JP6441880B2

JP6441880B2 - インバータ

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Publication number: JP6441880B2
Application number: JP2016217645A
Authority: JP
Inventors: ソン−チョル・チョイ; アンノ・ユー
Original assignee: LSIS Co Ltd
Current assignee: LS Electric Co Ltd
Priority date: 2016-04-07
Filing date: 2016-11-07
Publication date: 2018-12-19
Anticipated expiration: 2036-11-07
Also published as: EP3229364A1; CN107294411B; KR20170115360A; KR102485708B1; EP3229364B1; CN107294411A; US20170294855A1; JP2017189082A; US9979333B2

Description

本発明は、インバータに関し、さらに詳細には、インバータの故障発生後、復電する場合に、インバータの再起動の可否を判断してインバータの安定した再起動を可能とするインバータに関する。

高圧インバータ（Ｉｎｖｅｒｔｅｒ）は、線間電圧実効値（ＲＭＳｖａｌｕｅ）が６００Ｖ以上である入力電源を用いるインバータであって、定格電力容量（Ｒａｔｉｎｇｐｏｗｅｒｃａｐａｃｉｔｙ）は、数百ｋＷから数十ＭＷまで多様である。また、インバータは、ファン（Ｆａｎ）、ポンプ（Ｐｕｍｐ）及び圧縮機（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ）等の応用分野に主に用いられている。

インバータの回路構成方法として、３レベル以上の出力電圧を発生させるマルチレベルインバータ（Ｍｕｌｔｉ−ｌｅｖｅｌｉｎｖｅｒｔｅｒ）が主に用いられており、代表として直列型Ｈ−ブリッジ（ＣａｓｃａｄｅｄＨ−Ｂｒｉｄｇｅ：ＣＨＢ）インバータがある。

直列型Ｈ−ブリッジインバータは、単位電力セル（Ｐｏｗｅｒｃｅｌｌ）の出力を直列連結する方式であり、様々な出力電圧を通して低いｄｖ／ｄｔと優れた全高調波歪率（Ｔｏｔａｌｈａｒｍｏｎｉｃｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ：ＴＨＤ）の長所があり、維持補修が容易である。

また、直列型Ｈ−ブリッジインバータは、電力セルの個数によってインバータ出力電圧レベルの大きさと個数が決定され、各電力セルは、絶縁された入力電圧を用いる。

図１は、従来の直列型Ｈ−ブリッジインバータを示す図である。

図１を参照すると、直列型Ｈ−ブリッジインバータ１００は、入力電源（Ｍａｉｎｓｕｐｐｌｙ）１０２、位相置換変圧器１０４、多数の電力セル１０６、電動機１０８及び電圧センシング装置１１２を含む。このとき、直列型Ｈ−ブリッジインバータは、２段の単位電力セルで構成されており、システム要求仕様によって単位電力セル１０６の数は変更が可能である。

入力電源１０２は、線間電圧実効値（ＲＭＳ）が６００Ｖ以上である三相電圧を示す。

位相置換変圧器（Ｐｈａｓｅｓｈｉｆｔｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）１０４は、入力電源１０２を絶縁（Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）させ、単位電力セル１０６の要求に合わせて電圧の位相（Ｐｈａｓｅ）及び大きさ（Ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）を変換する。また、位相置換変圧器１０４は、位相置換を通して入力電源１０２に流れる入力電流の全高調波歪率（Ｔｏｔａｌｈａｒｍｏｎｉｃｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ：ＴＨＤ）を向上させる。

多数の電力セル１０６は、位相置換変圧器１０４の出力電圧を入力電源に用いる。

電動機１０８は、インバータ１００の出力電圧の入力を受け、このとき、出力電圧は、各相に該当する電力セルの出力和で合成（ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅ）される。ここで、電動機１０８は、高圧の三相電動機であって、誘導電動機（Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎｍａｃｈｉｎｅ）または同期電動機（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍａｃｈｉｎｅ）を含むことができる。

