JPH0670498U - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 過電流保護レベルと電流制限レベルとの間に
余裕を持たせて装置が運転停止することがなくなるよう
にする。 【構成】 電流検出回路１９は、インバータ主回路１６
の通電電流を検出する。レベル設定回路２０は出力周波
数信号ｆｒに基いてこれに比例した信号を電流制限レベ
ルの信号として制御回路１８に与える。制御回路１８
は、インバータ主回路１６に対し、通常はスイッチング
素子１５に制御信号を与えて交流電動機１７に交流出力
を給電し、その通電電流が電流制限レベルを超えると電
流制限動作を行う。この動作は、出力周波数が低いほど
低い通電電流に対して実行されるので、電圧周波数比や
加速時間の調整を誤った場合でも通電電流が過電流保護
レベルに達する前に電流制限を行って装置を運転停止さ
せることがなくなる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、負荷への通電電流が過大となってインバータ主回路のスイッチング 素子が破壊に至るのを保護する機能を有するインバータ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

この種のインバータ装置としては、例えば、図４および図５にに示すようなも のがある。すなわち、インバータ装置１は、交流電源２から整流回路３および平 滑コンデンサ４を介して整流平滑された直流出力を、６個のスイッチング素子５ ａを三相ブリッジ接続してなるインバータ主回路５を介して所定周波数の交流出 力に変換して負荷としての例えば交流電動機６に与えるものである。インバータ 主回路５は制御回路７からスイッチングの制御信号が与えられるようになってお り、そのオンオフタイミングにより所望の周波数および電圧を有する交流電源を 交流電動機６に供給するのである。これにより、交流電動機６を可変速制御する ことができるものである。

【０００３】 ところで、インバータ装置１には、インバータ主回路５のスイッチング素子５ ａを過電流破壊から防止するために、出力電流を制限して保護するようにした電 流制限機能を有するものがある。これは、例えば、インバータ主回路５に流れる 電流をその通電経路に設けた電流検出回路８により検出し、インバータ主回路５ に流れる電流がスイッチング素子５ａの定格電流値に近い値である電流制限レベ ルに達したときに、制御回路７により、それまで交流電動機６に交流電源を供給 するようにスイッチング素子５ａをオンオフ制御していたのに対して、インバー タ主回路５と交流電動機６との間で循環電流が流れるモードに切り換えて制御す るようにしたものである。

【０００４】 これにより、スイッチング素子５ａは交流電動機６への通電電流が電流制限レ ベル以下の値となるようにオンオフ制御され、交流電動機６に過電流が流れるこ とでインバータ装置１が運転停止に陥ることが防止され、交流電動機６の連続運 転を実施することができるものである。

【０００５】 なお、このように設定された電流制限レベルは、上述のようにスイッチング素 子５ａの定格電流値よりも小さい値に設定されており、過電流がスイッチング素 子５ａに流れることによりインバータ装置１が運転停止しないように制御するの に対して、何らかの原因によりスイッチング素子５ａに定格電流以上の過電流が 流れたときには、スイッチング素子５ａを過電流破壊から防止するために、イン バータ装置１を運転停止すべく制御回路７により制御するようになっている。

【０００６】 このような制御は、例えば、図５に示すように、電流検出回路８により検出さ れるインバータ主回路５の通電電流Ｉの値が図中破線で示す電流制限レベルを超 えたときに（時刻ｔ０）、制御回路７により交流電動機６からインバータ主回路 ５へ循環電流が流れるモードに切り換えて電流制御動作を行うようになる。これ により、通電電流Ｉが低下して電流制限レベルよりも低下するようになる（時刻 ｔ１）。すると、制御回路７は再びインバータ主回路５のスイッチング素子５ａ に対して通電モードのオンオフ制御信号を与えて通電制御するようになる。

