JP3768024B2

JP3768024B2 - Power converter

Info

Publication number: JP3768024B2
Application number: JP06199899A
Authority: JP
Inventors: 聡子石井; 敏井堀; 浩之富田; 剛小俣
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 1999-03-09
Filing date: 1999-03-09
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2019-03-09
Also published as: JP2000262087A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力変換装置を提供する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、誘導電動機などの交流電動機の駆動用として、インバータ装置などの電力変換装置が多種多様な形で市場に供給されるようになり、省エネルギー化促進に大いに貢献している。
図１０は、インバータ装置として使用される電力変換装置の一例を示したもので、ここに示した電力変換装置は、図示のように、順変換(コンバータ)部Ｃo と逆変換(インバータ)部Ｉn 、それに平滑用のコンデンサＣを備え、これによりインバータ装置１として動作するように構成されているものである。
【０００３】
そして、このインバータ装置１の逆変換部Ｉn は、その半導体スイッチング素子ｕ、ｖ、ｗ、ｘ、ｙ、ｚとして、ＩＧＢＴ(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)を用いたもので、これらのスイッチング素子のオン時間と、オンに制御すべき素子の組合わせを制御することにより、出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗに任意の電圧で任意の周波数の３相交流電力を発生させることができる。
【０００４】
ここで、ＣＴＵとＣＴＷは電流検出器で、ＣＴＵはＵ相用で、ＣＴＷはＷ相用であり、これらの電流検出器ＣＴＵ、ＣＴＷにより検出される電流によりインバータの制御と保護が得られるようにする。
従って、順変換部Ｃo の入力端子Ｒ、Ｓ、Ｔに商用交流電源系統から３相交流電力を供給してやれば、出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗに任意の電圧で任意の周波数の３相交流電力を発生させることができ、この結果、出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗに３相誘導電動機などの交流電動機を接続してやることにより、この交流電動機を任意の回転速度で運転させることができ、省エネルギー化に大いに貢献できることになる。
【０００５】
ところで、更に近年、このようなインバータ装置において、その主回路の機能を利用し、それに接続されている交流電動機の制御に必要な電動機定数などのデータを計測するようにしたシステムや、交流電動機の保護のために必要な１次抵抗の測定を行うシステムなどが提案されており、その例として、特開昭６０−１８３９５３号、特開平６−９８５９５号、特開平８−３３１９４号、特開平１０−１７８７９９号の各公報の記載を挙げることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、電力変換装置駆動の交流電動機に特有のマイクロサージについて配慮がされておらず、コイル素線間と相巻線間での絶縁破壊による信頼性低下の問題があった。
【０００７】
インバータ装置などの電力変換装置は、上記したように、例えば図６に示すような主回路１を備え、ＩＧＢＴなどの半導体素子の高周波スイッチング動作により交流電動機が駆動されるように構成されており、従って、その出力は多くの高調波を含む矩形波になっている。
【０００８】
また、電力変換装置と交流電動機の間には接続用の配線が必要であり、この配線には浮遊インダクタンス分Ｌｓと浮遊キャパシタンス分Ｃｓが存在する。
このため、動作中、これらのインダクタンス分Ｌとキャパシタンス分Ｃによりマイクロサージと呼ばれるＬＣ共振現象が現われ、マイクロサージ電圧Ｖ_z が発生する。
【０００９】
このマイクロサージ電圧Ｖ_z は急峻な波形を持つ上、電力変換装置の出力電圧に乗った形になるので、交流電動機の電機子巻線のコイル素線間と相巻線間に大きな電圧がかかり、この結果、これらの間に絶縁破壊が生じてしまい、やがては異常発熱や焼損などの二次災害の発生に移行してしまうので、信頼性が低下してしまうのである。
【００１０】
このマイクロサージ電圧の大きさについて、一般的なインバータ装置の場合を例にして説明すると、まず、そのコンバータ部で商用交流を直流に変換し、平滑化してインバータ部に入力するので、商用交流電圧をＶとした場合、インバータ部に入力される直流電圧Ｖ_dc の大きさは約√２Ｖとなる。
【００１１】
従って、インバータ部の半導体素子は、この直流電圧Ｖ_dc ≒√２Ｖを高周波スイッチングすることになるので、マイクロサージ電圧Ｖ_z が発生すると、これが直流電圧Ｖ_dc に加算されてしまい、インバータ部の出力電圧、つまり交流電動機の端子電圧Ｖ_o は、配線の長さにもよるが、長い場合には直流電圧Ｖ_dc の２倍(Ｖo＝２Ｖ_dc)にもなり、従って、長い運転時間の間には、交流電動機の電機子巻線のコイル素線間と相巻線間に絶縁破壊が発生してしまうのである。
【００１２】
