JP6925313B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換装置に関し、例えば、負荷に電力を供給する電力変換装置における過負荷保護技術に関する。

従来、電動機等の負荷に電力を供給する電力変換装置では、過電流や過負荷時の保護方式として、電力変換装置への電源供給ラインに電流検出遮断装置（サーマルリレー）を設ける方式が使われていた。しかし、この方式は、検出した電流値と閾値とを単純に比較する方式であるため、電動機の運転速度などの運転状態を考慮できず、適切に電力変換装置や電動機の過負荷保護を行えない場合があった。

このような問題を解決する技術として、特公昭６２−５５３７９号公報（特許文献１）に示されるようなインバータ装置が挙げられる。当該インバータ装置は、電動機固有の冷却効果を考慮した連続運転可能時間を示す熱時限特性を事前に記憶し、当該熱時限特性と、電動機に供給する電流値に従って演算した熱履歴模擬値（積分値）とを比較する。これにより、電動機の運転状態を考慮して適切に過負荷保護を行うことが可能になる。この方式は、一般的に、電子サーマルリレーと呼ばれる。

特公昭６２−５５３７９号公報

一般的に、電動機および電力変換装置では、高出力化と共に小型化が求められる。これにより生じる放熱効果の低下を解消するため、電動機および電力変換装置では、冷却ファンを搭載することが多い。この場合、前述した電子サーマルリレー用の熱時限特性は、冷却ファンが正常に動作していることを前提に定められる。

しかし、冷却ファンは、例えば、故障、経年劣化または汚染等に伴い回転数が低下する場合がある。このように、冷却ファンの回転数低下に伴い冷却効果が低下している状況では、電子サーマルリレーによって適切に過負荷保護を行うことが困難になり得る。その結果、電動機や電力変換装置の焼損、破損等が生じる恐れがある。

本発明は、このようなことに鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、冷却ファンの回転数が低下した場合でも適切に過負荷保護を行うことが可能な電力変換装置を提供することにある。

本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される実施の形態のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。

本発明の代表的な実施の形態による電力変換装置は、直流電圧を交流電圧に変換し、当該交流電圧で負荷に通電を行うインバータ回路と、負荷に流れる負荷電流を検出する電流検出器と、インバータ回路または負荷を冷却する冷却ファンと、インバータ回路または負荷を保護する過負荷保護部とを有する。過負荷保護部は、負荷電流と連続通電可能時間との対応関係を定める熱時限特性マップを保持し、当該熱時限特性マップを冷却ファンの回転数に応じて補正し、負荷電流の連続通電時間が当該補正後の熱時限特性マップに基づく連続通電可能時間に到達した際に通電停止命令を発行する。

本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態によって得られる効果を簡単に説明すると、冷却ファンの回転数が低下した場合でも適切に過負荷保護を行うことが可能になる。

本発明の一実施の形態による電力変換装置回りの構成例を示すブロック図である。 図１の電力変換装置周りの外形例を示す概略図である。 図１における過負荷保護部の詳細な構成例を示すブロック図である。 図３における加算用の熱時限特性マップの内容を概念的に表す図である。 図３における減算用の熱時限特性マップの内容を概念的に表す図である。 積分方式の模式的な動作例を示す概念図である。 図３における加算用および減算用の熱時限特性マップの実際の保持内容の一例を示す図である。 図１の電力変換装置の動作例を示す概略図である。

以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。また、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

《電力変換装置回りの構成》
図１は、本発明の一実施の形態による電力変換装置回りの構成例を示すブロック図である。図１には、電力変換装置１０に加えて、電力変換装置１０へ電源を供給する三相電源３と、電力変換装置１０からの電力が供給される負荷とが示される。負荷は、例えば、電動機（三相モータ）１等である。電力変換装置１０は、インバータ回路２と、コンバータ回路４と、電流検出器５と、制御器６と、過負荷保護部８と、電流センサ９とを備える。

コンバータ回路４は、外部の三相電源３からの交流電圧を直流電圧Ｖｄｃに変換してインバータ回路２へ供給する。インバータ回路２は、直流電圧Ｖｄｃを交流電圧（三相交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ）に変換し、当該三相交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗで電動機１に通電を行う。電流センサ９は、当該三相交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの供給ライン上に設置される。電流検出器５は、電流センサ９を介して、電動機１に流れる負荷電流を検出する。この例では、電流検出器５は、電流センサ９を介してｕ相電流Ｉｕおよびｗ相電流Ｉｗを検出し、それをｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑに座標変換する。そして、電流検出器５は、ｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑをベクトル合成することで、負荷電流Ｉ１を検出する。

