TWI458249B - The power conversion apparatus and method of overload protection - Google Patents

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TWI458249B TW100103181A TW100103181A TWI458249B TW I458249 B TWI458249 B TW I458249B TW 100103181 A TW100103181 A TW 100103181A TW 100103181 A TW100103181 A TW 100103181A TW I458249 B TWI458249 B TW I458249B
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Description

電力轉換裝置及超載保護方法
本發明係關於一種正確地判別超載狀態之電力轉換裝置及超載保護方法。
於輸出可變電壓可變頻率之交流電力且對交流電動機進行速度控制之電力轉換裝置(換流器)中，為了保護上述交流電動機免受因超載引起之發熱之影響，預先內設有電子熱之熱時限特性。
上述電子熱係檢測上述交流電動機之電流，根據該電流值之大小而判別交流電動機之超載狀態，並藉由電子累計之累計型之熱時限特性而保護電動機者。累計型之熱時限特性係任意時間、例如10分鐘之累計，且為若超過10分鐘則該累計值被清除之構成。又，先前之電子熱係僅為累計，而於10分鐘內數次成為超載狀態之情形時，若將第1次之超載之累計值設為N1，則N1保持至第2次之超載狀態為止，若將第2次之超載狀態之累計值設為N2，則對第1次之超載之累計值進行累積相加(N1+N2)。
因此，於上述交流電動機之第1次之超載與第2次之超載為止之時間間隔(上述10分鐘)較長之情形時，在第1次之超載與第2次之超載之間為輕負載時，雖然上述交流電動機實際上藉由放熱而冷卻且溫度下降，但根據累積相加(N1+N2)之值亦將上述交流電動機判斷為超載異常，故而超載檢測動作過早(過保護)，從而導致動機突然停止。由於過熱保護停止期間設備運轉停止，故而成為對生產性造成較大阻礙之主要原因。
於專利文獻1中，揭示有如下技術：為了防止超載檢測過早而成為過保護，求出將輸出電流之平方乘以某個係數後所得之值，與將輸出電流之絕對值乘以輸入電壓、開關頻率及另一某個係數後所得之值的和，並將該和用作PWM(Pulse Width Modulation，脈寬調變)換流器之換流器部半導體開關損耗之近似值，從而進行上述半導體開關元件之超載檢測。
於專利文獻2中，記載有如下技術：於在電源供給被暫時遮斷後恢復之情形時，若為了更切實地保護驅動對象，而由電源異常檢測電路對電源之異常狀態進行檢測，則對換流器之冷卻風扇之溫度進行讀取並加以記憶，於在電源重置後再次接通時，基於剛再次接通後之換流器之冷卻風扇之溫度、及記憶之冷卻風扇之溫度來計算溫度累計值，從而作為電源復原後之初始值。而且，於段落(0022)中，有如下記載：亦可設定恰當之值作為相當於電源再次接通後之馬達之溫度之初始值的溫度累計值θSUM。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2004-173347號廣報
[專利文獻2]日本專利特開2007-166696號廣報
然而，於專利文獻1所記載之先前技術中，未對保護交流電動機進行揭示，而且，超載檢測中未考慮換流器之放熱，從而不明確是否掌握正確之超載。專利文獻2係於設定電源供給被暫時遮斷後恢復之情形時的初始值之設定時取入實際溫度者，且雖記載有為了求出初始值而對溫度累計值進行減法運算，但對於根據放熱之實際溫度之加法運算、減法運算之控制並無明確記載。
本發明係提供一種電力轉換裝置及超載保護方法，其具有考慮到受到速度控制之電動機之超載時及正常負載時的電動機之實際溫度之上升、下降之正確的電子熱之熱時限特性。
為了解決上述課題，本發明之電力轉換裝置包括：順變器，其對交流電源之交流電力進行整流而轉換成直流電力；逆變器，其將上述直流電力轉換成可變電壓‧可變頻率之交流電力；交流電動機，其藉由自上述逆變器輸出之交流電力而受到速度控制；電流檢測器，其檢測上述交流電動機之電流；及控制部，其根據藉由上述電流檢測器檢測到之電流而控制上述各部，且該電力轉換裝置之特徵在於：上述控制部具有加減運算部，其於交流電動機之超載運轉時電子式地進行加法運算，並且於上述交流電動機並非處於超載運轉時，自上述超載時之加法運算之累計值，利用與上述超載時之上述電流檢測器之檢測電流之平方時間積值相當的加權值進行減法運算；及電子熱之熱時限部，其基於上述加減運算部之累計值及預先設定之電子熱之熱時限特性，於超載運轉時使上述交流電動機停止。
