特許 7417836 インバータ制御装置および方法

(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】

(24)【登録日】2024-01-11

(45)【発行日】2024-01-19

(54)【発明の名称】インバータ制御装置および方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20240112BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 F

H02M7/48 M

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2022532612

(86)(22)【出願日】2020-03-16

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-02-01

(86)【国際出願番号】 KR2020003605

(87)【国際公開番号】W WO2021112334

(87)【国際公開日】2021-06-10

【審査請求日】2022-05-31

(31)【優先権主張番号】10-2019-0159109

(32)【優先日】2019-12-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】593121379

【氏名又は名称】エルエス、エレクトリック、カンパニー、リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＬＳ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯ．， ＬＴＤ．

【住所又は居所原語表記】１２７，ＬＳ－ｒｏ，Ｄｏｎｇａｎ－ｇｕ，Ａｎｙａｎｇ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ

(74)【復代理人】

【識別番号】100143823

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 英彦

(74)【代理人】

【識別番号】100232275

【弁理士】

【氏名又は名称】和田 宣喜

(72)【発明者】

【氏名】シュー，チェンド

【審査官】井上 弘亘

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１６１０４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－２３１６７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００９／０７２４６０（ＷＯ，Ａ１）

(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】

インバータを制御する制御装置において、
複数のスイッチング素子で構成され、直流電圧を制御部の制御によって交流電圧に変換して出力するインバータ部；
前記インバータ部に流れる短絡電流を検出する短絡検出部； および
前記インバータの出力短絡を診断するための複数の有効ベクトルのうち少なくとも一つを前記インバータ部が出力するようにするパルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号を前記インバータ部に印加する前記制御部；を含み、
前記制御部は有効ベクトルの出力時間を設計時間より長く設定するように構成され、短路検出部が短路検出部の電流の遅延を考慮して短路電流を検出する、制御装置。

【請求項2】

前記インバータ部は、３相の交流電圧を出力する３相のレッグで構成され、
前記短絡検出部は、前記３相のレッグの下部レッグに流れる短絡電流を検出する、請求項１に記載の制御装置。

【請求項3】

前記ＰＷＭ制御信号は、
Ｕ－Ｖ相の短絡に対して、前記インバータ部が前記有効ベクトルである［１ ０ ０］、［０ １ ０］、［０ １ １］および［１ ０ １］のうちいずれか一つを出力するようにする信号を含む、請求項１に記載の制御装置。

【請求項4】

前記ＰＷＭ制御信号は、
Ｖ－Ｗ相の短絡に対して、前記インバータ部が前記有効ベクトルである［１ １ ０］、［０ １ ０］、［０ ０ １］および［１ ０ １］のうちいずれか一つ以上を出力するようにする信号を含む、請求項１に記載の制御装置。

【請求項5】

前記ＰＷＭ制御信号は、
Ｗ－Ｕ相の短絡に対して、前記インバータ部が前記有効ベクトルである［１ ０ ０］、［１ １ ０］、［０ １ １］および［０ ０ １］のうちいずれか一つ以上を出力するようにする信号を含む、請求項１に記載の制御装置。

【請求項6】

複数のスイッチング素子で構成されて直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータ部を含む、インバータを制御する方法において、
前記インバータの運転指令を受信する段階；
前記インバータの出力短絡を診断するための複数の有効ベクトルのうち少なくとも一つを前記インバータ部が出力するようにする第１ＰＷＭ制御信号を前記インバータ部に出力する段階；
前記インバータ部の短絡電流を短路検出部で検出する場合、前記インバータの出力を遮断する段階；を含み、
前記第１ＰＷＭ制御信号を前記インバータ部に出力する段階の前に有効ベクトルの出力時間を設計時間より長く設定するように構成され、短路検出部が短路検出部の電流の遅延を考慮して短路電流を検出する段階をさらに含む、制御方法。

【請求項7】

前記第１ＰＷＭ制御信号は、
Ｕ－Ｖ相の短絡に対して、前記インバータ部が前記有効ベクトルである［１ ０ ０］、［０ １ ０］、［０ １ １］および［１ ０ １］のうちいずれか一つを出力するようにする信号を含む、請求項６に記載の制御方法。

【請求項8】

前記第１ＰＷＭ制御信号は、
Ｖ－Ｗ相の短絡に対して、前記インバータ部が前記有効ベクトルである［１ １ ０］、［０ １ ０］、［０ ０ １］および［１ ０ １］のうちいずれか一つ以上を出力するようにする信号を含む、請求項６に記載の制御方法。

【請求項9】

前記第１ＰＷＭ制御信号は、
Ｗ－Ｕ相の短絡に対して、前記インバータ部が前記有効ベクトルである［１ ０ ０］、［１ １ ０］、［０ １ １］および［０ ０ １］のうちいずれか一つ以上を出力するようにする信号を含む、請求項６に記載の制御方法。

