WO2019021479A1

WO2019021479A1 - インバータ装置およびインバータ装置の異常検出方法

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Publication number: WO2019021479A1
Application number: PCT/JP2017/027542
Authority: WO
Inventors: 将大楠本
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2017-07-28
Filing date: 2017-07-28
Publication date: 2019-01-31
Also published as: JPWO2019021479A1; CN109601022A; JP6279192B1; CN109601022B; DE112017000303T5

Abstract

インバータ装置（１００）は、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部（１１）と、コンバータ部が出力する直流電圧を平滑化する平滑コンデンサ（１２）と、平滑コンデンサにより平滑化された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ部（１３）と、正温度特性を有するまたは劣化により抵抗値が上昇する特性を有する制限抵抗（１４）と、接点信号により開放または短絡が制御される接点要素（１５）とが並列に接続された並列回路であって、コンバータ部と平滑コンデンサとの間に接続される充電回路（２０）と、平滑コンデンサの両端電圧を検出して電圧検出信号として出力する電圧検出部（１６）と、電圧検出信号に基づいて、接点要素が開放から短絡となるように接点信号を切り替えた時刻を含んだ定められた期間における両端電圧の電圧差が基準値より大きい場合に、制限抵抗の抵抗値が異常であると判定する検出部（１７）と、を備える。

Description

インバータ装置およびインバータ装置の異常検出方法

　本発明は、制限抵抗を用いた充電回路を備えたインバータ装置およびインバータ装置の異常検出方法に関する。

　一般のインバータ装置は、直流中間部に平滑コンデンサを備えている。このようなインバータ装置は、起動時に、交流電源から印加される交流電圧をコンバータ部により整流して平滑コンデンサを充電する。しかし、電源投入直後の初期充電時においては、平滑コンデンサに電荷が充電されていないので大きな突入電流が流れてしまう。この初期充電時の突入電流を抑制するために、制限抵抗となる抵抗器とこの抵抗器の両端を短絡するリレー等の接点要素とからなる充電回路がインバータ装置に設けられている。

　この充電回路の異常を検出する技術が、以下の特許文献１に開示されている。特許文献１には、平滑コンデンサの両端電圧を、平滑コンデンサの耐圧保護などを目的として一般に設けられている既設の電圧検出器を用いて検出し、検出した電圧検出信号に基づく電圧検出値の傾きから接点要素の短絡故障あるいは開放故障を検出して故障であることを表示することが記載されている。

特開２０１２－１２０３７６号公報

　特許文献１では、接点信号がオン状態を示す値になってから、定めた期間における平滑コンデンサの両端電圧の電圧上昇の傾きが基準値以上である場合は接点要素が開放故障しておらず正常であると判断する。しかしながら、特許文献１に記載された技術では、制限抵抗の劣化等による充電回路の異常を検出できないという問題点があった。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、制限抵抗の抵抗値の変化を利用して充電回路の異常を簡易な構成で検出することができるインバータ装置を得ることを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、コンバータ部が出力する直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、平滑コンデンサにより平滑化された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ部と、正温度特性を有するまたは劣化により抵抗値が上昇する特性を有する制限抵抗と、接点信号により開放または短絡が制御される接点要素とが並列に接続された並列回路であって、コンバータ部と平滑コンデンサとの間に接続される充電回路と、平滑コンデンサの両端電圧を検出して電圧検出信号として出力する電圧検出部と、を備える。本発明は、電圧検出信号に基づいて、接点要素が開放から短絡となるように接点信号を切り替えた時刻を含んだ定められた期間における両端電圧の電圧差が基準値より大きい場合に、制限抵抗の抵抗値が異常であると判定する検出部をさらに備えることを特徴とする。

　本発明にかかるインバータ装置は、制限抵抗の抵抗値の変化を利用して充電回路の異常を簡易な構成で検出することができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかるインバータ装置の概略構成図実施の形態１にかかるインバータ装置の初期充電動作のフローチャート実施の形態１にかかる充電回路が正常である場合のインバータ装置の初期充電動作のタイムチャート実施の形態１にかかるサーミスタが異常となった場合のインバータ装置の初期充電動作のタイムチャート本発明の実施の形態２にかかるインバータ装置の接点要素が開放故障している場合のフローチャート実施の形態２にかかるインバータ装置の接点要素が開放故障している場合のタイムチャート実施の形態１および２にかかるマイクロコンピュータの構成を示すブロック図