又，如上述之電力轉換裝置，其中上述加減運算部係基於上述電流檢測器所檢測到之電流之大小，每隔固定時間而執行加法及減法運算。
又，如上述之電力轉換裝置，其中上述加減運算部係基於上述電流檢測器所檢測到之電流之大小，於加法運算時每隔固定時間而執行加法運算，且於減法運算時每隔與加法運算時之上述固定時間不同之固定時間執行減法運算。
又，如上述之電力轉換裝置，其中上述加減運算部中，上述減法運算時之固定時間較上述加法運算時之固定時間設定得更長。
又，如上述之電力轉換裝置，其中上述加減運算部係，上述超載時之上述檢測電流之平方時間積值越大，則利用越小之加權值進行減法運算。
又，如上述之電力轉換裝置，其中上述加減運算部係，上述超載時之上述檢測電流越大，則利用越大之加權值進行加法運算。
又，如上述之電力轉換裝置，其中上述加減運算部係，於交流電動機之超載運轉時之加法運算時，利用與上述電流檢測器之檢測電流對應之加權值進行加法運算。
又，本發明之電力轉換裝置包括：順變器，其對交流電源之交流電力進行整流而轉換成直流電力；逆變器，其將上述直流電力轉換成可變電壓‧可變頻率之交流電力；交流電動機，其藉由自上述逆變器輸出之交流電力而受到速度控制；電流檢測器，其檢測上述交流電動機之電流；及控制部，其根據上述電流檢測器所檢測到之電流控制上述各部；且該電力轉換裝置之特徵在於：上述控制部具有：加減運算部，其於交流電動機之超載運轉時，利用與上述電流檢測器之檢測電流對應之加權值而電子式地進行加法運算，並且於上述交流電動機並非處於超載運轉時，自上述超載時之加法運算之累計值，利用與上述超載時之上述電流檢測器之檢測電流之平方時間積值相當的加權值進行減法運算；及電子熱之熱時限部，其基於上述加減運算部之累計值及預先設定之電子熱之熱時限特性，於超載運轉時使上述交流電動機停止。
又，本發明之超載保護方法包括：順變器，其對交流電源之交流電力進行整流而轉換成直流電力；逆變器，其將上述直流電力轉換成可變電壓‧可變頻率之交流電力；交流電動機，其藉由自上述逆變器輸出之交流電力而受到速度控制；電流檢測器，其檢測上述交流電動機之電流；及控制部，其根據上述電流檢測器所檢測到之電流而控制上述各部；且根據超載運轉之程度而使交流電動機停止，該電力轉換裝置之特徵在於：藉由上述控制部，於交流電動機之超載運轉時電子式地進行加法運算，於上述交流電動機並非處於超載運轉時，自上述超載時之加法運算之累計值，利用與上述超載時之上述電流檢測器中之檢測電流之平方時間積值相當的加權值進行減法運算，並基於上述加減運算之累計值及預先設定之電子熱之熱時限特性而使上述交流電動機停止。
根據本發明，可根據超載運轉、正常運轉之負載溫度之實際上之上升及下降，而正確地判別超載狀態，從而可防止因過保護引起之設備之突然停止。
圖1係本發明實施例之電力轉換裝置之主要電路構成圖。1係對商用之交流電力進行整流而轉換成直流電力之順變器，2係平流用電容器，3係將直流電力轉換成任意電壓及任意頻率之交流電力的逆變器，4係藉由任意電壓及任意頻率之交流電力而受到速度控制之交流電動機。6係用以冷卻上述順變器及逆變器內之功率模組之冷卻風扇。
7係對電力轉換裝置之各種控制資料進行設定、變更、異常狀態及監視顯示之數位操作面板。8係設置於順變器1及逆變器3之功率半導體模組內部之溫度檢測器。9係驅動逆變器3之開關元件之驅動電路，10係電流檢測器，11係直流電路之電流檢測用電阻。例如，可藉由上述電流檢測器10檢測上述交流電動機4之線電流，並藉由該檢測值Im判斷上述交流電動機之超載狀態。當然，亦可藉由設置於上述直流電路之電流檢測用電阻11檢測上述交流電動機4之電流。
5係搭載有控制逆變器3之開關元件並且控制藉由上述部件而構成之電力轉換裝置之整體的微電腦之控制部，且以如下之方式構成，即，可根據自數位操作面板7輸入之各種控制資料及來自電流檢測器10之檢測值(下述)進行所需之控制處理。由於上述電力轉換裝置即換流器之動作係公知之技術，故而省略詳細說明。
上述控制部5係由CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)及記憶體構成，且根據上述電流檢測器10之檢測電流值Im之大小而判斷交流電動機4之超載狀態，使換流器停止，從而保護交流電動機4。具體而言，上述控制部5具有加減運算部5a，該加減運算部5a係於交流電動機4之超載運轉時，在內置之電子計數器(電子熱)(未圖示)中，利用與上述電流檢測器之檢測電流對應之加權值而電子式地進行加法運算，並且於上述交流電動機並非處於超載運轉時，自上述超載時之加法運算之電子計數器內之累計值，利用與上述超載時之上述電流檢測器中之檢測電流之平方時間積值相當的加權值進行減法運算。
