JP2005237148A - インバータの検査装置と検査方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】交流電力をインバータに入力する直流電力に変換する直流電源装置4と、直流電源装置4と検査するインバータ102を接続する接続回路6と、接続回路6に設けられた電磁接触器36、38と、電磁接触器の開放タイミングを規制する手段10を備えている。電磁接触器36、38の許容開閉電圧は直流電源装置4の出力電圧よりも低く、電磁接触器36、38の許容通電電圧と許容非導通維持電圧は直流電源装置4の出力電圧よりも高い。タイミング規制手段10は、接続回路6の電圧が電磁接触器36、38の許容開閉電圧よりも低下している時にのみ、電磁接触器36、38の開放動作を許容する。
【選択図】 図1
Description
インバータで制御する電気機器が大容量になるのに応じて、インバータに入力される直流電力も高圧化が進んでいる。
インバータを検査するためには、インバータに入力する直流電力が必要とされる。検査のための直流電力を供給する直流電源装置と、インバータで制御する電気機器(またはそれと同等の電気的特性を有する負荷)の間に、検査するインバータを接続し、実際の使用時を想定してインバータの半導体スイッチ群をスイッチングして、インバータの出力波形(例えば電圧、電流、周波数、位相差等)を測定することによってインバータを検査することができる。
直流電源装置には商用交流電力が供給される。直流電源装置は、入力した交流電力を整流して直流電力に変換し、必要に応じて変圧して、インバータに入力する直流電力を出力する。
検査するインバータが正常であれば、インバータが内蔵する半導体スイッチ群のスイッチングを停止して、接続回路に電流が流れていない状態を作り出せるはずであり、電流が流れていない状態で開閉できる電磁接触器を接続回路に挿入しておけばよい。しかしながら、検査するインバータに異常があった場合、半導体スイッチ群のスイッチングを全て停止しても、電流が流れつづける恐れがないとは言い切れない。また、検査装置に異常があった場合には、たとえ通電中であっても検査装置の非常停止機能を作動させて電磁接触器を開放させることもある。従って接続回路には、直流電源装置が出力する最大電圧で通電している状態で開放することができる電磁接触器を挿入しておかなければならない。
従来の検査装置では、直流電源装置が出力する最大電圧で通電している状態で開放することができる電磁接触器を選択し、接続回路に挿入している。しかしながら、インバータの高圧化に伴って直流電源装置が出力する直流電圧も上昇しており、大型かつ高価な電磁接触器を選択せざるを得ず、検査装置の大型化、高コスト化が問題になっている。
直流電源装置の出力電圧を制御し、その制御動作と電磁接触器の開閉動作を組み合わせることによって、電磁接触器の許容開閉電圧が直流電源装置の最大出力電圧に満たない場合であっても、検査装置を実現することが可能となるのである。
電磁接触器の許容開閉電圧は直流電源装置の出力電圧よりも低く、電磁接触器の許容通電電圧と許容非導通維持電圧は直流電源装置の出力電圧よりも高い。電磁接触器の許容開閉電圧は直流電源装置の出力電圧よりも低いために、直流電源装置の出力電圧で通電している最中に電磁接触器を開放することはできない。そこでタイミング規制手段が用意されており、タイミング規制手段は、接続回路の電圧が電磁接触器の許容開閉電圧よりも低下している時にのみ、電磁接触器の開放動作を許容する。電磁接触器の許容通電電圧と許容非導通維持電圧は直流電源装置の出力電圧よりも高いために、インバータに直流電力を供給し続けることは可能であり、また一旦電磁接触器を開放すると、直流電源装置が直流電圧を出力し始めても電磁接触器が絶縁状態を維持して接続回路のインバータ側の端子に直流電圧が印加されることを防止する。
接続回路に挿入される電磁接触器には、直流電源装置の出力電圧よりも高い許容通電電圧や許容非導通維持電圧をもつことが求められるが、電磁接触器の特性上、許容通電電圧や許容非導通維持電圧は許容開閉電圧よりも高いことから、直流電源装置の出力電圧よりも高い許容通電電圧や許容非導通維持電圧を持つ電磁接触器は広く普及している。本発明の検査装置によると、電磁接触器の許容開閉電圧が直流電源装置の出力電圧よりも低くてもよくなるために、電磁接触器に必要とされる条件が大幅に緩和され、より小型の電磁接触器を採用することが可能となる。