　以下に、本発明の実施の形態にかかるインバータ装置およびインバータ装置の異常検出方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１にかかるインバータ装置１００の概略構成図である。図１において、商用の交流電源１が遮断器２を介してインバータ装置１００に接続されており、インバータ装置１００は電動機３を駆動する。遮断器２が開路している状態では、交流電源１からの交流電圧はインバータ装置１００に供給されないが、図示していない信号線からの信号の入力により遮断器２が閉路されると、交流電源１からの交流電圧はインバータ装置１００に供給される。

　インバータ装置１００は、交流電源１から与えられた交流電圧を全波整流して直流電圧に変換するコンバータ部１１と、直流母線２１間に接続されてコンバータ部１１が出力する直流電圧を平滑化する平滑コンデンサ１２と、直流母線２１間に接続されて平滑コンデンサ１２により平滑化された直流電圧を目標とする周波数および電圧の交流電圧に変換するインバータ部１３と、を備える。すなわち、インバータ部１３は、平滑コンデンサ１２の両端の平滑化された直流電圧を交流電圧に変換する。直流母線２１は、インバータ部１３に直流電圧を供給する電源線である。ここで、インバータ部１３は、ＩＧＢＴ（Insulated　Gate　Bipolar　Transistor）といった半導体スイッチング素子と還流用ダイオードとから構成される。平滑コンデンサ１２の具体例は、電解コンデンサである。

　さらに、インバータ装置１００は、コンバータ部１１と平滑コンデンサ１２との間に接続されていて、平滑コンデンサ１２を初期充電する充電回路２０を備える。充電回路２０は、制限抵抗であるサーミスタ１４と、接点要素１５とが並列に接続された並列回路である。サーミスタ１４は、正温度特性を有する。正温度特性とは、温度が上昇すると抵抗値が増加する特性である。サーミスタ１４は、コンバータ部１１と平滑コンデンサ１２との間に接続されて、平滑コンデンサ１２への初期充電電流を制限する電流制限素子である。接点要素１５は、開放または短絡の状態をとり得ることが可能なリレー等で実現される素子である。接点要素１５は、サーミスタ１４に並列に接続されていて、サーミスタ１４の両端を短絡することができる。サーミスタ１４は、インピーダンス成分を有して突入電流を制限することができる制限抵抗であり、かつ正温度特性を有しているのであれば限定されない。また、サーミスタ１４は、全体として正温度特性を有していれば、一つの制限抵抗、並列接続された複数の制限抵抗、直列接続された複数の制限抵抗、または並列接続と直列接続とが組み合わされた複数の制限抵抗のいずれであってもかまわない。

　さらに、インバータ装置１００は、平滑コンデンサ１２の両端の直流電圧を検出する電圧検出部１６と、異常検出信号を出力する検出部である充電回路異常検出部１７と、インバータ部１３にＰＷＭ（Pulse　Width　Modulation）信号を出力するインバータ制御部１８と、異常表示を行う表示部１９と、を備える。

　電圧検出部１６は、平滑コンデンサ１２の両端電圧である直流電圧を検出して、検出した両端電圧を電圧検出信号として充電回路異常検出部１７およびインバータ制御部１８に出力する。なお、電圧検出部１６は、平滑コンデンサ１２の耐圧保護などを目的としてインバータ装置１００に一般的に設けられている。

　充電回路異常検出部１７は、充電回路２０の異常を検出すると共に、接点信号であるリレー信号を接点要素１５に送信して接点要素１５の開放または短絡を制御することができる。接点信号は、オフ状態を示す値またはオン状態を示す値のいずれかの値をとる。以下では、接点信号がオン状態を示す値であるときを接点信号がオン状態であるとし、接点信号がオフ状態を示す値のときを接点信号がオフ状態であるとする。接点信号がオン状態であるときには接点要素１５は短絡するように制御され、接点信号がオフ状態であるときには接点要素１５は開放するように制御される。インバータ装置１００への電源投入時において、充電回路異常検出部１７は、電圧検出部１６からの電圧検出信号に基づいて、接点信号をオフ状態からオン状態に切り替える直前の平滑コンデンサ１２の両端電圧と接点信号をオン状態にした直後の平滑コンデンサ１２の両端電圧との電圧差を算出する。充電回路異常検出部１７は、算出した上記電圧差からサーミスタ１４の抵抗値が変化して異常な値になったことを検出することができる。これにより、充電回路異常検出部１７は、サーミスタ１４の温度異常を判定する。さらに、充電回路異常検出部１７は、電圧検出部１６から与えられた電圧検出信号の変動に基づいて、接点要素１５の開放故障を検出することができる。充電回路異常検出部１７は、サーミスタ１４の抵抗値の異常を判定した際および接点要素１５の開放故障を検出した際に、インバータ制御部１８および表示部１９に異常検出信号を出力する。

