(57)【要約】【課題】制動抵抗を効率的に使用しながら、過熱から効率的に保護するインバータ制御装置を提供する。【解決手段】インバータ制御装置が開示される。本発明の一実施形態の装置は、直流リンクキャパシターと並列に連結される制動抵抗の温度及び直流リンク電圧のうちいずれか以上に基づいて、制動抵抗をオン又はオフ状態に切り替えるように制御する。【選択図】図３
2018126050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源を直流電圧に変換するコンバータ部、直流電圧を貯蔵する直流リンクキャパシター、及び直流電圧を所定の周波数を有する交流電圧に変換して電動機へ出力するインバータ部を含むインバータシステムにおいて、前記インバータを制御する装置において、
前記直流リンクキャパシターと並列に連結される制動抵抗；
前記制動抵抗をオン又はオフ状態に連結するスイッチング部；及び
前記制動抵抗の温度及び直流リンク電圧のうちいずれか以上に基づいて、前記制動抵抗をオン又はオフ状態に切り替えるように前記スイッチング部に制御信号を送る制御部を含む、インバータ制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、
直流リンク電圧が基準電圧を超える場合、前記制動抵抗の温度が基準温度以上であると、前記制動抵抗をオフ状態に切り替えるように前記スイッチング部に制御信号を送る、請求項１に記載のインバータ制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、
直流リンク電圧が基準電圧を超える場合、前記制動抵抗の温度が基準温度未満であると、前記制動抵抗をオン状態に切り替えるように前記スイッチング部に制御信号を送る、請求項１に記載のインバータ制御装置。
【請求項４】
前記制御部は、
第１減速割合で減速する電動機によって直流リンク電圧が基準電圧に至る場合、前記制動抵抗をオン状態に切り替えるように前記スイッチング部に制御信号を送る、請求項１に記載のインバータ制御装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記制動抵抗の温度がオフ基準温度に至る場合、前記制動抵抗をオフ状態に切り替えるように前記スイッチング部に制御信号を送る、請求項４に記載のインバータ制御装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記電動機の減速割合が前記第１減速割合より小さい第２減速割合になるように前記インバータ部を制御する、請求項５に記載のインバータ制御装置。
【請求項７】
前記制御部は、
直流リンク電圧がオン基準電圧に至る場合、前記電動機の減速割合を第１減速割合及び第２減速割合より小さい第３減速割合で調節して、直流リンク電圧は、基準電圧を維持するように前記インバータ部を制御する、請求項５に記載のインバータ制御装置。
【請求項８】
前記制御部は、
前記制動抵抗の温度がオン基準温度に至る場合、前記制動抵抗をオン状態に切り替えるように前記スイッチング部に制御信号を送る、請求項７に記載のインバータ制御装置。
【請求項９】
前記制御部は、
前記電動機が前記第１減速割合で減速するように前記インバータ部を制御する、 請求項８に記載のインバータ制御装置。
【請求項１０】
前記制御部は、
前記直流リンク電圧が制動抵抗のオフ基準電圧に至る場合、前記制動抵抗をオフ状態に切り替えるように前記スイッチング部に制御信号を送る、請求項９に記載のインバータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、インバータは、商用交流電源を入力とし、これを直流電源に変換した後、再び電動機に適合した交流電源に変換して電動機に供給する電力変換装置である。かかるインバータは、電動機を効率的に制御することで、電動機の消耗電力を減らしてエネルギー効率を高める。
【０００３】
このようなインバータにおいて、ダイオード整流器は、単方向に電力が移動するように構成されるため、電動機が減速または回生制動する場合、逆に流れる電力は、系統電源に出力されずに直流リンクキャパシターに蓄積されて、直流リンク電圧は上昇することになる。これを防ぐため直流リンクキャパシター両端に制動抵抗を追加して、これにより直流端電圧の上昇を抑制して、インバータの損傷を防ぐことができる。
