JPH03207274A - インバータ装置の異常検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、誘導電動機の可変速運転などに使用されるイ
ンバータ装置に係り、特に順変換部の直流側に平滑用コ
ンデンサを備えた電圧形インバータ装置に好適なインバ
ータ装置の異常検出装置に関する。

〔従来の技術〕

インバータ装置、特に電圧形インバータ装置では、その
直流部に平滑用コンデンサを有するため、順変換部を含
むインバータ装置の入力側に電源欠相異常などの軽微な
異常が発生したときでも、とにかく動作が可能であり、
このため、上記した軽黴な異常が発生した状態でも、そ
のまま運転が継続されてしまい、突入電流抑制用の抵抗
器の焼損や、最終的には過負荷によるさらに重大な異常
にまで移行してしまう虞れを生じる。

そこで、従来は、特開昭６１−２９３１１８号公報に開
示されているように、インバータ装置の順変換部と逆変
換部の間に挿入されている突入電流抑制用の抵抗器に温
度リレーを設け、このリレーの動作により所定の保護動
作を行なう方法や、特開昭６２−１０７６３３号公報に
開示のように、突入電流抑制用の抵抗器を定常運転時に
短絡するための電磁接触器の励磁コイルを、多相交流入
力の所定の相間に接続することにより欠相保護が得られ
るようにした方法などが採用されていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、異常発生原因の究明について配慮がさ
れておらず、インバータ装置は保護されるものの、その
後での原因追及が困難で、その解明に多大の時間が取ら
れてしまうという問題があった。

また、従来技術では、その保護動作の対象となる異常内
容について配慮がされておらず、保護動作の適用範囲に
問題があった。

本発明の目的は、インバータ装置での異常発生に際して
、その異常の内容の自己診断が可能なインバータ装置の
異常検出装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、インバータ装置の異常発生を検出
して自動的にその運転を停止したり、出力を低減させた
上で運転を継続させたりすることができるようにしたイ
ンバータ装置の異常検出装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、インバータ装置の順変換部の
入力側の電圧変化と出力側での電圧変化とを突合せ、解
析する演算処理手段を設けたものである。

また、上記能の目的を達成するため、インバータ装置の
順変換部の出力電圧に含まれるリップル成分を検出し、
このリップル成分の周期が所定以上になったとき、イン
バータ装置の運転を停止するか、その出力を低減させて
運転を継続させるかする手段を設けたものである。

〔作用〕

インバータ装置の順変換部の入力側の電圧変化と出力側
での電圧変化とは、この順変換部の機能により所定の関
係にある。従って、これらの関係を、両者の突合せによ
り解析してやれば、異常が発生したことと、その異常の
内容を分析して特定することができ、原因解明が可能に
なる。

また、電源に入相を生じると、リップル成分の周期に変
化が表われ、異常が検出できる。そこで、このときのイ
ンバータ装置の負荷の大きさが、欠相状態でも運転の継
続が可能なときには、インバータ装置の出力を所定値に
低く抑えた状態で運転を継続させ、そうでないときには
インバータ装置の運転を停止させて保護を行なうのであ
る。

〔実施例〕

以下、本発明によるインバータ装置の異常、検出装置に
ついて、図示の実施例により詳細に説明す第１図は本発
明の一実施例で、図において、１は交流電源、２は順変
換部、３は平滑用のコンデンサ、４は逆変換部、５は負
荷となる誘導電動機、６は電磁接触器、７は突入電流抑
制用の抵抗器、８．９は電流検出器、１０．１１はフィ
ルタ回路、１２はコンパレータ回路、１３は電源電圧検
出器、１４はマイクロコンピュータ、１５は警報装置で
ある。なお、１６はインバータ装置全体を表わす。

交流電源１から供給された３相交流電力は順変換部２で
整流されて直流に変換され、コンデンサ３に充電される
。そして、このコンデンサ３に充電されることにより平
滑化された直流電圧が逆変換部４により、所定の電圧と
所定の周波数の３相交流に変換され、誘導電動機５に供
給されることにより、この誘導電動機５を任意の回転速
度で運転することができる。

電磁接触器６は遅延動作するもので、電源投入後、所定
時間経過してから接点６ａを開成動作させ、抵抗器７を
短絡する。従って、電源投入時でのコンデンサ３の充電
電流は、この抵抗器７によって所定値に抑えられ、突入
電流の抑制動作が得られる。

