TWI469499B - A method of detecting a rotation direction of an AC motor and a power conversion device using an AC motor - Google Patents

A method of detecting a rotation direction of an AC motor and a power conversion device using an AC motor Download PDF

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Description

交流電動機之旋轉方向檢測方法及利用其之交流電動機之電力轉換裝置
本發明關於電力轉換裝置，用於將來自商用電源之交流電力轉換為所要之交流電力供給至交流電動機，特別是關於交流電動機之旋轉方向檢測方法，其可以正確檢測出再度起動時之交流電動機之旋轉方向，以及利用其之交流電動機之電力轉換裝置。
習知上，將來自輸入電源之商用電源之交流電力，藉由電力轉換裝置轉換為所要之交流電力而供給，使交流電動機運轉之狀況中，例如因為瞬間停電等之異常之發生，而導致該電力轉換裝置對交流電動機之交流電力之輸出之停止(切斷)時，需要藉由上述電力轉換裝置再度起動該交流電動機。藉由上述電力轉換裝置再度起動處於該狀態之交流電動機時，上述電力轉換裝置需要針對處於慣性旋轉狀態之電動機之狀態、例如電動機之旋轉數、感應電壓之相位、旋轉方向等資訊進行檢測。
此乃因為，電力轉換裝置未明確判斷包含交流電動機之旋轉數等資訊之狀態下再度起動，而將其之輸出輸出至交流電動機時，該交流電動機之旋轉速度會急速變動。或者該交流電動機之控制變為不穩定，結果導致過大之電流流入交流電動機或電力轉換裝置，使上述電力轉換裝置陷入過電流而成為無法控制之狀態。
因此，習知上，通常輸入電源對於電力轉換裝置因為瞬間停電等而發生電源異常時，電力轉換裝置會暫時切斷對交流電動機之輸出之後，藉由上述電力轉換裝置再度起動處於慣性旋轉狀態之交流電動機時，需要正確取得該交流電動機之上述旋轉數等資訊，同步於該交流電動機之狀態，而進行上述電力轉換裝置之輸出。
另外，以下專利文獻1揭示感應電動機之再度起動方法。以下專利文獻2揭示藉由轉換電路將電動機之感應電壓轉換為脈衝，由該轉換脈衝之週期取得電動機之旋轉頻率，藉由該旋轉頻率再度起動電動機之方法。
以下專利文獻3揭示，不使用速度檢測器或電壓檢測器，檢測出電動機之旋轉數、感應電壓之相位，進而檢測出電動機之旋轉方向，藉由電力轉換裝置再度起動感應電動機之方法。以下專利文獻4揭示，在上述專利文獻3揭示之方法中，再度起動為困難時，待機直至電力轉換裝置再度起動為止，之後進行再度起動(需要待機時間)。
〔習知技術文獻〕 〔專利文獻〕
專利文獻1：特開昭58-99286號公報
專利文獻2：實開昭60-038089號公報
專利文獻3：特開2001-161094號公報
專利文獻4：特開2004-153911號公報
但是上述習知技術有以下問題。
首先上述瞬間停電時間較短時，將該瞬間停電產生時電力轉換裝置輸出至交流電動機之旋轉方向，例如記憶於設於上述電力轉換裝置內部之非揮發性記憶體等，而於復電時可以辨識該交流電動機之旋轉方向。該方式，無須使用複數個脈衝轉換器，可以簡單取得交流電動機之旋轉數，藉由便宜之電路構成，可實現交流電動機之再度起動。
但是瞬間停電時間較長時，交流電動機之感應電壓消滅，無法藉由上述脈衝轉換器檢測出交流電動機之旋轉數時，難以良好精確度進行交流電動機之再度起動之問題存在。
另外，特別是於慣性旋轉中，經常產生和旋轉數成比例之感應電壓(速度起電壓)，而且隨該旋轉數之增加，上述感應電壓亦增大的同步電動機，欲適用上述專利文獻3之方法時，正如上述專利文獻4之揭示，為控制電流指令成為0(零)時電流控制系之響應變慢之情況下，難以將實際之電流控.制成為0(零)，因而再度起動變為困難。但是，空調或水道等設備，更具體言之為，安裝於該設備之風扇/泵之驅動用的電動機，在由瞬間停電等之電源異常復電時，該電動機被要求快速回復正常動作，因而上述待機時間成為問題。
使用上述專利文獻4揭示之方法，藉由同步電動機驅 動風扇等之大慣性之負荷時，再度起動成為困難之可能性存在。更具體言之為，於電力轉換裝置之輸入電源產生之瞬間停電等電源異常時，結果，電力轉換裝置停止對同步電動機之輸出後，例如藉由連結之風扇而旋轉處於慣性旋轉狀態之同步電動機，特別是在旋轉數大時，基於所謂慣性負荷之效應，而成為旋轉數難以下降之狀態，該用途之再度起動變為困難。該狀態為電動機被安裝大的慣性負荷之情況，例如於風扇/泵等之用途中，交流電動機經常處於旋轉之情況。另外，電力轉換裝置內部之電流控制系之響應慢時，誤差可能變大。
