JP4590658B2

JP4590658B2 - Control device

Info

Publication number: JP4590658B2
Application number: JP18889199A
Authority: JP
Inventors: 晶今中; 正勝大上; 太郎安藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-07-02
Filing date: 1999-07-02
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2019-07-02
Also published as: JP2001025290A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電動機を可変速駆動する制御装置に係り、特にフリーラン状態にある交流電動機の回転速度または回転方向を検出できる制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インバータを用いて交流電動機を可変速駆動するシステムが、広く普及している。このような可変速駆動システムにおいて、瞬時停電等により交流電源が遮断された場合には、インバータから交流電動機への電圧出力が遮断され、交流電動機はフリーラン状態となる。交流電動機の負荷がファン等の風力機器である場合には慣性力が大きいために、フリーラン状態となった交流電動機は長時間停止せず、惰性で数十秒から数分以上回転していることがある。復電後、フリーラン状態にある交流電動機をインバータで再起動する場合、突入電流や過大トルクを避けてショックレスで再起動するためには、フリーラン状態にある交流電動機の回転速度に対応した周波数をインバータから出力する必要があり、このためにフリーラン状態にある交流電動機の回転速度を検出することが必要となる。交流電動機の回転速度を検出する場合に、通常は速度センサを使用するが、速度センサを付加する場合には、装置の大型化、コスト高、ケーブル引き回しの煩わしさ等の問題点があった。
【０００３】
図７は、フリーラン状態にある交流電動機の回転速度を検出する従来例としての可変速駆動システムの構成を示す図で、特開平８−３３１８９４号公報に示されたものである。また、図８は、図７の可変速駆動システムにおいてフリーラン状態にある交流電動機の回転数検出時における回路を示す図である。
図において、１は三相交流電源、２は三相交流電源１に接続された整流平滑回路、３は整流平滑回路２に接続されたインバータ回路、４はインバータ回路３に接続された誘導電動機、５ｂはインバータ回路３を制御するインバータ制御回路、７ｂは周波数計測器、８は周波数設定器である。また、１０はインバータ回路３の出力ラインに結合され、インバータ出力電流即ち電動機入力電流を検出する電流検出器である。インバータ回路３は、６個のＩＧＢＴからなる第１〜第６の半導体スイッチＱ１〜Ｑ６が三相ブリッジ接続され、各半導体スイッチＱ１〜Ｑ６には逆並列に還流ダイオードＤ１〜Ｄ６が接続されている。
【０００４】
通常の運転時においては、周波数設定器８で設定された所望の周波数に応じて誘導電動機４が回転するよう、インバータ制御回路５ｂがインバータ回路３を構成する半導体スイッチＱ１〜Ｑ６をオン・オフ制御している。
【０００５】
ここで、三相交流電源１に瞬時停電等が発生すると、インバータ制御回路５ｂにより、インバータ回路３の半導体スイッチＱ１〜Ｑ６は全てオフされ、誘導電動機４はフリーラン状態となる。つぎに、三相交流電源１が復電し、再び誘導電動機４に電力を供給できる状態になると、インバータ回路３における下側の３個の半導体スイッチＱ２，Ｑ４，Ｑ６を同時にオンして、図８に示すようなインバータ回路３と誘導電動機４とからなる閉回路を形成する。
【０００６】
この時、上記閉回路には、フリーラン状態の誘導電動機４に発生している残留電圧により電流が流れる。例えば、Ｕ相の電流がインバータ回路３から誘導電動機４に向かって流れ出す場合には、図８の実線の矢印で示すように還流ダイオードＤ２を通じて流れ、逆に誘導電動機４からインバータ回路３に向かって流れ込む場合には、点線の矢印で示すように半導体スイッチＱ２を通じて流れる。
この残留電圧は、誘導電動機４の残留磁束の影響により生じる回転速度に比例した周波数の交流電圧であり、図８の閉回路に流れる電流も回転速度に比例した周波数の電流となる。この閉回路に流れる電流、つまり誘導電動機４の入力電流を電流検出器１０により検出し、この検出された電流の周波数を周波数計測器７ｂで求めることにより、誘導電動機４のフリーラン回転速度を検出していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の可変速駆動システムにおいてフリーラン状態にある誘導電動機４の回転数を検出する方法では、電流検出器１０が必要であり、コストが増加したり、小型化できない等の問題点があった。
また、誘導電動機４の残留電圧は電動機定数によって決まる時定数と回転速度の低下によって減衰するため、誘導電動機４に対する電力供給停止期間が長い場合や回転速度が低い場合等、残留電圧がある程度減少した状態では、半導体スイッチＱ２，Ｑ４，Ｑ６を同時にオンしても誘導電動機４には非常に小さな電流しか流れず、電流検出器１０では正確な電流の検出が困難であるという問題点もあった。例えば、一般に入手できる定格２００Ｖ、数ｋＷクラスの三相誘導電動機の場合、電力供給停止後数十秒経過した後は、誘導電動機４が定格回転速度付近でフリーラン状態であっても、インバータ回路３の出力ラインに流れる電流は定格電流に対して数十分の一以下程度の電流しか流れていないために、電流検出器１０の出力に含まれるノイズ等により、周波数計測器７ｂで電流の周波数を誤って検出することがあった。
【０００８】
また、特開平９−１６３７７６号公報には、インバータ回路３の負側直流母線と誘導電動機４への出力線の間に分圧用抵抗による分圧回路を設け、誘導電動機４の残留電圧を検出することによりフリーラン状態にある誘導電動機４の回転方向を検出する方法が開示されている。しかし、この分圧回路には通常運転時に誘導電動機４の相電圧が印加されるため、分圧回路を構成している分圧用抵抗の損失が大きいという問題点がある。この抵抗の損失は抵抗値が大きいほど低減できるが、分圧用抵抗の抵抗値を大きくするとノイズに非常に弱くなり実用的ではない。
