JP2019176718A - インバータのピーク電流検出装置 - Google Patents

インバータのピーク電流検出装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2019176718A
JP2019176718A JP2019028782A JP2019028782A JP2019176718A JP 2019176718 A JP2019176718 A JP 2019176718A JP 2019028782 A JP2019028782 A JP 2019028782A JP 2019028782 A JP2019028782 A JP 2019028782A JP 2019176718 A JP2019176718 A JP 2019176718A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
current
inverter
unit
current detection
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2019028782A
Other languages
English (en)
Inventor
イ、ジェ−ムン
Jae-Moon Lee
ヤン、チュン−ソク
Chun-Suk Yang
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LS Electric Co Ltd
Original Assignee
LSIS Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LSIS Co Ltd filed Critical LSIS Co Ltd
Publication of JP2019176718A publication Critical patent/JP2019176718A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/04—Measuring peak values or amplitude or envelope of ac or of pulses
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/20—Modifications of basic electric elements for use in electric measuring instruments; Structural combinations of such elements with such instruments
    • G01R1/203—Resistors used for electric measuring, e.g. decade resistors standards, resistors for comparators, series resistors, shunts
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/146—Measuring arrangements for current not covered by other subgroups of G01R15/14, e.g. using current dividers, shunts, or measuring a voltage drop
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16528—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values using digital techniques or performing arithmetic operations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
    • G01R19/2506—Arrangements for conditioning or analysing measured signals, e.g. for indicating peak values ; Details concerning sampling, digitizing or waveform capturing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/40—Testing power supplies
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/122—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for inverters, i.e. dc/ac converters
    • H02H7/1227—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for inverters, i.e. dc/ac converters responsive to abnormalities in the output circuit, e.g. short circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0009—Devices or circuits for detecting current in a converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

【課題】インバータのピーク電流検出装置を開示する。【解決手段】ピーク電流検出装置１００は、直流リンク電圧を交流電圧に変換して、３相のレッグにそれぞれ直列に連結される２つのスイッチング素子が配置されるインバータ部１と、インバータ部の下部レッグのスイッチング素子とそれぞれ直列に連結されるシャント抵抗と、前記シャント抵抗から検出される出力電流を検出する電流検出部及び電流検出部から入力される出力電流を加算して、インバータ部の出力電流の瞬時最大出力電流（ピーク電流）を出力する加算部を含む。【選択図】図１０

