JPH10150796A - インバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単かつ低コストに、誘導電動機の異常振動
を防止できると共に、誘導電動機を効率よく駆動できる
インバータを提供する。 【解決手段】 インバータ部３から出力される交流電圧
により誘導電動機４を駆動する。上記インバータ部３の
入力電流を電流センサＣＴにより検出し、その検出され
た入力電流が安定しているか否かを入力電流判別手段１
０aにより判別する。そして、上記入力電流判別手段１
０aが上記入力電流が安定していないと判別すると、イ
ンバータ出力制御手段１０bの入力電流極小制御部１１
は、インバータ部３の入力電流が極小になるように、イ
ンバータ部３の出力電圧を増減することによって、誘導
電動機４を不安定領域外の効率最高点で安定に運転す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、誘導電動機の駆
動に使用されるインバータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、インバータとしては、図１０に示
すようなものがある。このインバータは、交流電源２１
と、上記交流電源２１からの交流電圧を全波整流して、
整流された直流電圧を出力するダイオードブリッジ２２
と、トランジスタ２３a〜２３fを有し、上記ダイオード
ブリッジ２２からの直流電圧を３相の交流電圧に変換し
て、変換された３相の交流電圧を誘導電動機２４に出力
するインバータ部２３とを備えている。上記ダイオード
ブリッジ２２の出力端子間に平滑用コンデンサＣ2を接
続している。また、上記インバータは、上記平滑用コン
デンサＣ2の負極端子とインバータ部２３との間に配置
され、インバータ部２３の入力電流を検出する電流セン
サ２５と、上記電流センサ２５からの電流検出信号を受
けて、異常振動を検出する異常振動検出回路３０と、上
記異常振動検出回路３０からの検出信号を受けて、イン
バータ部２３にスイッチング信号を出力する制御装置２
０とを備えている。

【０００３】また、図１１は上記異常振動検出回路３０
の回路図を示し、図１０に示す電流センサ２５に用いら
れたシャント抵抗の両端電圧を検出して、入力電流を電
圧信号に変換する直流電流検出部３１と、上記直流電流
検出部３１により検出された電圧信号を増幅する増幅部
３２と、上記増幅部３２により増幅された電圧信号の高
周波の信号成分を除去するローパスフィルタ３３と、上
記ローパスフィルタ３３により高周波の信号成分が除去
された電圧信号を増幅すると共に、その電圧信号から直
流成分を除去する交流増幅器３４と、上記交流増幅器３
４により増幅された交流信号のレベルを判定することに
よって、誘導電動機２４の異常振動を検出して、異常振
動検出信号を出力するレベル判定部３５とを備えてい
る。

【０００４】通常のインバータの出力電圧と出力周波数
との比Ｖ／Ｆを一定にするＶ／Ｆ制御において、最適Ｖ
／Ｆ制御の場合、図１２に示すように、出力周波数一定
で入力電流が極小となる点(効率最高点)の出力電圧Ｖ0
になるように出力電圧を制御する。しかしながら、図１
３に示すように、軽負荷の場合、誘導電動機２４の回転
が不安定になって異常振動が発生することが多い。これ
は、インバータ駆動に起因するトルクリップルやＶ／Ｆ
が過渡的に変化することによるトルク変動が原因となっ
て発生する。そして、この誘導電動機２４の異常振動に
よってインバータのＤＣ部の電流が変動して、ＤＣ部の
電流を表す電圧信号の交流成分が増大するので、図１１
に示す異常振動検出回路３０により異常振動を検出し
て、インバータ部２３の出力電圧を制御することで異常
振動を抑制する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記インバ
ータでは、入力電流に基づいて誘導電動機２４の異常振
動を検出する異常振動検出回路３０が必要となると共
に、この異常振動検出回路３０には、制御装置２０等の
他の回路から絶縁された電源(図１１の＋１２Ｖ用)が別
に必要なため、構造が複雑になると共に、コストが高く
つくという欠点がある。