【０００９】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、高価かつ小型化に限界のある電流検出器を用いることなく、低コスト、低損失、かつ正確にフリーラン状態にある交流電動機の回転速度または回転方向が検出できる制御装置を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る制御装置は、ダイオードが逆並列に接続された第１及び第２のスイッチング素子の直列接続回路が複数個接続され、直流電力を可変周波数・可変電圧の交流電力に変換するインバータ回路と、指令された周波数に基づき前記第１または第２のスイッチング素子をオン・オフ制御するとともに、制御対象である交流電動機のフリーラン状態における回転速度または回転方向の検出をする場合に前記複数の直列接続回路における前記インバータ回路の負側直流母線に接続された第２のスイッチング素子を同時にオンに制御するインバータ制御回路と、前記直列接続回路を構成する第１及び第２のスイッチング素子の接続点と固定電位点としての前記インバータ回路の負側直流母線との間の電圧変化を検出する残留電圧極性検出回路と、この残留電圧極性検出回路の出力信号の周期を計測することにより、フリーラン状態にある前記交流電動機の回転速度を検出する周波数計測器と、を備え、
前記残留電圧極性検出回路は、前記直列接続回路を構成する第１及び第２のスイッチング素子の接続点にカソード端子が接続された高耐圧ダイオードを介して接続されるとともに、前記負側直流母線にカソード端子が接続されてアノード端子の電位が前記負側直流母線の電位よりも高くなるようにバイアスされたダイオードを介して接続され、前記高耐圧ダイオードのアノード端子と前記ダイオードのアノード端子との間に接続された回路により、前記直列接続回路を構成する第１及び第２のスイッチング素子の接続点と固定電位点としての前記インバータ回路の前記負側直流母線との間の電圧変化を少なくとも１相分検出するようにしたものである。
【００１１】
また、前記残留電圧極性検出回路は、前記直列接続回路を構成する第１及び第２のスイッチング素子の接続点と固定電位点としての前記インバータ回路の負側直流母線との間の電圧変化を少なくとも２相分検出し、この検出された電圧変化に基づいてフリーラン状態にある前記交流電動機の回転方向の情報を検出するようにしたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の一実施の形態である可変速駆動システムの構成を示す図である。図において、１〜４、８は上記従来装置と同様であり、その説明を省略する。５ａはインバータ回路３を制御するインバータ制御回路、６ａは残留電圧極性検出回路、７ａは周波数計測器である。
【００１３】
図２はこの発明の一実施の形態である可変速駆動システムにおける残留電圧極性検出回路６ａの構成を示す図である。図において、６０はインバータ回路３の半導体スイッチＱ１とＱ２の直列接続点、つまり誘導電動機４へのＵ相出力に接続された入力端子、６１はインバータ回路３の負側直流母線に接続された入力端子、６２は周波数計測器７ａに接続された出力端子、Ｖ_CCは制御電源電圧である。また、Ｄ１００は小信号ダイオード、Ｄ１０１は小信号高耐圧ダイオード、Ｒ１００〜Ｒ１０３は抵抗、Ｑ１００はトランジスタ、Ｃ１００はコンデンサである。
【００１４】
小信号高耐圧ダイオードＤ１０１は、入力端子６０の電位が高くなった場合にインバータ回路３から残留電圧極性検出回路６ａへの流入電流を遮断するための高耐圧ダイオードである。
残留電圧極性検出回路６ａは、直列接続回路を構成する第１及び第２のスイッチング素子（Ｑ１，Ｑ２）の接続点６０と固定電位点としてのインバータ回路３の負側直流母線または正側直流母線との内の一方を、高耐圧ダイオードを介して接続することにより、通常運転時において印加されるインバータの主回路電圧を高耐圧ダイオードによって遮断することができ、分圧回路等が不要となるので、低損失かつ正確にフリーラン状態にある交流電動機の回転速度または回転方向が検出できる。
【００１５】
次に、動作について説明する。通常の運転時においては、周波数設定器８で設定された所望の周波数に応じて誘導電動機４が回転するよう、インバータ制御回路５ａがインバータ回路３の半導体スイッチＱ１〜Ｑ６をオン・オフ制御しているのは従来と同一である。ここで、インバータ制御回路５ａは、整流平滑回路２の出力電圧を監視しており、三相交流電源１の瞬時停電等により、整流平滑回路２の出力電圧が設定値以下になるとインバータ回路３の半導体スイッチＱ１〜Ｑ６を全てオフするように動作し、誘導電動機４はフリーラン状態となる。
【００１６】
三相交流電源１が復電し、整流平滑回路２の出力電圧が再び設定値以上になると、インバータ制御回路５ａはインバータ回路３における下側の３個の半導体スイッチＱ２，Ｑ４，Ｑ６を同時にオンしてインバータ回路３と誘導電動機４とで、従来例図８と同様の閉回路を形成する。
【００１７】
図３は、インバータ回路３において下側の３個の半導体スイッチＱ２，Ｑ４，Ｑ６を同時にオンしてインバータ回路３と誘導電動機４とで形成する閉回路を示す図であり、（ａ）は可変速駆動システムにおいてフリーラン状態にある誘導電動機の回転数検出時の回路を示す回路図、（ｂ）はＵ相の電流Ｉｕおよび負側直流母線から見たインバータ回路３のＵ相出力電圧、つまり半導体スイッチＱ２のコレクタ電位もしくは還流ダイオードＤ２のカソード電位Ｖ_U-Nを示す図である。
インバータ回路３における下側の３個の半導体スイッチＱ２，Ｑ４，Ｑ６を同時にオンしてインバータ回路３と誘導電動機４とで形成した閉回路には、従来例と同様にフリーラン状態の誘導電動機４に発生している残留電圧により電流が流れる。例えば、Ｕ相の電流がインバータ回路３から誘導電動機４に向かって流れ出す場合には、図３（ａ）の実線の矢印で示すように還流ダイオードＤ２を通じて流れ、逆に誘導電動機４からインバータ回路３に向かって流れ込む場合には、点線の矢印で示すように半導体スイッチＱ２を通じて流れる。
【００１８】
ここで、図３（ａ）で電流が実線の矢印で示すように還流ダイオードＤ２を通じて流れている場合を正極性、電流が点線の矢印で示すように半導体スイッチＱ２を通じて流れている場合を負極性とする。図３（ｂ）に示すように、電流が正極性の場合、Ｖ_U-Nは還流ダイオードＤ２の順方向電圧Ｖ_F（Ｄ２）だけ負の電位となり、電流が負極性の場合には、Ｖ_U-Nは半導体スイッチＱ２のオン電圧Ｖ_CE（Ｑ２）だけ正の電位となる。
【００１９】
なお、半導体スイッチＱ２におけるオン電圧Ｖ_CE（Ｑ２）及び還流ダイオードＤ２の順方向電圧Ｖ_F（Ｄ２）の一般的な特性として、主回路電流によってその大きさが変化し、通常運転時は約１〜２Ｖであるが、電流が小さい領域でもＶ_CE（Ｑ２）及びＶ_F（Ｄ２）は約０．６Ｖ以上ある。従って、誘導電動機４の残留電圧が小さくて、図３（ａ）に示す閉回路を流れる電流が微小であっても、電流の極性に対する上記Ｖ_U-Nの電位の差を利用することにより、残留電圧極性を検出することができる。
【００２０】
図４はこの発明の一実施の形態である可変速駆動システムにおける残留電圧極性検出回路６ａの動作を説明する図で、（ａ）はＵ相電流が正極性（Ｉｕ＞０）の場合、（ｂ）はＵ相電流が負極性（Ｉｕ＜０）の場合を示す。