　インバータ制御部１８は、図示していない周波数設定器からの周波数指令値に基づいて電圧指令信号を算出し、電圧指令信号とキャリア周波数信号とを比較する演算を実行することにより制御信号であるＰＷＭ信号を生成してインバータ部１３に出力する。ＰＷＭ信号は、インバータ部１３を構成する各半導体スイッチング素子のオン状態またはオフ状態の制御をするための信号である。

　表示部１９は、充電回路異常検出部１７が異常を検出した際に出力する異常検出信号に基づいて、異常表示を行う。

　図２は、実施の形態１にかかるインバータ装置１００の初期充電動作のフローチャートである。図２は、平滑コンデンサ１２の充電が完了する前に接点信号がオン状態に変化する初期充電動作を説明している。図３は、実施の形態１にかかる充電回路２０が正常である場合のインバータ装置１００の初期充電動作のタイムチャートである。充電回路２０が正常である場合とは、サーミスタ１４および接点要素１５が共に正常である場合である。以下では、図２および図３を用いて、充電回路２０が正常である場合の初期充電動作を説明する。

（充電回路２０が正常である場合の初期充電動作）
　インバータ装置１００を起動する際は、まず、時刻ｔ０において図示していない信号線から信号が入力されて遮断器２が閉路されると、コンバータ部１１に交流電源１からの交流電圧が供給される（ステップＳ１１）。供給された交流電圧がコンバータ部１１により整流されて、平滑コンデンサ１２の初期充電が開始される。このとき接点要素１５は開放されているので、平滑コンデンサ１２にはサーミスタ１４を介して抑制された充電電流が流れる。そして、平滑コンデンサ１２の両端電圧を示す電圧検出信号は、サーミスタ１４の抵抗および平滑コンデンサ１２の容量によって決定される時定数に従って上昇する。

　そして、時刻ｔ１において電圧検出信号が予め定めた電圧Ｖ１に達する（ステップＳ１２）。電圧Ｖ１は、交流電源１の交流電圧の値などに基づいて決定しておく。その後、接点要素１５への接点信号をオフ状態からオン状態に充電回路異常検出部１７が切り替える直前の時刻ｔ２における平滑コンデンサ１２の両端電圧である電圧Ｖ２を電圧検出部１６が検出して（ステップＳ１３）、電圧検出信号として出力する。電圧Ｖ２を示す電圧検出信号が入力された充電回路異常検出部１７は、電圧Ｖ２を記憶する。時刻ｔ２は時刻ｔ３の直前の時刻であり、時刻ｔ３は接点信号がオフ状態からオン状態に切り替えられる時刻である。そして、時刻ｔ３は時刻ｔ１から予め定めた時間Ｔ１を経た時刻である。さらに、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間は予め定めておく。そして、充電回路異常検出部１７は時刻ｔ３に接点信号をオフ状態からオン状態に切り替える（ステップＳ１４）。接点信号がオン状態になると接点要素１５が短絡されて充電電流が増大して平滑コンデンサ１２の両端電圧は電圧Ｖ３に増加する。

　その後、接点要素１５への接点信号をオフ状態からオン状態に充電回路異常検出部１７が切り替えた直後の時刻ｔ４における平滑コンデンサ１２の両端電圧である電圧Ｖ３を電圧検出部１６が検出して（ステップＳ１５）、電圧検出信号として出力する。電圧Ｖ３を示す電圧検出信号が入力された充電回路異常検出部１７は、電圧Ｖ３を記憶する。時刻ｔ４は、時刻ｔ３の直後の時刻であり、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの時間は予め定めておく。したがって、時刻ｔ２から時刻ｔ４までは予め定められた期間となる。

　充電回路異常検出部１７は、時刻ｔ２と時刻ｔ４との間の平滑コンデンサ１２の両端電圧の電圧差であるＶ３－Ｖ２を算出して、当該電圧差が予め設定した基準値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。充電回路異常検出部１７は、電圧差が基準値以下であると判定した場合（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、サーミスタ１４は正常であると判断して異常検出信号を出力しない。したがって、インバータ制御部１８は、異常検出信号を受信していないので、運転信号が入力されるとＰＷＭ信号を出力する（ステップＳ１７）。

　図４は、実施の形態１にかかるサーミスタ１４が異常となった場合のインバータ装置１００の初期充電動作のタイムチャートである。サーミスタ１４が異常になるとは、具体的には、ステップＳ１１における交流電源１の投入による電流加熱もしくは周囲の環境の影響により、正温度特性を有しているサーミスタ１４の温度が上昇して、抵抗値が想定している値より増加して異常値となる場合である。以下では、図２および図４を用いて、サーミスタ１４が異常となった場合の初期充電動作を説明する。

