JP6279192B1 - Inverter device and abnormality detection method for inverter device - Google Patents
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Abstract
インバータ装置(100)は、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部(11)と、コンバータ部が出力する直流電圧を平滑化する平滑コンデンサ(12)と、平滑コンデンサにより平滑化された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ部(13)と、正温度特性を有するまたは劣化により抵抗値が上昇する特性を有する制限抵抗(14)と、接点信号により開放または短絡が制御される接点要素(15)とが並列に接続された並列回路であって、コンバータ部と平滑コンデンサとの間に接続される充電回路(20)と、平滑コンデンサの両端電圧を検出して電圧検出信号として出力する電圧検出部(16)と、電圧検出信号に基づいて、接点要素が開放から短絡となるように接点信号を切り替えた時刻を含んだ定められた期間における両端電圧の電圧差が基準値より大きい場合に、制限抵抗の抵抗値が異常であると判定する検出部(17)と、を備える。The inverter device (100) includes a converter unit (11) that converts an AC voltage into a DC voltage, a smoothing capacitor (12) that smoothes the DC voltage output from the converter unit, and a DC voltage that is smoothed by the smoothing capacitor. Inverter unit (13) for converting to AC voltage, limiting resistor (14) having a positive temperature characteristic or a characteristic that the resistance value increases due to deterioration, and contact element (15) whose open or short circuit is controlled by a contact signal Are a parallel circuit connected in parallel, a charging circuit (20) connected between the converter unit and the smoothing capacitor, and a voltage detection unit for detecting the voltage across the smoothing capacitor and outputting it as a voltage detection signal (16) and a predetermined period including the time when the contact signal is switched so that the contact element is short-circuited from being opened based on the voltage detection signal. Is greater than the voltage difference is the reference value of the voltage across, including limit detection unit determines that the resistance value is abnormal resistor (17), the.
Description
本発明は、制限抵抗を用いた充電回路を備えたインバータ装置およびインバータ装置の異常検出方法に関する。 The present invention relates to an inverter device including a charging circuit using a limiting resistor and an abnormality detection method for the inverter device.
一般のインバータ装置は、直流中間部に平滑コンデンサを備えている。このようなインバータ装置は、起動時に、交流電源から印加される交流電圧をコンバータ部により整流して平滑コンデンサを充電する。しかし、電源投入直後の初期充電時においては、平滑コンデンサに電荷が充電されていないので大きな突入電流が流れてしまう。この初期充電時の突入電流を抑制するために、制限抵抗となる抵抗器とこの抵抗器の両端を短絡するリレー等の接点要素とからなる充電回路がインバータ装置に設けられている。 A general inverter device includes a smoothing capacitor in a direct current intermediate portion. Such an inverter device charges a smoothing capacitor by rectifying an AC voltage applied from an AC power source by a converter unit at startup. However, during the initial charging immediately after the power is turned on, a large inrush current flows because the smoothing capacitor is not charged. In order to suppress the inrush current during the initial charging, a charging circuit including a resistor serving as a limiting resistor and a contact element such as a relay that short-circuits both ends of the resistor is provided in the inverter device.
この充電回路の異常を検出する技術が、以下の特許文献1に開示されている。特許文献1には、平滑コンデンサの両端電圧を、平滑コンデンサの耐圧保護などを目的として一般に設けられている既設の電圧検出器を用いて検出し、検出した電圧検出信号に基づく電圧検出値の傾きから接点要素の短絡故障あるいは開放故障を検出して故障であることを表示することが記載されている。 A technique for detecting an abnormality of the charging circuit is disclosed in Patent Document 1 below. In Patent Document 1, the voltage across the smoothing capacitor is detected using an existing voltage detector that is generally provided for the purpose of protecting the smoothing capacitor, and the slope of the voltage detection value based on the detected voltage detection signal is disclosed. From this, it is described that a short-circuit failure or an open-circuit failure of a contact element is detected and a failure is indicated.
特許文献1では、接点信号がオン状態を示す値になってから、定めた期間における平滑コンデンサの両端電圧の電圧上昇の傾きが基準値以上である場合は接点要素が開放故障しておらず正常であると判断する。しかしながら、特許文献1に記載された技術では、制限抵抗の劣化等による充電回路の異常を検出できないという問題点があった。 In Patent Document 1, when the slope of the voltage rise of the voltage across the smoothing capacitor in a predetermined period after the contact signal becomes a value indicating the ON state is greater than or equal to a reference value, the contact element is not open failure and is normal It is judged that. However, the technique described in Patent Document 1 has a problem in that an abnormality of the charging circuit due to deterioration of the limiting resistance or the like cannot be detected.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、制限抵抗の抵抗値の変化を利用して充電回路の異常を簡易な構成で検出することができるインバータ装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain an inverter device that can detect an abnormality of a charging circuit with a simple configuration by using a change in the resistance value of a limiting resistor.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、コンバータ部が出力する直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、平滑コンデンサにより平滑化された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ部と、正温度特性を有するまたは劣化により抵抗値が上昇する特性を有する制限抵抗と、接点信号により開放または短絡が制御される接点要素とが並列に接続された並列回路であって、コンバータ部と平滑コンデンサとの間に接続される充電回路と、平滑コンデンサの両端電圧を検出して電圧検出信号として出力する電圧検出部と、を備える。本発明は、電圧検出信号に基づいて、接点要素が開放から短絡となるように接点信号を切り替えた時刻を含んだ定められた期間における両端電圧の電圧差が基準値より大きい場合に、制限抵抗の抵抗値が異常であると判定する検出部をさらに備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a converter unit that converts an AC voltage into a DC voltage, a smoothing capacitor that smoothes a DC voltage output from the converter unit, and a smoothing capacitor An inverter unit that converts the DC voltage into an AC voltage, a limiting resistor that has a positive temperature characteristic or a characteristic that the resistance value increases due to deterioration, and a contact element that is controlled to open or short by a contact signal are connected in parallel It is a connected parallel circuit, and includes a charging circuit connected between the converter unit and the smoothing capacitor, and a voltage detection unit that detects a voltage across the smoothing capacitor and outputs it as a voltage detection signal. The present invention provides a limiting resistor in the case where the voltage difference between the both-end voltages in a predetermined period including a time at which the contact signal is switched so that the contact element is short-circuited from being opened based on the voltage detection signal is larger than a reference value. It is further characterized by further comprising a detection unit that determines that the resistance value of is abnormal.