制御器６は、電動機１の動作状態を目標状態に近づけるようにインバータ回路２を制御する。この例では、制御器６は、外部からの速度指令値Ｎｒｅｆを受け、電動機１を当該速度指令値Ｎｒｅｆに基づく回転速度で回転させるための三相電圧指令値Ｖｕｒｅｆ，Ｖｖｒｅｆ，Ｖｗｒｅｆを、位置センサレスのベクトル制御を用いて生成する。

具体的には、制御器６は、例えば、誘起電圧オブザーバ等を用いて電動機１の回転速度を推定し、当該回転速度と速度指令値Ｎｒｅｆとの誤差に基づきｄ軸およびｑ軸の電流指令値を算出し、当該電流指令値とｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑとの誤差に基づき三相電圧指令値Ｖｕｒｅｆ，Ｖｖｒｅｆ，Ｖｗｒｅｆを算出する。インバータ回路２は、当該三相電圧指令値Ｖｕｒｅｆ，Ｖｖｒｅｆ，Ｖｗｒｅｆに基づくＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号でスイッチング動作を行うことで三相交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを生成する。また、電動機１が位置検出器付きの場合などは、その位置検出器出力の時間差分結果により電動機１の回転速度を導出して制御器６へ入力しても良い。

ここで、電力変換装置１０または電動機１には、電力変換装置１０（特にインバータ回路２）または電動機１を冷却するための冷却ファン７が設置される。冷却ファン７は、例えば、ロータリエンコーダ等の回転角センサを搭載し、電力変換装置１０と電動機１の一方または両方に対して設置される。冷却ファン７は、インバータ回路２または電動機１の動作有無に関わらず、常時、回転動作を行う。特に、ｋＷレベルの電力を取り扱う電力変換装置１０や電動機１では、このような冷却ファン７が搭載されることが多い。

過負荷保護部８は、インバータ回路２または電動機１を過負荷から保護する。過負荷保護部８には、冷却ファン７の回転角センサから得られる回転数Ｎｆａｎと、電流検出器５からの負荷電流Ｉ１と、クリア信号Ｃｏｎ＿ｃｌｒと、予め設定される電子サーマルレベルＩｔｈおよび積算閾値Ｓｔｈとが入力される。過負荷保護部８は、これらの入力情報を用いて、冷却ファン７の回転数Ｎｆａｎを反映させつつ過負荷状態か非過負荷状態かを判定する。過負荷保護部８は、過負荷状態と判定した場合には、動作許可信号Ｃｏｎを介してインバータ回路２へ通電停止命令を発行する。これに応じて、インバータ回路２は、電動機１に対する通電を停止する。

図１において、電流検出器５、制御器６および過負荷保護部８は、代表的には、マイクロコントローラ等で構成される。この場合、電流検出器５は、アナログディジタル変換器を用いて検出したｕ相電流Ｉｕおよびｗ相電流Ｉｗに対してプログラム処理を行うことで、負荷電流Ｉ１や、ｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｄを算出する。制御器６および過負荷保護部８も、プログラム処理によって実装される。ただし、これらの一部または全部は、勿論、専用のハードウェア回路によって構成することも可能である。

図２は、図１の電力変換装置周りの外形例を示す概略図である。電力変換装置１０は、例えば、図１に示した各ブロックを内部に搭載した一つの筐体で構成される。当該筐体には、例えば、操作パネル１１等も設置される。冷却ファン７ａは、当該筐体内を冷却するように設置され、特に、インバータ回路２のトランジスタが発生する熱を冷ます。過負荷保護部８は、当該冷却ファン７ａの回転角センサに基づいて冷却ファン７ａの回数数Ｎｆａｎ＿ａを検出する。また、冷却ファン７ｂは、電動機１に設置され、例えば、電動機１のコイル（その寄生抵抗）が発生する熱を冷ます。過負荷保護部８は、当該冷却ファン７ｂの回転角センサに基づいて冷却ファン７ｂの回数数Ｎｆａｎ＿ｂを検出する。