（サーミスタ１４が異常となった場合の初期充電動作）
　ステップＳ１１により平滑コンデンサ１２の初期充電が開始されるとき、サーミスタ１４の抵抗値が上記原因により想定している値より増加していると、サーミスタ１４の抵抗および平滑コンデンサ１２の容量によって決定される時定数はサーミスタ１４が正常である場合より過大になる。その結果、図４に示すように平滑コンデンサ１２の電圧上昇はサーミスタ１４が正常である図３の場合と比較して緩やかになる。

　そして、時刻ｔ１１において平滑コンデンサ１２の両端電圧が予め定めた電圧Ｖ１に達する（ステップＳ１２）。その後、接点要素１５への接点信号をオフ状態からオン状態に充電回路異常検出部１７が切り替える直前の時刻ｔ２１における平滑コンデンサ１２の両端電圧である電圧Ｖ２１を電圧検出部１６が検出して（ステップＳ１３）、電圧検出信号として出力する。電圧Ｖ２１を示す電圧検出信号が入力された充電回路異常検出部１７は、電圧Ｖ２１を記憶する。時刻ｔ２１は時刻ｔ３１の直前の時刻であり、時刻ｔ３１は接点信号がオフ状態からオン状態に切り替えられる時刻である。そして、時刻ｔ３１は時刻ｔ１１から予め定めた時間Ｔ１を経た時刻である。さらに、時刻ｔ２１から時刻ｔ３１までの時間は図３の時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間と同じである。そして、充電回路異常検出部１７は時刻ｔ３１に接点信号をオフ状態からオン状態に切り替える（ステップＳ１４）。接点信号がオン状態になると接点要素１５が短絡されて充電電流が増大して平滑コンデンサ１２の両端電圧は電圧Ｖ３に増加する。

　その後、接点要素１５への接点信号をオフ状態からオン状態に充電回路異常検出部１７が切り替えた直後の時刻ｔ４１における平滑コンデンサ１２の両端電圧である電圧Ｖ３を電圧検出部１６が検出して（ステップＳ１５）、電圧検出信号として出力する。電圧Ｖ３を示す電圧検出信号が入力された充電回路異常検出部１７は、電圧Ｖ３を記憶する。時刻ｔ４１は、時刻ｔ３１の直後の時刻であり、時刻ｔ３１から時刻ｔ４１までの時間は図３の時刻ｔ３から時刻ｔ４までの時間と同じ時間である。したがって、時刻ｔ２１から時刻ｔ４１までの期間も図３の時刻ｔ２から時刻ｔ４までの期間と同じ時間である。

　上述したように図４の時刻ｔ１１からの平滑コンデンサ１２の両端電圧の上昇は、図３の時刻ｔ１からの平滑コンデンサ１２の両端電圧の上昇に比べて緩やかになっているため、電圧Ｖ２１は、サーミスタ１４が正常である場合の図３の電圧Ｖ２と比較して小さくなる。また、電圧Ｖ３は、接点要素１５が短絡状態となった場合の平滑コンデンサ１２の両端電圧であるため、サーミスタ１４が正常である場合から変化しない。したがって、時刻ｔ２１から時刻ｔ４１までの期間における平滑コンデンサ１２の両端電圧の電圧差Ｖ３－Ｖ２１は、図３の時刻ｔ２から時刻ｔ４までの期間における平滑コンデンサ１２の両端電圧の電圧差Ｖ３－Ｖ２に比べて大きな値となる。したがって、充電回路異常検出部１７は、電圧差Ｖ３－Ｖ２１を算出して、当該電圧差が基準値以下であるか否かを判定して（ステップＳ１６）、基準値より大きいと判定した場合（ステップＳ１６：Ｎｏ）、サーミスタ１４の抵抗値が異常であると判定して異常検出信号を出力する（ステップＳ１８）。その結果、異常検出信号を受信したインバータ制御部１８は、運転信号が入力されてもＰＷＭ信号をインバータ部１３へ出力しない。また、異常検出信号を受信した表示部１９は、サーミスタ１４の抵抗値に異常が発生したことを表示することができる。

　このように、充電回路２０の制限抵抗として正温度特性を有するサーミスタ１４を用いた場合には、電流加熱または周囲温度の高温化といった周囲環境の異常により、サーミスタ１４の抵抗値が大きい値の異常値になる。その結果、電圧差Ｖ３－Ｖ２１があらかじめ設定した基準値より大きくなるので、サーミスタ１４の温度または周囲温度の異常を判定することができる。

