JPH04172918A - インバータ装置 - 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、誘導電動駆動用インノく一夕のトリ・ノブ時
の自動リセットに関するものである。

従来の技術 インバータ装置には、パワートランジスタや主回路用コ
ンデンサ等を破壊から保護する目的で各種の保護機能を
持っている。それらのうち、警報や注意を喚起したり、
制御に割り込みをかけて、それらの危険を未然に防止す
るものと、動作を停止し危険状態から脱出するもの（ト
リップと一般に呼ばれている。）とに分けられる。これ
らの内容についての従来例を、第２図で説明する。

第２図で１は三相、又は単相電源、２はブリッジダイオ
ード、３は主回路コンデンサ、４はパワー　ト５　：／
ジスタ・ＭＯＳＦＥＴ　（Ｍｅ　ｔａ　１０ｘｉｄｅ　
　Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　　ＦｉｅｌｄＥｆｅｃ
ｔ　　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａ
ｔｅｄ　　Ｇａｔｅ　　ＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓ
ｔｏｒ）等のパワースイッチング素子より構成されるイ
ンバータ部、５はモータ、６はコンバータ部（ブリッジ
ダイオード２とコンデンサ３より構成される）の電圧を
検出し、危険な状態、例えばモータからの回生電力によ
りコンデンサ３やインバータ部４のパワースイッチング
素子が耐圧オーバーで破壊されたり、反対に停電等の電
圧降下により破壊寸前の危険状態になることを防止する
ために、設定された電圧範囲を越えた時にトリップ信号
を発生する過電圧・不足電圧検出回路、７はインバータ
部４に過大電流が流れてパワースイッチング素子が破壊
されることを防止するため規定以上の電流が流れた時ト
リップ信号を発生させる過電流検出回路、８は９のＣＴ
（変流器）によりモータに流れる電流を検出しパワース
イッチング素子の過大電流による破壊の防止や、モータ
の焼損を保護するため規定以上の電流が流れたときトリ
ップ信号を発生するモータ電流検出回路８．トリップ記
憶回路１０、過電圧不足電圧検出回路６、過電流検出回
路７、モータ電流検出回路８のそれぞれからの電流によ
りトリップ信号を記憶するトリップ記憶回路、１１はト
リップして運転を休止しているこ七を表示するトリップ
表示回路、１２はインバータから出力する周波数の指示
や運転・停止指示を入力したり、トリップ信号を出力す
るための入・出力インターフェース回路、１３は１２の
入・出力インターフェース回路からの指示や１０のトリ
ップ記憶回路からの指示に従いインバータの動作を決定
する主制御回路、１４は１３の主制御回路からの指示に
従って、具体的にパワースイッチング素子をスイッチン
グさせるためのゲートドライブ回路で、４のインバータ
部のパワースイッチング素子をオン、オフする。

次に従来例のトリップとリセットについて説明する。

前述の如く、コンバータ部の過電圧や不足電圧、インバ
ータ部の過電流、モータに流れる過大電流等のトリップ
信号が発生すると、トリップ記憶回路１０はその信号を
ラッチし速やかに主制御回路１３へ伝達し、ゲートドラ
イブ回路１４のゲート信号をオフし、インバータ部４の
パワースイッチング素子をすべてオフの状態にしてトリ
ップ状態にする。

インバータがトリップするのは、モータの地絡・焼損過
負荷・過大慣性負荷等の要因や、モータの加速・減速の
レートを決めるソフトスタート時間・ソフトダウン時間
の不適正、モータ印加周波数の不適正等の要因が存在す
るからであり、通常はインバータのトリップのリセット
（トリップ解除〉はそれらの要因を取り除いてから行う
ため、自動的にリセットする必要はあまりなく、入出力
インターフェース回路１２ヘリセツト信号を入力してリ
セットするか、−旦インバータの入力電源１を遮断しト
リップ記憶回路や主制御回路の制御電圧をな（して、再
度電源１を投入し初期電源投入状態にすることでリセッ
トされる。

