JPH10150777A - インバータの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 種々の設定器を可吸的にソフトウエアで構成
することができ、以て設定をより的確にかつ簡便化し得
ると共に、低コスト化を維持すること。 【解決手段】 電流推定器２１の出力が第２の電流制限
値設定器２２の設定値を超えた時点で、多少緩慢な過電
流に対処でき、また電流検出器５の出力が第１の電流制
限値設定器９の設定値を超えた時点で、急激な渦電流に
対処でき、種々の過電流の検出を的確に行うことができ
る。また電流推定器２１の出力波形が電流検出器５の出
力波形に同期してＡ／Ｄ変換をする必要がなく、そのた
め、電流制御器２３をソフトウエアで構成できるばかり
でなく、その電流制御器２３の入力部側の第２の電流制
限値設定器２２をもソフトウエアで構成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直流を可変周波数
の交流電圧に変換して出力するインバータの制御装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】インバータ回路を図４に示す。同図にお
いて、符号１は交流電源、２は交流電源１を整流するコ
ンバータ、３は該コンバータ２によって整流された電圧
を平滑化する平滑コンデンサ、４は平滑コンデンサ３に
よって平滑化された電圧を可変周波数に変換するインバ
ータ、６はインバータ４により駆動される誘導電動機で
ある。従って、平滑コンデンサ３により平滑化された電
圧が、インバータ４により可変周波数に変換されること
により、誘導電動機６を駆動するインバータ回路を構成
している。

【０００３】そして、このインバータ回路の制御装置と
しては、電流検出器５と、第１の周波数設定器７と、第
２の周波数設定器８と、第１の電流制限値設定器９と、
比較器１０と、第１の切り替え器１１と、直線加減速制
御器１２と、周波数電圧制御器１３とを有している。

【０００４】電流検出器５は、平滑コンデンサ３からイ
ンバータ４へ流れる電流を検出する。第２の周波数設定
器８は、電流値を制限するときの最低周波数を設定す
る。第１の周波数設定器７及び第１の電流制限値設定器
９は、通常使用される周波数の値及び電流値を設定す
る。

【０００５】比較器１０は、電流検出器５からの出力電
流と、第１の電流制限値設定器によって設定された電流
値とを比較する。第１の切り替え器１１は、比較器１０
の出力に基づき第１の周波数設定器７と第２の周波数設
定器８とに切り替える。直線加減速制御器１２は、第１
の切り替え器１１の出力に基づき、周波数を一定の率で
加減速する。周波数電圧制御器１３は、直線加減速制御
器１２の出力に基づきインバータ４の周波数と電圧とを
制御する。

【０００６】即ち、通常は、第１の切り替え器１１では
第１の周波数設定器７で設定された設定値に切り替えて
おり、この状態で誘導電動機６が所望の周波数で駆動さ
れる。そして、誘導電動機６の負荷が増大すると、周波
数と回転数との差である滑りも増大し、インバータ４か
ら誘導電動機６に流れる電流が増加することとなる。そ
して、誘導電動機６の負荷が増大し続けると、やがてイ
ンバータ４は過電流状態となり、誘導電動機６の焼損等
を招くおそれがある。

【０００７】この過電流が流れ、電流検出器５の出力が
第１の電流制限値設定器９の設定値を超えると、比較器
１０の出力により第１の切り替え器１１が第１の周波数
設定器７から第２の周波数設定器８に切り替わる。この
第２の周波数設定器８の設定値が選択されると、直線加
減速制御器１２は、一定の減速率で周波数を減速するよ
う周波数電圧制御器１３に指令し、該周波数電圧制御器
１３がその減速指令に基づきインバータ４の周波数と電
圧とを制御する。これにより、誘導電動機６に流れる電
流が減少すると共に、周波数と回転数との差である滑り
も減少する結果、過電流を防止することができる。さら
にこの状態で負荷が減少し、誘導電動機６の回転数が増
加すると、滑りがいっそう減少すると共に誘導電動機６
に流れる電流も減少する。

