特許第5667906号(P5667906)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5667906
(24)【登録日】2014年12月19日
(45)【発行日】2015年2月12日
(54)【発明の名称】電力変換装置
(51)【国際特許分類】
   H02M 7/48 20070101AFI20150122BHJP
【FI】
   H02M7/48 M
【請求項の数】2
【全頁数】11
(21)【出願番号】特願2011-32732(P2011-32732)
(22)【出願日】2011年2月18日
(65)【公開番号】特開2012-175742(P2012-175742A)
(43)【公開日】2012年9月10日
【審査請求日】2013年6月14日
(73)【特許権者】
【識別番号】502129933
【氏名又は名称】株式会社日立産機システム
(74)【代理人】
【識別番号】100100310
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 学
(74)【代理人】
【識別番号】100098660
【弁理士】
【氏名又は名称】戸田 裕二
(74)【代理人】
【識別番号】100091720
【弁理士】
【氏名又は名称】岩崎 重美
(72)【発明者】
【氏名】財部 修平
(72)【発明者】
【氏名】渡邊 弘
【審査官】 服部 俊樹
(56)【参考文献】
【文献】 特開平06−133592(JP,A)
【文献】 特開平06−197594(JP,A)
【文献】 特開平08−331891(JP,A)
【文献】 特開2000−050688(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H02M 7/48
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、
前記コンバータ部により変換された直流電圧を平滑する平滑用のコンデンサと、
前記平滑用コンデンサにより平滑された直流電圧を交流電圧に再変換するインバータ部と、
前記インバータ部から出力される電流値を検出する電流検出手段と、を有し、
前記電流検出手段により検出された電流値が所定の電流値を超えた場合に前記インバータ部の出力を遮断する過電流保護機能を備えた電力変換装置において、
所定の加速時間で加速した後又は所定の減速時間で減速した後に、前記電流検出手段により検出した加速中は又は減速中の出力電流値が、前記所定の電流値を超えることにより前記過電流保護機能が作動した場合、前記加速時間又は減速時間を過電流保護機能が作動したときの出力周波数をfo、周波数指令値をf、前記所定の加速時間または前記所定の減速時間をTとするとき、新たな加速時間T´をT´=f/f×Tとなるように変更し、または、新たな減速時間T´をT´=f/(f−f)×Tをとなるように変更し、前記変更した加速時間又は減速時間を記憶する記憶手段を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項2】
交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、
前記コンバータ部により変換された直流電圧を平滑する平滑用のコンデンサと、
前記平滑用コンデンサにより平滑された直流電圧を交流電圧に再変換するインバータ部と、
前記平滑用コンデンサにより平滑された直流電圧値を検出する直流電圧検出手段と、
を有し、
前記直流電圧検出手段により検出された直流電圧値が所定の電圧値を超えた場合に前記インバータ部の出力を遮断する過電圧保護機能を備えた電力変換装置において、
所定の減速時間で減速した後に、前記電検出手段により検出した減速中の直流電圧値が、前記所定の電圧値を超えることにより前記過圧流保護機能が作動した場合、前記減速時間を過電流保護機能が作動したときの出力周波数をfo、周波数指令値をf、前記所定の減速時間をTとするとき、新たな減速時間T´をT´=f/(f−f)×Tをとなるように変更し、前記変更した減速時間を記憶する記憶手段を備えることを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来の電力変換装置においては、効率の良い加速及び減速を実現するために過電流保護によりインバータ機能が停止しない範囲内で、短時間で加速及び減速を行ない、且つ、供給電流の大きさを一定に保つことを行っていた(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平6−133592号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従来の電力変換装置は、出力電圧や出力周波数を自由に制御するために、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、コンバータ部により変換された直流電圧を平滑する平滑用のコンデンサと、コンデンサにより平滑された直流電圧を交流電圧に再変換するインバータ部とから構成されている。また、インバータ部の出力電流値(電力変換装置に接続される電動機等に供給される電流値)を検出する電流検出器、及び直流電圧の電圧値を検出するための直流電圧検出器を備えており、電流検出器により検出された電流値が所定の過電流保護レベルを超えた場合、あるいは直流電圧検出器により検出された電圧値が所定の過電圧保護レベルを超えた場合には、インバータ部を保護するために電力変換装置の出力を遮断するように構成されている。