本発明の目的は、マイクロサージなどによる電機子巻線での絶縁破壊の発生等が検出できること、または、異常等が判定できるようにした交流電動機の異常判定機能を備えた電力変換装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、少なくとも逆変換部を備え、交流電動機に可変周波数可変電圧の交流電力を供給するようにし、前記交流電動機に前記逆変換部から直流電力を供給し、このとき前記交流電動機の端子間に発生する直流電圧値と前記電力の電圧値から、前記交流電動機の１次抵抗値を算出する手段を設けた電力変換装置において、前記１次抵抗値の初期値は、前記交流電動機の設置時、予め所定のメモリに格納出来、前記算出した１次抵抗値からの低下率により、前記交流電動機の絶縁診断が判定出来るようにして達成される。
【００１４】
交流電動機がマイクロサージなどにより絶縁破壊したことが報知されるので、交流電動機の焼損及びその後の二次災害が未然に防止でき、交流電動機に対する接続配線が長くなっても、充分に高い信頼性を持たせることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による電力変換装置について、図示の実施形態により詳細に説明する。
図１は、本発明による電力変換装置を誘導電動機駆動用のインバータ装置として実施した場合の一実施形態で、図において、１がインバータ装置を表わし、このインバータ装置１に負荷となる交流電動機が接続されるが、ここでは、この負荷が３相の誘導電動機２になっている。
【００１６】
３は順変換部で、４は平滑用のコンデンサであり、この順変換部３により、商用交流電源ＡＣから供給された交流が整流され、平滑化された直流がコンデンサ４の端子間に得られることになる。
５は逆変換部で、図１０の従来技術における逆変換部Ｉｎと同様に、６個のＩＧＢＴからなるスイッチング用の半導体素子ｕ、ｖ、ｗ、ｘ、ｙ、ｚで構成されており、これにコンデンサ４で平滑化された直流電圧Ｖdc が供給されるようになっている。
【００１７】
従って、この逆変換部５のスイッチング素子ｕ、ｖ、ｗ、ｘ、ｙ、ｚが夫々ＰＷＭ(パルス幅変調)制御されることにより、誘導電動機２に所望の電圧で所望の周波数の３相交流電力が供給されることになる。
６は電圧検出器で、順変換部３から出力され、コンデンサ４により平滑化された直流電圧Ｖ dc と、逆変換部５の出力端子に現れる直流電圧によりＶ a を検出する働きをする。
７は電流検出器で、インバータ部５と誘導電動機２の間に流れる電流を検出する働きをするものであり、具体的には、図１０に示した従来技術と同じく、２個の電流検出器ＣＴＵ、ＣＴＷからなるものである。
【００１８】
８は１次抵抗演算器で、例えば、電圧検出器６で検出した直流電圧Ｖ_a と、電流検出器７で検出した電流Ｉ_u 、Ｉ_w (後述)から１次抵抗、すなわち誘導電動機２の電機子巻線抵抗の演算処理など、異常判定に必要な各種の処理を実行する働きをする。
【００１９】
９はメモリで、１次抵抗演算器８で演算した１次抵抗を所望に応じて記憶しておく働きをする。
１０は比較器で、１次抵抗演算器８で演算した１次抵抗と、メモリ９に記憶されている１次抵抗とを所望に応じて比較する働きをする。
１１は表示器で、比較器１０による比較結果に応じて、異常の有無などの所望のメッセージを表示する働きをする。
【００２０】
次に、この実施形態の動作について説明すると、まず、この実施形態でも、インバータ装置としての通常の動作は、図１０で説明した従来技術や一般的なインバータ装置の場合と同じで、図示してないインバータ制御部により逆変換部５がスイッチング制御され、商用交流電源ＡＣから供給された３相交流電力が任意の電圧で任意の周波数の３相交流電力に変換され、この結果、誘導電動機２を任意の回転速度で運転させることができ、省エネルギー化に大いに貢献できることになるが、詳しい説明は省略する。
【００２１】
まず、この実施形態によるインバータ装置１には、図示されてないが、所定のマイクロコンピュータによる制御部(マイコン制御部)が設けられており、これに所望のプログラムが格納され、この結果、以下に説明する異常判定動作が遂行されるようになっている。
【００２２】
そして、このマイコン制御部による処理は、インバータ装置１による誘導電動機２の通常の運転時とは別に、誘導電動機２が停止されている状態で実行されるもので、大別して、誘導電動機２の１次抵抗値を算出する抵抗値算出処理と、この算出結果による異常判定処理に分けられる。
【００２３】
まず、抵抗値算出処理について説明すると、これは、誘導電動機２の電機子巻線にインバータ装置１から直流電流を供給し、１次抵抗値を算出する処理が中心になる。
【００２４】
そして、この実施形態では、逆変換部５の制御により、誘導電動機２の電機子巻線の所望の端子間に所定の大きさの直流電流が流れるようにし、このとき端子間に現れる直流電圧により誘導電動機２の１次抵抗値を算出する方法を採用している。
【００２５】
まず抵抗値算出に使用する直流電流値を目標値Ｉ₀ として、次の(1)式により求める。
Ｉ₀ ＝Ｖ_a／Ｒ …… ……(1)
ここで、Ｖ_a は逆変換部５から供給される直流電圧の平均値で、Ｒは誘導電動機２の１次抵抗値である。
なお、この電流値Ｉ₀ は、停止している誘導電動機２の１次側抵抗Ｒの測定に際して過大な電流が流れないようにするため、一応の目標値として設定されるもので、それ程、厳密さが要求される訳ではない。
【００２６】
従って、この目標電流値Ｉ₀ の値としては、例えば誘導電動機２の定格電流値以下の所定値に選べばよく、このとき、算定処理中での温度上昇抑制と、省エネルギーの見地からは、測定精度の保持が可能な限り小さな電流値にするのが望ましい。
【００２７】
このときの電圧Ｖ_a は、上記した通り、逆変換部５のスイッチング素子ｕ〜ｚのＰＷＭ制御により、平均値として得られるようにしてあり、このため、これらのスイッチング素子は、図２に示すように、周期Ｔ毎にオン時間ｔon の間だけオンになるように、ＰＷＭ制御される。
【００２８】
従って、この平均電圧Ｖ_a は、ＰＷＭ制御のデューティ比(ｔon／Ｔ)と直流電圧Ｖ_dc から、次の(2)式により定まる。