Description

本発明は、インバータのピーク電流検出装置に関し、より具体的には、インバータを過電流から保護するために、瞬時最大出力電流であるピーク電流を検出するインバータのピーク電流検出装置に関する。
通常、インバータは、電気的に直流（ＤＣ）を交流（ＡＣ）に変換する逆変換装置であって、産業界で使用されるインバータは、商用電源から供給された電力を入力されて、自ら電圧と周波数を可変して電動機に供給することで、電動機の速度を高効率に利用するように制御する一連の装置と定義される。このようなインバータは、可変電圧可変周波数（ｖａｒｉａｂｌｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｖａｒｉａｖｌｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ＶＶＶＦ）方式によって制御され、パルス幅変調（ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，ＰＷＭ）の出力に応じて電動機に入力される電圧と周波数を可変することができる。
一方、電動機のスリップ周波数は、インバータで生成する回転磁界と電動機の回転速度の差で定義され、電動機のスリップ周波数が大きく増加すれば、過電流が発生して、インバータ又は電動機の焼損が発生することになる。これを防止するため、インバータは、過電流が発生すれば、これを抑制するか又はトリップを発生させてインバータと電動機を保護する。
一方、インバータを過電流から保護するための過電流保護動作の際、インバータ出力電流のうちピーク値（以下、ピーク電流とする）を検出する。
従来には、インバータ出力電流の状態によってピーク電流検出が困難である区間が発生し得た。それによって、過電流レベルを超えることになっても、過電流の抑制が不可能な状況が発生し、過電流によってインバータの内部素子が焼損し得る問題点があり、過熱によりトリップが発生し得る問題点がある。
本発明が解決しようとする技術的課題は、シャント抵抗によってインバータ出力電流を検出するインバータシステムにおいて、インバータのパワーリングモード全区間でピーク電流検出が可能であるインバータのピーク電流検出装置を提供することである。
課題を解決しようとする手段
上記のような技術的課題を解決するために、本発明の一実施形態のピーク電流検出装置は、直流リンク電圧を交流電圧に変換して、３相のレッグにそれぞれ直列に連結される２つのスイッチング素子が配置されるインバータ部；前記インバータ部の下部レッグのスイッチング素子とそれぞれ直列に連結されるシャント抵抗；前記シャント抵抗から検出される出力電流を検出する電流検出部；及び前記電流検出部から入力される出力電流を加算して、前記インバータ部の出力電流の瞬時最大出力電流（ピーク電流）を出力する加算部を含んでいてもよい。
本発明の一実施形態において、前記加算部は、演算増幅器を含んでいてもよい。
本発明の一実施形態において、前記電流検出部から入力される出力電流が前記演算増幅器の反転端子に入力されてもよく、前記電流検出部から入力される出力電流が前記演算増幅器の非反転端子に入力されてもよい。
本発明の一実施形態において、前記３相のレッグのうち、第１及び第２相の下部レッグのスイッチング素子で電流経路が形成される区間において、前記電流検出部が第１及び第２相電流を検出して、前記加算部は、前記第１及び第２相電流を加算し、第３相電流をピーク電流として出力することができる。
本発明の一実施形態において、前記３相のレッグのうち、第１相の下部レッグのスイッチング素子で電流経路が形成される区間において、前記電流検出部が第１相電流を検出して、前記加算部は、前記第１相電流をピーク電流として出力することができる。
本発明の一実施形態のピーク電流検出装置は、前記加算部にオフセット電圧を提供するオフセット調整部をさらに含んでいてもよい。
上記のような本発明は、インバータのパワーリングモード全区間で瞬時ピーク電流検出が可能であるため、安定した過電流抑制動作を行える効果がある。
通常のインバータの構成図である。 シャント抵抗を用いてインバータ出力電流を検出する方式を説明するための例示図である。 空間ベクトルパルス幅変調（ＳＶＰＷＭ）制御の際、スイッチング状態によるインバータ出力電流の状態図である。 インバータのスイッチング状態によるスイッチング素子の動作を示す。 ＳＶＰＷＭのセクター別スイッチング素子の動作模式図である。 シャント抵抗電流検出方式におけるインバータ過電流保護システムの構成図である。 図６のピーク電流検出部の詳細構成図である。 図６の各構成において出力される波形を説明するためのものである。 インバータの動作モードによる出力電流経路を示したものである。 本発明の一実施形態のインバータ過電流保護システムを概略的に説明するための構成図である。 図１０のピーク電流検出装置の回路構成図である。 ＳＶＰＷＭのセクター１での電流経路を示した一例示図である。 本発明の一実施形態に従って過電流保護を行うことを説明するための一例示図である。
本発明の構成及び効果を十分に理解するため、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。しかし、本発明は、以下に開示する実施形態に限定されるものではなく、様々な形態に具現することができ、多様な変更を加えることができる。但し、本実施形態に対する説明は、本発明の開示を完全にして、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。添付の図面における構成要素は、説明の便宜のためその大きさを実際より拡大して示したものであり、各構成要素の割合は、誇張するか縮小されてもよい。