【０００４】
このような制動抵抗は、直流リンク電圧を上昇させるエネルギーを熱に消耗するため、制動抵抗に熱が発生して制動抵抗が過熱することを防ぐために制動抵抗の使用率を制限する。
【０００５】
図１及び図２は、従来の制動抵抗の使用率を制限する方式を説明するための一例示図であって、全体運転時間のうち、回生エネルギーが発生する減速区間の時間Ｔ＿ｄｅｃの割合を制限する方式である。
【０００６】
図１の例において、制動抵抗の使用率は下記式のとおりである。
【０００７】
【数１】
2018126050.tif 000003
【０００８】
このとき、Ｔ＿ａｃｃは、設定周波数まで加速するにかかる時間で、Ｔ＿ｓｔｅａｄｙは、設定周波数で定速運転する時間であり、Ｔ＿ｓｔｏｐは、再び運転を開始するまでに停止している時間を言う。
【０００９】
従来の方式によれば、使用者は、使用率％ＥＤの制限レベルを設定して、実際％ＥＤを計算し、設定したレベルを超えないように制動抵抗の使用を制限することになる。
【００１０】
また、図２の例では、制動抵抗の使用率は下記式のとおりである。
【００１１】
【数２】
2018126050.tif 000004
【００１２】
このように、従来には、制動抵抗の使用率を制限する方式で制動抵抗の過熱を防いでいた。
【００１３】
しかし、従来の技術では、電動機が徐々に減速する場合、回生エネルギーが少ないため、比較的に長い時間の間制動抵抗を使用できるものの、制動抵抗の使用率制限において時間のみが考慮されるため、制動抵抗を好適に使用できない場合が生じる。また、電動機が早く減速する場合、回生エネルギーが大きいため、比較的に短い時間の間制動抵抗を使用すべきであるが、同様、制動抵抗の使用率制限において時間のみが考慮されるため、制動抵抗を好適に使用できない場合が生じる。
【００１４】
また、制動抵抗の使用率制限において時間のみが考慮される場合、電動機の加減速が頻繁に起こる時、制動抵抗に熱が累積して過熱する状況が発生し得る。
【００１５】
また、従来技術によれば、制動抵抗を選択してから使用時間及び使用率を計算しなければならないので、使用者に不便さをもたらすという問題点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明が解決しようとする技術的課題は、制動抵抗を効率的に使用しながら、過熱から効率的に保護するインバータ制御装置を提供することである。
【００１７】
また、本発明が解決しようとする他の技術的課題は、制動抵抗の使用率を自動に計算して、使用者の便宜性を増大するインバータ制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記のような技術的課題を解決するために、商用電源を直流電圧に変換するコンバータ部、直流電圧を貯蔵する直流リンクキャパシター、及び直流電圧を所定の周波数を有する交流電圧に変換して電動機へ出力するインバータ部を含むインバータシステムにおいて、前記インバータを制御する本発明の一実施形態の装置は、前記直流リンクキャパシターと並列に連結される制動抵抗；前記制動抵抗をオン又はオフ状態に連結するスイッチング部；及び前記制動抵抗の温度及び直流リンク電圧のうちいずれか以上に基づいて、前記制動抵抗をオン又はオフ状態に切り替えるように前記スイッチング部に制御信号を送る制御部を含むことができる。
【００１９】
本発明の一実施形態において、前記制御部は、直流リンク電圧が基準電圧を超える場合、前記制動抵抗の温度が基準温度以上であれば、前記制動抵抗をオフ状態に切り替えるように前記スイッチング部に制御信号を送ることができる。
【００２０】
本発明の一実施形態において、前記制御部は、直流リンク電圧が基準電圧を超える場合、前記制動抵抗の温度が基準温度未満であれば、前記制動抵抗をオン状態に切り替えるように前記スイッチング部に制御信号を送ることができる。
【００２１】
本発明の一実施形態において、前記制御部は、第１減速割合で減速する電動機により直流リンク電圧が基準電圧に至る場合、前記制動抵抗をオン状態に切り替えるように前記スイッチング部に制御信号を送ることができる。
【００２２】
本発明の一実施形態において、前記制御部は、前記制動抵抗の温度がオフ基準温度に至る場合、前記制動抵抗をオフ状態に切り替えるように前記スイッチング部に制御信号を送ることができる。
【００２３】