進而，控制部5具有電子熱之熱時限部5b，該熱時限部5b內記憶有電子熱之熱時限特性，於上述加減運算部5a中之電子計數器之累計值到達該熱時限特性上之預定值時，向上述驅動電路9輸送換流器之停止信號而使上述交流電動機4停止。該電子計數器之預定值係藉由電子熱之熱時限特性線決定，且利用數位操作面板7之操作改變該特性線，藉此可與各種容量之交流電動機相對應。
根據圖2，對僅附有加法運算功能之電子計數器(電子熱)之動作狀態進行說明。上半部分之縱軸係對於交流電動機4之定額電流值之檢測電流比率Im(%)，橫軸係時間。下半部分之縱軸係電子熱之累計值，橫軸係時間。
Im=100%為交流電動機之定額負載時，若超過100%則判斷成交流電動機之超載運轉。為了保護上述交流電動機免受因超載引起之溫度上升之影響，而與縱軸之交流電動機之檢測電流比率Im(%)相對應地，預先決定設置於電力轉換裝置內部之電子熱之加法運算時的加權值nIm。
例如，圖2中，交流電動機4之檢測電流比率為150%之超載期間(區間0~t1)的電子熱加法運算時之加權值，係利用針對每個檢測時間Δt而預先設定之熱時限數值n150之加權值進行加法運算並持續。該區間之累積累計值成為Nt=n150*t1/Δt。其後，檢測電流比率為120%之超載期間(區間t1~t2)的電子熱加法運算時之加權值，係利用針對每個檢測時間Δt而預先設定之熱時限數值n120之加權值進行加法運算並持續。該區間之累積累計值成為Nt=n120*(t2-t1)/Δt。進而，檢測電流比率為180%之超載期間(區間t2~t3)的電子熱加法運算時之加權值，係利用針對每個檢測時間Δt而預先設定之熱時限數值n180之加權值進行加法運算並持續。該區間之累積累計值成為Nt=n180*(t3-t2)/Δt。
結果，於區間0~t3內累積之電子熱之累計值成為各區間內之相加值之合計，故而成為Nt={n150*t1/Δt+n120*(t2-t1)/Δt+n180*(t3-t2)/Δt}。
上述累積電子熱累計值Nt係如下構成：於到達預先決定之電子熱之熱時限特性所示之數值Ntr之時間點t3，為了交流電動機之超載保護而進行超載跳脫(OL(Overload) Trip)動作，從而使換流器停止運轉。換流器停止運轉之同時，計數器之累計值被清除。
繼而，檢測電流比率為180%之超載期間(區間t4~t5)的電子熱加法運算時之加權值，係利用針對每個檢測時間Δt而預先設定之熱時限數值n180之加權值進行加法運算並持續，從而，區間t5之後，超載狀態被解除(檢測電流比率為100%以下)，故而電子熱之加法運算停止，區間t5之後的累積電子熱累計值保持為固定。此時，保持之電子熱(電子計數器)之累計值成為Nt={n180*(t5-t4)/Δt}。
此處，所謂成為上述預先設定之加權值之熱時限數值係指，表示交流電動機之溫度上升所致之發熱及時間之關係者。若上述交流電動機上流通之電流(檢測電流比率Im)越大，則每小時之交流電動機內部之發熱越大，故而上述熱時限數值nIm之加權值亦設定得較大。又，反之，若上述交流電動機上流通之電流(檢測電流比率Im)越小，則每小時之交流電動機內部之發熱越小，故而上述熱時限數值nIm之加權值亦設定得較小。即，若上述交流電動機上流通之電流(檢測電流比率Im)越大，則每小時之交流電動機內部之發熱越大，故而利用與交流電動機內部中之實際發熱之上升相當的熱時限數值nIm之加權值來進行加法運算。
而且，藉由利用上述加權值進行加法運算，例如若使上述檢測電流比率為150%之超載期間持續60(s)，則以上述交流電動機之超載保護進行動作且裝置停止之方式預先設定，又，若使上述檢測電流比率為120%之超載期間持續200(s)，則以上述交流電動機之超載檢測進行動作且裝置停止之方式預先構成電子熱之熱時限特性。即，若上述交流電動機上流通之電流(檢測電流比率Im)變大，則上述進行加法運算之加權值亦變大，且電子熱之加法運算值變大，而超載保護動作時間越短。加法運算之加權值與超載保護動作時間係預先設定成反比例之關係。
圖3係表示電子熱之動作狀態之另一例。交流電動機之檢測電流比率為150%之超載期間(區間：0~t1)的電子熱加法運算時之加權值，係利用針對每個檢測時間Δt而預先設置之熱時限數值n150之加權值進行加法運算並持續，於檢測電流比率為80%(100%以下)之期間(區間t1~t2)內，時間t1之電子熱之累計值以該狀態保持。區間t1~t2內之電子熱所保持之經累積之累計值成為Nt=n150*t1/Δt。
其次，檢測電流比率為150%之超載期間(區間t2~t3)的電子熱加法運算時之加權值，係利用針對每個檢測時間Δt而預先設置之熱時限數值n150之加權值對上述累計值{n150*t1/Δt}進行加法運算並持續，且時間t3內之電子熱所保持之累積之累計值成為Nt={n150*t1/Δt}+n150*(t3-t2)/Δt。又，於檢測電流比率為80%(100%以下)之期間(區間t3~tr)內，時間t3內之上述電子熱之累積之累計值保持為Nt={n150*t1/Δt+n150*(t3-t2)/Δt}。