【０００８】この場合、誘導電動機６に流れる電流の減
少により、電流検出器５の出力が第１の電流制限値設定
器９の設定値以下になると、その旨が比較器１０より第
１の切り替え器１１に出力され、該第１の切り替え器１
１は、再び第２の周波数設定器８から第１の周波数設定
器７に切り替わる。これにより、直線加減速制御器１２
が一定の加速率で周波数を増加させ、これに基づき周波
数電圧制御器１３がインバータ４を制御する。

【０００９】以下、上記の動作が繰り返される。従っ
て、直線加減速制御器１２は、負荷が大きい場合、誘導
電動機６に流れる電流と一致する電流検出器５の出力の
ピークが、第１の電流制限値設定器７の設定値に一致す
るように制御し、負荷が小さい場合、第１の周波数設定
器７の設定値に一致するように制御する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記に示す
従来技術では、インバータ４及び誘導電動機６間に電流
検出器を設ける場合、各相毎に設ける必要があり、その
ため、部品の増設及び高価部品の使用等を招いてコスト
アップの要因となることから、インバータ４へ流れる電
流の大きさを検出することによりインバータを制御する
低コストタイプを採用している。そして、その低コスト
タイプをさらに積極的に押し進めるため、マイクロコン
トローラで構成することが要請されている。

【００１１】しかし、従来技術のものをマイクロコント
ローラで構成しようとすると、比較器１０は、電流検出
器５の出力と第１の電流制限値設定器９の設定値とをア
ナログで取り込んだ後、それをデジタル信号に変換して
第１の切り替え器１１に出力しているので、アナログ→
デジタル変換する必要があり、しかも電流検出器５の出
力を取り込むには該電流検出器５の出力波形に同期して
行う必要がある。

【００１２】ところが、電流検出器５の出力が図５に示
す如き波形であり、その出力波形の周期が時間的に長い
場合は問題とならないが、周期が短い場合、同期して検
出することが困難となってしまう。このため、比較器１
０は、ハードウエアで構成せざるを得ないので、種々の
設定器による設定値をソフトウエアに変更することがで
きない問題がある。

【００１３】本発明の目的は、上記従来技術の問題点に
鑑み、種々の設定器を可吸的にソフトウエアで構成する
ことができ、以て設定をより的確にかつ簡便化し得ると
共に、低コスト化を維持し得、しかも急激な電流変動が
生じても、それに対処して過電流防止を図り得るインバ
ータの制御装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の１番目の発明で
は、平滑コンデンサからインバータに流れる電流を検出
する電流検出器と、第１の周波数設定器と、第１の電流
制限値設定器と、通常時、第１の周波数設定器と接続さ
れ、該第１の周波数設定器より取り込んだ周波数に基づ
きあらかじめ設定された加減速率で周波数を加減速する
と共に、該加減速した周波数にインバータの出力周波数
と出力電圧を制御する制御部とを有するインバータの制
御装置において、電流検出器の検出出力に基づいてイン
バータの出力電流の最大値を演算する電流推定手段と、
第１の電流制限値設定器と異なる第２の電流制限値設定
器と、電流推定手段の出力と第２の電流制限値設定器の
設定値とが一致するように周波数を制御する電流制御器
と、前記電流検出器の出力が第１の電流制限値設定器の
設定値を越えた場合には、第１の周波数設定器と制御部
間を切り離すと共に電流制限値の最低周波数を設定する
第２の周波数設定器と接続し、前記電流推定手段尾出力
が第２の電流制限値設定器の設定値を越えた場合には、
第１の周波数設定器と制御部間を切り離すと共に前記電
流制御器と接続する過電流防止手段とを有することを特
徴とするものである。