《過負荷保護部の概略》
図３は、図１における過負荷保護部の詳細な構成例を示すブロック図である。図３に示す過負荷保護部８は、熱時限特性マップ８０１，８０２を予め保持する記憶部８１と、絶対値演算部８０３と、マップデータ読出処理部８０４，８０７と、補正部８２と、過負荷判定部８３と、ラッチ処理部８１３とを備える。まず、冷却ファン７が電力変換装置１０または電動機１のいずれか一方に設置される場合を想定して、過負荷保護部８の概念的な処理内容について説明する。

熱時限特性マップ８０１，８０２は、負荷電流Ｉ１と連続通電可能時間との対応関係を定める。補正部８２は、熱時限特性マップ８０１，８０２を冷却ファンの回転数Ｎｆａｎに応じて補正することで補正後熱時限特性マップを生成する。過負荷判定部８３は、負荷電流Ｉ１の連続通電時間が補正後熱時限特性マップに基づく連続通電可能時間に到達した際に過負荷検知信号Ｃｏｎ＿ｒｅｓを介して通電停止命令を発行する。

図４は、図３における加算用の熱時限特性マップ８０１の内容を概念的に表す図である。図５は、図３における減算用の熱時限特性マップ８０２の内容を概念的に表す図である。図４に示される加算動作時間ΔＴｐは、積分方式を用いてインバータ回路２の連続通電可能時間を定める際に逐次加算する時間を表す。連続通電可能時間は、加算動作時間ΔＴｐが増えるほど長くなり、加算動作時間ΔＴｐが減るほど短くなる。同様に、図５に示される減算動作時間ΔＴｍは、積分方式を用いてインバータ回路２の連続通電可能時間を定める際に逐次減算する時間を表す。連続通電可能時間は、加算動作時間ΔＴｐの場合とは反対に、減算動作時間ΔＴｍが増えるほど短くなり、減算動作時間ΔＴｍが減るほど長くなる。

加算動作時間ΔＴｐは、図４における冷却ファンの回数数Ｎｆａｎが正常時の特性（基準特性２０ｐと呼ぶ）に示されるように、負荷電流Ｉ１が電子サーマルレベルＩｔｈの際には無限大であり、電子サーマルレベルＩｔｈから大きくなるほど減少する。この減少特性は、負荷電流Ｉ１に伴う発熱を考慮して、負荷電流Ｉ１に対してｎ乗特性となる。電子サーマルレベルＩｔｈは、定格電流を表し、電流を流し続けても問題が生じないレベルを表す。また、加算動作時間ΔＴｐは、図４における冷却ファンの回数数Ｎｆａｎが低下時の特性（補正後特性２１ｐと呼ぶ）に示されるように、基準特性２０ｐを基準として、回転数Ｎｆａｎが低下するほど減少方向にシフトする。

一方、減算動作時間ΔＴｍは、図５における基準特性２０ｍに示されるように、負荷電流Ｉ１が電子サーマルレベルＩｔｈの際には無限大であり、電子サーマルレベルＩｔｈから小さくなるほど負荷電流Ｉ１に対するｎ乗特性で減少する。また、減算動作時間ΔＴｍは、図５における補正後特性２１ｍに示されるように、基準特性２０ｍを基準として、冷却ファンの回転数Ｎｆａｎが低下するほど増加方向にシフトする。このように、補正部８２は、図４および図５の基準特性２０ｐ，２０ｍ（すなわち図３の熱時限特性マップ８０１，８０２）を冷却ファン７の回転数Ｎｆａｎに応じて補正することで、図４および図５の補正後特性２１ｐ，２１ｍに示されるような補正後熱時限特性マップを生成する。

図６は、積分方式の模式的な動作例を示す概念図である。過負荷保護部８は、例えば、図６に示されるような積分方式を用いて連続通電可能時間Ｔｚを制御する。連続通電可能時間Ｔｚはタンク１５内の水に該当する。タンク１５内の水は、供給バルブ１６と、排出バルブ１７によって制御される。図３の過負荷判定部８３は、例えば、タンク１５内から水が無くなった際に、インバータ回路２へ動作停止命令を発行する。