另外，使電動機各相間產生之感應電壓，藉由例如設於電力轉換裝置內部之脈衝轉換器轉換為脈衝，可以獲得複數個脈衝資訊。例如由各相之脈衝之週期可以判斷電動機之旋轉頻率，由各脈衝之切換時序可以判斷電壓之相位，由各脈衝之切換順序可以判斷電動機之旋轉方向。但是依據該方式需要複數個脈衝轉換器，電路構成變為複雜之問題存在。
亦即，於上述習知技術，電力轉換裝置無法取得交流電動機之旋轉方向之情況例如有以下。亦即，(1)交流電動機慣性旋轉之情況，此情況下，電力轉換裝置無法判斷交流電動機之旋轉方向。(2)交流電動機驅動風扇泵負荷之狀態下產生瞬間停電等之異常時，此情況下，交流電動機可能產生和瞬間停電以前之旋轉方向相反之旋轉狀態。另外，此情況下，即使電力轉換裝置記憶瞬間停電前 之旋轉方向指令時，交流電動機之旋轉方向和電力轉換裝置之旋轉方向指令亦呈現相反。
本發明有鑑於上述習知問題，目的在於提供交流電動機之旋轉方向檢測方法，其特別是在上述瞬間停電等之異常產生後之交流電動機之再度起動時，可以迅速、且正確檢測出該交流電動機之旋轉方向，另外，提供利用該旋轉方向檢測方法之交流電動機之電力轉換裝置。
為達成上述目的，依據本發明提案之交流電動機之電力轉換裝置及交流電動機之旋轉方向檢測方法，係具備：平滑電容器，用於使電源供給之電力平滑化；逆變器，用於將來自上述平滑電容器之直流電力轉換為所要頻率之三相交流電力；及控制驅動部，運於驅動控制構成上述逆變器之開關元件；而將該轉換後之所要頻率之交流電力供給至交流電動機者；具備：檢測手段，用於檢測由上述交流電動機之三相之交流感應電動勢之中所選出之至少二相分之交流電壓之互呈交叉之時序；上述控制驅動部，在該電力轉換裝置之輸出停止後，再度對上述交流電動機供給三相交流電力時，係依據該檢測出之時序，選擇性驅動構成上述逆變器之開關元件之一部分，藉由上述交流電動機之感應電動勢，僅於該逆變器與該交流電動機之間形成回流電流之流路；之後，依據該檢測出之回流電流，而判斷該電力轉換裝置之輸出停止後之旋轉方向。
另外，本發明中，於上述交流電動機之旋轉方向檢測方法及交流電動機之電力轉換裝置，上述控制驅動部較好是，依據上述時序中所檢測出之回流電流之大小，而判斷該電力轉換裝置之輸出停止後之旋轉方向。另外，上述控制驅動部較好是，於上述時序中驅動上述逆變器時，係選擇性驅動構成該逆變器之上側臂或下側臂之開關元件。另外，上述控制驅動部較好是，於上述時序中驅動上述逆變器時，更進一步，將構成該上側臂或下側臂之三相分之開關元件之中上述選擇之二相所對應之開關元件設為ON(導通)，將其他之一相之開關元件設為OFF(非導通)，而僅於該逆變器與該交流電動機之間形成回流電流之流路。另外，上述控制驅動部較好是，於上述時序中驅動上述逆變器時，更進一步，將構成該上側臂或下側臂之三相分之開關元件之中上述選擇之二相所對應之開關元件設為OFF，將其他之一相之開關元件設為ON，而僅於該逆變器與該交流電動機之間形成回流電流之流路。或者較好是，將進行上述回流電流之檢測用的電阻，設於上述逆變器內，或將進行上述回流電流之檢測用之電阻，構成為設於上述逆變器內之分流電阻(shunt resistance)。
另外，本發明中，於上述交流電動機之旋轉方向檢測方法及交流電動機之電力轉換裝置，上述控制驅動部較好是，上述回流電流之大小之檢測，於複數個上述時序中進行，而判斷該電力轉換裝置之輸出停止後之旋轉方向。或者，上述控制驅動部較好是，藉由上述時序中檢測出之回 流電流之方向，而判斷該電力轉換裝置之輸出停止後之旋轉方向。另外，較好是，上述控制驅動部，於上述時序中驅動上述逆變器時，係驅動構成該逆變器之上側臂或下側臂之全部開關元件，另外，較好是於上述交流電動機與上述逆變器之間之複數個電流流路，設置複數個交流電流檢測器，上述控制驅動部，係依據上述時序中該檢測器所檢測出之回流電流之方向，來判斷該電力轉換裝置之輸出停止後之旋轉方向。另外，較好是上述控制驅動部，係依據上述時序中複數個電流流路所檢測出之回流電流之方向之組合，來判斷該電力轉換裝置之輸出停止後之旋轉方向。
以下參照圖面詳細說明本發明之實施形態。
(第1實施形態)
以下參照圖1-13說明本發明之第1實施形態之詳細。又，於第1實施形態，於瞬間停電等之異常產生後之交流電動機之再度起動時，在對該交流電動機供給交流電力之電力轉換裝置中，係利用為檢測供給電流之大小而設置之電阻、亦即分流電阻，而檢測出該交流電動機之旋轉方向者。
