(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
順変換部の整流出力を充電電流抑制用抵抗を通して平滑コンデンサを初期充電し、この充電が終了するときにバイパス用スイッチの閉で前記抵抗をバイパスして前記平滑コンデンサ側へ直流電流を供給する初期充電スイッチ回路を設けた電圧型インバータにおいて、
前記平滑コンデンサの充電開始後で、前記バイパス用スイッチが動作する前の時刻における前記平滑コンデンサの電圧変化率ΔＶＴ12を求める手段と、
前記平滑コンデンサの充電開始後で、前記バイパス用スイッチが動作する前後の時刻における前記平滑コンデンサの電圧変化率ΔＶＴ24を求める手段と、
前記電圧変化率ΔＶＴ24と電圧変化率ΔＶＴ12の差分が基準値を越えたときに前記バイパス用スイッチの動作が正常と判定し、基準値以下になるときに該バイパス用スイッチの動作が異常と判定する手段とを備えたことを特徴とする電圧型インバータ。
【請求項２】
前記平滑コンデンサの充電開始後で、前記バイパス用スイッチが動作した後の時刻における前記平滑コンデンサの電圧変化率ΔＶＴ45を求め、前記電圧変化率ΔＶＴ24と電圧変化率ΔＶＴ12の差分が基準値を越え、かつ、前記電圧変化率ΔＶＴ24と電圧変化率ΔＶＴ45の差分が第２の基準値を越えたときに前記バイパス用スイッチの動作が正常と判定し、少なくともいずれか一方が基準値以下になるときに該バイパス用スイッチの動作が異常と判定することを特徴とする請求項１に記載の電圧型インバータ。
【請求項３】
前記各電圧変化率を求めるための各時刻の電圧取得は、各時刻の近傍になる時刻での電圧を取得してその平均値で当該時刻の電圧として求めることを特徴とする請求項１又は２に記載の電圧型インバータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電圧型インバータに係り、特に主回路の平滑コンデンサを充電電流抑制用抵抗を介して初期充電する回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、電圧型インバータの主回路構成を示す。順変換部１はダイオードブリッジ構成で交流電源からの交流入力を整流し、平滑コンデンサ２は整流器１からの直流を平滑し、逆変換部３はＩＧＢＴ等の半導体スイッチとダイオードの組みをブリッジ構成して直流入力から電圧及び周波数を制御した交流出力を得る。
【０００３】
順変換部１と平滑コンデンサ２との間には、充電電流抑制用抵抗ＲとマグネットコンタクタＭＣの並列接続になる初期充電スイッチ回路４が設けられる。
【０００４】
このマグネットコンタクタＭＣは、インバータの起動時に開放しておき、順変換部１からの整流出力を抵抗Ｒを通して平滑コンデンサ２にＲＣ時定数で緩やかに上昇する充電電流として供給することにより、順変換部１の過電流発生によるダイオードの焼損を防止する。そして、平滑コンデンサ２が定格電圧近くまで充電されたときにマグネットコンタクタＭＣを閉じ、順変換部１から抵抗Ｒをバイパスして平滑コンデンサ２へ直接に充電電流を供給できるようにする。
【０００５】
このマグネットコンタクタＭＣの制御は、制御部５によって行われ、平滑コンデンサ２の電圧が定格電圧近くに達したことを検出したときにマグネットコンタクタＭＣの閉制御を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の構成において、制御部５はマグネットコンタクタＭＣの閉指令を発生した後、所定の時間（マグネットコンタクタＭＣが動作を完了するまでの遅延時間）を待つことでマグネットコンタクタＭＣが閉じたと判断し、逆変換部３の運転条件が確立したと判断する。
【０００７】
ここで、インバータの起動時に制御部５がマグネットコンタクタＭＣを閉状態にする制御に失敗したり、制御信号線に断線が発生した場合、又はマグネットコンタクタＭＣ自体に不動作故障や接触不良が起きると、逆変換部３の制御開始では順変換部１から抵抗Ｒを通した直流電流の供給になってしまう。
【０００８】
この状態では、抵抗Ｒは、その小型化を図るために、短時間定格の電力容量のものが使用されるため、逆変換部３の運転継続によって焼損してしまう。
【０００９】
このような不都合を解消する方法として、マグネットコンタクタＭＣの補助接点の状態信号を制御部５に取り込み、制御部５がマグネットコンタクタＭＣの閉状態を確認できるようにしたものがある。
【００１０】
しかし、この方法では、マグネットコンタクタＭＣには補助接点付きのものが必要となるし、制御部５への信号取り込み回路が必要になる。また、マグネットコンタクタＭＣの補助接点が正常に動作しても、主接点が接触不良になる故障状態もあり得ることから、主接点動作の監視・判定が不完全なものになる。