本発明にかかるインバータ装置は、制限抵抗の抵抗値の変化を利用して充電回路の異常を簡易な構成で検出することができるという効果を奏する。 The inverter device according to the present invention has an effect that the abnormality of the charging circuit can be detected with a simple configuration by using the change in the resistance value of the limiting resistor.
以下に、本発明の実施の形態にかかるインバータ装置およびインバータ装置の異常検出方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, an inverter device and an abnormality detection method for the inverter device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかるインバータ装置100の概略構成図である。図1において、商用の交流電源1が遮断器2を介してインバータ装置100に接続されており、インバータ装置100は電動機3を駆動する。遮断器2が開路している状態では、交流電源1からの交流電圧はインバータ装置100に供給されないが、図示していない信号線からの信号の入力により遮断器2が閉路されると、交流電源1からの交流電圧はインバータ装置100に供給される。Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an inverter device 100 according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, a commercial AC power source 1 is connected to an inverter device 100 via a circuit breaker 2, and the inverter device 100 drives an electric motor 3. In the state where the circuit breaker 2 is open, the AC voltage from the AC power source 1 is not supplied to the inverter device 100, but when the circuit breaker 2 is closed by the input of a signal from a signal line (not shown), the AC power source The AC voltage from 1 is supplied to the inverter device 100.
インバータ装置100は、交流電源1から与えられた交流電圧を全波整流して直流電圧に変換するコンバータ部11と、直流母線21間に接続されてコンバータ部11が出力する直流電圧を平滑化する平滑コンデンサ12と、直流母線21間に接続されて平滑コンデンサ12により平滑化された直流電圧を目標とする周波数および電圧の交流電圧に変換するインバータ部13と、を備える。すなわち、インバータ部13は、平滑コンデンサ12の両端の平滑化された直流電圧を交流電圧に変換する。直流母線21は、インバータ部13に直流電圧を供給する電源線である。ここで、インバータ部13は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)といった半導体スイッチング素子と還流用ダイオードとから構成される。平滑コンデンサ12の具体例は、電解コンデンサである。
The inverter device 100 smoothes the DC voltage output from the converter unit 11 that is connected between the
さらに、インバータ装置100は、コンバータ部11と平滑コンデンサ12との間に接続されていて、平滑コンデンサ12を初期充電する充電回路20を備える。充電回路20は、制限抵抗であるサーミスタ14と、接点要素15とが並列に接続された並列回路である。サーミスタ14は、正温度特性を有する。正温度特性とは、温度が上昇すると抵抗値が増加する特性である。サーミスタ14は、コンバータ部11と平滑コンデンサ12との間に接続されて、平滑コンデンサ12への初期充電電流を制限する電流制限素子である。接点要素15は、開放または短絡の状態をとり得ることが可能なリレー等で実現される素子である。接点要素15は、サーミスタ14に並列に接続されていて、サーミスタ14の両端を短絡することができる。サーミスタ14は、インピーダンス成分を有して突入電流を制限することができる制限抵抗であり、かつ正温度特性を有しているのであれば限定されない。また、サーミスタ14は、全体として正温度特性を有していれば、一つの制限抵抗、並列接続された複数の制限抵抗、直列接続された複数の制限抵抗、または並列接続と直列接続とが組み合わされた複数の制限抵抗のいずれであってもかまわない。
Furthermore, the inverter device 100 includes a
さらに、インバータ装置100は、平滑コンデンサ12の両端の直流電圧を検出する電圧検出部16と、異常検出信号を出力する検出部である充電回路異常検出部17と、インバータ部13にPWM(Pulse Width Modulation)信号を出力するインバータ制御部18と、異常表示を行う表示部19と、を備える。
Further, the inverter device 100 includes a
電圧検出部16は、平滑コンデンサ12の両端電圧である直流電圧を検出して、検出した両端電圧を電圧検出信号として充電回路異常検出部17およびインバータ制御部18に出力する。なお、電圧検出部16は、平滑コンデンサ12の耐圧保護などを目的としてインバータ装置100に一般的に設けられている。
The
充電回路異常検出部17は、充電回路20の異常を検出すると共に、接点信号であるリレー信号を接点要素15に送信して接点要素15の開放または短絡を制御することができる。接点信号は、オフ状態を示す値またはオン状態を示す値のいずれかの値をとる。以下では、接点信号がオン状態を示す値であるときを接点信号がオン状態であるとし、接点信号がオフ状態を示す値のときを接点信号がオフ状態であるとする。接点信号がオン状態であるときには接点要素15は短絡するように制御され、接点信号がオフ状態であるときには接点要素15は開放するように制御される。インバータ装置100への電源投入時において、充電回路異常検出部17は、電圧検出部16からの電圧検出信号に基づいて、接点信号をオフ状態からオン状態に切り替える直前の平滑コンデンサ12の両端電圧と接点信号をオン状態にした直後の平滑コンデンサ12の両端電圧との電圧差を算出する。充電回路異常検出部17は、算出した上記電圧差からサーミスタ14の抵抗値が変化して異常な値になったことを検出することができる。これにより、充電回路異常検出部17は、サーミスタ14の温度異常を判定する。さらに、充電回路異常検出部17は、電圧検出部16から与えられた電圧検出信号の変動に基づいて、接点要素15の開放故障を検出することができる。充電回路異常検出部17は、サーミスタ14の抵抗値の異常を判定した際および接点要素15の開放故障を検出した際に、インバータ制御部18および表示部19に異常検出信号を出力する。