圖1表示本發明之電力轉換裝置之電路構成之方塊圖。於該圖，符號1表示例如商用之三相電源，本發明之電力轉換裝置2，係將該電源1之特定頻率之電力轉換為可 變頻率之三相交流電力，將該轉換之三相交流電力供給至電力轉換裝置(所謂馬達，包含同步電動機)3。又，如圖所示，該電力轉換裝置，係以永久磁鐵作為旋轉子之三相交流電動機，但該電動機僅為一例，本發明不限定於此，例如包含於固定子側配置永久磁鐵之三相交流電動機，可以廣泛適用。
另外，由圖可知，本發明之電力轉換裝置2，係具備：複數個(本例為6個)二極體構成之整流器(converter)21，平滑電容器22，及逆變器(inverter)23。逆變器23係由對應於U相、V相、W相配置之個別之2個、亦即合計6個之IGBT構成，彼等係以上側臂24及下側臂25予以圖示。在構成該電力轉換裝置2之下側臂25與負(N)側之線之間，連接作為電流檢測器之上述分流電阻26，另外，在由電力轉換裝置2至電力轉換裝置3之三相交流電力之供給之線之一部分、本例為U相及V相，分別設置電壓檢測部27、27。
設置控制驅動部4，用於控制上述電力轉換裝置2之運轉、亦即控制構成逆變器23之開關元件之IGBT之ON/OFF，由圖可知，控制驅動部4具備：檢測流入上述電流檢測器之分流電阻26之電流的電流取得部41，及針對來自設於U相及V相之電壓檢測部27、27之檢測信號進行比較的電壓比較部42。該電壓比較部42之輸出信號如圖中符號「Pc」所示，另外，於控制驅動部4另外設置電壓比較部及電壓比較部所連接之管理部43之同時，於管理部43被連 接控制部44。又，於管理部43連接顯示操作部45或記憶部46。流入分流電阻26之電流，係作為產生於該電阻兩端之電壓，而介由例如構成上述控制部之微電腦(MCU)所搭載之A/D轉換器等，被取入電流取得部41之後，作為檢測值傳送至管理部43。該檢測值被傳送至例如記憶部46記憶於內部。
上述構成之電力轉換裝置2，通常在驅動電動機3時，例如藉由向量控制等而由控制部44提供之指令，來控制構成上述逆變器(inverter)23之複數IGBT之ON/OFF，將電源1之交流電力轉換為可變頻率之三相交流電力，供給至電動機3，而使電動機3以所要之旋轉數或扭矩被驅動、控制。但是，如上述說明，本發明關於電源因瞬間停電等之異常產生後之交流電動機之再度起動，特別是關於可以迅速、正確檢測該交流電動機之旋轉方向的交流電動機之旋轉方向檢測技術，因此，省略上述通常動作時之電力轉換裝置2之動作說明。
(利用流入電力轉換裝置之電流值之旋轉方向之檢測原理)
接著，依據圖2-4說明本發明之交流電動機之旋轉方向檢測方法、亦即電源因瞬間停電等之異常產生後之交流電動機之再度起動時之動作。
首先，於圖2(A)表示，電源因瞬間停電等之異常產生，結果，電力轉換裝置2之輸出暫時停止後，交流電動 機之再度起動時例如因為停止後之慣性等，該交流電動機3處於正轉(和轉動驅動時之旋轉方向同一方向之旋轉)狀態中之，電動機之感應電壓(Vu、Vv、Vw)，以及來自電壓比較部42之輸出信號Pc之波形。圖2(B)表示，因為安裝於電動機之風扇之逆旋轉等因素，該交流電動機3處於逆轉(和轉動驅動時之旋轉方向相反方向之旋轉)狀態中之，電動機之感應電壓(Vu、Vv、Vw)，以及來自電壓比較部42之輸出信號Pc之波形。於彼等圖中橫軸表示時間。又，本例中電壓比較部42之構成係設為，當U相電壓Vu大於V相電壓Vv時(Vu>Vv)輸出H(高)位準信號，當U相電壓Vu小於V相電壓Vv時(Vu<Vv)輸出L(低)位準信號。另外，該電壓比較部42之構成不限定於此，亦可構成為和上述相反、亦即，當Vu>Vv時輸出L位準信號，當Vu<Vv時輸出H位準信號。
由彼等圖示波形可知，電動機之感應電壓(Vu、Vv、Vw)分別隨時間之經過而變化為正弦波，電壓比較部42之輸出信號Pc，係以U相之電壓Vu與V相之電壓Vv互為交叉(Vu=Vv)之時點為境界，信號位準依序由“H”變化為“L”，或由“L”變化為“H”。於圖2(A)之「正轉時」與圖2(B)之「逆轉時」之感應電壓(Vu、Vv、Vw)，相對於V相之電壓Vv，U相之電壓Vu與W相之電壓Vw係互為逆方向，其相位不同(亦即，「正轉時」U相之電壓Vu對於V相之電壓Vv延遲2π/3，「逆轉時」則超前2π/3。
結果，電壓比較部42之輸出信號Pc，係分別於感應電壓Vu與Vv互為交叉(Vu=Vv)之時點，其位準由“H”變化為“L”，或由“L”變化為“H”。於此，特別設定輸出信號Pc之位準由“H”變化為“L(Vu>Vv至Vu<Vv)之時點(時序)為「tA」，設定由“L”變化為“H”(Vu<Vv至Vu>Vv)之時點(時序)為「tB」。
於圖3(A)、(B)表示上述時序tA中之，上述電動機3之感應電壓(Vu、Vv、Vw)與電流(Iuu、Iv、Iw)，以及構成電力轉換裝置2之逆變器(inverter)23的下側臂25，特別是表示構成該臂之3個開關元件之IGBT251、252、253以及分流電阻26。