「第１」、「第２」等の用語は、多様な構成要素を説明するために使われるが、前記構成要素は、上記用語によって限定されてはならない。上記用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的にのみ使われる。例えば、本発明の権利範囲を脱しないながら、「第１の構成要素」は「第２の構成要素」に命名されてもよいし、同様、「第２の構成要素」も「第１の構成要素」に命名されてもよい。また、単数の表現は、文脈上明白に別に表現しない限り、複数の表現を含む。本発明の実施形態において使われる用語は、別に定義されない限り、当該技術分野で通常の知識を有する者に通常知られた意味に解釈される。
汎用インバータの電流検出は、主にＣＴ又はシャント抵抗を用いる。ＣＴを用いた電流検出方式は、インバータ制御部（未図示）とインバータ部１３を絶縁して電流検出が可能であり、別途絶縁回路を要しない。しかし、非線形領域が存在し、シャント抵抗を介する電流検出方式に比べて相対的に高価である。
シャント抵抗を用いた電流検出方式は、広い線形領域で電流検出が可能であり、電流検出回路を安価に具現することができるため、価格競争力のあるコンパクトインバータに主に適用される。但し、シャント抵抗を用いた電流検出方式は、スイッチング状態によって別途電流検出制御を要するため、ＣＴ方式に比べて相対的に複雑な電流検出回路及び制御が求められる。
本発明は、シャント抵抗を用いた電流検出方式において、パワーリングモード全区間で最大電流を検出して、安定した電流抑制動作を行えるようにするためである。
以下では、図１〜図９を参照して、通常のインバータシステムの出力電流検出方式について説明して、図１０〜図１３を参照して、本発明の一実施形態のインバータのピーク電流検出装置を説明する。
図１は、通常のインバータの構成図である。
通常、インバータ１は、電源部２から３相交流電源を印加されて、整流部１１がこれを整流し、平滑部１２は、整流部１１が整流した直流電圧を平滑して貯蔵する。インバータ部１３は、平滑部１２である直流リンクキャパシタに貯蔵された直流電圧をＰＷＭ制御信号に応じて所定の電圧及び周波数を有する交流電圧を出力して、これを電動機３に提供する。インバータ部１３は、３相のレッグで構成されており、各レッグには、２つのスイッチング素子が直列に連結されて構成される。
インバータを過電流から保護するためには過電流検出が必要であるが、このような過電流を検出するために、インバータ１の出力（Ａ）に電流センサー（ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ，ＣＴ）を配置してインバータ出力電流を検出するか、又はインバータ部１３の下部レッグ（Ｂ）のスイッチング素子とそれぞれ直列に連結されるシャント抵抗（ｓｈｕｎｔ ｒｅｓｉｓｔｏｒ）を配置して、これからインバータ部１３の出力電流を検出することで過電流を検出する。このとき、主に出力電流のピーク値（ピーク電流）を検出して、過電流保護動作を行うことになる。
図２は、シャント抵抗を用いてインバータ出力電流を検出する方式を説明するための例示図である。
シャント抵抗を用いる電流検出方式は、インバータ１のインバータ部１３の各レッグの下部スイッチング素子（例えば、絶縁ゲート両極性トランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＩＧＢＴ））のエミッタ端にシャント抵抗２０をそれぞれ配置して、シャント抵抗２０に流れる電流を検出することである。
しかし、インバータ部１３のスイッチング素子のスイッチング状態によって不連続に出力電流が検出されて、スイッチング素子のスイッチング状態を考慮したピーク電流検出が要求された。
図３は、空間ベクトルパルス幅変調（ｓｐａｃｅ ｖｅｃｔｏｒ ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，ＳＶＰＷＭ）を制御する際、スイッチング状態によるインバータ出力電流の状態図であり、図４は、インバータのスイッチング状態によるスイッチング素子の動作を示したものである。図４では、図３のスイッチング状態による各相のスイッチング素子の動作に対する定義を示した。
図５は、ＳＶＰＷＭのセクター別スイッチング素子の動作模式図であって、ＳＶＰＷＭ制御においてスイッチング素子の動作は、Ｔ０区間で構成されたゼロベクトル（ｚｅｒｏ ｖｅｃｔｏｒ）区間と、Ｔ１及びＴ２で構成されたアクティブベクトル（ａｃｔｉｖｅ ｖｅｃｔｏｒ）区間に区分される。
図６は、シャント抵抗電流検出方式におけるインバータ過電流保護システムの構成図であり、図７は、図６のピーク電流検出部の詳細構成図で、図８は、図６の各構成において出力される波形を説明するためのものであり、図９は、インバータの動作モードによる出力電流経路を示したものである。
インバータの動作モードは、インバータ出力電流が増加するパワーリングモード（ｐｏｗｅｒｉｎｇ ｍｏｄｅ）と、インバータ出力電流が消弧するフリーホイーリングモード（ｆｒｅｅ ｗｈｅｅｌｉｎｇ ｍｏｄｅ）に区分され得る。パワーリングモードは、ＳＶＰＷＭのアクティブベクトル区間で発生して、フリーホイーリングモードは、ＳＶＰＷＭのゼロベクトル区間で発生する。
図６を参照すれば、汎用インバータの過電流を保護するためのインバータ保護システムは、シャント抵抗２０から出力される電流を検出する電流検出部３０と、瞬時最大出力電流を検出するピーク電流検出部４０、及び過電流を保護する過電流保護部５０で構成される。