The charging circuit
インバータ制御部18は、図示していない周波数設定器からの周波数指令値に基づいて電圧指令信号を算出し、電圧指令信号とキャリア周波数信号とを比較する演算を実行することにより制御信号であるPWM信号を生成してインバータ部13に出力する。PWM信号は、インバータ部13を構成する各半導体スイッチング素子のオン状態またはオフ状態の制御をするための信号である。
The
表示部19は、充電回路異常検出部17が異常を検出した際に出力する異常検出信号に基づいて、異常表示を行う。
The
図2は、実施の形態1にかかるインバータ装置100の初期充電動作のフローチャートである。図2は、平滑コンデンサ12の充電が完了する前に接点信号がオン状態に変化する初期充電動作を説明している。図3は、実施の形態1にかかる充電回路20が正常である場合のインバータ装置100の初期充電動作のタイムチャートである。充電回路20が正常である場合とは、サーミスタ14および接点要素15が共に正常である場合である。以下では、図2および図3を用いて、充電回路20が正常である場合の初期充電動作を説明する。
FIG. 2 is a flowchart of the initial charging operation of the inverter device 100 according to the first embodiment. FIG. 2 illustrates an initial charging operation in which the contact signal changes to the ON state before the charging of the
(充電回路20が正常である場合の初期充電動作)
インバータ装置100を起動する際は、まず、時刻t0において図示していない信号線から信号が入力されて遮断器2が閉路されると、コンバータ部11に交流電源1からの交流電圧が供給される(ステップS11)。供給された交流電圧がコンバータ部11により整流されて、平滑コンデンサ12の初期充電が開始される。このとき接点要素15は開放されているので、平滑コンデンサ12にはサーミスタ14を介して抑制された充電電流が流れる。そして、平滑コンデンサ12の両端電圧を示す電圧検出信号は、サーミスタ14の抵抗および平滑コンデンサ12の容量によって決定される時定数に従って上昇する。(Initial charging operation when the charging
When starting the inverter device 100, first, when a signal is input from a signal line (not shown) at time t0 and the circuit breaker 2 is closed, the AC voltage from the AC power source 1 is supplied to the converter unit 11. (Step S11). The supplied AC voltage is rectified by the converter unit 11, and initial charging of the smoothing
そして、時刻t1において電圧検出信号が予め定めた電圧V1に達する(ステップS12)。電圧V1は、交流電源1の交流電圧の値などに基づいて決定しておく。その後、接点要素15への接点信号をオフ状態からオン状態に充電回路異常検出部17が切り替える直前の時刻t2における平滑コンデンサ12の両端電圧である電圧V2を電圧検出部16が検出して(ステップS13)、電圧検出信号として出力する。電圧V2を示す電圧検出信号が入力された充電回路異常検出部17は、電圧V2を記憶する。時刻t2は時刻t3の直前の時刻であり、時刻t3は接点信号がオフ状態からオン状態に切り替えられる時刻である。そして、時刻t3は時刻t1から予め定めた時間T1を経た時刻である。さらに、時刻t2から時刻t3までの時間は予め定めておく。そして、充電回路異常検出部17は時刻t3に接点信号をオフ状態からオン状態に切り替える(ステップS14)。接点信号がオン状態になると接点要素15が短絡されて充電電流が増大して平滑コンデンサ12の両端電圧は電圧V3に増加する。
At time t1, the voltage detection signal reaches a predetermined voltage V1 (step S12). The voltage V1 is determined based on the value of the AC voltage of the AC power source 1 and the like. Thereafter, the
その後、接点要素15への接点信号をオフ状態からオン状態に充電回路異常検出部17が切り替えた直後の時刻t4における平滑コンデンサ12の両端電圧である電圧V3を電圧検出部16が検出して(ステップS15)、電圧検出信号として出力する。電圧V3を示す電圧検出信号が入力された充電回路異常検出部17は、電圧V3を記憶する。時刻t4は、時刻t3の直後の時刻であり、時刻t3から時刻t4までの時間は予め定めておく。したがって、時刻t2から時刻t4までは予め定められた期間となる。
Thereafter, the
充電回路異常検出部17は、時刻t2と時刻t4との間の平滑コンデンサ12の両端電圧の電圧差であるV3−V2を算出して、当該電圧差が予め設定した基準値以下であるか否かを判定する(ステップS16)。充電回路異常検出部17は、電圧差が基準値以下であると判定した場合(ステップS16:Yes)、サーミスタ14は正常であると判断して異常検出信号を出力しない。したがって、インバータ制御部18は、異常検出信号を受信していないので、運転信号が入力されるとPWM信号を出力する(ステップS17)。
The charging circuit
図4は、実施の形態1にかかるサーミスタ14が異常となった場合のインバータ装置100の初期充電動作のタイムチャートである。サーミスタ14が異常になるとは、具体的には、ステップS11における交流電源1の投入による電流加熱もしくは周囲の環境の影響により、正温度特性を有しているサーミスタ14の温度が上昇して、抵抗値が想定している値より増加して異常値となる場合である。以下では、図2および図4を用いて、サーミスタ14が異常となった場合の初期充電動作を説明する。
FIG. 4 is a time chart of the initial charging operation of the inverter device 100 when the
(サーミスタ14が異常となった場合の初期充電動作)
ステップS11により平滑コンデンサ12の初期充電が開始されるとき、サーミスタ14の抵抗値が上記原因により想定している値より増加していると、サーミスタ14の抵抗および平滑コンデンサ12の容量によって決定される時定数はサーミスタ14が正常である場合より過大になる。その結果、図4に示すように平滑コンデンサ12の電圧上昇はサーミスタ14が正常である図3の場合と比較して緩やかになる。(Initial charging operation when
When the initial charging of the smoothing