【０００６】そこで、この発明の目的は、異常振動検出
回路を用いることなく、簡単かつ低コストに、誘導電動
機の異常振動を防止できると共に、誘導電動機を効率よ
く駆動できるインバータを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１のインバータは、誘導電動機に交流電圧を
出力するインバータ部と、上記インバータ部の出力を制
御するインバータ出力制御手段とを備えたインバータに
おいて、上記インバータ部の入力電流を検出する入力電
流検出手段と、上記入力電流検出手段により検出された
入力電流が安定しているか否かを判別する入力電流判別
手段とを備えて、上記インバータ出力制御手段は、上記
入力電流判別手段が上記入力電流検出手段により検出さ
れた入力電流が安定していないと判別すると、上記イン
バータ部の入力電流が極小になるように、上記インバー
タ部の出力電圧を増減する入力電流極小制御部を有する
ことを特徴としている。

【０００８】上記請求項１のインバータによれば、誘導
電動機を軽負荷で駆動する場合、誘導電動機に異常振動
が発生すると、インバータ部の入力電流が変動して安定
しなくなる。上記入力電流判別手段が入力電流検出手段
により検出されたインバータ部の入力電流が安定してい
ないと判別すると、インバータ出力制御手段の入力電流
極小制御部は、入力電流が極小になるようにインバータ
部の出力電圧を増減する。すなわち、上記入力電流を監
視しながらインバータ部の出力電圧を増減させて、入力
電流を極小にすることによって、不安定領域外の効率最
高点で誘導電動機を安定に回転させるのである。したが
って、過電流検出用に入力電流検出手段を備えている場
合は、異常振動検出回路の代わりに制御装置のプログラ
ムを変更することによって、簡単かつ低コストに、誘導
電動機の異常振動を防止できると共に、誘導電動機を効
率よく駆動できる。

【０００９】また、請求項２のインバータは、請求項１
に記載のインバータにおいて、上記インバータ出力制御
手段は、上記誘導電動機の運転周波数が目標運転周波数
になるように上記インバータ部の出力を制御する運転周
波数制御部を有し、上記誘導電動機の現在の運転周波数
と上記目標運転周波数とが略一致するか否かを判別する
運転周波数判別手段を備えて、上記運転周波数判別手段
が上記誘導電動機の現在の運転周波数と上記目標運転周
波数が略一致すると判別した後、上記入力電流判別手段
は、上記入力電流検出手段により検出された上記入力電
流が安定しているか否かを判別することを特徴としてい
る。

【００１０】上記請求項２のインバータによれば、例え
ば、上記インバータ出力制御手段の運転周波数制御部に
よって、インバータ部の出力電圧と出力周波数の比Ｖ／
Ｆを一定にしながら目標運転周波数になるように制御し
て、上記誘導電動機の現在の運転周波数と目標運転周波
数とが略一致した後、すなわち、誘導電動機の運転周波
数が安定した後、インバータ部の入力電流の安定／不安
定を判別する。したがって、上記誘導電動機の運転周波
数を目標運転周波数にする制御が終了してから、入力電
流判別手段により入力電流が安定しているか否かを判別
するので、誘導電動機の異常振動を確実に検出できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明のインバータを図
示の実施の形態により詳細に説明する。

【００１２】図１はこの発明の実施の一形態のインバー
タの構成図であり、１は交流電源、２は上記交流電源１
からの交流電圧を全波整流して、整流された直流電圧を
出力するダイオードブリッジ、３は上記ダイオードブリ
ッジ２からの直流電圧を３相の交流電圧に変換して、変
換された３相の交流電圧を誘導電動機４に出力するイン
バータ部である。また、上記インバータは、交流電源１
とダイオードブリッジ２との間に入力電流を検出する入
力電流検出手段としての電流センサＣＴを備えると共
に、ダイオードブリッジ２の出力端子間に平滑用コンデ
ンサＣ1を接続している。