コンパレータ回路１２はフィルタ回路１０を介して、コ
ンデンサ３の端子電圧Ｖｃに含まれているリップル成分
Ｖｅｒを取り込み、それを所定のレベルで２値化してオ
ン・オフ信号Ｖｃｓに変換する働きをする。なお、これ
に代えて電流検出器８を用い、コンデンサ３の電流Ｉｃ
を取り出し、この電流Ｉｃに含まれるリップル成分Ｉｃ
ｒをフィルタ回路１１により取り出し、オン・オフ信号
Ｉｃｓに変換して出力するようにしても良い。

電源電圧検出器１３は、インバータ装置１６に供給され
ている３相交流の相間電圧を検出してマイクロコンピュ
ータ１４に入力する働きをするもので、詳細には、Ｕ相
とＷ相の相間電圧ＶＩＪＷの正極性部分と負極性部分で
それぞれレベルが“１”と“０′になるオン・オフ信号
ｖｕｗｓを発生する働きをする。

マイクロコンピュータ１４は所定のプログラムをもち、
電流検出器９を介して取り込んだ出力電流や、その他、
図示してない各種のデータを取り込み、逆変換部４の制
御と、その他、後述する各種の制御に必要な処理を実行
する。

次に、この実施例の動作について説明する。

なお、インバータ装置１６による誘導電動機５の駆動制
御についての一般的な動作については、公知のインバー
タ装置と同じなので、説明は省略する。

まず、コンデンサ３の端子電圧Ｖｃについてみると、こ
れはインバータ装置１６が動作中は順変換部２の出力に
より充電されているから、交流電源１の３相交流電圧の
ピーク値脈動で定まる周期のリップルをもって現われる
。

そこで、いま、交流電源１からの電力供給に異常がなく
、かつ、順変換部２にも異常がなしλ場合には、このコ
ンデンサ３の端子電圧Ｖｃは、第２回し）に示すように
、一定の周期で変動する電圧となり、この結果、フィル
タ回路１０の出力に得られるリップル成分Ｖｅｒも、端
子電圧Ｖｃに対応して第２図（ａ）に示すように周期的
に変化し、従って、コンパレータ回路１２の出力である
オン・オフ信号Ｖｃｓも、このリップル成分Ｖｅｒと同
様に、第２図（ａ）に示すように周期的に変化している
。

そこで、いま、このオン・オフ信号Ｖｃｓのパルス周期
Δｔについてみると、これは、交流電源１からの電力供
給に異常がなく、かつ、順変換ｓ２にも異常がない場合
には、次式のように、交流電源１から供給されている交
流電力の相数Ｐと、周波数ｆにより定まる周期ΔＴに等
しくなる。

ΔＴ＝１／（２Ｐ−ｆ）　　　　　　・・・・・・（１
）つまり、インバータ装置の入力側に異常がなく、正常
に動作しているときには、 Δｔ＝ΔＴ となる。

しかして、いま、交流電源１から供給されている交流電
力に欠相が現われたり、順変換ｓ２に異常が発生したな
どのインバータ装置の入力側に異常が現われたとすると
、コンデンサ３に対する順変換部２からの正常な充電状
態が保たれなくなるので、端子電圧Ｖｃとリップル成分
Ｖｅｒ、それにオン・オフ信号Ｖｃｓは、それぞれ第２
図（ｂ）に示すようになり、オン・オフ信号Ｖｃｓの周
期Δｔに対する上記（１）式の関係も、図示のように崩
れて周期性を失い、オン・オフ信号Ｖｃｓのパルス周期
に、正常時での周期Δｔよりも大きな周期Δｔが現われ
るようになる。

また、このことは、電流検出器８で検出したコンデンサ
３の端子電流についても同様で、コンデンサ３の電流Ｉ
ｃと、この電流Ｉｃに含まれるリップル成分Ｉｃｒ、そ
れにオン・オフ信号Ｉｃｓの状態はそれぞれ正常時には
第３図（ａ）に示すようになり、インバータ装置の入力
側での異常時には、同じく第３図（ｂ）に示すようにな
り、正常時でのオン・オフ信号Ｉｃｓのパルス周期Δ℃
と、異常時でのオン・オフ信号Ｉｃｓのパルス周期へｔ
゛　とに差異が現われることになる。