そして、時刻t11において平滑コンデンサ12の両端電圧が予め定めた電圧V1に達する(ステップS12)。その後、接点要素15への接点信号をオフ状態からオン状態に充電回路異常検出部17が切り替える直前の時刻t21における平滑コンデンサ12の両端電圧である電圧V21を電圧検出部16が検出して(ステップS13)、電圧検出信号として出力する。電圧V21を示す電圧検出信号が入力された充電回路異常検出部17は、電圧V21を記憶する。時刻t21は時刻t31の直前の時刻であり、時刻t31は接点信号がオフ状態からオン状態に切り替えられる時刻である。そして、時刻t31は時刻t11から予め定めた時間T1を経た時刻である。さらに、時刻t21から時刻t31までの時間は図3の時刻t2から時刻t3までの時間と同じである。そして、充電回路異常検出部17は時刻t31に接点信号をオフ状態からオン状態に切り替える(ステップS14)。接点信号がオン状態になると接点要素15が短絡されて充電電流が増大して平滑コンデンサ12の両端電圧は電圧V3に増加する。
At time t11, the voltage across the smoothing
その後、接点要素15への接点信号をオフ状態からオン状態に充電回路異常検出部17が切り替えた直後の時刻t41における平滑コンデンサ12の両端電圧である電圧V3を電圧検出部16が検出して(ステップS15)、電圧検出信号として出力する。電圧V3を示す電圧検出信号が入力された充電回路異常検出部17は、電圧V3を記憶する。時刻t41は、時刻t31の直後の時刻であり、時刻t31から時刻t41までの時間は図3の時刻t3から時刻t4までの時間と同じ時間である。したがって、時刻t21から時刻t41までの期間も図3の時刻t2から時刻t4までの期間と同じ時間である。
Thereafter, the
上述したように図4の時刻t11からの平滑コンデンサ12の両端電圧の上昇は、図3の時刻t1からの平滑コンデンサ12の両端電圧の上昇に比べて緩やかになっているため、電圧V21は、サーミスタ14が正常である場合の図3の電圧V2と比較して小さくなる。また、電圧V3は、接点要素15が短絡状態となった場合の平滑コンデンサ12の両端電圧であるため、サーミスタ14が正常である場合から変化しない。したがって、時刻t21から時刻t41までの期間における平滑コンデンサ12の両端電圧の電圧差V3−V21は、図3の時刻t2から時刻t4までの期間における平滑コンデンサ12の両端電圧の電圧差V3−V2に比べて大きな値となる。したがって、充電回路異常検出部17は、電圧差V3−V21を算出して、当該電圧差が基準値以下であるか否かを判定して(ステップS16)、基準値より大きいと判定した場合(ステップS16:No)、サーミスタ14の抵抗値が異常であると判定して異常検出信号を出力する(ステップS18)。その結果、異常検出信号を受信したインバータ制御部18は、運転信号が入力されてもPWM信号をインバータ部13へ出力しない。また、異常検出信号を受信した表示部19は、サーミスタ14の抵抗値に異常が発生したことを表示することができる。
As described above, the rise in the voltage across the smoothing
このように、充電回路20の制限抵抗として正温度特性を有するサーミスタ14を用いた場合には、電流加熱または周囲温度の高温化といった周囲環境の異常により、サーミスタ14の抵抗値が大きい値の異常値になる。その結果、電圧差V3−V21があらかじめ設定した基準値より大きくなるので、サーミスタ14の温度または周囲温度の異常を判定することができる。
As described above, when the
交流電源1の環境に依存して入力電源電圧に変化が生じた場合に、電圧V3の値の変化または電源投入後の平滑コンデンサ12の両端電圧の立ち上り挙動の変化が発生したとしても、サーミスタ14の抵抗値に異常がある場合は、接点信号をオフ状態からオン状態に切り替える前後の平滑コンデンサ12の両端電圧の電圧差が基準値より大きくなる。したがって、この電圧差からサーミスタ14の抵抗値の異常を判定することで、入力電源電圧によらずサーミスタ14の異常を検出することができる。
When the input power supply voltage changes depending on the environment of the AC power supply 1, even if a change in the value of the voltage V3 or a rising behavior of the voltage across the smoothing
また、上記では、充電回路20の制限抵抗に正温度特性を有するサーミスタ14を用いることにより、交流電源1の投入または周囲温度の上昇を原因とするサーミスタ14の温度上昇による抵抗値の上昇を診断するとして説明したが、実施の形態1にかかるインバータ装置100によれば、充電回路20の制限抵抗の抵抗値自体の異常を診断することもできる。
Further, in the above, by using the
制限抵抗として通常の抵抗器を用いた場合、抵抗器の劣化により抵抗値が上昇することがある。すなわち、充電回路20の制限抵抗として、劣化により抵抗値が上昇する特性を有する抵抗器が用いられる場合がある。この場合にも、制限抵抗の抵抗値が大きくなる結果、接点信号をオフ状態からオン状態に切り替える前後の平滑コンデンサ12の両端電圧の電圧差が基準値より大きくなり、制限抵抗の抵抗値の異常を診断することができる。
When a normal resistor is used as the limiting resistor, the resistance value may increase due to deterioration of the resistor. That is, a resistor having a characteristic that the resistance value increases due to deterioration may be used as the limiting resistor of the charging
また、電圧検出部16が出力する電圧検出信号を適当な時間間隔で測定することにより、平滑コンデンサ12の両端電圧が飽和したことを判定した後に接点信号をオン状態に切り替える回路がインバータ装置100に付与されることがある。このようなインバータ装置100においても、通常備えられている制御回路および表示部19等に電源を供給する電源回路への入力電流と、正温度特性を有するサーミスタ14の温度上昇により過大な値になった抵抗値とから定まる電圧差が、接点要素15への接点信号をオフ状態からオン状態に切り替える前後の電圧差として現れるため、同様に抵抗値の異常を検出することができる。
Further, a circuit that switches the contact signal to the on state after determining that the voltage across the smoothing
以上説明したように、実施の形態1にかかるインバータ装置100によれば、平滑コンデンサ12の耐圧保護などを目的として通常設けられている電圧検出部16を用いることにより、制限抵抗の抵抗値の変化を利用して充電回路20の異常を簡易な構成で検出することができる。したがって、コストの増加および装置の大型化を抑制することができる。
As described above, according to the inverter device 100 according to the first embodiment, the change in the resistance value of the limiting resistor is achieved by using the
実施の形態2.