入力端子６０はインバータ回路３のＵ相出力に接続され、また入力端子６１はインバータ回路３の負側直流母線に接続されているため、入力端子６０、６１間には上記Ｖ_U-Nの電圧が印加されていることになる。なお、上記負側直流母線の電位をＧＮＤ電位（０Ｖ）として以下説明する。
【００２１】
制御電源電圧Ｖ_CCからＧＮＤに対して抵抗Ｒ１００と小信号ダイオードＤ１００の直列回路が接続され、この小信号ダイオードＤ１００は制御電源電圧Ｖ_CCに対して順方向に接続されている。また、小信号ダイオードＤ１００のアノード端子にトランジスタＱ１００のベース端子が接続されている。従って、トランジスタＱ１００のベース電位は小信号ダイオードＤ１００の順方向電圧Ｖ_F（Ｄ１００）だけ正の電位であり、通常約０．６Ｖとなる。
【００２２】
ここで、図４（ａ）に示すように電流が正極性の場合、前述したように電流は還流ダイオードＤ２を通じて流れるため、Ｖ_U-Nは還流ダイオードＤ２の順方向電圧Ｖ_F（Ｄ２）だけ負の電位となる。また、還流ダイオードＤ２は主回路電流が流れるダイオードであるため、その順方向電圧Ｖ_F（Ｄ２）は通常約１〜２Ｖであり、電流が小さい領域でも約０．６Ｖである。また、制御回路用の小信号高耐圧ダイオードＤ１０１の順方向電圧Ｖ_F（Ｄ１０１）は小信号ダイオードＤ１００の順方向電圧Ｖ_F（Ｄ１００）とほぼ同じ約０．６Ｖである。
これらの関係より、電流が正極性の場合、小信号高耐圧ダイオードＤ１０１のアノード端子から見たトランジスタＱ１００のベース端子の電圧Ｖ_Xは還流ダイオードＤ２の順方向電圧Ｖ_F（Ｄ２）とほぼ同じ約０．６〜２Ｖとなり、トランジスタＱ１００は抵抗Ｒ１０１を介してベース電流が流れる。これによりトランジスタＱ１００は図４（ａ）の点線で示す経路にコレクタ電流を流すように動作し、抵抗Ｒ１０３の値をＲ１０１の値に比べて十分大きな値に選んでおけば、出力端子６２の電圧はほぼＧＮＤ電位となる。
【００２３】
また、図４（ｂ）に示すように電流が負極性の場合、前述したように電流は半導体スイッチＱ２を通じて流れるため、Ｖ_U-Nは半導体スイッチＱ２のオン電圧Ｖ_CE（Ｑ２）だけ正の電位となる。半導体スイッチＱ２のオン電圧Ｖ_CE（Ｑ２）は通常約１〜２Ｖであり、電流が小さい領域でも約０．６Ｖである。また、小信号高耐圧ダイオードＤ１０１の順方向電圧Ｖ_F（Ｄ１０１）は小信号ダイオードＤ１００の順方向電圧Ｖ_F（Ｄ１００）とほぼ同じ約０．６Ｖであることから、小信号高耐圧ダイオードＤ１０１のアノード端子から見たトランジスタＱ１００のベース端子の電圧Ｖ_Xは負電位となり、トランジスタＱ１００はベース電流が遮断される。これにより出力端子６２は抵抗Ｒ１０３によりプルアップされ、その電圧は制御電源電圧Ｖ_CCとなる。なお、コンデンサＣ１００はノイズ除去用として用いており、省略しても良い。
【００２４】
つまり、電流極性検出器６の出力端子６２の出力は、図４（ａ）に示すように電流が正極性の場合にはほぼＧＮＤ電位となり、図４（ｂ）のように電流が負極性の場合にはＶ_CC電位となる。
【００２５】
次に、周波数計測器７ａは上記残留電圧極性検出回路６ａの出力端子６２からの信号を入力し、この信号の周期を計測することにより、誘導電動機４のフリーラン回転速度を検出する
【００２６】
図５はフリーラン回転情報検出時の誘導電動機４の回転方向と閉回路の動作との関係を示す図で、（ａ）は閉回路の動作を示す図、（ｂ）は誘導電動機４がＣＣＷ方向にフリーラン回転している場合における各相残留電圧および各相電流の位相関係を示す図、（ｃ）は誘導電動機４がＣＷ方向にフリーラン回転している場合における各相残留電圧および各相電流の位相関係を示す図である。
【００２７】
フリーラン状態にある誘導電動機４のフリーラン回転方向により、誘導電動機４が発生する残留電圧の位相関係が逆になる。従って、インバータ回路３におけるの下側の３個の半導体スイッチＱ２，Ｑ４，Ｑ６を同時にオンしてインバータ回路３と誘導電動機４とで図３（ａ）に示したような閉回路を形成した場合、残留電圧により閉回路を流れる各相電流の位相関係も図５に示すように異なる。例えば、誘導電動機４がＣＣＷ方向にフリーラン回転している場合、Ｉ_U、Ｉ_V、Ｉ_Wの相順にて電流が流れるとすれば、反対のＣＷ方向に回転している場合は、Ｉ_U、Ｉ_W、Ｉ_Vの相順にて電流が流れる。
【００２８】
これにより、負側直流母線から見たＵ、Ｖ、Ｗ相の各出力電圧をＶ_U-N、Ｖ_V-N、Ｖ_W-Nとすると、上述したように電流が正極性の場合は負の電位となり、電流が負極性の場合には正の電位となるため、Ｖ_U-N、Ｖ_V-N、Ｖ_W-Nの位相関係は、図５（ｂ）、（Ｃ）に示すように回転方向で異なる。従って、残留電圧極性検出回路６ａを少なくとも２つの相に設け、その出力信号の位相差を計測することにより回転方向の検出ができる。
【００２９】
ここで検出したフリーラン状態にある誘導電動機の回転速度及び回転方向に基づいて、誘導電動機を再起動する方法自体は周知であるので、説明は省略する。
【００３０】
実施の形態２．
図６は、この発明の一実施の形態に係る可変速駆動システムにおける残留電圧極性検出回路６ｂの構成を示す図である。
図において、６０はインバータ回路３の半導体スイッチＱ１とＱ２の直列接続点、つまり誘導電動機４へのＵ相出力に接続された入力端子、６１はインバータ回路３の負側直流母線に接続された入力端子、６２は周波数計測器７ａに接続された出力端子、Ｄ１００，Ｄ１０１はダイオード、Ｒ１００，Ｒ１０２は抵抗、ＩＣ１００はコンパレータである。ダイオードＤ１０１は入力端子６０の電位が高くなった場合に、インバータ回路３から残留電圧極性検出回路６ｂへの流入電流を遮断するための高耐圧ダイオードである。なお、図２と同一の符号を付した構成要素は同一の動作を行うものである。
【００３１】
残留電圧極性検出回路６ｂの各部電位は、図４に示した残留電圧極性検出回路６ａの各部電位とほぼ同じであり、コンパレータＩＣ１００の負側入力端子の電位はダイオードＤ１００の順方向電圧Ｖ_F（Ｄ１００）に等しく、通常約０．６Ｖとなる。このコンパレータＩＣ１００の負側入力端子の電位よりも正側入力端子の電位が低くなるのは、インバータ回路３の還流ダイオードＤ２を経由して電流が正極性に流れている場合であり、この時残留電圧極性検出回路６ｂの出力端子６２の電圧はＧＮＤ電位となる。
【００３２】
逆に、電流が負極性の場合は上述したように電流は半導体スイッチＱ２を通じて流れるため、入力端子６１から見た入力端子６０の電位は半導体スイッチＱ２のオン電圧Ｖ_CE（Ｑ２）だけ正の電位となり、コンパレータＩＣ１００の正側入力端子の電位の方が負側入力端子の電位よりも高くなって出力端子６２の電圧は制御電源電圧Ｖ_CCとなる。
【００３３】
この残留電圧極性検出回路６ｂの出力端子６２からの信号を周波数計測器７ａに入力し、この信号の周期を計測する等によって誘導電動機４のフリーラン回転速度を検出するのは、上述の実施の形態１と同様である。