【００１３】また、上記インバータ部３は、上記ダイオ
ードブリッジ２の正極側出力端子にそれぞれコレクタが
接続されたスイッチング素子としてのトランジスタ３a,
３b,３cと、ダイオードブリッジ２の負極側出力端子に
それぞれエミッタが接続されたスイッチング素子として
のトランジスタ３d,３e,３fとで構成されている。上記
トランジスタ３aのエミッタとトランジスタ３dのコレク
タを互いに接続し、トランジスタ３bのエミッタとトラ
ンジスタ３eのコレクタを互いに接続し、トランジスタ
３cのエミッタとトランジスタ３fのコレクタを互いに接
続している。そして、上記各トランジスタ３a〜３fのコ
レクタとエミッタとの間にダイオードを夫々逆並列接続
している。

【００１４】また、上記インバータは、上記電流センサ
ＣＴからの入力電流を表す信号を受けて、インバータ部
３にスイッチング信号を出力する制御装置１０を備えて
いる。上記制御装置１０は、マイクロコンピュータと入
出力回路等からなり、電流センサＣＴにより検出された
入力電流が安定しているか否かを判別する入力電流判別
手段１０aと、上記インバータ部３の出力を制御するイ
ンバータ出力制御手段１０bと、現在の運転周波数と目
標運転周波数とが等しいか否かを判別する運転周波数判
別手段１０cとを有している。また、上記インバータ出
力制御手段１０bは、入力電流判別手段１０aが電流セン
サＣＴにより検出された入力電流が安定していないと判
別すると、上記入力電流が極小になるように、インバー
タ部３の出力電圧を増減する入力電流極小制御部１１
と、上記誘導電動機４の運転周波数が目標運転周波数に
なるようにインバータ部３の出力を制御する運転周波数
制御部１２とを有している。

【００１５】上記構成のインバータにおいて、インバー
タ部３の出力電圧と出力周波数との比Ｖ／Ｆを一定にし
つつ、誘導電動機４の運転周波数が目標運転周波数なる
ように、インバータ出力制御手段１０bの運転周波数制
御部１２によりインバータ部３の出力を制御して、誘導
電動機４を軽負荷で駆動する場合、誘導電動機４に異常
振動が発生すると、交流電源１からの入力電流が不安定
となる。そして、上記制御装置１０の入力電流判別手段
１０aが上記入力電流が安定していないと判別すると、
すなわち、系が安定していないと判別すると、インバー
タ出力制御手段１０bの入力電流極小制御部１１は、電
流センサＣＴにより検出される入力電流が極小になるよ
うに、インバータ部３の出力電圧を増減する。

【００１６】図２,図３は上記誘導電動機４の運転周波
数が目標運転周波数になるようにインバータ部３の出力
を制御するときの制御装置１０の異常振動抑制処理を説
明するフローチャートである。

【００１７】以下、図２,図３に従って制御装置１０の
異常振動抑制処理を説明する。

【００１８】まず、図２において、上記制御装置１０の
異常振動抑制処理がスタートすると、ステップＳ１で３
秒タイマをスタートさせる。次に、ステップＳ２で３秒
タイマが終了したか否かを判別して、３秒タイマが終了
したと判別すると、ステップＳ３に進む一方、３秒タイ
マが終了していないと判別すると、ステップＳ２を繰り
返す。

【００１９】次に、ステップＳ３で運転周波数制御部１
２により誘導電動機４の運転周波数を目標運転周波数に
徐々に制御している際に、運転周波数判別手段１０cに
より目標運転周波数と現在運転周波数とが等しいか否か
を判別して、目標運転周波数と現在運転周波数とが等し
いと判別すると、ステップＳ４に進む一方、目標運転周
波数と現在運転周波数とが等しくないと判別すると、ス
テップＳ１に戻る。なお、ステップＳ３において、目標
運転周波数と運転周波数とが等しいとは、略一致する場
合を含むものとする。

【００２０】次に、ステップＳ４で系が安定したか否か
を判別して、系が安定したと判別すると、ステップＳ５
に進む一方、系が安定していないと判別すると、ステッ
プＳ６に進み、＋ｄＶ電圧補正した後、ステップＳ１に
戻る。すなわち、ステップＳ４では、上記入力電流判別
手段１０aが電流センサＣＴにより検出された入力電流
の変化に基づいて、入力電流が安定しているか否かを判
別して、入力電流が安定していないと判別したとき、系
が安定していないと判別するのである。

