(57)【要約】【課題】交流電動機を可変速制御する電力変換装置の過電流保護、及び、永久磁石モータの場合の減磁電流保護を精度よく行うことを目的とする。【解決手段】交流電動機を可変速制御する電力変換装置であって、交流電動機に流れる電流を検出する電流検出部と、過電流保護指令値を演算し出力する演算部と、過電流保護指令値を過電流保護基準値に変換する変換部と、変換部の出力である過電流保護基準値と電流検出部で検出された検出電流値とが入力される比較部と、比較部による比較結果により信号を出力する保護部と、を備え、演算部では、比較部に入力された過電流保護基準値を演算部にフィードバックし、演算部から出力した過電流保護指令値とフィードバック値とに基づきＰ制御またはＩ制御のいずれかを行うように構成する。【選択図】図１
2016187289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電動機を可変速制御する電力変換装置であって、
前記交流電動機に流れる電流を検出する電流検出部と、
過電流保護指令値を演算し出力する演算部と、
前記過電流保護指令値を過電流保護基準値に変換する変換部と、
前記変換部の出力である前記過電流保護基準値と前記電流検出部で検出された検出電流値とが入力される比較部と、
前記比較部による比較結果により信号を出力する保護部と、を備え、
前記演算部では、前記比較部に入力された過電流保護基準値を前記演算部にフィードバックし、前記演算部から出力した前記過電流保護指令値と前記フィードバック値とに基づきＰ制御またはＩ制御のいずれかを行うことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記演算部では、出力した前記過電流保護指令値と前記フィードバック値とが一致するようにＰ制御またはＩ制御のいずれかを行うことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記演算部は前記過電流保護指令値としてデジタルデータを出力し、
前記変換部はＤ/Ａ変換器であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記演算部は前記過電流保護指令値としてＰＷＭ信号を出力し、
前記変換部はＣＲフィルタであることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の電力変換装置であって、
前記比較部に入力された過電流保護基準値が予め定めた範囲内となるようにリミッタを備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の電力変換装置であって、
前記交流電動機は永久磁石モータであって、
前記過電流保護指令値は減磁電流保護指令値であり、前記過電流保護基準値は減磁電流保護基準値である、
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
交流電動機を可変速制御する電力変換装置において、交流電動機に流れる電流の検出値と過電流保護基準値とを比較してその比較結果から電力変換装置の過電流保護を行う過電流保護制御方法であって、
前記過電流保護基準値を演算する演算部に前記比較する過電流保護基準値をフィードバックして前記過電流保護基準値を再演算することを特徴とする過電流保護制御方法。
【請求項８】
請求項７に記載の過電流保護制御方法であって、
前記交流電動機は永久磁石モータであって、
前記過電流保護基準値は減磁電流保護基準値であることを特徴とする過電流保護制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に係り、特に保護レベルを自由に変更可能な回路を搭載した電力変換装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流電源から供給される電力を所望の周波数の交流電力に変換して交流電動機に供給する電力変換装置において、交流電動機が拘束されたり、急加減速すると電力変換装置に大きな電流が流れ故障の原因になる。このため、交流電動機に流れる電流が許容電流以上になると、交流電動機への電力の供給を遮断し、エラーを表示する過電流保護機能がある。過電流保護がかからないと、最悪、電動機の固定子巻線の短絡や焼損、または、電力変換装置のパワーモジュールの破損等の過電流故障となる。
【０００３】
また、近年、省エネニーズの高まりから、交流電動機として、永久磁石をロータに持つ永久磁石モータ（ＰＭモータ）が市場に普及している。ＰＭモータは仕様により各々が固有の減磁電流保護設定値を有している。よって、減磁電流保護設定値から決まる過電流保護設定値を個々のＰＭモータに応じて電力変換装置側で調整する必要がある。
【０００４】