【００１５】また、本発明の２番目の発明では、前記過
電流防止切替手段は、前記電流推定手段尾出力が第２の
電流制限値設定器の設定値を越えた場合には、第１の周
波数設定器と制御部間を切り離すと共に前記電流制御器
と制御部を接続し、前記電流推定手段尾出力が第２の出
力が第２の電流制限値設定器の設定値以下となっても前
記電流制御器の出力が前記第１の周波数設定器を越える
までは前記電流制御器と制御部を接続した状態を保持す
ることを特徴とするものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１乃
至図３により説明する。図１は本発明によるインバータ
回路の制御装置の実施例を示す構成図、図２は電流推定
器の構成を示すブロック図、図３は電流推定器の入力波
形及び各部の出力波形を示す説明図であり、これらの図
において図４に示す符号と同一のものはそれぞれ同じも
のを表している。

【００１７】図１に示すように、交流電源１からの電圧
がコンバータ２により整流され、整流された電圧が平滑
コンデンサ３で平滑化され、該平滑化された電圧がイン
バータ４に供給されることにより、インバータ４が可変
周波数に変換して誘導電動機６を駆動するインバータ回
路が形成されている。

【００１８】この場合、平滑コンデンサ３及びインバー
タ４間に接続された電流検出器５を有する制御装置が設
けられ、該制御装置は、通常では、第１の周波数設定器
７による設定値に基づき、直線加減速制御器１２と周波
数電圧制御器１３とでインバータ４を制御するように構
成されている。

【００１９】さらに詳しく述べると、電流検出器５の出
力部には比較器１０と電流推定器２１とが接続されてい
る。比較器１０の入力部には第１の電流制限値設定器９
が接続され、該電流制限値設定器９によって設定された
設定値と電流検出器５の出力電流の大小を比較し、出力
する。

【００２０】電流推定器２１は、より詳細には後述する
が、電流検出器５からの出力電流の大きさに基づいて平
均電流をとり、その平均値から電流検出器５に流れる最
大値を推定し、電流制御器２３に出力する。電流制御器
２３は、その入力部には電流推定器２１の他、第２の電
流制限値設定器２２が接続され、該第２の電流制限値設
定器２２によって設定された設定値と電流推定器２１か
らの出力との差が０となるように、周波数制御を行うも
のであり、即ち、フィードバック機能を果たしている。

【００２１】電流制御器２３の出力部には第１の切替器
２４が接続されている。該第１の切替器２４は、その入
力部に前記電流制御器２３の他、第２の周波数設定器８
が接続され、該第２の周波数設定器８によって設定され
た設定値と電流制御器２３との何れかに切り替え可能に
なっている。即ち、第１の切替器２４は、通常では図示
の如く電流制御器２３に切り替えられた状態となってお
り、第１の電流制限値設定器９の設定値に比較して電流
検出器５の出力値が大きいことを比較器１０を介し出力
された場合、第２の周波数設定器８に切り替えられる。

【００２２】第１の切替器２４の出力部は第２の切替器
２５に接続されている。該第２の切替器２５は、その入
力部に前記第１の切替器２４の他、第１の周波数設定器
７の出力部が設定され、これら第１の周波数設定器７と
第１の切替器２４との何れかに切り替え可能に構成され
ている。即ち、第２の切替器２５は、通常では図示の如
く第１の周波数設定器７に切り替えられた状態となって
おり、後述するモード切替器２６からの指令により第２
の切替器１０３に切り替えられる。

【００２３】モード切替器２６は、第１の周波数設定器
７の設定値で装置を駆動する通常モードと、電流制限時
に装置を駆動する制限モードとを有している。このモー
ド切替器２６は、電流検出器５に過電流が流れることに
より、比較器１０の出力及び電流推定器２１の出力が大
きい場合、即ち、第１の電流制限値設定器９の設定値に
比較して電流検出器５の出力値が高い場合、また第２の
電流制限値設定器２２の設定値に比較して電流推定器２
１の推定電流値が高い場合、第２の切替器２５を第１の
周波数設定器７から第１の切替器２４に切り替えるよう
にしている。一方、第２の切替器２５の出力が第１の周
波数設定器７の出力より大きくなると、第２の切替器２
５を通常の状態、即ち、第１の切替器２４から第１の周
波数設定器７に切り替えるようにしている。従って、モ
ード切替器１１と第１の切替器２４と第２の切替器２５
とにより過電流防止用の切替手段が構成されている。