【００２１】次に、ステップＳ５でこの処理が１回目か
否かを判別して、１回目であると判別すると、ステップ
Ｓ６に進み、＋ｄＶ電圧補正した後、すなわち、インバ
ータ部３から出力される交流電圧をｄＶ大きくした後、
ステップＳ１に戻る。一方、ステップＳ５で１回目でな
いと判別すると、図３に示すステップＳ７に進む。

【００２２】次に、図３のステップＳ７で入力電流が変
化したか否かを判別して、入力電流が変化したと判別す
ると、ステップＳ８に進む一方、入力電流が変化してい
ないと判別すると、ステップＳ１に戻る。

【００２３】次に、ステップＳ８で入力電流が増加した
か否かを判別して、入力電流が増加したと判別すると、
ステップＳ９に進む一方、入力電流が増加していないと
判別すると、ステップＳ１０に進み、電圧補正を行った
後、ステップＳ１に戻る。

【００２４】次に、ステップＳ９でｄＶの極性を反転し
た後、ステップＳ１０に進み、電圧補正を行い、ステッ
プＳ１に戻る。

【００２５】すなわち、図４に示すように、上記インバ
ータは、まず、矢印Ｒ1の方向に出力電圧を＋ｄＶ補正
し、さらに、系が安定しない場合は、矢印Ｒ2の方向に
出力電圧を＋ｄＶ補正し、入力電流が増加すると、矢印
Ｒ3の方向に出力電圧を−ｄＶ補正して、入力電流が極
小になるようにインバータ部３の出力電圧を増減する。
このようにして、図１３に示すように、誘導電動機４が
異常振動する場合、運転周波数一定で図中右側の効率最
高点になるように、インバータ部３の出力電圧をＶ1に
する。

【００２６】以下、図５〜図９に従って上記制御装置１
０の入力電流判別手段１０aの入力電流の安定／不安定
の判別処理を説明する。なお、図５は安定時の電流セン
サＣＴにより検出された入力電流波形を示し、図６は不
安定時の電流センサＣＴにより検出された入力電流波形
を示している。

【００２７】図５では、平滑用コンデンサＣ1の充放電
による電流波形が規則的に繰り返されているのに対し
て、図６では、誘導電動機４の不安定動作によって不規
則な電流波形となっている。上記制御装置１０の入力電
流判別手段１０aは、上記電流センサＣＴにより検出さ
れた入力電流を表す信号を半波整流して積分する入力電
流処理回路を有している。図９は上記入力電流処理回路
を示し、電流センサＣＴの出力端子間にダイオードＤ1
を接続すると共に、ダイオードＤ1に抵抗Ｒ1を並列接続
している。そして、上記ダイオードＤ1のカソードにダ
イオードＤ2のアノードを接続し、ダイオードＤ2のカソ
ードに抵抗Ｒ2の一端を接続している。上記抵抗Ｒ2の他
端とダイオードＤ1のアノードとの間にコンデンサＣ3を
接続すると共に、コンデンサＣ1に抵抗Ｒ3を並列接続し
ている。上記入力電流処理回路により図５に示す安定時
の入力信号を表す信号と図６に示す不安定時の入力電流
を表す信号とを半波整流して積分すると、抵抗Ｒ3の両
端電圧は、図７と図８に示す積分信号となる。そして、
上記制御装置１０の入力電流判別手段１０aは、上記積
分信号の平均値Ａと変化幅Ｂとの比Ｂ／Ａが所定値Ｋ未
満か否かを判別して、図７の安定時のように比Ｂ／Ａが
所定値Ｋ未満であると判別すると、入力電流が安定であ
ると判別する一方、図８の不安定時のように比Ｂ／Ａが
所定値Ｋ以上であると判別すると、入力電流が不安定で
あると判別する(図２のステップＳ４)。