例外として、空調機（エアコン）のコンプレッサー運転
用インバータの場合のようにトリップする要因がコンプ
レッサーの高圧側の圧力上昇であるならば、数分の時間
を置けば圧力がバランスしトリップ要因がなくなるので
自動リセットし運転を再開することができる場合もある
が、これらは負荷や、負荷の変化があらかじめわがって
いる特異な例で、汎用な用途にっかわれる汎用インバー
タでは、自動リセットすると急にモータが動きだし危険
な状態になることが考えられるので、自動リセットしな
い様になされている。

発明が解決しようとする課題 ところで、前述の電源の遮断・再投入でリセットする場
合について考えてみる。

この方法は、前述の如（電源を一旦遮断し、その後再投
入して各種制御回路を初期化することでトリップをリセ
ットするが、最近のインバータは各種制御回路の電源を
コンバータ部の直流電源を利用したＤＣ／ＤＣコンバー
タ方式で構成しており、入力電源１を遮断してもコンバ
ータ部の電圧は急激に降下せずトリップ記憶回路の制御
電源がな（なるまで多大な時間を必要とする。

このことを計算で求めてみる。ここで、主回路コンデン
サ３の静電容量値Ｃを１０００ＩｉＦ　（マイクロ・フ
ァラッド）、電源遮断直前の交流入力電源１の電圧をＡ
Ｃ２００Ｖとすると、コンバータ部の直流電圧Ｖは、 Ｖ＝ＪＸ２００ ＝　　２８３Ｖ（ボルト） であり、コンデンサ３に蓄えている静電エネルギーＥは
、 Ｅ＝１／２ＣＶ２ ＝１／２ｘｌＯＯＯμＸ　（２８３）　２＝４０Ｊ（ジ
ュール） である。

仮ニ、ＤＣ／ＤＣ：Ｉ：／バークがＤＣｌｏｏＶまで電
圧降下しても各種制御電源に電圧を供給できるとすると
、その間の放出可能エネルギーＥ′は、Ｅ’＝４０−１
／２Ｘ１０００μ×（１００）２勢３５　　Ｊ である。

トリップしている時はインバータ部４はオフしており、
それへのゲートドライブ電力は不要であるからインバー
タの制御電源は、５Ｗ（ワット）もあれば十分であり上
記放出エネルギーＥ′は全てインバータの制御電源に使
用したとして、３５Ｊ消費する時間Ｔは、 Ｔ＝３５（Ｊ）二５（Ｗ） ＝７　Ｓ（秒） となり、入力電源を遮断し再投入してトリップをリセッ
トするには７秒以上の時間をおかないと主制御回路やト
リップ記憶回路の初期化ができないことを意味しており
、トリップのリセットに多大な待ち時間が必要で、能率
が悪い・不便等の欠点があった。

それの対策として、第３図のように電源遮断検出回路１
５を設け、電源遮断を検出してその信号を主制御回路１
３へ伝達し、その信号をもってトリップ時に自動トリッ
プリセットする方法があるが、コストアップになること
、及び正常運転時の瞬時停電や電圧低下でこの機能が弊
害にならないよう配慮する必要があった。これは運転可
能な瞬時停電や電圧降下に対してトリップすべきか否か
は、その時のコンバータ電圧とモータの負荷状態で決ま
り、瞬時停電や電圧降下の時間、降下量に必ずしも比例
しないからである。

別の対策として、コンバータ部の電圧を検出し、例えば
ＤＣ２００Ｖ以下になったならば電源が遮断されたとみ
なす方法があるが、トリップが過電圧により発生しその
検出値がＤＣ４００Ｖであったとすると、前述の例より
ＤＣ４００ＶからＤＣ２００Ｖに降下するまでに要する
時間Ｔ′は、Ｔ’＝（１／２Ｘ１０００μＸ４００２−
１／２Ｘ　１０００μＸ２００２　）　　τ５Ｗ共６０
　　Ｊ−；５　　Ｗ ＝　１２３ となり、トリップリセットに１２秒も待機する必要があ
り適切な対策とは言えない。

