(57)【要約】【課題】  電流最大時の１次周波数を監視およびモニタ出力できるインバータ装置とその制御方法を提供する。【解決手段】  座標変換部（１２ａ）と、電圧制限値演算部（１５）と、周波数指令演算部（１）と、１次周波数指令演算部と、ｄｑ軸電圧制限指令演算部と、ｄｑ軸電圧制限指令からｄｑ軸補正電圧指令を生成する電圧指令補正部（２３）と、ｄｑ軸補正電圧指令と基準位相からＰＷＭ指令を生成するＰＷＭ指令演算部（９）と、ＰＷＭ指令を電力変換する電力変換部（１０）とを備えるインバータ装置において、周波数指令演算部（１）は、電圧制限値と１次電流位相に基づいて周波数指令の加速度を修正する電流制限加速度補正部（１１ａ）を備えた。また、１次電流振幅と電流制限値との差分値から電流警告を生成する電流警告生成部（１８）と、電流警告を表示する電流警告表示部（１９）とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次電流と基準位相を1次電流振幅と１次電流位相に変換する座標変換部と、前記１次電流振幅と過電流制限値から電圧制限値を生成する電圧制限値演算部と、前記１次電流位相と前記電圧制限値と周波数指令から第１周波数指令を演算する周波数指令演算部と、前記第１周波数指令とすべり周波数から1次周波数指令を生成する１次周波数指令演算部と、前記電圧制限値と前記１次電流位相からｄｑ軸電圧制限指令を生成するｄｑ軸電圧制限指令演算部と、前記１次周波数指令を積分して前記基準位相を生成する積分器と、前記１次周波数指令からｑ軸電圧指令を生成するｆ／Ｖ変換器と、前記ｑ軸電圧指令とｄ軸電圧指令と前記ｄｑ軸電圧制限指令からｄｑ軸補正電圧指令を生成する電圧指令補正部と、前記ｄｑ軸補正電圧指令と前記基準位相からＰＷＭ指令を生成するＰＷＭ指令演算部と、ＰＷＭ指令を電力変換する電力変換部とを備えるインバータ装置において、
前記周波数指令演算部は、前記電圧制限値と前記１次電流位相に基づいて第１周波数指令を修正する電流制限加速度補正部を備えることを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
前記ｄ軸電圧指令は零電圧であることを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
【請求項３】
前記１次電流振幅と前記電流制限値との差分値から電流警告を生成する電流警告生成部と、前記電流警告を表示する電流警告表示部と、を備えることを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
【請求項４】
前記１次電流振幅の最大値とそのときの１次周波数指令を表示する最大値表示部を備えたことを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
【請求項５】
前記１次電流最大値を記憶する記憶部と、前記１次電流最大値と１次電流振幅を比較する比較部とを備えることを特徴とする請求項４記載のインバータ装置。
【請求項６】
周波数指令と、前記周波数指令からｆ／Ｖ変換により求めた電圧指令とに基づいてＰＷＭ変調して電圧を生成し、過電流が検出された場合には保護動作を行うインバータ装置の制御方法において、
１次電流と基準位相を１次電流振幅と１次電流位相に変換するステップと、
前記１次電流振幅が所定の電流制限値を超えた時に超過分に比例した電圧制限値を求めるステップと、
前記電圧制限値を前記１次電流位相に基づいてｄｑ軸電圧制限値ΔＶｑ、ΔＶｄに変換するステップと、
前記電圧指令値に前記ｄｑ軸電圧制限値を加算して補正電圧指令を生成し瞬時に電流を制限するステップと、
前記電圧制限値と前記１次電流位相に基づいて周波数の加速度指令を修正して電流制限を行うステップと、
前記１次電流振幅が前記電流制限値を超えた電流値をもとに電流値異常として過電流警告を行うステップと、
を備えることを特徴とするインバータ装置の制御方法。
【請求項７】
前記1次電流振幅が１次電流振幅最大値を超えた場合は新たな1次電流振幅最大値とし、その時の周波数指令を保存するステップと、
前記1次電流振幅最大値と前記周波数指令を表示しアナログ信号を外部に出力するステップと、
を備えることを特徴とする請求項６記載のインバータ装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｖ／ｆ制御により誘導電動機等を駆動する際の過電流の抑制を強化したインバータ装置とその制御方法に関するものである。  
【背景技術】
【０００２】