【００１１】
なお、マグネットコンタクタＭＣに代えて、半導体スイッチ素子を抵抗Ｒのバイパス用スイッチとする場合も同様の問題がある。
【００１２】
本発明の目的は、初期充電スイッチ回路の正常／異常の判定を確実、容易にした電圧型インバータを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、平滑コンデンサの電圧変化からマグネットコンタクタ等のバイパス用スイッチの正常／異常動作を判定するようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
【００１４】
順変換部の整流出力を充電電流抑制用抵抗を通して平滑コンデンサを初期充電し、この充電が終了するときにバイパス用スイッチの閉で前記抵抗をバイパスして前記平滑コンデンサ側へ直流電流を供給する初期充電スイッチ回路を設けた電圧型インバータにおいて、
前記平滑コンデンサの充電開始後で、前記バイパス用スイッチが動作する前の時刻における前記平滑コンデンサの電圧変化率ΔＶＴ12を求める手段と、
前記平滑コンデンサの充電開始後で、前記バイパス用スイッチが動作する前後の時刻における前記平滑コンデンサの電圧変化率ΔＶＴ24を求める手段と、
前記電圧変化率ΔＶＴ24と電圧変化率ΔＶＴ12の差分が基準値を越えたときに前記バイパス用スイッチの動作が正常と判定し、基準値以下になるときに該バイパス用スイッチの動作が異常と判定する手段とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、前記平滑コンデンサの充電開始後で、前記バイパス用スイッチが動作した後の時刻における前記平滑コンデンサの電圧変化率ΔＶＴ45を求め、前記電圧変化率ΔＶＴ24と電圧変化率ΔＶＴ12の差分が基準値を越え、かつ、前記電圧変化率ΔＶＴ24と電圧変化率ΔＶＴ45の差分が第２の基準値を越えたときに前記バイパス用スイッチの動作が正常と判定し、少なくともいずれか一方が基準値以下になるときに該バイパス用スイッチの動作が異常と判定することを特徴とする。
【００１６】
また、前記各電圧変化率を求めるための各時刻の電圧取得は、各時刻の近傍になる時刻での電圧を取得してその平均値で当該時刻の電圧として求めることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の実施形態を示す制御部５の判定処理手順である。制御部５は、マイクロコンピュータ構成にされ、逆変換部３のゲート制御や平滑コンデンサ２の検出電圧データ取得及びマグネットコンタクタＭＣの制御出力をディジタル処理で実行する。
【００１８】
この制御部５によるマグネットコンタクタＭＣの動作・不動作の判定処理として、まず、順変換部１への入力スイッチの投入制御で内部のタイマを起動する（Ｓ１）。このとき、マグネットコンタクタＭＣは開放状態にあり、順変換部１への交流入力により平滑コンデンサ２は電流抑制用抵抗Ｒを通して初期充電が開始される。
【００１９】
平滑コンデンサ２の充電電圧変化は、図２に示すように、充電開始時刻Ｔ0から抵抗Ｒとコンデンサ２の時定数で指数関数的に上昇し、マグネットコンタクタＭＣの閉動作でステップ的に定格電圧まで急上昇する。
【００２０】
この電圧変化において、制御部５は、マグネットコンタクタＭＣに閉指令を発生する前の時刻Ｔ1，Ｔ2における平滑コンデンサ３の電圧Ｖ1，Ｖ2を取得する（Ｓ２，Ｓ３）。さらに、制御部５は、マグネットコンタクタＭＣに閉指令を発生した後の時刻Ｔ4の電圧Ｖ4を取得する（Ｓ４）。
【００２１】
これら電圧取得は、制御部５が直流電圧の過電圧や不足電圧を検出するために、装置に標準的に設けられる電圧検出回路を利用できる。
【００２２】
次に、制御部５は、時刻Ｔ1〜Ｔ2における電圧変化率ΔＶＴ12及び時刻Ｔ2〜Ｔ4における電圧変化率ΔＶＴ24を演算で求める（Ｓ５，Ｓ６）。この演算は、次式になる。
【００２３】
【数１】
ΔＶＴ12＝（Ｖ2−Ｖ1）／（Ｔ2−Ｔ1）
ΔＶＴ24＝（Ｖ4−Ｖ2）／（Ｔ4−Ｔ2）
次に、制御部５は、電圧変化率ΔＶＴ12とΔＶＴ24を比較し、ΔＶＴ24がΔＶＴ12を基準値以上越えているか否かをチェックし（Ｓ７）、基準値を越えているときにはマグネットコンタクタＭＣが正常に動作したと判定し（Ｓ８）、逆変換部３の運転に入る（Ｓ９）。
【００２４】
基準値を越えていないときには、マグネットコンタクタＭＣが異常と判定し（Ｓ１０）、マグネットコンタクタＭＣの故障表示を行い、逆変換部３の運転を禁止する（Ｓ１１）。この故障表示は、装置の表示部に表示、またはシーケンス出力部にアラーム表示する。