図４および図５において、負荷電流Ｉ１が電子サーマルレベルＩｔｈである状態は、図６において、供給バルブ１６および排出バルブ１７が共に全開である状態に該当する。この状態では、連続通電可能時間Ｔｚは増減せず、インバータ回路２は、負荷電流Ｉ１を流し続けることができる。ここで、図４に示されるように、負荷電流Ｉ１が電子サーマルレベルＩｔｈから大きくなり、加算動作時間ΔＴｐが減少すると、その減少分に応じて供給バルブ１６が閉方向に制御される。その結果、連続通電可能時間Ｔｚは、減少方向に制御される。また、冷却ファンの回転数Ｎｆａｎが低下し、加算動作時間ΔＴｐが減少方向にシフトすると、供給バルブ１６は閉方向に推移し、連続通電可能時間Ｔｚは減少方向に制御される。

一方、図５に示されるように、負荷電流Ｉ１が電子サーマルレベルＩｔｈから小さくなり、減算動作時間ΔＴｍが減少すると、その減少分に応じて排出バルブ１７が閉方向に制御される。その結果、連続通電可能時間Ｔｚは、増加方向に制御される。前述したように、冷却ファン７が常時回り続けることを前提とすると、“Ｉ１＜Ｉｔｈ”の場合には、発熱効果よりも冷却効果の方が勝るため、このような減算動作時間ΔＴｍを設けることで、連続通電可能時間Ｔｚを増加させることが可能になる。また、冷却ファンの回転数Ｎｆａｎが低下し、減算動作時間ΔＴｍが増加方向にシフトすると、排出バルブ１７は開方向に推移し、連続通電可能時間Ｔｚは、減少方向に制御される。

《過負荷保護部の詳細》
次に、図３の過負荷保護部８の詳細な処理内容について説明する。図７は、図３における加算用および減算用の熱時限特性マップ８０１，８０２の実際の保持内容の一例を示す図である。加算用の熱時限特性マップ８０１は、実際には図７の基準特性２２ｐに示されるように、電子サーマルレベルＩｔｈよりも大きい負荷電流Ｉ１と、連続通電可能時間に対応する加算値Ｄｔｈ＿ｐとの対応関係を定める。減算用の熱時限特性マップ８０２は、実際には図７の基準特性２２ｍに示されるように、電子サーマルレベルＩｔｈよりも小さい負荷電流Ｉ１と、連続通電可能時間に対応する減算値Ｄｔｈ＿ｍとの対応関係を定める。

図７に示す基準特性２２ｐ，２２ｍは、それぞれ、図４および図５に示した基準特性２０ｐ，２０ｍの極性を反転させたような特性になっている。図３の過負荷保護部８は、実際には、図６において、タンク１５の水が無くなった場合ではなく、タンク１５が満水となった場合にインバータ回路２へ通電停止命令を発行するような動作を行う。この場合、連続通電可能時間Ｔｚはタンク１５内の残り容量に該当する。過負荷保護部８は、加算値Ｄｔｈ＿ｐが増えるほど供給バルブ１６を開くことで連続通電可能時間Ｔｚを減少方向に制御し、減算値Ｄｔｈ＿ｍが増えるほど排出バルブ１７を開くことで連続通電可能時間Ｔｚを増加方向に制御する。

図３において、絶対値演算部８０３は、負荷電流Ｉ１を負荷電流（絶対値）｜Ｉ１｜に変換する。加算用のマップデータ読出処理部８０４は、所定の制御周期毎に、負荷電流（絶対値）｜Ｉ１｜をポインタ値Ａｔｈ＿ｐとして、加算用の熱時限特性マップ８０１から負荷電流Ｉ１に対応する加算値Ｄｔｈ＿ｐを読み出す。補正部８２は、読み出された加算値Ｄｔｈ＿ｐを冷却ファンの回転数Ｎｆａｎに比例する係数で重み付けすることで補正し、補正後加算値Ｄｔｈ＿ｐ＿ｃａｌを生成する。この例では、補正部８２は、回転数Ｎｆａｎに係数“Ｋｆｐ”を乗算した値の逆数“１／（Ｎｆａｎ×Ｋｆｐ）”を加算値Ｄｔｈ＿ｐに乗算することで補正後加算値Ｄｔｈ＿ｐ＿ｃａｌを生成する。