　交流電源１の環境に依存して入力電源電圧に変化が生じた場合に、電圧Ｖ３の値の変化または電源投入後の平滑コンデンサ１２の両端電圧の立ち上り挙動の変化が発生したとしても、サーミスタ１４の抵抗値に異常がある場合は、接点信号をオフ状態からオン状態に切り替える前後の平滑コンデンサ１２の両端電圧の電圧差が基準値より大きくなる。したがって、この電圧差からサーミスタ１４の抵抗値の異常を判定することで、入力電源電圧によらずサーミスタ１４の異常を検出することができる。

　また、上記では、充電回路２０の制限抵抗に正温度特性を有するサーミスタ１４を用いることにより、交流電源１の投入または周囲温度の上昇を原因とするサーミスタ１４の温度上昇による抵抗値の上昇を診断するとして説明したが、実施の形態１にかかるインバータ装置１００によれば、充電回路２０の制限抵抗の抵抗値自体の異常を診断することもできる。

　制限抵抗として通常の抵抗器を用いた場合、抵抗器の劣化により抵抗値が上昇することがある。すなわち、充電回路２０の制限抵抗として、劣化により抵抗値が上昇する特性を有する抵抗器が用いられる場合がある。この場合にも、制限抵抗の抵抗値が大きくなる結果、接点信号をオフ状態からオン状態に切り替える前後の平滑コンデンサ１２の両端電圧の電圧差が基準値より大きくなり、制限抵抗の抵抗値の異常を診断することができる。

　また、電圧検出部１６が出力する電圧検出信号を適当な時間間隔で測定することにより、平滑コンデンサ１２の両端電圧が飽和したことを判定した後に接点信号をオン状態に切り替える回路がインバータ装置１００に付与されることがある。このようなインバータ装置１００においても、通常備えられている制御回路および表示部１９等に電源を供給する電源回路への入力電流と、正温度特性を有するサーミスタ１４の温度上昇により過大な値になった抵抗値とから定まる電圧差が、接点要素１５への接点信号をオフ状態からオン状態に切り替える前後の電圧差として現れるため、同様に抵抗値の異常を検出することができる。

　以上説明したように、実施の形態１にかかるインバータ装置１００によれば、平滑コンデンサ１２の耐圧保護などを目的として通常設けられている電圧検出部１６を用いることにより、制限抵抗の抵抗値の変化を利用して充電回路２０の異常を簡易な構成で検出することができる。したがって、コストの増加および装置の大型化を抑制することができる。

実施の形態２．
　実施の形態２にかかるインバータ装置１００の構成は、図１に示されたものと同じである。図５は、本発明の実施の形態２にかかるインバータ装置１００の接点要素１５が開放故障している場合のフローチャートである。図６は、実施の形態２にかかるインバータ装置１００の接点要素１５が開放故障している場合のタイムチャートである。以下では、図５および図６を用いて、接点要素１５が開放故障している場合のインバータ装置１００の動作を説明する。

（接点要素１５が開放故障している場合のインバータ装置１００の動作）
　インバータ装置１００を起動する際は、まず、時刻ｔ０において遮断器２が閉路されると、コンバータ部１１に交流電圧が供給される（ステップＳ２１）。供給された交流電圧がコンバータ部１１により整流されて、平滑コンデンサ１２の初期充電が開始される。このとき接点要素１５は開放されているので、平滑コンデンサ１２にはサーミスタ１４を介して抑制された充電電流が流れる。そして、平滑コンデンサ１２の両端電圧を示す電圧検出信号は、サーミスタ１４の抵抗および平滑コンデンサ１２の容量によって決定される時定数に従って上昇する。

　そして、時刻ｔ１２において電圧検出信号が予め定めた電圧Ｖ１に達する（ステップＳ２２）。さらに、時刻ｔ１２から予め定めた時間Ｔ１を経た時刻ｔ３２において、充電回路異常検出部１７は接点信号をオフ状態からオン状態に切り替える（ステップＳ２３）。ここで何らかの原因によって接点要素１５が開放故障している場合は、オン状態の接点信号を受け取っても接点要素１５は開放状態のままである。その後、運転信号が入力されてインバータ制御部１８がＰＷＭ信号を出力すると電動機３に流れる電流がサーミスタ１４を流れ続けることになるので、正温度特性を有するサーミスタ１４の温度が上昇する。