而且，若電子熱之計數時間t=Ts成為預先所決定之時間tr，則至此為止所保持之上述電子熱中，其累積之累計值Nt被清除(重置)，從而於超載運轉狀態時再次自零起開始加法運算。
圖4係表示附有表示本發明之實施例1之減法運算功能的電子熱之動作狀態者。
電動機4之定額輸出係以如下之方式規定：根據該電動機之負載時間特性獲得溫度上升之時間性變化，使任意時刻之溫度上升不會超過容許之溫度上升限度。因此，關於作為產生與負載之一週期中之平均發熱等同之發熱的固定連續負載而求出之方法，通常已知有電流平方平均法。
於以電動機之平均溫度上升不超過標準規格中所規定之溫度上升極限之方式而決定定額輸出時，亦存在電動機之實際溫度上升超過溫度上升極限之期間，但於超載期間與輕負載期間之交替係於比電動機之熱時常數相比非常短之時間內發生之情形時，認為過度之溫度上升之持續時間較短，且亦稍微超過自溫度上升極限。
例如，於感應電動機中，若端子電壓固定則輸出係近似地與負載電流成正比。另一方面，銅損耗與負載電流之平方成正比，故而就結果而言，銅損耗與輸出之平方成正比。就連續定額之開放型電動機等而言，相對於鐵損耗或機械損耗，銅損耗相對較大，故而可假設總損失與輸出之平方成正比來考慮溫度上升。
圖4中，檢測電流比率為150%之超載期間(區間0~t1)的電子熱加法運算時之加權值，係利用針對每個檢測時間Δt而預先設置之熱時限數值n150之加權值進行加法運算並持續，從而時間t1內之電子熱之累積累計值成為Nt=n150*t1/Δt。又，於檢測電流比率為120%之超載期間(區間t1~t2)，對區間0~t1內之上述電子熱之累積累計值{n150*t1/Δt}進行加法運算，從而時間t2內之電子熱之累積累計值成為Nt={n150*t1/Δt}+n120*(t2-t1)/Δt。
進而，檢測電流比率為180%之超載期間(區間t2~t3)的電子熱加法運算時之加權值，係利用針對每個檢測時間Δt而預先設置之熱時限數值n180之加權值，對上述累積累計值{n150*t1/Δt+n120*(t2-t1)/Δt}進行加法運算，從而時間t3內之電子熱之累積累計值成為Nt={n150*t1/Δt+n120*(t2-t1)/Δt}+n150*(t3-t2)/Δt。
此處，若上述交流電動機4上流通之電流(檢測電流比率)變大，則每小時之交流電動機內部之發熱變大，故而加法運算時之加權值亦設定得較大，反之，若上述交流電動機上流通之電流(檢測電流比率)變小，則每小時之交流電動機內部之發熱變小，故而加法運算時之加權值亦設定得較小。
其次，於檢測電流比率為90%(為100%以下且不會超載運轉)之期間(區間t3以下)，係自電子熱之上述累積累計值Nt={n150*t1/Δt+n120*(t2-t1)/Δt+n150*(t3-t2)/Δt}，利用預先設定之熱時限數值nd1之加權值進行減法運算。
對該減法運算之加權值進行說明。於加法運算之期間0~t3，在區間0~t1內為150%之超載狀態(檢測電流比率：I150 )，在區間t1~t2内為120%之超載狀態(檢測電流比率：I120 )，在區間t2~t3內為180%之超載狀態(檢測電流比率：I180 )，且電子熱之熱時限特性中僅執行加法運算。其次，區間t3之後，該超載被解除，檢測電流比率成為90%(100%以下)，故而交流電動機4中，區間0~t3為止之超載狀態之溫度上升停止，且藉由放熱而使溫度下降。
因此，於本實施例中，於交流電動機4之溫度下降之區間內，不保持至此為止之累積累計值，而配合上述交流電動機4之溫度下降之實際狀況，自區間0~t3為止之累積累計值，利用與區間0~t3為止之超載運轉時之檢測電流比率之平方時間積相當之加權值進行減法運算。
上述區間0~t3內之檢測電流有效值之平方時間積Ie係由下述(1)式表示。
Ie=[{I150 2 *t1+I120 2 *(t2-t1)+I180 2 *(t3-t2)}/t3]1/2 ------------(1)
即，係對各區間(區間0~t1、區間t1~t2、區間t2~t3)內之檢測電流有效值進行平方運算，將該值乘以各區間之時間後所得之值針對各區間進行加法運算，且除以整個動作區間之時間後所值的平方根。於涉及作為旋轉體之電動機之熱的試算中，將稱為電流有效值之平方時間積之概念用作評價指數。
對上述中所求出之平方時間積Ie，利用預先決定之減法運算之加權值nd1，自上述期間0~t3之上述累積累計值進行減法運算，且累計值由下式表示。
Nt={n150*(t1/Δt)+n120*(t2-t1)/Δt+n180*(t3-t2)/Δt}-nd1*(t4-t3)/Δt
加法運算時每隔檢測時間Δt進行加法運算，減法運算時每隔檢測時間Δt進行減法運算。
此處，列舉實際之示例進行試算。