実施の形態2にかかるインバータ装置100の構成は、図1に示されたものと同じである。図5は、本発明の実施の形態2にかかるインバータ装置100の接点要素15が開放故障している場合のフローチャートである。図6は、実施の形態2にかかるインバータ装置100の接点要素15が開放故障している場合のタイムチャートである。以下では、図5および図6を用いて、接点要素15が開放故障している場合のインバータ装置100の動作を説明する。Embodiment 2. FIG.
The configuration of the inverter device 100 according to the second embodiment is the same as that shown in FIG. FIG. 5 is a flowchart when the
(接点要素15が開放故障している場合のインバータ装置100の動作)
インバータ装置100を起動する際は、まず、時刻t0において遮断器2が閉路されると、コンバータ部11に交流電圧が供給される(ステップS21)。供給された交流電圧がコンバータ部11により整流されて、平滑コンデンサ12の初期充電が開始される。このとき接点要素15は開放されているので、平滑コンデンサ12にはサーミスタ14を介して抑制された充電電流が流れる。そして、平滑コンデンサ12の両端電圧を示す電圧検出信号は、サーミスタ14の抵抗および平滑コンデンサ12の容量によって決定される時定数に従って上昇する。(Operation of the inverter device 100 when the
When starting up the inverter device 100, first, when the circuit breaker 2 is closed at time t0, an AC voltage is supplied to the converter unit 11 (step S21). The supplied AC voltage is rectified by the converter unit 11, and initial charging of the smoothing
そして、時刻t12において電圧検出信号が予め定めた電圧V1に達する(ステップS22)。さらに、時刻t12から予め定めた時間T1を経た時刻t32において、充電回路異常検出部17は接点信号をオフ状態からオン状態に切り替える(ステップS23)。ここで何らかの原因によって接点要素15が開放故障している場合は、オン状態の接点信号を受け取っても接点要素15は開放状態のままである。その後、運転信号が入力されてインバータ制御部18がPWM信号を出力すると電動機3に流れる電流がサーミスタ14を流れ続けることになるので、正温度特性を有するサーミスタ14の温度が上昇する。
At time t12, the voltage detection signal reaches a predetermined voltage V1 (step S22). Furthermore, at time t32 after a predetermined time T1 from time t12, the charging circuit
サーミスタ14の温度が上昇して抵抗値が増加すると、コンバータ部11の出力から平滑コンデンサ12に電流が流れなくなり、電圧検出信号が示す平滑コンデンサ12の両端電圧が次第に低下する(ステップS24)。電圧検出信号が示す平滑コンデンサ12の両端電圧が低下して、図6に示す予め定めた第一閾値である電圧V32以下になると、インバータ制御部18は、PWM信号を遮断し(ステップS25)、表示部19にアラームを出力する。表示部19はPWM信号が遮断されたことをアラーム表示することができる。PWM信号が遮断されたことにより電動機3に電流が流れなくなり、その結果、電動機3を駆動するためにサーミスタ14を流れる電流は遮断され電流量が低下する。
When the temperature of the
サーミスタ14を流れる電流量が低下すると、サーミスタ14の熱が外気に放熱されることにより温度が下がってサーミスタ14の抵抗値が望ましい値に低下し始めることで、平滑コンデンサ12への電流が増加して、電圧検出信号が示す平滑コンデンサ12の両端電圧が次第に上昇する(ステップS26)。電圧検出信号が示す平滑コンデンサ12の両端電圧が上昇して、図6に示す第一閾値より高い電圧値として予め定めた第二閾値である電圧V33以上になると、インバータ制御部18は、再びPWM信号を出力し(ステップS27)、アラームの出力を停止して表示部19にアラーム表示をさせない。ステップS25のPWM信号の遮断およびステップS27のPWM信号の出力は、以下で説明するように、接点要素15に開放故障が発生していると充電回路異常検出部17が判断するまで繰り返されることになる。
When the amount of current flowing through the
充電回路異常検出部17は、電圧検出信号に基づいて、PWM信号の遮断およびPWM信号の出力の繰り返し動作が予め定めた規定時間内に予め定めた規定回数以上であるか否かを判定する(ステップS28)。具体的には、電圧検出部16から与えられた電圧検出信号に基づいて、平滑コンデンサ12の両端電圧が電圧V32以下になってから電圧V33以上になる回数が規定時間内に規定回数以上となるかに基づいて、充電回路異常検出部17は、ステップS28の判定を実行する。充電回路異常検出部17が、PWM信号の出力が開始されてから規定時間経ていないと判定した場合、またはPWM信号の遮断およびPWM信号の出力の繰り返し動作の回数が規定時間内に規定回数未満であると判定した場合(ステップS28:No)、ステップS24に戻る。PWM信号の遮断およびPWM信号の出力の繰り返し動作の回数が規定時間内に規定回数以上であると判定した場合(ステップS28:Yes)、充電回路異常検出部17は接点要素15に開放故障が発生している異常であると判定して異常検出信号を出力する(ステップS29)。その結果、異常検出信号を受信したインバータ制御部18は、運転信号が入力されていてもPWM信号をインバータ部13へ出力しない。また、異常検出信号を受信した表示部19は、接点要素15に開放故障が発生していることを表示することができる。このように、実施の形態2にかかるインバータ装置100によれば、制限抵抗の抵抗値の変化を利用して、平滑コンデンサ12の充電完了後に接点要素15の開放故障を検出することができる。したがって、簡易な構成で充電回路20の異常を検出できる。
Based on the voltage detection signal, the charging circuit
接点要素に開放故障が発生していることを判断する方法として、特許文献1において、電源投入直後の初期充電時の電解コンデンサの両端電圧の挙動から、接点要素に開放故障が発生していると判断する方法が示されている。しかし、電源投入直後の初期充電時に接点要素の故障を判断しているため、充電完了後に接点要素の開放故障が発生すると開放故障を検出することができず、PWM信号の出力を続けてしまうという問題点があった。これに対して、実施の形態2にかかるインバータ装置100は、充電完了後の検出が可能なので、充電完了後に接点要素15の開放故障が発生した場合でも、接点要素15の開放故障を検出してPWM信号の遮断を行うことができる。