本発明は、インバータに接続する接続回路のインバータ側の端子に直流電圧が印加されない状態を作りだすために用いられる電磁接触器といえども、直流電源装置と組み合わせて用いることによって、直流電源装置の出力電圧が通電されている状態では開閉することができない許容開閉電圧しかもたない電磁接触器を採用することが可能であり、許容通電電圧や許容非導通維持電圧さえ直流電圧よりも高ければよいということを知徳して実現されたものである。なお、許容開閉電圧、許容通電電圧、許容非導通維持電圧の概念は、本発明で認識された新規な概念であり、既存の用語ではないことに留意するべきである。
あるいは、直流電源装置が出力を停止してからの経過時間を計時する装置と、計時された経過時間を所定時間と比較する手段によって、電磁接触器の開放動作を規制するようにしてもよい。直流電源装置が出力を停止すると、接続回路の電圧は時定数に従って低下する。所定時間を余裕を持って設定しておけば、接続回路の電圧が電磁接触器の許容開閉電圧を下回ってから電磁接触器を開放する関係が実質的に担保される。
機械ロック式の電磁接触器を用いると、停電が発生しても電磁接触器は開放されない。許容開閉電圧よりも大きい直流電圧によって接続回路が通電している状態で、電磁接触器が開放されることが防止される。それにより、電磁接触器の接点が著しく損傷することや電磁接触器から発火することなどが防止される。
電磁接触器の許容開閉電圧はインバータに入力する最大電圧よりも低く、電磁接触器の許容通電電圧と許容非導通維持電圧はインバータに入力する最大電圧よりも高い。電磁接触器の許容開閉電圧はインバータに入力する最大電圧よりも低いために、インバータに最大電圧を通電している最中に電磁接触器を開放することはできない。そこで電磁接触器の開放タイミングを規制する工程が用意されている。このタイミング規制工程では、インバータに通電している電圧が電磁接触器の許容開閉電圧よりも低下している時にのみ、電磁接触器の開放動作を許容する。電磁接触器の許容通電電圧と許容非導通維持電圧は、インバータに入力される最大電圧よりも高いために、インバータに直流電力を供給し続けることは可能であり、また一旦電磁接触器を開放すると、電磁接触器が絶縁状態を維持してインバータに直流電圧が印加されることを防止する。
本発明の検査装置によると、電磁接触器の許容開閉電圧がインバータに入力する最大電圧よりも低くてもよくなるために、電磁接触器に必要とされる条件が大幅に緩和され、より小型の電磁接触器を採用することが可能となる。
(形態1)インバータの検査装置は、インバータの出力端子に接続する検査用負荷を備えている。
(形態2)インバータの検査装置は、インバータに様々な条件の制御信号を入力し、インバータの出力波形を測定してインバータの特性を検査する検査プログラムを備えている。
(形態3)インバータの検査装置は、検査装置を制御する制御プログラムを備えている。その制御プログラムは、インバータの検査が終了する毎に、インバータへのスイッチング指令を停止し、直流電源装置を停止させ、接続回路に印加される電圧が電磁接触器の許容開閉電圧以下になった時に電磁接触器を開放する。
(形態4)インバータの検査装置は、検査装置を制御する制御プログラムを備えている。その制御プログラムは、インバータの検査が終了する毎に、インバータのへのスイッチング指令を停止し、直流電源装置を停止させ、その後に所定時間が経過してから接続回路に挿入されている電磁接触器を開放する。
(実施例1) 図1に、本実施例の検査装置2の回路図を示す。検査装置2は、インバータ102の検査を行う。図1に示される回路のうち、インバータ102以外の回路の全部が検査装置2に内蔵されている。
検査装置2は、直流電源装置4と、直流電源装置4と検査対象のインバータ102を接続する接続回路6と、検査対象のインバータ102が駆動電力を供給する電気機器と同一の電気特性を備えている検査用負荷8と、検査装置2を制御する制御装置10と、インバータ102に検査用の信号を指令し、検査用負荷8への出力波形を測定し、インバータ102の正常異常を判定する判定装置12を備えている。制御装置10と判定装置12は同一のコンピュータで構成することができる。
