(57)【要約】  【課題】電源条件が悪い環境下においてモータが頻繁に停止することを回避してモータの安定運転を継続できるインバータの制御装置を提供する。  【解決手段】外部からの運転指令によってモータの回転数の目標設定を行なう回転数指令手段１０８と、交流電源の供給状態を判断する電源状態判断手段１０９と、電源状態判断手段１０９の判定に基づき、回転数指令手段１０８の回転数設定に優先してモータ１０４の回転数を制限する回転数決定手段１１０とを備え、電源状態判断手段１０９によって交流電源１０１の供給状態を判定し、回転数指令手段１０８による目標回転数に対して回転数の上限を制限することで、交流電源の供給能力が不安定である場合に、モータ１０４の運転が頻繁に停止することを回避してモータの安定運転を継続し得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源に接続された整流回路と、複数個の駆動用スイッチング素子により構成され、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記交流電力で駆動されるモータの回転を制御する回転制御手段と、外部からの運転指令によって前記モータの回転数の目標設定を行なう回転数指令手段と、前記交流電源の状態を判断する電源状態判断手段と、前記電源状態判断手段の判定に基づき、前記回転数指令手段の回転数設定に優先してモータの回転数を制限する回転数決定手段を設けたインバータの制御装置。
【請求項２】
電源状態判断手段はインバータ回路の入力電圧から交流電源の供給電圧の状態を判断する請求項１に記載のインバータの制御装置。
【請求項３】
電源状態判断手段は運転停止中の商用交流電源の電圧から交流電源の供給電圧の状態を判断する請求項１に記載のインバータの制御装置。
【請求項４】
回転数設定手段は運転始動時に所定時間一定の低速回転運転周波数でモータを駆動し、電源状態判断手段は前記所定回転数で駆動中のインバータ回路の入力電圧から交流電源の供給電圧の状態を判断する請求項１に記載のインバータの制御装置。
【請求項５】
電源状態判定手段は運転開始前の商用交流電源の電圧と運転始動時に所定の回転運転周波数でモータを駆動させた時のインバータ回路の入力電圧とを比較判定し交流電源の供給電圧の状態を判断する請求項１に記載のインバータの制御装置。
【請求項６】
回転数決定手段はモータ運転中のインバータ回路の入力電圧に応じて回転数の制限範囲を選択する請求項１に記載のインバータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源を整流した直流電力を交流電力に変換し冷凍圧縮機等のモータを駆動するインバータの制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のインバータの制御装置は、インバータ回路の入力電圧の電圧低下を検知し、パワースイッチング半導体の駆動を停止して電圧低下による破壊を防止するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
以下、図面を参照しながら上記従来のインバータの制御装置を説明する。
【０００４】
図４は、特許文献１に記載された従来のインバータの制御装置の構成を示すブロック図である。
【０００５】
図４において、交流電源１に接続された整流回路２は、ダイオード２０ａ、２０ｂとコンデンサ２１ａ、２１ｂにより倍電圧整流回路を構成している。インバータ回路３は、通常、インテリジェントパワーモジュール（以下、ＩＰＭという）と呼ばれるパワースイッチング半導体とその駆動回路および保護手段により構成されている。ＩＰＭを構成するパワースイッチング半導体は、トランジスタと逆並列接続したダイオードよりなるスイッチング素子を６個用いて三相ブリッジ回路を構成し、三相交流電力をモータ４に加える。制御回路５は、モータ４の回転子の位置を検出する位置検知手段５０と、インバータ回路３を制御してモータ４の回転を制御する回転制御手段５１と、インバータ回路３の入力電圧を検出する電圧検知手段５３と、電圧検知手段５３の出力により電圧低下異常を検出する電圧低下検知手段５５と、電圧低下検知手段５５の出力信号によりインバータ回路３の出力を停止する出力禁止手段５６により構成される。
【０００６】
以上の様に構成されたインバータの制御装置の動作を説明する。
【０００７】
交流電源１の交流電力は、整流回路２によって直流電力に変換される。整流回路２は、交流電源１の正弦波交流を直流に変換してインバータ回路３に電力を供給する。インバータ回路３は、制御回路５によりモータ４の回転子の位置に応じてＩＰＭの導通を制御することにより、整流回路２の出力直流電力を三相交流電力に変換してモータ４を駆動する。
【０００８】