As a method for determining that an open failure has occurred in the contact element, in Patent Document 1, if an open failure has occurred in the contact element based on the behavior of the voltage across the electrolytic capacitor during initial charging immediately after power-on. How to judge is shown. However, since the contact element failure is determined at the initial charge immediately after the power is turned on, if the contact element open failure occurs after the charging is completed, the open failure cannot be detected and the output of the PWM signal is continued. There was a problem. On the other hand, since the inverter device 100 according to the second embodiment can detect after the completion of charging, even when the opening failure of the
また、接点要素に開放故障が発生していることを判断する他の方法として、制限抵抗であるサーミスタの周辺に温度検出用の素子を実装して判断する方法がある。具体的には、接点要素に開放故障が発生している場合に、電動機に流れる電流がサーミスタに流れ続けることによるサーミスタの発熱を温度検出用の素子を用いて検出する。すなわち、検出された温度が予め定めた温度以上となった場合に、接点要素に開放故障が発生していると判断する。しかしながら、上記方法によれば、温度検出用の素子および温度検出用の回路を追加する必要が有ることから、コストアップおよび実装面積が大きくなるといった問題が生ずる。これに対して、実施の形態2にかかるインバータ装置100は、上記のような温度検出用の素子の追加をすることなく、通常備えられている電圧検出部16を用いた簡易な構成で実現することができる。
Further, as another method for determining that an open circuit failure has occurred in the contact element, there is a method for determining by mounting a temperature detecting element around a thermistor that is a limiting resistor. Specifically, when an open circuit failure has occurred in the contact element, heat generation of the thermistor due to the current flowing through the motor continuing to flow through the thermistor is detected using a temperature detecting element. That is, when the detected temperature is equal to or higher than a predetermined temperature, it is determined that an open failure has occurred in the contact element. However, according to the above method, it is necessary to add an element for temperature detection and a circuit for temperature detection, which causes problems such as an increase in cost and an increase in mounting area. On the other hand, the inverter device 100 according to the second embodiment is realized with a simple configuration using the normally provided
なお、上記実施の形態2においては、充電回路異常検出部17による接点要素15の開放故障の検出に必要な動作のみを説明した。しかし、実施の形態1で説明したサーミスタ14の抵抗値の異常の判定のための動作と開放故障の検出の動作とを併用してもかまわない。その場合は、図2のステップS17の後に図5のステップS24に進むことになる。すなわち、充電回路異常検出部17がサーミスタ14は正常であると判断した場合に、接点要素15の開放故障の有無を検出することになる。また両動作を併用する場合は、図2のステップS18において充電回路異常検出部17がサーミスタ14の抵抗値が異常であると判定して出力する異常検出信号と、図5のステップS29において充電回路異常検出部17が接点要素15に開放故障が発生していると判定して出力する異常検出信号とは信号の内容または種類などを変えて異常の内容が区別できるようにしておく。
In the second embodiment, only the operation necessary for detecting the open failure of the
実施の形態1および2にかかる充電回路異常検出部17およびインバータ制御部18は、具体的にはマイクロコンピュータなどにより実現される。図7は、実施の形態1および2にかかるマイクロコンピュータ200の構成を示すブロック図である。充電回路異常検出部17およびインバータ制御部18の機能は、図7に示すような構成のマイクロコンピュータ200で実現される。マイクロコンピュータ200は、演算および制御を実行するCPU(Central Processing Unit)201と、CPU201がワークエリアに用いるRAM(Random Access Memory)202と、プログラムおよびデータを記憶するROM(Read Only Memory)203と、外部と信号をやりとりするハードウェアであるI/O(Input/Output)204と、クロックを生成する発振子を含む周辺装置205と、を備える。上記説明した充電回路異常検出部17が実行する異常検出方法およびインバータ制御部18が実行するインバータ制御方法は、ROM203に記憶されるプログラムをCPU201が実行することにより実現される。なお、充電回路異常検出部17は、マイクロコンピュータ200ではなく、専用回路によって実現されてもかまわない。
