(57)【要約】  【課題】クロック信号の停止が生じたときでも、主回路半導体素子の破損を防止するとともに、電動機巻線の絶縁劣化や焼損が発生しないようにした。  【解決手段】クロック発振器３１のクロック信号出力は、クロック信号停止判定回路４１に供給される。クロック信号停止判定回路４１がクロック信号の停止を判定すると、その停止判定出力を送出する。すると、インバータ装置外部に設けられた外部指令で動作する電磁接触器ＭＣ２の電路に介挿されたスイッチＳＷ１が、その停止判定出力によりＯＦＦされる。このため、電磁接触器ＭＣ２もＯＦＦし、その接点１２が開放される。すると、交流電源１１の交流電力が順変換回路１３に供給されなくなるために、逆変換回路１７の主回路半導体素子に流れる電流は、電解コンデンサ１６に蓄えられたエネルギー分だけで終了することになる。  【選択図】図１
2008118829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を順変換回路で整流して電解コンデンサ及び逆変換回路に供給し、逆変換回路をマイクロコンピュータで制御して電動機を可変速駆動するインバータ装置において、
前記マイクロコンピュータに供給するクロック信号発振器からのクロック信号停止を、その信号停止判定回路で検出する手段と、
この検出手段でクロック信号停止が検出されたときに、前記順変換回路への交流電源の供給を停止する手段とを有することを特徴とするインバータ装置の保護装置。
【請求項２】
交流電源を順変換回路で整流して電解コンデンサ及び逆変換回路に供給し、逆変換回路をマイクロコンピュータで制御して電動機を可変速駆動するインバータ装置において、
前記マイクロコンピュータに供給するクロック信号発振器からのクロック信号停止を、その信号停止判定回路で検出する手段と、
順変換回路の出力端と電解コンデンサの入力端とを結ぶ電路に介挿され、前記検出する手段でクロック信号停止を検出したときに、電解コンデンサへの順変換回路からの電力供給を制限する手段とを有することを特徴とするインバータ装置の保護装置。
【請求項３】
交流電源を順変換回路で整流して電解コンデンサ及び逆変換回路に供給し、逆変換回路をマイクロコンピュータで制御して電動機を可変速駆動するインバータ装置において、
前記マイクロコンピュータに供給するクロック信号発振器からのクロック信号停止を、その信号停止判定回路で検出する手段と、
前記逆変換回路を構成する主回路半導体素子にゲート電圧を供給するゲート駆動部と、
このゲート駆動部に電解コンデンサの両端電圧が供給される電路に介挿される開閉手段を設け、
前記クロック信号停止判定回路で検出する手段でクロック信号停止を検出したとき、前記開閉手段を開放することを特徴とするインバータ装置の保護装置。
【請求項４】
請求項３記載のインバータ装置の保護装置において、
前記ゲート駆動部にマイクロコンピュータから３ステートロジック回路を介してゲート信号を分配供給し、前記逆変換回路に設けられた温度検出器の温度が保護設定レベル以上となるか、逆変換回路の出力電流が保護設定レベル以上となるか、電解コンデンサの両端電圧が保護設定レベル以上となるかのときに、逆変換回路が故障と判定し、故障判定回路と３ステートロジック回路とを結ぶ電路に介挿された開閉手段を、前記クロック信号停止判定回路で検出する手段でクロック信号停止を検出したとき、開放させて、３ステートロジック回路の動作を停止させることを特徴とするインバータ装置の保護装置。
【請求項５】
請求項３又は４記載のインバータ装置の保護装置において、
前記ゲート駆動部を構成する各相ゲート駆動回路に、ロジック電源部から電流を供給する電路に開閉手段を設け、この開閉手段を前記クロック信号停止判定回路で検出する手段でクロック信号停止を検出したとき、前記開閉手段を開放することを特徴とするインバータ装置の保護装置。
【請求項６】
交流電源を順変換回路で整流して電解コンデンサ及び逆変換回路に供給し、逆変換回路をマイクロコンピュータで制御して電動機を可変速駆動するインバータ装置において、
前記マイクロコンピュータに供給するクロック信号発振器からのクロック信号停止を、その信号停止判定回路で検出する手段と、
