(57)【要約】【課題】回転機から発生した回生電力を、安価な部品を用いて直流リンクから遮断する。【解決手段】接触器３３と一対の直流母線４１，４２との間に流れて直流電圧Ｖｄｃを高める流入電流ｉｄｆの値が閾値を超えた第１時点から所定期間において、第２インバータ７はその複数の出力端子７ｃ，７ｄ，７ｅを全て短絡する。当該所定期間よりも短い遅延時間で第１時点から遅延した第２時点で、接触器３３が開放される。【選択図】図１
2017123717.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１インバータ（１）と共に一対の直流母線（４１，４２）に接続された接触器（３３）を制御し、前記接触器を介して前記一対の直流母線に接続されて前記一対の直流母線間における直流電圧（Ｖｄｃ）をＤＣ／ＡＣ変換して複数の出力端子（７ｃ，７ｄ，７ｅ）から交流電圧を交流モータ（８）に出力する第２インバータ（７）を制御する制御装置（６）であって、
前記接触器と前記一対の直流母線との間に流れて前記直流電圧を高める電流たる流入電流（ｉｄｆ）の値が閾値（ｉｇ）を超えたか否かの判断をする大小判断器（３５）と、
前記流入電流（ｉｄｆ）の値が前記閾値（ｉｇ）を超えたとの判断に基づいて前記接触器を開放させる第１制御信号（Ｈ）を出力する信号出力器（３６）と
を備えるインバータ制御装置。
【請求項２】
前記流入電流（ｉｄｆ）の値が前記閾値（ｉｇ）を超えた第１時点（ｔ３）から所定期間において活性化する第２制御信号（Ｊ）を出力するパルス発生器（３４）
を更に備え、
前記信号出力器は前記所定期間よりも短い遅延時間（ΔＴ）で前記第１時点から遅延した第２時点（ｔ４）で前記第１制御信号（Ｈ）を活性化させる遅延器であり、
前記第２制御信号（Ｊ）が活性化したときには前記第２インバータに前記複数の出力端子を全て短絡させる、前記第２インバータを制御するスイッチング信号（Ｓ）を生成するスイッチング信号生成器（６ａ）
を更に備える請求項１記載のインバータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はインバータを制御する技術に関し、特に交流モータを制御するインバータによって、当該交流モータを回転させることなく電力を消費する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流／直流変換（以下「ＡＣ／ＤＣ変換」と称す）を行うコンバータと、直流／交流変換（以下「ＤＣ／ＡＣ変換」と称す）を行うインバータとの間に直流リンクを設けた電力変換装置が公知である。そして複数のインバータが直流リンクに対して並列に接続され、それぞれ個別の負荷、例えばモータを駆動する技術も公知である。例えば空気調和機において冷媒圧縮用の圧縮機モータを駆動するインバータと、ファンモータを駆動するインバータとが直流リンクに対して並列に接続される。
【０００３】
このような構成において、一方のモータが外力によって回転し、当該モータが発電機として機能する場合がある。例えば当該モータがファンを駆動する機能を担うファンモータである場合、風力によるファンの回転が、ファンモータを発電機として機能させる場合である。このとき、ファンモータを制御するためのインバータは直流リンクに直流電力を、いわゆる回生電力として供給する。
【０００４】
他方、直流リンクにおいてコンデンサを設ける技術も公知であり、当該コンデンサに平滑機能を担わせるために静電容量を大きくする技術もよく知られている。他方、非特許文献１のように、当該コンデンサには平滑機能を期待せず、専らインバータのスイッチングによる高調波が電源側に影響を与えない機能を担わせる技術も公知である。後者の技術は、「電解コンデンサレスインバータ」と通称されている。電解コンデンサレスインバータは、電力変換装置の小型化の観点で望ましいものの、回生電力を吸収する観点では望ましくない。直流リンクに設けられるコンデンサの静電容量が小さいと、直流リンクの電圧が上昇しやすく、インバータに要求されるデバイスの耐圧が高まるからである。
【０００５】
特許文献１では、このような回生電力を消費するために、ファンモータを制御するためのインバータではなく、直流リンクに接続された他のインバータ及びこれが駆動する負荷（具体的には空気調和機の圧縮機モータ）によって電力を消費する技術が提案されている。
【０００６】
