(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各種の産業機械の動力源としての交流電動機に所望の交流電力を供給することにより該電動機を可変速制御するインバータ装置において、
前記産業機械における１サイクルの運転パターンを前記インバータ装置により観測して前記インバータ装置の構成要素の発生損失を演算し、この発生損失をフーリエ変換した結果と前記構成要素の温度上昇モデルとに基づいて、温度上昇データを演算し、この温度上昇データを逆フーリエ変換して前記運転パターンを周期的に繰り返したときの前記構成要素の最大温度上昇推定値を導出する温度上昇値推定手段を備えたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のインバータ装置において、前記構成要素をインバータ主回路の半導体素子とし、前記観測データは前記インバータ装置の出力電流およびキャリア周波数としたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項３】
請求項１に記載のインバータ装置において、前記構成要素をインバータ主回路の半導体素子とし、前記観測データは前記インバータ装置の出力電流およびキャリア周波数と該インバータ装置の周囲温度としたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項４】
請求項１に記載のインバータ装置において、前記構成要素をインバータ主回路の回生放電抵抗とし、前記観測データは前記回生放電抵抗をオン・オフするスイッチング素子のオン・オフ状態としたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項５】
請求項１項に記載のインバータ装置において、前記構成要素をインバータ主回路の回生放電抵抗とし、前記観測データは前記回生放電抵抗をオン・オフするスイッチング素子のオン・オフ状態と該インバータ装置の周囲温度としたことを特徴とするインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、特に、予め設定した運転パターンでの繰り返し動作が行われる各種の産業機械の動力源としての交流電動機を駆動するインバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３はこの種のインバータ装置の代表的な従来例を示す回路構成図であり、所謂、Ｖ／ｆ制御インバータと称されるインバータ装置である。
【０００３】
すなわち図３において、１０は後述の図４に示す構成のインバータ主回路、２０はインバータ主回路１０から交流電動機１に所望の交流電力を供給するための制御を行う制御回路であり、この制御回路２０には前記産業機械の運転動作を制御する図示しない上位コントローラからの周波数指令値を単位時間当たりの所望の勾配で増減させつつ最終的には前記周波数指令値と一致した周波数設定値ｆ1*に変換する加減速調整器２１と、交流電動機１が低速域でも磁束を一定に保つため、前記Ｖ／ｆ制御における電圧をかさ上げするための図示のブースト量と周波数設定値ｆ1*とに対応しつつ交流電動機１の一次電圧設定値Ｖ1*（直流量）を発生させる電圧パターン発生器２２と、周波数設定値ｆ1*を時間積分した位相設定値Θ*を出力する積分器２３と、この位相設定値Θ*と一次電圧設定値Ｖ1*とに基づいて三相の交流電圧指令値ｖU*，ｖV*，ｖW*を発生させる電圧指令値発生器２４と、周波数設定値ｆ1*に基づき、必要ならば段階的に変化させたキャリア周波数を発生させるキャリア発生器２５と、このキャリア周波数に基づく、例えば、三角波信号により交流電圧指令値ｖU*，ｖV*，ｖW*それぞれをＰＷＭ演算し、これらの演算結果に対応したインバータ主回路１０への駆動信号を生成するＰＷＭ回路２６とから構成されている。
【０００４】
また、図４は図３に示したインバータ主回路１０の詳細回路構成例図であり、商用電源などの交流電源２がコンタクタ３を介してインバータ主回路１０に印加されると、三相ブリッジ接続のダイオード整流回路１１により整流され、この整流電圧は平滑コンデンサ１２によりほぼ平滑された直流電圧となり、この直流電圧は図示のＩＧＢＴとダイオードの逆並列回路を三相ブリッジ接続してなるインバータ回路１３により所望の振幅，周波数の交流電圧を変換される。なお、ＩＧＢＴ１４は交流電動機１の制動動作による回生電流により平滑コンデンサ１２の両端電圧が所定の上限値を越えた状態になったときにオン状態となり、このオン状態により前記回生電流が回生放電抵抗１５に流れ込み、その結果、前記両端電圧の上昇が抑制される。
