(57)【要約】【課題】出力電圧が周波数依存性を持つ電力変換装置であっても、より広い周波数領域で欠相異常検出を行う。【解決手段】多重接続された複数の単相セルインバータ１０ａ，…を備える相ユニットインバータ１０ａ，…が各相毎に備えられたインバータユニット１と、前記インバータユニットの出力電圧が周波数の依存性を有するように制御するインバータ制御装置３と、前記複数の相ユニットインバータの出力側に、各相電圧の瞬時電圧を検出する変圧器４とを備え、前記インバータ制御装置は、前記各相電圧を前記周波数で換算した各換算相電圧が許容範囲内であるか否かを検出する異常検出装置を備えている。【選択図】図１
2010068677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多重接続された複数の単相セルインバータを備える相ユニットインバータが各相毎に備えられたインバータユニットと、
前記インバータユニットの出力電圧と周波数とが所定の関係を維持するように制御するインバータ制御装置と、
前記複数の相ユニットインバータの出力電圧を検出する複数の変圧器とを備え、
前記インバータ制御装置は、前記出力電圧を用いて演算した相間電圧の偏差が、前記周波数の関数として演算された許容電圧偏差の範囲内であるか否かを検出する異常検出装置を備えていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記異常検出装置は、
前記各相電圧の実効値を監視する電圧偏差監視回路と、
前記周波数の関数として許容電圧偏差を演算する偏差電圧計算回路と、
前記各相電圧の実効値から演算した相間電圧の偏差が前記許容電圧偏差を超えた状態が所定時間以上、継続したときに前記インバータユニットを停止させる異常検出回路とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記周波数は、前記インバータ制御装置が前記インバータユニットに送信するＰＷＭ制御信号を規定する周波数指令値であり、
前記各相間電圧の許容電圧偏差は、前記周波数指令値の関数として演算されることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記インバータユニットは、モータに接続され、
前記周波数は、前記モータの回転速度の目標値である周波数指令値であり、
前記各相間電圧の許容電圧偏差は、前記周波数指令値の関数として演算されることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記所定時間は、前記周波数指令値に応じて定められることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記所定時間は、相間電圧の偏差の何れかが前記許容電圧偏差を超えた超過電圧に応じて定められることを特徴とする請求項２乃至請求項４の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記インバータユニットは、モータに接続され、
前記周波数は、前記モータの回転速度に依存し、
前記各相間電圧の許容電圧偏差は、前記回転速度に対して演算されることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記所定時間は、前記モータの回転速度に応じて定められることを特徴とする請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記各相間電圧の許容電圧偏差は、前記インバータユニットの出力周波数の関数として演算されることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記所定時間は、相間電圧の偏差の何れかが前記許容電圧偏差を超えた超過電圧に応じて定められることを特徴とする請求項９に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
高周波数域では出力電圧に対する偏差の割合を小さく設定することで即応性を高め、低周波数域では出力電圧に対する偏差の割合を大きくすることで誤差検出を抑えることを特徴とする請求項９に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記相ユニットインバータは、２レべル、又は３レベルの前記単相セルインバータにて構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１３】
前記所定の関係は、前記出力電圧と前記周波数とが比例関係であることを特徴とする請求項１乃至請求項１２の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１４】