その上に電源が瞬時停電し、すぐに復帰する場合を考え
てみると、停電や瞬時停電でコンバータ部の直流電圧が
規定値を割らなければ正常運転をそのまま継続してよい
が、規定値を割ってトリップした直後に電源が復帰した
場合はトリップ記憶を保持し、異常があった事を明示し
た方が使用者の機器の異常要因把握のために必要なこと
が多いからである。

しかるにこの対策ではトリップをリセットし正常運転を
再開してしまう問題が有る。

以上述べた如く電源を遮断しインバータを初期状態にす
ることでトリップをリセットする方法は、待機時間が長
いという欠点があり、その上入力の電源状態を監視し電
源が遮断されているか否かを検出しても必ずしも完全に
トリップをリセットできない問題があった。

本発明の目的は、上記問題点を除去し、電源遮断で確実
にトリップを自動リセットするインバータ装置を提供す
ることである。

課題を解決するための手段 この目的を達成するため、本発明はコンバータ部の直流
電圧を検出し、その値の変化率により電源遮断や電源復
帰を検知してトリップを自動的にリセットするものであ
る。

作用 電源遮断時、コンバータ部の主回路コンデンサへ供給さ
れていた入力電源からのパワーは無（なるから、ＤＣ／
ＤＣコンバータ等の負荷への電力は、このコンデンサの
チャージエネルギーのディスチャージ（放電）より供給
される。

そして、コンバータ部の直流電圧Ｖｄｃの変化率と主回
路コンデンサの静動容量値Ｃの積は、コンバータの電流
１ｄｃであり、次式が成立する。

Ｉ　ｄｃ−”　ＣＸ　ｄ　（ｖｄｃ）　／　ｄ　を一方
その時のコンバータ部の負荷のワットＷ−０（インバー
タの消費電力）は、 Ｗｃ１ｃ　＝　Ｖ　ａｃ　Ｘ　Ｉ　ｄｃであるから結局
。

Ｗａｃ＝　ＶａｃＸ　ＣＸ　ｄ　（Ｖｄｃ）／　ｄ　ｔ
となり、Ｗ、ｃつまり負荷の消費電力（ワット）がわか
っていたらコンバータ部の電圧の変化率がきまり、それ
を検出することで主回路コンデンサのディスチャージ（
放電）により電力が供給されているか否か、つまり電源
が遮断されているか否がかわかる。

実施例 本発明の一実施例について第１図に基づいて説明する。

なお、従来例と同一構成部品については従来例と同一番
号を使用して説明を省略する。従来例の第２図と異なる
のは、コンバータ部の主回路コンデンサ３の電圧をＡ／
Ｄ変換（アナログ／デジタル変換）するＡ／Ｄ変換回路
１６が追加されていることである。

このＡ／Ｄ変換回路１６は主回路コンデンサ３の直流電
圧をＡ／Ｄ変換しマイコン等より構成される主制御回路
１３へその直流電圧のデジタル変換値、を伝達する。

次にその動作について説明する。作用で述べた如く主回
路コンデンサ３の直流電圧をＶｄｃ、その静電容量値を
Ｃ、インバータの消費電力をＷｄＣとして、 ｗｄｃ＝　ＶｄｃＸ　ＣＸ　ｄ　（Ｖｄｃ）　／　ｄ　
ｔが成立する。

トリップし、を源を遮断する面前の電源電圧がＡＣ２０
０Ｖならば、Ｖｄｃは、 Ｖ　ｄｃ　”　ｉＸ　２００　片２８３　Ｖである。ま
たトリップ時のインバータ全体の消費電力を５Ｗ、主回
路コンデンサ３の静電容量値Ｃを１０００μＦとすると
直流電圧の変化率は、ｄ　（Ｖｄｃ）／　ｄ　ｔ　＝Ｗ
／　（ＶｄｃＸ　Ｃ）＝５／　（２８３Ｘ１０００μ） ：１．７．７　［Ｖ／ＳＪ つまり、−秒間に１７．７Ｖの割合でコンデンサ電圧が
降下することを意味する。