【0005】
電力変換装置で誘導電動機を駆動する場合には、設定器を用いて速度指令と、パラメータとして加速時間、減速時間を設定して運転を開始すると、電力変換装置の出力周波数が加速時間だけかけて速度指令値まで加速し、運転を終了する際には速度指令値から減速時間だけかけて減速して停止する。このとき、加速時間あるいは減速時間の設定を短くし過ぎると加速中あるいは減速中に出力電流が流れ過ぎて過電流保護機能が作動し、電力変換装置の出力が遮断されてしまう。あるいは減速時間の設定を短くし過ぎると、減速中に回生エネルギーによって過電圧保護機能が作動し、電力変換装置の出力が遮断されてしまう。電力変換装置の出力が遮断されず、短時間で加速や減速を行うためには、出力電流の状態や直流電圧の状態を観察しながら試行錯誤により加速時間や減速時間を決定しなければならなかった。
【0006】
上記問題を解決するため、前記特許文献1では、所定の加速時間あるいは減速時間で加速あるいは減速を開始し、出力電流値あるいは出力電圧値にしたがって単位時間ごとに加速時間あるいは減速時間を制御している。しかし、特許文献1の制御方法では、電力変換装置の運転中に加速時間あるいは減速時間を変更するため、実際の加速時間あるいは減速時間がわからなくなる。また、運転するたびに速度指令値に到達するまでの加速時間あるいは速度指令値から停止するまでの減速時間が変わってしまう。このような制御方法の場合、例えば決められたタクトタイムで同じ動作を繰り返すような用途には適用できない。
【0007】
そこで、本発明は、過電流保護あるいは過電圧保護により電力変換機能が停止しないような加速時間あるいは減速時間を自動で設定し、その設定値を記憶できる電力変換装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するために、例えば、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、前記コンバータ部により変換された直流電圧を平滑する平滑用のコンデンサと、前記平滑用コンデンサにより平滑された直流電圧を交流電圧に再変換するインバータ部と、前記インバータ部から出力される電流値を検出する電流検出手段と、を有し、前記電流検出手段により検出された電流値が所定の電流値を超えた場合に前記インバータ部の出力を遮断する過電流保護機能を備えた電力変換装置において、所定の加速時間で加速した後又は所定の減速時間で減速した後に、前記電流検出手段により検出した加速中は又は減速中の出力電流値によって加速時間又は減速時間を変更し、前記変更した加速時間又は減速時間を記憶する記憶手段を備えるという構成をとる。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、過電流保護あるいは過電圧保護により電力変換機能が停止しないような加速時間あるいは減速時間を自動で設定し、その設定値を記憶できる電力変換装置を提供することができる。
【0010】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1】本発明による電力変換装置の一実施例を示す構成図である。
図2】本発明による過電流保護機能が作動しないような加速時間あるいは減速時間を自動で設定する処理を示すフローチャートである。
図3】本発明による過電圧保護機能が作動しないような減速時間を自動で設定する処理を示すフローチャートである。
図4】本発明による加速中に過電流保護機能が作動したときの、出力周波数と、時間との関係を示したグラフである。
図5】本発明による減速中に過電流保護機能あるいは過電圧保護機能が作動したときの、出力周波数と、時間との関係を示したグラフである。
図6】本発明による加減速時間設定モード時の処理を示すフローチャートである。
図7】減速中に過電流保護機能もしくは過電圧保護機能が作動したときの、出力周波数と、時間との関係を示したグラフである。
図8】減速時間を自動調整する処理のフローチャートである。
図9】加減速時間設定モード時の処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、実施例を図面を用いて説明する。
【実施例1】
【0013】
本実施例では、加速時間あるいは減速時間の自動調整について説明する。
【0014】