交流電源に接続された一次巻線と複数の絶縁された二次巻線とを備える多出力変圧器と、
入力側が前記二次巻線に接続され、出力側が多重接続された複数の単相セルインバータを備える相ユニットインバータが各相毎に備えられたインバータユニットと、
前記インバータユニットの出力側に接続されるモータと、
前記インバータユニットを介して前記モータに印加される印加電圧が周波数の依存性を有するインバータ制御装置と、
前記モータの各相電圧の瞬時電圧波形を検出する変圧器とを備え、
前記インバータ制御装置は、前記各相電圧を前記周波数で換算した各換算電圧が許容範囲内であるか否かを検出する異常検出装置をさらに備えていることを特徴とするモータ駆動システム。
【請求項１５】
前記周波数は、前記インバータ制御装置が前記インバータユニットに送信するＰＷＭ制御信号の周波数指令値であり、
前記各相間電圧の許容電圧偏差は、前記周波数指令値に対して演算されることを特徴とする請求項１４に記載のモータ駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単相セルインバータが多重接続されて構成され、欠相異常を検出する機能を有する電力変換装置、及びこれを用いたモータ駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
多重接続された可変周波数電源（電力変換器）を三相誘導モータに接続して、三相誘導モータの回転速度を目標周波数に制御することが行われている。
三相接続された可変周波数電源は、一般に過電圧、過電流の異常を検出しており、欠相異常を検出していない。しかし、欠相するとトルクリップルが大きくなってしまうなど負荷に多大なダメージを与える場合があり、欠相の異常検出が必要となる。
図６は、特許文献１に記載された、欠相異常を検出する機能を有する電力変換装置のブロック図である。図６において、インバータ装置の欠陥検出システム１２０は、直流電源５１と、直流電力を三相交流電力に変換するインバータ装置５２と、交流フィルタ回路５３と、三相出力電圧を発生する出力変圧器５５と、出力変圧器５５の出力に接続される負荷６０と、出力変圧器５５の出力の三相交流電圧の瞬時電圧を検出する変圧器５４と、検出された瞬時電圧に対応する三相交流を整流する整流器５６と、整流して得られたアナログ三相電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータ５７、及びマイクロコンピュータ５８と、インバータ装置５２を制御するＰＷＭパルス発生回路５９とを備える。なお、交流フィルタ回路５３は、三相チョークコイル４８とフィルタコンデンサ４９とを備え、基本波成分を出力する。
【０００３】
特許文献１の技術において、マイクロコンピュータ５８は、Ａ／Ｄコンバータ５７が変換したデジタル値の平均値を演算し、この平均値が所定レベル外で所定時間以上の継続を検出することで欠相検出を行っている。また、マイクロコンピュータ５８は、変換されたデジタル値を高速フーリエ変換（FFT： Fast Fourie Transform）してパワースペクトル処理を行い、高調波実効値と歪率とを算出し、所定レベル以上の歪率が所定時問以上の継続を検出することでも欠相検出を行っている。
また、非特許文献１には、誘導電動機の印加電圧Ｖを印加周波数ｆで除したＶ／ｆゲインを介して、電圧指令を入力することにより、誘導電動機のエアギャップ磁束が一定に維持され、固定子電流に対するトルク感度を最大にする電動機制御技術が開示されている。
【特許文献１】特開平８−３３１７５０号公報（図１，図４、段落００２８）
【非特許文献１】Ｂ．Ｋ．Ｂｏｓｅ著、秦泉寺 敏正、 内藤 治夫  訳、パワーエレクトロニクス＆ＡＣドライブ、電気書院、ｐ．３０１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、非特許文献１の電動機制御技術を用いて、特許文献１のインバータ装置５２に接続された三相誘導モータを制御することを考える。
この場合は、インバータ装置（電力変換装置）の出力電圧が三相誘導モータの回転速度（周波数）に依存することになり、電力変換装置の欠相を判定するための判定レベルは、運転前に予め定められたレベルである。このため、最大回転速度に合わせた判定レベルである場合、最小回転速度では欠相しても判定レベルを超えることができなかったり、逆に最小回転速度に合わせた判定レベルである場合最大回転速度では欠相していないにもかかわらず、判定レベルを超えてしまうといった事象が起きてしまい、すべての回転速度（周波数）の領域で欠相異常検出を図ることができないという課題があった。