【請求項10】

前記インバータ部の短絡電流が検出されなかった場合、前記インバータの正常運転のための第２ＰＷＭ制御信号を出力する段階をさらに含む、請求項６に記載の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はインバータ制御装置および方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的にインバータは電気的に直流（ＤＣ）を交流（ＡＣ）に変換する逆変換装置であって、産業界で使われるインバータは常用電源から供給された電力が入力されて自主的に電圧と周波数を可変して電動機に供給することによって、電動機の速度を高効率で利用するように制御する一連の装置と定義される。このようなインバータは、可変電圧可変周波数（ｖａｒｉａｂｌｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｖａｒｉａｂｌｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ、ＶＶＶＦ）方式によって制御され、パルス幅変調（ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、ＰＷＭ）出力により電動機に入力される電圧と周波数を可変することができる。

【0003】

図１は、一般的なインバータの構成図である。

【0004】

一般的に、インバータ１００は電源部２００から３相の交流電源が印加されて整流部１１０がこれを整流し、平滑部１２０は整流部１１０が整流した直流電圧を平滑して貯蔵する。インバータ部１３０は平滑部１２０の直流リンクキャパシタに貯蔵された直流電圧を、ＰＷＭ制御信号によって所定電圧および周波数を有する交流電圧を出力してこれを電動機３００に提供する。

【0005】

この時、インバータ１００のインバータ部１３０は３相のレッグで構成され、各レッグには２個のスイッチング素子が直列で連結されて構成される。

【0006】

インバータ１００の短絡は、インバータ１００の出力のうち２相以上が互いに短絡して非常に大きな短絡電流がインバータ１００の内部に流れる場合であって、インバータ１００の出力線の被覆の劣化によって被覆がむけて発生するか、電動機３００内部の被覆が劣化によってむけて発生するか、または作業者の作ミスによって発生する。

【0007】

インバータ１００の短絡時のインバータ１００に流れる電流は定格の何倍以上にも達するため、インバータ１００が焼損し得、人身事故まで発生し得る可能性がある。

【0008】

したがって、電動機３００を駆動するインバータ１００は出力短絡時に使用者にこれを知らせ、インバータ１００の運転を停止して電動機３００および使用者を安全に保護する機能を提供している。

【0009】

しかし、このような短絡検出回路にはハードウェア的な回路遅延区間が存在し、有効ベクトルの大きさが小さい場合、このような遅延によって出力短絡を検出できない区間が発生することになる問題点がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明が解決しようとする技術的課題は、インバータを運転する前に短絡を診断することによって、安定してインバータを駆動するためのインバータ制御装置および方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

前記のような技術的課題を解決するために、本発明の一実施例によってインバータを制御する装置は、複数のスイッチング素子で構成され、直流電圧を制御部の制御によって交流電圧に変換して出力するインバータ部；前記インバータ部に流れる短絡電流を検出する短絡検出部；および前記インバータの出力短絡を診断するための複数の有効ベクトルのうち少なくとも一つを前記インバータ部が出力するようにするパルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号を前記インバータ部に印加する前記制御部を含むことができる。

【0012】

本発明の一実施例において、前記インバータ部は、３相の交流電圧を出力する３相のレッグで構成され、前記短絡検出部は、前記３相のレッグの下部レッグに流れる短絡電流を検出することができる。

【0013】

本発明の一実施例において、前記ＰＷＭ制御信号は、Ｕ－Ｖ相の短絡に対して、前記インバータ部が前記有効ベクトルである［１ ０ ０］、［０ １ ０］、［０ １ １］および［１ ０ １］のうちいずれか一つを出力するようにする信号を含むことができる。

【0014】

本発明の一実施例において、前記ＰＷＭ制御信号は、Ｖ－Ｗ相の短絡に対して、前記インバータ部が前記有効ベクトルである［１ １ ０］、［０ １ ０］、［０ ０ １］および［１ ０ １］のうちいずれか一つ以上を出力するようにする信号を含むことができる。

【0015】

本発明の一実施例において、前記ＰＷＭ制御信号は、Ｗ－Ｕ相の短絡に対して、前記インバータ部が前記有効ベクトルである［１ ０ ０］、［１ １ ０］、［０ １ １］および［０ ０ １］のうちいずれか一つ以上を出力するようにする信号を含むことができる。

【0016】

本発明の一実施例において、前記制御部は、前記インバータ部が前記複数の有効ベクトルのうち少なくとも一つを所定時間以上出力できるように前記ＰＷＭ制御信号を出力することができる。