【００２４】従って、実施例の制御装置は、過電流が流
れていない通常モードでは、モード切替器２６により第
２の切替器２５が第１の周波数設定器７に切り替えら
れ、該周波数設定器７の出力が第２の切替器２５を介し
直線加減速制御器１２に出力されるので、直線加減速制
御器１２がその設定周波数に基づき周波数を加減速し、
該加減速した周波数に応じ周波数電圧制御器１３がイン
バータ４の周波数と電圧とを制御する。

【００２５】この場合、電流検出器５からの出力が比較
器１０に取り込まれると共に、電流推定器２１に取り込
まれ、該電流推定器２１では取り込んだ電流により平均
値をとり、その平均値に基づき電流検出器５の出力の最
大値を演算により推定し、電流制御器２３に出力してい
る。

【００２６】ここで、電流推定器２１についてさらに詳
細に述べると、この電流推定器２１は、概略的には図２
に示すようなブロック形態であり、電流検出器５の出力
の高周波分を除去することによって図５に示す実線の如
く平均電流ｉｑを出力するフィルタ２００と、誘導電動
機６の無効電流ｉｄを設定する電流設定器２０１と、こ
れらからの平均電流ｉｑ及び無効電流ｉｄに基づき電流
検出器５の出力のピーク値を演算により推定する電流演
算器２０２とを有して構成されている。

【００２７】これは、電流検出器５の出力のピーク値は
誘導電動機６に流れる電流の最大値ｉ１である。一方、
誘導電動機の有効電流は、フィルタ２００からの平均値
ｉｑと平滑コンデンサ３両端の直流電圧Ｖｄｃに比例
し、インバータ４の出力電圧Ｖ１に比例するため、平均
値ｉｑ，直流電圧Ｖｄｃ，出力電圧Ｖ１，及び電流設定
器２０１からの無効電流ｉｄとから、次の数１式により
演算される電流演算部２０２の出力が、電流の最大値ｉ
１と一致することによるものである。

【００２８】

【数１】

【００２９】また、電流演算器２０２の出力、即ち電流
推定器２１の出力は図３に示す波形であるため、電流検
出器５の出力波形に同期してアナログ→デジタル変換を
する必要がない。

【００３０】実施例の制御装置は、上記の如き構成より
なるので、次にその動作について説明する。

【００３１】過電流が流れていない通常では、モード切
替器２６により第２の切替器２５が第１の周波数設定器
７に切り替えられ、該周波数設定器７の出力が第２の切
替器２５を介し直線加減速制御器１２に出力されるの
で、直線加減速制御器１２がその設定周波数に基づき周
波数を加減速し、該加減速した周波数に応じ周波数電圧
制御器１３がインバータ４の周波数と電圧とを制御す
る。従って、通常モードでは、第１の周波数設定器７の
設定値に基づきインバータ４の出力周波数及び出力電圧
が制御される。

【００３２】この場合、電流検出器５からの出力が比較
器１０に取り込まれると共に、電流推定器２１に取り込
まれ、該電流推定器２１では取り込んだ電流により平均
値をとり、その平均値に基づき電流検出器５の出力の最
大値を演算により推定し、電流制御器２３に出力してい
る。

【００３３】かかる状態にあるとき、誘導電動機６の負
荷が増大すると共に、周波数と回転数との差の滑りも増
大する等により、インバータ４から誘導電動機６に過電
流が流れ、電流推定器２１の出力が第２の電流制限値設
定器２２の設定値を超えると、モード切替器２６が制限
モードに移行し、該モード切替器により第２の切替器２
５が第１の切替器２４側に切り替えられる。

