JP3044774B2 - インバータ装置 - Google Patents

インバータ装置

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JP3044774B2
JP3044774B2 JP2301983A JP30198390A JP3044774B2 JP 3044774 B2 JP3044774 B2 JP 3044774B2 JP 2301983 A JP2301983 A JP 2301983A JP 30198390 A JP30198390 A JP 30198390A JP 3044774 B2 JP3044774 B2 JP 3044774B2
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佳子 中川
佐千夫 上野
泰司 森本
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、誘導電動駆動用インバータの自動トリップ
リセットに関するものである。
従来の技術 インバータ装置には、パワートランジスタや主回路用
コンデンサ等を破壊から保護する目的で各種の保護機能
を持っている。それらのうち、警報や注意を喚起した
り、制御に割り込みをかけて、それらの危険を未然に防
止するものと、動作を停止し危険状態から脱出するもの
(トリップと一般に呼ばれている。)とに分けられる。
これらの内容についての従来例を、第2図で説明する。
第2図で1は三相、又は単相電源、2はブリッジダイ
オード、3は主回路コンデンサ、4はパワートランジス
タ・MOSFET(MetalOxide Semiconductor Field Effect
Transistor)・IGBT(Insulated Gate Bipolar Transis
tor)等のパワースイッチング素子より構成されるイン
バータ部、5はモータ、6はコンバータ部(ブリッジダ
イオード2とコンデンサ3より構成される)の電圧を検
出し、危険な状態、例えばモータからの回生電力により
コンデンサ3やインバータ部4のパワースイッチング素
子が耐圧オーバーで破壊されたり、反対に停電等の電圧
降下により危険状態になることを防止するために、設定
された電圧範囲を越えた時にトリップ信号を発生する過
電圧・不足電圧検出回路、7はインバータ部4に過大電
流が流れてパワースイッチング素子が破壊されることを
防止するため規定以上の電流が流れた時トリップ信号を
発生させる過電流検出回路、8は9のCT(変流器)によ
りモータに流れる電流を検出しパワースイッチング素子
の過大電流による破壊の防止や、モータの焼損を保護す
るため規定以上の電流が流れたときトリップ信号を発生
するモータ電流検出回路、10は過電圧不足電圧検出回路
6、過電流検出回路7、モータ電流検出回路8のそれぞ
れからの電流によりトリップ信号を記憶するトリップ記
憶回路、11はトリップして運転を休止していることを表
示するトリップ表示回路、12はインバータから出力する
周波数の指示や運転・停止指示を入力したり、トリップ
信号を出力するための入・出力インターフェース回路、
13は12の入・出力インターフェース回路からの指示や10
のトリップ記憶回路からの指示に従いインバータの動作
を決定する主制御回路、14は13の主制御回路からの指示
に従って、具体的にパワースイッチング素子をスイッチ
ングさせるためのゲートドライブ回路で、4のインバー
タ部のパワースイッチング素子へベース電流やゲート電
圧等を供給している。
次に従来例のトリップリセットについて説明する。
前述の如く、コンバータ部の過電圧や不足電圧、イン
バータ部の過電流、モータに流れる過大電流等のトリッ
プ信号が発生すると、トリップ記憶回路10はその信号を
ラッチし速やかにゲートドライブ回路14のゲート信号を
すべてオフし、インバータ部4のパワースイッチング素
子をすべてオフの状態にし、トリップ状態であること、
およびその要因を主制御回路13へ伝達する。主制御回路
13はそのトリップ信号でインバータの動作を停止し、ト
リップ表示回路11へトリップしていることを表示させ
て、待機状態に入る。
インバータがトリップするのは、モータの地絡・焼損
過負荷・過大慣性負荷等の要因や、モータの加速・減速