特別是圖3(A)表示電動機之正轉時之狀態，此情況下，於上述時序tA，上述電動機之感應電壓(Vu、Vv、Vw)成為Vu=Vv>Vw，因此，選擇性控制下側臂25時，具體言之為，設定U相及V相之IGBT251、252為ON，其餘之W相之IGBT為OFF時，如圖中箭頭所示，回流電流係介由逆變器(inverter)23以及分流電阻26流入。
另外，圖3(B)表示電動機之逆轉時之狀態，此情況下，於上述時序tA，上述電動機之感應電壓(Vu、Vv、Vw)成為Vu=Vv<Vw，因此，和上述同樣，設定U相及V相之IGBT251、252為ON，其餘之W相之IGBT為OFF時，未流入回流電流，於分流電阻26之兩端未產生電壓。
另外，於圖4(A)、(B)表示上述時序tB中之，上述電動機3之感應電壓(Vu、Vv、Vw)與電流(Iu、Iv、 Iw)，以及構成電力轉換裝置2之逆變器(inverter)23的下側臂25，特別是表示構成該臂之3個開關元件之IGBT251、252、253以及分流電阻26。
亦即，於該時序tB，如圖4(A)所示，正轉時藉由設定U相及V相之IGBT251、252為OFF，W相之IGBT253為ON，如此則，回流電流會介由逆變器(inverter)23以及分流電阻26流入，但是逆轉時未流入該電流(圖4(B)。
本發明中，於上述時序tA及/或時序tB，藉由上述圖3及/或圖4之圖案，選擇性驅動(以下稱為「圖3之驅動圖案」或「圖4之驅動圖案」)構成電力轉換裝置2之逆變器(inverter)23之下側臂25，此時藉由判斷來自電動機3之回流電流是否介由分流電阻26流入，如此則可以判斷該電動機3處於正轉狀態或逆轉狀態。依據上述原理，僅藉由電力轉換裝置2之動作再度開始後之1次之時序(時序tA或時序tB)亦可判斷電動機3之正轉或逆轉，但是於驅動電流停止時，該電動機3之旋轉數變為容易變動，因此，介由分流電阻26流入之回流電流之大小亦容易大幅變動。由此可知，特別是藉由複數次時序進行上述判斷，則更能確實判斷電動機處於正轉或逆轉狀態。又，此時上述判斷例如僅於時序tA或時序tB進行複數次亦可，或於包含時序tA及時序tB之兩者進行複數次亦可。
又，於上述檢測動作中，僅使構成連接於N側之下側臂25的開關元件(3個IGBT251、252、253)選擇性動作，依據回流至電動機3及下側臂25之電流之大小，而檢測出 電動機之旋轉方向，此時，使連接於P(正)側之上側臂24不動作乃重要者。此乃因為連接於P側之上側臂24同時動作時，大的制動力會施加於電動機，過剩之電流會介由平滑電容器22流入電動機。亦即，僅使連接於N側之下側臂25動作，係為了不介由平滑電容器22，而藉由電流檢測器26檢測出由電動機經由下側臂25回流之電流。
(旋轉方向之檢測方法)
以下，依據上述詳細說明之檢測原理，使用附加之流程圖說明實際上檢測(判斷)電動機之旋轉方向(正轉或逆轉)之方法。又，以下所述方法之一例，係說明於時序tA及時序tB進行3次上述判斷而判斷電動機之旋轉方向(正轉或逆轉)之例。另外，以下之處理係藉由構成上述圖1之驅動部4之控制部等之微電腦(MCU)實施，其軟體被事先記憶於構成該微電腦(或外部)之記憶體內。
首先，電力轉換裝置2之輸出暫時停止後進行再度起動時，依據圖5之流程進行以下處理。又，為說明簡單起見，以下說明藉由上述圖3之驅動圖案驅動逆變器之下側臂25。
開始處理時，首先，電力轉換裝置2確認該運轉再度開始之狀態(再度起動)(S51)，之後，電壓檢測部27、27針對上述電動機3之U相及V相進行檢測，電壓比較部42針對該檢測信號進行比較而將輸出Pc之位準(“H”或“L”)儲存於例如構成微電腦(或外部)之記憶體 內，另外，將處理次數「n」設為0(S52)而結束處理。
之後，在上述電壓比較部42之輸出Pc之位準反轉之時點，判斷該時序為時序tA或時序tB。亦即，讀取上述儲存之電壓比較部42之輸出Pc之位準(“H”或“L”)，當該儲存之輸出Pc之位準為“H”時判斷為時序tA，另外，該儲存之Pc之位準為“L”時判斷為時序tB。以下執行圖7之電動機之旋轉方向之判斷處理，之後，將n之值加1(n→n+1)(S53)。
以下依據圖6之流程說明電動機之旋轉方向之判斷處理。處理開始後，首先，在成為時序tA之時點藉由上述圖3之驅動圖案來驅動逆變器之下側臂25(S61)。亦即，設定IGBT251、252為ON，W相之IGBT253為OFF。之後，檢測出現於分流電阻26兩端之電壓(S62)，之後，例如比較該電壓和特定之值，判斷來自電動機之回流電流是否大於特定值而流入分流電阻26(S63)。結果，電流流入分流電阻26時(圖之「是」時)判斷電動機為正轉狀態(S64)，反之，電流未流入分流電阻26時(圖之「否」時)判斷電動機為逆轉狀態(S65)，結束處理。另外，亦可取代該判斷，而將分流電阻26之電流值(具體言之為，其兩端之電壓值)暫時保存於記憶體等。