【特許文献１】特開平７−１３５７３１号公報
【特許文献２】特開２００３−１３４８３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図３，４に示した従来のインバータ装置を用い、予め設定した運転パターンでの繰り返し動作が行われる各種の記産業機械においては、机上で前記運転パターンの１サイクルでのインバータ主回路１０の構成要素それぞれの温度上昇演算値を算出し、この演算値がその許容値を超えないように該構成要素それぞれの容量を選定していた。
【０００６】
しかしながら、実際に前記産業機械を稼働させた場合に、前記運転パターンの１サイクルでのインバータ主回路１０の構成要素としてのインバータ回路１３などの半導体素子や回生放電抵抗１５の温度上昇値が前記温度上昇演算値とは異なる値になることがあり、この最悪の場合には、前記運転パターンを前記産業機械で多数回（例えば、数１００回以上）繰り返して運転した後に前記インバータ装置の図示しない保護回路が過負荷状態に陥ったとして、該インバータ装置を停止させることがあり、その結果、その後の運転継続が困難になるという問題点があった。
【０００７】
上記問題点を解消するために、従来は、前記運転パターンを所定の回数繰り返しつつ前記インバータ装置の運転継続を監視することが行われていたが、この監視動作には手間が掛かるという新たな問題点があった。
【０００８】
この発明の目的は、上記問題点を解消できるインバータ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この第１の発明は、各種の産業機械の動力源としての交流電動機に所望の交流電力を供給することにより該電動機を可変速制御するインバータ装置において、
前記産業機械における１サイクルの運転パターンを前記インバータ装置により観測して前記インバータ装置の構成要素の発生損失を演算し、この発生損失をフーリエ変換した結果と前記構成要素の温度上昇モデルとに基づいて、温度上昇データを演算し、この温度上昇データを逆フーリエ変換して前記運転パターンを周期的に繰り返したときの前記構成要素の最大温度上昇推定値を導出する温度上昇値推定手段を備えたことを特徴とする。
【００１０】
第２の発明は前記第１の発明のインバータ装置において、前記構成要素をインバータ主回路の半導体素子とし、前記観測データは前記インバータ装置の出力電流およびキャリア周波数としたことを特徴とする。
【００１１】
第３の発明は前記第１の発明のインバータ装置において、前記構成要素をインバータ主回路の半導体素子とし、前記観測データは前記インバータ装置の出力電流およびキャリア周波数と該インバータ装置の周囲温度としたことを特徴とする。
【００１２】
第４の発明は前記第１のインバータ装置において、前記構成要素をインバータ主回路の回生放電抵抗とし、前記観測データは前記回生放電抵抗をオン・オフするスイッチング素子のオン・オフ状態としたことを特徴とする。
【００１３】
第５の発明は前記第１の発明のインバータ装置において、前記構成要素をインバータ主回路の回生放電抵抗とし、前記観測データは前記回生放電抵抗をオン・オフするスイッチング素子のオン・オフ状態と該インバータ装置の周囲温度としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、従来のインバータ装置に温度上昇推定手段を付加して１サイクルの運転パターンを観測することで、後述の如く、該運転パターンを周期的に繰り返したときのインバータ装置の構成要素の最大温度上昇推定値を導出することができ、その結果、この推定値が前記構成要素の許容値を超えないように容量の選定や前記運転パターンの修正を行うことで、継続運転中の無用な運転停止を未然に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１はこの発明の実施例を示すインバータ装置の回路構成図であり、図３に示した従来例回路と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。
【００１６】
すなわち、図１に示したインバータ装置では図３の制御回路２０に対して、電流検出器３１と温度上昇値推定手段３２とが付加された制御回路３０を備えている。
【００１７】
図１に示した温度上昇値推定手段３２の動作を、図２に示したフローチャートを参照しつつ、以下に説明する。
【００１８】