【００３４】これにより、第２の電流制限値設定器２
２，電流制御器２３，第１の切替器２４，第２の切替器
２５，直線加減速制御器１２間の回路が形成されるの
で、第２の電流制限値設定器２２で設定された電流制限
値に電流推定器２１の出力、即ち、インバータ４から誘
導電動機６に流れる電流が一致するように周波数が制御
される結果、インバータ４から誘導電動機６に流れる過
電流を防止することができる。但し、この場合は、電流
推定器２１が電流検出器５の出力に基づいて平均値ｉｑ
をとり、かつ最大値ｉ１を演算するので、それだけ時間
遅れが生じるおそれがあることから、過電流が次第に発
生する状態に対処することができる。

【００３５】一方、上述の如く誘導電動機６に過電流が
流れ、電流検出器５の出力が第１の制限値設定器９より
大きくなり、その信号が比較器１０から出力すると、該
比較器１０により第１の切替器２４が第２の周波数設定
器８に切り替えられると共に、モード切替器２６が制限
モードに移行し、第２の切替器２５が第１の周波数設定
器７から第１の切替器２４側に切り替えられる。従っ
て、第１の切替器２４と第２の切替器２５との双方が切
り替えられる。

【００３６】これにより、第２の周波数設定器８，第１
の切替器２４，第２の切替器２５，直線加減速制御器１
２間の回路が形成されるので、第２の周波数設定器で設
定された電流制限時の最低周波数に基づき、直線加減速
制御器１２が一定の減速率で周波数を減少させる如く作
動する結果、インバータ４から誘導電動機６に流れる過
電流を防止することができる。即ち、この場合は、電流
検出器５を直接取り込む比較器１０の出力に基づき、制
限モードに移行するので、急激に発生する過電流に良好
な応答性をもつことができ、急激な過電流にも容易に対
処することができる。

【００３７】上記により、インバータ４の出力周波数が
減少し、インバータ４から誘導電動機６に流れる電流が
減少すると、第１の切替器２４は第２の周波数設定器８
から電流制御器２３に切り替わり、前述した動作とな
る。さらに、この状態で誘導電動機６の負荷が軽くなる
と、インバータ４から誘導電動機６に流れる電流が減少
し、電流制御器２３の出力が増加する。増加した結果、
第２の電流制限値設定器２２の出力が第１の周波数設定
器７の出力より大きくなると、モード切替器２６が第２
の切替器２５を第１の切替器２４から第１の周波数設定
器７に切り替え、通常の状態に戻る。

【００３８】その結果、過電流発生時においては電流推
定器２１の出力が第２の電流制限値設定器２２の設定値
に制限することができ、また、電流検出器５の出力が第
１の電流制限値設定器９の設定値を越えた時点で、渦電
流を検出できるので、急激な渦電流に対処することがで
き、信頼性を高め得る。

【００３９】また実施例においては、電流推定器２１が
電流の平均値ｉｑと無効電流ｉｄとに基づき、電流検出
器５の出力の最大値を推定する電流演算器２０２を有
し、該電流演算値２０２の出力波形が図３に示す如き波
形であるため、電流検出器５の出力波形に同期してアナ
ログ→デジタル変換をする必要がない。そのため、電流
制御器２３をソフトウエアで構成できるばかりでなく、
その電流制御器２３の入力部に接続する第２の電流制限
値設定器２２をもソフトウエアで構成することができ
る。従って、この制御装置においては、図１に鎖線にて
示すように、大部分をソフトウエアで構成することがで
き、第１の電流制限値設定値９や比較器１０をハードウ
エアで構成しているのに拘わらず、低コスト化を維持し
得る。

【００４０】また、第２の電流制限値設定器２２をソフ
トウエアで構成することで過電流を制限する値をソフト
ウエアで変更可能とすることができる。

【００４１】しかも、電流推定器２１のフィルタ２００
が高周波成分を除去することによって平均電流ｉｑをと
るものであって、かつ図５に示す如き波形を出力するも
のであるから、アナログ→デジタル変換して出力するこ
とが可能となる。このため、電流推定器２１の無効電力
設定器２０１と電流演算器２０２とをソフトウエアによ
り構成することが可能となり、よりいっそうソフトウエ
ア化を実現し得る。