本発明の一実施形態において、前記制御部は、前記電動機の減速割合が前記第１減速割合より小さい第２減速割合になるように前記インバータ部を制御することができる。
【００２４】
本発明の一実施形態において、前記制御部は、直流リンク電圧がオン基準電圧に至る場合、前記電動機の減速割合を第１減速割合及び第２減速割合より小さい第３減速割合で調節して、直流リンク電圧が基準電圧を維持するように前記インバータ部を制御することができる。
【００２５】
本発明の一実施形態において、前記制御部は、前記制動抵抗の温度がオン基準温度に至る場合、前記制動抵抗をオン状態に切り替えるように前記スイッチング部に制御信号を送ることができる。
【００２６】
本発明の一実施形態において、前記制御部は、前記電動機が前記第１減速割合で減速するように前記インバータ部を制御することができる。
【００２７】
本発明の一実施形態において、前記制御部は、前記直流リンク電圧が制動抵抗のオフ基準電圧に至る場合、前記制動抵抗をオフ状態に切り替えるように前記スイッチング部に制御信号を送ることができる。
【発明の効果】
【００２８】
上記のような本発明は、制動抵抗の温度によって制動抵抗をオン又はオフにすることで、制動抵抗を効率的に使用することができ、また制動抵抗の温度と直流リンク電圧に連動して動作することで、制動抵抗の使用率を予め設定しなくても制動抵抗を使用しやすくする効果がある。
【００２９】
また、本発明は、制動抵抗の温度と直流リンク電圧に連動して動作することで、制動抵抗の使用率を誤って設定して制動抵抗が過熱する現象を防ぐ効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】従来の制動抵抗の使用率を制限する方式を説明するための一例示図である。
【図２】従来の制動抵抗の使用率を制限する方式を説明するための一例示図である。
【図３】本発明の一実施形態が適用されるインバータシステムを概略的に説明するための構成図である。
【図４】本発明の一実施形態に従い、制動抵抗のオン／オフを制御することを説明するための一例示図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の構成及び効果を十分理解するために、添付図面を参照して本発明の望ましい実施形態らを説明する。しかし、本発明は、以下に開示される実施形態に限定されるものではなく、様々な形態に具現することができ、多様な変更を加えることができる。但し、本実施形態に対する説明は、本発明の開示を完全なものにして、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。添付図面において、構成要素は、説明の便宜のためにそのサイズを実際より拡大して示しており、各構成要素の割合は、誇張されるか縮小され得る。
【００３２】
ある構成要素が他の構成要素の「上に」あるか「接して」いると記載された場合、他の構成要素の上に直接相接しているか又は連結されていてもよいが、中間にさらに他の構成要素が存在できると理解されなければならない。一方、ある構成要素が他の構成要素の「真上に」あるか「直接接して」いると記載された場合は、中間にさらに他の構成要素は存在しないと理解されてもよい。構成要素間の関係を説明する他の表現、例えば、「〜間に」や「直接〜の間に」等も同様に解釈される。
【００３３】
「第１」、「第２」等の用語は、多様な構成要素を説明することに使われるが、上記構成要素は、上記用語によって限定されてはならない。上記用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ使用することができる。例えば、本発明の権利範囲を脱しないながら「第１構成要素」は「第２構成要素」に命名されてもよいし、同様に「第２構成要素」も「第１構成要素」に命名されてもよい。
【００３４】
単数の表現は、文脈上明白に別途表現しない限り、複数の表現を含む。「含む」 又は「有する」等の用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部分品、又はこれらを組み合わせたものが存在することを指定するためであり、一つ又はそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部分品、又はこれらを組み合わせたものが加えると解釈されてもよい。