【００３４】
なお、残留電圧極性検出回路６ｂにおいて、ダイオードＤ１００のかわりに抵抗を設け、この抵抗とＲ１００とで制御電源電圧Ｖ_CCを分圧することにより、コンパレータＩＣ１００の負側入力端子の電位を作成しても良い。
【００３５】
ところで、上記説明では、インバータ回路３における下側の３個の半導体スイッチＱ２，Ｑ４，Ｑ６を同時にオンしてインバータ回路３と誘導電動機４とで閉回路を形成する例を示したが、インバータ回路３における上側の３個の半導体スイッチＱ１，Ｑ３，Ｑ５を同時にオンしてインバータ回路３と誘導電動機４とで閉回路を形成するように構成してもよい。
【００３６】
また、残留電圧極性検出回路は、上記説明の残留電圧極性検出回路６ａおよび残留電圧極性検出回路６ｂに限定されるものではなく、同時にオンに制御したスイッチング素子の少なくとも１相の交流電動機出力側電位および固定電位点間の電圧変化を検出し、この検出された電圧変化に応じた信号を出力するように構成された回路であればよい。
【００３７】
また、上記説明では、フリーラン状態の交流電動機として誘導電動機の場合について説明したが、これに限定するものではなく、その他の交流電動機でも本方法が適用できる交流電動機であれば同様の効果が得られる。
【００３８】
また、上記説明では、第１及び第２のスイッチング素子にダイオードを逆並列に接続した構成について説明したが、ＦＥＴ等のように、スイッチング素子の内部に寄生ダイオードが存在している場合はそのダイオードを利用しても同様の効果が得られる。
【００３９】
また、上記説明では、インバータ制御回路や周波数計測器を別個のものとして説明したが、インバータ制御回路や周波数計測器はその一部または全てをマイコンのソフトウェア等で実現しても良い。
【００４０】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００４１】
この発明に係る制御装置は、ダイオードが逆並列に接続された第１及び第２のスイッチング素子の直列接続回路が複数個接続され、直流電力を可変周波数・可変電圧の交流電力に変換するインバータ回路と、指令された周波数に基づき前記第１または第２のスイッチング素子をオン・オフ制御するとともに、制御対象である交流電動機のフリーラン状態における回転速度または回転方向の検出をする場合に前記複数の直列接続回路における前記インバータ回路の負側直流母線に接続された第２のスイッチング素子を同時にオンに制御するインバータ制御回路と、前記直列接続回路を構成する第１及び第２のスイッチング素子の接続点と固定電位点としての前記インバータ回路の負側直流母線との間の電圧変化を検出する残留電圧極性検出回路と、この残留電圧極性検出回路の出力信号の周期を計測することにより、フリーラン状態にある前記交流電動機の回転速度を検出する周波数計測器と、を備え、
前記残留電圧極性検出回路は、前記直列接続回路を構成する第１及び第２のスイッチング素子の接続点にカソード端子が接続された高耐圧ダイオードを介して接続されるとともに、前記負側直流母線にカソード端子が接続されてアノード端子の電位が前記負側直流母線の電位よりも高くなるようにバイアスされたダイオードを介して接続され、前記高耐圧ダイオードのアノード端子と前記ダイオードのアノード端子との間に接続された回路により、前記直列接続回路を構成する第１及び第２のスイッチング素子の接続点と固定電位点としての前記インバータ回路の前記負側直流母線との間の電圧変化を少なくとも１相分検出するようにしたので、高価かつ小型化に限界のある電流検出器を用いることなく、低コストかつ正確にフリーラン状態にある交流電動機の回転速度が検出できる。
【００４２】
また、前記残留電圧極性検出回路は、前記直列接続回路を構成する第１及び第２のスイッチング素子の接続点と固定電位点としての前記インバータ回路の負側直流母線との間の電圧変化を少なくとも２相分検出し、この検出された電圧変化に基づいてフリーラン状態にある前記交流電動機の回転方向の情報を検出するようにしたので、高価かつ小型化に限界のある電流検出器を用いることなく、低コストかつ正確にフリーラン状態にある交流電動機の回転方向が検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態である可変速駆動システムの構成を示す図である。
【図２】この発明の一実施の形態である可変速駆動システムにおける残留電圧極性検出回路６ａの構成を示す図である。
【図３】インバータ回路３の下側の３個の半導体スイッチＱ２，Ｑ４，Ｑ６を同時にオンしてインバータ回路３と誘導電動機４とで形成する閉回路を示す図である。
【図４】この発明の一実施の形態である可変速駆動システムにおける残留電圧極性検出回路６ａの動作を説明する図である。
【図５】フリーラン回転情報検出時の誘導電動機４の回転方向と閉回路の動作との関係を示す図である。
【図６】この発明の一実施の形態に係る可変速駆動システムにおける残留電圧極性検出回路６ｂの構成を示す図である。
【図７】フリーラン状態にある交流電動機の回転速度を検出する従来例としての可変速駆動システムの構成を示す図で、特開平８−３３１８９４号公報に示されたものである。
【図８】図７の可変速駆動システムにおいてフリーラン状態にある交流電動機の回転数検出時における回路を示す図である。
【符号の説明】
１三相交流電源、２整流平滑回路、３インバータ回路、４誘導電動機、５ａ，５ｂインバータ制御回路、６ａ，６ｂ残留電圧極性検出回路、７ａ，７ｂ周波数計測器、８周波数設定器、１０電流検出器、６０誘導電動機４へのＵ相出力に接続された入力端子、６１インバータ回路３の負側直流母線に接続された入力端子、６２周波数計測器７ａに接続された出力端子、Ｑ１〜Ｑ６半導体スイッチ、Ｄ１〜Ｄ６還流ダイオード、Ｄ１００小信号ダイオード、Ｄ１０１小信号高耐圧ダイオード、Ｒ１００〜Ｒ１０３抵抗、Ｑ１００トランジスタ、Ｃ１００コンデンサ、ＩＣ１００コンパレータ、Ｉ_U、Ｉ_V、Ｉ_W Ｕ、Ｖ、Ｗ相電流、Ｖ_U-N、Ｖ_V-N、Ｖ_W-N 負側直流母線から見たＵ、Ｖ、Ｗ相の各出力電圧、Ｖ_F（Ｄ２）還流ダイオードＤ２の順方向電圧、Ｖ_F（Ｄ１００）小信号ダイオードＤ１００の順方向電圧、Ｖ_F（Ｄ１０１）小信号高耐圧ダイオードＤ１０１の順方向電圧、Ｖ_CC 制御電源電圧、Ｖ_X アノード端子から見たトランジスタＱ１００のベース端子の電圧。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device that drives an AC motor at a variable speed, and more particularly to a control device that can detect the rotational speed or direction of an AC motor in a free-run state.