Ｖ_a ＝(ｔon／Ｔ)Ｖ_dc …… ……(2)
このとき、具体的には、電流Ｉ_u 、Ｉ_w を監視しながら、逆変換部５スイッチング素子ｕ〜ｚのデューティ比を所定の最低値から徐々に大きくしてゆき、電流値Ｉ₀ が得られるようにする。
【００２９】
そして、この電流値Ｉ₀ が得られ時点で電圧Ｖ_a を取り込み、これにより抵抗値Ｒ＝Ｖ_a／Ｉ(Ｉ≒Ｉ₀)を演算し、この抵抗値Ｒを誘導電動機２の１次抵抗とするのである。
なお、このときの１次抵抗値の具体的な算出方法については後述するが、誘導電動機などの交流電動機は、通常、３相巻線を備えているので、この抵抗値Ｒとしても、３相分の抵抗値Ｒ_u 、Ｒ_v 、Ｒ_w を算出することになる。
【００３０】
次に、異常判定処理について説明する。
まず、この実施形態では、装置の据付時など、誘導電動機２の使用を開始しようとしたとき、それに先立って、使用者は、マイコン制御器に所定の指令を入力し、これにより、上記のようにして１次抵抗値Ｒ_u 、Ｒ_v 、Ｒ_w を算出し、これらの三種の抵抗値について、各々の初期値Ｒ₀ としてメモリ９に格納しておく処理を実行させておく。
なお、このため、図示してないが、この実施形態によるマイコン制御部には、所定の操作器などのマンマシンインターフェースが設けてある。
【００３１】
次に、誘導電動機２の使用を開始した後、マイコン制御部は、始業時など、一旦、誘導電動機２の運転を停止させた後、再び運転を開始したとき、それに先立って、同じく上記したようにして、１次抵抗値Ｒの算出処理を実行させ、このときに算出した１次抵抗値Ｒを、現時点での１次抵抗値Ｒ_X とする。
【００３２】
そして、この１次抵抗値Ｒ_X を比較器１０に入力し、メモリ８から読出した１次抵抗の初期値Ｒ₀ と比較させ、次の(3)式により偏差ΔＲを求め、偏差ΔＲが所定の判定値ε以下であるか否かを判定し、その判定結果を表示器１１に供給する。
ΔＲ＝｜Ｒ₀−Ｒ_X｜ …… ……(3)
【００３３】
そこで、表示器１１は、比較器１０から入力された判定結果に応じて、以下の通りの表示を行なう。
すなわち、偏差ΔＲが所定の判定値εを越えない間は、“異常無し”という表示を行い、偏差ΔＲが所定の判定値εを越えたら、“異常あり”を表示するのであり、この結果、表示器１１による表示は、次の通りになる。
ΔＲ≦ε → “異常無し”
ΔＲ＞ε → “異常あり”
【００３４】
ここで、マイクロサージによる絶縁破壊が発生したときには、誘導電動機２の電機子巻線のコイル素線間や相巻線間での絶縁抵抗の低下として現われ、この結果、１次抵抗値Ｒ_X は、その初期値Ｒ₀ から低下してゆき、この１次抵抗値Ｒ_X の低下が或る限度に達すると、異常発熱や焼損などの二次災害に移行してしまう虞れがある。
【００３５】
しかるに、この実施形態によれば、インバータ装置１を始動させると、誘導電動機２が運転開始される前に、それに先立って自動的に上記した異常判定処理が実行され、表示器１１には、“異常無し”、又は“異常あり”の何れかの表示が得られ、マイクロサージによる絶縁破壊が限度に達しているときには、確実に“異常あり”の表示がなされることになる。
【００３６】
従って、この実施形態によれば、やがては異常発熱や焼損などの二次災害の発生に移行する虞れが生じたときには、それが予め報知されるので、このまま誘導電動機２の運転が継続され、二次災害が発生してしまうのが未然に防止でき、常に高い信頼性を保つことができる。
【００３７】
また、この結果、この実施形態によれば、インバータ装置１と誘導電動機２の間の接続配線が長くなっていて、マイクロサージの虞れが多い場合にも安心して適用することができ、インバータ駆動による可変速運転の適用による利点と、それによる省エネルギー化を充分に享受することができる。
【００３８】
ところで、一般的なインバータ装置には、それ自体の制御のため、電圧検出器や電流検出器を備えているのが通例である。
従って、この実施形態における電圧検出器６と電流検出器７については、インバータ装置１が備えている検出器をそのまま利用することができるので、新たに設置する必要は無く、その分、コスト面で有利になる。
【００３９】
次に、１次抵抗値演算器８による誘導電動機２の１次抵抗値の演算に必要な処理について、誘導電動機２がデルタ結線(Δ結線)型の場合と、スター結線(Ｙ結線)型の場合に分けて、具体的に説明する。なお、この処理もマイコン制御器により実行されるものであることは、いうまでもない。
【００４０】
誘導電動機２がデルタ結線型の場合は、次のようにする。
まず、図３に示すように、逆変換器５のスイッチング素子ｕ〜ｚのうち、上アーム側ではスイッチング素子ｕだけをオンに、そして下アーム側ではスイッチング素子ｙ、ｚをオンにし、これにより、一点鎖線で示すように、出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗから電流Ｉu、Ｉv、Ｉw を誘導電動機２の電機子巻線に通流させる。
【００４１】
ここで電流Ｉ_u と電流Ｉ_v ＋Ｉ_w は当然のこととして等しい値になるが、このとき上記したように、電流Ｉ_u 、Ｉ_v ＋Ｉ_w の大きさが目標電流値Ｉ₀ にほぼ等しくなるように、スイッチング素子ｙ、ｚをＰＷＭ制御する。
【００４２】
そして、電圧検出器６から出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗ間の電圧Ｖa を取り込み、同時に電流検出器７からは電流Ｉ u を取り込み、次の(4)式により抵抗値を求め、これを１次抵抗Ｒu とする。
Ｒu ＝Ｖa／Ｉu …… ……(4)
【００４３】
次に、今度は図４に示すように、スイッチング素子ｖとスイッチング素子ｘ、スイッチング素子ｚをオンにし、このときの出力端子Ｗ、Ｕ、Ｖ間の電圧Ｖa と電流Ｉ v (＝−Ｉu−Ｉ w)から、次の(6)式により抵抗値を求め、これを１次抵抗Ｒ v とする。