位置検知手段５０は、モータ４の三相巻線の非導通期間における誘起電圧から回転子の位置を検出して回転制御手段７にモータ４の回転子の位置を出力し、回転制御手段７は、設定された目標回転数に対して、位置検知手段５０の信号に応じてインバータ回路３のＩＰＭを駆動してモータ４の目標回転数に相当する三相１２０度矩形波交流を発生させてモータ４の運転を行なう。
【０００９】
電圧検知手段５３はインバータ回路３の入力電圧を検出し、検知電圧を電圧低下検知手段５５に出力する。電圧低下検知手段５５は、電圧検知手段５３により検出したインバータ回路３の入力電圧に対して、電圧低下の変化率が所定値以上となった場合、出力禁止手段５６に信号を出力する。その結果、出力禁止手段５６はインバータ回路３の出力を停止させるよう回転制御手段５１を駆動することで、インバータ回路３の入力電圧の瞬時電圧低下を高速に検知し、パワースイッチング半導体の駆動を停止して電圧低下による破壊を防止するように動作する。
【特許文献１】特開２０００−３３４２６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記構成では、交流電源１から整流回路２に至るまでの配電線における電圧降下が大きいなどの悪環境条件でモータ４を駆動した場合、モータ４の電流によってインバータ回路３の入力電圧が変動する。モータ４を高速で運転するとモータ４の電流による電圧降下によってインバータ回路３の入力電圧が低下するため、電圧低下検知手段５５が電圧低下異常信号を出力しモータ４が停止する。モータ４が停止すると、インバータ回路３の入力電圧が上昇し運転を再開するため、起動、停止を繰り返すこととなる。この様に負荷電流の変化によって電源の電圧降下による変動が大きな条件では、モータ４の運転状態によって電源電圧が不安定となりモータ４の安定運転が行なえない。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するもので、モータ４の安定運転を行なうことによって信頼性の高いインバータ装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記従来の課題を解決するために、本発明は交流電源の供給状態によって、モータの運転回転範囲を決定するようにしたもので、インバータ回路の入力電圧の低下に対してモータ電流による電源の電圧降下による影響が及ばない回転数範囲で運転を継続できるのでモータの安定運転を行なうことができるという作用を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、電源の供給状態が不安定な条件でモータの運転の安定を図り信頼性の高いインバータ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
請求項１に記載の発明は、交流電源に接続された整流回路と、複数個の駆動用スイッチング素子により構成され直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記交流電力で駆動されるモータの回転を制御する回転制御手段と、外部からの運転指令によって前記モータの回転数の目標設定を行なう回転数指令手段と、前記交流電源の供給電圧の状態を判断する電源状態判断手段と、前記電源状態判断手段の判定に基づき前記回転数指令手段の回転数設定に優先してモータの回転数を制限する回転数決定手段を設けたもので、電源状態判断手段によって交流電源の供給状態を判定し、回転数指令手段による目標回転数に対して回転数の上限を制限するため、交流電源の供給能力が不安定である場合にモータの運転が頻繁に停止することを回避し、モータの運転状態が安定する効果を得ることができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、電源状態判断手段はインバータ回路の入力電圧から商用交流電源の状態を検出するようにしたものであり、モータの運転状態の変化によって発生する交流電源の供給能力の変動の判断を簡略な回路構成によって行うことができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、電源状態判断手段は運転停止中のインバータ回路の入力電圧を検出するようにしたものであり、交流電源の供給電圧が、モータ始動後の目標回転数に対する必要電圧に対して不足することで起動と停止を短時間で繰り返すことを避けることができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、回転数設定手段は運転始動時に一定時間、所定の回転数でモータを駆動し、電源状態判断手段は所定回転数で駆動中のインバータ回路の入力電圧を検出するようにしたもので、モータの運転によって生じる配電線路等における電圧降下によるインバータ回路の入力電圧の低下を予測して回転数範囲を制限し、モータの運転状態を安定することができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、運転始動時に一定時間、所定の回転数でモータを駆動し、運転停止中のインバータ回路の入力電圧と、所定回転数で駆動中のインバータ回路の入力電圧の変化より、モータ回転数の変化量とインバータ回路の入力電圧の電圧降下の大きさとの関係を求めるため、インバータ回路の入力電圧の低下の予測の精度を向上することができる。