The charging circuit
以上説明したように、インバータ装置100によれば、平滑コンデンサ12の初期充電動作時において、接点要素15への接点信号をオフ状態からオン状態に変化させる前後の電圧を電圧検出部16に検出させて両者の電圧差を求め、当該電圧差からサーミスタ14の抵抗値の異常を検出することが可能となる。さらに、インバータ装置100においてPWM信号を出力している時に、PWM信号の遮断および出力の繰り返し動作を監視することにより、接点要素15の開放故障を検出することが可能となる。これにより、充電回路20の故障により引き起こされる二次故障を防止することができる。
As described above, according to the inverter device 100, during the initial charging operation of the smoothing
制限抵抗の抵抗値の変化に伴う電解コンデンサの両端電圧の充電の時定数の変化を検出する手法としては、電解コンデンサの両端電圧を測定する電圧検出部および突入電流を測定するための電流検出部を設けて、検出した電圧および電流から時定数の変化を演算により求める方法が考えられる。制御または電解コンデンサの過電圧保護のために上記電圧検出部は、インバータ装置に通常備えられているのに対して、上記電流検出部を設けるには回路を追加する必要がある。さらに、上記電流検出部は、インバータ装置の通常運転時に電動機に電流を流す主回路部に設ける必要があるため、電流検出部が備える電流検出素子が大型化して、コストアップおよび実装面積が大きくなるといった問題点がある。これに対して、実施の形態1および2にかかるインバータ装置100は、上記電流検出部が不要で、通常備えられている電圧検出部を用いた簡易な構成で実現することができる。 The voltage detection unit that measures the voltage across the electrolytic capacitor and the current detection unit that measures the inrush current can be used to detect changes in the time constant of the voltage across the electrolytic capacitor that accompanies changes in the resistance value of the limiting resistor. A method for obtaining a change in time constant from the detected voltage and current by calculation is conceivable. The voltage detection unit is usually provided in an inverter device for control or overvoltage protection of an electrolytic capacitor, whereas a circuit needs to be added to provide the current detection unit. Furthermore, since the current detection unit needs to be provided in the main circuit unit that supplies current to the motor during the normal operation of the inverter device, the current detection element included in the current detection unit is increased in size, increasing the cost and mounting area. There is a problem. On the other hand, the inverter device 100 according to the first and second embodiments does not require the current detection unit, and can be realized with a simple configuration using a normally provided voltage detection unit.
また、電解コンデンサの両端電圧が予め定めた電圧に到達すれば充電回路の制限抵抗は正常であると判断することも考えられる。しかしながら、インバータ装置への入力電圧範囲の変動は±20%程度と広く許容されているため、両端電圧を予め定めた電圧で判断する方法は、正常か異常かを誤判定してしまうという問題点があった。しかし、実施の形態1にかかるインバータ装置100においては、電源投入後、接点信号をオフ状態からオン状態に切り替える直前と直後の平滑コンデンサ12の両端電圧の電圧差に基づいて、充電回路の制限抵抗が正常であるか否かを判断するので、入力電圧に拘わらず充電回路の状態を判断することができる。
It is also conceivable to determine that the limiting resistance of the charging circuit is normal if the voltage across the electrolytic capacitor reaches a predetermined voltage. However, since the fluctuation of the input voltage range to the inverter device is widely accepted as about ± 20%, the method of judging the voltage between both ends with a predetermined voltage erroneously judges whether it is normal or abnormal. was there. However, in the inverter device 100 according to the first embodiment, after the power is turned on, the limiting resistance of the charging circuit is based on the voltage difference between the voltages across the smoothing
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。 The configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.