Ｒ v ＝Ｖa／Ｉw …… ……(6)
【００４４】
そして、最後には、図５に示すように、スイッチング素子ｗとスイッチング素子ｘ、スイッチング素子ｙをオンにし、このときの出力端子Ｖ、Ｗ、Ｚ間の電圧Ｖ a と電流Ｉ w から、次の(7)式により抵抗値を求め、これを１次抵抗Ｒ w とするのである。
Ｒ w ＝Ｖa／Ｉw …… ……(7)
【００４５】
次に、誘導電動機２がスター結線型の場合については、次の通りにする。
まず、図６に示すように、スイッチング素子ｕと、スイッチング素子ｙ、ｚをオンにし、出力端子Ｕから誘導電動機２に電流Ｉu を供給し、出力端子Ｕからは電流Ｉ u を取り込み、次の(8)式により求めた値を１次抵抗Ｒ w とする。
このときの電圧Ｖa は、出力端子Ｕ、Ｖ間の電圧又は出力端子Ｕ、Ｗ間の電圧となる。
Ｒu ＝Ｖa／Ｉu …… ……(8)
【００４６】
次に、図７に示すように、スイッチング素子ｖと、スイッチング素子ｙ、ｚをオンにし、電流Ｉ v (＝−Ｉu−Ｉ w)から、次の(9)式により抵抗値を求め、これを１次抵抗Ｒv とする。このときの電圧Ｖa は、出力端子Ｖ、Ｕ間の電圧又は出力端子Ｖ、Ｗ間の電圧となる。
Ｒv ＝Ｖa／Ｉv …… ……(9)
【００４７】
そして、最後に、図８に示すように、スイッチング素子ｗと、スイッチング素子ｘ、ｙをオンにし、電流Ｉ_w から、次の(10)式により抵抗値を求め、これを１次抵抗Ｒ_w とするのである。このときの電圧Ｖ_a は、出力端子Ｗ、Ｖ間の電圧又は出力端子Ｗ、Ｕ間の電圧となる。
Ｒ_w ＝Ｖ_a／Ｉ_w …… ……(10)
【００４８】
次に、図９は、本発明の他の一実施形態で、図において、１２はデータ入力器で、使用者が初期値Ｒ₀ を入力し、これをメモリ９に記憶させる働きをするものであり、その他の構成は、図１の実施形態と同じである。
【００４９】
図１の実施形態では、上記したように、装置の据付時など、誘導電動機２の使用を開始しようとしたとき、使用者は、それに先立ってマイコン制御器による１次抵抗値Ｒ_u 、Ｒ_v 、Ｒ_w の算出処理と、これらの三種についての各々の初期値Ｒ₀ をメモリ９に格納しておく処理を実行させるようになっている。
【００５０】
しかし、使用開始時、ことさら測定するまでもなく、誘導電動機の１次抵抗値などの定数については、仕様書に明らかにされているのが一般的である。
そこで、この図９の実施形態では、このような場合には、使用者がデータ入力器１２から初期値Ｒ₀ が入力できるようにしたものである。
【００５１】
なお、上記実施形態における１次抵抗値の算定処理と、その判定処理については、必要に応じて複数回、繰り返えすようにしてもよく、これによれば、何らかの理由による一時的な異常による誤判定の虞れが防止でき、判定処理の信頼性を高めることができる。
【００５２】
本発明の実施形態によれば、交流電動機の１次抵抗値の初期値からの減少の程度が逐次判定され、その結果が表示されるので、マイクロサージによる交流電動機の絶縁抵抗の低下に伴う二次災害の虞れが未然に防止できる。
【００５３】
この結果、本発明の実施形態によれば、負荷として駆動すべき交流電動機に対する接続線路が長い場合でも、信頼性が低下する虞れがなく、高い信頼性を容易に保つことができる。
また、本発明の実施形態によれば、交流電動機の異常が報知されるので、異常発生に際しても二次的な災害に至る前に正常な交流電動機に交換することができ、異常による運転停止に伴う損失を未然に防止することができる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、マイクロサージなどによる電機子巻線での絶縁破壊の発生等が検出できること、または、異常等が判定できるようにした交流電動機の異常判定機能を備えた電力変換装置を提供できることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電力変換装置の一実施形態を示すブロック回路図である。
【図２】本発明の一実施形態におけるスイッチング素子の制御態様を説明するためのタイミング図である。
【図３】本発明の一実施形態における１次抵抗値の算出動作の説明図である。
【図４】本発明の一実施形態における１次抵抗値の算出動作の説明図である。
【図５】本発明の一実施形態における１次抵抗値の算出動作の説明図である。
【図６】本発明の一実施形態における１次抵抗値の算出動作の説明図である。
【図７】本発明の一実施形態における１次抵抗値の算出動作の説明図である。
【図８】本発明の一実施形態における１次抵抗値の算出動作の説明図である。
【図９】本発明による電力変換装置の他の一実施形態を示すブロック回路図である。
【図１０】一般的な電力変換装置の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
１インバータ装置
２誘導電動機(交流電動機)
３順変換部
４平滑用のコンデンサ
５逆変換部
６電圧検出器
７電流検出器
８１次抵抗値演算器
９メモリ(１次抵抗の初期値格納用)
１０比較器
１１表示器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for providing a power conversion device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, power conversion devices such as inverter devices have been supplied to the market in a variety of forms for driving AC motors such as induction motors, which has greatly contributed to promoting energy saving.