　サーミスタ１４の温度が上昇して抵抗値が増加すると、コンバータ部１１の出力から平滑コンデンサ１２に電流が流れなくなり、電圧検出信号が示す平滑コンデンサ１２の両端電圧が次第に低下する（ステップＳ２４）。電圧検出信号が示す平滑コンデンサ１２の両端電圧が低下して、図６に示す予め定めた第一閾値である電圧Ｖ３２以下になると、インバータ制御部１８は、ＰＷＭ信号を遮断し（ステップＳ２５）、表示部１９にアラームを出力する。表示部１９はＰＷＭ信号が遮断されたことをアラーム表示することができる。ＰＷＭ信号が遮断されたことにより電動機３に電流が流れなくなり、その結果、電動機３を駆動するためにサーミスタ１４を流れる電流は遮断され電流量が低下する。

　サーミスタ１４を流れる電流量が低下すると、サーミスタ１４の熱が外気に放熱されることにより温度が下がってサーミスタ１４の抵抗値が望ましい値に低下し始めることで、平滑コンデンサ１２への電流が増加して、電圧検出信号が示す平滑コンデンサ１２の両端電圧が次第に上昇する（ステップＳ２６）。電圧検出信号が示す平滑コンデンサ１２の両端電圧が上昇して、図６に示す第一閾値より高い電圧値として予め定めた第二閾値である電圧Ｖ３３以上になると、インバータ制御部１８は、再びＰＷＭ信号を出力し（ステップＳ２７）、アラームの出力を停止して表示部１９にアラーム表示をさせない。ステップＳ２５のＰＷＭ信号の遮断およびステップＳ２７のＰＷＭ信号の出力は、以下で説明するように、接点要素１５に開放故障が発生していると充電回路異常検出部１７が判断するまで繰り返されることになる。

　充電回路異常検出部１７は、電圧検出信号に基づいて、ＰＷＭ信号の遮断およびＰＷＭ信号の出力の繰り返し動作が予め定めた規定時間内に予め定めた規定回数以上であるか否かを判定する（ステップＳ２８）。具体的には、電圧検出部１６から与えられた電圧検出信号に基づいて、平滑コンデンサ１２の両端電圧が電圧Ｖ３２以下になってから電圧Ｖ３３以上になる回数が規定時間内に規定回数以上となるかに基づいて、充電回路異常検出部１７は、ステップＳ２８の判定を実行する。充電回路異常検出部１７が、ＰＷＭ信号の出力が開始されてから規定時間経ていないと判定した場合、またはＰＷＭ信号の遮断およびＰＷＭ信号の出力の繰り返し動作の回数が規定時間内に規定回数未満であると判定した場合（ステップＳ２８：Ｎｏ）、ステップＳ２４に戻る。ＰＷＭ信号の遮断およびＰＷＭ信号の出力の繰り返し動作の回数が規定時間内に規定回数以上であると判定した場合（ステップＳ２８：Ｙｅｓ）、充電回路異常検出部１７は接点要素１５に開放故障が発生している異常であると判定して異常検出信号を出力する（ステップＳ２９）。その結果、異常検出信号を受信したインバータ制御部１８は、運転信号が入力されていてもＰＷＭ信号をインバータ部１３へ出力しない。また、異常検出信号を受信した表示部１９は、接点要素１５に開放故障が発生していることを表示することができる。このように、実施の形態２にかかるインバータ装置１００によれば、制限抵抗の抵抗値の変化を利用して、平滑コンデンサ１２の充電完了後に接点要素１５の開放故障を検出することができる。したがって、簡易な構成で充電回路２０の異常を検出できる。

　接点要素に開放故障が発生していることを判断する方法として、特許文献１において、電源投入直後の初期充電時の電解コンデンサの両端電圧の挙動から、接点要素に開放故障が発生していると判断する方法が示されている。しかし、電源投入直後の初期充電時に接点要素の故障を判断しているため、充電完了後に接点要素の開放故障が発生すると開放故障を検出することができず、ＰＷＭ信号の出力を続けてしまうという問題点があった。これに対して、実施の形態２にかかるインバータ装置１００は、充電完了後の検出が可能なので、充電完了後に接点要素１５の開放故障が発生した場合でも、接点要素１５の開放故障を検出してＰＷＭ信号の遮断を行うことができる。