そこで、マイクロコンピュータ１４は所定のプログラム
による処理を実行し、コンパレータ回路１２からオン・
オフ信号Ｖｃｓ、或いはオン・オフ信号Ｉｃｓの少なく
とも一方を取り込み、その周期Δｔを逐次測定監視し、
インバータ装置の入力側での異常検出を行なうのである
。

第４図は、このときのマイクロコンピュータ１４による
処理内容を示すフローチャートで、ステップ１０１では
、毎回、上記パルス周期Δｔの計測を行ない、続くステ
ップ１０２の処理で、これを上記（１）式から定まるパ
ルス周期ΔＴと比較し、次式が満足しているか否かを調
べる。なお、次式で、ｍは判定に所定の許容範囲を与え
るための定数である。

Δｔ≦ΔＴ−１−ｍ そして、結果がＮ、つまり否定と判断されたときには更
にステップ１０３とステップ１０４の各処理を実行し、
まず、ステップ１０３の処理として所定の警報信号を出
力し、警報装置１５（第１図）を動作させ、所定の警報
表示がなされるようにし、続いてステップ１０４の処理
としてインバータ装置１６の出力を所定値以下に低減抑
制する処理、或いはその運転を停止させる処理の何れか
を実行して、このフローチャートによる処理を終了させ
る。

一方、ステップ１０２での判断結果がＹ、つまり肯定と
なった場合には、インバータ装置の入力側に異常がなく
、正常に動作していることになるので、そのまま処理を
終了するのである。

従って、この実施例によれば、交流電源１の欠相や、順
変換部２の故障などのインバータ装置の入力側の異常を
、常に確実に検出することが出来、その結果として得ら
れる異常警報信号によりインバータ装置の運転を停止さ
せたり、その出力を所定値以下に低減させて運転を継続
させたりする制御が可能になり、さらに深刻な異常への
移行を充分に防止することができる。

なお、この実施例では、インバータ装置１６が極めて軽
負荷状態で運転されているとき、すなわち、この場合は
誘導電動機５が要求している電力が定格よりもかなり少
なかったときには、インバータ装置の入力側に異常が発
生してもリップル成分ＶｅｒやＩｃｒのレベルが低くて
検出できない場合が考えられるが、このように負荷が軽
い場合には、そのまま運転を継続しても更なる異常への
移行の虞れはないから、特に問題はない。

次に、本発明の他の実施例について説明する。

上記したインバータ装置の入力側の異常について、第５
図を参照して考察すると、以下の態様に分類できる。

ａ、交流電源１から供給されている３相交流のＵ相、■
相、Ｗ相のいずれかの欠相。

ｂ、順変換部２を構成している６個のダイオードＤＵ、
　Ｄｖ、　Ｄｗ、　Ｄｘ、　Ｄｒ、Ｄｚの少なくとも１
個の開放故障。

Ｃ９上記ａの異常とｂの異常の複合発生。

なお、このような異常の発生原因としては、接続線路や
素子内での断線発生のほか、製造時や補修時での結線誤
り、接続忘れなども考えられる。

そこで、本発明の一実施例では、これらの異常を分析し
分類分けして検出し、自己診断ができるようになってい
る。

まず、第６図は、交流電源１から供給されている３相交
流の相間電圧■υＷ、Ｖｖｕ、ＶＷＶの波形と、電源電
圧検出器１３から出力されるオン・オフ信号Ｖｕｗｓと
、コンパレータ回路１２から出力されるオン・オフ信号
Ｖｃｓ、Ｉｃｓとを示したタイミングチャートであるが
、これに、順変換部２を構成している６個のダイオード
Ｄｕ、　Ｄｖ、　Ｄｗ、Ｄ、、ＤＹ、Ｄ２の、それぞれ
の導通状態と非導通状態とを○とＸとで表わした状態図
を付加したもので、これから明らかなように、インバー
タ装置の入力側が正常な状態にあるときには、交流電源
ｌから供給されている３相交流電力の周波数ｆから定ま
る１サイクルの周期Ｔ内には、上記したリップル成分に
よるオン・オフ信号Ｖｃｓ、・Ｉｃｓが６個現われる。

しかして、異常が発生したときには、上記したように、
このオン・オフ信号Ｖｃｓ、　　Ｉｃｓに欠如を生じる
。

そこで、次に、これら６個のオン・オフ信号■ｃｓ、Ｉ
ｃｓに、上記した、Ｕ相とＷ相の相間電圧ＶυＷの正極
性部分と負極性部分でそれぞれレベルが“１”と“０″
になるオン・オフ信号■Ｕｗｓとの関係に応じて、図示
のように、順番に番号■〜■を付してみる。