【００２５】
以上までの処理において、マグネットコンタクタＭＣの閉動作が正常になされたときは、図２に実線で示すように、接点の閉で電圧が急激に上昇する。一方、マグネットコンタクタＭＣの閉指令にもその閉動作がなされない不動作になると、電圧は図２に破線で示すように抵抗Ｒを通した充電で緩やかに上昇する。
【００２６】
この電圧変化の違いは、電圧変化率ΔＶＴ12とΔＶＴ24の差分の大小として現れることから、制御部５は、この差分が基準値を越えたか否かにより、マグネットコンタクタＭＣの正常動作と異常動作を判定する。
【００２７】
（第２の実施形態）
本実施形態では、マグネットコンタクタＭＣの動作・不動作の判定を確実にするために、時刻Ｔ4〜Ｔ5の電圧変化率ΔＶＴ45も含めた判定を行う。
【００２８】
このため、図１の処理手順に追加する処理として、図２に示す時刻Ｔ5での電圧Ｖ5を取得する処理と、時刻Ｔ4〜Ｔ5の電圧変化率ΔＶＴ45を演算で求める処理と、電圧変化率ΔＶＴ24とΔＶＴ45の差分が第２の基準値を越えたか否かをチェックする処理を設ける。
【００２９】
電圧変化率ΔＶＴ45の演算は、次式とする。
【００３０】
【数２】
ΔＶＴ45＝（Ｖ5−Ｖ4）／（Ｔ5−Ｔ4）
以上のことより、制御部５は、ΔＶＴ24がΔＶＴ12を基準値以上越え、かつ、ΔＶＴ24がΔＶＴ45を第２の基準値以上越えているときにマグネットコンタクタＭＣが正常動作したと判定し、少なくともいずれか一方が基準値以下になるときにマグネットコンタクタＭＣの動作異常と判定する。
【００３１】
本実施形態は、時刻Ｔ4からＴ5までの電圧変化についてマグネットコンタクタＭＣの動作を再確認するものである。すなわち、マグネットコンタクタＭＣが正常に動作した場合には、図２に実線で示すように、電圧変化率ΔＶＴ45は極めて緩やかになるのに対して、マグネットコンタクタＭＣが不動作になるときは比較的大きな変化率になることを利用して正常／異常の判定条件に加える。
【００３２】
なお、前記の第１又は第２の実施形態において、各時刻Ｔ1，Ｔ2，Ｔ4，Ｔ5における電圧Ｖ1，Ｖ2，Ｖ4，Ｖ5の取得を、各時刻の近傍になる時刻での電圧を取得してその平均値で当該時刻の電圧Ｖ1，Ｖ2，Ｖ4，Ｖ5として求めることにより、判定精度を高めることができる。
【００３３】
例えば、図２の時刻Ｔ1の電圧Ｖ1を取得するのに、制御部５はその近傍になる時刻Ｔ1A，Ｔ1Bの電圧と時刻Ｔ1の電圧Ｖ1との平均値を時刻Ｔ1の電圧とする。同様に、時刻Ｔ2の近傍になる時刻Ｔ2A，Ｔ2Bの電圧と時刻Ｔ2の電圧Ｖ2との平均値を時刻Ｔ2の電圧とする。
【００３４】
また、電圧を取得する時刻は、適宜変更して同等の作用・効果を得ることができる。例えば、電圧変化率ΔＶＴ24に代えて、時刻Ｔ1とＴ4の電圧変化率ΔＶＴ14を採用することができる。つまり、電圧変化率ΔＶＴ24は、平滑コンデンサの充電開始後で、マグネットコンタクタＭＣが動作する前後の時刻における電圧から求めたものとする。また、電圧変化率ΔＶＴ12は、マグネットコンタクタＭＣが動作する前の時刻における電圧から求めたものとする。また、電圧変化率ΔＶＴ45は、マグネットコンタクタＭＣが動作した後の時刻における電圧から求めたものとする。
【００３５】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、平滑コンデンサの電圧変化からバイパス用スイッチの正常／異常動作を判定するようにしたため、以下の効果がある。
【００３６】
（１）マグネットコンタクタ等のバイパス用スイッチの動作状態を直接に検出することを不要にするため、回路が簡単になる。特に、平滑コンデンサの電圧検出を過電圧検出用など他の検出用のものを利用することで一層簡単になる。
【００３７】
（２）バイパス用スイッチの動作に直接に関係する平滑コンデンサの電圧から正常／異常動作を判定するため、マグネットコンタクタの補助接点からの検出等に比べて、確実な判定になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す判定処理手順。
【図２】コンデンサの充電電圧波形とマグネットコンタクタの動作。
【図３】電圧型インバータの主回路構成。
【符号の説明】
１…順変換部
２…平滑コンデンサ
３…逆変換部
４…初期充電スイッチ回路
５…制御部
ＭＣ…マグネットコンタクタ
Ｒ…充電電流抑制用抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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