JPS6237096A - Protective device for overcurrent of inverter driving motor - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To protect overcurrents within the whole speed range by providing a pattern generating means through which an allowable current value is changed in response to the alteration of a cooling effect. CONSTITUTION:A frequency signal F is guided to an allowable-current pattern generator 21, and allowable currents IT corresponding to a cooling effect varying with the speed change of an induction motor 5 are outputted from the allowable- current pattern generator 21. An adder-subtractor 23 arithmetically operates a deviation between peak actual currents IP and allowable currents IT and inputs it to an integrator 24, and inputs an output from the integrator 24 to a comparator 16. The output from the integrator 24 is increased when the motor 5 is brought to overload, and the induction motor 5 is stopped when the output from the integrator 24 is made larger than a value of a setter.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は、可変電圧、可変周波数の交流電力を出力す
るインバータによｐ可変速駆動される自冷式交流電動機
の過電流保護装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of the Invention] The present invention relates to an overcurrent protection device for a self-cooled AC motor driven at a variable speed by an inverter that outputs AC power of variable voltage and frequency.

〔従来技術とその問題点〕[Prior art and its problems]

交流電動機として、例えば誘導電動機は構造が簡単で丈
夫であシ、保守をほとんど必要としない電動機であるが
、速度制御が容易に行なえないのが欠点であった。しか
し近年では半導体制御装置の進歩により、可変電圧、可
変周波数の交流電力を出力するインバータを使用すれば
、誘導電動機を容易に可変速運転できるようになったの
で、点検整備が常時必景な直流電動機の代シに多用され
るようになってきた。As an AC motor, an induction motor, for example, has a simple structure, is strong, and requires almost no maintenance, but it has the disadvantage that its speed cannot be easily controlled. However, in recent years, advances in semiconductor control equipment have made it possible to easily operate induction motors at variable speeds by using inverters that output AC power with variable voltage and frequency. It has come to be widely used as a substitute for electric motors.

ところで通常の誘導電動機は、運転中に当該電動機内部
に発生する熱を自冷式と称される方法により除去するよ
うにしている。すなわち誘導電動機の回転子にはファン
が取シ付けられておシ、電動機運転時にこのファンが回
転することによシ生ずる空気の流れが当該電動機の回転
子と固足子から熱を奪って、この電動機の温度が異常に
高くなるのを防いでいる。回転子に取シ付けられている
自冷用のファンは一般に２乗トルク特性であるから、回
転速度が僅かに変化しても電動機を冷却するための空気
流量が大幅に変化する。すなわち、速度の変化に対して
自冷式電動機は冷却効果が大幅に変動することになる。By the way, in a typical induction motor, heat generated inside the motor during operation is removed by a method called self-cooling. In other words, a fan is attached to the rotor of the induction motor, and the airflow generated by the rotation of this fan when the motor is operating removes heat from the rotor and solid foot of the motor. This prevents the temperature of this electric motor from becoming abnormally high. Since the self-cooling fan attached to the rotor generally has a square torque characteristic, even a slight change in rotational speed causes a significant change in the air flow rate for cooling the motor. In other words, the cooling effect of a self-cooled electric motor varies significantly as the speed changes.

一方、誘導電動機の過電流はサーマルリレーにより保護
する方式が一般的である。よってこの誘導電動機が基底
速度よりもはるかに低い速度で定格トルクを出力してい
るような場合、電動機に流れるｊ！ｔ＃、はほぼ定格値
であって当然サーマルリレーが動作するような過電流に
はなっていない。しかしながら上述したように、自冷式
誘導電動機では、低速運転時に自己のファンによる冷却
効果は僅かしか期待できないので、電流の発熱作用によ
り当該電動機温度が異常に上昇して焼損するおそれがあ
る。すなわち自冷式電動機はその速度とともに許容され
る電流容量が変化するので、単純にｔＲ，のみを検出し
て動作するサーマルリレーでは保護できない。On the other hand, it is common to use a thermal relay to protect an induction motor from overcurrent. Therefore, if this induction motor is outputting the rated torque at a speed much lower than the base speed, the flow to the motor will be j! t# is approximately the rated value, and naturally there is no overcurrent that would cause the thermal relay to operate. However, as described above, in a self-cooled induction motor, only a small cooling effect can be expected from the self-cooling fan during low-speed operation, so there is a risk that the temperature of the motor will abnormally rise due to the heat generation effect of the current, resulting in burnout. That is, since the allowable current capacity of a self-cooled motor changes with its speed, it cannot be protected by a thermal relay that operates by simply detecting tR.