【００２８】このように、上記電流センサＣＴにより検
出された入力電流を監視しながら、インバータ部３の出
力電圧を増減させて、上記入力電流を極小にすることに
よって、不安定領域外の効率最高点で誘導電動機４を安
定に回転させるので、異常振動検出回路の代わりに、過
電流保護等に用いられる電流センサを入力電流検出手段
として兼用すると共に、入力電流処理回路の追加と制御
装置のプログラム変更によって、簡単かつ低コストに、
誘導電動機４の異常振動を防止すると共に、誘導電動機
４を効率よく駆動することができる。

【００２９】また、上記誘導電動機４の現在の運転周波
数と目標運転周波数とが略一致したと運転周波数判別手
段１０cが判別した後、入力電流判別手段１０aが入力電
流が安定しているか否かを判別するので、運転周波数制
御部１２により誘導電動機４の運転周波数を目標運転周
波数にするときの入力電流の変動によって、誤って誘導
電動機４の異常振動を検出することがなく、誘導電動機
４の異常振動を確実に検出することができる。

【００３０】上記実施の形態では、入力電流検出手段と
しての電流センサＣＴを交流電源１とダイオードブリッ
ジ２との間に接続したが、入力電流検出手段は、ダイオ
ードブリッジとインバータ部との間に接続して、インバ
ータ部に入力される直流電流を検出してもよい。

【００３１】また、上記実施の形態では、図９に示す入
力電流処理回路を有する入力電流判別手段としての入力
電流判別手段１０aにより入力電流が安定していないと
判別したが、入力電流判別手段による入力電流の安定／
不安定の判別方法はこれに限らず、例えば入力電流検出
手段により検出された入力電流を表す信号に含まれた異
常振動に起因する高周波成分を判別することよって入力
電流が安定しているか否かを判別してもよい。

【００３２】また、上記実施の形態では、３相の誘導電
動機４を駆動するインバータについて説明したが、誘導
電動機はこれに限らず、単相や３相以外の多相の誘導電
動機を駆動するインバータにこの発明を適用してもよ
い。

【００３３】また、上記実施の形態では、入力電流判別
手段１０aに入力電流処理回路を設けたが、処理能力の
高いマイクロコンピュータ等を用いた制御装置であれ
ば、入力電流処理回路の代わりに、その入力電流処理回
路の処理を演算により行ってもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１の発
明のインバータは、インバータ部より誘導電動機に交流
電圧を出力すると共に、入力電流検出手段により検出さ
れた入力電流が安定しているか否かを入力電流判別手段
により判別して、入力電流判別手段が入力電流検出手段
により検出された入力電流が安定していないと判別する
と、インバータ出力制御手段の入力電流極小制御部によ
りインバータ部の入力電流が極小になるように、インバ
ータ部の出力電圧を増減するものである。

【００３５】したがって、請求項１の発明のインバータ
によれば、誘導電動機を軽負荷で駆動する場合に誘導電
動機に異常振動が発生して、インバータ部の入力電流が
変動し、入力電流判別手段が入力電流検出手段により検
出されたインバータ部の入力電流が安定していないと判
別すると、インバータ出力制御手段の入力電流極小制御
部は、入力電流が極小になるようにインバータ部の出力
電圧を増減する。したがって、異常振動検出回路の代わ
りに、例えば、過電流保護等に用いられる入力電流検出
手段を備えたインバータでは、簡単な回路の追加と制御
装置のプログラム変更をするか、あるいは制御装置のプ
ログラム変更のみによって、簡単かつ低コストに、誘導
電動機の異常振動を防止することができると共に、イン
バータ部の入力電流を最小にすることによって誘導電動
機を効率よく駆動することができる。

【００３６】また、請求項２の発明のインバータは、請
求項１に記載のインバータにおいて、上記インバータ出
力制御手段の運転周波数制御部により誘導電動機の運転
周波数が目標運転周波数になるようにインバータ部の出
力を制御して、上記運転周波数判別手段が誘導電動機の
現在の運転周波数と目標運転周波数が略一致すると判別
した後、上記入力電流判別手段が上記入力電流検出手段
により検出された入力電流が安定しているか否かを判別
するものである。