FIG. 10 shows an example of a power conversion device used as an inverter device. The power conversion device shown here has a forward conversion (converter) unit Co and a reverse conversion (inverter) unit In as shown in the figure. In addition, it is provided with a smoothing capacitor C, which is configured to operate as the inverter device 1.
[0003]
The inverter unit 1 of the inverter device 1 uses IGBTs (insulated gate bipolar transistors) as the semiconductor switching elements u, v, w, x, y, and z, and the on-time of these switching elements. By controlling the combination of elements to be turned on, three-phase AC power having an arbitrary frequency can be generated at an arbitrary voltage at the output terminals U, V, and W.
[0004]
Here, CTU and CTW are current detectors, CTU is for the U phase, and CTW is for the W phase, so that control and protection of the inverter can be obtained by the currents detected by these current detectors CTU and CTW. To.
Therefore, if three-phase AC power is supplied from the commercial AC power supply system to the input terminals R, S, and T of the forward conversion unit Co, the output terminals U, V, and W are supplied with three-phase AC power at an arbitrary frequency at an arbitrary voltage. As a result, by connecting an AC motor such as a three-phase induction motor to the output terminals U, V, and W, the AC motor can be operated at an arbitrary rotational speed, which greatly saves energy. You can contribute.
[0005]
By the way, in recent years, in such an inverter device, the function of the main circuit is used to measure data such as motor constants necessary for controlling the AC motor connected thereto, A system for measuring a primary resistance necessary for protection has been proposed. Examples thereof include Japanese Patent Laid-Open Nos. 60-183953, 6-98595, 8-33194, and 10 The description of each publication of 178799 can be mentioned.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The above prior art does not give consideration to the microsurge unique to the AC motor driven by the power converter, and has a problem of reduced reliability due to dielectric breakdown between the coil wires and between the phase windings.
[0007]
As described above, the power conversion device such as the inverter device includes the main circuit 1 as shown in FIG. 6, for example, and is configured such that the AC motor is driven by a high-frequency switching operation of a semiconductor element such as an IGBT. Therefore, the output is a rectangular wave including many harmonics.
[0008]
In addition, a wiring for connection is required between the power converter and the AC motor, and the floating inductance Ls and the floating capacitance Cs exist in this wiring.
For this reason, during operation, an LC resonance phenomenon called microsurge appears due to the inductance L and capacitance C, and a microsurge voltage _Vz is generated.
[0009]
This microsurge voltage V _z has a steep waveform and is on the output voltage of the power converter. Therefore, a large voltage is applied between the armature winding and the phase winding of the AC motor. As a result, a dielectric breakdown occurs between them, and eventually a transition to a secondary disaster such as abnormal heat generation or burnout occurs, resulting in a decrease in reliability.
[0010]
The magnitude of this microsurge voltage will be described with reference to an example of a general inverter device. First, the commercial AC is converted into direct current by the converter unit, smoothed and input to the inverter unit. Is V, the magnitude of the DC voltage V _dc input to the inverter unit is approximately √2V.
[0011]
Therefore, since the semiconductor element of the inverter section switches the DC voltage V _dc ≈√2V at a high frequency, when the microsurge voltage V _z is generated, it is added to the DC voltage V _dc and the output of the inverter section The voltage, that is, the terminal voltage V _o of the AC motor, depends on the length of the wiring, but if it is long, it becomes twice the DC voltage V _dc (Vo = 2V _dc ). In other words, dielectric breakdown occurs between the coil wires and the phase winding of the armature winding of the AC motor.
[0012]
An object of the present invention, the micro-surge Rukoto can detect the occurrence of dielectric breakdown in the armature winding due to, or abnormality power converter having an abnormality determination function of the AC electric motor so as to be determined to Is to provide.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The above object includes at least an inverse conversion unit, and supplies AC power of variable frequency variable voltage to an AC motor, and supplies DC power to the AC motor from the inverse conversion unit, and at this time, between terminals of the AC motor. In the power converter provided with a means for calculating the primary resistance value of the AC motor from the DC voltage value generated at the power source and the voltage value of the power, the initial value of the primary resistance value is set when the AC motor is installed. , can be stored in advance in a predetermined memory, the rate of decrease in the primary resistance value mentioned above is calculated, insulation diagnosis of the AC motor is achieved in the so that can not.