【0017】

本発明の一実施例において、前記所定時間は前記短絡検出部の回路的な特性から決定され得る。

【0018】

また、前記のような技術的課題を解決するために、本発明の一実施例によって複数のスイッチング素子で構成されて直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータ部を含む、インバータを制御する方法は、前記インバータの運転指令を受信する段階；前記インバータの出力短絡を診断するための複数の有効ベクトルのうち少なくとも一つを前記インバータ部が出力するようにする第１ＰＷＭ制御信号を前記インバータ部に出力する段階；および前記インバータ部の短絡電流を検出する場合、前記インバータの出力を遮断する段階を含むことができる。

【0019】

本発明の一実施例において、前記第１ＰＷＭ制御信号は、Ｕ－Ｖ相の短絡に対して、前記インバータ部が前記有効ベクトルである［１ ０ ０］、［０ １ ０］、［０ １ １］および［１ ０ １］のうちいずれか一つを出力するようにする信号を含むことができる。

【0020】

本発明の一実施例において、前記第１ＰＷＭ制御信号は、Ｖ－Ｗ相の短絡に対して、前記インバータ部が前記有効ベクトルである［１ １ ０］、［０ １ ０］、［０ ０ １］および［１ ０ １］のうちいずれか一つ以上を出力するようにする信号を含むことができる。

【0021】

本発明の一実施例において、前記第１ＰＷＭ制御信号は、Ｗ－Ｕ相の短絡に対して、前記インバータ部が前記有効ベクトルである［１ ０ ０］、［１ １ ０］、［０ １ １］および［０ ０ １］のうちいずれか一つ以上を出力するようにする信号を含むことができる。

【0022】

本発明の一実施例において、前記第１ＰＷＭ制御信号は、前記インバータ部が前記複数の有効ベクトルのうち少なくとも一つを所定時間以上出力するようにすることができる。

【0023】

本発明の一実施例において、前記所定時間は短絡電流を検出する短絡検出部の回路的な特性から決定され得る。

【0024】

本発明の一実施例の方法は、前記インバータ部の短絡電流が検出されなかった場合、前記インバータの正常運転のための第２ＰＷＭ制御信号を出力する段階をさらに含むことができる。

【発明の効果】

【0025】

前記のような本発明は、短絡が発生した場合、インバータに運転指令が受信されると、診断ＰＷＭ制御信号によって短絡診断を遂行して予めインバータの出力を遮断することによって、インバータを保護し、作業者を保護するようにする効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】一般的なインバータの構成図である。

【0027】

【図2】インバータ出力のうちＵ相とＶ相が短絡した場合の電流経路を示したものである。

【0028】

【図3】インバータ出力のうちＵ相とＷ相が短絡した場合の電流経路を示したものである。

【0029】

【図4】インバータ出力のうちＶ相とＷ相が短絡した場合の電流経路を示したものである。

【0030】

【図5】インバータの空間ベクトルパルス幅変調方式（ｓｐａｃｉａｌ ｖｅｃｔｏｒ ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、ＳＶＰＷＭ）を説明するための例示図である。