【０００５】
本発明は前記課題を解決するためになされたものであって、出力電圧と周波数とが所定の関係を維持する電力変換装置であっても、より広い周波数領域で欠相異常検出を行うことができる電力変換装置、及びこれを用いたモータ駆動システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明の電力変換装置は、多重接続された複数の単相セルインバータ（１０ａ，…）を備える相ユニットインバータ（１０，２０，…）が各相毎に備えられたインバータユニット（１）と、前記インバータユニットの出力電圧と周波数とが所定の関係を維持するように制御するインバータ制御装置（３）と、前記複数の相ユニットインバータの出力電圧を検出する複数の変圧器（４ａ，４ｂ，４ｃ）とを備え、前記インバータ制御装置は、前記出力電圧を用いて演算した相間電圧の偏差が、前記周波数の関数として演算された許容電圧偏差の範囲内であるか否かを検出する異常検出装置を備えていることを特徴とする。なお、括弧内の符号は例示である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、出力電圧と周波数とが所定の関係を維持する電力変換装置であっても、より広い周波数領域で欠相異常検出を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（第１実施形態）
図１の構成図において、モータ駆動システム１００は、一次側が三相交流電源ＡＣに接続されている多重変圧器１１と、多重変圧器１１の二次側に接続されたインバータユニット１と、インバータユニット１に接続された三相誘導モータ２と、インバータ制御装置３と、三相誘導モータ２に印加される電圧を検出する変圧器ユニット４とを備え、周波数指令値ωｒ＊（図２（ａ））を目標に三相誘導モータ２の回転速度を制御するように構成されている。
【０００９】
また、インバータ制御装置３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及びプログラムから構成され、ＰＷＭパルス発生回路７と、周波数指令値設定回路８と、異常検出回路９と、電圧偏差監視回路６と、偏差電圧計算回路５ａとの各機能を実現し、周波数指令値（速度指令値ωｒ＊（図２（ａ））に基づいてインバータユニット１を制御する。なお、インバータユニット１とインバータ制御装置３と変圧器ユニット４とは、電力変換装置を構成し、偏差電圧計算回路５ａと電圧偏差監視回路６と異常検出回路９とは、異常検出装置を構成する。
【００１０】
インバータユニット１は、インバータ制御装置３が出力するＰＷＭ制御信号に基づいて、複数の絶縁された単相電源（多重変圧器１１の二次巻線ａ，ｂ，ｃ，…）から、三相交流電力を生成し、この三相交流電力が三相誘導モータ２を駆動する。また、インバータユニット１は、Ｕ相ユニット１０、Ｖ相ユニット２０、及びＷ相ユニット３０を備え、各相ユニットは、単相セルインバータ１０ａ，１０ｂ，…、２０ａ，２０ｂ，…、３０ａ，３０ｂ，…が多重接続されて構成されている。なお、ＰＷＭ制御信号の周波数は、周波数指令値ωｒ＊（図２（ａ））に基づいている。
【００１１】
多重変圧器１１は、三相交流電源に接続された一次巻線と、複数の絶縁された二次巻線ａ，ｂ，ｃ，…，ｉとを備える変圧器であり、二次巻線ａ，ｂ，ｃ，…，ｉのそれぞれがが三相交流電圧を発生する。すなわち、二次巻線ａ，ｂ，ｃが三相電源としてＵ相ユニット１０の入力側に接続され、二次巻線ｄ，ｅ，ｆがＶ相ユニット２０の入力側に接続され、二次巻線ｇ，ｈ，ｉがＷ相ユニット３０の入力側に接続される。また、多重変圧器１１は、千鳥結線により二次位相をずらすことにより電源高調波の低減を行うことができる。
三相誘導モータ２は、ＰＷＭ制御された一次周波数ω１の三相交流電圧が固定子巻線に印加されて発生する回転磁界により、２次巻線にすべり周波数ωｓの誘導電流（二次電流）が流れ、この誘導電流とギャップ磁束との相互作用により回転トルクが発生する。そして、三相誘導モータ２は、回転速度ωｒ＝ω１−ωｓで回転する。
【００１２】
また、磁束φ＝Φｓｉｎ（ω１・ｔ）としたとき、負荷が軽くすべりｓが小さい場合には、巻線の印加電圧Ｖは、
Ｖ＝ｄφ／ｄｔ＝ω１Φｃｏｓ（ω１・ｔ）  ・・・・・・・・・・・（１）
である。このため、モータ（例えば、三相誘導モータ２）は、固定子電流の一次周波数ω１と印加電圧Ｖとを比例させることにより、ギャップ磁束Φが一定になり、固定子電流に対するトルク感度を最大にすることができるという性質を一般的に有している。
【００１３】