のレートを決めるソフトスタート時間・ソフトダウン時
間の不適正、モータ印加周波数の不適正等の要因が存在
するからであり、通常はインバータのトリップリセット
(トリップ解除)はそれらの要因を取り除いてから行う
ため、自動的にリセットする必要はあまりなく、入出力
インターフェース回路12へトリップリセット信号を入力
してトリップリセットするか、一旦インバータの入力電
源1を遮断しトリップ記憶回路や主制御回路の制御電圧
がなくなり、再度電源1を投入し初期電源投入状態にす
ることでトリップリセットされることが多い。
例外として、空調機(エアコン)のコンプレッサー運
転用インバータの場合のようにトリップする要因がコン
プレッサーの高圧側の圧力上昇であるならば、数分の時
間を置けば圧力がバランスしトリップ要因がなくなるの
で自動リセットし運転を再開することができる場合もあ
るが、これらは負荷や、負荷の変化があらかじめわかっ
ている特異な例で、汎用な用途につかわれる汎用インバ
ータでは、自動トリップリセットすると急にモータが動
きだし危険な状態になることが考えられ、自動トリップ
リセットしないことが多い。
続いて、前述の電源の遮断・再投入でトリップリセッ
トする場合について考えてみる。
この方法は、前述の如く電源を一旦遮断し、その後再
投入して各種制御回路を初期化することでトリップをリ
セットするが、最近のインバータは各種制御回路の電源
をコンバータ部の直流電源を利用したDC/DCコンバータ
方式で構成しており、入力電源1を遮断してもコンバー
タ部の電圧は急激に降下せずトリップ記憶回路の制御電
源がなくなるまで多大な時間を必要とする。
このことを計算で求めてみる。ここで、主回路コンデ
ンサ3の静電容量値Cを1000μF(マイクロ・ファラッ
ド)、電源遮断直前の交流入力電源1の電圧をAC200Vと
すると、コンバータ部の直流電圧Vは、 であり、コンデンサ3に蓄えている静電エネルギーE
は、 E=1/2CV2 =1/2×1000μ×(283)2 =40 J(ジュール) である。
仮に、DC/DCコンバータがDC100Vまで電圧降下しても
各種制御電源に電圧を供給できるとすると、その間の放
出可能エネルギーE′は、 E′=40−1/2×l000μ×(100)2 ≒35 J である。
トリップしている時はインバータ部4はオフしてお
り、それへのゲートドライブ電力は不要であるからイン
バータの制御電源は、5W(ワット)もあれば十分であり
上記放出エネルギーE′は全てインバータの制御電源に
使用したとして、35J消費する時間Tは、 T=35(J)÷5(W) =7 S(秒) となり、入力電源を遮断し再投入してトリップをリセッ
トするには7秒以上の時間をおかないと主制御回路やト
リップ記憶回路の初期化ができないことを意味してお
り、トリップのリセットに多大な待ち時間が必要で、能
率が悪い・不便等の欠点があった。
それの対策として、第3図のように電源遮断検出回路
15を設け、電源遮断を検出してその信号を主制御回路13
へ伝達し、その信号をもってトリップ時に自動トリップ
リセットする方法があるが、コストアップになること、
双び正常運転時の瞬時停電や電圧低下でこの機能が弊害
にならないよう配慮する必要があった。これは運転可能
な瞬時停電や電圧降下に対してトリップすべきか否か
は、その時のコンバータ電圧とモータの負荷状態で決ま
り、瞬時停電や電圧降下の時間,降下量に必ずしも比例
しないからである。
別の対策として、コンバータ部の電圧を検出し、例え
ばDC200V以下になったならば電源が遮断されたとみなす
方法があるが、トリップが過電圧により発生しその検出
値がDC400Vであったとすると、前述の例よりDC400Vから
DC200Vに降下するまでに要する時間T′は、 T′=(1/2×1000μ×4002− 1/2×l000μ×2002)÷5W ≒60 J÷5 W =12 S となり、トリップリセットに12秒も待機する必要があり
適切な対策とは言えない。
その上に電源が瞬時停電し、すぐに復帰する場合を考
えてみると、停電や瞬時停電でコンバータ部の直流電圧
が規定値を割らなければ正常運転をそのまま継続してよ
いが、規定値を割ってトリップした直後に電源が復帰し
た場合はトリップ記憶を保持し、異常があった事を明示