減算用のマップデータ読出処理部８０７は、所定の制御周期毎に、負荷電流（絶対値）｜Ｉ１｜をポインタ値Ａｔｈ＿ｍとして、減算用の熱時限特性マップ８０２から負荷電流Ｉ１に対応する減算値Ｄｔｈ＿ｍを読み出す。補正部８２は、読み出された減算値Ｄｔｈ＿ｍを冷却ファンの回転数Ｎｆａｎに比例する係数で重み付けすることで補正し、補正後減算値Ｄｔｈ＿ｍ＿ｃａｌを生成する。この例では、補正部８２は、回転数Ｎｆａｎに係数“Ｋｆｍ”を乗算した値“Ｎｆａｎ×Ｋｆｍ”を減算値Ｄｔｈ＿ｍに乗算することで補正後減算値Ｄｔｈ＿ｍ＿ｃａｌを生成する。

このように、補正部８２は、読み出された加算値Ｄｔｈ＿ｐを冷却ファンの回転数Ｎｆａｎが低下するほど大きくなるように補正することで、補正後加算値Ｄｔｈ＿ｐ＿ｃａｌを生成する。また、補正部８２は、読み出された減算値Ｄｔｈ＿ｍを冷却ファンの回転数Ｎｆａｎが低下するほど小さくなるように補正することで、補正後減算値Ｄｔｈ＿ｍ＿ｃａｌを生成する。その結果、補正後加算値Ｄｔｈ＿ｐ＿ｃａｌは、図７の補正後特性２３ｐに示されるように、基準特性２２ｐを増加方向にシフトしたような特性となり、補正後減算値Ｄｔｈ＿ｍ＿ｃａｌは、図７の補正後特性２３ｍに示されるように、基準特性２２ｍを減少方向にシフトしたような特性となる。

過負荷判定部８３は、補正部８２で補正された補正後加算値Ｄｔｈ＿ｐ＿ｃａｌまたは補正後減算値Ｄｔｈ＿ｍ＿ｃａｌを逐次積算し、当該積算値が予め定めた積算閾値Ｓｔｈを超えた際に通電停止命令を発行する。具体的には、過負荷判定部８３は、加算減算切替処理部８１０と、積算処理部８１１と、比較処理部８１２とを備える。加算減算切替処理部８１０は、負荷電流（絶対値）｜Ｉ１｜と電子サーマルレベルＩｔｈとを比較する。そして、加算減算切替処理部８１０は、出力する加減算値Ｄｔｈ＿ｃａｌとして、“｜Ｉ１｜≧Ｉｔｈ”の場合には補正後加算値Ｄｔｈ＿ｐ＿ｃａｌを選択し、“｜Ｉ１｜＜Ｉｔｈ”の場合には補正後減算値Ｄｔｈ＿ｍ＿ｃａｌを選択する。

積算処理部８１１は、所定の制御周期毎に逐次入力される加減算値Ｄｔｈ＿ｃａｌを積算することで積算値Ｓｉｎｔを算出する。比較処理部８１２は、積算値Ｓｉｎｔと積算閾値Ｓｔｈとを比較する。そして、比較処理部８１２は、“Ｓｉｎｔ≧Ｓｔｈ”の場合には、過負荷状態と判定して過負荷検知信号Ｃｏｎ＿ｒｅｓをアサートし、“Ｓｉｎｔ＜Ｓｔｈ”の場合には、非過負荷状態と判定して過負荷検知信号Ｃｏｎ＿ｒｅｓをネゲートレベルに維持する。

ラッチ処理部８１３は、過負荷検知信号Ｃｏｎ＿ｒｅｓがアサートされた際（すなわち、過負荷状態の際）に、動作許可信号Ｃｏｎをネゲートする（すなわち、通電停止命令を発行する）。インバータ回路２は、動作許可信号Ｃｏｎがアサートレベルの期間で通電動作を行い、動作許可信号Ｃｏｎがネゲートレベルの期間では通電動作を停止する。また、ラッチ処理部８１３は、クリア信号Ｃｏｎ＿ｃｌｒを受けた際には、動作許可信号Ｃｏｎをアサートレベル（すなわち、通電許可状態）に戻す。