電圧センシング装置（Ｖｏｌｔａｇｅｓｅｎｓｉｎｇｄｅｖｉｃｅ）１１２は、正常な運転状態（Ｎｏｒｍａｌｄｒｉｖｉｎｇ）でインバータ１００の出力電圧を測定する。ここで、測定された出力電圧は、同期切替（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｂｙｐａｓｓ）及び出力電力演算（Ｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ）に用いられる。そして、電源故障後、電動機１０８の再起動（Ｒｅｓｔａｒｔｉｎｇ）のために用いられる。

ここで、インバータ１００のａ相出力電圧は、直列連結（Ｓｅｒｉｅｓｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）された第１電力セル１０６ａ１と第２電力セル１０６ａ２の出力電圧の和である。また、インバータ１００のｂ相出力電圧は、第３電力セル１０６ｂ１と第４電力セル１０６ｂ２の出力電圧の和である。また、インバータ１００のｃ相出力電圧は、第５電力セル１０６ｃ１と第６電力セル１０６ｃ２の出力電圧の和である。このとき、インバータ１００の出力電圧の各相電圧（Ｐｈａｓｅｖｏｌｔａｇｅ）の大きさは同一であるが、位相は、１２０度の位相差を有する。

上述のように、インバータ１００により駆動される大容量の電動機１０８は、一般的に慣性（Ｉｎｅｒｔｉａ）が大きい。これによって、入力電源（Ｍａｉｎｓｕｐｐｌｙ）の故障（Ｆａｕｌｔ）または停電（Ｂｌａｃｋｏｕｔ）事故後の復電時、安定した再起動（Ｒｅｓｔａｒｔｉｎｇ）のために誘導電動機の回転子が停止するまで長時間が必要とされる問題点がある。

従って、このような問題点を減らすために、特別な制御アルゴリズムなしに誘導電動機が回転中の状態で誘導電動機の速度及びトルクを制御する。しかし、この場合、大きな突入電流（Ｉｎｒｕｓｈｃｕｒｒｅｎｔ）が発生し、インバータ１００または電動機１０８の故障を生じさせることがある。

また、負荷条件下で再起動をする場合に、誘導電動機の残留電圧により再起動の可否が決定されるが、残留電圧が大きいほど再起動運転に可用の電圧が大きいので、再起動に要求される電流の大きさを減少させることができる。

しかし、残留電圧が小さいほど再起動運転に可用の電圧が小さいので、同一のトルクを発生させるために要求される電流の大きさが増加するようになる。従って、残留電圧が小さい場合は、再起動運転がむしろ電動機システムに悪影響を及ぼすので、停止後に起動することが安定的である。

本発明は、インバータの入力電源異常による故障発生後、復電する場合に、インバータの再起動の可否を判断してインバータの安定した再起動を可能とするインバータを提供することを目的とする。

また、本発明は、自由回転中の電動機の電圧を基準にインバータの再起動の可否を判断してインバータを再起動させるので、インバータまたは電動機の故障を事前に予防できるインバータを提供することを目的とする。

また、本発明は、電動機の誘起起電力を考慮してインバータの再起動の可否を判断するので、再起動領域で突入電流なしに電動機が再起動できるインバータを提供することを目的とする。

本発明の目的は、以上において言及した目的に制限されず、言及されていない本発明の他の目的及び長所は、下記の説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに理解できるだろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示した手段及びその組み合わせにより実現できることが容易に分かるだろう。

このような目的を達成するための本発明は、電動機を駆動するための電圧を出力するインバータにおいて、前記電動機から出力される三相電流と前記インバータの周波数及びモータの定格電流の入力を受けて第１再起動電圧と第１再起動位相角を出力する第１再起動指令電圧発生部、前記インバータから出力されるインバータ出力電圧の入力を受けて第２再起動電圧と第２再起動位相角を出力する第２再起動指令電圧発生部、及び前記第１再起動電圧と前記第１再起動位相角及び前記第２再起動電圧と前記第２再起動位相角の入力を受け、再起動フラグによって再起動電圧と位相角を出力するスイッチ部を含むことを特徴とする。

