ信号はインバータ１０のゲートドライバ１０Ｂに送られる。インバータ制御部１１は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）または専用の処理装置から構成することができる。 The basic operation of the inverter control unit 11 is as follows. The three-phase currents IoutU, IoutV, and IoutW of the inverter 10 detected by the current detector 12 are converted into two-phase currents (vectors) on the rotating coordinate system. Here, when one axis of the rotating coordinate system is made coincident with the direction of the primary linkage magnetic flux, the other axis is orthogonal to the primary linkage flux. Therefore, the torque of the motor M can be controlled by controlling the current vector on the axis orthogonal to the primary linkage flux. That is, PI control is performed so that there is no deviation between the converted two-phase current and each target value, and a two-phase voltage command value is obtained. The obtained two-phase voltage command values on the rotating coordinate system are converted into three-phase voltage command values on the stationary coordinate system. Then, a PWM signal corresponding to the voltage command value of each phase is generated, and this PWM signal is sent to the gate driver 10B of the inverter 10. The inverter control unit 11 can be constituted by a CPU (Central Processing Unit) or a dedicated processing device.

次に、図２を参照してインバータ制御部１１について詳細に説明する。電流検出器１２によって測定された三相電流ＩoutU，ＩoutV，ＩoutWは３／２相変換部１７に送られ、ここで静止座標系上の三相電流ＩoutU，ＩoutV，ＩoutWは静止座標系上の二相電流に変換される。この静止座標系上の二相電流は静止／回転座標変換部１８に送られ、ここで位相θに基づいて回転座標系上の二相電流、すなわち磁化電流Ｉｍおよびトルク電流Ｉｔに変換される。位相θはロータの回転角度である。 Next, the inverter control unit 11 will be described in detail with reference to FIG. The three-phase currents IoutU, IoutV, and IoutW measured by the current detector 12 are sent to the 3 / 2-phase converter 17, where the three-phase currents IoutU, IoutV, and IoutW on the stationary coordinate system are the two on the stationary coordinate system. Converted to phase current. The two-phase current on the stationary coordinate system is sent to the stationary / rotational coordinate converter 18 where it is converted into a two-phase current on the rotational coordinate system, that is, a magnetizing current Im and a torque current It based on the phase θ. The phase θ is the rotation angle of the rotor.

トルク電流Ｉｔおよび磁化電流Ｉｍは、トルク電流制御部２１および磁化電流制御部２２にそれぞれ送られる。トルク電流制御部２１にはトルク電流指令値Ｉｔ^＊が入力される。トルク電流制御部２１は、トルク電流指令値Ｉｔ^＊と現在のトルク電流Ｉｔとの偏差を０とするためのトルク電圧指令値Ｖｔ^＊を求める。トルク電流指令値Ｉｔ^＊は、モータＭの角速度ωとインバータ制御部１１の外部から入力される角速度指令値との偏差を０とするためのトルク電流であり、ＰＩ演算から求められる。磁化電流制御部２２には、磁化電流指令値Ｉｍ^＊が入力される。磁化電流制御部２２は、磁化電流指令値Ｉｍ^＊と磁化電流Ｉｍとの偏差を０とするための磁化電圧指令値Ｖｍ^＊を求める。トルク電流制御部２１および磁化電流制御部２２としては、ＰＩ制御器（比例積分制御器）が用いられる。 The torque current It and the magnetizing current Im are sent to the torque current controller 21 and the magnetizing current controller 22, respectively. A torque current command value It ^* is input to the torque current control unit 21. The torque current control unit 21 obtains a torque voltage command value Vt ^* for setting the deviation between the torque current command value It ^* and the current torque current It to zero. The torque current command value It ^* is a torque current for setting the deviation between the angular velocity ω of the motor M and the angular velocity command value input from the outside of the inverter control unit 0 to 0, and is obtained from PI calculation. The magnetizing current control unit 22 receives the magnetizing current command value Im ^* . The magnetization current control unit 22 obtains a magnetization voltage command value Vm ^* for setting the deviation between the magnetization current command value Im ^* and the magnetization current Im to zero. As the torque current control unit 21 and the magnetization current control unit 22, a PI controller (proportional integral controller) is used.