[0002]
[Prior art]
A system that uses an inverter to drive an AC motor at a variable speed is widely used. In such a variable speed drive system, when the AC power supply is interrupted due to an instantaneous power failure or the like, the voltage output from the inverter to the AC motor is interrupted, and the AC motor enters a free-run state. When the load on the AC motor is a wind power device such as a fan, the inertial force is large, so the AC motor that is in a free-run state does not stop for a long time and rotates by inertia for several tens of seconds to several minutes or more. Sometimes. When the AC motor in the free-run state is restarted with the inverter after the power recovery, in order to avoid the inrush current and excessive torque and restart without shock, it corresponds to the rotational speed of the AC motor in the free-run state. It is necessary to output the frequency from the inverter. For this reason, it is necessary to detect the rotational speed of the AC motor in the free-run state. When detecting the rotational speed of an AC motor, a speed sensor is usually used. However, when a speed sensor is added, there are problems such as an increase in size of the apparatus, high cost, and troublesome cable routing.
[0003]
FIG. 7 is a diagram showing the configuration of a variable speed drive system as a conventional example for detecting the rotational speed of an AC motor in a free-run state, which is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-331894. FIG. 8 is a diagram showing a circuit at the time of detecting the rotational speed of the AC motor in the free-run state in the variable speed drive system of FIG.
In the figure, 1 is a three-phase AC power source, 2 is a rectifying and smoothing circuit connected to the three-phase AC power source 1, 3 is an inverter circuit connected to the rectifying and smoothing circuit 2, 4 is an induction motor connected to the inverter circuit 3, 5b is an inverter control circuit for controlling the inverter circuit 3, 7b is a frequency measuring device, and 8 is a frequency setting device. Reference numeral 10 denotes a current detector which is coupled to the output line of the inverter circuit 3 and detects an inverter output current, that is, an electric motor input current. In the inverter circuit 3, first to sixth semiconductor switches Q1 to Q6 made of six IGBTs are connected in a three-phase bridge, and free-wheeling diodes D1 to D6 are connected in antiparallel to the semiconductor switches Q1 to Q6. .
[0004]
During normal operation, the inverter control circuit 5b controls the semiconductor switches Q1 to Q6 constituting the inverter circuit 3 to turn on and off so that the induction motor 4 rotates according to a desired frequency set by the frequency setter 8. is doing.
[0005]
Here, when an instantaneous power failure or the like occurs in the three-phase AC power supply 1, all of the semiconductor switches Q1 to Q6 of the inverter circuit 3 are turned off by the inverter control circuit 5b, and the induction motor 4 enters a free-run state. Next, when the three-phase AC power source 1 recovers and power can be supplied to the induction motor 4 again, the lower three semiconductor switches Q2, Q4, Q6 in the inverter circuit 3 are simultaneously turned on. As shown in FIG. 8, a closed circuit composed of the inverter circuit 3 and the induction motor 4 is formed.
[0006]
At this time, a current flows through the closed circuit due to the residual voltage generated in the induction motor 4 in the free-run state. For example, when the U-phase current flows out from the inverter circuit 3 toward the induction motor 4, it flows through the free wheel diode D 2 as shown by the solid line arrow in FIG. 8, and conversely from the induction motor 4 toward the inverter circuit 3. In the case of flowing in, it flows through the semiconductor switch Q2 as indicated by a dotted arrow.
This residual voltage is an AC voltage having a frequency proportional to the rotational speed generated by the influence of the residual magnetic flux of the induction motor 4, and the current flowing through the closed circuit in FIG. 8 is also a current having a frequency proportional to the rotational speed. The current flowing through the closed circuit, that is, the input current of the induction motor 4 is detected by the current detector 10, and the frequency of the detected current is obtained by the frequency measuring device 7b, thereby detecting the free-run rotation speed of the induction motor 4. Was.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional variable speed drive system as described above, the method for detecting the rotation speed of the induction motor 4 in the free-run state requires the current detector 10, which increases the cost and cannot be reduced in size. was there.
Further, since the residual voltage of the induction motor 4 is attenuated by a time constant determined by the motor constant and a decrease in the rotational speed, the residual voltage is reduced to some extent when the power supply stop period for the induction motor 4 is long or the rotational speed is low. In this state, even if the semiconductor switches Q2, Q4, and Q6 are simultaneously turned on, only a very small current flows through the induction motor 4, and there is a problem in that it is difficult for the current detector 10 to accurately detect the current. For example, in the case of a generally available three-phase induction motor with a rated voltage of 200 V and a few kW class, even if the induction motor 4 is in a free-running state near the rated rotational speed after several tens of seconds have passed after the power supply is stopped, the inverter circuit Since the current flowing through the output line 3 is only a few tenths or less of the rated current, the frequency measuring device 7b causes the frequency of the current due to noise or the like included in the output of the current detector 10. May be detected by mistake.
[0008]
In Japanese Patent Laid-Open No. 9-163776, a voltage dividing circuit using a voltage dividing resistor is provided between the negative DC bus of the inverter circuit 3 and the output line to the induction motor 4 to detect the residual voltage of the induction motor 4. Thus, a method for detecting the rotation direction of the induction motor 4 in a free-run state is disclosed. However, since the phase voltage of the induction motor 4 is applied to this voltage dividing circuit during normal operation, there is a problem that the loss of the voltage dividing resistor constituting the voltage dividing circuit is large. This resistance loss can be reduced as the resistance value increases, but if the resistance value of the voltage dividing resistor is increased, it becomes very vulnerable to noise and is not practical.
[0009]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and it is an AC that is in a low-cost, low-loss, and accurate free-run state without using an expensive and small-sized current detector. An object of the present invention is to obtain a control device capable of detecting the rotation speed or rotation direction of an electric motor.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  In the control device according to the present invention, a plurality of first and second switching elements connected in series in which diodes are connected in antiparallel are connected, and an inverter circuit that converts DC power into AC power of variable frequency and variable voltage When the on-off control of the first or second switching element is performed based on the commanded frequency, and the rotation speed or the rotation direction in the free-run state of the AC motor that is the control target is detected, In series connection circuitA second connected to the negative DC bus of the inverter circuit;Inverter control circuit that simultaneously controls the switching elements to be turned on, and a negative-side DC bus of the inverter circuit as a connection point and a fixed potential point of the first and second switching elements constituting the series connection circuitBetweenVoltage changeTheA residual voltage polarity detection circuit for detecting, and a frequency measuring device for detecting the rotational speed of the AC motor in a free-run state by measuring the period of the output signal of the residual voltage polarity detection circuit.,
The residual voltage polarity detection circuit is connected via a high voltage diode having a cathode terminal connected to a connection point of the first and second switching elements constituting the series connection circuit, and connected to the negative DC bus. A cathode terminal is connected and connected via a diode biased so that the potential of the anode terminal is higher than the potential of the negative DC bus, and between the anode terminal of the high voltage diode and the anode terminal of the diode At least one phase of a voltage change between a connection point of the first and second switching elements constituting the series connection circuit and the negative DC bus of the inverter circuit as a fixed potential point. Minute detectionIs.