本発明の一実施例によると、前記インバータの周波数は、前記インバータを再起動させる再起動領域の開始点で測定された周波数であってよい。

また、本発明の一実施例によると、前記再起動領域で前記電動機が発生させることのできる最大負荷トルクと負荷トルクを計算することができる。

また、本発明の一実施例によると、前記最大負荷トルクは、前記第２再起動電圧、前記電動機の最大定格電流と力率（Ｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒ）を乗じて再起動速度を除した値であってよい。

また、本発明の一実施例によると、前記負荷トルクは、前記インバータ出力電圧の大きさ、前記電動機のトルク分電流の大きさ及び前記第２再起動指令電圧発生部から出力される再起動速度を除した値であってよい。

また、本発明の一実施例によると、前記最大負荷トルクと前記負荷トルクを比較し、比較結果によって前記再起動フラグをセットすることができる。

また、本発明の一実施例によると、前記最大負荷トルクが前記負荷トルクより大きい場合は、前記再起動フラグを「１」にセットし、前記スイッチ部は、前記第２再起動電圧及び前記第２再起動位相角を前記インバータに出力することができる。

また、本発明の一実施例によると、前記最大負荷トルクが前記負荷トルクより小さい場合は、前記再起動フラグを「０」にセットし、前記スイッチ部は、前記第１再起動電圧及び前記第１再起動位相角を前記インバータに出力することができる。

また、本発明の一実施例によると、前記第１再起動指令電圧発生部は、前記インバータの出力周波数の入力を受けて前記第１再起動電圧を生成する第１電圧生成部及び前記モータの定格電流と前記電動機から出力される三相電流の入力を受けて前記第１再起動位相角を生成する第１位相角生成部を含むことができる。

また、本発明の一実施例によると、前記第１位相角生成部は、前記モータの定格電流と前記電動機から出力される三相電流を加算演算して出力する第１加算器、前記第１加算器の出力結果を設定された利得により調節して出力する増幅器、及び前記増幅器の出力結果を積分演算して前記第１再起動位相角で出力する第１積分器を含むことができる。

また、本発明の一実施例によると、前記第２再起動指令電圧発生部は、前記インバータから出力される電圧を測定する電圧センシング部、前記電圧センシング部で測定された前記電圧の入力を受けて静止座標系上のｄ軸電圧及びｑ軸電圧を出力する電圧測定部、前記ｄ軸電圧及びｑ軸電圧の入力を受けて再起動電圧、再起動位相角及び再起動速度を出力する電圧及び位相検出部、及び前記再起動電圧、前記再起動位相角及び前記再起動速度の入力を受けて前記第２再起動電圧と前記第２再起動位相角を出力する再起動電圧発生部を含むことができる。

前述したような本発明によるインバータは、インバータの入力電源異常による故障発生後、復電する場合に、インバータの再起動の可否を判断してインバータの安定した再起動を可能とする長所がある。

また、本発明によるインバータは、自由回転中の電動機の電圧を基準にインバータの再起動の可否を判断してインバータを再起動させるので、インバータまたは電動機の故障を事前に予防できる長所がある。

また、本発明によるインバータは、電動機の誘起起電力を考慮してインバータの再起動の可否を判断するので、再起動領域で突入電流なしに電動機が再起動できる長所がある。

従来の直列型Ｈ−ブリッジインバータを示す図である。本発明の一実施例に係るインバータの構成を示す。本発明の一実施例に係る第１再起動電圧発生部の構成を示す。本発明の一実施例に係る第２再起動指令電圧発生部の構成を示す。本発明の一実施例に係る再起動指令電圧発生部の内部構成図である。本発明の一実施例に係る高圧インバータの動作を示すタイミング図である。本発明の一実施例に係る再起動領域で高圧インバータの動作を説明するためのフローチャートである。

前述した目的、特徴及び長所は、添付の図面を参照して詳細に後述され、これによって、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者が本発明の技術的思想を容易に実施することができるだろう。本発明を説明するにあたって、本発明と関連した公知の技術についての具体的な説明が本発明の要旨を不要に濁す恐れがあると判断される場合は、詳細な説明を省略する。以下、添付の図面を参照して、本発明に係る好ましい実施例を詳細に説明する。図面において同一の参照符号は、同一または類似した構成要素を指すものと用いられる。