本技術分野の背景技術として、特開２０１２−２１００６９号公報（特許文献1）がある。特許文献１には、電源から供給される電力を平滑する平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサから直流電力を所望の周波数の三相交流電力に変換する逆変換器とを備え、当該変換した所望周波数の交流電力を交流電動機に供給する電力変換装置において、前記逆変換器の動作を停止させる保護回路と、三相交流電流を検出する電流検出器と、前記保護回路の動作が必要となる動作レベルの変化を検出する検出器と、前記動作レベルの変化を検出する検出器からの出力を前記保護回路を動作させるための基準値に変換する変換器と、前記検出値と前記変換器の出力値とを比較する比較器とを有し、前記比較器の出力によって前記保護回路を動作させ、前記基準値に変換する変換器の変換方法を自由に設定できることを特徴とする電力変換装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２１００６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献1では、検出電流と減磁電流基準値を比較し、検出電流が減磁電流基準値以上の場合にＰＷＭパルスの供給を停止させるが、電源電圧の変動や回路インピーダンスの変動による電圧降下によって、減磁電流基準値に誤差が生じ、演算部にて指定した減磁電流指令値と実際に比較器に供給される減磁電流基準値との間にズレが生じる恐れがあり、想定外の事故が発生した場合、減磁電流保護設定値を上回り、ＰＭモータが減磁する可能性がある。これは、過電流保護の設定値についても同様の課題がある。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、上記課題を解決し、交流電動機の過電流保護を精度よく行うことを可能とする電力変換装置およびその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、交流電動機を可変速制御する電力変換装置であって、交流電動機に流れる電流を検出する電流検出部と、過電流保護指令値を演算し出力する演算部と、過電流保護指令値を過電流保護基準値に変換する変換部と、変換部の出力である過電流保護基準値と電流検出部で検出された検出電流値とが入力される比較部と、比較部による比較結果により信号を出力する保護部と、を備え、演算部では、比較部に入力された過電流保護基準値を演算部にフィードバックし、演算部から出力した過電流保護指令値とフィードバック値とに基づきＰ制御またはＩ制御のいずれかを行うように構成する。
【発明の効果】
【０００９】
交流電動機の過電流保護を精度よく行うことを可能とする電力変換装置およびその制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１における電力変換装置の構成図である。
【図２】実施例１における電力変換装置の演算部の動作フロー図である。
【図３】実施例２における電力変換装置の電流比較部の構成図である。
【図４】実施例３における電力変換装置の電流比較部の構成図である。
【図５】実施例４における電力変換装置の電流比較部の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本実施例における電力変換装置の構成図である。電力変換装置１００は、交流電動機を可変速制御する変換装置であって、コンバータ部１０１、平滑コンデンサ１０２、インバータ部１０３、電流検出部１０４、演算部１０５、制御部１０６、保護部１０７、表示・操作部１０８、記憶部１０９、比較部１１２、変換部１１４を有し、交流電源１１０からの交流電圧を変換し交流電動機１１１へＰＷＭパルスを出力する。
【００１３】
ここで、本実施例は、交流電動機として永久磁石モータを想定した場合、減磁電流保護が必要であり、その減磁電流保護についての実施例を説明する。
【００１４】
コンバータ部１０１は、交流電源１１０より供給された三相交流電圧を入力とし、交流電圧を整流し、直流電圧に変換し平滑コンデンサ１０２に出力する。平滑コンデンサ１０２は、コンバータ部１０１で整流された直流電圧を入力とし、直流電圧を平滑してインバータ部１０３に出力する。インバータ部１０３は、制御部１０６から出力されるＰＷＭ信号を入力とし、平滑コンデンサ１０２から入力された直流電圧をＰＷＭパルスに変換し三相交流電圧として交流電動機１１１へＰＷＭパルスを出力する。これにより、交流電動機に三相交流電流が流れる。また、インバータ部１０３は、保護部１０７から出力する遮断指令を入力とし、出力遮断指令が入力された場合はＰＷＭパルス変換動作を停止し、交流電動機１１１へのＰＷＭパルスの供給を停止する。
【００１５】
電流検出部１０４は、例えばシャント抵抗やホールＣＴ(Hall Current Transformer)であって、インバータ部１０３と交流電動機１１１の間に配置されることにより、交流電動機１１１に流れる電流を検出し、その電流値を電圧に変換して比較部１１２、及び演算部１０５に出力する。