【００４２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の請求項１に
よれば、電流検出器の検出出力に基づいて該電流検出器
の出力の最大値を演算する電流推定手段と、第１の電流
制限値設定器と異なる第２の電流制限値設定器と、該電
流推定手段の出力と第２の電流制限値設定器の設定値と
が一致するように周波数を制御する電流制御器と、通常
では、第２の周波数設定器と制御部間を切り離し、かつ
電流推定手段の出力が第２の電流制限値設定器の設定値
を超えた時点で、第１周波数設定器と制御部間を切り離
すと共に、第２の周波数設定器を制御部に接続する過電
流防止切替手段とを有して構成したので、過電流でも容
易にかつ確実に防止することができ、また構成要素を可
及的にソフトウエアに構成できる結果、設定をより的確
にかつ簡便化し得ると共に、低コスト化を維持し得る効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるインバータ回路の制御装置の一実
施例を示す構成ブロック図。

【図２】電流推定器の構成を示すブロック図。

【図３】電流推定器の入力波形（電流検出器５の出力）
と電流演算器の出力とフィルタの出力波形とを示す説明
図。

【図４】従来の制御装置の一例を示すブロック図。

【図５】電流検出器の出力波形と検出タイミングとを示
す説明図。

【符号の説明】

１…交流電源、２…コンバータ、３…平滑コンデンサ、
４…インバータ、５…電流検出器、７…第１の周波数設
定器、８…第２の周波数設定器、９…第１の電流制限値
設定器、１０…比較器、１２…直線加減速制御器、１３
…周波数電圧制御器、２１…電流推定器、２２…第２の
電流制限値設定器、２３…電流制御器、２４…第１の切
替器、２５…第２の切替器、２６…モード切替器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｐ 7/63 ３０２ Ｈ０２Ｐ 7/63 ３０２Ｓ (72)発明者 田口 義行 千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号 株式会社日立製作所産業機器事業部内 (72)発明者 杉野 英則 千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号 株式会社日立製作所産業機器事業部内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平滑コンデンサからインバータに流れる
   電流を検出する電流検出器と、第１の周波数設定器と、
   第１の電流制限値設定器と、通常時、第１の周波数設定
   器と接続され、該第１の周波数設定器より取り込んだ周
   波数に基づきあらかじめ設定された加減速率で周波数を
   加減速すると共に、該加減速した周波数にインバータの
   出力周波数と出力電圧を制御する制御部とを有するイン
   バータの制御装置において、電流検出器の検出出力に基
   づいてインバータの出力電流の最大値を演算する電流推
   定手段と、第１の電流制限値設定器と異なる第２の電流
   制限値設定器と、電流推定手段の出力と第２の電流制限
   値設定器の設定値とが一致するように周波数を制御する
   電流制御器と、前記電流検出器の出力が第１の電流制限
   値設定器の設定値を越えた場合には、第１の周波数設定
   器と制御部間を切り離すと共に電流制限値の最低周波数
   を設定する第２の周波数設定器と接続し、前記電流推定
   手段尾出力が第２の電流制限値設定器の設定値を越えた
   場合には、第１の周波数設定器と制御部間を切り離すと
   共に前記電流制御器と接続する過電流防止手段とを有す
   ることを特徴とするインバータの制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１のインバータの制御装置におい
   て、過電流防止切替手段は、前記電流推定手段尾出力が
   第２の電流制限値設定器の設定値を越えた場合には、第
   １の周波数設定器と制御部間を切り離すと共に前記電流
   制御器と制御部を接続し、前記電流推定手段尾出力が第
   ２の電流制限値設定器の設定値以下となっても前記電流
   制御器の出力が前記第１の周波数設定器を越えるまでは
   前記電流制御器と制御部を接続した状態を保持すること
   を特徴とするインバータの制御装置。