[0011]
  The residual voltage polarity detection circuit includes a connection point of the first and second switching elements constituting the series connection circuit and a negative DC bus of the inverter circuit as a fixed potential point.BetweenIs detected for at least two phases, and information on the rotational direction of the AC motor in the free-run state is detected based on the detected voltage change.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a variable speed drive system according to an embodiment of the present invention. In the figure, reference numerals 1 to 4 and 8 are the same as those in the conventional apparatus, and the description thereof is omitted. 5a is an inverter control circuit for controlling the inverter circuit 3, 6a is a residual voltage polarity detection circuit, and 7a is a frequency measuring device.
[0013]
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the residual voltage polarity detection circuit 6a in the variable speed drive system according to the embodiment of the present invention. In the figure, 60 is a series connection point of the semiconductor switches Q1 and Q2 of the inverter circuit 3, that is, an input terminal connected to the U-phase output to the induction motor 4, 61 is an input connected to the negative DC bus of the inverter circuit 3 Terminal 62, an output terminal connected to the frequency measuring instrument 7a, V_CCIs the control power supply voltage. D100 is a small signal diode, D101 is a small signal high voltage diode, R100 to R103 are resistors, Q100 is a transistor, and C100 is a capacitor.
[0014]
The small signal high withstand voltage diode D101 is a high withstand voltage diode for cutting off the inflow current from the inverter circuit 3 to the residual voltage polarity detection circuit 6a when the potential of the input terminal 60 becomes high.
The residual voltage polarity detection circuit 6a includes a connection point 60 of the first and second switching elements (Q1, Q2) constituting the series connection circuit and a negative DC bus or a positive DC bus of the inverter circuit 3 as a fixed potential point. By connecting one of the two through a high voltage diode, the main circuit voltage of the inverter applied during normal operation can be cut off by the high voltage diode, and a voltage dividing circuit or the like becomes unnecessary. In addition, the rotational speed or direction of the AC motor in the free-run state can be detected accurately with low loss.
[0015]
Next, the operation will be described. During normal operation, the inverter control circuit 5a controls the semiconductor switches Q1 to Q6 of the inverter circuit 3 to turn on and off so that the induction motor 4 rotates according to the desired frequency set by the frequency setter 8. It is the same as before. Here, the inverter control circuit 5a monitors the output voltage of the rectifying / smoothing circuit 2, and if the output voltage of the rectifying / smoothing circuit 2 falls below a set value due to an instantaneous power failure of the three-phase AC power supply 1, the inverter circuit 3 It operates to turn off all the semiconductor switches Q1 to Q6, and the induction motor 4 enters a free-run state.
[0016]
When the three-phase AC power supply 1 recovers and the output voltage of the rectifying / smoothing circuit 2 again exceeds the set value, the inverter control circuit 5a turns on the three lower semiconductor switches Q2, Q4, Q6 in the inverter circuit 3 simultaneously. Thus, the inverter circuit 3 and the induction motor 4 form a closed circuit similar to the conventional example shown in FIG.
[0017]
FIG. 3 is a diagram showing a closed circuit formed by the inverter circuit 3 and the induction motor 4 by simultaneously turning on the lower three semiconductor switches Q2, Q4, and Q6 in the inverter circuit 3, and FIG. FIG. 4B is a circuit diagram showing a circuit when detecting the number of revolutions of an induction motor in a free-running state in a variable speed drive system; FIG. Collector potential of semiconductor switch Q2 or cathode potential V of free-wheeling diode D2_UNFIG.
In the closed circuit formed by the inverter circuit 3 and the induction motor 4 by simultaneously turning on the lower three semiconductor switches Q2, Q4, and Q6 in the inverter circuit 3, the induction motor 4 in the free-run state as in the conventional example. Current flows due to the residual voltage generated in the circuit. For example, when the U-phase current flows from the inverter circuit 3 toward the induction motor 4, it flows through the freewheeling diode D2 as indicated by the solid line arrow in FIG. 3A, and conversely from the induction motor 4 to the inverter circuit 3 When flowing in the direction of, the current flows through the semiconductor switch Q2 as indicated by the dotted arrow.
[0018]
Here, in FIG. 3A, the case where the current flows through the freewheeling diode D2 as indicated by the solid arrow, and the case where the current flows through the semiconductor switch Q2 as indicated by the dotted arrow is negative. And As shown in FIG. 3B, when the current is positive, V_UNIs the forward voltage V of the freewheeling diode D2._FWhen (D2) is a negative potential and the current is negative, V_UNIs the on-state voltage V of the semiconductor switch Q2._CEOnly (Q2) has a positive potential.
[0019]
The on-state voltage V at the semiconductor switch Q2_CE(Q2) and forward voltage V of freewheeling diode D2_FAs a general characteristic of (D2), the magnitude varies depending on the main circuit current, and is about 1 to 2 V during normal operation._CE(Q2) and V_F(D2) is about 0.6V or more. Therefore, even if the residual voltage of the induction motor 4 is small and the current flowing through the closed circuit shown in FIG._UNThe residual voltage polarity can be detected by utilizing the difference between the potentials.
[0020]
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the residual voltage polarity detection circuit 6a in the variable speed drive system according to the embodiment of the present invention. FIG. 4A shows the case where the U-phase current is positive (Iu> 0). b) shows the case where the U-phase current is negative (Iu <0).
Since the input terminal 60 is connected to the U-phase output of the inverter circuit 3 and the input terminal 61 is connected to the negative DC bus of the inverter circuit 3, the V terminal is connected between the input terminals 60 and 61._UNIs applied. The following description will be made assuming that the potential of the negative DC bus is the GND potential (0 V).
[0021]
Control power supply voltage V_CCA series circuit of a resistor R100 and a small signal diode D100 is connected to GND from the ground, and the small signal diode D100 is connected to the control power supply voltage V_CCIs connected in the forward direction. The base terminal of the transistor Q100 is connected to the anode terminal of the small signal diode D100. Therefore, the base potential of the transistor Q100 is equal to the forward voltage V of the small signal diode D100._FOnly (D100) is a positive potential, usually about 0.6V.
[0022]
Here, when the current is positive as shown in FIG. 4A, the current flows through the freewheeling diode D2 as described above._UNIs the forward voltage V of the freewheeling diode D2._FOnly (D2) has a negative potential. Since the freewheeling diode D2 is a diode through which the main circuit current flows, its forward voltage V_F(D2) is usually about 1 to 2 V, and is about 0.6 V even in a region where the current is small. Also, the forward voltage V of the small signal high voltage diode D101 for the control circuit_F(D101) is the forward voltage V of the small signal diode D100._FIt is approximately 0.6 V which is almost the same as (D100).
From these relationships, when the current is positive, the voltage V of the base terminal of the transistor Q100 viewed from the anode terminal of the small signal high voltage diode D101._XIs the forward voltage V of the freewheeling diode D2._FThe voltage is approximately 0.6 to 2 V, which is substantially the same as (D2), and the base current flows through the resistor R101 in the transistor Q100. As a result, the transistor Q100 operates so as to cause the collector current to flow through the path indicated by the dotted line in FIG. 4A, and if the value of the resistor R103 is selected to be sufficiently larger than the value of R101, the voltage of the output terminal 62 Becomes almost the GND potential.