それ故、可変速運転をする自冷式の誘導１１Ｌ動機では
、サーマルリレーの他に、巻線温度を検出できるサーモ
スタットあるいはサーミスタなどを固だ子巻線とともに
溝に埋込むなどの方法によシ、電流のみではなく、温度
をも監視して焼損事故の発生を防いでいる。しかしなが
ら、このような方法は、巻線温度監視手段を余分に備え
なければならないので高価になるばかシでなく、巻線絶
縁の弱点になる不都合もあわせて有する。Therefore, in a self-cooled induction 11L motor with variable speed operation, in addition to a thermal relay, a thermostat or thermistor that can detect the winding temperature is installed by embedding it in the groove together with the solid coil. In addition to monitoring current, temperature is also monitored to prevent burnout accidents. However, such a method is not only expensive because it requires additional winding temperature monitoring means, but also has the disadvantage of being a weak point in the winding insulation.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

この発明は、インバータが出力する可変電圧。 This invention is a variable voltage output by an inverter.

可変周波数の交流電力によシ町変速運転できる自冷式の
交流電動機が広い速度範囲で運転しているときでもその
速度に対応する過電流を確実に防止できるインバータ駆
動電動機の過電流保護装置を提供することを目的とする
。We have developed an overcurrent protection device for inverter-driven motors that can reliably prevent overcurrents that correspond to the speeds of self-cooled AC motors that can be operated at variable speeds using variable frequency AC power and operate over a wide speed range. The purpose is to provide.

〔発明の要点〕[Key points of the invention]

この発明は、インバータに駆動されて可変速運転する自
冷式交流電動機の冷却効果は、当該電動機の速度により
変化することから、交流電動機の速度と許容電流との関
係パターンを定め、この電動機に流れる実際電流と上記
の許容電流とを比較し、実際電流の方が大であるならば
、その偏差量を積分器に入力させることによシ、入力偏
差量の大小に対応する時間が経過したのちにトリップ信
号を出力して当該電動機を停止させることによシ、反限
時特性の過電流保護を行なおうとするものである。Since the cooling effect of a self-cooled AC motor that is driven by an inverter and operates at variable speed varies depending on the speed of the motor, this invention defines a relationship pattern between the speed of the AC motor and the allowable current, and The actual flowing current is compared with the above allowable current, and if the actual current is larger, the amount of deviation is input to the integrator, and the time corresponding to the magnitude of the input deviation amount has elapsed. By later outputting a trip signal to stop the motor, overcurrent protection with inverse time limit characteristics is attempted.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

第１図は本発明の実施例を示すブロック図である。この
第１図において、トランジスタと、これに逆並列接続さ
れたダイオードとで形成されるアームをブリッジ接続す
ることでインバータを構成するのであるが、直流電源２
からの直流電力は、このインバータを構成している各ト
ランジスタを順次オン、オフ動作させることで所望の電
圧と周波数の交流電力に変換される。この可変電圧、可
変周波数の交流電力を出力するインバータ（以下ではＶ
ＶＶＦインバータと略記する）３により交流電動機とし
ての誘導ｔＩｔｈ機５は所望の速度で運転される。なお
変流器４はこの誘導電動機５に流れる電流を絶縁して検
出する。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. In Fig. 1, an inverter is constructed by bridge-connecting an arm formed by a transistor and a diode connected in antiparallel to the transistor, but the DC power supply 2
The DC power from the inverter is converted into AC power at a desired voltage and frequency by sequentially turning on and off the transistors that make up this inverter. This inverter (hereinafter referred to as V
An induction tIth machine 5 as an AC motor is operated at a desired speed by a VVF inverter (abbreviated as VVF inverter) 3. Note that the current transformer 4 insulates and detects the current flowing through the induction motor 5.

速度設定器１１で設足される電動機の速度指令信号は速
度制御器１２．３相台形波発生器１３を経て変流器４か
らの電動機実際電流信号とともに電流制御器１４に入力
され、この電流制御器１４の出力信号と３角波発生器１
５が出力する搬送波とは比較器ユ６において両人力信号
の大小関係を比較することでパルス幅変調されてペース
信号発生器１フに入力される。ＶＶＶＦインバータ３を
構成するトランジスタはペース信号発生器１７からの信
号によシそれぞれが適宜にオン、オフ動作する。その結
果速度設定器１１からの速度指令信号に対応する周波数
と、この周波数と一定の関係にある電圧の交流電力がこ
のＶＶＶＦインバータ３から出力されるのであるが、こ
のＶＶＶＦインバータ３の動作は周矧であシ、かつ本発
明と直接的な関係はないので、動作についての詳細説明
は省略する。The motor speed command signal set by the speed setting device 11 is input to the current controller 14 together with the motor actual current signal from the current transformer 4 via the speed controller 12 and the three-phase trapezoidal wave generator 13. Output signal of controller 14 and triangular wave generator 1
The carrier wave outputted by 5 is pulse width modulated by comparing the magnitude relationship between the two human power signals in a comparator 6, and is inputted to a pace signal generator 1. The transistors constituting the VVVF inverter 3 are turned on and off as appropriate depending on the signal from the pace signal generator 17. As a result, AC power with a frequency corresponding to the speed command signal from the speed setting device 11 and a voltage having a constant relationship with this frequency is output from the VVVF inverter 3, but the operation of the VVVF inverter 3 is Since this is a short description and has no direct relation to the present invention, a detailed explanation of the operation will be omitted.