ところでインバータ全体の消費電力は、モータ運転時イ
ンバータの出力容量によりパワースイッチング素子の電
流定格を変えるため、それをドライブするゲートドライ
ブ電力が変化するが、トリップ時等の停止時はゲート電
力は不要であり、インバータ全体の消費電力はインバー
タの出力容量の影響を受けに（い。

一方、主回路コンデンサ３の容量値はインバータの出力
容量に応じて変えているから交流入力室＃！１を遮断し
た時の主回路コンデンサ３の電圧の変化率（降下率）は
コンデンサ容量値に反比例する。

故に主回路コンデンサ３の容量値をインバータの条件設
定パラメータとしてマイコンにあらかじめインプットし
ておけば、その後は主回路コンデンサ３の直流電圧Ｖｄ
ｃを検出し、その変化率で電源が遮断されたか否かの識
別が容易であることは明白である。

次に具体的な動作について説明する。トリップが発生す
ると、マイコン等で構成する主制御回路１３はＡ／Ｄ変
換回路１６にコンバータ部のコンデンサ３の電圧値を把
握するためＡ’／Ｄ変換を指示する。そのＡ／Ｄ変換す
る間隔を例えば１秒毎におこなうと、その間のＡ／Ｄ変
換値の差がコンデンサ３の直流電圧の変化率ｄ　（Ｖｄ
Ｊ　／’ｄ　ｊを意味する。つまり、一定間隔で直流電
圧を測定することでその変化率を把握できる。変化率が
わかれば先に記載した如くパラメータで設定された主回
路コンデンサ３の容量値とインバータの負荷の消費電力
（ワット）より決まる変化率と比較し、一致すれば電源
１からの電力供給がない、つまり電源遮断状態であるこ
とがわかる。故にこの電圧変化率が数秒持続することを
もって電源遮断とみなすことが可能である。

次に過電圧トリップの場合について考えてみる。

過電圧トリップのレベルがＤＣ４００Ｖに設定されてい
る場合、過電圧トリップするとコンバータ部の電圧はＤ
Ｃ４００Ｖ、１）ＡＣ２００Ｖ入力時のコンバータ部直
流電圧ＤＣ２８３Ｖまでは、トリップにより停止状態の
消費電力の電圧変化率（降下率）で変化する。マイコン
はトリップを認識しているからＡ／Ｄ変換回路１６にＡ
／Ｄ変換を指示しＡ　、、、−’　Ｄ変換の結果から電
源遮断と誤判断する。それを防止するための対策として
トリップした場合必ず一旦電圧が変化しない時間が存在
すること、つまり過電圧トリップした場合でもＤＣ２８
３Ｖまで降下し、その後の電源遮断でトリップリセット
させる方法で誤判断を防止できる。これは、過電圧トリ
ップ以外のトリップはトリップが発生し運転を休止する
とコンバータ部の電圧が電源電圧で決まる直流電圧（Ａ
Ｃ２００Ｖ入力の時はＤＣ２８３Ｖ）になり電源遮断す
るまでその電圧を保持しているから、上記対策の弊害は
ない。唯一弊害は過電圧トリップしコンバータ部の電圧
がまだＤＣ２８３Ｖに達していないときにトリップリセ
ットの目的で電源遮断した場合で、この場合は電源電圧
の変化が持続し変化しない期間が存在しないのでマイコ
ンは電源遮断と判断出来ない。この場合の対策として以
下に説明する。

過電圧トリップするのはモータが回生運転になるからで
これはある運転周波数から停止に向かう状態の時に発生
する。マイコンはいつから停止状態に入るかを管理して
いるから、停止状態に入る寸前の直流電圧をＡ／Ｄ変換
回路１６に指示しその電圧を記憶してお（。そして過電
圧トリ・ツブ時では一旦電圧が変化しない期間がない時
は記憶していた直流電圧以下になった時点より本発明の
直流電圧の変化率検出で電源遮断とみなすことで確実に
トリップリセット出来る。