[0014]
Since it is reported that the AC motor has broken down due to microsurge, etc., it is possible to prevent the AC motor from being burned out and the subsequent secondary disaster, and even if the connection wiring to the AC motor becomes long, sufficiently high reliability can be achieved. You can have it.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the power converter by this invention is demonstrated in detail by embodiment of illustration.
FIG. 1 shows an embodiment in which the power conversion device according to the present invention is implemented as an inverter device for driving an induction motor. In the figure, 1 represents an inverter device, and an inverter motor is connected to the inverter device 1. However, here, this load is the three-phase induction motor 2.
[0016]
Reference numeral 3 denotes a forward conversion unit, and reference numeral 4 denotes a smoothing capacitor. The forward conversion unit 3 rectifies the alternating current supplied from the commercial AC power supply AC, and obtains a smoothed direct current between the terminals of the capacitor 4. It will be.
5 is the inverse transform unit, the inverse transform unit In the prior art of FIG. 10 In the same manner as described above, switching semiconductor elements u, v, w, x, y, z composed of six IGBTs are configured so that the DC voltage V dc smoothed by the capacitor 4 is supplied thereto. It has become.
[0017]
Accordingly, the switching elements u, v, w, x, y, and z of the inverse conversion unit 5 are each controlled by PWM (pulse width modulation), so that the induction motor 2 is supplied with a three-phase alternating current having a desired frequency and a desired voltage. Electric power will be supplied.
Reference numeral 6 denotes a voltage detector, which functions to detect V a from the DC voltage V dc output from the forward conversion unit 3 and smoothed by the capacitor 4 and the DC voltage appearing at the output terminal of the reverse conversion unit 5.
Reference numeral 7 denotes a current detector, which functions to detect a current flowing between the inverter unit 5 and the induction motor 2. Specifically, as in the prior art shown in FIG. 10, two current detectors are used. It consists of CTU and CTW.
[0018]
Reference numeral 8 denotes a primary resistance calculator. For example, the primary resistance, that is, the induction motor 2 is calculated from the DC voltage V _a detected by the voltage detector 6 and currents I _u and I _w (described later) detected by the current detector 7. It functions to execute various processes necessary for abnormality determination, such as arithmetic processing of armature winding resistance.
[0019]
Reference numeral 9 denotes a memory which serves to store the primary resistance calculated by the primary resistance calculator 8 as desired.
A comparator 10 serves to compare the primary resistance calculated by the primary resistance calculator 8 and the primary resistance stored in the memory 9 as desired.
Reference numeral 11 denotes a display which functions to display a desired message such as the presence or absence of an abnormality according to the comparison result by the comparator 10.
[0020]
Next, the operation of this embodiment will be described. First, in this embodiment as well, the normal operation as an inverter device is the same as that of the conventional technique and the general inverter device described in FIG. The inverter conversion unit 5 is switching-controlled by the inverter control unit, and the three-phase AC power supplied from the commercial AC power source AC is converted into the three-phase AC power having an arbitrary frequency at an arbitrary voltage. Although it can be operated at an arbitrary rotational speed, it can greatly contribute to energy saving, but detailed description is omitted.
[0021]
First, in the inverter device 1 according to this embodiment, although not shown, a control unit (microcomputer control unit) by a predetermined microcomputer is provided, in which a desired program is stored. The abnormality determination operation described here is performed.
[0022]
The processing by the microcomputer control unit is executed in a state where the induction motor 2 is stopped separately from the normal operation of the induction motor 2 by the inverter device 1. It is divided into resistance value calculation processing for calculating the next resistance value and abnormality determination processing based on the calculation result.
[0023]
First, the resistance value calculation process will be described. This is mainly performed by supplying a direct current from the inverter device 1 to the armature winding of the induction motor 2 and calculating the primary resistance value.
[0024]
In this embodiment, the reverse conversion unit 5 controls the direct current of a predetermined magnitude to flow between desired terminals of the armature winding of the induction motor 2, and at this time, the direct current voltage that appears between the terminals A method of calculating the primary resistance value of the induction motor 2 is adopted.
[0025]
First, the direct current value used for calculation of the resistance value is set as a target value I ₀ and obtained by the following equation (1).
I ₀ = V _a / R (1)
Here, V _a is an average value of the DC voltage supplied from the inverse converter 5, and R is a primary resistance value of the induction motor 2.
The current value I ₀ is set as a temporary target value so that an excessive current does not flow when measuring the primary resistance R of the induction motor 2 that is stopped. Is not required.
[0026]
Accordingly, the target current value I ₀ may be selected to be a predetermined value that is, for example, equal to or less than the rated current value of the induction motor 2. At this time, from the standpoint of temperature rise suppression and energy saving during the calculation process, It is desirable to make the current value as small as possible to maintain accuracy.
[0027]
Voltage V _a at this time, as described above, the PWM control of the switching elements u~z inverse transform unit 5, Yes to be obtained as an average value, Therefore, these switching elements are shown in FIG. 2 As described above, the PWM control is performed so as to be turned on only during the on time ton every period T.
[0028]
Therefore, the average voltage V _a is determined by the following equation (2) from the duty ratio (ton / T) of the PWM control and the DC voltage V _dc .