直流電源装置4のドライブ回路28は、制御回路10からの指令に基づいて、出力チョッパ回路30の動作を制御する。ドライブ回路28が出力チョッパ回路30の動作を制御することにより、直流電源装置4の出力電圧がゼロボルト〜略600ボルトまでの間で調節される。
直流電圧出力端子18、20の間には電圧計34が設けられており、直流電源装置4の出力電圧が監視される。電圧計34が監視する直流電源装置4の出力電圧は制御装置10に読み込まれる。
電磁接触器対36、38は、制御装置10に従って投入/開放が切換えられる。電磁接触器対36、38は、励磁コイルに通電しない限り開放し続ける常開タイプであり、一旦投入されると励磁コイルへの通電が停止しても、投入状態を保持する機械ラッチ式の電磁接触器である。
接続線6aと接続線6bの間には、最大600ボルトの直流電圧が印加される。電磁接触器対36、38は、600ボルトの直流電圧が通電している状態では開放することができないが、600ボルトの直流電圧を通電し続けることはでき、一旦開放されると600ボルトの直流電圧が印加されても絶縁し続けるものが選択されている。即ち、電磁接触器対36、38の許容開閉電圧は、直流電源装置4の出力電圧(600ボルト)よりも低く、電磁接触器対36、38の許容通電電圧と許容非導通維持電圧は、直流電源装置4の出力電圧(600ボルト)よりも高い。
検査装置2では、最大で600ボルトの直流電圧で電磁接触器対36、38に通電するが、600ボルトの直流電圧が通電している状態で開放できることを電磁接触器対に36、38に必要としない。それにより、電磁接触器対36、38の選択条件が緩和され、検査装置2の出力に対して小型の電磁接触器が採用されている。
検査終了時や非常停止時には、電磁接触器対36、38を開放し、インバータの入力端子104、106に接続する接続線6a、6bの端子に直流電圧が印加されない状態を作り出す。
インバータ102のIGBT116〜126は、それぞれに与えられるゲート電圧によってスイッチングが行われ、出力端子128、130、132からは各々が120゜づつ位相の異なる電圧を出力する。出力端子128、130、132からは、3相交流が出力され、3相の交流モータ等の負荷8を駆動することができる。
各コイル46、48、50には、通電電流の大きさを計測する電流計46a、48a、50aが組込まれており、コイル46、48、50に流れる通電電流の大きさが判定装置12に入力されるようになっている。その他に図示はしないが、インバータ102の特性を測定するのに必要な各所の電圧が判定装置12に入力されるようになっている。
診断装置2では、許容開閉電圧が600ボルト以下の小型の電磁接触器対36、38を利用しており、直流600ボルトが接続線6a、6bに流れている状態では電磁接触器対36、38を開放することはできない。そこで診断装置2では、電磁接触器対36、38の開放動作を、直流電源装置4の出力チョッパ回路30の制御と組み合わせて行う。
インバータ102の検査が開始されると、制御装置10は接続回路6の電磁接触器対36、38を投入し(即ち接点を閉じて)、通電可能な状態にする(ステップS2)。制御装置10は、電磁接触器対36、38が確実に閉じたあとに接続回路6に通電するために、次の処理を行うまでに2秒間の間隔をあける(ステップS4)。電磁接触器対36、38を閉じてから2秒間が経過すると、制御装置10がドライブ回路28に指令して、ドライブ回路28に出力チョッパ回路30の制御を開始させる(ステップS6)。ドライブ回路28は出力チョッパ回路30を制御して通電を開始し、直流電源装置4から直流電圧の出力が開始される(ステップS8)。制御装置10は、判定装置12に検査開始の指令を出し、判定装置12が、インバータ102のIGBT116〜126に検査用の信号を指令し始める。即ち、予め検査のために定められた経時的変化パターンに従って、IGBT116〜126のゲートへ様々なパルス電圧を印加する(ステップS10)。判定装置12は、ゲート電圧の変化に対応して変化するインバータ102の出力電力を測定し、インバータ102の特性を検査する(ステップS12)。