図1は本実施例の電力変換装置の構成図の例である。図において、交流電源101とコンバータ部102、コンバータ部102と平滑用コンデンサ103、平滑用コンデンサ103とインバータ部104、インバータ部104と誘導電動機112が接続される。また、制御部108と電流検出器105、電圧検出器106、設定器107、ベース駆動回路109、記憶部110、表示器111がそれぞれ接続されており、さらに電流検出器105はインバータ部104と誘導電動機112の間に、電圧検出器106は平滑用コンデンサ103とインバータ部104の間に、ベース駆動回路109はインバータ部104に接続されている。
【0015】
次に動作について説明する。まず、コンバータ部102は、商用の交流電源101から供給された三相交流電圧を整流して直流電圧に変換し、平滑用コンデンサ103に充電する働きをする。一方、インバータ部104は、ブリッジ接続されたトランジスタとダイオードにより構成され、平滑用コンデンサ103で平滑化された直流電圧を、3相交流電圧に変換し、誘導電動機112に供給する働きをする。
【0016】
制御部108は、設定器107から与えられる速度指令に対応して、所定のパルス幅変調信号を発生し、これをベース駆動回路109に供給する。そこで、ベース駆動回路109は、このパルス幅変調信号に応じて所定のスイッチング信号を発生し、これをインバータ部104の半導体スイッチング素子に供給する。この結果、このとき指令されている速度に対応した所定の電圧で所定の周波数の3相交流電力が、インバータ部104から誘導電動機112に供給されることになる。記憶部110は、設定器107から制御部108に与えられた速度指令や加速時間等のパラメータの設定値を記憶し、表示器111は、制御部108が記憶部110から取り込んだパラメータの設定値を表示する。
【0017】
また、制御部108は、電流検出器105で検出したインバータ部の出力電流値、及び電圧検出器106で検出した直流電圧値を取り込み、出力電流値が所定の過電流保護レベルを超えた場合、あるいは直流電圧値が所定の過電圧保護レベルを超えた場合、出力遮断信号を発生してベース駆動回路109に供給し、これによりインバータ部104の半導体スイッチング素子をオフさせることでインバータ部104から誘導電動機112への出力を遮断するように構成されている。
【0018】
上記動作を行う電力変換装置において、過電流保護による電力変換装置の出力遮断が発生しないような加速時間あるいは減速時間を自動で設定する処理を、図2のフローチャートを用いて説明する。電力変換装置はあらかじめ設定器107により設定されていた加速時間あるいは減速時間Tに従い加速あるいは減速を始める(S201)。次に、電流検出器105が検出した出力電流値Ioutと、あらかじめ過電流保護レベルよりも低い値に設定した電流制限レベルIsetとを比較する(S202)。出力電流値Ioutが電流制限レベルIsetを超えている場合は電流制限フラグをONし(S203)、出力電流値Ioutが電流制限レベルIset以下になるまで加速あるいは減速を停止する(S204、S205、S206)。出力電流値Ioutが電流制限レベルIset以下の場合は出力電流値Ioutとこれまでの最大電流値Imaxとを比較し(S207)、出力電流値Ioutのほうが大きい場合は最大電流値Imaxを更新する(S208)。続いて、加速あるいは減速が終了したか否かを判定し(S209)、終了するまでS202からS209までの処理を繰り返す。加速あるいは減速が終了したら電流制限フラグがONか否かを判定し(S210)、ONであれば加速あるいは減速開始から終了までの時間を新たな加速時間あるいは減速時間T’に設定する(S211)。電流制限フラグがOFFであればImax/Iset×Tを新たな加速時間あるいは減速時間T’とする(S212)。最後に、新たな加速時間あるいは減速時間T’を記憶部110に記憶する(S213)。
【0019】
上記処理により、加速中あるいは減速中に出力電流値が電流制限レベルを超えた場合は加速時間あるいは減速時間が長くなり、電流制限レベルを超えなかった場合は加速時間あるいは減速時間が短くなる。また、記憶部110に記憶された新たな加速時間あるいは減速時間T’は、表示器111により確認できる。この方法によれば、加速あるいは減速を繰り返すほど、出力電流値が電流制限レベルを超えず、かつ、短い時間での加速あるいは減速が可能になる。
【実施例2】
【0020】
次に、第2の実施例について説明する。なお、構成は実施例1と同様である。電力変換装置を用いて誘導電動機を運転する場合、減速時には誘導電動機からインバータ部104へエネルギーが回生され、インバータ部104の直流電圧が上昇する。図3は、減速時に過電圧保護機能が作動しないように減速時間を自動調整する処理のフローチャートである。
【0021】