V _a = (ton / T) V _dc ............ (2)
At this time, specifically, while monitoring the currents I _u and I _w , the duty ratio of the switching elements u to z of the inverse conversion unit 5 is gradually increased from a predetermined minimum value to obtain a current value I _0. To be able to.
[0029]
Then, captures the voltage V _a at the current value I ₀ is obtained, thereby calculating a resistance value _{R = V a / I (I} ≒ I 0), 1 primary resistance of the resistance value R of the induction motor 2 It is.
In addition, although the specific calculation method of the primary resistance value at this time will be described later, since an AC motor such as an induction motor normally includes a three-phase winding, the resistance value R is also three-phase. The resistance values R _u , R _v , and R _w of the minute are calculated.
[0030]
Next, the abnormality determination process will be described.
First, in this embodiment, when the use of the induction motor 2 is to be started, such as when the apparatus is installed, prior to that, the user inputs a predetermined command to the microcomputer controller. Then, the primary resistance values R _u , R _v , and R _w are calculated, and the process of storing these three types of resistance values in the memory 9 as the initial values R ₀ is executed.
For this reason, although not shown, the microcomputer control unit according to this embodiment is provided with a man-machine interface such as a predetermined operation device.
[0031]
Next, after starting to use the induction motor 2, the microcomputer control unit once stopped the operation of the induction motor 2, such as at the start of work, and then when the operation was started again, the same as described above. Then, the calculation process of the primary resistance value R is executed, and the primary resistance value R calculated at this time is set as the current primary resistance value R _X.
[0032]
Then, this primary resistance value R _X is input to the comparator 10 and compared with the initial value R _{0 of the} primary resistance read from the memory 8, and the deviation ΔR is obtained by the following equation (3). It is determined whether or not it is equal to or less than the determination value ε, and the determination result is supplied to the display 11.
ΔR = | R ₀ −R _X | (3)
[0033]
Therefore, the display 11 performs the following display according to the determination result input from the comparator 10.
That is, while the deviation ΔR does not exceed the predetermined determination value ε, “no abnormality” is displayed, and when the deviation ΔR exceeds the predetermined determination value ε, “abnormal” is displayed. As a result, The display by the display 11 is as follows.
ΔR ≦ ε → “No abnormality”
ΔR> ε → “Abnormal”
[0034]
Here, when dielectric breakdown due to microsurge occurs, it appears as a decrease in insulation resistance between the coil wires of the armature winding of the induction motor 2 and between the phase windings. As a result, the primary resistance value _RX is , Yuki decreases from its initial value R _0, the decrease of the primary resistance R _X reaches a certain limit, there is a possibility that would migrate to secondary damage such as abnormal heat generation or burnout.
[0035]
However, according to this embodiment, when the inverter device 1 is started, before the induction motor 2 is started to operate, the abnormality determination process described above is automatically executed prior to the start of the operation. When either “no abnormality” or “abnormal” display is obtained and the dielectric breakdown due to microsurge has reached the limit, the “abnormal” display is surely made.
[0036]
Therefore, according to this embodiment, when there is a possibility that it will eventually shift to the occurrence of a secondary disaster such as abnormal heat generation or burning, it is notified in advance, so that the operation of the induction motor 2 is continued as it is, It is possible to prevent the occurrence of secondary disasters and to maintain high reliability at all times.
[0037]
As a result, according to this embodiment, the connection wiring between the inverter device 1 and the induction motor 2 is long and can be applied with peace of mind even when there is a high risk of microsurge. It is possible to fully enjoy the advantages of applying variable speed operation and the energy saving.
[0038]
By the way, a typical inverter device is usually provided with a voltage detector and a current detector for its own control.
Therefore, for the voltage detector 6 and the current detector 7 in this embodiment, the detector provided in the inverter device 1 can be used as it is, so there is no need to install a new one, and accordingly, in terms of cost. Become advantageous.
[0039]
Next, regarding the processing necessary for the calculation of the primary resistance value of the induction motor 2 by the primary resistance value calculator 8, the induction motor 2 is of a delta connection (Δ connection) type and a star connection (Y connection) type. Specific explanation will be given for each case. Needless to say, this processing is also executed by the microcomputer controller.
[0040]
When the induction motor 2 is a delta connection type, the following is performed.
First, as shown in FIG. 3, among the switching elements u to z of the inverter 5, only the switching element u is turned on on the upper arm side, and the switching elements y and z are turned on on the lower arm side. , Currents I u , I v , and I w are passed from the output terminals U, V 1 , and W to the armature windings of the induction motor 2 as indicated by alternate long and short dash lines.
[0041]
Here, the current I _u and the current I _v + I _w are naturally equal values, but at this time, as described above, the magnitudes of the currents I _u and I _v + I _w are substantially equal to the target current value I _0. Thus, the switching elements y and z are PWM-controlled.
[0042]
The output terminal U from the voltage detector 6, V, captures the voltage V a between W, captures the current I u is the current detector 7 at the same time, obtains the resistance value by the following equation (4), which 1 the next resistance R u.
R u = V a / I u ............ (4)
[0043]
Next, as shown in FIG. 4, the switching element v, the switching element x, and the switching element z are turned on, and the voltage V a and the current I v (= −I) between the output terminals W, U, and V at this time are turned on. u − I w ), a resistance value is obtained by the following equation (6), and this is set as a primary resistance R v .