磁化電圧指令値Ｖｍ^＊およびトルク電圧指令値Ｖｔ^＊は、回転／静止座標変換部３５に入力され、ここで回転座標系上の磁化電圧指令値Ｖｍ^＊およびトルク電圧指令値Ｖｔ^＊は、位相θに基づき静止座標系上のトルク電圧指令値および磁化電圧指令値に変換される。さらに２／３相変換部３６により、静止座標系上のトルク電圧指令値および磁化電圧指令値は、三相（ｕ相、ｖ相、ｗ相）の電圧指令値Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊、Ｖｗ^＊に変換される。インバータ１０は、上述したように、電圧指令値Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊、Ｖｗ^＊に従って電圧を生成する。 The magnetization voltage command value Vm ^* and the torque voltage command value Vt ^* are input to the rotation / stationary coordinate conversion unit 35, where the magnetization voltage command value Vm ^* and the torque voltage command value Vt ^* on the rotation coordinate system have the phase θ Is converted into a torque voltage command value and a magnetization voltage command value on the stationary coordinate system. Further, the 2/3 phase conversion unit 36 converts the torque voltage command value and the magnetization voltage command value on the stationary coordinate system into voltage command values Vu ^* , Vv ^* , Vw ^{* of} three phases (u phase, v phase, w phase) ^. Is converted to As described above, the inverter 10 generates a voltage according to the voltage command values Vu ^* , Vv ^* , Vw ^* .

トルク電圧指令値Ｖｔ^＊および磁化電圧指令値Ｖｍ^＊は速度演算部３１にも送られ、ここでモータＭのロータの角速度ωが求められる。この角速度ωは、角度算出器３３に入力される。角度算出器３３は、角速度ωを積分してロータの回転角度θを求める。この回転角度θは静止／回転座標変換部１８および回転／静止座標変換部３５に入力される。 The torque voltage command value Vt ^* and the magnetizing voltage command value Vm ^* are also sent to the speed calculation unit 31 where the angular speed ω of the rotor of the motor M is obtained. This angular velocity ω is input to the angle calculator 33. The angle calculator 33 integrates the angular velocity ω to obtain the rotor rotation angle θ. The rotation angle θ is input to the stationary / rotational coordinate converter 18 and the rotational / static coordinate converter 35.

図３は、電力変換装置から出力される三相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを示すグラフである。図３のグラフの縦軸は電流の大きさ［Ａ］を表し、横軸はモータＭのロータの回転角度（位相）を表す。三相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの間には、Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０の関係が成り立つ。ロータの回転角度が０°のとき、三相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは０Ａではないある値を持つ。しかしながら、欠相が起こると、三相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのバランスが崩れ（すなわち、Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０の関係が成り立たず）、結果としてフィードバックされた磁化電流Ｉｍはほとんど０のままとなる。磁化電流制御部２２は磁化電圧指令値Ｖｍ^＊を大きくして磁化電流Ｉｍを磁化電流指令値Ｉｍ^＊に近づけようとするため、磁化電圧指令値Ｖｍ^＊は大きく上昇する。 FIG. 3 is a graph showing three-phase currents Iu, Iv, and Iw output from the power converter. The vertical axis of the graph in FIG. 3 represents the current magnitude [A], and the horizontal axis represents the rotation angle (phase) of the rotor of the motor M. A relationship of Iu + Iv + Iw = 0 holds among the three-phase currents Iu, Iv, Iw. When the rotation angle of the rotor is 0 °, the three-phase currents Iu, Iv, Iw have a certain value that is not 0A. However, if a phase failure occurs, the balance of the three-phase currents Iu, Iv, and Iw is lost (that is, the relationship of Iu + Iv + Iw = 0 does not hold), and as a result, the fed back magnetization current Im remains almost zero. The magnetizing current control unit 22 increases the magnetizing voltage command value Vm ^{* so} as to make the magnetizing current Im close to the magnetizing current command value Im ^* , so that the magnetizing voltage command value Vm ^* increases greatly.