変圧器ユニット４は、変圧器４ａ，４ｂ，４ｃを備え、インバータユニット１のＵ相ユニット１０、Ｖ相ユニット２０、及びＷ相ユニット３０から出力された各相電圧の瞬時値ｖｕ，ｖｖ，ｖｗを検出する。多重変圧器１１は、一次巻線に接続された三相交流電源ＡＣを用いて、二次巻線ａ，ｂ，ｃ，…に複数の絶縁された三相交流電圧を発生する。この三相交流電圧の数は、Ｕ相ユニット１０、Ｖ相ユニット２０、及びＷ相ユニット３０の段数の３倍である。例えば、３段のＵ相ユニット１０、Ｖ相ユニット２０、及びＷ相ユニット３０であれば、互いに絶縁された９個の三相出力電圧を発生する。
【００１４】
図２、図３のブロック図を用いて、インバータ制御装置３の各回路の説明を行う。
図２（ａ）に示される周波数指令値設定回路８は、ベクトル制御部１３と、Ｖ／ｆゲイン１２とを備え、速度指令値ωｒ＊と、相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ（相電圧の瞬時値ｖｕ，ｖｖ，ｖｗ）とからｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊、及び回転角θの信号を生成する。なお、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊のベクトル和は、インバータユニット１の出力電圧に対応する。
【００１５】
ベクトル制御部１３は、速度指令値ωｒ＊がｑ軸信号として入力され、相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ（又は、図示しないが相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）から三相誘導モータ２の回転角θを推定し、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を生成する。これにより、三相誘導モータ２は、回転速度ωｒが速度指令値ωｒ＊を目標値として回転し、負荷トルクに応じて、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊が変化する。ここで、すべり周波数指令値ωｓ＊は、負荷が軽い状態であることを前提として、略０としている。
また、ベクトル制御部１３は、Ｖ／ｆゲイン１２により、速度指令値ωｒ＊に応じた値がｄ軸信号として入力される。このＶ／ｆゲイン１２は、速度指令値ωｒ＊に反比例した信号を出力するものであり、三相誘導モータ２に印加される印加電圧が速度指令値ωｒ＊に依存しないように、ｄ軸成分（励磁軸成分）を可変するために備えられている。
【００１６】
図２（ｂ）に示されるＰＷＭパルス発生回路７は、２軸３相変換器１４とＰＷＭ変換器１５とを備え、ベクトル制御部１３の出力信号を用いて、三相のＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号を生成する。２軸３相変換器１４は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊、及び回転角θから三相のモータ指令電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を演算する。ＰＷＭ変換器１５は、モータ指令電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊と、三角波生成器１５ａが生成する三角波電圧とを比較して、三相のＰＷＭ制御信号を生成する。
【００１７】
図３（ａ）に示す電圧偏差監視回路６は、ＦＦＴ演算部１６と高調波実効値演算部１７とを備え、変圧器ユニット４が取り込んだ相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを用いて、相間の電圧偏差の実効値ＲＭＳ（root mean square value）を演算する。ＦＦＴ演算部１６は、相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，ＶｗをＦＦＴ変換する。高調波実効値演算部１７は、（２）式を用いて、各相電圧の高調波実効値ｒｍｓを演算し、この演算結果を用いて相間電圧（Ｖｕ−Ｖｖ，Ｖｖ−Ｖｗ，Ｖｗ−Ｖｕ）の偏差の実効値ＲＭＳを演算する。ここで、Ｅ１，Ｅ２，…，Ｅｎは基本波成分及び各高調波成分の振幅値である。
ｒｍｓ＝√（Ｅ１２＋Ｅ２２＋Ｅ３２＋…＋Ｅｎ２）  ・・・・・・・・・（２）
【００１８】
図３（ｂ）に示す偏差電圧計算回路５ａは、ゲイン２１，２２を備え、実効値ＲＭＳと速度指令値ωｒ＊とから規定出力電圧Ｚを演算する。
ゲイン２１は、高調波成分の実効値ＲＭＳと速度指令値ωｒ＊とから、Ｖ／ｆゲイン１２（図２（ａ））の逆演算の値を出力する。