この検出手段でクロック信号停止が検出されたときに、前記順変換回路への交流電源の供給を停止するとともに、順変換回路の出力端と電解コンデンサの入力端とを結ぶ電路に介挿された電解コンデンサへの順変換回路からの電力供給を制限し、かつゲート駆動部に電解コンデンサの両端電圧が供給される電路に介挿された開閉手段および故障判定回路と３ステートロジック回路とを結ぶ電路に介挿された開閉手段並びに前記ゲート駆動部を構成する各相ゲート駆動回路に、ロジック電源部から電流を供給する電路に開閉手段を開放することを特徴とするインバータ装置の保護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロコンピュータを使用して制御される交流可変速駆動用ＰＷＭインバータ装置の保護装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図８は、マイクロコンピュータ（以下マイコンと称す）を使用した交流可変速駆動用ＰＷＭインバータ装置の構成図を示すもので、この種インバータ装置は、出力電圧と周波数の関係を一定に保持しながら運転するＶ／ｆ一定制御方式で、かつ電圧出力を正弦波−三角波比較方式で得ている装置の例である。
【０００３】
図８において、１１は交流電源で、この交流電源１１の交流電力は、外部指令で動作する電磁接触器ＭＣ２の接点１２を介して順変換回路（整流回路）１３に供給される。この順変換回路１３で直流電力に変換された直流電源の正側は、後述する電磁接触器ＭＣ１の接点１４と予備充電抵抗１５の並列回路を介して電解コンデンサ１６と逆変換回路（インバータ）１７の正極側に接続され、また、順変換回路１３の負側は、電解コンデンサ１６と逆変換回路１７の負極側に接続される。
【０００４】
逆変換回路１７は、例えば、ＩＧＢＴなどからなる主回路半導体素子で構成され、これら半導体素子は、ゲート駆動部１８からのゲート電圧によりＯＮ／ＯＦＦ制御される。ゲート駆動部１８には、電解コンデンサ１６の両端電圧が絶縁回路１８ａから１８ｄを介して供給される。逆変換回路１７のＵ，Ｖ，Ｗ相の各アームは、線路１９，２０，２１を介して電動機２２に接続される。線路１９、２０、２１には、それぞれＵ相電流検出器２３、Ｖ相電流検出器２４及びＷ相電流検出器２５が設けられ、これら電流検出器２３，２４，２５で検出された電流は、絶対値演算とその最大値検出が演算部２６で演算されて出力に電流値Ｉａｃを得る。
【０００５】
逆変換回路１７には、温度検出器２７が設けられ、変換器２８を介して温度検出値Ｔｍｐが出力される。２９は絶縁アンプで、このアンプ２９により電解コンデンサ１６の電圧検出値Ｖｄｃを検出する。上記、電流値Ｉａｃ、温度検出値Ｔｍｐ及び電圧
検出値Ｖｄｃは、後述する保護レベルと比較され、故障判定に使用される。
【０００６】
３０はマイコンで、このマイコン３０には、予備充電ＭＣ（電磁接触器）制御部３０ａ，デットタイム作成回路３０ｂ，故障判定部３０ｃやインバータを制御するためのプログラムなどが形成され、デッドタイム作成回路３０ｂに制御出力が供給されるようになっている。３１はマイコン３０に供給されるクロック発振器である。
【０００７】
デッドタイム作成回路３０ｂの出力は、３ステートロジック回路３２を介してゲート駆動部１８を構成する各相ゲート駆動回路１８ｕ，１８ｖ，１８ｗ，１８ｘ，１８ｙ，１８ｚにゲート信号が分配供給される。３３ａ，３３ｂ，３３ｃはコンパレータで、このコンパレータ３３ａ，３３ｂ，３３ｃには、上述した電流値Ｉａｃ，温度検出値Ｔｍｐ、電圧値Ｖｄｃが与えられ、保護レベルと比較され、各値が保護レベル以上となるときに、逆変換回路（インバータ）が異常であると、故障判定部３０ｃからの出力が「Ｈｉｇｈ」レベルになる。
【０００８】
上記のように構成されたインバータ装置において、主回路半導体素子を保護するために様々な保護機能を持っている。例えば、負荷の異常や使用方法の誤りにより、主回路半導体素子の許容を上回る異常な電流や電圧を検出した場合や、冷却系に異常が発生し、半導体素子の許容を上回る高温状態を検出した場合に、インバータ装置の運転を中断する。通常これらの保護動作は、電流検出器や電圧検出器、温度検出器の出力を、異常判定値とコンパレータで比較し、その結果をマイコンやハードウェアロジックに取り込み、インバータ装置の運転を停止させる。