図２は、本発明の一実施例に係るインバータの構成を示す。

図２を参照すると、本発明の一実施例に係るインバータは、第１再起動指令電圧発生部２１０、第２再起動指令電圧発生部２２０、スイッチ部２３０、高圧インバータ２４０及び電動機２５０を含む。

第１再起動指令電圧発生部２１０は、高圧インバータ２４０の入力電源（Ｍａｉｎｓｕｐｐｌｙ）異常による故障発生後に動作することができ、電流を基盤として再起動電圧を生成する。

また、第１再起動指令電圧発生部２１０は、高圧インバータ２４０の周波数ω_refとモータの定格電流Ｉ_{abcs_max}及び電動機２５０から出力される三相電流ｉ_as、ｉ_bs、ｉ_csの入力を受けて第１再起動電圧Ｖ_{ref_fly1}と第１再起動位相角θ_{ref_fly1}を出力する。ここで、高圧インバータ２４０の周波数ω_refは、再起動運転領域の開始点で測定された周波数である。このとき、第１再起動電圧Ｖ_{ref_fly1}は、ＤＣ電圧であってよい。

第２再起動指令電圧発生部２２０は、高圧インバータ２４０の入力電源（Ｍａｉｎｓｕｐｐｌｙ）異常による故障発生後に動作することができ、電圧を基盤として再起動電圧を生成する。

また、第２再起動指令電圧発生部２２０は、高圧インバータ２４０から出力されるインバータ出力電圧Ｖ_mの入力を受けて第２再起動電圧Ｖ_{ref_fly}と第２再起動位相角θ_{ref_fly}を出力する。

スイッチ部２３０は、再起動モードフラグｆｌｙｉｎｇ＿ｓｔａｒｔ＿ｍｏｄｅ＿ｆｌａｇによって動作する。また、スイッチ部２３０は、第１再起動指令電圧発生部２１０の第１再起動電圧Ｖ_{ref_fly1}と第１再起動位相角θ_{ref_fly1}及び第２再起動指令電圧発生部２２０の第２再起動電圧Ｖ_{ref_fly}と第２再起動位相角θ_{ref_fly}の入力をそれぞれ受ける。

仮に、再起動モードフラグｆｌｙｉｎｇ＿ｓｔａｒｔ＿ｍｏｄｅ＿ｆｌａｇが「０」である場合に、スイッチ部２３０は、第１再起動指令電圧発生部２１０の第１再起動電圧Ｖ_{ref_fly1}と第１再起動位相角θ_{ref_fly1}を高圧インバータ２４０に印加する。

しかし、再起動モードフラグｆｌｙｉｎｇ＿ｓｔａｒｔ＿ｍｏｄｅ＿ｆｌａｇが「１」である場合に、スイッチ部２３０は、第２再起動指令電圧発生部２２０の第２再起動電圧Ｖ_{ref_fly}と第２再起動位相角θ_{ref_fly}を高圧インバータ２４０に印加する。このとき、再起動フラグｆｌｙｉｎｇ＿ｓｔａｒｔ＿ｆｌａｇが「１」である場合は、入力電源（Ｍａｉｎｓｕｐｐｌｙ）の故障または停電（Ｂｌａｃｋｏｕｔ）事故が発生した場合を示す。

高圧インバータ２４０は、スイッチ部２３０から出力されるインバータ電圧Ｖ_{ref_inv}とインバータ位相角θ_{ref_inv}の入力を受けて電動機電圧Ｖ_mを出力する。このように生成された電動機電圧Ｖ_mは、電動機２５０に印加される。このとき、電動機電圧Ｖ_mは、ＡＣ電圧であってよい。

電動機２５０は、高圧インバータ２４０から出力される電動機電圧Ｖ_mの入力を受けて動作する。このとき、電動機電圧Ｖ_mは、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）形態の電圧であってよい。