【0031】

【図6】図５の第１セクターでの有効ベクトルを示す例示図である。

【0032】

【図7】第１セクターでＵ－Ｖ相の出力短絡の場合の電流経路を示した例示図である。

【0033】

【図8】第１セクターでＶ－Ｗ相の出力短絡の場合の電流経路を示した例示図である。

【0034】

【図9】第１セクターでＷ－Ｕ相の出力短絡の場合の電流経路を示した例示図である。

【0035】

【図10】第２セクターでＵ－Ｖ相の出力短絡の場合の電流経路を示した例示図である。

【0036】

【図11】第２セクターでＶ相とＷ相の出力が短絡した場合の電流経路を説明するための例示図である。

【0037】

【図12】第２セクターでＷ－Ｕ相の出力短絡の場合の電流経路を示した例示図である。

【0038】

【図13】第３セクターでＵ－Ｖ相の出力短絡の場合の電流経路を示した例示図である。

【0039】

【図14】第３セクターでＶ－Ｗ相の出力短絡の場合の電流経路を示した例示図である。

【0040】

【図15】第３セクターでＷ－Ｕ相の出力短絡の場合の電流経路を示した例示図である。

【0041】

【図16】第４セクターでＵ－Ｖ相の出力短絡の場合の電流経路を示した例示図である。

【0042】

【図17】第４セクターでＶ－Ｗ相の出力短絡の場合の電流経路を示した例示図である。

【0043】

【図18】第４セクターでＷ－Ｕ相の出力短絡の場合の電流経路を示した例示図である。

【0044】

【図19】第５セクターでＵ－Ｖ相の出力短絡の場合の電流経路を示した例示図である。

【0045】

【図20】第５セクターでＶ－Ｗ相の出力短絡の場合の電流経路を示した例示図である。

【0046】

【図21】第５セクターでＷ－Ｕ相の出力短絡の場合の電流経路を示した例示図である。

【0047】

【図22】第６セクターでＵ－Ｖ相の出力短絡の場合の電流経路を示した例示図である。

【0048】

【図23】第６セクターでＶ－Ｗ相の出力短絡の場合の電流経路を示した例示図である。

【0049】

【図24】第６セクターでＷ－Ｕ相の出力短絡の場合の電流経路を示した例示図である。

【0050】

【図25】有効ベクトル［１ ０ ０］区間が短く形成される場合、短絡の検出が不可能となることを説明するための例示図である。

【0051】

【図26】Ｕ－Ｖ相の出力短絡が発生した場合、短絡電流の検出が不可能な区間を説明するための例示図である。

【0052】

【図27】本発明の一実施例のインバータシステムの構成図である。

【0053】

【図28】本発明の一実施例の制御方法を説明するための一例示図である。

【0054】

【図29】Ｕ－Ｖ相が短絡した場合に各有効ベクトルによって短絡電流が流れる場合を示したものである。

【0055】

【図30】Ｖ－Ｗ相が短絡した場合に各有効ベクトルによって短絡電流が流れる場合を示したものである。

【0056】

【図31】Ｗ－Ｕ相が短絡した場合に各有効ベクトルによって短絡電流が流れる場合を示したものである。

【発明を実施するための形態】

【0057】

本発明の構成および効果を十分に理解するために、添付した図面を参照して本発明の好ましい実施例を説明する。しかし、本発明は以下で開示される実施例に限定されるものではなく、多様な形態で具現され得、多様な変更を加えることができる。単に、本実施例に対する説明は本発明の開示を完全なものとし、本発明が属する技術分野の通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。添付された図面で構成要素は説明の便宜のためにその大きさを実際より拡大して図示したものであり、各構成要素の比率は誇張または縮小され得る。

【0058】

「第１」、「第２」等の用語は多様な構成要素の説明に使われ得るが、前記構成要素は前記用語によって限定されてはならない。前記用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ使われ得る。例えば、本発明の権利範囲を逸脱することなく「第１構成要素」は「第２構成要素」と命名され得、同様に「第２構成要素」も「第１構成要素」と命名され得る。また、単数の表現は文脈上明白に異なって表現しない限り、複数の表現を含む。本発明の実施例で使われる用語は異なって定義されない限り、該当技術分野で通常の知識を有する者に通常的に知られている意味で解釈され得る。

【0059】

以下では、図面を参照して、従来のインバータ出力短絡方式を説明し、本発明の一実施例に係るインバータ制御装置を説明することにする。

【0060】

図２はインバータ出力のうちＵ相とＶ相が短絡した場合の電流経路を示したもので、図３はインバータ出力のうちＵ相とＷ相が短絡した場合の電流経路を示したものであり、図４はインバータ出力のうちＶ相とＷ相が短絡した場合の電流経路を示したものである。

【0061】

すなわち、図２～図４のように、インバータ出力が「短絡」したとは、「短絡電流」が流れるということを意味し、これはインバータ部１３０の上部と下部のスイッチがともにオンとなる状況を意味し得る。

【0062】

図５はインバータの空間ベクトルパルス幅変調方式（ｓｐａｃｉａｌ ｖｅｃｔｏｒ ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、ＳＶＰＷＭ）を説明するための例示図であり、図６は図５の第１セクターでの有効ベクトルを示す例示図である。

【0063】

また、図７は第１セクターでＵ相とＶ相の出力が短絡した場合の電流経路を説明するための例示図であり、図８は第１セクターでＶ相とＷ相の出力が短絡した場合の電流経路を説明するための例示図であり、図９は第１セクターでＷ相とＵ相の出力が短絡した場合の電流経路を説明するための例示図である。

【0064】

一般的に、ＳＶＰＷＭは指令電圧と隣接した２個の有効ベクトルとゼロ電圧を利用して一周期の間平均的に合成する方式で変調を遂行する。図５の陰影部分が第１セクター５Ａであり、第１セクター５Ａでの有効ベクトルは［１ ０ ０］と［１ １ ０］である。

【0065】

このように、第１セクター５ＡでＵ相とＶ相の出力が短絡した場合、有効ベクトル［１ ０ ０］で短絡電流が流れることになり、この時の電流経路が図７の（ａ）と同じである。この時、有効ベクトル［１ １ ０］である場合には図７の（ｂ）のように電流が流れることになるが、この場合、電位差がないため短絡電流が流れない。すなわち、第１セクターでＵ相とＶ相の出力が短絡した場合には、有効ベクトルが［１ ０ ０］である場合にのみ短絡電流が流れることになる。