本実施形態に係る電力変換装置は、このような磁化電圧指令値Ｖｍ^＊の上昇に基づいて、欠相を検出する。すなわち、図４に示すように、角度算出器３３にてロータの回転角度θを０°に設定し、かつトルク電流制御部２１にてトルク電流指令値Ｉｔ^＊を０に設定した条件下で、インバータ制御部１１は電圧指令値Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊、Ｖｗ^＊を生成し、インバータ１０は、生成された電圧指令値Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊、Ｖｗ^＊に従ってモータＭに直流電流を流す。欠相が生じていると、上述したように磁化電圧指令値Ｖｍ^＊が大きく上昇する。そこで、インバータ制御部１１は、磁化電圧指令値Ｖｍ^＊が予め定められたしきい値を超えた状態が所定の時間続いた場合には、欠相が起きていると判断する。この所定の時間は、例えば１〜２秒である。なお、欠相が起きていない正常運転時でも、磁化電圧指令値Ｖｍ^＊が瞬間的に大きく上昇することがあるので、正確な欠相の検出を行うために、インバータ制御部１１は、磁化電圧指令値Ｖｍ^＊がしきい値を超えた状態が所定の時間続いた場合に欠相が起きていると判断する。 The power conversion device according to the present embodiment detects an open phase based on such an increase in the magnetization voltage command value Vm ^* . That is, as shown in FIG. 4, under the condition that the rotation angle θ of the rotor is set to 0 ° by the angle calculator 33 and the torque current command value It ^* is set to 0 by the torque current control unit 21. The inverter control unit 11 generates voltage command values Vu ^* , Vv ^* , Vw ^* , and the inverter 10 causes a direct current to flow through the motor M in accordance with the generated voltage command values Vu ^* , Vv ^* , Vw ^* . When the phase loss occurs, the magnetizing voltage command value Vm ^* greatly increases as described above. Therefore, the inverter control unit 11 determines that a phase loss has occurred when the magnetization voltage command value Vm ^* exceeds a predetermined threshold value for a predetermined time. This predetermined time is, for example, 1 to 2 seconds. Note that the magnetizing voltage command value Vm ^* may increase greatly instantaneously even during normal operation where no phase loss has occurred. Therefore, in order to accurately detect phase loss, the inverter control unit 11 When the state in which the command value Vm ^* exceeds the threshold value continues for a predetermined time, it is determined that a phase loss has occurred.

直流電流をモータＭに流すときのロータの設定回転角度は０°に限らず、正常時に三相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのいずれも０にならない角度であればよい。例えば、図３から分かるように、ロータの回転角度が−１８０°，−１２０°，−６０°，６０°，１２０°，１８０°であってもよい。三相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのいずれかが０となる角度（例えば、９０°）では、欠相の検出ができない。したがって、欠相の検出は、三相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのいずれも０にならない角度を指定して行われる。 The set rotation angle of the rotor when the direct current is supplied to the motor M is not limited to 0 °, and any angle may be used as long as the three-phase currents Iu, Iv, and Iw do not become zero at normal time. For example, as can be seen from FIG. 3, the rotation angle of the rotor may be −180 °, −120 °, −60 °, 60 °, 120 °, and 180 °. At an angle at which any of the three-phase currents Iu, Iv, and Iw is 0 (for example, 90 °), the phase loss cannot be detected. Therefore, the phase loss is detected by designating an angle at which none of the three-phase currents Iu, Iv, and Iw becomes zero.

欠相の検出時に磁化電圧指令値Ｖｍ^＊が過度に上昇しすぎると、インバータ１０やモータＭに悪影響を及ぼしてしまうおそれがある。そこで、磁化電圧指令値Ｖｍ^＊に上限値を設け、欠相検出のために直流電流を流しているときに磁化電圧指令値Ｖｍ^＊が上限値を超えて上昇しないようにすることが好ましい。このような上限値を設けることで、欠相の検出時のインバータ１０やモータＭを保護することができる。
本実施形態の欠相検出は、モータＭが誘導モータであっても同期モータであっても適用することができる。 If the magnetizing voltage command value Vm ^* increases excessively at the time of detecting the phase loss, the inverter 10 and the motor M may be adversely affected. Therefore, an upper limit is provided to the magnetization voltage command value Vm ^*, it is preferable that the magnetization voltage command value Vm ^* does not rise above the upper limit when it is a direct current flows to the phase loss detection. By providing such an upper limit value, it is possible to protect the inverter 10 and the motor M when a phase loss is detected.
The phase loss detection of the present embodiment can be applied regardless of whether the motor M is an induction motor or a synchronous motor.