再度回至圖5，重複進行上述圖6之處理複數次例如N=3次(S54)，判斷電動機之旋轉方向，結束處理。本發明中，電動機之旋轉方向之判斷不限定於上述方法，同樣可採用其他構成或方法。
例如於圖7、8，可以取代上述分流電阻26，改為利用電流檢測器34或複數個並列之電流檢測器35，亦即，如圖示，藉由配置於逆變器之下側臂之位置，和上述同樣可以進行電動機之旋轉方向之判斷。
又，上述說明中，執行電動機之旋轉方向之判斷處理之時序，係利用U相及V相之感應電壓而設定，但本發明不限定於此，亦可利用三相之一部，例如可以利用U相及W相或V相及W相。另外，此情況下，回流電流之檢測用被選擇性驅動之逆變器之上側臂24或下側臂25之開關元件(IGBT)，亦對應於該利用之相而適當設定，此為業者熟知者。
(變形例)
圖9~12表示上述第1實施形態之變形例。於該變形例中，由圖9可知，係於上述圖1之構成中，取代構成電力轉換裝置2之逆變器(inverter)23之下側臂25，改用上側臂24者，因此電流檢測器(分流電阻)28被連接於上側臂24側。另外，其他構成大略同上述，因此省略其詳細說明。
圖10(A)、(B)之變形例表示，於上述時序tA，設定構成上側臂24之U相之IGBT241、242為ON，設定W相之IGBT243為OFF之狀態。如上述說明，於該時序tA，正轉時電動機之三項之起動電壓為Vu=Vv>Vw，如圖10(A)所示，電流雖介由ON狀態之IGBT241、242，欲由同步電動機3之U相及V相流入W相，但因為W相之IGBT處於OFF 狀態，因此未流入回流電流，亦即流入電流檢測器(分流電阻)28之電流大略為0。另外，逆轉時，如圖10(B)所示，電流會由電動機3之U相及V相流入W相。另外，圖11(A)、(B)表示上述時序tB之電流之流向。
如上述說明，於變形例中，於時序tA及/或時序tB，藉由上述圖10之圖案(對應於上述圖4之驅動圖案)或圖11之圖案(對應於上述圖5之驅動圖案)，選擇性驅動構成電力轉換裝置2之逆變器(inverter)23之上側臂24，此時藉由檢測流入電流檢測器(分流電阻)28之電流，和上述同樣，可以判斷電力轉換裝置2之再度起動時電動機3之旋轉狀態、亦即正轉狀態或逆轉狀態。
另外，於該變形例中，和上述同樣，電動機之旋轉方向(正轉或逆轉)之檢測(判斷)僅進行1次，或進行複數次亦可。另外，此時之具體之檢測(判斷)方法可利用和上述圖3、4同樣之處理。
另外，圖12、13係取代上述分流電阻28，改用電流檢測器54或複數個並聯連接之電流檢測器55，亦即，如圖示，藉由配置於逆變器之上側臂之位置，和上述同樣可以進行電動機之旋轉方向之判斷。
(第2實施形態)
以下參照圖14-18詳細說明本發明其他實施形態(第二實施形態)。於第2實施形態，於於瞬間停電等之異常產生後之交流電動機之再度起動時，驅動構成電力轉換裝 置2之逆變器(inverter)23的上側臂24與下側臂25之一方時，藉由由電動機流通之電流之方向，檢測出該交流電動機之慣性等之旋轉方向者。
圖14表示本發明第2實施形態之電力轉換裝置之電路構成之方塊圖。於該圖，和上述圖1之同樣構成要件被附加同一參照符號而省略重複說明。由圖可知，第2實施形態之電力轉換裝置，係取消構成逆變器(inverter)23之一部分的電流檢測器(分流電阻)26，改為設置交流電流檢測器64、64，用於檢測流入交流電動機3與逆變器(inverter)23之間之電流，特別是檢測U相及V相之電流及其方向，同時將彼等檢測器之檢測信號輸入至電流取得部41。
該交流電流檢測器64，例如由霍爾(Hall)CT構成，或由分流電阻構成亦可，被配置於檢測同步電動機3之U相及W相之電流之電路上。如此則，檢測出之電流之方向以及其值，會介由例如構成上述控制部之微電腦(MCU)所搭載之A/D轉換器，被取入電流取得部41，之後，傳送至管理部43等。又，該構成之電力轉換裝置之動作或機能係和上述圖1之裝置同樣，因此省略說明。又，以下說明中，關於流入交流電動機3與逆變器23之間之電流，將由逆變器23流向交流電動機3之電流設為正方向之電流，將由交流電動機3流向逆變器23之電流設為逆方向之電流。
(由電動機之電流方向檢測旋轉方向之原理)
參照圖15、16說明本發明第2實施形態之電力轉換裝置之旋轉方向之檢測原理。又，彼等圖表示僅使連接於P側(+側)之上側臂24之全部開關元件、或連接於N側(-側)之下側臂25之全部開關元件之其中一方動作(ON)，而檢測電動機之旋轉方向之方法。