R v = V a / I w ............ (6)
[0044]
And, finally, as shown in FIG. 5, the switching element w and the switching element x, the switching element y is turned on, the output terminal V in this case, W, voltage V a and current I w or al between Z, obtains the resistance value by the following equation (7), which is taken as the primary resistance R w.
R w = V a / I w ............ (7)
[0045]
Next, the case where the induction motor 2 is a star connection type is as follows.
First, as shown in FIG. 6, the uptake and the switching element u, switching element y, turn on z, supplies a current I u from the output terminal U to the induction motor 2, the current I u is from the output terminal U, the following The value obtained by the equation (8) is defined as the primary resistance R w .
Voltage V a at this time, the output terminal U, a voltage between V or output terminal U, a voltage between the W.
R u = V a / I u ............ (8)
[0046]
Next, as shown in FIG. 7, a switching element v, switching element y, turn on z, current I v - determined from (= -I u I w), the resistance value by the following equation (9), This is the primary resistance R v . Voltage V a at this time, the output terminal V, the voltage or the output terminal V, the voltage between the W between U.
R v = V a / I v ............ (9)
[0047]
And, finally, as shown in FIG. 8, a switching element w, turn on the switching element x, a y, a current I _w, obtains the resistance value by the following equation (10), which primary resistance R _w It is. Voltage V _a at this time, the output terminal W, the voltage between V or output terminal W, the voltage between the U.
R _w = V _a / I _w ............ (10)
[0048]
Next, FIG. 9 shows another embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 12 denotes a data input device, which functions to allow the user to input an initial value R ₀ and store it in the memory 9. In other respects, the configuration is the same as that of the embodiment of FIG.
[0049]
In the embodiment of FIG. 1, as described above, when the use of the induction motor 2 is started, such as when the apparatus is installed, the user prior to that, the user uses the primary resistance values R _u and R _v by the microcomputer controller. , _Rw calculation processing, and processing for storing the initial values _R0 for these three types in the memory 9 are executed.
[0050]
However, at the beginning of use, it is not necessary to make any further measurements, and the constants such as the primary resistance value of the induction motor are generally disclosed in the specifications.
Therefore, in the embodiment of FIG. 9, in such a case, the user can input the initial value R ₀ from the data input device 12.
[0051]
In addition, about the calculation process of the primary resistance value in the said embodiment, and the determination process, you may make it repeat several times as needed, According to this, it is due to temporary abnormality for some reason. The possibility of erroneous determination can be prevented, and the reliability of the determination process can be increased.
[0052]
According to the embodiment of the present invention , the degree of decrease of the primary resistance value of the AC motor from the initial value is sequentially determined and the result is displayed. The fear of the next disaster can be prevented beforehand.
[0053]
As a result, according to the embodiment of the present invention , even when the connection line to the AC motor to be driven as a load is long, there is no possibility that the reliability is lowered, and high reliability can be easily maintained.
Further, according to the embodiment of the present invention, since an abnormality of the AC motor is notified, even when an abnormality occurs, it can be replaced with a normal AC motor before reaching a secondary disaster, and the operation is stopped due to the abnormality. The accompanying loss can be prevented beforehand.
[0054]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to detect the occurrence of dielectric breakdown in an armature winding due to a microsurge or the like, or to provide a power conversion device having an abnormality determination function of an AC motor that can determine abnormality or the like. become.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block circuit diagram showing an embodiment of a power conversion device according to the present invention.
FIG. 2 is a timing chart for explaining a control mode of a switching element in one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a calculation operation of a primary resistance value in one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a calculation operation of a primary resistance value in one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a calculation operation of a primary resistance value in one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a calculation operation of a primary resistance value in one embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a calculation operation of a primary resistance value in one embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a calculation operation of a primary resistance value in one embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a block circuit diagram showing another embodiment of the power conversion device according to the present invention.
FIG. 10 is a circuit diagram showing an example of a general power converter.
[Explanation of symbols]
1 Inverter device 2 Induction motor (AC motor)
3 Forward conversion unit 4 Smoothing capacitor 5 Reverse conversion unit 6 Voltage detector 7 Current detector 8 Primary resistance calculator 9 Memory (for storing initial value of primary resistance)
10 Comparator 11 Display

Claims

少なくとも逆変換部を備え、交流電動機に可変周波数可変電圧の交流電力を供給するようにし、前記交流電動機に前記逆変換部から直流電力を供給し、このとき前記交流電動機の端子間に発生する直流電圧値と前記電力の電圧値から、前記交流電動機の１次抵抗値を算出する手段を設けた電力変換装置において、
前記１次抵抗値の初期値は、前記交流電動機の設置時、予め所定のメモリに格納出来、前記算出した１次抵抗値からの低下率により、前記交流電動機の絶縁診断が判定出来るように構成したことを特徴とする電力変換装置。At least an inverse conversion unit is provided, AC power of variable frequency variable voltage is supplied to the AC motor, DC power is supplied to the AC motor from the inverse conversion unit, and at this time, DC generated between the terminals of the AC motor In the power converter provided with means for calculating the primary resistance value of the AC motor from the voltage value and the voltage value of the power,
The initial value of the primary resistance value, upon installation of the AC motor, can be stored in advance in a predetermined memory, the rate of decrease in the primary resistance value described above is calculated, in so that insulation diagnosis of the AC motor can be determined The power converter characterized by comprising.