従来のインバータ装置は、電流検出手段からの情報をもとに出力周波数指令を用いて電流制限を行うレベル設定器から制御回路へ指令を行い、電圧周波数比や加減速時間の調整を誤った場合でも通電電流が過電流保護レベルに達するまえに電流制限を行って装置を停止させずに運転を継続させている（特許文献1）。また、半導体スイッチング素子のジャンクションの熱時定数とジャンクション温度許容値にしたがって算出した角速度と電流制限値の関係をテーブル化した角速度―電流制限値テーブルを格納したメモリを用いて過電流制御を行っているものもある（特許文献２）。
さらに、過電流による半導体スイッチング素子パワーサイクルの破壊を防止するために、半導体スイッチング素子の直近に温度によって変化する抵抗体もしくは回路からの信号をもとに、半導体スイッチング素子の保護情報を出力するものもある（特許文献３）。また、図３は、Ｖ／ｆ制御時の最適電流制限行うものである。
このように、従来のインバータ装置の過電流制限は、半導体スイッチング素子のパワーサイクルによる破壊を防止し、半導体素子の異常を警告して、インバータ装置の運転を停止させないようにしている。
【特許文献１】実開平６−７０４９８号公報
【特許文献２】特開平９−１４０１８７号公報
【特許文献３】特開２０００−３４１９６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に開示されている従来のインバータ装置は、電流制限レベルの状態に従って出力周波数に応じた電流制限をおこなっているだけなので、最適な出力電圧の調整は行われておらず、またその時の電流値と出力周波数の状態は分からないため操作者および調整者はインバータ装置の適切な処置が出来ないという問題があった。特にクレーン等のインバータ装置と操作者および調整者が離れた場所にあると直接状態を監視できない問題もあった。
また、特許文献２に開示されているインバータ装置は、半導体素子のジャンクションと温度許容値をもとに電流値と出力周波数を、磁束変換器をもちいてモータのｄ軸およびｑ軸の電流調整を行い、最適な運転を行えるようにしているが、前記同様、インバータ装置と操作者および調整者が離れた場所にあると直接状態を監視できない問題がある。特許文献３に開示されているインバータ装置は半導体素子のみの温度監視および警告出力なので、過電流制限等の処理はできない。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、電流最大時の１次周波数を監視およびモニタ出力できるインバータ装置とその制御方法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】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、１次電流と基準位相から1次電流振幅と１次電流位相に変換する座標変換部と、前記１次電流振幅と過電流制限値から電圧制限値を生成する電圧制限値演算部と、前記１次電流位相と前記電圧制限値と周波数指令から第１周波数指令を演算する周波数指令演算部と、前記第１周波数指令とすべり周波数から1次周波数指令を生成する１次周波数指令演算部と、前記電圧制限値と前記１次電流位相からｄｑ軸電圧制限指令を生成するｄｑ軸電圧制限指令演算部と、前記１次周波数指令を積分して前記基準位相を生成する積分器と、前記１次周波数指令からｑ軸電圧指令を生成するｆ／Ｖ変換器と、前記ｑ軸電圧指令とｄ軸電圧指令と前記ｄｑ軸電圧制限指令からｄｑ軸補正電圧指令を生成する電圧指令補正部と、前記ｄｑ軸補正電圧指令と前記基準位相からＰＷＭ指令を生成するＰＷＭ指令演算部と、ＰＷＭ指令を電力変換する電力変換部とを備えるインバータ装置において、前記周波数指令演算部は、前記電圧制限値と前記１次電流位相に基づいて周波数指令の加速度を修正する電流制限加速度補正部を備えることを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１記載のインバータ装置において、  