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図５は本発明に係る電力変換装置の第２の実施形態を示すブロック図である。なお、特に説明しない第２の実施形態の構成および動作は、第１の実施形態と同様であるのでその重複する説明を省略する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a block diagram showing a second embodiment of the power converter according to the present invention. Note that the configuration and operation of the second embodiment that are not specifically described are the same as those of the first embodiment, and therefore redundant description thereof is omitted.

モータＭは、電力の供給を受けずに、外部の運動エネルギーまたは慣性により回転していることがある。本明細書ではこのような状態を「自由回転」という。モータが自由回転する状況には、例えば、モータＭをポンプの駆動に使用する場合において、ポンプ内を流れる液体により羽根車が水車としてモータＭを回転させることがある。 The motor M may be rotated by external kinetic energy or inertia without being supplied with electric power. In this specification, such a state is referred to as “free rotation”. In a situation where the motor rotates freely, for example, when the motor M is used to drive a pump, the impeller rotates the motor M as a water wheel by liquid flowing in the pump.

モータＭが永久磁石同期モータである場合、ロータに埋設された永久磁石の回転により誘起電圧が発生する。欠相を検出するために、自由回転しているモータＭに上述のように直流電流を流すと、大きな誘起電圧が発生し、インバータ１０を破壊するおそれがある。 When the motor M is a permanent magnet synchronous motor, an induced voltage is generated by the rotation of the permanent magnet embedded in the rotor. If a direct current is passed through the free-rotating motor M in order to detect a phase loss, a large induced voltage is generated and the inverter 10 may be destroyed.

そこで、第２の実施形態では、モータＭが自由回転しているときは、直流電流をモータＭに流さずに、モータＭに生じる誘起電圧の出現パターンによって欠相を判断する。モータＭの誘起電圧は、インバータ１０の出力電圧を測定するための電圧検出器４０によって測定される。図６はモータＭの誘起電圧を示すグラフである。図６のグラフにおいて、縦軸は電圧［Ｖ］を表し、横軸は時間を表す。誘起電圧は、Ｕ相電圧、Ｖ相電圧、Ｗ相電圧の三相電圧からなり、それらの三相電圧の最大値は順番に現れる。 Therefore, in the second embodiment, when the motor M is freely rotating, a phase failure is determined based on the appearance pattern of the induced voltage generated in the motor M without passing a direct current through the motor M. The induced voltage of the motor M is measured by a voltage detector 40 for measuring the output voltage of the inverter 10. FIG. 6 is a graph showing the induced voltage of the motor M. In the graph of FIG. 6, the vertical axis represents voltage [V], and the horizontal axis represents time. The induced voltage includes a three-phase voltage of a U-phase voltage, a V-phase voltage, and a W-phase voltage, and the maximum value of these three-phase voltages appears in order.

これに対し、図７は欠相が起きている誘起電圧を示すグラフである。図７に示すように、欠相が起きると、三相電圧のうちの二相電圧の最大値のみが交互に現れる。図７に示す例では、Ｗ相電圧およびＵ相電圧の最大値が交互に現れ、Ｖ相電圧の最大値は現れない。したがって、インバータ制御部１１は、誘起電圧を構成するＵ相電圧、Ｖ相電圧、Ｗ相電圧の最大値が順番に現れないときには、欠相が起きていると判断することができる。 On the other hand, FIG. 7 is a graph showing an induced voltage in which an open phase occurs. As shown in FIG. 7, when a phase failure occurs, only the maximum value of the two-phase voltage of the three-phase voltages appears alternately. In the example shown in FIG. 7, the maximum values of the W-phase voltage and the U-phase voltage appear alternately, and the maximum value of the V-phase voltage does not appear. Therefore, the inverter control unit 11 can determine that a phase loss has occurred when the maximum values of the U-phase voltage, the V-phase voltage, and the W-phase voltage that constitute the induced voltage do not appear in order.

