JPH0736025B2

JPH0736025B2 - 電動機駆動用インバ−タの電流検出装置

Info

Publication number: JPH0736025B2
Application number: JP60145527A
Authority: JP
Inventors: 佐千夫上野; 力瀬里
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1985-07-02
Filing date: 1985-07-02
Publication date: 1995-04-19
Anticipated expiration: 2010-04-19
Also published as: JPS6289492A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は電動機駆動用インバータの電流検出装置に関す
るものである。

従来の技術交流電動機（以後モータと略す）を可変速するインバー
タは、モータに印加する周波数と電圧を変化させて制御
している。

インバータは可変速を最適に行うためいろいろな機能を
有するが、過負荷保護とか電子サーマルと称するモータ
の焼損防止機能や、インバータのパワースイッチング素
子（トランジスタ・GTO・等から構成される。）に定格
以上の電流が流れてスイッチング素子が破壊することを
防止する過電流トリップ機能を有している例が多く、多
くの場合三相モータの一〜三相のモータ電流を検出して
いる。

モータの電流を検出する手段としては、変流器（以下C.
Tと称す）や、電流を磁束に変換し、その磁束を磁気セ
ンサーで検出する方法、シャント抵抗を入れ、その両端
の電圧をもって電流を検出する方法等がある。

しかし、シャント抵抗を利用する方法は絶縁の関係でア
ナログ信号が得にくい欠点があり、磁気センサーを利用
する方法は高価となる欠点の他に、増幅回路を必要とし
ているためそれのオフセットの問題等がある。

C.Tを利用する方法は、絶縁されていること、安価で構
造が簡単なのに精度が得られる等で有利であるが、イン
バータ等の周波数を変化する用途に使用すると商用電源
の50Hz、60Hzの場合に比較して大きくなる欠点があっ
た。

それは、以下に述べるとおりである。i₁をC.Tにより検
出される一次電流、i²をC.Tの検出する二次電流、V²を
C.Tの巻線抵抗、R_LをC.Tの負荷抵抗、n₁をC.Tで検出す
る電流のターン数、n²をC.Tの巻線ターン数、φ_Ｍを磁
束、L_Mを励磁インダクタンス、L²を二次もれインダクタ
ンスとすると、次式が成立する。

故にとなる。ここで簡単のため L²＝０ …（３）とすると（２）式はとなる。

i²を i²＝Acosωｔ …（５）とすると（４）式はとなり、磁束の絶対値はとなる。ただしω＝２πｆとし、ｆはモータに印加され
る周波数である。

なお、i₁とi²の関係式はL²＝０としてである。

以上の関係式をふまえ、従来例を考えてみる。

第３図に示す例は最も広く使用されており、（８）式よ
り、出力電圧V₀はCT₁に接続した抵抗２の抵抗値をR_Lと
しての電圧が発生する。

しかし周波数が低下すると同一電流値に対して出力電圧
が低下することや、位相が変わること、磁束が大きくな
ることがわかる。故にインバータ装置で5Hz等の低い周
波数で運転する時はT_Mが大きく、且つ磁束の飽和が発生
しにくい、つまり容積の大きなC.Tが必要であった。

第４図に示す例は、第１図に示す例を改良したもので、
CT₁の出力端を演算増幅器（以下オペアンプと称す）３
の入力端に接続し、オペアンプの入力のイマジナリー・
ショートを利用し、（１）・（２）・（４）・（６）・
（７）・（９）式のR_Lの項を「０」（ゼロ）にしたもの
であり、抵抗４の抵抗値をＲとしてとなり、第３図の例に対して、を掛けた低い周波数まで第１図の例と同様の性能が得ら
れる。また、（７）式より磁束は同一電流、同一周波数
に対しての低い値となり、 C.Tは小さいものでも可能になる。

第５図は、抵抗５とコンデンサ６で、 T_A＝R_AC_A の伝達関数をつくり、抵抗５の抵抗値R_A、コンデンサ６
の静電容量をC_Aとしてとなる定数にすることで、出力電圧V₀はとなり、周波数の影響がなくなる。つまり高い周波数か
ら低い周波数まで、同一電流であれば同一電圧を得られ
る。