【０００７】 このようにして、以下、同様に、制御回路７はインバータ主回路５の通電電流 Ｉを電流制限レベルを大幅に超えないようにして交流電動機６に通電制御するよ うになり、スイッチング素子５ａへ定格電流以上の過電流が流れてインバータ装 置１を運転停止するに至らしめないようにするものである。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上述のような従来構成のものにおいては、例えば、図５にも示 すように、インバータ主回路５の通電電流Ｉが急激に増大した場合に、制御回路 ７による電流制限動作が追いつかずに、通電電流Ｉが制限される前に過電流保護 レベルを超えてしまう場合があり、この場合には、インバータ装置１が運転停止 されてしまう不具合がある。

【０００９】 一般に、インバータ装置１により交流電動機６の過変速制御を行う場合におい て、インバータ主回路５に流れる通電電流Ｉは、（１）交流電動機６に接続され る負荷の大きさ，（２）インバータ装置１の出力電圧／周波数比の大きさおよび （３）負荷の回転数を立ち上げるための加速時間の大きさなどにより変化する。 そして、これらの条件によっては、通電電流Ｉの大きさが電流制限レベルを超え た後、電流制限動作により制限される前に過電流保護レベルまで達してしまい、 インバータ装置１を運転停止させる結果となるのである。

【００１０】 この場合、（１）の交流電動機６に接続される負荷の大きさによる過電流保護 の動作は、システムの設計時点であらかじめ負荷量を見積もって交流電動機６お よびインバータ装置１を選定しておけば対処できる。

【００１１】 しかし、前述の（２）で述べたインバータ装置１の出力電圧／周波数比の大き さについては、一般に設定周波数に対して出力電圧の比を大きくするほど交流電 動機６により発生するトルクを大きくすることができ、しかもインバータ装置１ において出力電圧比の設定変更を比較的簡単に行える場合には、使用者により不 用意に電圧／周波数比が高く設定された場合にインバータ装置１の起動時におけ る出力電流が過大且つ急俊な立ち上がりとなるため、前述の過電流保護動作が実 行されて運転停止に至ることがある。

【００１２】 また、（３）に示した加速時間の調整については、タクトタイムを短縮するた めに負荷の回転数をできるかぎり速く立ち上げたい事が多いため、使用者により 不用意にインバータ装置１の加速時間を短く設定されることがあり、その場合に 、交流電動機６により発生可能な加速トルクが限られていることから通電電流が 増大し、過電流保護レベルを超えてしまう場合がある。

【００１３】 つまり、従来のインバータ装置１においては、出力電圧／周波数比や加速時間 を誤って設定すると、交流電動機６に対する通電電流が電流制限レベルを超えた 後、電流制限動作により通電電流が抑制される前に過電流保護レベルに達してイ ンバータ装置１の運転が停止されてしまうのである。

【００１４】 そこで、このような不具合を解決するためには、電流制限レベルと過電流保護 レベルとの間のマージンを大きく取れば良いが、例えば、インバータ主回路５の スイッチング素子５ａを定格電流値が大きいものを用いて過電流保護レベルを高 くしようとする場合には、高価なスイッチング素子を用いる必要があり、コスト 的に引き合わなくなる。一方、電流制限レベルを低く設定する場合には、交流電 動機６の運転を滑らかに行うことができなくなる不具合がある。

【００１５】 本考案は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、従来と同レベルの 定格電流値を有するスイッチング素子をインバータ主回路に採用しながら、出力 電圧／周波数比あるいは加速時間の調整を誤った場合でも、通電電流を簡単に過 電流保護レベルまで上昇させることなく、したがって、装置を運転停止に至らし めることがないインバータ装置を提供するにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】

本考案は、直流出力をスイッチングして交流電動機に設定周波数の交流出力と して与えるためのスイッチング素子を含んでなるインバータ主回路を備え、前記 交流電動機への通電電流が前記スイッチング素子の定格電流に対応して設定され た過電流保護レベルを超えたときに前記通電電流を停止するように制御する過電 流保護機能を有するインバータ装置を対象とするものであり、前記インバータ主 回路に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記インバータ主回路の設定周波 数が低くなるに従って電流制限レベルを低くなるように設定する電流制限レベル 設定手段と、前記電流検出手段の検出電流が前記電流制限レベル以上となったと きに前記交流電動機への通電電流を制限するように前記インバータブリッジ回路 を制御する制御手段とを具備したところに特徴を有する。