ゲイン２２は、Ｖ／ｆゲイン１２（図２（ａ））の逆演算の値に所定係数Ｋ１（例えば、０．８）を乗じた値を、許容電圧偏差（規定出力電圧Ｚ）として出力する。
【００１９】
図３（ｃ）に示す異常検出回路９は、判定部１９と、所定時間計測部１８とを備え、実効値ＲＭＳと規定出力電圧Ｚとから起動停止指令Ｊを出力する。判定部１９は、高調波の実効値ＲＭＳと、偏差電圧計算回路５ａが演算した許容電圧偏差（規定出力電圧Ｚ）とを比較して、偏差異常を検出する。所定時間計測部１８は、偏差異常が事前に設定した所定時間を経過したか否かを検出して、起動停止指令Ｊを出力する。また、この所定時間は、相間の電圧偏差の何れかが許容電圧偏差を超えた超過電圧に応じて定められることが好ましい。さらに、起動停止指令Ｊは、ＰＷＭパルス発生回路７（図１，図２（ｂ））に出力され、インバータユニット１（図１）の動作を停止させる。
【００２０】
図４は、インバータユニット１の具体的回路図である。図４において、インバータユニット１は、Ｕ相ユニット１０、Ｖ相ユニット２０、及びＷ相ユニット３０を備え、多重変圧器１１（図１）の絶縁された複数の二次巻線ａ，ｂ，ｃ，…，ｉが出力する三相交流電力を三相交流電力に変換する。Ｕ相ユニット１０は、単相セルインバータ１０ａ，１０ｂ，１０ｃが多重接続されて構成されている。単相セルインバータ１０ａ，１０ｂ，１０ｃを多重接続することで、高周波の昇圧トランス（出力トランス）を用いない分、高効率で三相誘導モータ２を駆動することが可能である。また、出力トランスを用いないので、スペースが節約される。
【００２１】
単相セルインバータ１０ａは、三相ブリッジ整流回路を構成する整流ダイオードＤａ，Ｄｂ，Ｄｃ，Ｄｄ，Ｄｅ，Ｄｆと、平滑コンデンサＣと、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が使用されるトランジスタＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４と、トランジスタＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４のコレクタ−エミッタ間に接続された転流ダイオードとを備えている。なお、トランジスタＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４は、ＩＧＢＴに限らず、ＦＥＴ、バイポーラトランジスタでもよい。また、トランジスタＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４は、三相のＰＷＭ制御信号がゲートに入力されて制御される。
【００２２】
整流ダイオードＤａのアノードと整流ダイオードＤｂのカソードとの接続点ａ１、整流ダイオードＤｃのアノードと整流ダイオードＤｄのカソードとの接続点ａ２、及び整流ダイオードＤｅのアノードと整流ダイオードＤｆのカソードとの接続点ａ３は、多重変圧器１１の二次巻線ａに接続されている。
【００２３】
単相セルインバータ１０ａは、整流ダイオードＤａ，Ｄｃ，Ｄｅのカソードの接続点と、平滑コンデンサＣの陽極と、トランジスタＭ１，Ｍ３のコレクタの接続点とが互いに接続され、整流ダイオードＤｂ，Ｄｄ，Ｄｆのアノードの接続点と、平滑コンデンサＣの陰極と、トランジスタＭ２，Ｍ４のエミッタの接続点とが互いに接続されている。また、単相セルインバータ１０ａのトランジスタＭ１のエミッタとトランジスタＭ２のコレクタとの接続点は、モータ２（図１）のＵ相に接続され、トランジスタＭ３のエミッタとトランジスタＭ２のコレクタとの接続点は、単相セルインバータ１０ｂのトランジスタＭ１のエミッタとトランジスタＭ３のコレクタとの接続点に接続される。また、単相セルインバータ１０ｂのトランジスタＭ３のエミッタとトランジスタＭ４のコレクタとの接続点は、単相セルインバータ１０ｃのトランジスタＭ１のエミッタとトランジスタＭ２コレクタとの接続点に接続され、トランジスタＭ３のエミッタとトランジスタＭ４コレクタとの接続点は、Ｕ相ユニット１０、Ｖ相ユニット２０、及びＷ相ユニット３０の中性点Ｐに接続される。
【００２４】
同様に、Ｖ相ユニット２０は、三相誘導モータ２（図１）のＶ相に接続され、Ｗ相ユニット３０は、三相誘導モータ２（図１）のＷ相に接続される。また、単相セルインバータ１０ｂの整流ダイオードＤａ，Ｄｂ，Ｄｃ，Ｄｄは、多重変圧器１１の単相出力端子ｂ（ｂ１，ｂ２，ｂ３）に接続され、単相セルインバータ１０ｃの整流ダイオードＤａ，Ｄｂ，Ｄｃ，Ｄｄは、多重変圧器１１の三相出力端子ｃ（ｃ１，ｃ２，ｃ３）に接続される。
【００２５】