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、回転数決定手段はモータ運転中のインバータ回路の入力電圧の変化に応じて回転数の制限範囲を選択するため、モータの運転中に交流電源の供給電圧が変動した場合、インバータ回路の入力電圧の変動に対して回転数範囲を補正しモータの運転を安定することができる。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるインバータの制御装置のブロック図である。
【００２２】
図１において、交流電源１０１の交流電力は、整流回路１０２によって直流電力に変換される。整流回路１０２の出力直流電力はインバータ回路１０３により三相交流電力に変換されモータ１０４を駆動する。整流回路１０２は、ダイオード１０２ａ、１０２ｂとコンデンサ１０２ｃ、１０２ｄにより倍電圧整流回路を構成している。インバータ回路３は、通常、インテリジェントパワーモジュール（以下、ＩＰＭという）と呼ばれるパワースイッチング半導体とその駆動回路および保護手段により構成されている。
【００２３】
ＩＰＭを構成するパワースイッチング半導体は、トランジスタと逆並列接続したダイオードよりなるスイッチング素子を６個用いて三相ブリッジ回路を構成し、三相交流電力をモータ１０４に加えている。インバータ回路１０３は、制御回路１０５によりモータ１０４の回転子の位置に応じてＩＰＭの導通を制御することにより、三相交流電力を発生させる。
【００２４】
位置検知手段１０６は、モータ１０４の三相巻線の非導通期間における誘起電圧から回転子の位置を検出し、回転制御手段１０７は、位置検知手段１０６の信号に応じてＩＰＭを駆動してモータ１０４の回転を制御する。
【００２５】
制御回路１０５に対して外部から回転数指令を入力することによって回転数指令手段１０８は、モータ１０４の回転数の設定を行なう。
【００２６】
また、電源状態判断手段１０９は、交流電源１０１からの交流電力の供給状態を判定して回転数決定手段１１０に判定結果を出力し、回転数決定手段１１０は、電源状態判断手段１０９の判定に基づき回転数指令手段１０８による目標回転数設定に優先してモータ１０４の回転数を決定して回転制御手段１０７を動作させる。電圧検出手段１１１は、インバータ回路１０３の入力電圧を検出し電源状態判断手段１０９に電圧値を出力する様に構成されている。
【００２７】
以上の様に構成されたインバータの制御装置についてその動作を説明する。
【００２８】
まず、モータ１０４の運転回転数を回転数指令手段１０８に対して入力する。回転数指
令手段１０８は、与えられた回転数を目標回転数として回転数決定手段１１０に対して出力する。回転数決定手段１１０は、モータ１０４の運転回転数が回転数指令手段１０８から入力された目標回転数となるように、回転制御手段１０７に運転回転数を出力する。
【００２９】
モータ１０４の負荷電流に対して交流電源１０１の電源容量が小さく、インバータ１０３への交流電力の供給能力が不足している場合は、回転数指令手段１０８による目標回転数が増加した時、交流電源１０１は所定の電圧を維持出来なくなるためインバータ回路１０３の入力電圧が低下して電圧検知手段１１１の出力電圧は低下する。
【００３０】
このように交流電源１０１の供給状態が不足している場合は、モータ１０４の出力増加による変化に対して交流電源１０１が必要とする交流電力を供給出来なくなるため、インバータ回路１０３の入力直流電力が不安定となり、インバータ回路１０３は不安定な入力による誤動作によってスイッチング素子が破損するのを防ぐためにＩＰＭの保護動作によって三相交流電力の出力を停止してモータ１０４を停止するように動作する。モータ１０４の始動時にＩＰＭの保護動作によってモータ１０４が停止した場合は、停止後にインバータ回路１０３の入力電圧が再び上昇するために、一定の周期で始動と停止を連続して行なうためモータの安定運転が不能となり信頼性に影響を及ぼすこととなる。
【００３１】
一方、電源状態判断手段１０９はモータ１０４停止中におけるインバータ回路１０３の入力電圧を電圧検知手段１１１によって検出した結果が所定値以下の場合は、交流電源１０１の供給能力がモータ１０４の運転に対して始動後の目標回転数に対する必要電圧に対して不足しておりモータ１０４の安定運転が継続できないと判定して、モータ１０４の運転回転数を指令回転数より低い回転数に制限するように回転数決定手段１１０に信号を出力する。