【０００９】
上記マイコンは、クロック信号を使って動作をしており、何らかの原因でクロック信号が停止した場合には、マイコンの動作が停止する。従って、マイコンのクロック信号停止を検出した時には、主回路半導体素子を全相ＯＦＦ固定とするか、インバータ装置への電源供給を速やかに遮断する必要がある。このため、クロック信号が停止したことを判定する回路が開発されている。
【００１０】
このようなクロック信号停止判定回路を図９に示す。図９において、正常時のクロック信号は、マイコンの電源と同じ振幅を持つ方形波８１で、ほぼ５０％デューティである。ここで、クロック信号が停止した場合の状態として、０Ｖ又は電源電圧のどちらかの電圧レベルに近づいた状態で固定されると仮定し、その状態を抽出する方式として、クロック信号波形をローパスフィルタ８２に通過させ、その出力信号をウィンドコンパレータ８３で、許容範囲内にあるかどうかを判定し、正常範囲なら「０Ｖ」、異常範囲なら「Ｈｉｇｈ」になる。
【特許文献１】特開２００３−０６０４９０号公報
【特許文献２】特開２００１−２６８９９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記のように、何らかの原因でマイコンのクロック信号が停止した場合には、マイコンの動作が停止する。従って、コンパレータ出力で、クロック信号が異常であることが認識できても、その後の処置が取れなくなる。特に、正弦波−三角波比較方式でクロックが停止すると６個の主回路素子のＯＮ／ＯＦＦ状態が固定となり、例えば、Ｕ相ＯＮでＹ相とＺ相がＯＮ固定で停止した場合、電動機の各相巻線抵抗を「ｒ」とすると、Ｕ相の主回路半導体素子と電動機巻線には、直流回路電圧／１．５ｒの電流が流れ続けてしまう。このため、主回路半導体素子の破損や電動機巻線の温度上昇による絶縁劣化や焼損による断線を発生する問題がある。
【００１２】
この発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、マイコンを使ったインバータ装置において、クロック信号の停止が生じたときでも、主回路半導体素子の破損を防止するとともに、電動機巻線の絶縁劣化や焼損が発生しないようにしたインバータ装置の保護装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明は、上記の課題を達成するために、第１発明は、交流電源を順変換回路で整流して電解コンデンサ及び逆変換回路に供給し、逆変換回路をマイクロコンピュータで制御して電動機を可変速駆動するインバータ装置において、
前記マイクロコンピュータに供給するクロック信号発振器からのクロック信号停止を、その信号停止判定回路で検出する手段と、この検出手段でクロック信号停止が検出されたときに、前記順変換回路への交流電源の供給を停止する手段とを有することを特徴とするものである。
【００１４】
第２発明は、マイクロコンピュータに供給するクロック信号発振器からのクロック信号停止を、その信号停止判定回路で検出する手段と、順変換回路の出力端と電解コンデンサの入力端とを結ぶ電路に介挿され、前記検出する手段でクロック信号停止を検出したときに、電解コンデンサへの順変換回路からの電力供給を制限する手段とを有することを特徴とするものである。
【００１５】
第３発明は、マイクロコンピュータに供給するクロック信号発振器からのクロック信号停止を、その信号停止判定回路で検出する手段と、前記逆変換回路を構成する主回路半導体素子にゲート電圧を供給するゲート駆動部と、このゲート駆動部に電解コンデンサの両端電圧が供給される電路に介挿される開閉手段を設け、前記クロック信号停止判定回路で検出する手段でクロック信号停止を検出したとき、前記開閉手段を開放することを特徴とするものである。
【００１６】