前記ｄ軸電圧指令は零電圧であることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１記載のインバータ装置において、前記１次電流振幅と前記電流制限値との差分値から電流警告を生成する電流警告生成部と、前記電流警告を表示する電流警告表示部と、を備えることを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１記載のインバータ装置において、前記１次電流振幅の最大値とそのときの１次周波数指令を表示する最大値表示部を備えたことを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、請求項３記載のインバータ装置において、前記１次電流最大値を記憶する記憶部と、前記１次電流最大値と１次電流振幅を比較する比較部とを備えることを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、周波数指令と、前記周波数指令からｆ／Ｖ変換により求めた電圧指令に基づいてＰＷＭ変調して電圧を出力し、過電流が検出された場合には保護動作を行うインバータ装置の制御方法において、１次電流と基準位相を１次電流振幅と１次電流位相に変換するステップと、前記１次電流振幅が所定の電流制限値を超えた時に超過分に比例した電圧制限値を求めるステップと、前記電圧制限値を前記１次電流位相に基づいて電圧制限値ΔＶｑ、ΔＶｄに変換するステップと、前記電圧指令に前記電圧制限値を加算して補正電圧指令を生成し瞬時に電流を制限するステップと、前記電圧制限値と前記１次電流位相に基づいて周波数の加速度指令を修正して電流制限を行うステップと、前記１次電流振幅が前記電流制限値を超えた電流値をもとに電流値異常として過電流警告を行うステップと、を備えることを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のインバータ装置の制御方法において、前記1次電流振幅が１次電流振幅最大値を超えた場合は新たな1次電流振幅最大値とし、その時の周波数指令を保存するステップと、前記1次電流振幅最大値と前記周波数指令を表示しアナログ信号を外部に出力するステップと、を備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００５】
以上、説明したように本発明によれば、電圧指令に対して電流制限値を超過した分に比例し電流ベクトルと逆方向あるいは逆方向の内の電圧指令軸上の成分の電圧制限ベクトルを加えることにより、瞬時に電流を制限することができるようになり、更に、３つのレベルの電流制限方法を持たせることによって、電流による素子の破壊と、ストールを確実に防止することができる。また、電圧制限値と電流位相とから加速度を補正することによって定常的に電流を制限し、誘導電動機等を効率良く運転することができる。
また、過電流状態を警告アラーム表示することでインバータ装置の低周波数運転時の過電流によるパワーサイクル半導体素子破壊の未然確認ができ、かつ、最大電流値とその時の出力周波数を確認が可能なため、操作者および調整者がインバータ装置と離れていても容易に確認および調整できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１において、１は周波数指令演算部、２２は電圧制限部、２３は電圧指令補正部、１０は電力変換部である。また、２は加速度指令演算部、３は積分器、４は指令値制限部、５はすべり周波数演算部、７はｆ／Ｖ変換器、８は基準位相演算器、９はＰＷＭ指令演算部、１０は電力変換部、１１ａは電流制限加速度補正部、１１ａ’は周波数指令切替え部、１２ａは座標変換部、１３は電流比較部、１４はリミット部、１５は電圧制限演算部、１６はｄｑ軸、１７ａはｑ軸電圧指令補正部、１７ｂはｄ軸電圧指令補正部、１８は電流警告生成部、１９は電流警告表示部である。
【０００８】
つぎに動作について説明する。周波数指令演算部１は、周波数指令から第１周波数指令を生成し、１次周波数指令演算部２４は第１周波数指令とすべり周波数を加算し１次周波数指令を生成する。ｆ／Ｖ換部７は１次周波数をｆ／Ｖ変換してｑ軸電圧指令を生成する。ＰＷＭ指令演算部９はｑ軸電圧指令とｄ軸電圧指令を１次周波数指令を積分してもとめた基準位相θで座標変換し３相電圧指令を生成、さらにＰＷＭ信号に変換して電力変換部１０を駆動する。次に座標変換部１２ａにより１次電流振幅と、基準位相θに対する電流位相θｉを求め、電流比較部１３によって設定した電流制限値Ｉｍａｘから１次電流振幅Ｉ１を減算する。リミット部１４は、減算結果が負の場合は０とし、所定値以上の場合は所定値にリミットする。電圧制限演算部１５は、でゲイン及びフィルタ処理（Ｋ／１＋Ｔｓ）を施して電圧制限値ΔＶを求める。ｄｑ軸電圧制限演算部１６では、求めた電圧制限値ΔＶと電流位相θｉより式（１）、式（２）で、ｄｑ軸電圧制限値ΔＶｑ、ΔＶｄを求める。
ΔＶｑ＝−ΔＶｓｉｎθｉ              （１）
