JPH06233551A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インバータ主回路に過電流検出に適さないパ
ルス状電流が流れるような状況下でも、過電流保護動作
を確実に行うこと。 【構成】 インバータ主回路１５は、電源ライン１４
ａ、１４ｂ間の直流出力をスイッチングして交流電動機
１６を駆動する。電流検出回路１８は、電流検出器１７
により検出したインバータ出力電流の平均値を示す負荷
電流信号Ｉｓを出力する。電流補正回路１９は、インバ
ータ出力電圧と周波数との比を一定の関係のまま変化さ
せるためのＶ／Ｆ比指令が大きい場合ほど大きな値を呈
する補正用電流値ΔＩを出力し、加算回路２０は、負荷
電流信号Ｉｓと補正用電流値ΔＩとを加算した結果を補
正電流値Ｉｘとして過負荷検出回路２１に与える。過負
荷検出回路２１は、補正電流値Ｉｘに基づいて交流電動
機１６の過負荷状態を反限時特性で検出し、過負荷状態
検出時にインバータ主回路１５を動作停止させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、交流電動機の可変速駆
動に好適したパルス幅変調方式のインバータ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年では、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴのよ
うな高速スイッチングが可能な自己消弧形スイッチング
素子の高耐圧化及び大容量化が実現されており、交流電
動機駆動用のインバータ装置においては、上記のような
スイッチング素子を利用してスイッチング周波数を１０
〜１５ＫＨｚ程度の高周波数に設定し、以て電動機駆動
時の磁気騒音の低減を図ることが行われている。

【０００３】図３には、このようなインバータ装置の一
例が示されている。この図３において、三相交流電源１
の出力は、整流回路２及びコンデンサ３により整流・平
滑されて電源ライン４ａ、４ｂ間に与えられるようにな
っている。電源ライン４ａ、４ｂ間から給電されるイン
バータ主回路５は、６個のＩＧＢＴ５ａを三相ブリッジ
接続すると共に、各ＩＧＢＴ５ａにフライホイールダイ
オード５ｂを接続したもので、その出力により三相の交
流電動機６を駆動するようになっている。

【０００４】電流検出器７は、インバータ主回路５に流
れる直流主回路電流に応じた電圧レベルの検出信号Ｉａ
を出力する。電流検出回路８は、上記検出信号Ｉａを平
均し、その平均値をインバータ出力電流を示す負荷電流
信号Ｉｓとして出力する。過負荷検出回路９は、上記負
荷電流信号Ｉｓにより示される交流電動機６の過負荷状
態を反限時特性で検出する。過電流検出回路１０は、負
荷電流信号Ｉｓにより示される交流電動機６の負荷電流
が上限を越えて大きくなったときに過電流検出動作を行
う。

【０００５】このような構成によれば、電流検出回路８
からの負荷電流信号Ｉｓにより示されるインバータ出力
電流が交流電動機６の定格電流を越えた場合には、過負
荷検出回路９が、一般的な過負荷継電器と同様の反限時
特性をもって過負荷状態を検出するものであり、その検
出状態に応じて図示しない制御回路によりインバータ主
回路５の動作が停止され、以て交流電動機６の保護が行
われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】インバータ主回路５に
流れる直流主回路電流は、図４に示すようにパルス状の
ものとなる。この場合、パルス幅変調時のキャリア周波
数を１０〜１５ＫＨｚ程度となるように比較的高く設定
した場合には、上記パルス幅は著しく狭くなる。特にイ
ンバータ出力電圧が低い状態時（つまりパルス幅が相対
的に狭くなる状態時）、具体的にはインバータ出力電圧
が定格最高出力電圧の２０％程度となった状態時には、
直流主回路電流のパルス幅が１０μsec 以下になる。ま
た、一般的に、電流検出回路８にはノイズ除去のために
時定数が数〜数十μsec 程度のフィルタが設けられてい
るため、その検出電流が実際のインバータ出力電流より
低くなるものであり、インバータ出力電圧が低い状態時
にはその差が拡大して電流検出精度の低下度合が大きく
なるという事情がある。

【０００７】一方、インバータ装置で交流電動機６を可
変速駆動する場合には、その交流電動機６の磁束レベル
を一定に保つために、インバータ出力電圧と出力周波数
との比（所謂Ｖ／Ｆ比）を一定の関係のまま変化させる
制御が行われる。具体的には、例えば定格入力電圧２０
０Ｖ／６０Ｈｚの交流電動機６を３０Ｈｚで駆動する場
合の出力電圧は、１００Ｖとなるように制御される。