【００３５】
本発明の実施形態において使われる用語は、別途定義されない限り、当該技術分野において通常の知識を有する者に通常的に知られた意味に解釈されてもよい。
【００３６】
以下、添付図面を参照して本発明の望ましい実施形態を説明することで、本発明を詳説する。
【００３７】
図３は、本発明の一実施形態が適用されるインバータシステムを概略的に説明するための構成図である。
【００３８】
図面に示されたように、本発明の一実施形態が適用されるインバータシステムにおいて、インバータ１は、３相交流電源の入力を受けて、電動機２に所定の大きさ及び周波数の電源を出力するものであって、インバータ１はコンバータ部１０、平滑部２０、インバータ部３０、メイン制御部４０、スイッチング制御部５０、スイッチング部６０、制動抵抗７０、及び制動抵抗７０の温度を測定する温度センサー７５を含むことができる。
【００３９】
コンバータ部１０は、入力される３相交流電源を直流電圧に変換することができる。コンバータ部１０は、複数の整流ダイオードで構成されてもよいが、複数のスイッチング素子で構成されてもよい。平滑部２０は、直流リンクキャパシターで構成されてもよいし、コンバータ部１０から変換された直流電圧を平滑に貯蔵することができる。インバータ部３０は、複数のスイッチング素子で構成されてもよいし、スイッチング制御部５０の制御によって直流リンクキャパシターに貯蔵された直流電圧を所定の大きさ及び周波数の電圧に変換して電動機２へ出力することができる。
【００４０】
制動抵抗７０は、直流リンクキャパシターに並列に連結されて、スイッチング部６０のオン又はオフによって直流リンクキャパシターに貯蔵される電圧を消耗するように構成されてもよい。すなわち、スイッチング部６０がオン状態である場合、直流リンクに掛かる電圧は制動抵抗７０によって消耗されて、スイッチング部６０がオフ状態である場合、直流リンクに掛かる電圧はインバータ部３０に提供されてもよい。
【００４１】
メイン制御部４０は、インバータ部３０の出力電流に基づいて、指令周波数及び指令電圧を生成してスイッチング制御部５０に提供することができ、スイッチング制御部５０は、指令周波数及び指令電圧に基づいて、インバータ部３０の複数のスイッチング素子を制御する制御信号をインバータ部３０に送ることができる。
【００４２】
また、メイン制御部４０は、出力電流に基づいて、制動抵抗７０をオン又はオフ状態に切り替えるスイッチング部６０を制御する制御信号を生成することができ、スイッチング制御部５０は、当該制御信号によってスイッチング部６０のオン又はオフを制御することができる。
【００４３】
具体的には、メイン制御部４０は、直流リンク電圧が基準電圧を超える場合、制動抵抗７０の温度を受信して、基準温度以上であると、制動抵抗７０が動作しないようにスイッチング部６０をオフにする制御信号をスイッチング制御部５０に送り、スイッチング制御部５０は、当該制御信号によってスイッチング部６０をオフに制御することができる。
【００４４】
また、メイン制御部４０は、基準温度未満である場合、制動抵抗７０が動作するようにスイッチング部６０をオンにする制御信号をスイッチング制御部５０に送り、スイッチング制御部５０は、当該制御信号によってスイッチング部６０をオンに制御することができる。このとき、メイン制御部４０は、基準電圧及び基準温度でオン又はオフが頻繁に発生することを防ぐためにヒステリシスを適用することができる。
【００４５】
本発明の一実施形態では、メイン制御部４０が温度センサー７５から制動抵抗７０の温度を受信する例を説明しているが、これに限定されるものではない。すなわち、制動抵抗７０の温度を推定できる様々な方法が用いられるし、例えば、制動抵抗７０に流れる電流や制動抵抗７０に印加される電圧を測定または推定して制動抵抗７０の温度を推定するか、制動抵抗７０の熱抵抗を利用して制動抵抗７０の温度を推定するか、又は周りの温度を利用して制動抵抗７０の温度を推定するなど、様々な方式によって制動抵抗７０の温度を推定することができる。
【００４６】
以下では、メイン制御部４０の動作について図面を参照して説明する。
【００４７】
図４は、本発明の一実施形態に従い、制動抵抗のオン／オフを制御することを説明するための一例示図である。
【００４８】