[0023]
Further, when the current is negative as shown in FIG. 4B, since the current flows through the semiconductor switch Q2 as described above, V_UNIs the on-state voltage V of the semiconductor switch Q2._CEOnly (Q2) has a positive potential. On-state voltage V of semiconductor switch Q2_CE(Q2) is usually about 1 to 2 V, and is about 0.6 V even in a region where the current is small. Further, the forward voltage V of the small signal high voltage diode D101_F(D101) is the forward voltage V of the small signal diode D100._FSince it is about 0.6 V which is almost the same as (D100), the voltage V of the base terminal of the transistor Q100 viewed from the anode terminal of the small signal high voltage diode D101._XBecomes a negative potential, and the base current of the transistor Q100 is cut off. As a result, the output terminal 62 is pulled up by the resistor R103, and the voltage is controlled by the control power supply voltage V._CCIt becomes. The capacitor C100 is used for noise removal and may be omitted.
[0024]
That is, the output of the output terminal 62 of the current polarity detector 6 is almost GND potential when the current is positive as shown in FIG. 4A, and the current is negative as shown in FIG. 4B. V in case_CCIt becomes a potential.
[0025]
  Next, the frequency measuring instrument 7a inputs a signal from the output terminal 62 of the residual voltage polarity detection circuit 6a and measures the period of this signal.thingTo detect the free-running rotational speed of the induction motor 4
[0026]
5A and 5B are diagrams showing the relationship between the rotation direction of the induction motor 4 and the operation of the closed circuit when free-run rotation information is detected. FIG. 5A is a diagram showing the operation of the closed circuit, and FIG. The figure which shows the phase relationship of each phase residual voltage and each phase current in the case of carrying out free run rotation to the direction, (c) is each phase residual voltage and each phase in case the induction motor 4 is carrying out free run rotation to CW direction It is a figure which shows the phase relationship of a phase current.
[0027]
The phase relationship of the residual voltage generated by the induction motor 4 is reversed depending on the free-run rotation direction of the induction motor 4 in the free-run state. Accordingly, when the lower three semiconductor switches Q2, Q4, and Q6 in the inverter circuit 3 are simultaneously turned on to form a closed circuit as shown in FIG. 3A by the inverter circuit 3 and the induction motor 4. The phase relationship between the phase currents flowing in the closed circuit due to the residual voltage is also different as shown in FIG. For example, when the induction motor 4 is free running in the CCW direction,_U, I_V, I_WIf the current flows in the order of the phases, when rotating in the opposite CW direction, I_U, I_W, I_VCurrent flows in the order of the phases.
[0028]
As a result, the output voltages of the U, V, and W phases viewed from the negative side DC bus are changed to V_UN, V_VN, V_WNThen, as described above, when the current is positive, the potential is negative, and when the current is negative, the potential is positive._UN, V_VN, V_WNAre different in the rotation direction as shown in FIGS. Therefore, the rotational direction can be detected by providing the residual voltage polarity detection circuit 6a in at least two phases and measuring the phase difference between the output signals.
[0029]
Since the method of restarting the induction motor based on the rotation speed and direction of the induction motor in the free-run state detected here is well known, the description thereof is omitted.
[0030]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of the residual voltage polarity detection circuit 6b in the variable speed drive system according to the embodiment of the present invention.
In the figure, 60 is a series connection point of the semiconductor switches Q1 and Q2 of the inverter circuit 3, that is, an input terminal connected to the U-phase output to the induction motor 4, 61 is an input connected to the negative DC bus of the inverter circuit 3 Terminals 62 are output terminals connected to the frequency measuring instrument 7a, D100 and D101 are diodes, R100 and R102 are resistors, and IC100 is a comparator. The diode D101 is a high withstand voltage diode for cutting off the inflow current from the inverter circuit 3 to the residual voltage polarity detection circuit 6b when the potential of the input terminal 60 becomes high. In addition, the component which attached | subjected the code | symbol same as FIG. 2 performs the same operation | movement.
[0031]
Each part potential of the residual voltage polarity detection circuit 6b is substantially the same as each part potential of the residual voltage polarity detection circuit 6a shown in FIG. 4, and the potential of the negative input terminal of the comparator IC100 is the forward voltage V of the diode D100._FIt is equal to (D100) and is usually about 0.6V. The potential of the positive input terminal is lower than the potential of the negative input terminal of the comparator IC100 when the current flows positively via the freewheeling diode D2 of the inverter circuit 3 and remains at this time. The voltage at the output terminal 62 of the voltage polarity detection circuit 6b becomes the GND potential.
[0032]
On the contrary, when the current is negative, the current flows through the semiconductor switch Q2 as described above. Therefore, the potential of the input terminal 60 viewed from the input terminal 61 is the on-voltage V of the semiconductor switch Q2._CE(Q2) is a positive potential, the potential at the positive input terminal of the comparator IC100 is higher than the potential at the negative input terminal, and the voltage at the output terminal 62 is the control power supply voltage V._CCIt becomes.
[0033]
The signal from the output terminal 62 of the residual voltage polarity detection circuit 6b is input to the frequency measuring device 7a and the free-running rotational speed of the induction motor 4 is detected by measuring the period of this signal. This is the same as the first embodiment.
[0034]
In the residual voltage polarity detection circuit 6b, a resistor is provided instead of the diode D100, and the control power supply voltage V is determined by this resistor and R100._CCMay be used to create the potential of the negative input terminal of the comparator IC100.
[0035]
In the above description, the example in which the lower three semiconductor switches Q2, Q4, and Q6 in the inverter circuit 3 are simultaneously turned on to form a closed circuit with the inverter circuit 3 and the induction motor 4 is shown. 3 may be configured such that the upper three semiconductor switches Q1, Q3, and Q5 are simultaneously turned on and the inverter circuit 3 and the induction motor 4 form a closed circuit.
[0036]
Further, the residual voltage polarity detection circuit is not limited to the residual voltage polarity detection circuit 6a and the residual voltage polarity detection circuit 6b described above, but at least one phase of the AC motor output side potential of the switching elements controlled to be turned on simultaneously. Any circuit may be used as long as it detects a voltage change between the fixed potential points and outputs a signal corresponding to the detected voltage change.
[0037]
In the above description, an induction motor is described as an AC motor in a free-run state. However, the present invention is not limited to this, and the same effect can be obtained as long as the AC motor can be applied to other AC motors. It is done.
[0038]
In the above description, the diode is connected in antiparallel to the first and second switching elements. However, when a parasitic diode exists inside the switching element such as an FET, the diode is connected to the first and second switching elements. The same effect can be obtained by using.
[0039]
In the above description, the inverter control circuit and the frequency measuring device are described as separate components. However, part or all of the inverter control circuit and the frequency measuring device may be realized by software of a microcomputer.
[0040]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.