【００３７】したがって、請求項２の発明のインバータ
によれば、上記インバータ出力制御手段の運転周波数制
御部によって、例えば、インバータ部の出力電圧と出力
周波数との比Ｖ／Ｆを一定にしながら、上記誘導電動機
の運転周波数が目標運転周波数になるように制御するＶ
／Ｆ制御が終了した後、誘導電動機の運転周波数が安定
してから、入力電流判別手段によりインバータ部の入力
電流の安定／不安定を判別するので、誘導電動機の運転
周波数を目標運転周波数にするときの入力電流の変動に
よって、誤って誘導電動機の異常振動を検出することが
なく、誘導電動機の異常振動を確実に検出することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１はこの発明の実施の一形態のインバータ
のブロック図である。

【図２】 図２は上記インバータの制御装置の異常振動
抑制処理を説明するフローチャートである。

【図３】 図３は図２に続く上記制御装置の異常振動抑
制処理を説明するフローチャートである。

【図４】 図４は上記インバータの出力電圧と入力電流
との関係を示す図である。

【図５】 図５は上記インバータの安定時の入力電流波
形を示す図である。

【図６】 図６は上記インバータの不安定時の入力電流
波形を示す図である。

【図７】 図７は安定時の入力電流を表す信号を半波整
流した後の積分信号を示す図である。

【図８】 図８は不安定時の入力電流を表す信号を半波
整流した後の積分信号を示す図である。

【図９】 図９は上記制御装置の入力電流判別手段の入
力電流処理回路を示す図である。

【図１０】 図１０は従来のインバータのブロック図で
ある。

【図１１】 図１１は上記インバータの異常振動検出回
路を示す図である。

【図１２】 図１２は上記インバータの正常時の出力電
圧と入力電流との関係を示す図である。

【図１３】 図１３は上記インバータの異常振動時の出
力電圧と入力電流との関係を示す図である。

【符号の説明】

１…交流電源、２…ダイオードブリッジ、３…インバー
タ部、４…誘導電動機、１０…制御装置、１０a…入力
電流判別手段、１０b…インバータ出力制御手段、１０c
…運転周波数判別手段、１１…入力電流極小制御部、１
２…運転周波数制御部、ＣＴ…電流センサ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘導電動機(４)に交流電圧を出力するイ
   ンバータ部(３)と、上記インバータ部(３)の出力を制御
   するインバータ出力制御手段(１０b)とを備えたインバ
   ータにおいて、 上記インバータ部(３)の入力電流を検出する入力電流検
   出手段(ＣＴ)と、 上記入力電流検出手段(ＣＴ)により検出された入力電流
   が安定しているか否かを判別する入力電流判別手段(１
   ０a)とを備えて、 上記インバータ出力制御手段(１０b)は、上記入力電流
   判別手段(１０a)が上記入力電流検出手段(ＣＴ)により
   検出された入力電流が安定していないと判別すると、上
   記インバータ部(３)の入力電流が極小になるように、上
   記インバータ部(３)の出力電圧を増減する入力電流極小
   制御部(１１)を有することを特徴とするインバータ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のインバータにおいて、 上記インバータ出力制御手段(１０b)は、上記誘導電動
   機(４)の運転周波数が目標運転周波数になるように上記
   インバータ部(３)の出力を制御する運転周波数制御部
   (１２)を有し、 上記誘導電動機(４)の現在の運転周波数と上記目標運転
   周波数とが略一致するか否かを判別する運転周波数判別
   手段(１０c)を備えて、 上記運転周波数判別手段(１０c)が上記誘導電動機(４)
   の現在の運転周波数と上記目標運転周波数が略一致する
   と判別した後、上記入力電流判別手段(１０a)は、上記
   入力電流検出手段(ＣＴ)により検出された上記入力電流
   が安定しているか否かを判別することを特徴とするイン
   バータ。