【００３２】
そして、回転数決定手段１１０はモータ１０４の出力を制限するために、回転数指令手段１０８によって設定された目標回転数に対して運転回転数の上限を設け、回転制御手段１０７は回転数が一定以上とならないようにインバータ回路１０３を駆動してモータ１０４の運転を行なう。
【００３３】
したがって、交流電源１０１の供給能力が不足している場合にモータ１０４の指令回転数が増加した時に、ＩＰＭの保護動作によってモータ１０４の運転が頻繁に停止することを回避し、電源供給能力の範囲内においてモータ１０４の運転を継続することが出来るため、モータ１０４の運転状態を安定する効果を得ることができる。
【００３４】
また、電源状態判断手段１０９は、電圧検知手段１１１からの出力信号を確認することによって、インバータ回路１０３の入力電圧の状態から交流電源１０１の供給能力の変動といった電源状態を、簡単な構成で判断することができる効果が得られる。
【００３５】
また、回転数決定手段１１０によってモータ１０４の始動時の回転数に対して上限回転数の制限を設けるよう動作することで、商用交流電源の電圧不足によってモータ１０４が起動と停止を短時間で繰り返すことを避けることができるという効果が得られる。
【００３６】
この様に本実施の形態によれば、モータ１０４の運転状態によってインバータ回路１０３の入力の変動が大きい電源条件の場合にモータ１０４が頻繁に停止することを避けることによって、モータ１０４の運転を安定して継続し得ることができる。
【００３７】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２におけるインバータの制御装置のブロック図、図３は同実施の形態におけるモータ回転数とインバータ入力電圧の関係を示す図である。
【００３８】
図２において、交流電源２０１の交流電力は、整流回路２０２によって直流電力に変換される。整流回路２０２の出力直流電力はインバータ回路２０３により三相交流電力に変換されモータ２０４を駆動する。整流回路２０２は、ダイオード２０２ａ、２０２ｂとコンデンサ２０２ｃ、２０２ｄにより倍電圧整流回路を構成している。インバータ回路２０３は、通常、インテリジェントパワーモジュール（以下、ＩＰＭという）と呼ばれるパワースイッチング半導体とその駆動回路および保護手段により構成されている。
【００３９】
ＩＰＭを構成するパワースイッチング半導体は、トランジスタと逆並列接続したダイオードよりなるスイッチング素子を６個用いて三相ブリッジ回路を構成し、三相交流電力をモータ２０４に加えている。インバータ回路２０３は、制御回路２０５によりモータ２０４の回転子の位置に応じてＩＰＭの導通を制御することにより、三相交流電力を発生させる。
【００４０】
位置検知手段２０６は、モータ２０４の三相巻線の非導通期間における誘起電圧から回転子の位置を検出し、回転制御手段２０７は、位置検知手段２０６の信号に応じてＩＰＭを駆動してモータ２０４の回転を制御する。
【００４１】
制御回路２０５に対して外部から回転数指令を入力することによって回転数指令手段２０８は、モータ２０４の回転数の設定を行なう。
【００４２】
また、電源状態判断手段２０９は、交流電源２０１からの交流電力の供給状態を判定して回転数決定手段２１０に判定結果を出力し、回転数決定手段２１０は、電源状態判断手段２０９の判定に基づき回転数指令手段２０８による目標回転数設定に優先してモータ２０４の回転数を決定して回転制御手段２０７を動作させる。
【００４３】
電圧検出手段２１１は、インバータ回路２０３の入力電圧を検出し電源状態判断手段２０９に電圧値を出力する。電圧記憶手段２１２は、電圧検知手段２１１の検出電圧を保存して電源状態判断手段２０９に保存した電圧を出力する。回転数切換手段２１３は回転数指令手段２０８からの回転数に対して所定の時間モータ２０４の回転数を変更して回転制御手段２０７を駆動する様に構成されている。
【００４４】
以上の様に構成されたインバータの制御装置についてその動作を説明する。
【００４５】
なお、実施の形態１と同一の動作については詳細な説明を省略する。
【００４６】
電圧検知手段２１１によって検出しているインバータ回路２０３の入力電圧は、インバータ回路２０３の三相交流電力の出力に応じて変動する。この変動の程度は、交流電源２０１の供給能力による電源条件だけでなく、整流回路２０２に至るまでの線路のインピーダンス等によっても変化し、モータ２０４の電流の増加に伴って線路における電圧降下も増加するためインバータ回路２０３の入力電圧は低下する。このため、インバータ回路２０３の入力電圧は図３に示すようにモータ２０４の停止中に最大値となり、回転数の上昇にともなって次第に低下する。