電流検出部３０は、シャント抵抗２０から出力された電流を検出し、検出された電流にオフセットを付加して、オフセットが付加した電流を整列及び増幅する。ピーク電流検出部４０は、瞬時最大出力電流であるピーク電流を検出する。その後、過電流保護部５０は、検出された瞬時ピーク電流に応じてインバータ部１３のスイッチング素子のＰＷＭ入力を一時的に遮断する過電流抑制（ｏｖｅｒ−ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ，ＯＣＳ）動作又はインバータトリップを発生する過電流トリップ（ｏｖｅｒ−ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｒｉｐ，ＯＣＴ）動作を行う。
図８において、（ａ）は、インバータ部１３の出力相電流、（ｂ）は、シャント抵抗２０による検出電流、（ｃ）は、電流検出部３０の出力信号、（ｄ）は、ピーク電流検出部４０の出力信号、（ｅ）は、過電流保護部５０の出力信号である。
シャント抵抗を用いる電流検出方式の場合、インバータ部１３の下部レッグのスイッチング素子で電流が導通する区間でのみ電流を検出することができる。このため、図８のように、インバータ出力電流が不連続に検出される。
シャント抵抗２０から検出された電流は、電流検出部３０によってオフセットが付加して増幅され、ピーク電流検出部４０に入力される。図７を参照すれば、ピーク電流検出部４０の整流部４１が全波整流された波形を出力して、反転増幅器４２によって負の信号が正の信号に反転して出力される（図８の（ｄ））。
過電流保護部５０は、入力信号レベルを比較して入力された瞬時ピーク電流レベルによってＯＣＳ又はＯＣＴを発生する。
図９に示したように、インバータ部１３の出力電流は、インバータのスイッチング動作によって、平滑部１２である直流リンクキャパシタからインバータ部１３にエネルギーが伝達されて出力電流が増加するパワーリングモードと、電動機３のエネルギーが消弧するフリーホイーリングモードに区分される。
フリーホイーリングモードは、ＳＶＰＷＭのゼロベクトルが印加されて、インバータ部１３と電動機３の間にエネルギーが消弧する第１のモードと、ＯＣＳ動作の際、あらゆるスイッチング素子が遮断されて、電動機３と平滑部１２である直流リンクキャパシタ間のエネルギーが消弧する第２のモードに区分される。
パワーリングモードは、ＳＶＰＷＭにおいてアクティブベクトルが印加される区間で発生する。ＳＶＰＷＭのアクティブベクトルを印加する時に出力電流が増加する。過負荷状況では、出力電流が持続して増加することになり、過電流保護レベル以上の出力電流が発生すれば、過電流保護動作を行うことになる。但し、フリーホイーリングモードでは、パワーリングモードで発生した電流を消弧する区間であり、出力電流は、増加しない。
このような従来のシャント抵抗を用いた電流検出方式において、ピーク電流検出部４０は、インバータ部１３のスイッチング素子のスイッチング状態によってピーク電流検出が制限される。
すなわち、図５を参照すれば、ＳＶＰＷＭは、一つのＰＷＭ週期においてＴ０で構成された２つのゼロベクトル区間と、Ｔ１及びＴ２で構成された２つのアクティブベクトル区間からなる。Ｔ１区間は、インバータ部１３の２相の下部スイッチング素子で出力電流経路が形成される区間であり、Ｔ２区間は、インバータ部１３の１相の下部スイッチング素子で出力電流経路が形成される区間である。このとき、Ｔ２区間は、瞬時ピーク電流が１つの下部のスイッチング素子を介して全て印加されるため、瞬時ピーク電流検出が容易であるが、Ｔ１区間では、瞬時ピーク電流が２つの下部スイッチング素子に分けて印加されるため、検出された瞬時ピーク電流が１/２倍に減少して発生するため、瞬時ピーク電流検出が難しくなる問題点がある。
これにより、パワーリングモードの一部の区間において、過電流状況で過電流が抑制されなくて、出力電流が過電流レベルを超える問題が発生する。設計値以上の過電流が発生する場合、過電流によってスイッチング素子に熱的ストレスが増加するようになり、スイッチング素子が焼損するか、過熱状況によってトリップも発生し得る問題点がある。
本発明は、上記のような問題点を解決するためのものであって、パワーリングモード全区間で瞬時ピーク電流検出が可能であり、過電流が発生する際、好適な過電流保護動作を提供できるインバータのピーク電流検出装置を提供する。
図１０は、本発明の一実施形態のインバータ過電流保護システムを概略的に説明するための構成図であり、図１１は、図１０のピーク電流検出装置の回路構成図である。
図面に示したように、本発明の一実施形態のインバータ過電流保護システムは、インバータ１出力電流を検出する電流検出部３０と、インバータ出力電流からインバータのピーク電流を検出するピーク電流検出装置１００と、ピーク電流に応じてインバータ１を保護する動作を行う過電流保護部５０を含んでいてもよい。また、ピーク電流検出装置１００は、オフセット調整部１１０及び加算部１２０を含んでいてもよい。
本発明の一実施形態において、インバータ１のインバータ部１３の３相出力電流のうち、１相又は２相出力電流を電流検出部３０が検出して、これをピーク電流検出装置１００に提供することができる。インバータ出力電流は、シャント抵抗２０によって電流検出部３０に提供されてもよいことは、既に説明したとおりである。
電流検出部３０は、インバータ１のインバータ部１３の下部レッグのスイッチング素子に連結されるシャント抵抗２０に流れる出力電流を検出することができる。
増幅加算部１２０は、電流検出部３０から入力されるインバータ部１３の１相又は２相の下部レッグのスイッチング素子の出力電流を加算して出力することができる。
オフセット調整部１１０は、オフセット調整抵抗（Ｒ１、Ｒ２）を用いて、増幅加算部１２０のオフセット電圧レベルを調整することができる。オフセット電圧は、アナログ回路である増幅加算部１２０に発生するＤＣ電圧を除去するための電圧で定義されてもよく、オフセット調整部１１０は、ＤＣ電圧を除去するオフセット電圧を増幅加算部１２０に提供することができる。このとき、オフセット電圧は、オフセット調整抵抗Ｒ１及びＲ２を用いて調整可能である。