発明の詳細 な説明した様に、本発明は簡単な回路構成でインバータ
のトリップのリセットを確実に行えるものであり、コス
ト等で有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図〜第３
図は従来例のブロック図である。 １・・・・・・電源、２，３・・・・・・コンバータ部
、４・・・・・・インバータ部、１３・・・・・・主制
御回路、１６・・・・・・Ａ／Ｄ変換回路。 第１図 第２図 第３図 自発手続補正書 平成３　年４　月　７２０ ２発明の名称 インバータ装置 名　称　（５８２）松下電器産業株式会社代表者　　　
　谷　　井　　昭　　雄 松下電器産業株式会社内 ６、補正の内容 （１）明細書の第１頁第１４行〜第１６行の１トリップ
時の自動リセット」を「自動トリップリセット」に補正
します。 ？）同第２頁第９行の「Ｅｆｅｃｔ　Ｊを「Ｅｆｆｅｃ
ｔ　」に補正します。 轢）同第２頁第１８行の「破壊寸前の」を抹消します。 （Ｌ４）同第３頁第８行〜第９行の「モータ電流検出回
路８．トリップ記憶回路１０、」を「モータ電流検出回
路、１ｏは」に補正し１す。 （５）同第４頁第３行〜第４行の「素子をオン。 オフする。」を「素子へベース電流やゲート電圧等を供
給している。」に補正します。 （６）同第４頁第６行の「トリップとリセット」を「ト
リップリセット」に補正します。 （７）同第４頁第１０行〜第１４行の「速やかに・・・
・・・・・・にする。」を下記の通シ補正します。 ［速やかにゲートドライブ回路１４のゲート信号ラスへ
てオフシ、インバータ部４のパワースイッチング素子を
すべてオフの状態にし、トリップ状態であること、およ
びその要因を主制御回路１３へ伝達する。主制御回路１
３ばそのトリップ信号でインバータの動作を停止し、ト
リップ表示回路１１ヘトリツプしていることを表示させ
て、待機状態に入る。」 （８）同第４頁第２０行の「トリップのリセット」を「
トリップリセットヨに補正します。 （９）同第５頁第３行〜第４行の「１２へ・・・・・・
するか、」を「１２ヘトリップリセット信号を入力して
トリップリセットするか、」に補正します。 ＱＯ同第５頁第６行の「をなくして、」を「がなくなり
、」に補正します。 ａη　同第６頁第７行の「リセットされる。」を「トリ
ップリセットすることが多い。」に補正します。 （イ）同第５頁第１２行および第１６行の「自動リセッ
ト」を「自動トリップリセット」に補正します。 （至）同第６頁第１７行〜第１８行の「考えられるので
、・・・・−・・・・なされている。」を「考えられ、
自動トリップリセットしないことが多い。」に補正しま
す。 ０４　　同第５頁第１９行の「発明が解決しようとする
課題」を抹消します。 （至）同第５頁第２０行の「ところで、・・・・・・・
・リセッ」を「続いて、前述の電源の遮断・再投入でト
リソプリセノ」に補正します。 ＯＱ　　同第９頁第１６行の「以上述べた如く」を下記
の通シ補正します。 「発明が解決しようとする課題 以上述べた如くＪ α力　同第９頁第１７行および第２０行の「トリップを
リセット」を「トリップリセット」に補正します。 （至）同第１ｏ頁第３行の「断で確実にトリップを自動
リセットする」を「断で安定にトリップリセットする」
に補正します。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. コンバータ部の直流電圧をアナログ値からデジタル値に
   変換するＡ／Ｄ変換回路と、この変換回路より検出され
   た値の変化を演算し、その変化率で電源遮断と認識する
   判断機能を有し、検出した電圧変化率があらかじめ設定
   された変化率範囲ならば電源遮断と判断してトリップを
   リセット可能にするインバータ装置。