した方が使用者の機器の異常要因把握のために必要なこ
とが多いからである。
しかるにこの対策ではトリップをリセットし正常運転
を再開してしまう問題が有る。
発明が解決しようとする課題 以上述べた如く電源を遮断しインバータを初期状態に
することでトリップリセットする方法は、待機時間が長
いという欠点があり、その上入力の電源状態を監視し電
源が遮断されているか否かを検出しても必ずしも完全に
トリップをリセットできない問題があった。
本発明の目的は、上記間題点を除去し、電源遮断で安
定にトリップリセットするインバータ装置を提供するこ
とである。
課題を解決するための手段 この目的を達成するため、本発明はコンバータ部の直
流電圧を検出し、その値の変化率により電源遮断や電源
復帰を検知してトリップを自動的にリセットするもので
ある。
作用 電源遮断時、コンバータ部の主回路コンデンサへ供給
されていた入力電源からのパワーは無くなるから、DC/D
Cコンバータ等の負荷への電力は、このコンデンサのチ
ャージエネルギーのディスチャージ(放電)より供給さ
れる。
そして、コンバータ部の直流電圧Vdcの変化率と主回
路コンデンサの静動容量値Cの積は、コンバータの電流
Idcであり、次式が成立する。
Idc=C×d(Vdc)/dt 一方その時のコンバータ部の負荷のワットWdc (インバータの消費電力)は、 Wdc=Vdc×Idc であるから結局、 Wdc=Vdc×C×d(Vdc)/dt となり、Wdcつまり負荷の消費電力(ワット)がわかっ
ていたらコンバータ部の電圧の変化率がきまり、それを
検出することで主回路コンデンサのディスチャージ(放
電)により電力が供給されているか否か、つまり電源が
遮断されているか否かがわかる。
実施例 本発明の一実施例について第1図に基づいて説明す
る。
なお、従来例と同一構成部品については従来例と同一
番号を使用して説明を省略する。従来例の第2図と異な
るのは、コンバータ部の主回路コンデンサ3の電圧をA/
D変換(アナログ/デジタル変換)するA/D変換回路16が
追加されていることである。
このA/D変換回路16は主回路コンデンサ3の直流電圧
をA/D変換しマイコン等より構成される主制御回路13へ
その直流電圧のデジタル変換値を伝達する。
次にその動作について説明する。作用で述べた如く主
回路コンデンサ3の直流電圧をVdc、その静電容量値を
C、インバータの消費電力をWdcとして、 Wdc=Vdc×C×d(Vdc)/dt が成立する。
トリップし、電源を遮断する直前の電源電圧がAC200V
ならば、Vdcは、 である。またトリップ時のインバータ全体の消費電力を
5W、主回路コンデンサ3の静電容量値Cを1000μFとす
ると直流電圧の変化率は、 d(Vdc)/dt=W/(Vdc×C) =5/(283×1000μ) ≒17.7[V/S] つまり、一秒間に17.7Vの割合でコンデンサ書圧が降下
することを意味する。
ところでインバータ全体の消費電力は、モータ運転時
インバータの出力容量によりパワースイッチング素子の
電流定格を変えるため、それをドライブするゲートドラ
イブ電力が変化するが、トリップ時等の停止時はゲート
電力は不要であり、インバータ全体の消費電力はインバ
ータの出力容量の影響を受けにくい。
一方、主回路コンデンサ3の容量値はインバータの出
力容量に応じて変えているから交流入力電源1を遮断し
た時の主回路コンデンサ3の電圧の変化率(降下率)は
コンデンサ容量値に反比例する。
故に主回路コンデンサ3の容量値をインバータの条件
設定パラメータとしてマイコンにあらかじめインプット
しておけば、その後は主回路コンデンサ3の直流電圧V
dcを検出し、その変化率で電源が遮断されたか否かの識
別が容易であることは明白である。
次に具体的な動作について説明する。トリップが発生
すると、マイコン等で構成する主制御回路13はA/D変換
回路16にコンバータ部のコンデンサ3の電圧値を把握す
るためA/D変換を指示する。そのA/D変換する間隔を例え
ば1秒毎におこなうと、その間のA/D変換値の差がコン
デンサ3の直流電圧の変化率d(Vdc)/dtを意味する。
つまり、一定間隔で直流電圧を測定することでその変化
率を把握できる。変化率がわかれば先に記載した如くパ