図１１を参照すれば、増幅加算部１２０は、演算増幅器（ＯＰ ＡＭＰ）１２１で構成されてもよく、本発明の一実施形態において、３相インバータの出力電流が演算増幅器１２１の反転端子に入力されてもよい。但し、本発明の一実施形態が図１１の回路構成によって限定されるものではなく、３相インバータの出力電流を加算できる多様な回路構成が可能である。例えば、演算増幅器（ＯＰ ＡＭＰ）の非反転端子に３相インバータの出力電流が入力されるように回路を構成することもできる。
ＳＶＰＷＭのアクティブベクトル区間では、インバータ部１３の１相又は２相の下部レッグのスイッチング素子に電流経路が形成されてもよい。
１相の下部レッグのスイッチング素子で電流経路が形成されるＳＶＰＷＭのＴ２区間では、１相の下部レッグのスイッチング素子でインバータのピーク電流の経路が形成されてもよい。
また、２相の下部レッグのスイッチング素子で電流経路が形成されるＴ１区間では、１相の上部レッグのスイッチング素子でインバータのピーク電流の経路が形成されてもよく、ＫＣＬ（Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ’ｓ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｌａｗ）に基づいて、インバータのピーク電流は、下部レッグのスイッチング素子に流れる電流の和と同様である。
本発明の一実施形態に従って増幅加算部１２０で構成されるピーク電流検出装置１００において、アクティブベクトル区間で１相又は２相インバータの出力電流を入力とし、瞬時ピーク電流を検出することで、１相の下部レッグのスイッチング素子で電流経路が形成される区間（Ｔ２区間）と、２相の下部レッグのスイッチング素子で電流経路が形成される区間（Ｔ１区間）両方において、すなわち、パワーリングモード全区間で瞬時ピーク電流検出が可能である。
図１２は、ＳＶＰＷＭのセクター１での電流経路を示した一例示図であって、（ａ）は、インバータ部１３の２相の下部レッグのスイッチング素子で電流経路が形成されるＴ１区間を示して、（ｂ）は、インバータ部１３の１相の下部レッグのスイッチング素子で電流経路が形成されるＴ２区間を示したものである。
（ｂ）を参照すれば、Ｗ相の下部レッグのスイッチング素子で電流経路が形成されるＴ２区間では、電流検出部３０がＷ相電流を検出して、Ｕ相及びＶ相電流は検出しない。このとき、インバータの瞬時ピーク電流は、Ｗ相で形成される。
ピーク電流検出装置１００は、Ｗ相電流を入力されて、ピーク電流を検出することができ、Ｗ相の瞬時ピーク電流を過電流保護部５０に出力することができる。
（ａ）を参照すれば、Ｖ相及びＷ相の下部レッグのスイッチング素子で電流経路が形成されるＴ１区間では、電流検出部３０がＶ相及びＷ相電流を検出して、上部レッグのスイッチング素子で電流経路が形成されるＵ相では、電流を検出しない。このとき、インバータの瞬時ピーク電流は、Ｕ相で形成される。電流検出部３０から検出されたＶ相及びＷ相電流は、本発明の一実施形態のピーク電流検出装置１００に入力されて、増幅加算部１２０によって加算され、インバータの瞬時ピーク電流であるＵ相電流が出力されてもよく、このＵ相の瞬時ピーク電流が過電流保護部５０に入力されてもよい。
ＳＶＰＷＭのセクター２〜セクター６においても、同じ方法でインバータの瞬時ピーク電流を検出することができる。
ピーク電流検出装置１００からピーク電流を受信した過電流保護部５０は、検出された瞬時ピーク電流に応じてインバータ部１３のスイッチング素子のＰＷＭ入力を一時的に遮断するＯＣＳ動作又はインバータトリップを発生するＯＣＴ動作を行うことができる。
すなわち、本発明の一実施形態のピーク電流検出装置によれば、あらゆるアクティブベクトル区間でインバータの瞬時ピーク電流検出が可能であり、インバータのパワーリングモード全区間で安定して過電流保護動作を行うことができる。
下表は、従来の図７の整流回路方式によるピーク電流検出と、本発明の一実施形態のピーク電流検出を比較したものである。
上記のように、従来の整流回路による方式では、Ｔ１区間でピーク電流検出が不可能である場合も発生するが、本発明の一実施形態によれば、パワーリングモード全区間で正確にピーク電流検出が可能であるため、インバータ１を過電流から安全に保護することができる。
図１３は、本発明の一実施形態に従って過電流保護を行うことを説明するための一例示図である。
図面において、１３Ａは、インバータ出力電流を、１３Ｂは、過電流抑制（ＯＣＳ）レベルを、１３Ｃは、瞬時ピーク電流信号を、１３Ｄは、ＯＣＳ動作信号を、１３Ｅは、過電流保護動作が行われた結果を示すものである。
本発明の一実施形態によれば、設定されたＯＣＳレベルによって正確に過電流保護動作を行うことができ、インバータのパワーリングモード全区間で瞬時ピーク電流検出が可能であるため、安定した過電流抑制動作を行うことができる。
但し、本発明の一実施形態では、インバータ出力電流を検出して、増幅加算部がピーク電流を検出することのみを例に挙げて説明しているが、本発明がこれに限定されるものではなく、増幅加算部によってインバータ出力電流の和を求めることで、これから地絡を検出するか、又はインバータ出力電流の欠相を検出することもできる。
以上では、本発明による実施形態を説明したが、これは、例示的なものに過ぎず、該分野で通常の知識を有する者であれば、これより多様な変形及び均等な範囲の実施形態が可能である点を理解することができる。従って、本発明の真の技術的な保護範囲は、次の請求範囲によって定めるべきである。