【0066】

一方、第１セクター５ＡでＶ相とＷ相の出力が短絡した場合、有効ベクトル［１ １ ０］で短絡電流が流れることになり、この時の電流経路が図８の（ｂ）と同じである。有効ベクトルが［１ ０ ０］である場合には図８の（ａ）のように短絡電流が流れない。すなわち、第１セクターでＶ相とＷ相の出力が短絡した場合には有効ベクトルが［１ １ ０］である場合にのみ短絡電流が流れることになる。

【0067】

また、第１セクター５ＡでＷ相とＵ相の出力が短絡した場合、有効ベクトル［１ ０ ０］および［１ １ ０］ですべて短絡電流が流れることになり、この時の電流経路がそれぞれ図９の（ａ）および（ｂ）と同じである。すなわち、第１セクターでＷ相とＵ相の出力が短絡した場合には有効ベクトル［１ ０ ０］および［１ １ ０］ですべて短絡電流が流れることになる。

【0068】

【0069】

これと同様に、図５の第２セクター５Ｂでは、有効ベクトルが［１ １ ０］と［０ １ ０］である。

【0070】

図１０は第２セクターでＵ相とＶ相の出力が短絡した場合の電流経路を説明するための例示図であり、図１１は第２セクターでＶ相とＷ相の出力が短絡した場合の電流経路を説明するための例示図であり、図１２は第２セクターでＷ相とＵ相の出力が短絡した場合の電流経路を説明するための例示図である。

【0071】

図１０に図示された通り、第２セクター５ＢでＵ相とＶ相の出力が短絡した場合、有効ベクトル［０ １ ０］で短絡電流が流れることになり（（ｂ）参照）、有効ベクトル［１ １ ０］では電位差がないため短絡電流が流れない（（ａ）参照）。

【0072】

図１１に図示された通り、第２セクター５ＢでＶ相とＷ相の出力が短絡した場合、有効ベクトル［１ １ ０］および［０ １ ０］ですべて短絡電流が流れることになる。

【0073】

また、図１２に図示された通り、第２セクター５ＢでＷ相とＵ相の出力が短絡した場合、有効ベクトル［１ １ ０］で短絡電流が流れることになり（（ａ）参照）、有効ベクトル［０ １ ０］では短絡電流が流れない（（ｂ）参照）。

【0074】

【0075】

図５の第３セクター５Ｃでは、有効ベクトルが［０ １ ０］と［０ １ １］である。

【0076】

図１３は第３セクターでＵ相とＶ相の出力が短絡した場合の電流経路を説明するための例示図であり、図１４は第３セクターでＶ相とＷ相の出力が短絡した場合の電流経路を説明するための例示図であり、図１５は第３セクターでＷ相とＵ相の出力が短絡した場合の電流経路を説明するための例示図である。

【0077】

図１３に図示された通り、第３セクター５ＣでＵ相とＶ相の出力が短絡した場合、有効ベクトル［０ １ ０］で短絡電流が流れることになり（（ａ）参照）、有効ベクトル［０ １ １］でも短絡電流が流れることになる（（ｂ）参照）。

【0078】

図１４に図示された通り、第３セクター５ＣでＶ相とＷ相の出力が短絡した場合、有効ベクトル［０ １ ０］で短絡電流が流れることになり（（ａ）参照）、有効ベクトル［０ １ １］では電位差がないため短絡電流が流れない（（ｂ）参照）。

【0079】

また、図１５に図示された通り、第３セクター５ＣでＷ相とＵ相の出力が短絡した場合、有効ベクトル［０ １ １］で短絡電流が流れることになり（（ｂ）参照）、有効ベクトル［０ １ ０］では短絡電流が流れない（（ａ）参照）。

【0080】

【0081】

図５の第４セクター５Ｄで有効ベクトルは［０ １ １］と［０ ０ １］である。

【0082】

図１６は第４セクターでＵ相とＶ相の出力が短絡した場合の電流経路を説明するための例示図であり、図１７は第４セクターでＶ相とＷ相の出力が短絡した場合の電流経路を説明するための例示図であり、図１８は第４セクターでＷ相とＵ相の出力が短絡した場合の電流経路を説明するための例示図である。

【0083】

図１６に図示された通り、第４セクター５ＤでＵ相とＶ相の出力が短絡した場合、有効ベクトル［０ １ １］で短絡電流が流れることになり（（ａ）参照）、有効ベクトル［０ ０ １］では短絡電流が流れない（（ｂ）参照）。

【0084】

図１７に図示された通り、第４セクター５ＤでＶ相とＷ相の出力が短絡した場合、有効ベクトル［０ １ １］では電位差がないため短絡電流が流れず（（ａ）参照）、有効ベクトル［０ ０ １］では短絡電流が流れることになる（（ｂ）参照）。