【０００８】この種のインバータ装置において、Ｖ／Ｆ
比が大きく設定された場合、例えば出力周波数が３Ｈｚ
でインバータ出力電圧が３０Ｖに設定された場合には、
交流電動機６が過励磁状態になる。このような状態とな
ったときには、インバータ出力電流が交流電動機６の定
格電流を越えることがあり、場合によってはインバータ
主回路５を構成するＩＧＢＴ５ａの定格を越える電流が
流れることもある。

【０００９】このように定格より大きな電流が流れた場
合には、本来的には、過負荷検出回路９が機能して交流
電動機６及びＩＧＢＴ５ａの過電流保護動作が行われる
ものである。しかしながら、インバータ出力電圧が低い
状態時には、前述したように、インバータ主回路５に流
れる直流主回路電流のパルス幅が狭くなって、ノイズ除
去用フィルタが設けられた電流検出回路８による検出電
流が実際のインバータ出力電流より低くなるという事情
があるため、その検出出力に基づいて過負荷保護動作を
行う過負荷検出回路９が正常に機能しなくなる虞があ
る。

【００１０】特に、過負荷検出回路９には反限時特性が
設定されているため、インバータ主回路５を動作停止さ
せるという過負荷保護動作を行うまでの間に、ある程度
の時間を要することになる。この場合、ＩＧＢＴ５ａ
は、定格値を越える電流が１０μsec 程度流れたとして
も破壊することはないが、定格値を越える電流が反復し
て流れたときには、スイッチング動作時の発生損失に伴
う発熱によって熱破壊に至る虞が大きくなるものであっ
た。

【００１１】また、インバータ装置において、キャリア
周波数が高く設定された場合にも、インバータ主回路５
に流れる直流主回路電流のパルス幅が狭くなって、電流
検出回路８による検出電流が実際のインバータ出力電流
より低くなることが避けられないものであり、結果的に
上述同様にＩＧＢＴ５ａが熱破壊に至る虞が大きくなる
ものであった。

【００１２】本発明は上記のような事情に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、インバータ主回路に対し過
電流検出に適さないパルス状電流が流れるような状況下
でも、そのインバータ主回路内のスイッチング素子の保
護動作を確実に行うことができるインバータ装置を提供
することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は上記事情に鑑み
てなされたものであり、その目的は、直流出力をスイッ
チングして交流電動機に与えるためのスイッチング素子
を含んで成るインバータ主回路を備え、このインバータ
主回路による出力電圧と出力周波数との比を一定の関係
で変化させるようにしたパルス幅変調方式のインバータ
装置において、前記インバータ主回路に流れる直流主回
路電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段に
よる検出電流値を前記インバータ主回路の出力電圧及び
出力周波数の比（出力電圧／出力周波数）が大きい場合
ほど大きくなるように補正する補正手段と、この補正手
段により補正された後の補正電流値に基づいて反限時特
性の過電流保護動作を行う過負荷保護手段とを設ける構
成としたものである。

【００１４】この場合、上記のようなインバータ装置に
おいて、前記補正手段に代えて、前記電流検出手段によ
る検出電流値をパルス幅変調時のキャリア周波数が高い
場合ほど大きくなるように補正する構成の補正手段を設
ける構成としても良いものである。

【００１５】

【作用】請求項１記載のインバータ装置では、インバー
タ主回路に流れる直流主回路電流が電流検出手段により
検出されるようになり、この検出電流値が負荷である交
流電動機の定格値より大きくなったときには、過負荷保
護手段が反限時特性の過電流保護動作を行うようにな
る。この場合、上記電流検出手段による検出電流値は、
補正手段によって、インバータ主回路の出力電圧及び出
力周波数の比（出力電圧／出力周波数）が大きい状態
時、つまり、交流電動機が過励磁状態になってインバー
タ出力電流が交流電動機の定格電流を越える状況になり
易い状態時ほど大きくなるように補正する。このため、
インバータ出力電圧が低い状態（直流主回路電流のパル
ス幅が狭い状態）にあって、電流検出手段による検出電
流が実際のインバータ出力電流より低くなるような状況
下でも、過負荷保護手段による保護動作を確実に行い得
るようになる。