以下、インバータ制御部１１が欠相の検出をするプロセスについて詳細に説明する。図８は、欠相検出のプロセスを説明するフロー図である。電力変換装置に電源が投入されると（ステップ１）、インバータ制御部１１は各種初期設定を行う（ステップ２）。次に、電圧検出器４０により誘起電圧を測定し、その誘起電圧の測定値をインバータ制御部１１に送る。誘起電圧の測定値が設定値を超えたときには（ステップ３）、インバータ制御部１１はモータＭが自由回転していると判断して、以下に説明する誘起電圧に基づいた欠相検出を行う（ステップ４）。設定値は、例えば、インバータ１０の定格出力電圧の３〜５％である。 Hereinafter, the process in which the inverter control unit 11 detects the phase failure will be described in detail. FIG. 8 is a flowchart for explaining the process of phase loss detection. When the power converter is turned on (step 1), the inverter control unit 11 performs various initial settings (step 2). Next, the induced voltage is measured by the voltage detector 40, and the measured value of the induced voltage is sent to the inverter control unit 11. When the measured value of the induced voltage exceeds the set value (step 3), the inverter control unit 11 determines that the motor M is freely rotating, and performs phase loss detection based on the induced voltage described below ( Step 4). The set value is, for example, 3 to 5% of the rated output voltage of the inverter 10.

インバータ制御部１１は、測定された誘起電圧のＵ相電圧、Ｖ相電圧、Ｗ相電圧の最大値が少なくとも１周期にわたって順番に現れているか否かを決定する。図６に示すように、Ｕ相電圧、Ｖ相電圧、Ｗ相電圧の最大値が順番に規則的に現れている場合には、インバータ制御部１１は欠相が起きていないと判断する。一方、図７に示すように、Ｕ相電圧、Ｖ相電圧、Ｗ相電圧の最大値が順番に現れていない場合には、インバータ制御部１１は欠相が起きていると判断する。 The inverter control unit 11 determines whether or not the maximum values of the measured induced voltage U-phase voltage, V-phase voltage, and W-phase voltage appear in order over at least one cycle. As shown in FIG. 6, when the maximum values of the U-phase voltage, the V-phase voltage, and the W-phase voltage appear regularly in order, the inverter control unit 11 determines that no phase loss has occurred. On the other hand, as shown in FIG. 7, when the maximum values of the U-phase voltage, the V-phase voltage, and the W-phase voltage do not appear in order, the inverter control unit 11 determines that a phase loss has occurred.

欠相が起きている場合には（ステップ６のＹＥＳ）、インバータ制御部１１は欠相の発生を知らせる警報を発する（ステップ７）。欠相が起きていない場合には（ステップ６のＮＯ）、インバータ制御部１１は電力変換装置の運転を開始させる（ステップ８）。このように、第２の実施形態によれば、モータＭを駆動する前に欠相が起きているか否かを検出することができる。 If a phase loss has occurred (YES in step 6), the inverter control unit 11 issues an alarm notifying the occurrence of the phase loss (step 7). When the phase loss has not occurred (NO in step 6), the inverter control unit 11 starts the operation of the power converter (step 8). Thus, according to the second embodiment, it is possible to detect whether or not a phase loss has occurred before driving the motor M.

上記ステップ３において、誘起電圧の測定値が設定値以下であるときは、インバータ制御部１１は、誘起電圧による欠相検出が行えないと判断し、第１の実施形態に係る磁化電圧指令値に基づいた欠相検出を実行する（ステップ５）。すなわち、磁化電流制御部２２から出力される磁化電圧指令値Ｖｍ^＊が所定のしきい値を超えた状態が所定の時間続いた場合には、インバータ制御部１１は欠相が起きていると判断する。欠相が起きていると判断された場合には（ステップ６のＹＥＳ）、インバータ制御部１１は欠相の発生を知らせる警報を発する（ステップ７）。欠相が起きていないと判断された場合には（ステップ６のＮＯ）、インバータ制御部１１は電力変換装置の運転を開始させる（ステップ８）。なお、モータＭが誘導モータである場合には、誘起電圧による欠相検出はできないため、ステップ３は省略され、ステップ２の後に必ずステップ５を行うことになる。これは、第１の実施形態に相当する。 In step 3 above, when the measured value of the induced voltage is equal to or less than the set value, the inverter control unit 11 determines that the phase failure detection based on the induced voltage cannot be performed, and sets the magnetization voltage command value according to the first embodiment. Based on the open phase detection, step 5 is performed. That is, when the magnetizing voltage command value Vm ^* output from the magnetizing current control unit 22 exceeds a predetermined threshold for a predetermined time, the inverter control unit 11 determines that a phase loss has occurred. To do. If it is determined that a phase loss has occurred (YES in step 6), the inverter control unit 11 issues an alarm notifying the occurrence of the phase loss (step 7). When it is determined that no phase loss has occurred (NO in step 6), the inverter control unit 11 starts the operation of the power converter (step 8). If the motor M is an induction motor, the phase loss cannot be detected by the induced voltage, so step 3 is omitted and step 5 is always performed after step 2. This corresponds to the first embodiment.