【００４７】
電圧記憶手段２１２は、モータ２０４が始動前のインバータ回路２０３の入力電圧を保存し、回転数切換手段２１３は、モータ２０４を停止状態から始動する時に所定時間、低速の一定回転数で駆動するように回転数を設定し回転制御手段２０７に対してモータ２０４の回転数を出力する。
【００４８】
電源状態判断手段２０９は、モータ２０４の始動後一定回転数で運転中の電圧検知手段２１１からの出力が所定値以下の場合、一定回転数運転の所定時間が経過した後、回転数指令手段２０８からの目標回転数に対して上限回転数を制限した回転数を回転数決定手段２１０に出力する。回転数決定手段２１０は、回転数指令手段２０８の目標回転数が、電源状態判断手段２０９からの回転数より高い場合は、電源状態判断手段２０９の信号によってモータ２０４の上限回転数を制限するように回転制御手段２０７を動作させる。また、モータ２０４の停止中における電圧記憶手段２１２の信号とモータ２０４の始動時に一定回転数で運転中の電圧検知手段２１１の信号によるインバータ回路２０３の入力電圧の変化が一定値以上の場合は、回転数決定手段２１０はモータ２０４の回転数の変化量に対するインバータ回路２０３の入力電圧の電圧降下を直線近似により推定し、モータ２０４が高速回転となった場合の電圧降下量が所定値以下とならないように回転数指令手段２０８からの目標回転数に対して上限を制限する。更に、回転数決定手段２１０によって回転数指令手段２０８からの目標回転数を制限している状態にてモータ２０４を運転中に、電圧検知手段２１１で検出したインバータ回路２０３の入力電圧が変化した場合、例えば、モータ２０４の運転中に商用電源の同一系統で他の機器が動作することで交流電源２０１の供給電圧が一時的に変動したような場合は、電圧検知手段２１１の出力に比例して電源状態判断手段２０９は運転回転数の上限を変化させて回転数決定手段２１０に対して回転数の制限を行なう。
【００４９】
したがって、電源状態判断手段２０９は、モータ２０４の運転によって生じる配電線路等における電圧降下によるインバータ回路２０３の入力電圧の低下を予測して、モータ２０４の回転数の増加による負荷電流の変化によりインバータ回路２０３の入力電圧が低下することを避けることができ、電源電圧の下限に近い条件においてもモータ２０４の運転を継続し得ることが可能となる。
【００５０】
また、モータ２０４の停止中における電圧検知手段２１１の信号と、モータ２０４の始動時に一定回転数で運転中の電圧検知手段２１１の信号によるインバータ回路２０３の入力電圧の変化によって、モータ２０４の回転数の変化量とインバータ回路２０３の入力電圧の電圧降下の大きさとの関係を求めることでインバータ回路２０３の入力電圧の低下の予測の精度を向上することができる。
【００５１】
また、モータ２０４の運転中に商用電源の同一電源系統で他の機器が動作することで交流電源２０１の供給電圧が一時的に変動したような場合においてもインバータ回路２０３の入力電圧の変動に対して回転数範囲を補正することができる。
【００５２】
この様に本実施の形態によれば、モータ２０４の運転状態によって負荷電流による配電線の電圧降下が変動する場合において、モータ２０４が頻繁に停止することを避けることができるため、モータ２０４の運転を安定して継続し得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上のように、本発明にかかるインバータの制御装置は、電源条件が悪い環境下でモータの安定運転を継続し得ることが可能となるので、冷蔵庫、空調や自販機等の圧縮機モータのインバータ駆動装置の用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態１におけるインバータの制御装置のブロック図
【図２】本発明の実施の形態２におけるインバータの制御装置のブロック図
【図３】同実施の形態におけるモータ回転数とインバータ入力電圧の関係を示す図
【図４】従来のインバータの制御装置のブロック図
【符号の説明】
【００５５】
１０１，２０１  交流電源
１０２，２０２  整流回路
１０３，２０３  インバータ回路
１０４，２０４  モータ
１０８，２０８  回転数指令手段
１０９，２０９  電源状態判断手段
１１０，２１０  回転数決定手段
１１１，２１１  電圧検知手段
【図１】
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【図２】
2007097249.tif 000004
【図３】
2007097249.tif 000005
【図４】
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