電力変換装置はあらかじめ設定器107により設定されていた減速時間Tに従い減速を始める(S301)。次に、電圧検出器106が検出した直流電圧値VDCと、あらかじめ過電圧保護レベルよりも低い値に設定した電圧制限レベルVsetとを比較する(S302)。直流電圧値VDCが電圧制限レベルVsetを超えている場合は電圧制限フラグをONし(S303)、直流電圧値VDCが電圧制限レベルVset以下になるまで減速を停止する(S304、S305、S306)。直流電圧値VDCが電圧制限レベルVset以下の場合は直流電圧値VDCとこれまでの最大電圧値Vmaxとを比較し(S307)、直流電圧値VDCのほうが大きい場合は最大電圧値Vmaxを更新する(S308)。続いて、減速が終了したか否かを判定し(S309)、終了するまでS302からS309までの処理を繰り返す。減速が終了したら電圧制限フラグがONか否かを判定し(S310)、ONであれば減速開始から終了までの時間を新たな減速時間T’に設定する(S311)。電圧制限フラグがOFFであればVmax/Vset×Tを新たな減速時間T’とする(S312)。最後に、新たな減速時間T’を記憶部110に記憶する(S313)。
【0022】
上記処理により、減速中に直流電圧値が電圧制限レベルを超えた場合は減速時間が長くなり、電圧制限レベルを超えなかった場合は減速時間が短くなる。また、記憶部110に記憶された新たな減速時間T’は、表示器111により確認できる。この方法によれば、減速を繰り返すほど、過電圧保護機能が作動せず、かつ、短い時間での減速が可能になる。
【実施例3】
【0023】
次に、第3の実施例について説明する。なお、構成は実施例1と同様である。前述した実施例1と実施例2によれば、減速時には出力電流値及び直流電圧値によって新たな減速時間が設定される。図4は、減速時間を自動調整する処理のフローチャートである。
【0024】
S201、S301と同様に設定時間で減速を行い(S401)、S202、S302と同様、出力電流値Ioutと電流制限レベルIsetとを比較、直流電圧値VDCと電圧制限レベルVsetとを比較する(S402)。電流制限レベルもしくは電圧制限レベルのどちらか一方でも超えた場合は、フラグをONし(S403)、出力電流値が電流制限レベル出力電流値Ioutが電流制限レベルIset以下かつ、直流電圧値VDCが電圧制限レベルVset以下になるまで減速を停止する(S404、S405、S406)。電流制限レベルと電圧制限レベルのどちらも超えていない場合は、前記S207、S208、S307、S308により最大電流値Imaxと最大電圧値Vmaxを求める。続いて、減速が終了したか否かを判定し(S407)、終了するまでS402からS407までの処理を繰り返す。減速が終了したらフラグがONか否かを判定し(S408)、ONであれば減速開始から終了までの時間を新たな減速時間T’に設定する(S409)。フラグがOFFであればImax/IsetとVmax/Vsetを比較し(S410)、Imax/Isetのほうが大きければ、Imax/Iset×Tを新たな減速時間T’とする(S411)。Vmax/Vsetのほうが大きければ、Vmax/Vset×Tを新たな減速時間T’とする(S412)。最後に、新たな減速時間T’を記憶部110に記憶する(S413)。
【0025】
本実施例を繰り返すことにより、出力電流値が電流制限レベルを超えず、かつ直流電圧値が電圧制限レベルを超えないような減速が可能になる。
【実施例4】
【0026】
次に、第4の実施例について説明する。なお、構成は実施例1と同様である。実施例1及び実施例2では、加速中あるいは減速中に、出力電流値が電流制限レベルを超える、もしくは減速中に直流電圧値が電圧制限レベルを超えると、加速あるいは減速を一時停止して出力電流値が過電流保護レベルを超える、もしくは直流電圧値が電圧制限レベルを超えるのを抑制している。しかし、このとき加速時間あるいは減速時間の設定値が短すぎると、加速あるいは減速を停止する前に出力電流値が過電流保護レベルを超える、もしくは直流電圧値が電圧制限レベルを超えてしまい、過電流保護機能もしくは過電圧保護機能が作動し、電力変換装置の出力が遮断されてしまう。
【0027】
そこで、本実施例では、加速あるいは減速中に過電流保護機能もしくは過電圧保護機能が作動した場合における、加速時間あるいは減速時間の自動設定について説明する。図5は、加速中に過電流保護機能が作動したときの、インバータ部104から出力される交流の周波数(以降、出力周波数という)と、時間との関係を示したグラフである。図のように、設定器107により設定した周波数指令値をf、過電流保護機能が作動したときの出力周波数をf、設定器107により設定した加速時間をTとしたとき、新たな加速時間T’を、次の式により求め、記憶部110に記憶する。
T’=f/f×T
図6は、加速時間を自動調整する処理のフローチャートである。S601とS602以外は図2と同様の処理である。加速中に過電流保護機能が作動したかどうかを判定し(S601)、作動した場合上記式により新たな加速時間T’を求め(S602)、記憶部110に記憶する(S213)。過電流保護機能が作動していない場合は、S202以降の処理を行う。
【0028】