1 交流電源、2 遮断器、3 電動機、11 コンバータ部、12 平滑コンデンサ、13 インバータ部、14 サーミスタ、15 接点要素、16 電圧検出部、17 充電回路異常検出部、18 インバータ制御部、19 表示部、20 充電回路、21 直流母線、100 インバータ装置、200 マイクロコンピュータ、201 CPU、202 RAM、203 ROM、204 I/O、205 周辺装置。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC power supply, 2 Circuit breaker, 3 Electric motor, 11 Converter part, 12 Smoothing capacitor, 13 Inverter part, 14 Thermistor, 15 Contact element, 16 Voltage detection part, 17 Charging circuit abnormality detection part, 18 Inverter control part, 19
Claims (6)
前記コンバータ部が出力する直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサにより平滑化された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ部と、
正温度特性を有するまたは劣化により抵抗値が上昇する特性を有する制限抵抗と、接点信号により開放または短絡が制御される接点要素とが並列に接続された並列回路であって、前記コンバータ部と前記平滑コンデンサとの間に接続される充電回路と、
前記平滑コンデンサの両端電圧を検出して電圧検出信号として出力する電圧検出部と、
前記電圧検出信号に基づいて、前記接点要素が開放から短絡となるように前記接点信号を切り替えた時刻を含んだ定められた期間における前記両端電圧の電圧差が基準値より大きい場合に、前記制限抵抗の抵抗値が異常であると判定する検出部と、
を備える
ことを特徴とするインバータ装置。A converter unit for converting AC voltage into DC voltage;
A smoothing capacitor for smoothing the DC voltage output by the converter unit;
An inverter unit for converting a DC voltage smoothed by the smoothing capacitor into an AC voltage;
A parallel circuit in which a limiting resistor having a positive temperature characteristic or a resistance value increasing due to deterioration and a contact element whose opening or shorting is controlled by a contact signal are connected in parallel, the converter unit and the A charging circuit connected between the smoothing capacitor and
A voltage detection unit that detects a voltage across the smoothing capacitor and outputs a voltage detection signal;
Based on the voltage detection signal, when the voltage difference between the both-end voltages in a predetermined period including a time when the contact signal is switched so that the contact element is short-circuited from being opened is greater than a reference value, the restriction A detector that determines that the resistance value of the resistor is abnormal;
An inverter device comprising:
前記コンバータ部が出力する直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサにより平滑化された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ部と、
正温度特性を有する制限抵抗と、接点信号により開放または短絡が制御される接点要素とが並列に接続された並列回路であって、前記コンバータ部と前記平滑コンデンサとの間に接続される充電回路と、
前記平滑コンデンサの両端電圧を検出して電圧検出信号として出力する電圧検出部と、
前記電圧検出信号に基づいて、前記両端電圧が第一閾値以下になってから前記第一閾値より高い電圧値である第二閾値以上になる回数が規定時間内に規定回数以上になった場合に、前記接点要素に開放故障が発生している異常であると判定する検出部と、
を備える
ことを特徴とするインバータ装置。A converter unit for converting AC voltage into DC voltage;
A smoothing capacitor for smoothing the DC voltage output by the converter unit;
An inverter unit for converting a DC voltage smoothed by the smoothing capacitor into an AC voltage;
A charging circuit connected between the converter unit and the smoothing capacitor, wherein the limiting resistor having a positive temperature characteristic and a contact element whose open or short circuit is controlled by a contact signal are connected in parallel. When,
A voltage detection unit that detects a voltage across the smoothing capacitor and outputs a voltage detection signal;
Based on the voltage detection signal, when the number of times that the voltage across the second threshold is equal to or higher than the first threshold and the second threshold that is a voltage value higher than the first threshold is equal to or higher than the specified number of times within a specified time. , A detection unit that determines that the contact element is an abnormality in which an open failure has occurred,
An inverter device comprising:
前記検出部が異常であると判定した場合は、前記インバータ制御部は前記制御信号を前記インバータ部へ出力しない
ことを特徴とする請求項1または2に記載のインバータ装置。An inverter control unit that generates a control signal for controlling the inverter unit;
3. The inverter device according to claim 1, wherein the inverter control unit does not output the control signal to the inverter unit when it is determined that the detection unit is abnormal. 4.
前記電圧検出信号に基づいて、前記接点要素が開放から短絡となるように前記接点信号を切り替えた時刻を含んだ定められた期間における前記両端電圧の電圧差が基準値以下であるか否かを判定するステップと、
前記電圧差が前記基準値より大きい場合に、前記制限抵抗の抵抗値が異常であると判定するステップと、
を備える
ことを特徴とするインバータ装置の異常検出方法。Converter unit for converting AC voltage to DC voltage, smoothing capacitor for smoothing DC voltage output from converter unit, inverter unit for converting DC voltage smoothed by smoothing capacitor to AC voltage, and positive temperature A parallel circuit in which a limiting resistor having a characteristic or a characteristic in which a resistance value increases due to deterioration and a contact element whose open or short circuit is controlled by a contact signal are connected in parallel, the converter unit and the smoothing capacitor In an inverter device comprising: a charging circuit connected between the voltage detection unit; and a voltage detection unit that detects a voltage across the smoothing capacitor and outputs a voltage detection signal.
Based on the voltage detection signal, whether or not a voltage difference between the both-end voltages in a predetermined period including a time at which the contact signal is switched so that the contact element is short-circuited from being opened is equal to or less than a reference value. A determining step;
Determining that the resistance value of the limiting resistor is abnormal when the voltage difference is greater than the reference value;
An abnormality detection method for an inverter device, comprising:
前記両端電圧が第一閾値以下になってから前記第一閾値より高い電圧値である第二閾値以上になる回数が規定時間内に規定回数以上であるか否かを判定するステップと、
前記回数が前記規定時間内に前記規定回数以上になった場合に、前記接点要素に開放故障が発生している異常であると判定するステップと、
を備える
ことを特徴とするインバータ装置の異常検出方法。Converter unit for converting AC voltage to DC voltage, smoothing capacitor for smoothing DC voltage output from converter unit, inverter unit for converting DC voltage smoothed by smoothing capacitor to AC voltage, and positive temperature A parallel circuit in which a limiting resistor having characteristics and a contact element whose open or short circuit is controlled by a contact signal are connected in parallel, and a charging circuit connected between the converter unit and the smoothing capacitor; In an inverter device comprising: a voltage detection unit that detects a voltage across the smoothing capacitor and outputs a voltage detection signal;
Determining whether or not the number of times the voltage across the second threshold is equal to or greater than a second threshold, which is a voltage value higher than the first threshold after the voltage across the first threshold is equal to or greater than a specified number of times within a specified time;
A step of determining that the contact element has an open failure when the number of times is equal to or greater than the specified number of times within the specified time;
An abnormality detection method for an inverter device, comprising:
ことを特徴とする請求項4または5に記載のインバータ装置の異常検出方法。The inverter device includes an inverter control unit that generates a control signal for controlling the inverter unit, and if it is determined to be abnormal, the inverter control unit does not output the control signal to the inverter unit. An abnormality detection method for an inverter device according to claim 4 or 5.
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