【００１６】
演算部１０５は、電流検出部１０４からの検出電流値に対応した電圧値の入力と、後述する減磁電流保護基準値のフィードバック値１１５を入力とし、制御部１０６へ周波数指令、及び電圧指令等を出力する。また、記憶部１０９に記憶された減磁電流値を入力とし、減磁電流値に対応した減磁電流保護指令値１１３を出力する。また、表示・操作部１０８で設定されたデータを入力とし、記憶部１０９にデータを出力する。
【００１７】
変換部１１４は、演算部１０５から設定された減磁電流保護指令値１１３を入力とし、比較器１１２に前記減磁電流保護指令値１１３に対応した減磁電流保護基準値を出力する。そして、この変換部１１４の出力が減磁電流保護基準値のフィードバック値１１５として、上記した演算部１０５に入力される。
【００１８】
比較部１１２は、電流検出部１０４からの検出電流値に対応した電圧値と、変換部１１４の出力電圧を比較し、検出電流値が減磁電流値よりも大きい場合は、保護部１０７に対し遮断指令を出力する。
【００１９】
保護部１０７は、比較部１１２からの入力により、インバータ部１０３に対して出力遮断指令を出力する。
制御部１０６は、演算部１０５からの周波数指令、及び電圧指令を入力とし、それら入力をＰＷＭ信号に変換し、インバータ部１０３へ出力する。
【００２０】
記憶部１０９は、例えば不揮発メモリで構成され、表示・操作部１０８で設定されたデータを、演算部１０５を経由して入力とし、メモリに記憶しておく。また、演算部１０５は、記憶１０９で設定されたデータを出力する。
【００２１】
表示・操作部１０８は、設定されたデータを入力とし、演算部１０５に出力する。
【００２２】
図２に、本実施例における電力変換装置の演算部１０５の動作フロー図を示す。図２において、まずステップＳ０１で、演算部１０５は、初期値として、減磁電流保護指令値１１３を出力する。これは、減磁電流保護電圧の指令値として、記憶部１０９に記憶されている減磁電流値を読みだして出力してもよいし、マイコンによるソフトウエア処理でマイコン内部に予め設定された値を出力してもよい。次に、ステップＳ０２で、演算部１０５は、減磁電流保護基準値のフィードバック値１１５を検出する。そして、ステップＳ０３で、ステップＳ０１で出力した指令値とフィードバック値との差分を演算する。
その演算した差分に基づき、ステップＳ０４で指令値とフィードバック値との差分がゼロとなるように、すなわち、減磁電流保護指令値１１３と減磁電流保護基準値のフィードバック値１１５とが一致するようＰ制御もしくはI制御の少なくとも一つを実行する。そして、ステップＳ０５で、出力値を制限するリミッタ処理を行い、ステップＳ０６で、修正後の減磁電流保護指令値１１３を出力する。
【００２３】
このように、演算部１０５から出力した減磁電流保護指令値１１３を再び減磁電流保護基準値のフィードバック値１１５として演算部１０５にフィードバックし、演算部１０５から出力される前記減磁電流保護指令値１１３と一致するようＰ制御、I制御の少なくとも一つをすることにより任意の過電流値設定を行うことができる。
【００２４】
このため本実施例では、減磁電流保護基準値のフィードバック値１１５を適用する任意の交流電動機１１１に対し、変更・設定することにより交流電動機の減磁保護を誤差なく行うことができる。
【００２５】
なお、本実施例は、減磁電流保護について説明したが、同様の構成を過電流保護回路に適用しても、同様の効果が得られる。すなわち、減磁電流保護指令値を過電流保護指令値に読み替え、減磁電流保護基準値を過電流保護基準値に読み替えることで対応が可能である。その際、過電流保護基準値は減磁電流保護基準値を超えない値で設定される。
【００２６】
以上のように、本実施例は、交流電動機を可変速制御する電力変換装置であって、交流電動機に流れる電流を検出する電流検出部と、過電流保護指令値を演算し出力する演算部と、過電流保護指令値を過電流保護基準値に変換する変換部と、変換部の出力である過電流保護基準値と電流検出部で検出された検出電流値とが入力される比較部と、比較部による比較結果により信号を出力する保護部と、を備え、演算部では、比較部に入力された過電流保護基準値を演算部にフィードバックし、演算部から出力した過電流保護指令値とフィードバック値とに基づきＰ制御またはＩ制御のいずれかを行うように構成する。
【００２７】
また、交流電動機を可変速制御する電力変換装置において、交流電動機に流れる電流の検出値と過電流保護基準値とを比較してその比較結果から電力変換装置の過電流保護を行う過電流保護制御方法であって、過電流保護基準値を演算する演算部に比較する過電流保護基準値をフィードバックして過電流保護基準値を再演算するように構成する。
【００２８】
また、交流電動機は永久磁石モータであって、過電流保護指令値は減磁電流保護指令値であり、過電流保護基準値は減磁電流保護基準値であるように構成する。