又，此時，使上側臂24之開關元件動作時，使下側臂25之開關元件不動作乃重要者。此乃因為使上側臂與下側臂同時動作時，大的制動力會施加於電動機，過剩之電流會介由平滑電容器22流入電動機。因此，藉由僅驅動連接於P側之上側臂24之開關元件，或連接於N側之下側臂25之開關元件之其中一方，可以不介由平滑電容器22，而藉由交流電流檢測器64、64檢測出回流至電動機與逆變器之間之電流。
圖15(A)表示於上述圖2詳述之時序tA中，特別是電動機為正轉狀態下，設定連接於N側之下側臂25之全部開關元件為ON，另外，設定連接於P側之上側臂24之全部開關元件為OFF之狀態。於時序tA，Vu=Vv>Vw，因此如圖中箭頭所示，電流由電動機3之U相及V相流出，流入W相。亦即，於該時序tA，流入電動機與逆變器之間之交流電流之極性，於U相及V相為負的電流(由電動機流出)，於W相為正的電流(流入電動機)。另外，圖15(B)表示電動機逆轉之狀態，此時，Vu=Vv<Vw，因此如圖中箭頭所示，電流由電動機3之W相流出，通過U相及V相流入。亦即，於U相及V相為正的電流，於W相為負的 電流。
圖16(A)表示於和上述不同之時序tB中，特別是電動機為正轉狀態下，設定連接於P側之上側臂24之全部開關元件為ON，設定連接於N側之下側臂25之全部開關元件為OFF之狀態。於時序tB，Vu=Vv<Vw，因此如圖中箭頭所示，電流由電動機3之W相流出，流入U相及V相。亦即，於該時序tB，流入電動機與逆變器之間之交流電流之極性，於U相及V相為正的電流(流入電動機)，於W相為負的電流(由電動機流出)。另外，圖16(B)表示電動機逆轉之狀態，此時，Vu=Vv>Vw，因此如圖中箭頭所示，電流由電動機3之U相及V相流出，通過W相而流入。亦即，於U相及V相為負的電流，於W相為正的電流。
第2實施形態中，著眼於上述流入電動機與逆變器之間之交流電流之極性變化，利用其而可以檢測出瞬間停電等之異常產生後之該交流電動機之旋轉方向。亦即，於時序tA或時序tB，設定構成逆變器23之上側臂24或下側臂25之全部開關元件為ON。此時，藉由上述1組交流電流檢測器64、64檢測流入U相之電流及流入W相之電流之方向，則可以檢測電動機之旋轉方向。又，依據上述原理，電力轉換裝置2之動作再度起動後之1次之時序(於時序tA或時序tB)，可以判斷電動機3之正轉或逆轉。又，於複數次時序進行，則可以更確實判斷。又，此時上述判斷例如僅於時序tA或時序tB進行複數次亦可，或於包含時序tA及時序tB之兩者進行複數次亦可。
(旋轉方向之檢測方法)
採取上述第2實施形態之旋轉方向檢測方法時，雖亦可和上述同樣(參照上述圖5、6之流程)執行，以下參照圖17更詳細說明上述圖6所示處理之替代處理。
本例中，處理開始時，依據上述圖5之流程，確認運轉再度開始狀態(再度起動)(S51)，將電壓比較部42之輸出Pc之位準(“H”或“L”)記憶於記憶體內，將次數「n」設為0(S52)。之後，於步驟S53判斷為時序tA或時序tB，之後執行以下之圖17之處理。
亦即，例如在時序tA設定構成上述逆變器23之下側臂的IGBT251~253為ON(S71)。之後，藉由上述1組交流電流檢測器64、64檢測U相及W相之電流之方向(極性)(S72)。之後，藉由彼等檢測出之U相及W相之電流之方向(極性)之組合，判斷電動機之旋轉方向。亦即，如上述說明，當檢測出之U相之電流為負(-)，W相之電流為正(+)(S73為「是」)時，判斷電動機之旋轉方向為正轉(S74)，另外，U相之電流為正(+)，W相之電流為負(-)(S75為「是」)時，判斷為逆轉(S76)而結束處理。亦即，藉由複數電流流路檢測出之回流之方向之組合，更能確實判斷(檢測)電動機之旋轉方向。
圖18表示上述第2實施形態之變形例，於該變形例，由圖可知，於電動機3與逆變器23之間之電流路，除上述U相及W相以外，另外，於V相亦設置上述交流電流檢測器 71。於該變形例，藉由選擇性驅動構成上述逆變器23之上側臂或下側臂，於電動機與逆變器之間產生回流電流，藉由交流電流檢測器71檢測出彼等電流之方向(極性)。如此而判斷電動機之旋轉方向，此和上述同樣。
(發明效果)
依據本發明可以提供交流電動機之旋轉方向檢測方法以及利用其之交流電動機之電力轉換裝置，在瞬間停電等之異常產生後之交流電動機之再度起動時，可以迅速、且正確檢測出該交流電動機之旋轉方向，可達成實用上極佳之效果。
1‧‧‧交流電源
2‧‧‧電力轉換裝置
21‧‧‧整流器
22‧‧‧平滑電容器
23‧‧‧逆變器
24‧‧‧上側臂
25‧‧‧下側臂
26‧‧‧電流檢測部(分流電阻)
27‧‧‧電壓檢測部