ステップS14でインバータ102の特性検査が終了すると、判定装置12は、インバータ102のIGBT116〜126へのスイッチング指令を停止し、インバータ102の運転を停止する(ステップS16)。制御装置10は、インバータ102が停止しているか異常通電状態になっているかにかかわらず、ドライブ回路28へ動作を停止するよう指令する(ステップS18)。出力チョッパ回路30が通電を停止するので、インバータ102に供給される直流電圧は徐々に降下する。制御装置10は、直流電源装置4に設けられている電圧計34で接続回路6に供給される直流電圧の値を監視する。監視している出力電圧が電磁接触器対36、38の許容開閉電圧を下回るとステップS20がイエスとなり、制御装置10は電磁接触器対36、38をオフし、インバータ102への電圧の供給を停止する(ステップS22)。制御装置10がステップS20とS22を実行するために、接続回路6の電圧が電磁接触器対36、38の許容開閉電圧よりも高い間は、電磁接触器対36、38が開放することはない。制御装置10がステップS20とS22を実行するために、接続回路6の電圧が電磁接触器対36、38の許容開閉電圧よりも低下したときに開放させる。制御装置10は、接続回路6の電圧が電磁接触器対36、38の許容開閉電圧よりも低下している時にのみ電磁接触器対36、38が開放することを許容する開放タイミング規制手段を構成している。
ステップS12でインバータ102の特性を測定している間に停電が発生すると(ステップS44)、判定装置12からIGBT116〜126への制御信号が停止する(ステップS46)。また、ドライブ回路28の動作も停止する(ステップS48)。このとき、電磁接触器対36、38は機械ラッチ式であるので、停電しても接点を開放することはない。その状態で、停電が復旧するのを待つ。停電が復旧すると(ステップS50)、制御装置10は、直流電源装置4から出力される直流電圧が電磁接触器対36、38の許容開閉電圧以下になったか否かを監視し(ステップS20)、許容開閉電圧以下になったとき電磁接触器対36、38をオフする旨を表示して作業者に指示する(ステップS52)。その表示がなされた後に、電磁接触器対36、38は作業者によって手動で開放される(ステップS54)。作業者が手動で電磁接触器対36、38を開放する場合には、接続線6a、6b間の電圧が電磁接触器対36、38の許容開閉電圧以下になっており、手動で開放しても電磁接触器対36、38が損傷することはない。
上記では、インバータ102の特性を測定している間に停電が発生した場合を説明したが、インバータ102の特性を測定している間に非常停止スイッチが操作された場合も同様の処理を実行する。非常停止スイッチが押された後に、ステップS20がイエスとなるのをまって、ステップS52、ステップS54を実行する。
本実施例の直流電源装置4では、出力チョッパ回路28が通電を停止してから2秒後には、接続回路6に出力する直流電圧が電磁接触器対36、38の許容開閉電圧を下回る。そこで本実施例の制御プログラムでは、図4のフローチャートに示すように、ステップS18で直流電源装置4の作動を停止させてから2秒間経過するのを待つ(ステップS80)。2秒経過するとステップS80がイエスとなり、制御装置10が電磁接触器対36、38を開放し、インバータ102への電圧の供給を確実に停止する。
停電に代わって非常停止措置がとられた場合も同様であり、接続回路の電圧が電磁接触器対36、38の許容開閉電圧以下になるのを待って、電磁接触器対36、38を開放する旨を表示して作業者に指示する(ステップS52)。
このように、本実施例の検査装置62は、電磁接触器対36、38の正常異常を確認することのできる電圧計66を設けており、制御装置68が電磁接触器対36、38の接続が正常であることを確認した後に、インバータ102の特性検査を行う。一方、制御装置68が電磁接触器対36、38の接続が異常であることを確認したときは、インバータ102の特性検査を中止し、ドライブ回路28に動作を停止するよう指令して、直流電源装置4の直流電圧の出力を停止する。それにより、電磁接触器対36、38の接続が異常な状態で、電磁接触器対36、38にかかる電圧が電磁接触器対36、38の許容開閉電圧を超えることが防止され、検査装置2が損傷することを防止することができる。