[0041]
  In the control device according to the present invention, a plurality of first and second switching elements connected in series in which diodes are connected in antiparallel are connected, and an inverter circuit that converts DC power into AC power of variable frequency and variable voltage When the on-off control of the first or second switching element is performed based on the commanded frequency, and the rotation speed or the rotation direction in the free-run state of the AC motor that is the control target is detected, In series connection circuitA second connected to the negative DC bus of the inverter circuit;Inverter control circuit that simultaneously controls the switching elements to be turned on, and a negative-side DC bus of the inverter circuit as a connection point and a fixed potential point of the first and second switching elements constituting the series connection circuitBetweenVoltage changeTheA residual voltage polarity detection circuit for detecting, and a frequency measuring device for detecting the rotational speed of the AC motor in a free-run state by measuring the period of the output signal of the residual voltage polarity detection circuit.,
The residual voltage polarity detection circuit is connected via a high voltage diode having a cathode terminal connected to a connection point of the first and second switching elements constituting the series connection circuit, and connected to the negative DC bus. A cathode terminal is connected and connected via a diode biased so that the potential of the anode terminal is higher than the potential of the negative DC bus, and between the anode terminal of the high voltage diode and the anode terminal of the diode At least one phase of a voltage change between a connection point of the first and second switching elements constituting the series connection circuit and the negative DC bus of the inverter circuit as a fixed potential point. Minute detection  Therefore, the rotational speed of the AC motor in the free-run state can be accurately detected at low cost without using an expensive current detector that is limited in size.
[0042]
  The residual voltage polarity detection circuit includes a connection point of the first and second switching elements constituting the series connection circuit and a negative DC bus of the inverter circuit as a fixed potential point.BetweenIs detected at least for two phases, and information on the rotational direction of the AC motor in the free-run state is detected based on the detected voltage change. Without using a detector, the rotational direction of the AC motor in the free-run state can be detected accurately at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a variable speed drive system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a residual voltage polarity detection circuit 6a in a variable speed drive system according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing a closed circuit formed by an inverter circuit 3 and an induction motor 4 by simultaneously turning on three semiconductor switches Q2, Q4, Q6 on the lower side of the inverter circuit 3. FIG.
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of a residual voltage polarity detection circuit 6a in a variable speed drive system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the rotation direction of the induction motor 4 and the operation of a closed circuit when detecting free-run rotation information.
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a residual voltage polarity detection circuit 6b in the variable speed drive system according to one embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a variable speed drive system as a conventional example for detecting the rotational speed of an AC motor in a free-run state, which is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-331894.
8 is a diagram showing a circuit at the time of detecting the rotational speed of an AC motor in a free-run state in the variable speed drive system of FIG. 7;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Three-phase alternating current power supply, 2 Rectification smoothing circuit, 3 Inverter circuit, 4 Induction motor, 5a, 5b Inverter control circuit, 6a, 6b Residual voltage polarity detection circuit, 7a, 7b Frequency measuring device, 8 Frequency setting device, 10 Current detection 60, an input terminal connected to the U-phase output to the induction motor 4, 61 an input terminal connected to the negative DC bus of the inverter circuit 3, 62 an output terminal connected to the frequency measuring instrument 7a, Q1-Q6 semiconductor Switch, D1-D6 freewheeling diode, D100 small signal diode, D101 small signal high voltage diode, R100-R103 resistor, Q100 transistor, C100 capacitor, IC100 comparator, I_U, I_V, I_W  U, V, W phase current, V_UN, V_VN, V_WN  U, V and W phase output voltages as seen from the negative DC bus, V_F(D2) Forward voltage of freewheeling diode D2, V_F(D100) Forward voltage of small signal diode D100, V_F(D101) Forward voltage of small signal high voltage diode D101, V_CC  Control power supply voltage, V_X  The voltage at the base terminal of the transistor Q100 viewed from the anode terminal.

Claims

ダイオードが逆並列に接続された第１及び第２のスイッチング素子の直列接続回路が複数個接続され、直流電力を可変周波数・可変電圧の交流電力に変換するインバータ回路と、
指令された周波数に基づき前記第１または第２のスイッチング素子をオン・オフ制御するとともに、制御対象である交流電動機のフリーラン状態における回転速度または回転方向の検出をする場合に前記複数の直列接続回路における前記インバータ回路の負側直流母線に接続された第２のスイッチング素子を同時にオンに制御するインバータ制御回路と、
前記直列接続回路を構成する第１及び第２のスイッチング素子の接続点と固定電位点としての前記インバータ回路の負側直流母線との間の電圧変化を検出する残留電圧極性検出回路と、
この残留電圧極性検出回路の出力信号の周期を計測することにより、フリーラン状態にある前記交流電動機の回転速度を検出する周波数計測器と、を備え、
前記残留電圧極性検出回路は、前記直列接続回路を構成する第１及び第２のスイッチング素子の接続点にカソード端子が接続された高耐圧ダイオードを介して接続されるとともに、
前記負側直流母線にカソード端子が接続されてアノード端子の電位が前記負側直流母線の電位よりも高くなるようにバイアスされたダイオードを介して接続され、
前記高耐圧ダイオードのアノード端子と前記ダイオードのアノード端子との間に接続された回路により、前記直列接続回路を構成する第１及び第２のスイッチング素子の接続点と固定電位点としての前記インバータ回路の前記負側直流母線との間の電圧変化を少なくとも１相分検出することを特徴とする制御装置。A plurality of series connection circuits of first and second switching elements having diodes connected in anti-parallel, and an inverter circuit for converting DC power into AC power of variable frequency and variable voltage;
The plurality of series connections when the first or second switching element is controlled to be turned on / off based on the commanded frequency, and the rotational speed or the rotational direction in the free-run state of the AC motor to be controlled is detected. An inverter control circuit for simultaneously turning on a second switching element connected to the negative DC bus of the inverter circuit in the circuit;
A residual voltage polarity detection circuit for detecting a voltage change between a connection point of the first and second switching elements constituting the series connection circuit and a negative DC bus of the inverter circuit as a fixed potential point;
A frequency measuring device that detects the rotational speed of the AC motor in a free-run state by measuring the period of the output signal of the residual voltage polarity detection circuit ;
The residual voltage polarity detection circuit is connected via a high voltage diode having a cathode terminal connected to a connection point of the first and second switching elements constituting the series connection circuit,
A cathode terminal is connected to the negative side DC bus and connected via a diode biased so that the potential of the anode terminal is higher than the potential of the negative side DC bus,
The inverter circuit as a fixed potential point and a connection point of the first and second switching elements constituting the series connection circuit by a circuit connected between the anode terminal of the high breakdown voltage diode and the anode terminal of the diode A control device for detecting a change in voltage with respect to the negative DC bus of at least one phase .

前記残留電圧極性検出回路は、前記直列接続回路を構成する第１及び第２のスイッチング素子の接続点と固定電位点としての前記インバータ回路の負側直流母線との間の電圧変化を少なくとも２相分検出し、この検出された電圧変化に基づいてフリーラン状態にある前記交流電動機の回転方向の情報を検出するようにしたことを特徴とする請求項１記載の制御装置。 The residual voltage polarity detection circuit detects a voltage change between a connection point of the first and second switching elements constituting the series connection circuit and a negative DC bus of the inverter circuit as a fixed potential point in at least two phases. 2. The control apparatus according to claim 1, wherein minute detection is performed, and information on a rotation direction of the AC motor in a free-run state is detected based on the detected voltage change .