また、図7は、減速中に過電流保護機能もしくは過電圧保護機能が作動したときの、出力周波数と、時間との関係を示したグラフである。図5と同様に、設定器107により設定した周波数指令値をf、過電流保護機能もしくは過電圧保護機能が作動したときの出力周波数をf、設定器107により設定した減速時間をTとしたとき、新たな減速時間T’を、次の式により求め、記憶部110に記憶する。
T’=f/(f−f)×T
図8は、減速時間を自動調整する処理のフローチャートである。S801とS802以外は図4と同様の処理である。減速中に過電流保護機能もしくは過電圧保護機能が作動したかどうかを判定し(S801)、作動した場合上記式により新たな加速時間T’を求め(S802)、記憶部110に記憶する(S413)。過電流保護機能もしくは過電圧保護機能のどちらも作動していない場合は、S402以降の処理を行う。
【0029】
本実施例によれば、過電流保護機能もしくは過電圧保護機能が作動した場合には、加速時間あるいは減速時間の設定を長く修正することになり、以降、過電流保護機能もしくは過電圧保護機能を作動しにくくすることができる。
【実施例5】
【0030】
次に、第5の実施例について説明する。なお、構成は実施例1と同様である。上記実施例1、実施例2、実施例3、実施例4は、繰り返し行うほど、より短い加速時間あるいは減速時間での加速あるいは減速が可能になる。そこで、設定器107によって設定した試行回数Nsetだけ加速→減速を行い、実施例1、実施例2、実施例3、実施例4を繰り返し行う、加減速時間設定モードを設け、設定器107により、モードの有効及び無効を設定できるものとする。図9に加減速時間設定モード時の処理のフローチャートを示す。まず、設定された加速時間で加速する(S901)。S902において、加速中に過電流保護機能が作動したか否かを判断し、過電流保護機能が作動した場合は、実施例4により加速時間を修正し(S903)、S901に戻り、再び加速を行う。過電流保護機能が作動していない場合は、加速が終了したか否かを判断し(S904)、加速が終了していない場合は、S902の判定に戻る。加速が終了した場合は、実施例1にしたがって加速時間を修正する(S905)。
【0031】
次に、設定された減速時間に従って減速を行う(S906)。S907において、減速中に過電流保護機能もしくは過電圧保護機能が作動したか否かを判断し、過電流保護機能もしくは過電圧保護機能が作動した場合は、実施例4により減速時間を修正し(S908)、S901に戻り、再び減速を行う。過電流保護機能もしくは過電圧保護機能が作動していない場合は、減速が終了したか否かを判断し(S909)、減速が終了していない場合は、S907の判定に戻る。減速が終了した場合は、実施例1、実施例2、実施例3にしたがって減速時間を修正する(S910)。
【0032】
続いて、試行回数Ntryを1回増やし(S911)、試行回数Ntryと、設定試行回数Nsetを比較し(S912)、試行回数Ntryが、設定試行回数Nsetと等しくなるまで、S901からS911を繰り返す。最後に、修正された加速時間及び減速時間を記憶部110に記憶する(S913)。
【0033】
本実施例によれば、設定試行回数Nsetを増やすほど、電流制限レベルと電圧制限レベルを超えずに、かつ短い加速時間あるいは減速時間を自動で設定できる。
【実施例6】
【0034】
次に、第6の実施例について説明する。なお、構成は実施例1と同様である。上記実施例5では、加速時間と減速時間両方の調整を行っているが、加速時間あるいは減速時間のみの調整を行いたい場合、または、電圧制限レベルを超えた場合、過電流保護機能、過電圧保護機能が作動した場合には調整を行わず、電流制限レベルを超えた場合のみ加速時間あるいは減速時間を調整したい場合等が考えられる。
【0035】
そこで、実施例1における、加速時間の調整及び減速時間の調整、実施例2における減速時間の調整、実施例4における、加速時間の調整及び減速時間の調整について、それぞれ調整を行うか否かを設定器107により個別に設定できるものとする。
【0036】
本実施例により、加速時間のみ短く調整するなど、ユーザの要望に合わせた加速時間及び減速時間の調整が可能となる。
【0037】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【0038】
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記録装置、または、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。
【0039】
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【符号の説明】
【0040】
101・・・交流電源、102・・・コンバータ部、103・・・平滑用コンデンサ、104・・・インバータ部、105・・・電流検出器、106・・・電圧検出器、107・・・設定器、108・・・制御部、109・・・ベース駆動回路、110・・・記憶部、111・・・表示器、112・・・誘導電動機
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9