図面に示されたように、Ａ区間で電動機２が減速する場合、直流リンク電圧は上昇することになる。Ａ区間では、直流リンク電圧が制動抵抗オン基準電圧に至らない状態であるため、スイッチング部６０はオフ状態であってもよい。
【００４９】
Ｂ区間で直流リンク電圧が制動抵抗オン基準電圧に至ると、メイン制御部４０は、スイッチング部６０をオンに制御する制御信号をスイッチング制御部５０に送り、当該制御信号によってスイッチング部６０は、オンに切り替えられる。これにより、直流リンク電圧は減少して、制動抵抗７０の温度は上昇することが確認できる。
【００５０】
Ｃ区間において、制動抵抗７０の温度が制動抵抗オフ基準温度に至る場合、メイン制御部４０は、スイッチング部６０をオフに制御する制御信号をスイッチング制御部５０に送り、当該制御信号によってスイッチング部６０は、オフに切り替えられる。このとき、Ｂ区間で減少していた直流リンク電圧は、再び増加して、これによってメイン制御部４０は、電動機２の減速割合が減るようにインバータ部３０の指令周波数をスイッチング制御部５０に提供することができる。すなわち、Ｂ区間における減速割合３ＡよりＣ区間における減速割合３Ｂがさらに小さくてもよい。減速割合３Ｂは、予め設定されてもよいし、インバータ部３０からフィードバックされる出力電流または直流リンク電圧に基づいて決定されてもよい。
【００５１】
Ｄ区間では、メイン制御部４０は、制動抵抗７０をオフにしても、未だ制動抵抗オン基準温度には及ばず、直流リンク電圧が制動抵抗オン基準電圧に至った場合、電動機２の減速割合をＣ区間よりさらに減らして、直流リンク電圧が制動抵抗オン基準電圧を維持するようにする指令周波数を生成して、スイッチング制御部５０に提供することができる。すなわち、Ｄ区間における減速割合３Ｃは、Ｃ区間における減速割合３Ｂよりさらに小さくてもよい。このとき、減速割合３Ｃは、予め設定されてもよいし、インバータ部３０からフィードバックされる出力電流または直流リンク電圧に基づいて決定されてもよい。
【００５２】
Ｃ及びＤ区間において、制動抵抗７０のスイッチング部６０はオフ状態であるため、制動抵抗７０の温度は徐々に減少することになる。
【００５３】
Ｅ区間において、制動抵抗７０の温度が制動抵抗オン基準温度まで低くなったので、メイン制御部４０は、スイッチング部６０をオンに制御する制御信号をスイッチング制御部５０に送り、当該制御信号によってスイッチング部６０は、オンに切り替えられる。このとき、電動機の速度の減速割合３Ｄは、Ｂ区間における減速割合３Ａと同様になる。すなわち、メイン制御部４０は、Ｅ区間において、制動抵抗７０はオン状態であるため、電動機２の減速割合がさらに大きくなるように指令周波数を変更してスイッチング制御部５０に提供することができる。
【００５４】
Ｆ区間において、電動機２は停止するが、直流リンク電圧が制動抵抗オフ基準電圧より高いため、メイン制御部４０は、制動抵抗７０をオンに維持することができる。
【００５５】
Ｇ区間では、電動機２も停止したし、直流リンク電圧も制動抵抗オフ基準電圧まで減少したので、メイン制御部４０は、スイッチング部６０をオフに制御する制御信号をスイッチング制御部５０に送り、当該制御信号によってスイッチング部６０は、オフに切り替えられる。
【００５６】
このように、本発明の一実施形態では、制動抵抗７０の温度を測定または推定して、制動抵抗７０の温度によって制動抵抗７０をオン又はオフとすることで、制動抵抗７０を効率的に使用することができる。また、制動抵抗７０の温度と直流リンク電圧に連動して動作することで、制動抵抗７０の使用率を予め設定しなくても制動抵抗７０を容易に使用することができる。また、制動抵抗７０の温度と直流リンク電圧に連動して動作することで、制動抵抗７０の使用率を誤って設定して制動抵抗が過熱する現象を防ぐことができる。
【００５７】
以上、本発明による実施形態らを説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当該分野において通常の知識を有する者であれば、これより多様な変形及び均等な範囲の実施形態が可能である点を理解するだろう。したがって、本発明の真の技術的な保護範囲は、次の請求範囲によって定めるべきである。
【図１】
2018126050.tif 000005
【図２】
2018126050.tif 000006
【図３】
2018126050.tif 000007
【図４】
2018126050.tif 000008