そうすると、異常時で、これら■〜■のオン・オフ信号
Ｖｃｓ、　　Ｉｃｓに欠如が現われたとき、それが■〜
■のいづれの信号であるかにより、異常の内容が、上記
した態様の何れであるかを知ることができる。

例えば、いま、■と■のオン・オフ信号Ｖｃｓ、Ｉｃｓ
に欠如力５′ｆｉｌわれだとすると、第６図の下側に示
しであるダイオードの状態表から、順変換器２内のダイ
オードＤｕに開放故障が発生したと知ることができ、次
に、■、■、■、それに■の４個のオン・オフ信号Ｖｃ
ｓ、　　Ｉｃｓに欠如が現われたとすると、このときに
はＵ相に欠相が発生したことと知ることができるのであ
る。

そこで、マイクロコンピュータ１４は、上記した各種の
信号、すなわち、コンパレータ回路１２から出力される
オン・オフ信号Ｖｃｓ、Ｉｃｓと、電源電圧検出器１３
から出力されるオン・オフ信号■Ｕｗｓとをそれぞれ取
り込み、予め格納しである所定の処理プログラムにした
がった演算処理を実行し、第６図で説明した判断処理、
すなわち、順変換部の入力側での電圧変化と出力側での
電圧変化の比較解析処理を行ない、異常内容を自己診断
し、その結果を警報装置１５に出力して所定の警報表示
がなされるように構成しである。

従って、この実施例によれば、異常発生に際して、それ
が警報され、インバータ装置の運転停止や所定の出力低
減のもとての運転継続などの異常対策が自動的に得られ
るとともに、異常内容の自己診断結果が与えられるので
、的確な異常対策を容易に施すことができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、インバータ装置が通常備えている、制
御用のマイクロコンピュータに、簡単な処理機能を付加
するだけで、常に確実に異常検出と自己診断が可能にな
るから、ローコストで信頼性の高いインバータ装置を容
易に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるインバータ装置のの一実施例を示
すブロック図、第２図及び第３図は動作説明用の波形図
、第４図は本発明の一実施例の動作を説明するフローチ
ャート、第５図は本発明の一実施例における入力側の回
路図、第６図は本発明の他の一実施例の動作を説明する
タイミングチャートである。 ｌ・・・・・・交流電源、２・・・・・・順変換部、３
・・・・・・平滑用のコンデンサ、４・・・・・・逆変
換部、５・・・・・・誘導電動機、６・・・・・・電磁
接触器、７・・・・・・突入電流抑制用の抵抗器、８．
９・・・・・・電流検出器、１０．１１・・・・・フィ
ルタ回路、１２・・・・・・コンパレータ回路、１３・
・・・・・電源電圧検出器、１４・・・・・・マイクロ
コンピュータ、１５・・・・・・警報装置、１６・・・
・・・インバータ装置全体。 ｗｉ１図 １１２図 （０）正ｌ＃吟 （ｂ）填業眸 第３図 （０）正儒時 （ｂ）買零時 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入力された多相交流を直流に変換する順変換部と、
   この順変換部から出力される直流を多相交流に変換して
   出力する逆変換部とを備えたインバータ装置において、
   上記順変換部の入力側での電圧変化と出力側での電圧変
   化を比較解析する演算処理手段を設け、該演算処理手段
   による上記比較解析結果により、上記インバータ装置の
   入力側での異常内容の自己診断を行なうように構成した
   ことを特徴とするインバータ装置の異常検出装置。 ２、入力された多相交流を直流に変換する順変換部と、
   この順変換部から出力される直流電力を多相交流に変換
   して出力する逆変換部とを備えたインバータ装置におい
   て、上記順変換部の直流側の端子電圧及び端子電流の少
   なくとも一方に含まれるリップル成分を検出する手段と
   、検出したリップル成分の周期を算定する手段と、上記
   リップル成分の周期が予め定められている所定値を越え
   たとき警報信号を発生する手段と、この警報信号に応じ
   てインバータ装置の運転停止制御及び出力低減制御の少
   なくとも一方を実行する手段とを設けたことを特徴とす
   るインバータ装置の異常検出装置。