これにより、任意の永久磁石モータ特有の減磁電流保護設定値に応じた減磁保護を精度よく行うことができる。また、過電流保護についても、精度よく行うことを可能とする電力変換装置およびその制御方法を提供することができる。
【実施例２】
【００２９】
本実施例は、図１の点線部で示した電流比較部１１６について、他の構成例を説明する。
【００３０】
図３はソフトウェアとハードウェアの組合せで構成する例である。図３において、減磁電流保護指令値１１３はデジタルデータとして表示・操作部１０８より入力し、演算部１０５から記憶部１０９に記憶される。減磁電流保護指令値１１３は、演算部１０５からデジタルデータとしてＤ/Ａ変換器１１７に出力される。
【００３１】
Ｄ/Ａ変換器１１７は、減磁電流保護指令値１１３の入力デジタルデータをアナログデータの減磁電流保護基準値のフィードバック値１１５に変換し、比較器１１２に基準値として減磁電流保護基準値のフィードバック値１１５が入力される。演算部１０５には、同様に、減磁電流保護基準値のフィードバック値が入力され、Ｐ制御、Ｉ制御の少なくとも1つを行う。このように、演算部１０５の一連の処理がＭＰＵによるソフトウェア処理で行なわれる。
【００３２】
電力変換装置１００から交流電動機１１１に流れる電流は、電流検出部１０４で検出され、比較器１１２に出力される。
【００３３】
比較器１１２は、例えばコンパレータなどのハードウェアで構成されており、交流電動機１１１に流れる電流が減磁電流保護基準値のフィードバック値１１５を超えた場合、図１に示した保護部１０７に出力遮断指令を出力する構成となっている。
【００３４】
この構成では、ソフトウェアで減磁電流保護指令値１１３を管理するため、ソフトウェアの設定により容易に減磁電流保護基準値のフィードバック値１１５のレベル変更が可能である。また、比較部１１２はハードウェアで構成するため、急峻な電流の変化に対しても遅れることなく減磁電流保護が可能である。なお、ＭＰＵがアナログ出力端子を備える構成も可能であり、その場合には、Ｄ/Ａ変換器１１７は不要になる。
【実施例３】
【００３５】
本実施例は、図１の点線部で示した電流比較部１１６について、さらに他の構成例について説明する。
【００３６】
図４もソフトウェアとハードウェアの組合せで構成する例である。図４において、減磁電流保護指令値１１３は演算部１０５からＰＷＭ信号にて出力され、抵抗器１１９とコンデンサ１２０とから構成されるＣＲフィルタ１１８に入力する。
【００３７】
ＣＲフィルタ１１８から出力する減磁電流保護基準値のフィードバック値１１５は、比較器１１２に基準値として入力し、さらに演算部１０５にも減磁電流保護基準値のフィードバック値として入力され、Ｐ制御、Ｉ制御の少なくとも1つを行う。このように、演算部１０５の一連の処理がＭＰＵによるソフトウェア処理で行なわれる。
【００３８】
この構成では、ソフトウェアで前記減磁電流保護指令値１１３を管理するため、ソフトウェアの設定により容易に減磁電流保護基準値のフィードバック値１１５のレベル変更が可能である。また、比較部１１２はハードウェアで構成するため、急峻な電流の変化に対しても遅れることなく減磁電流保護が可能である。
【実施例４】
【００３９】
本実施例は、図１の点線部で示した電流比較部１１６について、さらに他の構成例について説明する。
【００４０】
図５は、図１の電流比較部１１６において変換部１１４の出力にツェナーダイオード１２１を接続した構成としている。これにより、比較器１１２に基準値として入力される減磁電流保護基準値のフィードバック値１１５の上限を制限することができ、誤って基準値を設定したとしても予め定めた範囲内となるように基準値に抑えることができる。
【００４１】
なお、本実施例は、実施例１の図１にツェナーダイオードを組合せた構成であるが、実施例２、３に組合せてもよい。また、減磁電流保護基準値のフィードバック値１１５の上限を制限するものであれば、ツェナーダイオードに限定されるものでなく、リミッタであればよい。
【００４２】
以上実施例について説明したが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１００：電力変換装置は、１０１：コンバータ部、１０２：平滑コンデンサ、１０３：インバータ部、１０４：電流検出部、１０５：演算部、１０６：制御部、１０７：保護部、１０８：表示・操作部、１０９：記憶部、１１０：交流電源、１１１：交流電動機、１１２：比較部、１１３：減磁電流保護指令値、１１４：変換部、１１５：減磁電流保護基準値のフィードバック値、１１６：電流比較部、１１７：Ｄ/Ａ変換器、１１８：ＣＲフィルタ、１１９：抵抗器、１２０：コンデンサ、１２１：ツェナーダイオード
【図１】
2016187289.tif 000003
【図２】
2016187289.tif 000004
【図３】
2016187289.tif 000005
【図４】
2016187289.tif 000006
【図５】
2016187289.tif 000007