なお、上記特許文献１は直流リンクに設けられるコンデンサに平滑コンデンサを採用しており、電解コンデンサレスインバータについての示唆はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２７４６９４号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】高橋、伊東、「コンデンサレスインバータの制御法」、昭和６３年電気学会全国大会、Ｎｏ．５２７、ｐｐ６２４−６２６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１で開示されたように圧縮機モータで回生電力を消費すれば、平滑コンデンサの静電容量を小さくすることができるかもしれない。しかしながら外力でファンが回転する場合は、通常、圧縮機は停止しており、従って圧縮機モータによって回生電力を消費する際に圧縮機モータが回転することは望ましくない。例えば台風が発生している状況下で圧縮機を停止しているはずが、風力によってファンモータが回転して圧縮機が動作することは望ましくない。
【００１０】
そこでこの発明は、回生電力を、安価な部品を用いて直流リンクから遮断する技術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】
【００１１】
この発明にかかるインバータ制御装置は、第１インバータ（１）と共に一対の直流母線（４１，４２）に接続された接触器（３３）を制御し、前記接触器を介して前記一対の直流母線に接続されて前記一対の直流母線間における直流電圧（Ｖｄｃ）を交流電圧に変換して複数の出力端子（７ｃ，７ｄ，７ｅ）から前記交流電圧を交流モータ（８）に出力する第２インバータ（７）を制御する制御装置（６）である。
【００１２】
そして当該制御装置の第１の態様は、前記接触器と前記一対の直流母線との間に流れて前記直流電圧を高める電流たる流入電流（ｉｄｆ）の値が閾値（ｉｇ）を超えたか否かの判断をする大小判断器（３５）と、前記流入電流（ｉｄｆ）の値が前記閾値（ｉｇ）を超えたとの判断に基づいて前記接触器を開放させる第１制御信号（Ｈ）を出力する信号出力器（３６）とを備える。
【００１３】
当該制御装置の第２の態様は、その第１の態様であって、前記流入電流（ｉｄｆ）の値が前記閾値（ｉｇ）を超えた第１時点（ｔ３）から所定期間において活性化する第２制御信号（Ｊ）を出力するパルス発生器（３４）を更に備える。前記信号出力器は前記所定期間よりも短い遅延時間（ΔＴ）で前記第１時点から遅延した第２時点（ｔ４）で前記第１制御信号（Ｈ）を活性化させる遅延器である。当該第２の態様は、前記第２制御信号（Ｊ）が活性化したときには前記第２インバータに前記複数の出力端子を全て短絡させる、前記第２インバータを制御するスイッチング信号（Ｓ）を生成するスイッチング信号生成器（６ａ）を更に備える。
【発明の効果】
【００１４】
この発明に係るインバータ制御装置の第１の態様によれば、回生電力が遮断される。その第２の態様によれば、安価な部品を用いて回生電力が遮断される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態における電力変換装置の構成を例示するブロック図である。
【図２】実施の形態における制御装置の構成を例示するブロック図である。
【図３】実施の形態の動作を例示するタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は実施の形態１における電力変換装置を例示するブロック図である。当該電力変換装置は直流リンク４０に接続される第１インバータ１を備える。
【００１７】
直流リンク４０は一対の直流母線、具体的には高電位線４１と低電位線４２とを有しており、これらに直流電力が供給されて駆動される回転機７８と、コンデンサ３と、第１インバータ１の入力側とが並列に接続される。
【００１８】
コンデンサ３は必ずしも平滑機能が要求されず、当該電力変換装置が電解コンデンサレスインバータとして機能できる程度、例えば数十μＦ程度のフィルムコンデンサやセラミックコンデンサを採用してもよい。
【００１９】
回転機７８は第２インバータ７とファンモータ８とを有しており、第２インバータ７の入力側は直流リンク４０に、その出力側はファンモータ８に、それぞれ接続されている。ファンモータ８は例えば三相の交流回転機であり、ファン（不図示）を駆動する。
【００２０】
第２インバータ７は、それぞれ高電位線４１と低電位線４２に接続される一対の端子７ａ，７ｂと、ファンモータ８に交流電圧（ここでは三相交流）を出力する複数の端子７ｃ，７ｄ，７ｅとを有する。第２インバータ７は、端子７ａ，７ｂ間に印加される電圧をＤＣ／ＡＣ変換して端子７ｃ，７ｄ，７ｅに出力する。第２インバータ７は電圧形インバータである。
【００２１】