【００１７】

【作用】 本考案のインバータ装置によれば、インバータ主回路は、スイッチング素子の オンオフが制御されて直流出力を設定周波数の交流出力として交流電動機に与え るようになる。このとき、電流制限レベル設定手段は、インバータ主回路の設定 周波数が低くなるに従って電流制限レベルを低くなるように設定している。そし て、インバータ主回路の通電電流は電流検出手段により検出されており、制御手 段は、電流検出手段による検出電流のレベルが設定された電流制限レベル以上と なったときにインバータ主回路による交流電動機への通電電流を制限するように 制御するようになる。

【００１８】 この場合、交流電動機は、負荷に対し、通常状態においては、出力周波数が低 い領域で大電流が必要ない場合に、通電電流の電流制限レベルを大きく設定する 必要がないので、そのときの周波数が低いときには電流制限レベルが低く設定さ れても支障を来すことがない。そして、インバータ主回路がこのような低い周波 数領域で運転されている状態において、負荷自体は小さくてもインバータ装置の 出力電圧／周波数比や加速時間の調整を誤ると、交流電動機に大電流が流れてし まう場合が発生するが、このときには、通電電流が過大になる前に設定された電 流制限レベルに達するため、制御手段によりインバータ主回路のスイッチング素 子の制御状態が通電電流を制限するように動作するので、急激に通電電流が増大 した場合でも過電流保護レベルまで到達することがなくなり、インバータ主回路 が運転停止に至ることがなくなる。

【００１９】

【実施例】

以下、本考案の一実施例について図面を参照しながら説明する。 全体の電気的構成を示す図１において、インバータ装置１１は、交流電源１２ から整流回路１３および平滑コンデンサ１４を介して整流平滑された直流出力を 得ると共に、６個のスイッチング素子１５を三相ブリッジ接続してなるインバー タ主回路１６を介して所定周波数の交流出力に変換して負荷としての例えば交流 電動機１７に与えるものである。また、インバータ主回路１６は、制御回路１８ からスイッチングの制御信号が与えられるようになっており、そのオンオフタイ ミングにより所望の周波数および電圧を有する交流電源を交流電動機１７に供給 するのである。これにより、交流電動機１７を可変速制御することができるもの である。

【００２０】 インバータ主回路１６の入力側の電源ラインＡには電流検出手段としての電流 検出回路１９が介在されており、インバータ主回路１６の通電電流Ｉを検出して 出力するようになっている。電流制限レベル設定手段としてのレベル設定回路２ ０は、インバータ主回路１６の出力周波数信号ｆｒが与えられると共に、電流検 出回路１９から検出電流の信号Ｓが与えられるようになっている。そして、レベ ル設定回路２０は、後述するようにして出力周波数信号ｆｒに基いて電流制限レ ベルＬａを設定すると共に、検出電流信号Ｓの値を電流制限レベルＬａと比較し てモード設定信号Ｍを制御回路１８に与えるようになっている。なお、出力周波 数信号ｆｒは、インバータ主回路１６により現在出力されている交流出力の周波 数に比例した値を示す信号である。

【００２１】 図２はレベル設定回路２０を詳細に示すもので、加算器２１は、その入力端子 に抵抗２２を介して出力周波数信号ｆｒが与えられると共に抵抗２３を介して設 定器２４から所定の比例分の電圧が与えられ、入出力端子間には抵抗２５が接続 されている。そして、加算器２１は、出力周波数信号ｆｒに所定の比例分を加算 した信号を電流制限レベル信号Ｌａとして出力端子に与えるようになっている。 これは、周波数がゼロのときでもある程度の出力が得られるようにしたものであ る。