當t1=5(s)、t2=20(s)、t3=30(s)、n150=150(%)、n120=120(%)、n180=180(%)時，若向上述(1)式中代入該等數值，則區間：0~t3內之檢測電流有效值之平方時間積成為Ie=[{1502 *5+1202 *(20-5)+1802 *(30-20)}/30]1/2 148(%)。
即，區間0~t3內之超載狀態係150(%)超載持續5(s)、120(%)超載持續15(s)、及180(%)超載持續10(s)之狀態，但於作為產生與上述區間內之平均發熱等同之發熱的固定連續負載而求出之情形時，意味著等價於約148(%)之超載已持續30(s)。因此，超載被解除之區間t3~t4內之減法運算之加權值係利用與上述148(%)之超載相當之值nd1來執行。
利用相當於超載時之平均發熱之熱量之加權值來對電子熱進行減法運算，故而可藉由交流電動機4之放熱使次序地下降之實際溫度與電子熱之累計值相配合。
圖5係表示附有表示本發明之實施例2之減法運算功能之電子熱的動作狀態者。於上述圖4之實施例1中，電子熱之加法運算時之加權值係利用針對每個相同檢測時間Δt而預先設置之熱時限數值實施加法及減法運算，但於圖5中所示之實施例2中，電子熱累計時之加權值係如下所述，即，加法運算時每隔檢測時間Δt而執行，減法運算時每隔檢測時間Δtd而執行，且使加法運算時與減法運算時之電流檢測時間不同。即，區分加法運算時與減法運算時之檢測時間之原因在於，通常溫度上升之情形時的熱時常數與溫度下降之情形時的熱時常數不同，且對該方面進行了參考。
例如，若較之交流電動機4之溫度上升時之熱時常數，溫度下降時之熱時常數更大，則相對於上述加法運算時之電流檢測時間Δt，可將上述減法運算時之電流檢測時間Δtd設定為較大。熱時常數較大意味著長時間內溫度緩慢地變化，當然，交流電動機之下降溫度變化亦緩慢。因此，若熱時常數較大，則可充分地檢測上述交流電動機之電流，亦可使上述減法運算時之電流檢測時間Δtd變大。
若列舉定量性數值為示例，意味著於加法運算時之電流檢測時間Δt為每100 ms之情形時，減法運算時之電流檢測時間Δtd無需以每100 ms來執行，每500 ms之執行即足夠。
當然，該電流檢測時間越快，意味著檢測上述交流電動機之電流，將該檢測值取入並加以計算之搭載於上述控制部5之微電腦(CPU)之負擔越大(微電腦之負載率越重)，故而上述電流檢測時間Δt及Δtd較理想的是配合上述交流電動機4之熱時常數之情況來決定。
圖5中，檢測電流比率為150%之超載期間(區間0~t1)的電子熱加法運算時之加權值，係利用針對每個檢測時間Δt而預先設置之熱時限數值n150之加權值進行加法運算並持續，於檢測電流比率為120%之超載期間(區間t1~t2)，對區間0~t1內之電子熱之累積累計值n150*t1/Δt進行加法運算並持續，從而時間t2之累積累計值成為Nt={n150*t1/Δt}+n120*(t2-t1)/Δt。
又，區間t2~t3係，超載運轉被解除，檢測電流比率成為90%(100%以下)，故而交流電動機4中，區間0~t2為止之超載狀態之溫度上升停止，且藉由放熱而下降。因此，於該溫度下降之區間(t2~t3)內，並不保持上述累積累計值Nt={n150*t1/Δt+n120*(t2-t1)/Δt}，而是利用與區間0~t2為止之檢測電流比率之平方時間積(上述(1)式)相當之加權值進行減法運算，從而，時間t3內之累積累計值成為Nt={n150*t1/Δt+n120*(t2-t1)/Δt}-nd2*(t3-t2)/Δtd。
進而，區間t3~t4係，檢測電流比率再次成為150%之超載運轉，故而對上述區間0~t3為止之上述累積累計值Nt={n150*t1/Δt+n120*(t2-t1)/Δt-nd2*(t3-t2)/Δtd}，利用區間t3~t4內之熱時限數值n150之加權值進行加法運算並持續，從而，區間0~t4為止之累積累計值成為Nt={n150*t1/Δt+n120*(t2-t1)/Δt-nd2*(t3-t2)/Δtd}+n150*(t4-t3)/Δt。
區間t4~t5係，超載再次被解除，檢測電流比率成為90%(100%以下)，故而交流電動機中，區間t3~t4為止之超載狀態之溫度上升停止，藉由放熱而下降。因此，於該溫度下降之區間(t4~t5)內，並不保持上述累積累計值{n150*t1/Δt+n120*(t2-t1)/Δt-nd2*(t3-t2)/Δtd+n150*(t4-t3)/Δt}，而是利用與區間t3~t4為止之檢測電流比率之平方時間積(上述(1)式)相當之加權值進行減法運算，從而累積累計值成為Nt={n150*t1/Δt+n120*(t2-t1)/Δt-nd2*(t3-t2)/Δtd+n150*(t4-t3)/Δt}-nd3*(t5-t4)/Δtd。
圖6係為了說明上述減法運算時之加權值nd2而表示的本發明之一實施例。作為易於判斷地表示減法運算時之加權值與電流平方時間積之關係的數值(10進數)之、減法運算時之加權值，重點在於電流平方時間積之計算值越大則越小。