例えば、実施例の検査装置はインバータの出力端子に接続される検査用負荷を備えているが、実際の負荷を使用して検査を行うこともできる。実際の負荷にインバータが出力する電圧や電流を測定する端子を取り付けることによって、インバータの検査に必要なデータを収集することもできる。又、電圧や電流値を測定する計測機のコンピュータに判定プログラムをインストールすることもできる。その場合、制御プログラムを実行するコンピュータと計測器のコンピュータでデータの送受信をすることもできる。
本実施例では、直流電源装置4が出力電圧を増減調整できるものである場合を説明したが、直流電源装置4が出力電圧をゼロに調整することができるものであれば、本実施例と略同様に検査装置を構成することができる。例えば、直流電源装置4が入力した交流電力を整流昇圧して直流電力を出力するものであれば、その昇圧する回路よりも上流側に電磁接触器等の継電器を挿入しておき、その継電器を開放することによって直流電源装置の出力をゼロにすることができる。このとき、その継電器は昇圧前の電圧に対応すればよく、許容開閉電圧の条件は緩和され、小型の継電器等を採用することができる。
本実施例では、3相の交流電流を直流電圧に変換する直流電源装置を例示したが、単相の交流電力を直流電力に変換する直流電源装置を用いてもよい。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
4・・・・・直流電源装置
6、6a、6b、64、64a、64b・・接続回路
8・・検査用負荷
10、68・・制御装置
12・・判定装置
14、15、16、40、42、44、104、106・・入力端子
18、20、108、110、112・・出力端子
28・・ドライブ回路
30・・出力チョッパ回路
32・・整流回路
34、66・・電圧計
36、38・・電磁接触器対
46、48、50・・コイル
102・・インバータ
116、118、120、122、124、126・・トランジスタ(IGBT)
Claims (6)
- 直流電力を入力し、内蔵する半導体スイッチ群をスイッチングし、電気機器に供給する駆動電力を調整するインバータの検査装置であって、
交流電力をインバータに入力する直流電力に変換する直流電源装置と、
その直流電源装置と検査するインバータを接続する接続回路と、
その接続回路に設けられた電磁接触器と、
その電磁接触器の開放タイミングを規制する手段を備えており、
その電磁接触器の許容開閉電圧は直流電源装置の出力電圧よりも低く、電磁接触器の許容通電電圧と許容非導通維持電圧は直流電源装置の出力電圧よりも高く、
タイミング規制手段は、接続回路の電圧が電磁接触器の許容開閉電圧よりも低下している時にのみ、電磁接触器の開放動作を許容することを特徴とする検査装置。 - タイミング規制手段は、接続回路の電圧を計測する電圧計測手段と、計測された電圧を電磁接触器の許容開閉電圧と比較する手段を備えていることを特徴とする請求項1の検査装置。
- タイミング規制手段は、直流電源装置が出力を停止してからの経過時間を計時する装置と、計時された経過時間を所定時間と比較する手段を備えていることを特徴とする請求項1の検査装置。
- 前記電磁接触器が、機械ロック式の電磁接触器であることを特徴とする請求項1から3のいずれかの検査装置。
- 前記接続回路の電磁接触器よりもインバータ側の電圧を計測する電圧計測手段を備えていることを特徴とする請求項1から4のいずれかの検査装置。
- 直流電力を入力し、内蔵する半導体スイッチ群をスイッチングし、電気機器に供給する駆動電力を調整するインバータを検査する方法であって、
交流電力をインバータに入力する直流電力に変換する工程と、
その直流電力を電磁接触器を介在させて検査するインバータに入力する工程と、
その電磁接触器の開放タイミングを規制する工程を備えており、
その電磁接触器の許容開閉電圧はインバータに入力する最大電圧よりも低く、電磁接触器の許容通電電圧と許容非導通維持電圧はインバータに入力する最大電圧よりも高く、
そのタイミング規制工程では、インバータに入力している直流電圧が電磁接触器の許容開閉電圧よりも低下している時にのみ、電磁接触器の開放動作を許容することを特徴とする検査方法。
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