【００２２】 加算器２１の出力端子は抵抗２６とツェナーダイオード２７とからなるリミッ ト回路２８を介して比較器２９の一方の入力端子に接続されている。リミット回 路２８は、加算器２１から出力された信号のレベルが一定レベル（Ｌａｍａｘ） 以上になったときにそれ以上の値とならないように制限するものである。比較器 ２９の他方の入力端子には電流検出回路１９の出力端子が接続され、検出電流信 号Ｓが入力されるようになっている。そして、比較器２９は、検出電流信号Ｓの 値が大きい場合に電流制限を行うための制御モード信号Ｍを出力するようになっ ている。

【００２３】 なお、図示はしていないが、インバータ主回路１６のスイッチング素子１５に 過電流が流れて過電流破壊を起こすのを防止するために、電流検出回路１９によ る検出電流レベルＳが過電流保護レベルＬｓを超えると、制御回路１８によるイ ンバータ主回路１６の運転を停止させるようになっている。

【００２４】 次に、本実施例の作用について図３をも参照して説明する。 すなわち、整流回路１３および平滑コンデンサ１４は、交流電源１２から給電 されると、これを整流平滑して直流出力に変換してインバータ主回路１６に入力 する。インバータ主回路１６は、制御回路１８から与えられる制御信号に応じて スイッチング素子１５がオンオフ制御され、設定された出力周波数および出力電 圧を交流電動機１７に与えるようになる。

【００２５】 このとき、レベル設定回路２０には、電流検出回路１９により検出されたイン バータ主回路１６に入力される通電電流の検出電流信号Ｓおよび出力周波数信号 ｆｒが与えられている。出力周波数信号ｆｒは、インバータ装置１１が出力して いる現在の周波数に比例した信号であり、レベル設定回路２０においては、加算 器２１により、この出力周波数信号ｆｒに設定器２４からの比例分を加算して周 波数がゼロの場合でもある程度の出力があるようにして設定した信号をリミット 回路２８を介して比較器２９に入力するようになっている。

【００２６】 リミット回路２８は、加算器２１から与えられる信号の電圧レベルがツェナー ダイオード２７のツェナー電圧Ｖｚ以下のときにはそのまま比較器２９に与え、 ツェナー電圧Ｖｚ以上の電圧レベル（Ｌａｍａｘ）であるときにはツェナー電圧 Ｖｚを比較器２９に与えるリミット機能を果たすものである。そして、このよう に加算器２１からリミット回路２８を介して比較器２９に与えられる信号が、設 定周波数に応じた電流制限レベル信号Ｌａとなる。

【００２７】 比較器２９においては、電流検出回路１９から与えられるインバータ主回路１ ６の通電電流に相当する検出電流信号Ｓのレベルと電流制限レベルＬａとを比較 して検出電流信号Ｓが大きいときには電流制限をかけるためのモード信号Ｍを制 御回路１８に与えるようになる。制御回路１８は、通常は設定周波数に応じた出 力を与えるようにインバータ主回路１６に制御信号を出力しているが、電流制限 をかけるためのモード信号Ｍが比較器２９から与えられると、電流制限動作を行 うように制御信号を出力するようになる。

【００２８】 これにより、インバータ主回路１６から交流電動機１７へ流れる出力電流が制 限されるようになる。このとき、電流制限レベルＬａは、上述のように出力周波 数に比例したレベルに設定されているので、出力周波数ｆｒが低いときほど過電 流保護レベルＬｓとの間のレベル差を大きくとることができるようになる。

【００２９】 したがって、出力電圧の設定変更が比較的簡単に行えて使用者により不用意に 電圧／周波数比が高く設定された場合でも、起動時における出力電流が過大且つ 急俊な立ち上がりとなったときに、すぐに電流制限レベルＬａに達して電流制限 動作が行われるようになるので、通電電流Ｉのレベルが過電流保護レベルＬｓに 達して装置が運転停止に至ることがなくなる。

