JP4590658B2 - 制御装置 - Google Patents
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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、ＶCC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ＶU-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、ＶU-Nは還流ダイオードＤ２の順方向電圧ＶF（Ｄ２）だけ負の電位となり、電流が負極性の場合には、ＶU-Nは半導体スイッチＱ２のオン電圧ＶCE（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ＶCE（Ｑ２）及び還流ダイオードＤ２の順方向電圧ＶF（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ＶCE（Ｑ２）及びＶF（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ＶU-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ＶU-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ＶCC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ＶCC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ＶF（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、ＶU-Nは還流ダイオードＤ２の順方向電圧ＶF（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ＶF（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ＶF（Ｄ１０１）は小信号ダイオードＤ１００の順方向電圧ＶF（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ＶXは還流ダイオードＤ２の順方向電圧ＶF（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、ＶU-Nは半導体スイッチＱ２のオン電圧ＶCE（Ｑ２）だけ正の電位となる。半導体スイッチＱ２のオン電圧ＶCE（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ＶF（Ｄ１０１）は小信号ダイオードＤ１００の順方向電圧ＶF（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ＶX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ＶCC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ＶCC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、ＩU、ＩV、ＩW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、ＩU、ＩW、ＩV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ＶU-N、ＶV-N、ＶW-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、ＶU-N、ＶV-N、ＶW-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ＶF（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ＶCE（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ＶCC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ＶCC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、 ＩU、ＩV、ＩW Ｕ、Ｖ、Ｗ相電流、 ＶU-N、ＶV-N、ＶW-N 負側直流母線から見たＵ、Ｖ、Ｗ相の各出力電圧、 ＶF（Ｄ２） 還流ダイオードＤ２の順方向電圧、 ＶF（Ｄ１００） 小信号ダイオードＤ１００の順方向電圧、 ＶF（Ｄ１０１） 小信号高耐圧ダイオードＤ１０１の順方向電圧、 ＶCC 制御電源電圧、 ＶX 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。
【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、ＶCC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ＶU-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、ＶU-Nは還流ダイオードＤ２の順方向電圧ＶF（Ｄ２）だけ負の電位となり、電流が負極性の場合には、ＶU-Nは半導体スイッチＱ２のオン電圧ＶCE（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ＶCE（Ｑ２）及び還流ダイオードＤ２の順方向電圧ＶF（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ＶCE（Ｑ２）及びＶF（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ＶU-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ＶU-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ＶCC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ＶCC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ＶF（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、ＶU-Nは還流ダイオードＤ２の順方向電圧ＶF（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ＶF（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ＶF（Ｄ１０１）は小信号ダイオードＤ１００の順方向電圧ＶF（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ＶXは還流ダイオードＤ２の順方向電圧ＶF（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、ＶU-Nは半導体スイッチＱ２のオン電圧ＶCE（Ｑ２）だけ正の電位となる。半導体スイッチＱ２のオン電圧ＶCE（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ＶF（Ｄ１０１）は小信号ダイオードＤ１００の順方向電圧ＶF（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ＶX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ＶCC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ＶCC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、ＩU、ＩV、ＩW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、ＩU、ＩW、ＩV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ＶU-N、ＶV-N、ＶW-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、ＶU-N、ＶV-N、ＶW-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ＶF（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ＶCE（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ＶCC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ＶCC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、 ＩU、ＩV、ＩW Ｕ、Ｖ、Ｗ相電流、 ＶU-N、ＶV-N、ＶW-N 負側直流母線から見たＵ、Ｖ、Ｗ相の各出力電圧、 ＶF（Ｄ２） 還流ダイオードＤ２の順方向電圧、 ＶF（Ｄ１００） 小信号ダイオードＤ１００の順方向電圧、 ＶF（Ｄ１０１） 小信号高耐圧ダイオードＤ１０１の順方向電圧、 ＶCC 制御電源電圧、 ＶX 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。
Claims (2)
- 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。 - 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。
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