【0085】

また、図１８に図示された通り、第４セクター５ＤでＷ相とＵ相の出力が短絡した場合、有効ベクトル［０ １ １］で短絡電流が流れることになり（（ａ）参照）、有効ベクトル［０ ０ １］でも短絡電流が流れることになる（（ｂ）参照）。

【0086】

【0087】

図５の第５セクター５Ｅで有効ベクトルは［０ ０ １］と［１ ０ １］である。

【0088】

図１９は第５セクターでＵ相とＶ相の出力が短絡した場合の電流経路を説明するための例示図であり、図２０は第５セクターでＶ相とＷ相の出力が短絡した場合の電流経路を説明するための例示図であり、図２１は第５セクターでＷ相とＵ相の出力が短絡した場合の電流経路を説明するための例示図である。

【0089】

図１９に図示された通り、第５セクター５ＥでＵ相とＶ相の出力が短絡した場合、有効ベクトル［０ ０ １］では短絡電流が流れず（（ａ）参照）、有効ベクトル［１ ０ １］では短絡電流が流れることになる（（ｂ）参照）。

【0090】

図２０に図示された通り、第５セクター５ＥでＶ相とＷ相の出力が短絡した場合、有効ベクトル［０ ０ １］では短絡電流が流れることになり（（ａ）参照）、有効ベクトル［１ ０ １］でも短絡電流が流れることになる（（ｂ）参照）。

【0091】

また、図２１に図示された通り、第５セクター５ＥでＷ相とＵ相の出力が短絡した場合、有効ベクトル［０ ０ １］で短絡電流が流れることになり（（ａ）参照）、有効ベクトル［１ ０ １］では電位差がないため短絡電流は流れない（（ｂ）参照）。

【0092】

【0093】

図５の第６セクター５Ｆで有効ベクトルは［１ ０ １］と［１ ０ ０］である。

【0094】

図２２は第６セクターでＵ相とＶ相の出力が短絡した場合の電流経路を説明するための例示図であり、図２３は第６セクターでＶ相とＷ相の出力が短絡した場合の電流経路を説明するための例示図であり、図２４は第６セクターでＷ相とＵ相の出力が短絡した場合の電流経路を説明するための例示図である。

【0095】

図２２に図示された通り、第６セクター５ＦでＵ相とＶ相の出力が短絡した場合、有効ベクトル［１ ０ １］および［１ ０ ０］ですべて短絡電流が流れることになる（（ａ）および（ｂ）参照）。

【0096】

図２３に図示された通り、第６セクター５ＦでＶ相とＷ相の出力が短絡した場合、有効ベクトル［１ ０ １］では短絡電流が流れることになり（（ａ）参照）、有効ベクトル［１ ０ ０］では短絡電流が流れない（（ｂ）参照）。

【0097】

また、図２４に図示された通り、第６セクター５ＦでＷ相とＵ相の出力が短絡した場合、有効ベクトル［１ ０ １］では電位差がないため短絡電流が流れず（（ａ）参照）、有効ベクトル［１ ０ ０］では短絡電流は流れることになる（（ｂ）参照）。

【0098】

【0099】

このように、Ｕ相とＶ相が短絡した場合、有効ベクトル［１ ０ ０］、［０ １ ０］、［０ １ １］、および［１ ０ １］で短絡電流が流れることになる。また、Ｖ相とＷ相が短絡した場合、有効ベクトル［１ １ ０］、［０ １ ０］、［０ ０ １］および［１ ０ １］で短絡電流が流れることになる。また、Ｗ相とＶ相が短絡した場合、有効ベクトル［１ ０ ０］、［１ １ ０］、［０ １ １］および［０ ０ １］で短絡電流が流れることになる。

【0100】

従来の短絡検出方式によると、短絡発生時に有効ベクトルに流れる短絡電流を検出してインバータの出力を遮断し、故障の髪生を知らせることによって、インバータを保護し、作業者を保護することになる。

【0101】

すなわち、従来のインバータ出力短絡検出方式は、短絡が発生した場合、有効ベクトルが印加される区間で電流経路が形成されるため、短絡検出回路で短絡電流を検出することができる。しかし、短絡検出回路にハードウェア的な遅延時間が存在し、遅延時間によって短絡電流を正確に検出できない場合が発生することになる。

【0102】

図２５は、有効ベクトル［１ ０ ０］区間が短く形成される場合、短絡の検出が不可能となることを説明するための例示図である。

【0103】

短絡検出回路に回路的な遅延時間が存在して有効ベクトル［１ ０ ０］区間が短く形成されるインバータ低速運転区間では、有効ベクトルの大きさが短絡経路を作る時間と同一になるため、有効ベクトルの大きさが減るほど短絡検出回路では遅延により検出が不可能となる問題点がある。