《電力変換装置の動作》
図８は、図１の電力変換装置の動作例を示す概略図である。図８において、例えば、期間Ｔ１は、電動機１の加速期間に対応し、期間Ｔ２は、電動機１の定常回転期間に該当し、期間Ｔ３は、電動機１の減速期間（逆方向の負荷電流Ｉ１の発生期間）に該当する。通常、電動機１の定常回転期間（期間Ｔ２）で生じる負荷電流（絶対値）｜Ｉ１｜は、電子サーマルレベルＩｔｈ以下となるように設定される。

一方、実使用上、電動機１の加速期間（期間Ｔ１）や減速期間（期間Ｔ３）では、電子サーマルレベルＩｔｈよりも大きい負荷電流（絶対値）｜Ｉ１｜が流れる場合がある。例えば、このように電子サーマルレベルＩｔｈを超える負荷電流（絶対値）｜Ｉ１｜が流れた場合であっても、電力変換装置１０や電動機１の動作を止めることなく継続させるため、積分方式を用いて過負荷保護を行うことが有益となる。

図８において、冷却ファンの回転数Ｎｆａｎが正常時の積分特性２５に関し、期間Ｔ１では、図７の基準特性２２ｐに基づいて加算値Ｄｔｈ＿ｐが定められ、積算値Ｓｉｎｔは、当該加算値Ｄｔｈ＿ｐに応じた正の傾きで増加する。期間Ｔ２では、図７の基準特性２２ｍに基づいて減算値Ｄｔｈ＿ｍが定められ、積算値Ｓｉｎｔは、当該減算値Ｄｔｈ＿ｍに応じた負の傾きで減少する。期間Ｔ３では、図７の基準特性２２ｐに基づいて、期間Ｔ１の場合よりも大きい加算値Ｄｔｈ＿ｐが定められ、積算値Ｓｉｎｔは、当該加算値Ｄｔｈ＿ｐに応じた正の傾きで増加する。この例では、積算値Ｓｉｎｔは、期間Ｔ３内のタイミング（ｔｎ）で積算閾値Ｓｔｈを超える。これに応じて、動作許可信号Ｃｏｎは、アサートレベルからネゲートレベルに遷移する。

一方、冷却ファンの回転数Ｎｆａｎが低下すると、積分特性２６に示されるように、期間Ｔ１，Ｔ３における正の傾きは、図７の補正後特性２３ｐに基づいて、積分特性２５の場合よりも大きくなる。また、期間Ｔ２における負の傾きは、図７の補正後特性２３ｍに基づいて、積分特性２５の場合よりも小さくなる。これらに伴い、積算値Ｓｉｎｔは、期間Ｔ３内のタイミング（ｔｎ）よりも早いタイミング（ｔｃ）で積算閾値Ｓｔｈを超える。その結果、冷却ファンの回転数Ｎｆａｎが低下時の連続通電可能時間Ｔｚは、回転数Ｎｆａｎが正常時の場合と比べて短くなる。

《実施の形態の主要な効果》
以上、実施の形態の電力変換装置１０を用いることで、冷却ファン７の回転数Ｎｆａｎの低下分に応じて連続通電可能時間Ｔｚを短縮できるため、冷却ファン７の回転数Ｎｆａｎが低下した場合でも適切に過負荷保護を行うことが可能になる。その結果、電力変換装置１０や電動機１の焼損、破損等を防止でき、システムの信頼性を向上させることが可能になる。

なお、ここでは、電力変換装置１０または電動機１のいずれか一方に冷却ファン７が設置される場合を例に説明を行ったが、その両方に対して冷却ファン７が設置される場合には、例えば、図３に示したような過負荷保護部８を２種類（電力変換装置１０用と電動機１用）設ければよい。そして、当該２種類の過負荷保護部８の少なくとも一方から通電停止命令が発行された場合に、インバータ回路２の動作が停止するように構成すればよい。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、前述した実施の形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

例えば、ここでは、実施の形態の過負荷保護部８を、電動機１を負荷とするモータシステムに適用した場合を例としたが、過負荷保護部８は、特にこれに限定されず、冷却ファンによって発熱を冷ます様々な電力システムに対して同様に適用可能である。