【００３０】 また、加速時間の調整において、タクトタイムを短縮するために負荷の回転数 をできるかぎり速く立ち上げようとして、使用者により不用意に加速時間を短く 設定した場合でも、立上がり時に出力周波数が低いレベルでは電流制限レベルＬ ａが低く設定されていることにより、突入電流等の過大な通電電流が流れようと したときに、すぐに電流制限レベルＬａに達して電流制限動作が行われるように なるので、通電電流Ｉｓのレベルが過電流保護レベルＬａに達して装置が運転停 止に至ることがなくなる。

【００３１】 このような本実施例によれば、インバータ主回路１６の通電電流を制限する電 流制限レベルＬａの設定を、レベル設定回路２０により出力周波数ｆｒの大きさ に比例して設定するようにしたので、出力周波数ｆｒが低いときには電流制限レ ベルＬａが小さく設定されて、過電流保護レベルＬｓに対して余裕を持った状態 で電流制限動作を行うことができるようになるので、従来と同レベルの定格電流 値を有するスイッチング素子をインバータ主回路に採用しながら、出力電圧／周 波数比あるいは加速時間の調整を誤った場合でも、通電電流を簡単に過電流保護 レベルＬｓまで上昇させることなく、したがって、装置を運転停止に至らしめる ことがなくなるものである。

【００３２】 なお、上記実施例においては、電流制限レベル設定手段としてレベル設定回路 ２０を用いた場合について説明したが、これに限らず、例えば、マイクロコンピ ュータなどを用いてプログラムにより電流検出手段の検出電流に応じてインバー タ主回路の設定周波数が低くなるに従って電流制限レベルを低くなるように設定 するように構成しても良い。

【００３３】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案のインバータ装置によれば、電流検出手段により インバータ主回路に流れる電流を検出し、電流制限レベル設定手段によりインバ ータ主回路の設定周波数が低くなるに従って電流制限レベルを低くなるように設 定し、制御手段により、電流検出手段の検出電流が電流制限レベル以上となった ときに交流電動機への通電電流を制限するようにインバータブリッジ回路を制御 するように構成したので、出力周波数が低いときには電流制限レベルが小さく設 定されて、過電流保護レベルに対して余裕を持った状態で電流制限動作を行うこ とができるようになるので、従来と同レベルの定格電流値を有するスイッチング 素子をインバータ主回路に採用しながら、出力電圧／周波数比あるいは加速時間 の調整を誤った場合でも、通電電流を簡単に過電流保護レベルまで上昇させるこ となく、したがって、装置を運転停止に至らしめることがなくなるという優れた 効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す電気的構成図

【図２】電流検出部の電気的構成図

【図３】出力周波数と電流制限レベルとの関係を示す作
用説明図

【図４】従来例を示す図１相当図

【図５】通電電流を制御したときの時間的変化の様子を
示す図

【符号の説明】

１１はインバータ装置、１２は交流電源、１３は整流回
路、１４は平滑コンデンサ、１５はスイッチング素子、
１６はインバータ主回路、１７は交流電動機、１８は制
御回路（制御手段）、１９は電流検出回路（電流検出手
段）、２０はレベル設定回路（電流制限レベル設定手
段）、２１は加算器、２８はリミット回路、２９は比較
器である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流出力をスイッチングして交流電動機
   に設定周波数の交流出力として与えるためのスイッチン
   グ素子を含んでなるインバータ主回路を備え、前記交流
   電動機への通電電流が前記スイッチング素子の定格電流
   に対応して設定された過電流保護レベルを超えたときに
   前記通電電流を停止するように制御する過電流保護機能
   を有するインバータ装置において、 前記インバータ主回路に流れる電流を検出する電流検出
   手段と、 前記インバータ主回路の設定周波数が低くなるに従って
   電流制限レベルを低くなるように設定する電流制限レベ
   ル設定手段と、 前記電流検出手段の検出電流が前記電流制限レベル以上
   となったときに前記交流電動機への通電電流を制限する
   ように前記インバータブリッジ回路を制御する制御手段
   とを具備したことを特徴とするインバータ装置。