本発明においては、変流器４で検出された電動機の実際
電流信号は、ピーク実際電流検出手段としての整流器２
２により実際電流のピーク値工Ｐが得られる。一方速度
制御器１２からは速度指令信号に対応した周波数信号Ｆ
が得られるので、この周波数信号Ｆを許容電流パターン
発生器２１に導き、誘導１を動機５の速度変化とともに
変化する冷却効果に見合った許容電流工Ｔをこの許容′
ＩＬ流パターン発生器２１から出力させる。例えば当該
電動機５が基底速就に対応するＦＯなる周波数で運転す
るときの許容電流が定格電流の１００　％であるとする
ならば、このＰＯよりも低い周ａ故で運転するときの許
容電流値は１００チよシも小であシ、逆にＦＯよりも高
速で運転するならば１００チ以上の電流が許容されるの
であって、この許容電流パターンは、各電動機ごとくそ
の特性に対応して定められるようになっている。In the present invention, the actual current signal of the motor detected by the current transformer 4 is transferred to the rectifier 2 as a peak actual current detection means.
2 gives the peak value P of the actual current. On the other hand, the speed controller 12 outputs a frequency signal F corresponding to the speed command signal.
is obtained, so this frequency signal F is guided to the allowable current pattern generator 21, and the allowable current T corresponding to the cooling effect that changes with the speed change of the motive 5 is set for the induction 1.
It is output from the IL style pattern generator 21. For example, if the allowable current when the motor 5 operates at a frequency FO corresponding to the base speed is 100% of the rated current, then the allowable current value when operating at a frequency a lower than this PO. On the other hand, if the motor is operated at a higher speed than the FO, a current of more than 100 cm is permissible, and this permissible current pattern depends on the characteristics of each motor. It is set to be determined.

加減算器２３は上述のようにして得られるピーク実際電
流工ｐと許容電流工Ｔとの偏差を演算して積分器２４に
入力させ、この積分器２４の出力が比較器１６に入力さ
れるようになっている。The adder/subtractor 23 calculates the deviation between the peak actual current p and the allowable current T obtained as described above and inputs it to the integrator 24, so that the output of the integrator 24 is input to the comparator 16. It has become.

牙２図は第１図に示す実施例回路における過電流保護の
部分を示している部分ブロック図であシ、この第２図に
よシ本発明にもとづく過電流保護動作を説明する。FIG. 2 is a partial block diagram showing the overcurrent protection part in the embodiment circuit shown in FIG. 1, and the overcurrent protection operation according to the present invention will be explained with reference to FIG.

いま誘導電動機５が基底速度でかつ過負荷で運転してい
るとすると、許容電流パターン発生器２１に入力する周
波数信号Ｆの値は基底速度に対応するＦＯであるから、
出力される許容電流信号工Ｔの値は定格電流値（すなわ
ち定格電流の１００チ）である。一方整流器２２から出
力されるピーク実際電流信号工ｐは、１！動機５が過負
荷運転していることから大きな値が検出される。加減算
器２３はこのピーク実際電流信号ｒｐと許容電流信号工
Ｔとの偏差を演算して積分器２４へ入力する。Assuming that the induction motor 5 is now operating at the base speed and overload, the value of the frequency signal F input to the allowable current pattern generator 21 is FO corresponding to the base speed.
The value of the allowable current signal T to be outputted is the rated current value (that is, 100 degrees of the rated current). On the other hand, the peak actual current signal p output from the rectifier 22 is 1! A large value is detected because the motive force 5 is operating under overload. The adder/subtractor 23 calculates the deviation between the peak actual current signal rp and the allowable current signal T, and inputs it to the integrator 24.

この積分器２４からの出力信号と設定器２６で設定され
る値との大小関係が逆転するのを比較器１６が検出する
と、例えば比較器１６の出力は論理零信号が論理１信号
となってフリップフロップ回路２５からトリップ信号を
出力して誘導電動機５を停止させる。電動機５が停止す
ればフリップフロップ回路２５にはリセット信号が与え
られてリセット状態となる。When the comparator 16 detects that the magnitude relationship between the output signal from the integrator 24 and the value set by the setter 26 is reversed, the output of the comparator 16 changes from a logic 0 signal to a logic 1 signal, for example. A trip signal is output from the flip-flop circuit 25 to stop the induction motor 5. When the electric motor 5 stops, a reset signal is applied to the flip-flop circuit 25 and the flip-flop circuit 25 enters a reset state.