第４発明は、ゲート駆動部にマイクロコンピュータから３ステートロジック回路を介してゲート信号を分配供給し、前記逆変換回路に設けられた温度検出器の温度が保護設定レベル以上となるか、逆変換回路の出力電流が保護設定レベル以上となるか、電解コンデンサの両端電圧が保護設定レベル以上となるかのときに、逆変換回路が故障と判定し、故障判定回路と３ステートロジック回路とを結ぶ電路に介挿された開閉手段を、前記クロック信号停止判定回路で検出する手段でクロック信号停止を検出したとき、開放させて、３ステートロジック回路の動作を停止させることを特徴とするものである。
【００１７】
第５発明は、ゲート駆動部を構成する各相ゲート駆動回路に、ロジック電源部から電流を供給する電路に開閉手段を設け、この開閉手段を前記クロック信号停止判定回路で検出する手段でクロック信号停止を検出したとき、前記開閉手段を開放することを特徴とするものである。
【００１８】
第６発明は、マイクロコンピュータに供給するクロック信号発振器からのクロック信号停止を、その信号停止判定回路で検出する手段と、この検出手段でクロック信号停止が検出されたときに、前記順変換回路への交流電源の供給を停止するとともに、順変換回路の出力端と電解コンデンサの入力端とを結ぶ電路に介挿された電解コンデンサへの順変換回路からの電力供給を制限し、かつゲート駆動部に電解コンデンサの両端電圧が供給される電路に介挿された開閉手段および故障判定回路と３ステートロジック回路とを結ぶ電路に介挿された開閉手段並びに前記ゲート駆動部を構成する各相ゲート駆動回路に、ロジック電源部から電流を供給する電路に開閉手段を開放することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
以上述べたように、この発明によれば、マイコンを使ったインバータ装置において、クロック信号の停止が生じたときでも、主回路半導体素子の破損を防止するとともに、電動機巻線の絶縁劣化や焼損を発生しないようにできる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下この発明の実施の形態を図面に基づいて説明するに、図８と同一部分には、同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
［実施の第１形態］
図１は実施の第１形態を示す構成図で、図１において、クロック発振器３１のクロック信号出力は、クロック信号停止判定回路４１に供給される。クロック信号停止判定回路４１としては、図９に示すような回路が用いられる。クロック信号停止判定回路４１がクロック信号の停止を判定すると、その停止判定出力を送出する。すると、インバータ装置外部に設けられた外部指令で動作する電磁接触器ＭＣ２の電路に介挿されたスイッチＳＷ１が、その停止判定出力によりＯＦＦされる。
【００２１】
このため、電磁接触器ＭＣ２もＯＦＦし、その接点１２が開放される。すると、交流電源１１の交流電力が順変換回路１３に供給されなくなるために、逆変換回路１７の主回路半導体素子に流れる電流は、電解コンデンサ１６に蓄えられたエネルギー分だけで終了することになる。従って、逆変換回路１７を構成する主回路半導体素子に流れる電流も僅少であるために、素子の破損や、電動機２２の巻線の温度上昇などの影響がなくなり、巻線の焼損や絶縁劣化などは生じなくなる。
［実施の第２形態］
図２は実施の第２形態を示す構成図で、この第２形態においても、第１形態と同様にクロック信号停止判定回路４１がクロック信号の停止を判定すると、その停止判定出力を送出する。すると、マイコン３０の内部に構成された予備充電ＭＣ制御部３０ａからの制御信号電路に介挿されたスイッチＳＷ２が、その判定出力によりＯＦＦされる。
【００２２】
このため、インバータ装置内部に設けられた予備充電用電磁接触器ＭＣ１もＯＦＦするために、その接点１４ａが開放される。これにより、逆変換回路１７の主回路半導体素子に流れる電流は、予備充電抵抗で制限され、主回路半導体素子へ流れる電流も制限されるようなって、素子の破損が防止される。なお、予備充電抵抗の電流許容損失は小さいために、抵抗が断線される可能性があるが、高価な主回路半導体素子の破損は回避できる。
［実施の第３形態］