【0104】

図２６はＵ－Ｖ相の出力短絡が発生した場合、インバータの低速運転により有効ベクトルの大きさが小さく形成されることにより（１．８ｕｓ）短絡電流の検出が不可能な区間を説明するためのものである。

【0105】

このように、従来の短絡電流検出回路は、ハードウェア的に検出可能な時間に限界があるため短い時間の短絡電流は検出が不可能であり、この不可能な区間が反復的かつ持続的に続く場合、瞬間性短絡電流が持続的にインバータに累積されてインバータの焼損に達することになる問題点がある。

【0106】

【0107】

本発明はこのような問題点を解決するためのものであり、インバータの運転を開始する前に短絡を診断することによって、インバータの出力短絡を事前に検出してインバータの損傷を防止するためのものである。

【0108】

図２７は、本発明の一実施例のインバータシステムの構成図である。

【0109】

図面に図示された通り、本発明の一実施例のインバータシステムは、インバータ１と、インバータ１の出力によって駆動される電動機２およびインバータ１を制御する制御部３を含むことができる。また、本発明の一実施例のシステムは、ディスプレイ部４および通信部５をさらに含むことができる。また、本発明の一実施例のシステムは、短絡検出部６をさらに含むことができる。

【0110】

インバータ１は、入力される３相の電源を平滑する整流部１１、整流部１１により整流された直流電圧を平滑する平滑部１２および平滑部１２に貯蔵された直流電圧を制御部３の制御によって３相の交流電圧に変換するインバータ１３を含むことができる。

【0111】

インバータ部１３は所定トポロジーによって配列される複数のスイッチング素子で構成され、３個のレッグで出力される単相の交流電圧がそれぞれ電動機２に出力され得る。

【0112】

制御部３は所定の指令電圧によって平滑部１２に貯蔵された直流電圧を交流電圧に変換するようにパルス幅制御（ＰＷＭ）制御信号をインバータ部１３に出力することができる。

【0113】

インバータ１の停止状態では制御部３のＰＷＭ制御信号が印加されないので、短絡が形成されても短絡経路が形成されないため正常に見える。しかし、インバータ１が運転指令によって制御部３からＰＷＭ制御信号が印加されると、短絡経路が形成されて短絡電流が流れてインバータ１に損傷が発生し得る。

【0114】

したがって、本発明の制御部３はインバータ１が運転指令を受けた場合、運転ＰＷＭ制御信号をインバータ部１３に印加する前に短絡を診断するための診断ＰＷＭ制御信号を印加する方式で事前に診断して、短絡が検出されるとインバータ１の出力を遮断し、故障情報を上位制御システム（図示されず）に通信部５を通じて知らせるか、またはディスプレイ部４に作業者が確認可能に視覚的に故障が発生したことを知らせる情報を表示することができる。

【0115】

また、制御部３は短絡が検出されないと、インバータ１のインバータ部１３に正常なＰＷＭ制御信号を印加して正常運転を開始することができる。

【0116】

この時短絡検出部６はインバータ部１３の下部レッグを流れる短絡電流を検出して制御部３に検出の有無を提供することができる。短絡検出部６は例えば、変流器（ＣＴ）を含むことができるが、本発明はこれに限定されるものではない。

【0117】

【0118】

図２８は、本発明の一実施例の制御方法を説明するための一例示図である。

【0119】

図面に図示された通り、本発明の一実施例の制御部３は、運転指令が受信される前は動作しないが、運転指令を受信する場合（Ｓ１０）、正常なＰＷＭ制御信号の印加前に診断ＰＷＭ制御信号を印加することができる（Ｓ１５）。

【0120】

診断ＰＷＭ制御信号は、Ｕ－Ｖ相の短絡に対してインバータ部１３が有効ベクトル［１ ０ ０］、［０ １ ０］、［０ １ １］および［１ ０ １］のうちいずれか一つを出力するようにするＰＷＭ制御信号であり得、Ｖ－Ｗ相の短絡に対してインバータ部１３が有効ベクトル［１ １ ０］、［０ １ ０］、［０ ０ １］および［１ ０ １］のうちいずれか一つ以上を出力するようにする信号であり得、Ｗ－Ｕ相の短絡に対して有効ベクトル［１ ０ ０］、［１ １ ０］、［０ １ １］および［０ ０ １］のうちいずれか一つ以上を出力するようにする信号であり得る。

【0121】

まず、制御部３はインバータ部１３が有効ベクトル［１ ０ ０］、［０ １ ０］、［０ １ １］のうち［１ ０ １］いずれか一つを出力するようにするＰＷＭ制御信号を印加してＵ相とＶ相の短絡の有無を決定することができる。図２９は、Ｕ－Ｖ相が短絡した場合に各有効ベクトルによって短絡電流が流れる場合を示したものである。