該關係值係用以便於理解者，當然並不限定於該值。又，於將該關係值預先儲存於記憶體等中之情形時，該等數值當然以轉換成2進數之數值來存儲。
於上述超載區間內之電流平方時間積之計算值較低之情形時，上述交流電動機之溫度上升較小，因此，藉由放熱而易於冷卻，故而其減法運算之加權值變大。反之，於超載區間內之電流平方時間積之計算值較高之情形時，上述交流電動機之溫度上升較高，因此，藉由放熱而難以冷卻，故而其減法運算之加權值變小。即，其原因在於，表示交流電動機之溫度歷程之累積累計值Nt係以與交流電動機之實際溫度相同之方式設定。
於超載區間內之上述交流電動機之電流平方時間積之計算值較高之情形時，交流電動機之負載較大，故而當然交流電動機之溫度上升亦變高。因此，於上述電流平方時間積之計算值較高之情形時，若減法運算之加權值設定得較大，則表示上述交流電動機之溫度歷程之累積累計值利用較大之加權值進行減法運算而變小，其次，於成為超載狀態時，上述交流電動機之實際溫度與表示溫度歷程之減法運算後之電子熱之累積累計值產生較大之差，從而原本用以於超載中保護交流電動機而設置的電子熱之熱時限部5b不進行動作，而成為無法保護交流電動機4免受溫度上升之影響之狀態。
因此，於上述電流平方時間積之計算值較高之情形時，需要使減法運算之加權值變小，以使得表示上述交流電動機之溫度歷程之減法運算後之累積累計值與交流電動機之實際溫度相同。
圖7係本發明之實施例中，附有減法運算之電子熱之加減運算部5a的加減運算動作之流程圖。
步驟(S)20中每隔時間Δt內檢測交流電動機4之一次電流，並根據該檢測電流比率判斷是否為超載狀態(S21)，於超載狀態之情形時，啟動計時器Ts(S22)，並根據上述超載狀態下之檢測電流比率值，對於電子熱加法運算時之加權值設為Nt=Σni而進行加法運算(S23)。
所謂上述ni，具體而言係指例如將對於圖4中之檢測電流比率之各加權值即n150或n120及n180等由普通之形式來表示。
進而，計算上述(1)式中所示之檢測電流有效值之平方時間積Ie(S24)，並將該Ie值存儲於記憶體中(S25)，從而於標記中標註「1」(S26)。其次，若上述計時器Ts之時間超過預先決定之時間10分鐘，則經累積累計之熱之加權值被清除(S28)。又，構成如下：若為10分鐘以下，且經累積累計之累計值Nt為預先決定之數值Ntr以上(S29)，則作為交流電動機之超載狀態，進行超載跳脫(OL Trip)動作(S30)，從而停止換流器之運轉。於本實施例中，將預先決定之時間Ts設為10分鐘，但並不限於該時間。
進而，若經上述累積累計之電子熱之值小於預先決定之數值Ntr，則再次藉由S20每隔時間Δt檢測交流電動機之一次電流，並根據該檢測電流比率而判斷是否為超載狀態(S21)，於並非處於超載狀態之情形時，確認上述標記是否為「1」(S32)，若為「1」則判斷為在過去存在過超載狀態，且對上述檢測電流有效值之平方時間積Ie值，利用預先決定之加權值ndi，自經上述累積之累計值Σni每隔固定時間進行減法運算(Nt=Σni-Σndi)(S33)，將其結果作為新的電子熱累計值Nt保持於記憶體中(S34)。
根據本實施例，電子熱係檢測交流電動機之電流，根據該電流值之大小，判斷交流電動機之超載狀態，並藉由累計型之熱時限特性進行保護者。為了保護交流電動機免受因超載引起之發熱之影響，當相對於預先設置於上述電力轉換裝置內部之電子熱累計熱時限特性，上述交流電動機並非處於超載之情形時，基於上述電子熱累計熱時限特性，以根據上述交流電動機之負載率自上述電子熱累計值進行減法運算之方式構成，藉此可防止超載檢測動作過早而因過保護引起之裝置停止，故而不會出現作為超載異常之過熱保護突然停止。因此，過熱保護停止時間係設備停止，具有可大幅縮短設備之不工作時間之效果。
1．．．順變器
2．．．平流用電容器
3．．．逆變器
4．．．交流電動機
5．．．控制部
5a．．．加減運算部
5b．．．電子熱之熱時限部
6．．．冷卻風扇
7．．．數位操作面板
8．．．溫度檢測器
9．．．驅動電路
10．．．電流檢測器
11．．．電阻
20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34．．．步驟
Im．．．檢測電流比率(%)
Ntr．．．數值
nd1、nd2．．．加權值
ndi．．．與交流電動機之超載時之檢測電流比率之平方時間積Ie對應之加減運算部之減法運算時之加權值
nIm．．．與交流電動機之超載時之檢測電流比率Im(%)對應之加減運算部之加法運算時之加權值
s．．．時間之單位秒
t、t1、t2、t3、t4、t5、tr．．．時間
Δt、Δtd．．．檢測時間
圖1係電力轉換裝置之主要電路構成圖。
圖2係僅具有加法運算功能之電子熱之動作狀態的說明圖。