Claims (7)

  1. 直流リンク電圧を交流電圧に変換して、３相のレッグの各レッグに直列に連結された２つのスイッチング素子を含むインバータ部の出力電流の瞬時最大出力電流（ピーク電流）を検出するピーク電流検出装置において、
    前記インバータ部の下部レッグの各スイッチング素子に直列に連結されるシャント抵抗；
    前記シャント抵抗から出力される信号から出力電流を検出する電流検出部；及び、
    前記電流検出部から入力される出力電流を加算して、前記インバータ部の出力電流の瞬時最大出力電流（ピーク電流）を出力する加算部を含むピーク電流検出装置。
  2. 前記加算部は、演算増幅器を含む、請求項１に記載のピーク電流検出装置。
  3. 前記電流検出部から入力される出力電流が前記演算増幅器の反転端子に入力される、請求項２に記載のピーク電流検出装置。
  4. 前記電流検出部から入力される出力電流が前記演算増幅器の非反転端子に入力される、請求項２に記載のピーク電流検出装置。
  5. 前記３相のレッグのうち、第１及び第２相の下部レッグのスイッチング素子で電流経路が形成される区間において、前記電流検出部が第１及び第２相電流を検出して、前記加算部は、前記第１及び第２相電流を加算し、第３相電流をピーク電流として出力する、請求項１に記載のピーク電流検出装置。
  6. 前記３相のレッグのうち、第１相の下部レッグのスイッチング素子で電流経路が形成される区間において、前記電流検出部が第１相電流を検出して、前記加算部は、前記第１相電流をピーク電流として出力する、請求項１に記載のピーク電流検出装置。
  7. 前記加算部にオフセット電圧を提供するオフセット調整部をさらに含む、請求項２に記載のピーク電流検出装置。
JP2019028782A 2018-03-27 2019-02-20 インバータのピーク電流検出装置 Pending JP2019176718A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180035125A KR102014185B1 (ko) 2018-03-27 2018-03-27 인버터 피크전류 검출장치
KR10-2018-0035125 2018-03-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2019176718A true JP2019176718A (ja) 2019-10-10