ΔＶｄ＝−ΔＶｃｏｓθｉ              （２）
なお、電流検出値Ｉｄ、Ｉｑを用いて、式（３）、式（４）として求めても同じ結果が得られる。
ΔＶｑ＝−ΔＶ×Ｉｑ／Ｉ１            （３）
ΔＶｄ＝−ΔＶ×Ｉｄ／Ｉ１            （４）
次に、演算したΔＶｑ、ΔＶｄを電圧指令Ｖｑ* 、Ｖｄ* に加算部１７ａ、１７ｂにより加算してｄｑ軸補正電圧指令Ｖｑ、Ｖｄを求めＰＷＭ指令演算部９により３相（ＵＶＷ相）の電圧指令を求めてＰＷＭパターンに変換し、電力変換部１０へ出力し電動機ＩＭに電圧を印加する。これにより瞬時に電流を制限することが可能になる。この間の電圧制限ベクトルΔＶ、電圧指令ベクトルＶ* 、電流ベクトルＩの関係は、回生状態の場合ｑ軸上の電圧指令Ｖ*に対して電流と逆方向の電圧制限ベクトルΔＶを加算し、印加電圧Ｖを小さくして、電流ベクトルＩを制限する様子を示している。、逆に同方向にΔＶを加算して印加電圧Ｖを大きくして電流ベクトルＩを制限し、電動機の状態に関係なく瞬時に電流を制限することが可能になる。また、電流警告生成部１８のΔＩが０になった場合、１９の電流警告表示器に過電流警告表示を行う。瞬時の場合、誰でも確認できるように３ｓｅｃの表示点灯を行うので、状態が必ず確認できる。
【実施例２】
【０００９】
図２において、１１ａは加速度を修正する電流制限加速度補正部、１１ａ’は周波数指令と電流制限時出力周波数とを切替える周波数指令切替え部、１２ａは１次電流振幅Ｉ１と１次電流位相θ１を出力する座標変換部、１３は１次電流振幅Ｉ１と過電流制限値Ｉｍａｘを比較する電流比較部でその出力をΔＩとしている。１４は比較結果を出力するリミット部、１５は電圧制限値ΔＶを演算する電圧制限演算部、１６はｄｑ軸電圧制限値ΔＶｑ、ΔＶｄを求めるｄｑ軸電圧制限演算部、１７ａ、ｂは電圧指令補正部で電圧指令とｄｑ軸電圧制限値を加算、１８は過電流警告のためΔＩの比較を行う電流警告生成部、１９は電流警告時の電流警告表示部、１次電流振幅Ｉ１の最大値を比較し最大値時の出力周波数６をホールドする。
【００１０】
図２において、Ｉ１を常に最大値を２０最大値比較手段にて監視し、最大値の時の６出力周波数を保存し、その値を最大値表示部２１にて表示できるため、過電流状態を監視しながらインバータ装置の低周波数運転時の過電流によるパワーサイクル半導体素子破壊の未然確認ができ、かつ、最大電流値とその時の出力周波数を確認が可能なため、操作者および調整者がインバータ装置と離れていても容易に確認および調整できる。
【００１１】
図４は本発明のインバータ装置の制御方法を示すフローチャートである。図４において、ステップＳＴ１で１次電流振幅と１次電流位相を検出し、ステップＳＴ２で１次電流振幅が所定の電流制限値を超えた時に超過分に比例した電圧制限値を求め、ステップＳＴ３で電圧制限値を１次電流位相に基づいて電圧制限値ΔＶｑ、ΔＶｄに変換し、ステップＳＴ４で電圧指令に電圧制限値を加算して補正電圧指令を生成し瞬時に電流を制限し、ステップＳＴ５で電圧制限値と１次電流位相に基づいて周波数の加速度指令を修正して電流制限を行い、ステップＳＴ６で１次電流振幅が電流制限値を超えた電流値ΔＩをもとに電流値異常として過電流警告を行う。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施例を示すインバータ装置の制御ブロック図
【図２】本発明の第２実施例を示すインバータ装置の制御ブロック図
【図３】従来のインバータ装置の制御ブロック図
【図４】本発明の制御方法を示すフローチャート
【符号の説明】
【００１３】
１  周波数指令演算部
２  加速指令演算部
３  加速周波数積分部
４  指令値制限手段部
５  滑り周波数演部
６  出力周波数
７  ｆ／Ｖ変換部
８  位相演算部
９  ＰＷＭ指令演算部
１０  電力変換部
１１ａ  電流制限加速度補正部
１１ａ’  周波数指令切替え部
１２ａ  座標変換部
１３  電流比較部
１４  リミット回路
１５  電圧制限値演算部
１６  電圧制限ベクトル演算部
１７ａ  ｑ軸電圧指令補正部
１７ｂ  ｄ軸電圧指令補正部
１８  電流警告生成部
１９  電流警告表示器
２０  最大値比較部
２１  最大値表示部
２２  電圧制限部
２３  電圧指令補正部
２４  １次周波数指令演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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