以下、図３を参照して、第１再起動電圧発生部について詳細に説明する。

図３は、本発明の一実施例に係る第１再起動電圧発生部の構成を示す。

図３を参照すると、本発明の一実施例に係る第１再起動指令電圧発生部２１０は、第１電圧生成部３１０と第１位相角生成部３２０を含む。

第１電圧生成部３１０は、高圧インバータ２４０の出力周波数ω_refの入力を受けて第１再起動電圧Ｖ_{ref_fly1}を生成する。

第１位相角生成部３２０は、第１加算器３２２と増幅器３２４及び第１積分器３２６を含む。

第１加算器３２２は、モータの定格電流Ｉ_{abcs_max}及び電動機２５０から出力される三相電流ｉ_as、ｉ_bs、ｉ_csの入力を受けて第１加算器３２２を通して加算演算結果を出力する。増幅器３２４は、第１加算器３２２から出力される加算演算結果の入力を受けて設定された利得（Ｇａｉｎ）により調節された加算演算結果を出力する。第１積分器３２６は、増幅器３２４の出力結果の入力を受けて積分演算をし、第１再起動位相角θ_{ref_fly1}で出力する。

以下、図４を参照して、第２再起動指令電圧発生部について詳細に説明する。

図４は、本発明の一実施例に係る第２再起動指令電圧発生部の構成を示す。

図４を参照すると、本発明の一実施例に係る第２再起動指令電圧発生部２２０は、電圧センシング部２２２、電圧測定部２２４、電圧及び位相検出部２２６及び再起動電圧発生部２２８を含む。

電圧センシング部２２２は、正常な運転状態（Ｎｏｒｍａｌｄｒｉｖｉｎｇ）の高圧インバータ２４０から出力される電圧Ｖ_mを測定する。ここで、高圧インバータ２４０から出力される電圧Ｖ_mは、電動機２５０の再起動（Ｒｅｓｔａｒｔｉｎｇ）のために用いられる情報であり、同期切替（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｂｙｐａｓｓ）及び出力電力演算（Ｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ）に用いられる。そして、入力電源（Ｍａｉｎｓｕｐｐｌｙ）の故障または停電（Ｂｌａｃｋｏｕｔ）事故が発生した場合、電動機２５０の再起動（Ｒｅｓｔａｒｔｉｎｇ）のために用いられる。

電圧測定部２２４は、電動機２５０の入力電圧の大きさと位相を推定するために、電圧センシング部２２２で測定されたインバータ出力電圧Ｖ_mの入力を受けて静止座標系上のｄ軸電圧Ｖ_d及びｑ軸電圧Ｖ_qを出力する。このとき、電圧測定部２２４は、座標変換（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｒａｍｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を通して測定された三相のインバータ出力電圧Ｖ_meansを静止座標系上のｄ軸電圧Ｖ_d及びｑ軸電圧Ｖ_qに変換する。また、電圧測定部２２４は、電圧センサまたは抵抗等で構成され得る。

電圧及び位相検出部２２６は、電圧測定部２２４から出力されるｄ軸電圧Ｖ_d及びｑ軸電圧の入力を受けて再起動電圧Ｖ_mag、再起動位相角θ_est及び再起動速度ω_estを出力する。このとき、再起動電圧Ｖ_magは、静止座標系上のｄ軸電圧Ｖ_d及びｑ軸電圧Ｖ_qをそれぞれ二乗して足した値の平方根（Ｓｑｕａｒｅｒｏｏｔ）を取ることにより計算することができる。また、再起動位相角θ_est及び再起動速度ω_estは、ＰＬＬ（ｐｈａｓｅｌｏｏｐｌｏｃｋ）を通して具現することができる。

再起動電圧発生部２２８は、電圧及び位相検出部２２６から出力される再起動電圧Ｖ_mag、再起動位相角θ_est及び再起動速度ω_estの入力を受けて第２再起動電圧Ｖ_{ref_fly}と第２再起動位相角θ_{ref_fly}を出力する。