Family

ID=65686762

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019028782A Pending JP2019176718A (ja) 2018-03-27 2019-02-20 インバータのピーク電流検出装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10658946B2 (ja)
EP (1) EP3547517A1 (ja)
JP (1) JP2019176718A (ja)
KR (1) KR102014185B1 (ja)
CN (1) CN110320396B (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3683587A1 (en) 2019-01-15 2020-07-22 Mahle International GmbH Power supply control circuits for brushless dc (bldc) motors
KR102138360B1 (ko) * 2019-04-11 2020-07-27 엘에스일렉트릭(주) 출력지락 검출이 가능한 인버터 시스템과 이를 이용한 출력지락 검출 방법
CN116470820A (zh) * 2022-01-12 2023-07-21 台达电子工业股份有限公司 三相功率转换器的输出电流的箝位控制方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0738345A (ja) * 1993-07-23 1995-02-07 Mitsubishi Electric Corp オフセット調整装置
JP2003289687A (ja) * 2002-01-28 2003-10-10 Denso Corp 三相ブラシレスｄｃモータの制御方法
JP2004147401A (ja) * 2002-10-23 2004-05-20 Toyota Industries Corp 電流検出装置および電流検出機能付きインバータ装置
JP2005304102A (ja) * 2004-04-06 2005-10-27 Kawasaki Heavy Ind Ltd 過電流保護装置
JP2008072857A (ja) * 2006-09-15 2008-03-27 Mitsubishi Electric Corp モータ駆動装置
WO2017187532A1 (ja) * 2016-04-26 2017-11-02 三菱電機株式会社 電動機駆動装置および空気調和機