また、（７）式の磁束は、となる。

以上述べた例で、第５図の例がインバータ等の周波数を
変える装置には最適であるが、半面、オペアンプ３を使
用しているので、オペアンプ３の出力電流に制限があ
る。つまりi²は一定以上大きくできない。故に大きな電
流を検出したい時は、（８）式より一次のターン数n₁に
対して二次のターン数n²を大きくする必要があり、二次
のターン数を上げると、同一線径の銅線を使用すればそ
の巻線抵抗値r²はターン数に比例して大きくなり、（1
7）式より磁束が大きくなって、飽和が発生する。その
対策として線径の太い銅線を使用すると、ターン数が増
加する上に太い線を使用するので、C.Tの容積が大幅に
増える。つまり大きなC.Tになる欠点があった。

発明が解決しようとする問題点以上述べた如く、大電流を検出するC.Tは、電流に比例
する以上の大きさのC.Tが必要であり、コスト、大きさ
等で大きな欠点があった。

問題点を解決するための手段本発明は、大電流を検出するC.Tにその巻線抵抗と二次
電流とで定まる電圧を補正する回路を付加することで構
成される。

作用第４図を参照して作用を説明する。これを等価回路で表
すと、第６図になる。

つまり、一次電流i₁は電流源12に変換され、且つオペア
ンプで電流源13へと変換される。C.T10は、一次巻線の
抵抗11と二次巻線の抵抗14、及び電流源12で構成され
る。抵抗14の抵抗値をr²として、r²の両端に発生する電
圧をＥとすればＥ＝r²i² …（18）となる。故に電流源12の両端には、これと逆の電圧が発
生していることになる。この電流源に生じる電圧が磁束
を発生させており、磁束が増大すれば飽和することにな
る。

電流源は電流を発生するものであり、電圧を発生する必
要がないから、この閉回路に電圧源を挿入し、電流源に
発生する電圧を分担させれば電流源で生じる電圧がなく
なり、磁束の飽和が発生しなくなる。

このことは、（７）式より明らかであり、（７）式のR_L
項を０にして、且つ（18）式とよりとなる。Ｅを０にすれば、二次ターン数n²、電流の角周
波数ωに関係なくφ_Ｍが０になることがわかる。

実施例以下、本発明の一実施例を第１図に示す。

C.T21より検出された電流i²はオペアンプ22で反転され
さらに、オペアンプ23でさらに反転されて伝達される。

オペアンプ23の出力V_Xは、抵抗24,25,26の抵抗値を
R₂₄，R₂₅，R₂₆としてとなる。

この第１図の等価回路を第２図に示す。

抵抗27は第６図の抵抗15に相当し、その抵抗値をR₂₇と
して出力電圧V₀はとなる。

ここで、電圧源28は第１図のオペアンプ23の出力に相当
し、R₂₅，R₂₆の値をに選定すると、第２図の等価回路で抵抗29とi²の積で生
ずる電圧は、電圧源28で打ち消す様に供給され、電流源
30の両端には電圧が発生しなくなる。作用で説明したよ
うに電流源に電圧が発生しないと磁束の飽和が発生しな
い。

実際には、二次抵抗r²は温度や、C.Tの巻線のばらつき
等で大幅に変化するための関係を絶対に保つ様に、R₂₅，R₂₆を選定する必要があ
る。

なぜならば、の関係になると、回路が正帰還となり、発振するからで
ある。

故に第２図の電流源30に若干の電圧が発生するが、従来
の実施例より大幅に磁束の飽和が発生しにくいことの効
果には、変わりはない。

なお、第２図において、31はC.T、32は抵抗、33は電流
源である。

発明の効果以上説明した如く、本発明を使用すれば、大電流を検出
するC.Tがかなり小さいもので可能であり、コスト等で
有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の電気回路図、第２図は第１
図の等価回路図、第３〜第５図は従来例の電気回路図、
第６図は第４図の等価回路図である。 21……電流器、22,23……演算増幅器、24,25,26……抵
抗。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】モータの電流を検出する変流器と、演算増
幅器とを備え、前記変流器で検出した電流を前記演算増
幅器で電圧に変換し、電流器の内部巻線抵抗により変流
器内部で降下する電圧を補正して変流器に印加してなる
電動機駆動用インバータの電流検出装置。