図３は実施の第３形態を示す構成図で、この第３形態においても、第１形態と同様にクロック信号停止判定回路４１がクロック信号の停止を判定すると、その停止判定出力を送出する。この停止判定出力により、ゲート駆動部１８に供給する電解コンデンサ１６の両端電圧の供給電路４２に介挿されたスイッチＳＷ３をＯＦＦにする。これにより、逆変換回路１７の主回路半導体素子のゲート電圧は、０Ｖとなり、ＯＮ状態ではなくなる。但し、ゲートＯＦＦ電圧（−１０Ｖ程度）を確保できないため、外来ノイズの影響で主回路半導体素子が再びＯＮしてしまう虞がある。
［実施の第４形態］
図４は実施の第４形態を示す構成図で、この第４形態においても、第１形態と同様にクロック信号停止判定回路４１がクロック信号の停止を判定すると、その停止判定出力を送出する。この停止判定出力により、３ステートロジック回路３２とマイコン３０の内部に構成された故障判定部３０ｃとを結ぶ電路４３に介挿されたスイッチＳＷ４をＯＦＦする。これにより、ゲート駆動用絶縁回路の１次側駆動ロジックをハイインピーダンスとする。これにより、ゲート駆動部１８は、ある程度の電流を流さないとＯＮできないため、１次側駆動ロジックをハイインピーダンスとすると、主回路半導体素子のゲートＯＦＦ電圧が確保され、安定なＯＦＦ状態となる。なお、故障判定部３０ｃの出力レベルが、「Ｌｏｗ」のときは正常、「Ｈｉｇｈ」のときは異常となる。
［実施の第５形態］
図５は実施の第５形態を示す構成図で、この第５形態においても、第１形態と同様にクロック信号停止判定回路４１がクロック信号の停止を判定すると、その停止判定出力を送出する。この停止判定出力により、ロジック電源からゲート駆動部１８に供給する電路４４に介挿されたスイッチＳＷ５をＯＦＦし、ゲート駆動用絶縁回路の１次側電源をＯＦＦする。これにより主回路半導体素子のゲートＯＦＦ電圧が確保され、安定なＯＦＦ状態となる。
【００２３】
図６は各相ゲート駆動回路の入力部を示すフォトカプラの構成図、図７は上記実施の形態におけるＵ相のゲート駆動回路を示す構成図である。図７において、７１は駆動信号ロジックを出力するバッファ素子で、この素子７１のＥＮ端子を「Ｈ」にすると、出力がハイインピーダンスになる。７２はバッファ素子７１のロジック出力を絶縁するフォトカプラであり、７３はフォトカプラ７２に流れる電流を制限する抵抗、７４はフォトカプラ７２の出力側トランジスタに流れる電流を制限する抵抗である。
【００２４】
７５はゲート駆動回路専用の絶縁電源で、通常、この電源７５は「＋」、「０」、「−」の３レベルの電圧を出力する。７６は変換回路で、この変換回路７６は、絶縁されたロジック出力のＰＷＭ信号を増幅してゲート信号（Ｇｕ，Ｅｕ）を送出する。なお、スイッチＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５は上記実施の各形態で述べたものである。
【００２５】
また、上記実施の各形態の保護機能（スイッチＳＷ１〜ＳＷ５）を個々に組み合わせても、全保護機能を用いても同様に保護が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の実施の第１形態を示す構成図。
【図２】この発明の実施の第２形態を示す構成図。
【図３】この発明の実施の第３形態を示す構成図。
【図４】この発明の実施の第４形態を示す構成図。
【図５】この発明の実施の第５形態を示す構成図。
【図６】各相ゲート駆動回路の入力部の構成図。
【図７】Ｕ相のゲート駆動回路を示す構成図。
【図８】マイクロコンピュータを使用した交流可変速駆動用ＰＷＭインバータ装置の構成図。
【図９】クロック信号停止判定回路の構成図。
【符号の説明】
【００２７】
１３…順変換回路
１６…電解コンデンサ
１７…逆変換回路
１８…ゲート駆動部
２２…電動機
２７…温度検出器
２９…絶縁アンプ
３０…マイクロコンピュータ
３０ａ…予備充電ＭＣ制御部
３０ｃ…故障判定部
３１…クロック発振器
３２…３ステートロジック回路
４１…クロック信号停止判定回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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