第１インバータ１は、高電位線４１と低電位線４２との間における直流電圧ＶｄｃをＤＣ／ＡＣ変換して交流電圧を交流モータ２に出力する。ここでは交流モータ２は三相の交流モータであり、第１インバータ１は三相交流電力を出力する。通常運転時には、直流リンク４０から第１インバータ１へ直流電力が供給され、交流モータ２が駆動される。第１インバータ１の動作を制御する機構については周知であるので、本実施の形態では説明及び図示を省略する。
【００２２】
交流モータ２は例えば空気調和機の圧縮機（不図示）を機械負荷として駆動する。交流モータ２は誘導機や同期機であってもよい。
【００２３】
整流回路４は、三相交流電源５の交流電圧を直流電圧に変換する。整流回路４は、図１ではダイオードブリッジで構成される場合が例示されるが、ダイオード整流回路に限定されない。整流回路４は、例えばブリッジ整流回路を用いる他励式整流回路、もしくはＰＷＭ（Pulse width modulation：パルス幅変調）制御を行うコンバータを用いた自励式整流回路でもよい。本実施の形態は三相交流電源を用いた場合を例にとって説明するが、単相交流電源を用いた場合にも本実施の形態を適用し、同様の効果を得られることは明白である。
【００２４】
電流検出器１１は第２インバータ７に入力する電流ｉｄｆを検出する。但し本実施の形態では第２インバータ７からの回生電流について説明を行うので、電流ｉｄｆは端子７ａから高電位線４１に向かう向きを正に採る。つまり電流ｉｄｆが正のとき、回転機７８と直流リンク４０との間に流れて直流リンク４０の直流電圧Ｖｄｃを高める電流である。よって以下、電流ｉｄｆが正のときには、電流ｉｄｆを流入電流ｉｄｆと称することがある。
【００２５】
接触器３３は、回転機７８と直流リンク４０との間に設けられる。接触器３３が接触状態を採ることにより、端子７ａは高電位線４１に、端子７ｂは低電位線４２に、それぞれ接続される。これにより、通常運転時には、直流リンク４０から第２インバータ７へ直流電力が供給され、回転機７８が駆動される。
【００２６】
他方、接触器３３が開放状態を採ることにより、回転機７８と直流リンク４０との間は遮断される。よって回生電力が大きくなったときに接触器３３を開放状態にすることにより、回生電力を遮断することができる。
【００２７】
しかしながら、接触器３３に電流が流れているとき、つまり回生電力が回転機７８から直流リンク４０へと供給されているときに、接触器３３が接触状態から開放状態へと遷移するには、大きな仕事量が必要となる。
【００２８】
そこで本実施の形態では、接触器３３が接触状態から開放状態へと遷移する前に、回生電力が接触器３３を通過しないように第２インバータ７を動作させる。これにより、接触状態から開放状態へと遷移させるために必要な仕事量が小さくて済み、接触器３３のコストを低減することができる。
【００２９】
第２インバータ７は制御装置（図では「ファンモータ制御装」として例示）６からのスイッチング信号Ｓによってそのスイッチング動作が制御される。スイッチング信号Ｓによる第２インバータ７の制御それ自体は周知であるので、ここではその詳細な説明を省略する。但し、本実施の形態においてスイッチング信号Ｓは、回生電力が大きいときに、第２インバータ７にいわゆる零電圧ベクトルによる動作を行わせる。
【００３０】
具体的には、第２インバータ７は電圧形インバータであるので、一対のスイッチが直列に接続されたレグが、端子７ａ，７ｂ間で並列に３つ接続された構成を備える。そして零電圧ベクトルによる動作では、これらのスイッチを制御することにより、端子７ｃ，７ｄ，７ｅの全てが端子７ａ，７ｂの少なくともいずれか一方に接続される。これによりファンモータ８の回転による電流はファンモータ８内を環流することになり、流入電流ｉｄｆは零となる。よって回生電力Ｖｄｃ・ｉｄｆも零となる。
【００３１】
接触器３３が開放状態を採るか、接触状態を採るかは、接触器３３に入力する制御信号Ｈで制御される。ここでは制御信号Ｈの活性／非活性に対応して接触器３３がそれぞれ開放状態／接触状態を採る場合を考える。制御信号Ｈは制御装置６によって生成される。
【００３２】
図２は制御装置６の構成を例示するブロック図である。制御装置６はスイッチング信号生成器６ａ、制御信号生成器６ｂを有している。スイッチング信号生成器６ａは回転機７８の回転速度についての指令値たる速度指令ω＊から、周知の技術によってスイッチング信号Ｓを生成する。例えば速度指令ω＊が零であれば、第２インバータ７の全てのレグにおいて、一対のスイッチのいずれもがオフする。
【００３３】
但しスイッチング信号生成器６ａは制御信号Ｊを入力し、制御信号Ｊが活性化すると、スイッチング信号Ｓを、第２インバータ７に零電圧ベクトルによる動作を行わせる内容にする。