以下、図５を参照して、再起動電圧発生部について詳細に説明する。

図５は、本発明の一実施例に係る再起動指令電圧発生部の内部構成図である。

図５を参照すると、本発明の一実施例に係る再起動電圧発生部２２８は、第２電圧生成部３４０と第２位相角生成部３６０を含む。

第２電圧生成部３４０は、外部でユーザが入力した電圧の傾き３４２と第２加算器３４４を含む。ここで、電圧の傾き３４２は、定数（Ｃｏｎｓｔａｎｔ）値であってよい。また、第２電圧生成部３４０は、ユーザが入力した電圧の傾き３４２と電圧及び位相検出部２２６から出力される再起動電圧Ｖ_magを第２加算器３４４を通して加算演算をして第２再起動電圧Ｖ_{ref_fly}で出力する。このとき、第２再起動電圧Ｖ_{ref_fly}は、下記式（１）のように表され得る。

ここで、Ｖ_magは、電圧及び位相検出部２２６から出力される再起動電圧を示し、ａは、ユーザが入力した電圧の傾きを示す。

第２位相角生成部３６０は、第２積分器３６２と第３加算器３６４を含む。第２積分器３６２は、電圧及び位相検出部２２６から出力される再起動速度ω_estの入力を受け、再起動速度ω_estを積分して出力する。第３加算器３６４は、第２積分器３４２から出力される積分値と電圧及び位相検出部２２６から出力される再起動位相角θ_estを加算演算をして第２再起動位相角θ_{ref_fly}で出力する。このとき、第２再起動位相角θ_{ref_fly}は、下記式（２）のように表され得る。

ここで、θ_estとω_estは、電圧及び位相検出部２２６から出力される再起動位相角と再起動速度をそれぞれ示す。

図６は、本発明の一実施例に係る高圧インバータの動作を示すタイミング図である。図７は、本発明の一実施例に係る再起動領域で高圧インバータの動作を説明するためのフローチャートである。

図６を参照すると、本発明の一実施例に係る高圧インバータ２４０は、入力電圧と出力電圧が全て正常動作する領域、即ち、正常運転領域では、再起動フラグｆｌｙｉｎｇ＿ｓｔａｒｔ＿ｆｌａｇが「０」にセットされる。このとき、再起動フラグｆｌｙｉｎｇ＿ｓｔａｒｔ＿ｆｌａｇは、高圧インバータの再起動のための動作をする区間を示す変数であって、故障発生時から正常運転が可能な区間までを示す。

このとき、入力電源（ａ）は、高圧インバータ２４０の主電源（Ｍａｉｎｓｏｕｒｃｅ）の大きさを示し、インバータの出力電圧（ｃ）は、高圧インバータ２４０の出力電圧Ｖ_mの大きさを示す。これによって、入力電源の故障時、保護動作により高圧インバータ２４０は出力を止める。

また、高圧インバータ２４０の入力電源故障領域で入力電源（ａ）の大きさは定格電圧（Ｒａｔｅｄｖｏｌｔａｇｅ）範囲以下で動作し、この区間で測定される電動機の入力端電圧（ｄ）は、電動機の誘起起電力である。このとき、測定される電動機の入力端電圧（ｄ）の大きさと電動機速度（ｆ）は、負荷（Ｌｏａｄ）と電動機の時定数（Ｔｉｍｅｃｏｎｓｔａｎｔ）によって減少し、電動機電流（ｅ）の経路（ｐａｔｈ）を形成しない。ここで、再起動フラグｆｌｙｉｎｇ＿ｓｔａｒｔ＿ｆｌａｇは、「１」にセットされる。

一方、高圧インバータ２４０の再起動領域は、入力電源（ａ）異常によって運転を止めた高圧インバータ２４０を再起動させる運転領域である。

本発明の他の実施例に係る高圧インバータは、定格電圧に対応して入力電源故障領域を設定することができる。より具体的に、高圧インバータは、定格電圧以下の電圧範囲を入力電源故障領域に設定することができる。例えば、入力電源故障領域は、線間電圧実効値が６００Ｖ以下である電圧範囲に設定され得る。