積分器２４に入力される偏差値が大であるほど（すなわ
ちピーク実際電流工、の方が許容電流Ｉ？よりも犬であ
るほど）積分器２４の出力が設定器２６で設定される値
に到達するまでの時間が短かくなるので、いわゆる反限
時特性が実現できるので、過電流保護に好適であること
はもちろんである。The larger the deviation value input to the integrator 24 (that is, the greater the peak actual current value is than the allowable current I?), the more the output of the integrator 24 becomes the value set by the setting device 26. Since the time it takes to reach this point is shortened, so-called inverse time-limiting characteristics can be realized, which is, of course, suitable for overcurrent protection.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

この発明によれば、可変電圧、可変周波数の交流電力を
出力するインバータによシ駆動されて可変速運転をする
自冷式の交流電動機は、その運転速度の変化に伴って冷
却効果も変化するのであるが、この冷却効果の変化に対
応して許容電流値を変化させるようにしている許容電流
パターン発生手段を備え、さらに電動機に流れる実際電
流のピーク値とこの許容電流との偏差値を積分するよう
にしている。それ故当該電動機のすべての速度範囲にお
いて反限時特性の過電流保護を行うことができるという
大きな効果を発揮できる。さらに従来方式のように電動
機の巻線温度を検出する必要がなくなるので、電動機過
電流保護装置が簡素化されてコストが低下するばかりで
なく、巻線絶縁の弱点もなくなるので信頼性が向上する
効果も合わせて有することとなる。According to this invention, a self-cooled AC motor that operates at variable speed and is driven by an inverter that outputs AC power of variable voltage and variable frequency has a cooling effect that changes as the operating speed changes. However, it is equipped with an allowable current pattern generating means that changes the allowable current value in response to changes in the cooling effect, and also integrates the deviation value between the peak value of the actual current flowing through the motor and this allowable current. I try to do that. Therefore, a great effect can be achieved in that overcurrent protection with inverse time-limiting characteristics can be performed in all speed ranges of the motor. Furthermore, since there is no need to detect the temperature of the motor windings as in the conventional method, the motor overcurrent protection device is not only simplified and costs are reduced, but also reliability is improved as weak points in the winding insulation are eliminated. It also has an effect.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は本発明の実施例を示すブロック図であシ、第２
図は第１図に示す実施例回路における過電流保護の部分
を示している部分ブロック図である。 ２・・・直流電源、３・・・ＶＶＶＦインバータ、４・
・・変流器、５・・・交流電動機としての誘導電動機、
１１・・・速度設定器、１２・・・速度制御器、１３・
・・３相台形波発生器、１４・・・電流制御器、１５・
・・３角波発生器、１６・・・比較器、１７・・・ベー
ス信号発生器、２１・・・許容電流パターン発生器、２
２・・・ピーク実際電流検出手段としての整流器、２３
・・・加減算器、２４・・・積分器、２５・・・フリッ
プフロップ回路、２６・・・設定器。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
This figure is a partial block diagram showing the overcurrent protection part in the embodiment circuit shown in FIG. 1. 2...DC power supply, 3...VVVF inverter, 4...
...Current transformer, 5...Induction motor as an AC motor,
11... Speed setting device, 12... Speed controller, 13.
... Three-phase trapezoidal wave generator, 14... Current controller, 15.
...triangular wave generator, 16... comparator, 17... base signal generator, 21... allowable current pattern generator, 2
2... Rectifier as peak actual current detection means, 23
... Adder/subtractor, 24... Integrator, 25... Flip-flop circuit, 26... Setting device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] １）速度指令信号に対応する周波数の交流電力を出力し
て、自冷式交流電動機を前記指令通りの速度で運転させ
るインバータにおいて、前記自冷式交流電動機の速度に
対応して当該交流電動機に許容される電流信号を出力す
る許容電流パターン発生手段と、当該交流電動機に流れ
る電流のピーク値を検出するピーク実際電流検出手段と
、このピーク実際電流から前記の許容電流を差引く演算
をする加減算器と、当該加減算器出力信号を積分する積
分器と、該積分器出力信号が所定値以上になると過電流
警報を発する比較器とを備えていることを特徴とするイ
ンバータ駆動電動機の過電流保護装置。1) In an inverter that outputs AC power at a frequency corresponding to a speed command signal to operate a self-cooled AC motor at a speed according to the command, the AC power is outputted to the AC motor in accordance with the speed of the self-cooled AC motor. permissible current pattern generating means for outputting a permissible current signal; peak actual current detecting means for detecting the peak value of the current flowing through the AC motor; and addition/subtraction for subtracting the permissible current from the peak actual current. overcurrent protection for an inverter-driven motor, comprising: an integrator that integrates the adder/subtractor output signal; and a comparator that issues an overcurrent alarm when the integrator output signal exceeds a predetermined value. Device.