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000046295A (ko) * 1998-12-31 2000-07-25 김종수 오피앰프 입력오프셋전압 자동조정회로
CN100521437C (zh) * 2002-04-24 2009-07-29 三洋电机株式会社 装有过流保护电路的混合集成电路装置
KR101053591B1 (ko) * 2004-06-24 2011-08-03 엘지전자 주식회사 지능형 파워 모듈의 과전류 보호 회로
US7583523B2 (en) * 2004-07-20 2009-09-01 Panasonic Corporation Three phase inverter control circuit detecting two phase currents and deducting or adding identical ON periods
JP5230068B2 (ja) * 2006-01-13 2013-07-10 オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 インバータ装置
KR101364204B1 (ko) * 2007-05-29 2014-02-17 엘지전자 주식회사 모터 드라이버 시스템 및 모터 드라이버 보호방법
JP5093692B2 (ja) * 2007-07-02 2012-12-12 株式会社安川電機 インバータ装置とその出力電圧検出方法
CN201383763Y (zh) * 2009-04-08 2010-01-13 宁波德斯科电子科技有限公司 一种用于变频器的电流采样电路
CN102480245B (zh) * 2010-11-30 2016-04-06 Ls产电株式会社 逆变器
KR101261793B1 (ko) * 2012-02-06 2013-05-07 엘에스산전 주식회사 인버터의 상전류 검출 제어장치
JP6277288B2 (ja) * 2014-11-28 2018-02-07 株式会社日立産機システム 監視装置と監視方法およびそれらを備える制御装置と制御方法
JP2017093240A (ja) * 2015-11-16 2017-05-25 オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 多相電動モータ制御装置
US10333311B2 (en) * 2016-01-14 2019-06-25 Mitsubishi Electric Corporation Electric motor control device
CN205724934U (zh) * 2016-06-22 2016-11-23 阳光电源股份有限公司 低压h桥级联拓扑光伏***及其电流检测装置和逆变器

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0738345A (ja) * 1993-07-23 1995-02-07 Mitsubishi Electric Corp オフセット調整装置
JP2003289687A (ja) * 2002-01-28 2003-10-10 Denso Corp 三相ブラシレスｄｃモータの制御方法
JP2004147401A (ja) * 2002-10-23 2004-05-20 Toyota Industries Corp 電流検出装置および電流検出機能付きインバータ装置
JP2005304102A (ja) * 2004-04-06 2005-10-27 Kawasaki Heavy Ind Ltd 過電流保護装置
JP2008072857A (ja) * 2006-09-15 2008-03-27 Mitsubishi Electric Corp モータ駆動装置
WO2017187532A1 (ja) * 2016-04-26 2017-11-02 三菱電機株式会社 電動機駆動装置および空気調和機

Also Published As

Publication number Publication date
US10658946B2 (en) 2020-05-19
KR102014185B1 (ko) 2019-08-26
US20190305693A1 (en) 2019-10-03
CN110320396A (zh) 2019-10-11
EP3547517A1 (en) 2019-10-02
CN110320396B (zh) 2021-11-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6329194B2 (ja) インバータの出力地絡検出方法
JP5429205B2 (ja) Ｐｗｍ整流回路の保護方法およびその装置
JP2019176718A (ja) インバータのピーク電流検出装置
WO2015104820A1 (ja) 電力変換装置
US7649724B2 (en) Protective circuit for a converter
US12038486B2 (en) Inverter system capable of detecting output ground fault and output ground fault detection method using same
CN113661623B (zh) 过电流保护逆变器
KR102036578B1 (ko) 인버터 출력결상 검출장치
JP2018157702A (ja) 電圧補償装置
KR102551607B1 (ko) 누전 차단기
JP2020022269A (ja) 半導体素子の保護回路、半導体素子の保護回路を備えた電力変換装置及び半導体素子の保護方法
WO2023199687A1 (ja) 発電装置
JP4285278B2 (ja) 半導体電力変換装置
KR101873764B1 (ko) 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기
JPH04359682A (ja) インバータ装置
KR20150030077A (ko) 전압원 인버터
JPS6051357B2 (ja) サイリスタ変換器の保護装置
JPS6043729B2 (ja) ３相誘導電動機の温度検出装置
JPH09215333A (ja) 電源装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190220

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200227

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200303

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200518

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200911

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201124

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210122

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210414

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20210604