図１のモータ駆動システム１００によれば、インバータユニット１、及び多重変圧器１１により、高電圧の三相交流電圧が発生し、三相誘導モータ２が駆動される。インバータユニット１は、単相セルインバータ１０ａ，１０ｂ，１０ｃが多重接続されて構成されているので、何れかの単相セルインバータが欠相すると、出力電圧の実効値が低下すると共に、高調波歪が増加するが、相電圧の偏差電圧の高調波実効値が演算され、高調波実効値と許容電圧偏差（規定出力電圧Ｚ）とを比較することにより、欠相が判定される。すなわち、相電圧の検出のみによって、欠相が判定される。
【００２６】
このとき、インバータ制御装置３は、インバータユニット１を制御するが、三相誘導モータ２のギャップ磁束Φを一定にして、固定子電流に対するトルク感度を最大にするために、速度指令値ωｒ＊と、インバータユニット１の出力電圧（相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ）との関係が比例するような周波数依存性を有している。
このため、速度指令値ωｒ＊に基づいて、偏差電圧計算回路５ａがインバータユニット１の出力電圧の判定規定値（許容電圧偏差）を変えるので、異常検出回路９は、すべての周波数指令値（速度指令値ωｒ＊）の領域で欠相検出を行うことができる。
なお、本実施形態では、インバータ制御装置３は、負荷トルクにあわせて、ｑ軸電流が変化するが、Ｖ／ｆゲイン１２（図２（ａ））がｄ軸電流を調整し、インバータユニット１は速度指令値ωｒ＊に相当する電圧を出力する。
【００２７】
（第２実施形態）
第１実施形態は、インバータ制御装置３が周波数指令値（速度指令値ωｒ＊）に対応した許容電圧偏差を演算したが、三相誘導モータ２の実際の回転速度（実周波数）ωｒに対応した許容電圧偏差を演算することができる。
図５のモータ駆動システム１１０は、図１の偏差電圧計算回路５ａの代わりに、偏差電圧計算回路５ｂを設け、偏差電圧計算回路５ｂが三相誘導モータ２の回転速度ωｒを取り込み、回転速度ωｒに応じた許容電圧偏差を演算している。また、電圧偏差監視回路６は、変圧器ユニット４の信号と、偏差電圧計算回路５ｂとの信号を取り込み、各相間電圧の偏差が許容範囲を逸脱していないか監視する。
【００２８】
図５のモータ駆動システム１１０によれば、異常検出回路９は、変圧器ユニット４によって検出された各相電圧と、三相誘導モータ２の実際の回転速度ωｒに応じた許容電圧偏差とを取り込むことにより、欠相異常検出が行われる。なお、三相誘導モータ２の負荷が軽く、すべりｓが小さい場合には、回転速度ωｒと速度指令値ωｒ＊とが近似している。
【００２９】
（第３実施形態）
前記第１実施形態は、偏差電圧計算回路５ａ，５ｂが速度指令値ωｒ＊を取り込み、第２実施形態では、三相誘導モータ２の回転速度ωｒを取り込んだが、負荷が軽くすべりｓが少ない状態では、三相誘導モータ２に印加される駆動電圧の周波数ωを取り込むことができる。この場合は、電圧偏差監視回路６が検出した相電圧の瞬時値ｖｕ，ｖｖ，ｖｗをゼロクロス検出して、周波数ωを検出する。この検出された周波数ωを用いて偏差電圧計算回路５ａのゲイン２１を決定する。
本実施形態によれば、複数の単相セルインバータ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，…によって構成される複数の相ユニットインバータ１０，２０，３０に複数の単相セルインバータの異常によって欠相が発生した際、その相間電圧の偏差を周波数に依存した値として計算することで、インバータユニット１の全運転領域において欠相を検出することができる。
【００３０】
（変形例）
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような種々の変形が可能である。
（１）前記各実施形態は、インバータユニット１がＰＷＭ制御するものであるが、各単相セルインバータ１０ａ，１０ｂ，…，２０ａ，２０ｂ，…は、２レベルインバータとしてＰＷＭ制御してもよく、３レベルインバータとしてＰＷＭ制御してもよい。電解コンデンサＣの充電電圧をＶｃとしたとき、２レベルインバータは、Ｖｃと−Ｖｃとの２レベルで制御するものであり、例えば、トランジスタＭ１を用いてＰＷＭ制御するときトランジスタＭ４をＯＮ状態にし、トランジスタＭ２，Ｍ３をＯＦＦ状態にする。
３レベルインバータは、Ｖｃと−Ｖｃと０との３レベルで制御するものであり、例えば、トランジスタＭ１，Ｍ４をＯＮ状態にし、トランジスタＭ２，Ｍ３をＯＦＦ状態にすることにより、電圧Ｖｃが出力され、トランジスタＭ２，Ｍ３をＯＮ状態にし、トランジスタＭ１，Ｍ４をＯＦＦ状態にすることにより、電圧−Ｖｃが出力され、すべてのトランジスタＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４をＯＦＦ状態にすることにより、０レベルが出力される。