圖3係僅具有加法運算功能之電子熱之動作狀態的另一說明圖。
圖4係本發明實施例1之電子熱之動作狀態的說明圖。
圖5係本發明實施例2之電子熱之動作狀態的說明圖。
圖6係表示本發明實施例之減法運算時之加權值的說明圖。
圖7係同樣地附加有減法運算之電子熱之動作流程圖。
Im．．．檢測電流比率(%)
nd1．．．加權值
t、t1、t2、t3、t4．．．時間
Δt．．．檢測時間

Claims (12)

  1. 一種電力轉換裝置，其包括：順變器，其對交流電源之交流電力進行整流而轉換成直流電力；逆變器，其將上述直流電力轉換成可變電壓．可變頻率之交流電力；交流電動機，其藉由自上述逆變器輸出之交流電力而受到速度控制；電流檢測器，其檢測上述交流電動機之電流；及控制部，其根據上述電流檢測器所檢測到之電流而控制上述各部；且該電力轉換裝置之特徵在於：上述控制部包括：加減運算部，其於交流電動機之超載運轉時電子式地進行加法運算，並且於上述交流電動機並非處於超載運轉時，自上述超載時之加法運算之累計值，利用與上述超載時之上述電流檢測器之檢測電流之平方時間積值相當之加權值進行減法運算；及電子熱之熱時限部，其基於上述加減運算部中之累計值及預先設定之電子熱之熱時限特性，於超載運轉時使上述交流電動機停止；其中上述加減運算部係，基於上述電流檢測器所檢測到之電流之大小，於加法運算時每隔固定時間執行加法運算，於減法運算時每隔與加法運算時之上述固定時間不同之固定時間而執行減法運算。
  2. 如請求項1之電力轉換裝置，其中上述加減運算部中，上述減法運算時之固定時間較上述加法運算時之固定時間設定得更長。
  3. 一種電力轉換裝置，其包括：順變器，其對交流電源之交流電力進行整流而轉換成直流電力；逆變器，其將上述直流電力轉換成可變電壓．可變頻率之交流電力；交流電動機，其藉由自上述逆變器輸出之交流電力而受到速度控制；電流檢測器，其檢測上述交流電動機之電流；及控制部，其根據上述電流檢測器所檢測到之電流而控制上述各部；且該電力轉換裝置之特徵在於：上述控制部包括：加減運算部，其於交流電動機之超載運轉時電子式地進行加法運算，並且於上述交流電動機並非處於超載運轉時，自上述超載時之加法運算之累計值，利用與上述超載時之上述電流檢測器之檢測電流之平方時間積值相當之加權值進行減法運算；及電子熱之熱時限部，其基於上述加減運算部中之累計值及預先設定之電子熱之熱時限特性，於超載運轉時使上述交流電動機停止；其中上述加減運算部係，上述超載時之上述檢測電流之平方時間積值越大，則利用越小之加權值進行減法運算。
  4. 一種電力轉換裝置，其包括：順變器，其對交流電源之交流電力進行整流而轉換成直流電力；逆變器，其將上述直流電力轉換成可變電壓．可變頻率之交流電力；交流電動機，其藉由自上述逆變器輸出之交流電力而受到速度控制；電流檢測器，其檢測上述交流電動機之電流；及控制部，其根據上述電流檢測器所檢測到之電流而控制上述各部；且該電力轉換裝置之特徵在於：上述控制部包括：加減運算部，其於交流電動機之超載運轉時電子式地進行加法運算，並且於上述交流電動機並非處於超載運轉時，自上述超載時之加法運算之累計值，利用與上述超載時之上述電流檢測器之檢測電流之平方時間積值相當之加權值進行減法運算；及電子熱之熱時限部，其基於上述加減運算部中之累計值及預先設定之電子熱之熱時限特性，於超載運轉時使上述交流電動機停止；其中上述加減運算部係，上述超載時之上述檢測電流越大，則利用越大之加權值進行加法運算。
  5. 一種電力轉換裝置，其包括：順變器，其對交流電源之交流電力進行整流而轉換成直流電力； 逆變器，其將上述直流電力轉換成可變電壓．可變頻率之交流電力；交流電動機，其藉由自上述逆變器輸出之交流電力而受到速度控制；電流檢測器，其檢測上述交流電動機之電流；及控制部，其根據上述電流檢測器所檢測到之電流而控制上述各部；且該電力轉換裝置之特徵在於：上述控制部包括：加減運算部，其於交流電動機之超載運轉時，利用與上述電流檢測器之檢測電流對應之加權值而電子式地進行加法運算，並且於上述交流電動機並非超載運轉時，自上述超載時之加法運算之累計值，利用與上述超載時之上述電流檢測器之檢測電流之平方時間積值相當之加權值進行減法運算；及電子熱之熱時限部，其基於上述加減運算部中之累計值及預先設定之電子熱之熱時限特性，於超載運轉時使上述交流電動機停止；其中上述加減運算部係，基於上述電流檢測器所檢測到之電流之大小，於加法運算時每隔固定時間執行加法運算，於減法運算時每隔與加法運算時之上述固定時間不同之固定時間執行減法運算。
  6. 如請求項5之電力轉換裝置，其中上述加減運算部中，上述減法運算時之固定時間較上述加法運算時之固定時間設定得更長。