ラメータで設定された主回路コンデンサ3の容量値とイ
ンバータの負荷の消費電力(ワット)より決まる変化率
と比較し、一致すれば電源1からの電力供給がない、つ
まり電源遮断状態であることがわかる。故にこの電圧変
化率が数秒持続することをもって電源遮断とみなすこと
が可能である。
次に過電圧トリップの場合について考えてみる。過電
圧トリップのレベルがDC400Vに設定されている場合、過
電圧トリップするとコンバータ部の電圧はDC400VよりAC
200V入力時のコンバータ部直流電圧DC283Vまでは、トリ
ップにより停止状態の消費電力の電圧変化率(降下率)
で変化する。マイコンはトリップを認識しているからA/
D変換回路16にA/D変換を指示しA/D変換の結果から電源
遮断と誤判断する。それを防止するための対策としてト
リップした場合必ず一旦電圧が変化しない時間が存在す
ること、つまり過電圧トリップした場合でもDC283Vまで
降下し、その後の電源遮断でトリップリセットさせる方
法で誤判断を防止できる。これは、過電圧トリップ以外
のトリップはトリップが発生し運転を休止するとコンバ
ータ部の電圧が電源電圧で決まる直流電圧(AC200V入力
の時はDC283V)になり電源遮断するまでその電圧を保持
しているから、上記対策の弊害はない。唯一弊害は過電
圧トリップしコンバータ部の電圧がまだDC283Vに達して
いないときにトリップリセットの目的で電源遮断した場
合で、この場合は電源電圧の変化が持続し変化しない期
間が存在しないのでマイコンは電源遮断と判断出来な
い。この場合の対策として以下に説明する。
過電圧トリップするのはモータが回生運転になるから
でこれはある運転周波数から停止に向かう状態の時に発
生する。マイコンはいつから停止状態に入るかを管理し
ているから、停止状態に入る寸前の直流電圧をA/D変換
回路16に指示しその電圧を記憶しておく。そして過電圧
トリップ時では一旦電圧が変化しない期間がない時は記
憶していた直流電圧以下になった時点より本発明の直流
電圧の変化率検出で電源遮断とみなすことで確実にトリ
ップリセット出来る。
発明の効果 以上説明した様に、本発明のインバータ装置は、トリ
ップリセットを電源遮断で行う時、コンバータ部の直流
電圧を監視することで、トリップ記憶回路に係わらず、
主制御回路のトリップ状態を瞬時にリセットすることが
でき、インバータ装置の復帰を速やかに行えるものであ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のブロック図、第2図〜第3
図は従来例のブロック図である。 1……電源、2,3……コンバータ部、4……インバータ
部、13……主制御回路、16……A/D変換回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡部 隆平 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−248968(JP,A) 特開 平2−79718(JP,A) 特開 昭63−80702(JP,A) 特開 昭51−25210(JP,A) 実開 平2−125534(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02H 7/12 - 7/122 H02M 7/48 H02H 3/44 B60L 3/00 - 3/04

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】インバータ部のパワースイッチング素子を
    制御する主制御回路と、トリップ信号を受け前記主制御
    回路にトリップ状態を指示するトリップ記憶回路と、コ
    ンバータ部の直流電圧をアナログ値からデジタル値に変
    換するA/D変換回路と、この変換回路より検出された値
    の変化を演算し、その電圧変化率があらかじめ設定され
    た変化率範囲ならば電源遮断と認識する判断機能とを有
    し、前記主制御回路がトリップ状態の時、前記判断機能
    で電源遮断と判断すると前記主制御回路のトリップ状態
    をリセットするインバータ装置。
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