図７を参照すると、高圧インバータ２４０を再起動させるために、再起動領域では、電動機の誘起起電力の大きさによって電動機が発生させることのできる最大負荷トルクＴ_limitと負荷トルクＴ_loadを計算する（Ｓ１１）。このとき、最大負荷トルクＴ_limitは、下記式（３）で表すことができる。

ここで、式（３）は、電力式から電気的トルクを求めた式であって、残留電圧下で再起動可能な最大トルク大きさを示した式である。式（３）から分かるように、同一のトルクＴ_limit条件で再起動電圧Ｖ_magが小さい場合にＩ_rateが増加する。

このとき、Ｖ_magは、電圧及び位相検出部２２６から出力される再起動電圧を示し、Ｉ_rateは、電動機の最大定格電流を示し、ＰＦは、力率（Ｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒ）である。また、Ｉ_rateは、高圧インバータと電動機の許容可能な範囲で電流大きさを増加させることができる。

そして、負荷トルクＴ_loadは、下記式（４）で表すことができる。

ここで、式（４）は、インバータ出力トルクを示し、高圧インバータ２４０の故障領域以前のトルクＴ_loadを計算し、故障領域で式（３）の最大負荷トルクＴ_limitと大きさを比較し、比較結果によってそれぞれ異なる再起動アルゴリズムを遂行する。

このとき、Ｖ_qseは、同期座標系のｑ軸電圧であって、高圧インバータ２４０で出力電圧の大きさを示す。Ｉ_qseは、トルク分電流の大きさを示し、ω_estは、電圧及び位相検出部２２６から出力される再起動速度を示す。このとき、再起動速度は、回転子速度に該当し、電圧及び位相検出部２２６で推定した誘起起電力周波数を示す。

その後、計算された最大負荷トルクＴ_limitと負荷トルクＴ_loadを比較する（Ｓ１２）。ここで、比較器の結果値は、再起動モードフラグｆｌｙｉｎｇ＿ｓｔａｒｔ＿ｍｏｄｅ＿ｆｌａｇの変数に該当する。

仮に、最大負荷トルクＴ_limitが負荷トルクＴ_loadより大きい場合は、再起動モードフラグｆｌｙｉｎｇ＿ｓｔａｒｔ＿ｍｏｄｅ＿ｆｌａｇを「１」にセットして誘起起電力基盤の再起動アルゴリズムが遂行されるようにする。このとき、スイッチ部２３０は、再起動モードフラグｆｌｙｉｎｇ＿ｓｔａｒｔ＿ｍｏｄｅ＿ｆｌａｇによって第２再起動指令電圧発生部２２０で生成された第２再起動電圧Ｖ_{ref_fly}と第２再起動位相角θ_{ref_fly}を高圧インバータ２４０に印加する。高圧インバータ２４０は、印加された第２再起動電圧Ｖ_{ref_fly}と第２再起動位相角θ_{ref_fly}によって再起動する（Ｓ１３）。

しかし、最大負荷トルクＴ_limitが負荷トルクＴ_loadより小さい場合は、誘起起電力が不足するので、再起動モードフラグｆｌｙｉｎｇ＿ｓｔａｒｔ＿ｍｏｄｅ＿ｆｌａｇを「０」にセットし、高圧インバータ２４０及び電動機の故障を防止するために電動機を停止されるか、または他の再起動アルゴリズムが遂行されるようにする。このとき、スイッチ部２３０は、再起動モードフラグｆｌｙｉｎｇ＿ｓｔａｒｔ＿ｍｏｄｅ＿ｆｌａｇによって第１再起動指令電圧発生部２１０で生成された第１再起動電圧Ｖ_{ref_fly1}と第１再起動位相角θ_{ref_fly1}を高圧インバータ２４０に印加する。高圧インバータ２４０は、印加された第１再起動電圧Ｖ_{ref_fly1}と第１再起動位相角θ_{ref_fly1}によって再起動する（Ｓ１４）。

前述したような本発明によるインバータ再起動装置は、インバータの入力電源異常による故障発生後、復電する場合に、インバータの再起動の可否を判断してインバータの安定した再起動を可能とする長所がある。