予め設定した運転パターンでの繰り返し動作が行われる各種の産業機械の動力源としての交流電動機１を駆動する図１に示したインバータ装置の温度上昇値推定手段３２において、前記産業機械における１サイクルの運転パターンを前記インバータ装置により観測し、この観測データに基づいて、インバータ主回路１０を構成するインバータ回路１３（図４参照）の最大温度上昇推定値の導出方法を以下に記載する。
【００１９】
先ず、図２におけるステップＳ１では、前記観測データとしての予め定めた期間毎の電流検出器３１の検出値（サンプル値）とキャリア発生器２５からのキャリア周波数値とから、その都度のインバータ回路１３の発生損失を演算する。この発生損失の導出に先立って、該発生損失は前記キャリア周波数値毎のインバータ主回路１０からの出力電流値にほぼ比例することから、前以って実験などにより、取得しておく必要がある。
【００２０】
ステップＳ２では、ステップＳ１で求めた時間領域の発生損失値をフーリエ変換し、周波数領域のデータに変換する。
【００２１】
ステップＳ３では、ステップＳ２で求めた周波数領域のデータと、インバータ回路１３の半導体素子およびインバータ回路１３の冷却体からなり等価的に一次遅れ回路と見做すことできる温度上昇モデルとに基づいて、温度上昇データを演算する。
【００２２】
次に、ステップＳ４では、前記温度上昇データを逆フーリエ変換して時間領域の時間領域の温度上昇値に変換する。
【００２３】
さらに、ステップＳ５では、求めた時間領域の温度上昇値と、インバータ装置の周囲温度とに基づいて、前運転パターンが周期的に繰り返されたときの最大温度上昇推定値を導出する。
【００２４】
なお、ステップＳ４，Ｓ５の演算を行う際に、逆フーリエ変換に尺度変換の手法を用いることにより、短時間で最大温度上昇値を導出することが容易である。さらにまた、インバータ装置の周囲温度に代えて、インバータ回路１３の冷却体の温度を用いてもよい。
【００２５】
次に、予め設定した運転パターンでの繰り返し動作が行われる各種の産業機械の動力源としての交流電動機１を駆動する図１に示したインバータ装置の温度上昇値推定手段３２において、前記産業機械における１サイクルの運転パターンを前記インバータ装置により観測し、この観測データに基づいて、インバータ主回路１０を構成する回生放電抵抗１５（図４参照）の最大温度上昇推定値の導出方法を以下に記載する。
【００２６】
先ず、ステップＳ１では、前記観測データとしての予め定めた期間毎の電流検出器３１の検出値（サンプル値）とＩＧＢＴ１４（図４参照）のオン，オフ状態とから、ＩＧＢＴ１４のオン状態での回生放電抵抗１５の発生損失を演算する。この発生損失の導出に先立って、該発生損失はＩＧＢＴ１４のオン期間と、このときのインバータ主回路１０への電流値にほぼ比例することから、前以って実験などにより、取得しておく必要がある。
【００２７】
ステップＳ２では、ステップＳ１で求めた時間領域の発生損失値をフーリエ変換し、周
波数領域のデータに変換する。
【００２８】
ステップＳ３では、ステップＳ２で求めた周波数領域のデータと、回生放電抵抗１５の等価的に一次遅れ回路と見做すことできる温度上昇モデルとに基づいて、温度上昇データを演算する。
【００２９】
次に、ステップＳ４では、前記温度上昇データを逆フーリエ変換して時間領域の時間領域の温度上昇値に変換する。
【００３０】
さらに、ステップＳ５では、求めた時間領域の温度上昇値と、インバータ装置の周囲温度とに基づいて、前運転パターンが周期的に繰り返されたときの回生放電抵抗１５の最大温度上昇推定値を導出する。
【００３１】
なお、回生放電抵抗１５の温度上昇値がＩＧＢＴ１４のオン期間にほぼ比例すると見做せるときには、このときの電流検出器３１の検出値、すなわち、インバータ主回路１０への電流値の観測を省略することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明の実施例を示すインバータ装置の回路構成図
【図２】図１の動作を説明するフローチャート
【図３】従来例を示すインバータ装置の回路構成図
【図４】図３の部分詳細回路構成図
【符号の説明】
【００３３】
１…交流電動機、２…交流電源、３…コンタクタ、１０…インバータ装置、１１…ダイオード整流回路、１２…平滑コンデンサ、１３…インバータ回路、１４…ＩＧＢＴ、１５…回生放電抵抗、２０…制御回路、２１…加減速調整器、２２…電圧パターン発生器、２３…積分器、２４…電圧指令値発生器、２５…キャリア発生器、２６…ＰＷＭ回路、３０…制御回路、３１…電流検出器、３２…温度上昇値推定手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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