【００１６】請求項２記載のインバータ装置では、補正
手段が、電流検出手段による検出電流値をパルス幅変調
時のキャリア周波数が高い状態時、つまり直流主回路電
流のパルス幅が狭くなって電流検出手段による検出電流
が実際のインバータ出力電流より低くなるような状態時
ほど大きくなるように補正するから、このような状態時
においても過負荷保護手段による保護動作を確実に行い
得るようになる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の第１実施例について図１を参
照しながら説明する。即ち、図１において、三相交流電
源１１の出力は、整流回路１２及びコンデンサ１３によ
り整流・平滑されて電源ライン１４ａ、１４ｂ間に与え
られるようになっている。電源ライン１４ａ、１４ｂ間
から給電されるインバータ主回路１５は、スイッチング
素子としての６個のＩＧＢＴ１５ａを三相ブリッジ接続
すると共に、各ＩＧＢＴ１５ａにフライホイールダイオ
ード１５ｂを接続したもので、その出力により三相の交
流電動機１６を駆動する構成となっている。

【００１８】電流検出器１７は、前記インバータ主回路
１５に流れる直流主回路電流に応じた電圧レベルの検出
信号Ｉａを出力する。電流検出手段としての電流検出回
路１８は、上記検出信号Ｉａを平均し、その平均値をイ
ンバータ出力電流を示す負荷電流信号Ｉｓとして出力す
る。

【００１９】補正手段としての電流補正回路１９は、イ
ンバータ主回路１５による出力電圧と出力周波数との比
を一定の関係のまま変化させるためのＶ／Ｆ比指令を受
けるようになっており、そのＶ／Ｆ比指令が大きい場合
ほど大きな値（電圧値）を呈する補正用の電流値ΔＩを
出力する。加算回路２０は、前記電流検出回路１８から
の負荷電流信号Ｉｓと電流補正回路１９からの電流値Δ
Ｉとを加算し、その加算結果を補正電流値Ｉｘ（＝Ｉｓ
＋ΔＩ）として過負荷検出回路２１（本発明でいう過負
荷保護手段に相当）に与える。

【００２０】過負荷検出回路２１は、上記補正電流値Ｉ
ｘに基づいて交流電動機１６の過負荷状態を反限時特性
で検出し、過負荷状態を検出したときには図示しない制
御回路によりインバータ主回路１５の動作を停止させ
る。尚、過電流検出回路２２は、前記負荷電流信号Ｉｓ
により示される交流電動機１６の負荷電流が上限を越え
て大きくなったときに過電流検出動作を行って、インバ
ータ主回路１５の動作を停止させる。

【００２１】上記構成によれば、Ｖ／Ｆ比指令により指
示されるインバータ主回路１５の出力電圧及び出力周波
数の比（出力電圧／出力周波数）が大きい状態時、つま
り、交流電動機１６が過励磁状態になってインバータ出
力電流が交流電動機１６の定格電流を越え易い状態時に
は、電流検出回路１８により検出される負荷電流信号Ｉ
ｓが、上記Ｖ／Ｆ比が大きい場合ほど大きな値となるよ
うに補正される。この結果、上記のようにインバータ出
力電流が交流電動機１６の定格電流を越え易い状態時に
おいて、インバータ出力電圧が低い状態（直流主回路電
流のパルス幅が狭い状態）にあって電流検出回路１８に
よる検出される負荷電流信号Ｉｓが実際のインバータ出
力電流より低くなるような状況にあったとしても、過負
荷検出回路２１による保護動作が確実に行われるように
なり、インバータ主回路１５内のＩＧＢＴ１５ａが熱破
壊に至る事態が未然に防止されるようになる。

【００２２】尚、上記実施例では、電流検出回路１８、
電流補正回路１９、加算回路２０を機能ブロックの組み
合わせにて示したが、これらの機能をマイクロコンピュ
ータのプログラムにより得る構成としても良いものであ
る。