また、本発明によるインバータ再起動装置は、自由回転中の電動機の電圧を基準にインバータの再起動の可否を判断してインバータを再起動させるので、インバータまたは電動機の故障を事前に予防できる長所がある。

また、本発明によるインバータ再起動装置は、電動機の誘起起電力を考慮してインバータの再起動の可否を判断するので、再起動領域で突入電流なしに電動機が再起動できる長所がある。

前述した本発明は、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者にとって、本発明の技術的思想を外れない範囲内で種々の置換、変形及び変更が可能であるので、前述した実施例及び添付の図面により限定されるものではない。

Claims

電動機を駆動するための電圧を出力するインバータにおいて、
前記電動機から出力される三相電流と前記インバータの周波数及びモータの定格電流の入力を受けて第１再起動電圧と第１再起動位相角を出力する第１再起動指令電圧発生部；
前記インバータから出力されるインバータ出力電圧の入力を受けて第２再起動電圧と第２再起動位相角を出力する第２再起動指令電圧発生部；及び
再起動モードフラグに応じて動作するスイッチ部であって、前記第１再起動電圧と前記第１再起動位相角及び前記第２再起動電圧と前記第２再起動位相角の入力を受け、再起動モードフラグの設定によって第１再起動電圧と第１再起動位相角又は第２再起動電圧と第２再起動位相角を出力するスイッチ部を含むインバータ。
前記インバータの周波数は、前記インバータを再起動させる再起動領域の開始点で測定された周波数である請求項１に記載のインバータ。
前記再起動領域で前記電動機が発生させることのできる最大負荷トルクと負荷トルクを計算する請求項２に記載のインバータ。
前記最大負荷トルクは、前記第２再起動電圧、前記電動機の最大定格電流と力率（Ｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒ）を乗じて再起動速度を除した値である請求項３に記載のインバータ。
前記負荷トルクは、前記インバータ出力電圧の大きさ、前記電動機のトルク分電流の大きさ及び前記第２再起動指令電圧発生部から出力される再起動速度を除した値である請求項３または４に記載のインバータ。
前記最大負荷トルクと前記負荷トルクを比較し、比較結果によって前記再起動モードフラグをセットする請求項３乃至５のいずれか一項に記載のインバータ。
前記最大負荷トルクが前記負荷トルクより大きい場合は、前記再起動モードフラグを１にセットし、前記スイッチ部は、前記第２再起動電圧及び前記第２再起動位相角を前記インバータに出力する請求項６に記載のインバータ。
前記最大負荷トルクが前記負荷トルクより小さい場合は、前記再起動モードフラグを０にセットし、前記スイッチ部は、前記第１再起動電圧及び前記第１再起動位相角を前記インバータに出力する請求項６または７に記載のインバータ。
前記第１再起動指令電圧発生部は、前記インバータの出力周波数の入力を受けて前記第１再起動電圧を生成する第１電圧生成部；及び
前記モータの定格電流と前記電動機から出力される三相電流の入力を受けて前記第１再起動位相角を生成する第１位相角生成部を含む請求項１乃至８のいずれか一項に記載のインバータ。
前記第１位相角生成部は、前記モータの定格電流と前記電動機から出力される三相電流を加算演算して出力する第１加算器；
前記第１加算器の出力結果を設定された利得により調節して出力する増幅器；及び
前記増幅器の出力結果を積分演算して前記第１再起動位相角で出力する第１積分器を含む請求項９に記載のインバータ。
前記第２再起動指令電圧発生部は、前記インバータから出力される電圧を測定する電圧センシング部；
前記電圧センシング部で測定された前記電圧の入力を受けて静止座標系上のｄ軸電圧及びｑ軸電圧を出力する電圧測定部；
前記ｄ軸電圧及びｑ軸電圧の入力を受けて再起動電圧、再起動位相角及び再起動速度を出力する電圧及び位相検出部；及び
前記再起動電圧、前記再起動位相角及び前記再起動速度の入力を受けて前記第２再起動電圧と前記第２再起動位相角を出力する再起動電圧発生部を含む、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のインバータ。