【0122】

すなわち、制御部３が前記有効ベクトルのうち一つを出力するようにするＰＷＭ制御信号を印加して、図２９のようにインバータ部１３の下部レッグに流れる電流を短絡検出部６が検出した場合（Ｓ２０）、制御部３はＵ－Ｖ相の短絡を確認してインバータ１の出力を遮断し（Ｓ２５）、通信部５を通じて上位制御システムに故障情報を伝送し、ディスプレイ部４に故障情報を表示することができる（Ｓ３０）。この時、有効ベクトルの出力時間は、短絡検出部６の回路的な遅延を考慮して短絡電流を検出できる設計時間以上を設定することができる。短絡電流検出可能設計時間は短絡検出部６の回路的な構成によって変わり得るものであって、いずれか一つの値に限定されるものではない。

【0123】

このような診断ＰＷＭ制御信号は、Ｕ－Ｖ相、Ｖ－Ｗ相、Ｗ－Ｕ相に対してすべて遂行できる（Ｓ３５）。

【0124】

すなわち、制御部３はインバータ部１３が有効ベクトル［１ １ ０］、［０ １ ０］、［０ ０ １］および［１ ０ １］のうちいずれか一つを出力するようにするＰＷＭ制御信号を印加してＶ相とＷ相の短絡の有無を確認することができる。図３０は、Ｖ－Ｗ相が短絡した場合に各有効ベクトルによって短絡電流が流れる場合を示したものである。

【0125】

制御部３が前記有効ベクトルのうち一つを出力するようにするＰＷＭ制御信号を印加して、図３０のようにインバータ部１３の下部レッグに流れる電流を短絡検出部６が検出した場合（Ｓ２０）、制御部３はＵ－Ｖ相の短絡を確認してインバータ１の出力を遮断し（Ｓ２５）、通信部５を通じて上位制御システムに故障情報を伝送し、ディスプレイ部４に故障情報を表示することができる（Ｓ３０）。

【0126】

また、制御部３は、有効ベクトル［１ ０ ０］、［１ １ ０］、［０ １ １］および［０ ０ １］のうちいずれか一つを出力するようにするＰＷＭ制御信号を印加してＷ相とＵ相の短絡の有無を確認することができる。図３１は、Ｗ－Ｕ相が短絡した場合に各有効ベクトルによって短絡電流が流れる場合を示したものである。

【0127】

制御部３が前記有効ベクトルのうち一つを出力するようにするＰＷＭ制御信号を印加して、図３１のようにインバータ部１３の下部レッグに流れる電流を短絡検出部６が検出した場合（Ｓ２０）、制御部３はＵ－Ｖ相の短絡を確認してインバータ１の出力を遮断し（Ｓ２５）、通信部５を通じて上位制御システムに故障情報を伝送し、ディスプレイ部４に故障情報を表示することができる（Ｓ３０）。

【0128】

一方、図２９～図３１のような短絡電流が流れない場合には、制御部３はインバータ１のインバータ部１３に正常なＰＷＭ制御信号を印加して正常運転を開始することができる（Ｓ４０）。

【0129】

このように、本発明の一実施例によると、短絡が発生した場合、インバータ１に運転指令が受信されると、制御部３が予め診断ＰＷＭ制御信号によって短絡診断を遂行して予めインバータの出力を遮断することによって、インバータを保護し、作業者を保護することができる。短絡が発生しなかった場合に診断ＰＷＭ制御信号が出力されるが、電動機２のインピーダンスによって短い診断ＰＷＭ区間で大きな電流が流れることはないので誤診断の可能性が少ない。

【0130】

以上、本発明に係る実施例が説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当該分野で通常の知識を有する者であれば、これから多様な変形および均等な範囲の実施例が可能であることが理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は下記の特許請求の範囲によって定められるべきである。

【図1】

【図2(a)】

【図2(b)】

【図3(a)】

【図3(b)】

【図4(a)】

【図4(b)】

【図5】

【図6】

【図7(a)】

【図7(b)】

【図8(a)】

【図8(b)】

【図9(a)】

【図9(b)】

【図10(a)】

【図10(b)】

【図11(a)】

【図11(b)】

【図12(a)】

【図12(b)】

【図13(a)】

【図13(b)】

【図14(a)】

【図14(b)】

【図15(a)】

【図15(b)】

【図16(a)】

【図16(b)】

【図17(a)】

【図17(b)】

【図18(a)】

【図18(b)】

【図19(a)】

【図19(b)】

【図20(a)】

【図20(b)】

【図21(a)】

【図21(b)】

【図22(a)】

【図22(b)】

【図23(a)】

【図23(b)】

【図24(a)】

【図24(b)】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29(a)】

【図29(b)】

【図29(c)】

【図29(d)】

【図30(a)】

【図30(b)】

【図30(c)】

【図30(d)】

【図31】