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。 The embodiment described above is described for the purpose of enabling the person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs to implement the present invention. Various modifications of the above embodiment can be naturally made by those skilled in the art, and the technical idea of the present invention can be applied to other embodiments. Accordingly, the present invention is not limited to the described embodiments, but is to be construed in the widest scope according to the technical idea defined by the claims.

１０インバータ
１１インバータ制御部
１２電流検出器
１７３／２相変換部
１８静止／回転座標変換部
２１トルク電流制御部
２２磁化電流制御部
２４目標トルク電流決定部
２６目標磁化電流決定部
２７目標出力電圧決定部
３０出力電圧算出部
３１速度演算部
３３角度算出器
３５回転／静止座標変換部
３６２／３相変換部
４０電圧検出器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Inverter 11 Inverter control part 12 Current detector 17 3/2 phase conversion part 18 Static / rotation coordinate conversion part 21 Torque current control part 22 Magnetization current control part 24 Target torque current determination part 26 Target magnetization current determination part 27 Target output voltage Determination unit 30 Output voltage calculation unit 31 Speed calculation unit 33 Angle calculator 35 Rotation / static coordinate conversion unit 36 2/3 phase conversion unit 40 Voltage detector

Claims

An inverter that supplies electric power of variable frequency to the electric motor, an inverter control unit that controls output power of the inverter, a current detector that measures the output current of the inverter, and a voltage detector that measures the induced voltage of the electric motor; A power conversion device comprising:
The inverter control unit
A 3/2 phase converter for converting a three phase current detected by the current detector into a two phase current;
A stationary / rotating coordinate conversion unit that converts the two-phase current on the stationary coordinate system converted by the 3/2 phase conversion unit into a torque current and a magnetization current on a rotating coordinate system;
A torque current control unit that determines a torque voltage command value based on a deviation between the torque current command value and the torque current;
A magnetization current control unit that determines a magnetization voltage command value based on a deviation between the magnetization current command value and the magnetization current;
An angle calculation unit for calculating a rotation angle of the rotor of the electric motor;
A rotation / stationary coordinate converter that converts the torque voltage command value and the magnetization voltage command value on the rotation coordinate system into a torque voltage command value and a magnetization voltage command value on the stationary coordinate system;
A 2 / 3-phase converter that converts the torque voltage command value and the magnetization voltage command value converted by the rotating / stationary coordinate converter to a three-phase voltage command value;
When the induced voltage exceeds a set value, determine whether or not each maximum value of the three-phase voltage constituting the induced voltage appears in order,
When each maximum value of the three-phase voltage does not appear in turn, it is determined that a phase loss has occurred ,
When the induced voltage measured by the voltage detector is less than or equal to the set value, the inverter control unit sets the torque current command value in the torque current control unit to 0, and the angle calculation unit Under the condition that the rotation angle is set to a predetermined angle, the three-phase voltage command value is generated,
The inverter receives the generated three-phase voltage command value and sends a direct current to the motor,
When the state where the magnetized voltage command value exceeds a predetermined threshold value continues for a predetermined time, the inverter control unit determines that a phase loss has occurred .

While the inverter is a direct current flows to the motor, the inverter control unit, a power converter according to claim 1, characterized in that for limiting the magnetization voltage command value below a predetermined upper limit value.

The power converter according to claim 1 , wherein the predetermined angle is an angle at which none of the three-phase currents is zero.