【００３４】
制御信号生成器６ｂはパルス発生器３４、大小判断器３５、遅延器３６を備え、制御信号Ｈ，Ｊを生成する。大小判断器３５は流入電流ｉｄｆと閾値ｉｇとの大小関係を判断して、信号Ｈ０を出力する。
【００３５】
流入電流ｉｄｆが閾値ｉｇよりも大きい場合には信号Ｈ０は活性であり、流入電流ｉｄｆが閾値ｉｇ以下であれば信号Ｈ０は非活性である。但し、制御信号Ｈは一旦活性化すると、流入電流ｉｄｆのその後の値に依らずに活性を維持する。このような信号Ｈ０は例えばマルチバイブレータを利用することで容易に実現できる。
【００３６】
遅延器３６は信号Ｈ０を所定の遅延時間で遅延させて制御信号Ｈを生成する。パルス発生器３４は信号Ｈ０から制御信号Ｊを生成する。制御信号Ｊは、信号Ｈ０が非活性状態から活性化した時点から、遅延時間よりも長い所定期間において活性化するパルス状の信号である。
【００３７】
換言すれば、制御信号Ｈは、流入電流ｉｄｆが閾値ｉｇを越えたことに基づいて活性化し、接触器３３を開放状態にすると言える。より詳細には制御信号Ｈは、流入電流ｉｄｆが閾値ｉｇを越えた第１時点から、制御信号Ｊが活性化する所定期間よりも短い遅延時間ΔＴで第１時点から遅延した第２時点で活性化するといえる。よって遅延器３６は大小判断器３５の判断に基づいて、より詳細には流入電流ｉｄｆが閾値ｉｇを越えたことに基づいて、接触器３３を開放状態にする制御信号Ｈを出力する信号出力器として考えることもできる。
【００３８】
図３は、本実施の形態の動作を示すタイミングチャートである。横軸には時間を採っている。図３は流入電流ｉｄｆ（＞０）の他、回生電力Ｖｄｃ・ｉｄｆ、信号Ｈ０、制御信号Ｈ，Ｊを示す。但し信号Ｈ０、制御信号Ｈ，Ｊはいずれもハイレベルが活性していることを、ローレベルが非活性となっていることを、それぞれ示す。
【００３９】
時点ｔ０は、交流モータ２を駆動させる第１インバータ１が停止中に、逆風でファンが回転して回生電力が発生した時点である。流入電流ｉｄｆが増大することにより、回生電力Ｖｄｃ・ｉｄｆも増大する。
【００４０】
時点ｔ３（前述の「第１時点」に該当）において流入電流ｉｄｆが閾値ｉｇを超えると、制御信号Ｊが活性化し、スイッチング信号は第２インバータ７の端子７ｃ，７ｄ，７ｅを全て短絡させる。これにより、ファンモータ８の回転による電流はファンモータ８内を環流することになる。これにより、流入電流ｉｄｆは零となり、回生電力Ｖｄｃ・ｉｄｆも零となる。但しこの時点では制御信号Ｈは非活性のままであり、接触器３３は接触状態を保ったまま、流入電流ｉｄｆは零となる。
【００４１】
そして時点ｔ３から遅延時間ΔＴが経過した時点ｔ４（前述の「第２時点」に該当）において制御信号Ｈが活性化し、接触器３３は開放状態に移行する。このように、接触器３３が接触状態から開放状態へと遷移する際に、接触器３３に電流が流れていないことにより、これを接触状態から開放状態へと遷移させるために必要な仕事量が小さくて済み、安価な接触器３３を採用できる。
【００４２】
時点ｔ４の後、時点ｔ５において制御信号Ｊは非活性となり（時点ｔ３から時点ｔ５までの時間が前述の「所定期間」に該当）、端子７ｃ，７ｄ，７ｅ同士の短絡は解除される。例えば端子７ｃ，７ｄ，７ｅは第２インバータ７においてはその備えるスイッチによって遮断される。これによりファンモータ８では電流が環流せず、その損傷が回避される。また時点ｔ５においても接触器３３は開放状態にあるので、流入電流ｉｄｆは流れない。
【００４３】
以上のようにして、本実施の形態によれば、回転機７８からの回生電力が大きくなった場合、接触器３３を接触状態から開放状態へと遷移させるので、回生電力を遮断し、交流モータ２や第１インバータ１を構成する素子やコンデンサ３等の過電圧破壊や交流モータ２の回転が防止されるしかも、接触器３３を接触状態から開放状態へと遷移させる際に第２インバータ７が零電圧ベクトルに基づいて動作するので、接触器３３に流れる電流が小さくなり、当該接触器３３として安価な接触器を採用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１  第１インバータ
６  制御装置
６ａ  スイッチング信号生成器
７  第２インバータ
７ｃ，７ｄ，７ｅ  端子
８  ファンモータ
３３  接触器
３４  パルス発生器
３５  大小判断器
３６  遅延器
４１  高電位線
４２  低電位線
【図１】
2017123717.tif 000003
【図２】
2017123717.tif 000004
【図３】
2017123717.tif 000005