3‧‧‧交流電動機
4‧‧‧控制驅動部
41‧‧‧電流取得部
42‧‧‧電壓比較部
43‧‧‧管理部
44‧‧‧控制部
45‧‧‧顯示操作部
46‧‧‧記憶部
34、35、54、55‧‧‧電流檢測部
64、71‧‧‧交流電流檢測器
圖1表示本發明第1實施形態之電力轉換裝置之概略構成之方塊圖。
圖2表示上述第1實施形態之電動機之旋轉方向之檢測原理說明用的，電動機之感應電壓與來自電壓比較部之輸出信號Pc之波形圖。
圖3表示檢測原理說明用的，時序tA中被驅動之開關元件，及該時由電動機介由逆變器(inverter)流入之電流之動作說明圖。
圖4表示檢測原理說明用的，時序tB中被驅動之開關元件，及該時由電動機介由逆變器(inverter)流入之電流之動作說明圖。
圖5表示上述第1實施形態之電動機之旋轉方向之檢測方法之一例之流程圖。
圖6表示圖5所示電動機之旋轉方向之檢測方法中之旋轉方向之判斷處理之一例之流程圖。
圖7表示上述第1實施形態之變形例之電力轉換裝置之一部分構成之方塊圖。
圖8表示上述第1實施形態之變形例之電力轉換裝置之一部分構成之方塊圖。
圖9表示上述第1實施形態之變形例之電力轉換裝置之一部分構成之方塊圖。
圖10表示上述第1實施形態之變形例之檢測原理說明用的，時序tA中被驅動之開關元件，及該時之電流之動作說明圖。
圖11表示上述第1實施形態之變形例之檢測原理說明用的，時序tB中被驅動之開關元件，及該時之電流之動作說明圖。
圖12表示上述第1實施形態之電流檢測器之變形例之圖。
圖13表示上述第1實施形態之電流檢測器之另一變形例之圖。
圖14表示本發明第2實施形態之電力轉換裝置之概略構成之方塊圖。
圖15表示上述第2實施形態之變形例之檢測原理說明用的，時序tA中被驅動之開關元件，及該時之電流之動作 說明圖。
圖16表示上述第2實施形態之變形例之檢測原理說明用的，時序tB中被驅動之開關元件，及該時之電流之動作說明圖。
圖17表示上述第2實施形態之電動機之旋轉方向之檢測方法之一例之流程圖。
圖18表示上述第2實施形態之電動機之電力轉換裝置之變形例之一部分構成之方塊圖。
1‧‧‧交流電源
2‧‧‧電力轉換裝置
3‧‧‧交流電動機
4‧‧‧控制驅動部
21‧‧‧整流器
22‧‧‧平滑電容器
23‧‧‧逆變器
24‧‧‧上側臂
25‧‧‧下側臂
26‧‧‧電流檢測部(分流電阻)
27‧‧‧電壓檢測部
41‧‧‧電流取得部
42‧‧‧電壓比較部
43‧‧‧管理部
44‧‧‧控制部
45‧‧‧顯示操作部
46‧‧‧記憶部
Pc‧‧‧輸出信號
N‧‧‧負側
P‧‧‧正側
U‧‧‧U相
V‧‧‧V相
W‧‧‧W相

Claims (24)

  1. 一種交流電動機之旋轉方向檢測方法，係於電力轉換裝置中在該電力轉換裝置之輸出停止後，再度將三相交流電力供給至上述交流電動機時用來檢測該交流電動機之旋轉方向的檢測方法，該電力轉換裝置為具備：平滑電容器，用於使電源供給之電力平滑化；及逆變器，用於將來自上述平滑電容器之直流電力轉換為所要頻率之三相交流電力，而將該轉換後之所要頻率之交流電力供給至交流電動機者；為其特徵為：檢測由上述交流電動機之三相之交流感應電動勢之中所選出之至少二相分之交流電壓之互呈交叉之時序；依據該檢測出之時序，選擇性驅動構成上述逆變器之開關元件之一部分，藉由上述交流電動機之感應電動勢，僅於該逆變器與該交流電動機之間形成回流電流之流路；檢測出流入所形成流路之回流電流(reflux current)，之後，依據該檢測出之回流電流，而判斷該電力轉換裝置之輸出停止後之旋轉方向。
  2. 如申請專利範圍第1項之交流電動機之旋轉方向檢測方法，其中依據上述時序中所檢測出之回流電流之大小，而判斷該電力轉換裝置之輸出停止後之旋轉方向。
  3. 如申請專利範圍第2項之交流電動機之旋轉方向檢測方法，其中 於上述時序中驅動上述逆變器時，係選擇性驅動構成該逆變器之上側臂或下側臂之開關元件。
  4. 如申請專利範圍第3項之交流電動機之旋轉方向檢測方法，其中於上述時序中驅動上述逆變器時，更進一步，將構成該上側臂或下側臂之三相分之開關元件之中上述選擇之二相所對應之開關元件設為ON(導通)，將其他之一相之開關元件設為OFF(非導通)，而僅於該逆變器與該交流電動機之間形成回流電流之流路。
  5. 如申請專利範圍第3項之交流電動機之旋轉方向檢測方法，其中於上述時序中驅動上述逆變器時，更進一步，將構成該上側臂或下側臂之三相分之開關元件之中上述選擇之二相所對應之開關元件設為OFF，將其他之一相之開關元件設為ON，而僅於該逆變器與該交流電動機之間形成回流電流之流路。
  6. 如申請專利範圍第1項之交流電動機之旋轉方向檢測方法，其中上述回流電流之檢測，係藉由設於上述逆變器內之電阻進行。