１ 電動機
２ インバータ回路
３ 三相電源
４ コンバータ回路
５ 電流検出器
６ 制御器
７ 冷却ファン
８ 過負荷保護部
９ 電流センサ
１０ 電力変換装置
８１ 記憶部
８２ 補正部
８３ 過負荷判定部
８０１，８０２ 熱時限特性マップ
８０４，８０７ マップデータ読出処理部
Ｃｏｎ 動作許可信号
Ｄｔｈ＿ｍ 減算値
Ｄｔｈ＿ｐ 加算値
Ｉ１ 負荷電流
Ｉｔｈ 電子サーマルレベル
Ｎｆａｎ 回転数
Ｓｉｎｔ 積算値
Ｓｔｈ 積算閾値
Ｔｚ 連続通電可能時間

Claims (9)

1. 直流電圧を交流電圧に変換し、前記交流電圧で負荷に通電を行うインバータ回路と、
   前記負荷に流れる負荷電流を検出する電流検出器と、
   前記インバータ回路または前記負荷を冷却する冷却ファンと、
   前記インバータ回路または前記負荷を保護する過負荷保護部と、
   を有し、
   前記過負荷保護部は、
   前記負荷電流と連続通電可能時間との対応関係を定める熱時限特性マップを保持する記憶部と、
   前記熱時限特性マップを前記冷却ファンの回転数に応じて補正することで補正後熱時限特性マップを生成する補正部と、
   前記負荷電流の連続通電時間が前記補正後熱時限特性マップに基づく前記連続通電可能時間に到達した際に通電停止命令を発行する過負荷判定部と、
   を有する、
   電力変換装置。
2. 請求項１記載の電力変換装置において、
   前記補正部は、前記熱時限特性マップに基づく前記連続通電可能時間を、前記冷却ファンの回転数に比例する係数で重み付けすることで前記補正後熱時限特性マップを生成する、
   電力変換装置。
3. 請求項１記載の電力変換装置において、
   前記過負荷保護部は、さらに、マップデータ読出処理部を有し、
   前記記憶部は、電子サーマルレベルよりも大きい前記負荷電流と、前記連続通電可能時間に対応する加算値との対応関係を定める加算用の前記熱時限特性マップを保持し、
   前記マップデータ読出処理部は、所定の制御周期毎に、前記加算用の熱時限特性マップから前記負荷電流に対応する前記加算値を読み出し、
   前記補正部は、前記マップデータ読出処理部から読み出された前記加算値を前記冷却ファンの回転数に応じて補正し、
   前記過負荷判定部は、前記補正部で補正された前記加算値を積算することで積算値を算出し、前記積算値が予め定めた積算閾値を超えた際に前記通電停止命令を発行する、
   電力変換装置。
4. 請求項３記載の電力変換装置において、
   前記補正部は、前記加算値を前記冷却ファンの回転数が低下するほど大きくなるように補正する、
   電力変換装置。
5. 請求項３記載の電力変換装置において、
   前記記憶部は、さらに、前記電子サーマルレベルよりも小さい前記負荷電流と、前記連続通電可能時間に対応する減算値との対応関係を定める減算用の前記熱時限特性マップを保持し、
   前記マップデータ読出処理部は、前記所定の制御周期毎に、前記減算用の熱時限特性マップから前記負荷電流に対応する前記減算値を読み出し、
   前記補正部は、前記マップデータ読出処理部から読み出された前記減算値を前記冷却ファンの回転数に応じて補正し、
   前記過負荷判定部は、前記補正部で補正された前記減算値を積算することで前記積算値を算出する、
   電力変換装置。
6. 請求項５記載の電力変換装置において、
   前記補正部は、前記減算値を前記冷却ファンの回転数が低下するほど小さくなるように補正する、
   電力変換装置。
7. 請求項１記載の電力変換装置において、
   前記電力変換装置は、さらに、
   外部からの交流電圧を前記直流電圧に変換して前記インバータ回路へ供給するコンバータ回路と、
   前記負荷の動作状態を目標状態に近づけるように前記インバータ回路を制御する制御器と、
   を有し、
   前記インバータ回路、前記電流検出器、前記過負荷保護部、前記コンバータ回路および前記制御器は、一つの筐体内に搭載され、
   前記冷却ファンは、前記筐体内を冷却するように設置される、
   電力変換装置。
8. 請求項１記載の電力変換装置において、
   前記負荷は、電動機であり、
   前記冷却ファンは、前記電動機に設置される、
   電力変換装置。
9. 請求項１記載の電力変換装置において、
   前記冷却ファンは、前記インバータ回路または前記負荷の動作有無に関わらず、常時、回転動作を行う、
   電力変換装置。

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