  7. 一種電力轉換裝置，其包括：順變器，其對交流電源之交流電力進行整流而轉換成直流電力；逆變器，其將上述直流電力轉換成可變電壓．可變頻率之交流電力；交流電動機，其藉由自上述逆變器輸出之交流電力而受到速度控制；電流檢測器，其檢測上述交流電動機之電流；及控制部，其根據上述電流檢測器所檢測到之電流而控制上述各部；且該電力轉換裝置之特徵在於：上述控制部包括：加減運算部，其於交流電動機之超載運轉時，利用與上述電流檢測器之檢測電流對應之加權值而電子式地進行加法運算，並且於上述交流電動機並非超載運轉時，自上述超載時之加法運算之累計值，利用與上述超載時之上述電流檢測器之檢測電流之平方時間積值相當之加權值進行減法運算；及電子熱之熱時限部，其基於上述加減運算部中之累計值及預先設定之電子熱之熱時限特性，於超載運轉時使上述交流電動機停止；其中上述加減運算部係，上述超載時之上述檢測電流之平方時間積值越大，則利用越小之加權值進行減法運算。
  8. 一種電力轉換裝置，其包括：順變器，其對交流電源之交流電力進行整流而轉換成 直流電力；逆變器，其將上述直流電力轉換成可變電壓．可變頻率之交流電力；交流電動機，其藉由自上述逆變器輸出之交流電力而受到速度控制；電流檢測器，其檢測上述交流電動機之電流；及控制部，其根據上述電流檢測器所檢測到之電流而控制上述各部；且該電力轉換裝置之特徵在於：上述控制部包括：加減運算部，其於交流電動機之超載運轉時，利用與上述電流檢測器之檢測電流對應之加權值而電子式地進行加法運算，並且於上述交流電動機並非超載運轉時，自上述超載時之加法運算之累計值，利用與上述超載時之上述電流檢測器之檢測電流之平方時間積值相當之加權值進行減法運算；及電子熱之熱時限部，其基於上述加減運算部中之累計值及預先設定之電子熱之熱時限特性，於超載運轉時使上述交流電動機停止；其中上述加減運算部係，上述超載時之上述檢測電流越大，則利用越大之加權值進行加法運算。
  9. 一種超載保護方法，其中包括：順變器，其對交流電源之交流電力進行整流而轉換成直流電力；逆變器，其將上述直流電力轉換成可變電壓．可變頻率 之交流電力；交流電動機，其藉由自上述逆變器輸出之交流電力而受到速度控制；電流檢測器，其檢測上述交流電動機之電流；及控制部，其根據上述電流檢測器所檢測到之電流而控制上述各部；且根據超載運轉之程度使交流電動機停止，該超載保護方法之特徵在於：藉由上述控制部，於交流電動機之超載運轉時電子式地進行加法運算，於上述交流電動機並非超載運轉時，自上述超載時之加法運算之累計值，利用與上述超載時之上述電流檢測器之檢測電流之平方時間積值相當的加權值進行減法運算，且基於上述加減運算之累計值及預先設定之電子熱之熱時限特性，使上述交流電動機停止；其中藉由上述控制部，基於上述電流檢測器所檢測到之電流之大小，於加法運算時每隔固定時間而執行加法運算，於減法運算時每隔與加法運算時之上述固定時間不同之固定時間而執行減法運算。
  10. 如請求項9之超載保護方法，其中藉由上述控制部，上述減法運算時之固定時間較上述加法運算時之固定時間設定得更長。
  11. 一種超載保護方法，其中包括：順變器，其對交流電源之交流電力進行整流而轉換成 直流電力；逆變器，其將上述直流電力轉換成可變電壓．可變頻率之交流電力；交流電動機，其藉由自上述逆變器輸出之交流電力而受到速度控制；電流檢測器，其檢測上述交流電動機之電流；及控制部，其根據上述電流檢測器所檢測到之電流而控制上述各部；且根據超載運轉之程度使交流電動機停止，該超載保護方法之特徵在於：藉由上述控制部，於交流電動機之超載運轉時電子式地進行加法運算，於上述交流電動機並非超載運轉時，自上述超載時之加法運算之累計值，利用與上述超載時之上述電流檢測器之檢測電流之平方時間積值相當的加權值進行減法運算，且基於上述加減運算之累計值及預先設定之電子熱之熱時限特性，使上述交流電動機停止；其中藉由上述控制部，上述超載時之上述檢測電流之平方時間積值越大，則利用越小之加權值進行減法運算。
  12. 一種超載保護方法，其中包括：順變器，其對交流電源之交流電力進行整流而轉換成直流電力；逆變器，其將上述直流電力轉換成可變電壓．可變頻率之交流電力； 交流電動機，其藉由自上述逆變器輸出之交流電力而受到速度控制；電流檢測器，其檢測上述交流電動機之電流；及控制部，其根據上述電流檢測器所檢測到之電流而控制上述各部；且根據超載運轉之程度使交流電動機停止，該超載保護方法之特徵在於：藉由上述控制部，於交流電動機之超載運轉時電子式地進行加法運算，於上述交流電動機並非超載運轉時，自上述超載時之加法運算之累計值，利用與上述超載時之上述電流檢測器之檢測電流之平方時間積值相當的加權值進行減法運算，且基於上述加減運算之累計值及預先設定之電子熱之熱時限特性，使上述交流電動機停止；其中藉由上述控制部，上述超載時之上述檢測電流越大，則利用越大之加權值進行加法運算。
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