【００３１】
（２）第１実施形態は、相電圧から高調波成分をＦＦＴ解析し、相間の電圧偏差の実効値ＲＭＳを偏差電圧の基準値と比較して、欠相有無の判定を行ったが、相電圧の高調波実効値ｒｍｓを基本波成分Ｅ１で除することにより各相電圧の歪率Ｋを演算し、歪率Ｋを用いて欠相有無の判定を行うことができる。
（３）前記各実施形態の多重変圧器１１は、三相交流電源ＡＣを一次側に接続して、複数の絶縁された三相交流電圧を出力したが、単相交流電源を一次側に接続することもできる。この場合には、Ｕ相ユニット，Ｖ相ユニット，Ｗ相ユニットは、ダイオードを４個用いた単相ブリッジ整流回路が使用される。
（４）前記各実施形態は、インバータ制御装置３が、インバータユニット１の出力電圧と周波数（周波数指令値ωｒ＊、実際の回転速度ωｒ）とが比例するように制御していたが、これに限らず、インバータユニット１の出力電圧が周波数依存性を有していればよい。
（５）前記各実施形態は、インバータユニット１をＰＷＭ制御して、矩形波状の三相交流電圧を三相誘導モータ２に印加していたが、交流フィルタを介して正弦波交流電圧を三相誘導モータ２に印加することもできる。
この場合には、変圧器ユニット４が正弦波交流電圧を検出するので、電圧偏差監視回路６（図３（ａ））のＦＦＴ演算部１６、及び高調波実効値演算部１７が不要になる。すなわち、電圧偏差監視回路６は、振幅値の１／√２の演算により、各相の実効値ＲＭＳを計算する。
（６）前記各実施形態は、三相誘導モータ２を用いていたが、（１）式は電動機一般に成立するので、同期電動機でも欠相検出することができる。この場合は、すべりｓを考慮する必要がなく、負荷トルクに比例するｑ軸電流指令値Ｉｑ＊が０に近似しても、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を増加して同期電動機に印加する印加電圧を一定にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施形態によるモータ駆動システムの構成図である。
【図２】周波数指令値設定回路、及びＰＷＭパルス発生回路のブロック図である。
【図３】電圧偏差監視回路、異常検出回路、及び偏差電圧計算回路のブロック図である。
【図４】インバータユニットの構成図である。
【図５】本発明の第２実施形態によるモータ駆動システムの構成図である。
【図６】特許文献に記載のインバータ装置の欠陥検出システムの構成図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  インバータユニット
２  三相誘導モータ
３  インバータ制御装置
４  変圧器ユニット
４ａ，４ｂ，４ｃ  変圧器
５ａ，５ｂ  偏差電圧計算回路
６  電圧偏差監視回路
７  ＰＷＭパルス発生回路
８  周波数指令値設定回路
９  異常検出装置
１０  Ｕ相ユニット
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ  単相セルインバータ
１１  多重変圧器
１２  Ｖ／ｆゲイン
１３  ベクトル制御部
１４  ２軸３相変換器
１５  ＰＷＭ変換器
１５ａ  三角波生成器
１６  ＦＦＴ演算部
１７  高調波実効値演算部
１８  所定時間計測部
１９  判定部
２０  Ｖ相ユニット
２１，２２  ゲイン
３０  Ｗ相ユニット
４８  コイル
４９  コンデンサ
５１  直流電源
５２  インバータ装置
５３  交流フィルタ回路
５４  変圧器
５５  出力変圧器
５６  整流器
５７  Ａ／Ｄ変換器
５８  マイクロコンピュータ
５９  ＰＷＭパルス発生回路
６０  負荷
１００，１１０  モータ駆動システム
１２０  インバータ装置の欠相検出システム
Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃ，Ｄｄ  整流ダイオード
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４  トランジスタ（ＩＧＢＴ）
Ｐ  中性点
θ  位相信号
ＲＭＳ  実効値
Ｊ  起動停止指令
Ｚ  規定出力電圧
【図１】
2010068677.tif 000003
【図２】
2010068677.tif 000004
【図３】
2010068677.tif 000005
【図４】
2010068677.tif 000006
【図５】
2010068677.tif 000007
【図６】
2010068677.tif 000008