  7. 如申請專利範圍第1項之交流電動機之旋轉方向檢測方法，其中作為進行上述回流電流之檢測用之電阻，係藉由設於上述逆變器內之分流電阻(shunt resistance)進行。
  8. 如申請專利範圍第1項之交流電動機之旋轉方向檢測方法，其中上述回流電流之大小之檢測，係於複數個上述時序中進行，而判斷該電力轉換裝置之輸出停止後之旋轉方向。
  9. 如申請專利範圍第1項之交流電動機之旋轉方向檢測方法，其中藉由上述時序中檢測出之回流電流之方向，而判斷該電力轉換裝置之輸出停止後之旋轉方向。
  10. 如申請專利範圍第9項之交流電動機之旋轉方向檢測方法，其中於上述時序中驅動上述逆變器時，係驅動構成該逆變器之上側臂或下側臂之全部開關元件。
  11. 如申請專利範圍第9項之交流電動機之旋轉方向檢測方法，其中上述時序中檢測出之回流電流，係於上述交流電動機與上述逆變器之間之複數個電流流路進行。
  12. 如申請專利範圍第11項之交流電動機之旋轉方向檢測方法，其中將上述時序中於複數個電流流路所檢測出之回流電流之方向予以組合，藉由該組合來判斷該電力轉換裝置之輸出停止後之旋轉方向。
  13. 一種交流電動機之電力轉換裝置，係具備：平滑電容器，用於使來自電源之電力平滑化； 逆變器，用於將來自上述平滑電容器之直流電力轉換為所要頻率之三相交流電力；及控制驅動部，用於驅動控制構成上述逆變器之開關元件；而將該轉換後之所要頻率之交流電力供給至交流電動機者；更進一步具備：檢測手段，檢測由上述交流電動機之三相之交流感應電動勢之中所選出之至少二相分之交流電壓之互呈交叉之時序；上述控制驅動部，在該電力轉換裝置之輸出停止後，再度對上述交流電動機供給三相交流電力時，係依據該檢測出之時序，選擇性驅動構成上述逆變器之開關元件之一部分，藉由上述交流電動機之感應電動勢，僅於該逆變器與該交流電動機之間形成回流電流之流路；之後，依據該檢測出之回流電流，而判斷該電力轉換裝置之輸出停止後之旋轉方向。
  14. 如申請專利範圍第13項之交流電動機之電力轉換裝置，其中上述控制驅動部，係依據上述時序中所檢測出之回流電流之大小，而判斷該電力轉換裝置之輸出停止後之旋轉方向。
  15. 如申請專利範圍第14項之交流電動機之電力轉換裝置，其中上述控制驅動部，於上述時序中驅動上述逆變器時，係選擇性驅動構成該逆變器之上側臂或下側臂之開關元 件。
  16. 如申請專利範圍第15項之交流電動機之電力轉換裝置，其中上述控制驅動部，於上述時序中驅動上述逆變器時，更進一步，將構成該上側臂或下側臂之三相分之開關元件之中上述選擇之二相所對應之開關元件設為ON，將其他之一相之開關元件設為OFF，而僅於該逆變器與該交流電動機之間形成回流電流之流路。
  17. 如申請專利範圍第15項之交流電動機之電力轉換裝置，其中上述控制驅動部，於上述時序中驅動上述逆變器時，更進一步，將構成該上側臂或下側臂之三相分之開關元件之中上述選擇之二相所對應之開關元件設為OFF，將其他之一相之開關元件設為ON，而僅於該逆變器與該交流電動機之間形成回流電流之流路。
  18. 如申請專利範圍第13項之交流電動機之電力轉換裝置，其中將進行上述回流電流之檢測用的電阻，設於上述逆變器內。
  19. 如申請專利範圍第18項之交流電動機之電力轉換裝置，其中進行上述回流電流之檢測用之電阻，係設於上述逆變器內之分流電阻。
  20. 如申請專利範圍第13項之交流電動機之電力轉換 裝置，其中上述控制驅動部，針對上述回流電流之大小之檢測，係於複數個上述時序中進行，而判斷該電力轉換裝置之輸出停止後之旋轉方向。
  21. 如申請專利範圍第13項之交流電動機之電力轉換裝置，其中上述控制驅動部，係依據上述時序中檢測出之回流電流之方向，而判斷該電力轉換裝置之輸出停止後之旋轉方向。
  22. 如申請專利範圍第21項之交流電動機之電力轉換裝置，其中上述控制驅動部，於上述時序中驅動上述逆變器時，係驅動構成該逆變器之上側臂或下側臂之全部開關元件。
  23. 如申請專利範圍第22項之交流電動機之電力轉換裝置，其中更進一步，於上述交流電動機與上述逆變器之間之複數個電流流路，設置複數個交流電流檢測器，上述控制驅動部，係依據上述時序中該檢測器所檢測出之回流電流之方向，來判斷該電力轉換裝置之輸出停止後之旋轉方向。
  24. 如申請專利範圍第23項之交流電動機之電力轉換裝置，其中上述控制驅動部，係依據上述時序中複數個電流流路所檢測出之回流電流之方向之組合，來判斷該電力轉換裝置之輸出停止後之旋轉方向。
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