　また、接点要素に開放故障が発生していることを判断する他の方法として、制限抵抗であるサーミスタの周辺に温度検出用の素子を実装して判断する方法がある。具体的には、接点要素に開放故障が発生している場合に、電動機に流れる電流がサーミスタに流れ続けることによるサーミスタの発熱を温度検出用の素子を用いて検出する。すなわち、検出された温度が予め定めた温度以上となった場合に、接点要素に開放故障が発生していると判断する。しかしながら、上記方法によれば、温度検出用の素子および温度検出用の回路を追加する必要が有ることから、コストアップおよび実装面積が大きくなるといった問題が生ずる。これに対して、実施の形態２にかかるインバータ装置１００は、上記のような温度検出用の素子の追加をすることなく、通常備えられている電圧検出部１６を用いた簡易な構成で実現することができる。

　なお、上記実施の形態２においては、充電回路異常検出部１７による接点要素１５の開放故障の検出に必要な動作のみを説明した。しかし、実施の形態１で説明したサーミスタ１４の抵抗値の異常の判定のための動作と開放故障の検出の動作とを併用してもかまわない。その場合は、図２のステップＳ１７の後に図５のステップＳ２４に進むことになる。すなわち、充電回路異常検出部１７がサーミスタ１４は正常であると判断した場合に、接点要素１５の開放故障の有無を検出することになる。また両動作を併用する場合は、図２のステップＳ１８において充電回路異常検出部１７がサーミスタ１４の抵抗値が異常であると判定して出力する異常検出信号と、図５のステップＳ２９において充電回路異常検出部１７が接点要素１５に開放故障が発生していると判定して出力する異常検出信号とは信号の内容または種類などを変えて異常の内容が区別できるようにしておく。

　実施の形態１および２にかかる充電回路異常検出部１７およびインバータ制御部１８は、具体的にはマイクロコンピュータなどにより実現される。図７は、実施の形態１および２にかかるマイクロコンピュータ２００の構成を示すブロック図である。充電回路異常検出部１７およびインバータ制御部１８の機能は、図７に示すような構成のマイクロコンピュータ２００で実現される。マイクロコンピュータ２００は、演算および制御を実行するＣＰＵ（Central　Processing　Unit）２０１と、ＣＰＵ２０１がワークエリアに用いるＲＡＭ（Random　Access　Memory）２０２と、プログラムおよびデータを記憶するＲＯＭ（Read　Only　Memory）２０３と、外部と信号をやりとりするハードウェアであるＩ／Ｏ（Input／Output）２０４と、クロックを生成する発振子を含む周辺装置２０５と、を備える。上記説明した充電回路異常検出部１７が実行する異常検出方法およびインバータ制御部１８が実行するインバータ制御方法は、ＲＯＭ２０３に記憶されるプログラムをＣＰＵ２０１が実行することにより実現される。なお、充電回路異常検出部１７は、マイクロコンピュータ２００ではなく、専用回路によって実現されてもかまわない。

　以上説明したように、インバータ装置１００によれば、平滑コンデンサ１２の初期充電動作時において、接点要素１５への接点信号をオフ状態からオン状態に変化させる前後の電圧を電圧検出部１６に検出させて両者の電圧差を求め、当該電圧差からサーミスタ１４の抵抗値の異常を検出することが可能となる。さらに、インバータ装置１００においてＰＷＭ信号を出力している時に、ＰＷＭ信号の遮断および出力の繰り返し動作を監視することにより、接点要素１５の開放故障を検出することが可能となる。これにより、充電回路２０の故障により引き起こされる二次故障を防止することができる。

　制限抵抗の抵抗値の変化に伴う電解コンデンサの両端電圧の充電の時定数の変化を検出する手法としては、電解コンデンサの両端電圧を測定する電圧検出部および突入電流を測定するための電流検出部を設けて、検出した電圧および電流から時定数の変化を演算により求める方法が考えられる。制御または電解コンデンサの過電圧保護のために上記電圧検出部は、インバータ装置に通常備えられているのに対して、上記電流検出部を設けるには回路を追加する必要がある。さらに、上記電流検出部は、インバータ装置の通常運転時に電動機に電流を流す主回路部に設ける必要があるため、電流検出部が備える電流検出素子が大型化して、コストアップおよび実装面積が大きくなるといった問題点がある。これに対して、実施の形態１および２にかかるインバータ装置１００は、上記電流検出部が不要で、通常備えられている電圧検出部を用いた簡易な構成で実現することができる。

　また、電解コンデンサの両端電圧が予め定めた電圧に到達すれば充電回路の制限抵抗は正常であると判断することも考えられる。しかしながら、インバータ装置への入力電圧範囲の変動は±２０％程度と広く許容されているため、両端電圧を予め定めた電圧で判断する方法は、正常か異常かを誤判定してしまうという問題点があった。しかし、実施の形態１にかかるインバータ装置１００においては、電源投入後、接点信号をオフ状態からオン状態に切り替える直前と直後の平滑コンデンサ１２の両端電圧の電圧差に基づいて、充電回路の制限抵抗が正常であるか否かを判断するので、入力電圧に拘わらず充電回路の状態を判断することができる。