【００２３】図２には本発明の第２実施例が示されてお
り、以下これについて前記第１実施例と異なる部分のみ
説明する。即ち、この実施例は、第１実施例における電
流補正回路１９に代えて、パルス幅変調時のキャリア周
波数を示す周波数信号Ｓｆを受ける電流補正回路２３を
設ける構成としたものであり、この電流補正回路２３
は、周波数信号Ｓｆにより示されるキャリア周波数が高
い場合ほど大きな値（電圧値）を呈する補正用の電流値
ΔＩ′を出力する構成となっている。この場合、加算回
路２０は、電流検出回路１８からの負荷電流信号Ｉｓと
電流補正回路２３からの電流値ΔＩ′とを加算し、その
加算結果を補正電流値Ｉｘ′として出力する。また、過
負荷検出回路２１は、上記補正電流値Ｉｘに基づいて交
流電動機１６の過負荷状態を反限時特性で検出する。

【００２４】従って、このような構成の第２実施例によ
れば、パルス幅変調時のキャリア周波数が高い状態時、
つまりインバータ主回路１５に与えられる直流主回路電
流のパルス幅が狭くなって電流検出回路１８により検出
される負荷電流信号Ｉｓが実際のインバータ出力電流よ
り低くなるような状態時には、電流検出回路１８により
検出される負荷電流信号Ｉｓが、上記キャリア周波数に
応じた値となるように補正される。この結果、電流検出
回路１８による検出される負荷電流信号Ｉｓが実際のイ
ンバータ出力電流より低くなるような状況にあったとし
ても、過負荷検出回路２１による保護動作が確実に行わ
れるようになり、インバータ主回路１５内のＩＧＢＴ１
５ａが熱破壊に至る事態が未然に防止されるようにな
る。

【００２５】尚、上記第２実施例においても、電流検出
回路１８、電流補正回路２３、加算回路２０の機能をマ
イクロコンピュータのプログラムにより得る構成として
も良いものである。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば以上の説明によって明ら
かなように、インバータ主回路による出力電圧と出力周
波数との比を一定の関係で変化させるようにしたパルス
幅変調方式のインバータ装置において、前記インバータ
主回路に流れる直流主回路電流を検出し、その検出電流
に基づいて過電流保護動作を行うに当たって、その検出
電流値を前記インバータ主回路の出力電圧及び出力周波
数の比（出力電圧／出力周波数）が大きい場合ほど大き
くなるように補正する構成、若しくは上記検出電流値を
パルス幅変調時のキャリア周波数が高い場合ほど大きく
なるように補正する構成としたので、インバータ主回路
に対し過電流検出に適さないパルス状電流が流れるよう
な状況下でも、そのインバータ主回路内のスイッチング
素子の保護動作を確実に行い得るという優れた効果を奏
するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す全体の電気的構成図

【図２】本発明の第２実施例を示す図１相当図

【図３】従来例を示す図１相当図

【図４】同従来例におけるインバータ主回路電流の波形
例を示す図

【符号の説明】

図面中、１５はインバータ主回路、１５ａはＩＧＢＴ
（スイッチング素子）、１６は交流電動機、１７は電流
検出器、１８は電流検出回路（電流検出手段）、１９は
電流補正回路（補正手段）、２０は加算回路、２１は過
負荷検出回路（過負荷保護手段）、２３は電流補正回路
（補正手段）を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流出力をスイッチングして交流電動機
   に与えるためのスイッチング素子を含んで成るインバー
   タ主回路を備え、このインバータ主回路による出力電圧
   と出力周波数との比を一定の関係で変化させるようにし
   たパルス幅変調方式のインバータ装置において、 前記インバータ主回路に流れる直流主回路電流を検出す
   る電流検出手段と、 この電流検出手段による検出電流値を前記インバータ主
   回路の出力電圧及び出力周波数の比（出力電圧／出力周
   波数）が大きい場合ほど大きくなるように補正する補正
   手段と、 この補正手段により補正された後の補正電流値に基づい
   て反限時特性の過電流保護動作を行う過負荷保護手段と
   を備えたことを特徴とするインバータ装置。
2. 【請求項２】 直流出力をスイッチングして交流電動機
   に与えるためのスイッチング素子を含んで成るインバー
   タ主回路を備え、このインバータ主回路による出力電圧
   と出力周波数との比を一定の関係で変化させるようにし
   たパルス幅変調方式のインバータ装置において、 前記インバータ主回路に流れる直流主回路電流を検出す
   る電流検出手段と、 この電流検出手段による検出電流値をパルス幅変調時の
   キャリア周波数が高い場合ほど大きくなるように補正す
   る補正手段と、 この補正手段により補正された後の補正電流値に基づい
   て反限時特性の過電流保護動作を行う過負荷保護手段と
   を備えたことを特徴とするインバータ装置。