　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

　１　交流電源、２　遮断器、３　電動機、１１　コンバータ部、１２　平滑コンデンサ、１３　インバータ部、１４　サーミスタ、１５　接点要素、１６　電圧検出部、１７　充電回路異常検出部、１８　インバータ制御部、１９　表示部、２０　充電回路、２１　直流母線、１００　インバータ装置、２００　マイクロコンピュータ、２０１　ＣＰＵ、２０２　ＲＡＭ、２０３　ＲＯＭ、２０４　Ｉ／Ｏ、２０５　周辺装置。

Claims

　交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、
　前記コンバータ部が出力する直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
　前記平滑コンデンサにより平滑化された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ部と、
　正温度特性を有するまたは劣化により抵抗値が上昇する特性を有する制限抵抗と、接点信号により開放または短絡が制御される接点要素とが並列に接続された並列回路であって、前記コンバータ部と前記平滑コンデンサとの間に接続される充電回路と、
　前記平滑コンデンサの両端電圧を検出して電圧検出信号として出力する電圧検出部と、
　前記電圧検出信号に基づいて、前記接点要素が開放から短絡となるように前記接点信号を切り替えた時刻を含んだ定められた期間における前記両端電圧の電圧差が基準値より大きい場合に、前記制限抵抗の抵抗値が異常であると判定する検出部と、
　を備える
　ことを特徴とするインバータ装置。
　交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、
　前記コンバータ部が出力する直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
　前記平滑コンデンサにより平滑化された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ部と、
　正温度特性を有する制限抵抗と、接点信号により開放または短絡が制御される接点要素とが並列に接続された並列回路であって、前記コンバータ部と前記平滑コンデンサとの間に接続される充電回路と、
　前記平滑コンデンサの両端電圧を検出して電圧検出信号として出力する電圧検出部と、
　前記電圧検出信号に基づいて、前記両端電圧が第一閾値以下になってから前記第一閾値より高い電圧値である第二閾値以上になる回数が規定時間内に規定回数以上になった場合に、前記接点要素に開放故障が発生している異常であると判定する検出部と、
　を備える
　ことを特徴とするインバータ装置。
　前記インバータ部を制御する制御信号を生成するインバータ制御部を備え、
　前記検出部が異常であると判定した場合は、前記インバータ制御部は前記制御信号を前記インバータ部へ出力しない
　ことを特徴とする請求項１または２に記載のインバータ装置。
　交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、前記コンバータ部が出力する直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサにより平滑化された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ部と、正温度特性を有するまたは劣化により抵抗値が上昇する特性を有する制限抵抗と、接点信号により開放または短絡が制御される接点要素とが並列に接続された並列回路であって、前記コンバータ部と前記平滑コンデンサとの間に接続される充電回路と、前記平滑コンデンサの両端電圧を検出して電圧検出信号として出力する電圧検出部と、を備えたインバータ装置において、
　前記電圧検出信号に基づいて、前記接点要素が開放から短絡となるように前記接点信号を切り替えた時刻を含んだ定められた期間における前記両端電圧の電圧差が基準値以下であるか否かを判定するステップと、
　前記電圧差が前記基準値より大きい場合に、前記制限抵抗の抵抗値が異常であると判定するステップと、
　を備える
　ことを特徴とするインバータ装置の異常検出方法。
　交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、前記コンバータ部が出力する直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサにより平滑化された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ部と、正温度特性を有する制限抵抗と、接点信号により開放または短絡が制御される接点要素とが並列に接続された並列回路であって、前記コンバータ部と前記平滑コンデンサとの間に接続される充電回路と、前記平滑コンデンサの両端電圧を検出して電圧検出信号として出力する電圧検出部と、を備えたインバータ装置において、
　前記両端電圧が第一閾値以下になってから前記第一閾値より高い電圧値である第二閾値以上になる回数が規定時間内に規定回数以上であるか否かを判定するステップと、
　前記回数が前記規定時間内に前記規定回数以上になった場合に、前記接点要素に開放故障が発生している異常であると判定するステップと、
　を備える
　ことを特徴とするインバータ装置の異常検出方法。
　前記インバータ装置は、前記インバータ部を制御する制御信号を生成するインバータ制御部を備え、前記異常であると判定した場合は、前記インバータ制御部に前記制御信号を前記インバータ部へ出力させない
　ことを特徴とする請求項４または５に記載のインバータ装置の異常検出方法。