JPH02197295A - インバータ装置の電流検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は直流を交流に変換するインバータ装置の電流検
出装置に関するものである。

従来の技術 直流電圧を交流に変換するインバータ装置はモータの速
度制御を中心に大きく発展している。そのうち数十Ｗ以
上の出力のインバータは逆変換器の損失低減の為、はと
んとかパルス幅変調制御（以下ＰＷＭ制御と略す）方式
を採用している。この従来の方法を第２図で説明すると
、出力したい電圧（図中点線で示す）をパルス状の電圧
（図中実線で示す）に変えモータへ印加する制御方式で
ある。第２図は３相のうちの１相をモデル化したもので
あり、３相の場合は他の２相を各々１２０゜ずつずらし
て出力する。

ところで、誘導電動機の速度制御用インバータは、モー
タへ周期数と電圧を印加しているが、モータの負荷の状
態を監視し、過負荷時は警報を示したりトリップする機
能や、過電流によりパワスイッチング素子が破壊されな
い様に警報したりトリップさせる機能を有している。

これらはモータへ流れる電流やインバータ装置の直流回
路の電流を検出して行われている。

これらを第３図の回路構成図で示すと、１は交流電源、
２は順変換部（以下コンバータ部と呼ぶ）でダイオード
とコンデンサから成り、交流電圧を直流電圧に整流・平
滑する。３は逆変換部で、パワートランジスタ・パワー
ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子より構成される。４
はモータである。

５は周波数指令であり、６は制御回路部で出力する周波
数や電圧をＰＷＭ制御信号に変換してゲート回路部７へ
信号を出力する。ゲート回路部７はパワースイッチング
素子へベース電流又はゲート電圧を供給する。８は直流
回路の電流検出部であり、９はモータ電流の検出部であ
る。いずれも検出した信号を制御回路部６へ伝達する。

上記構成における電流検出する方法について、以下述へ
る。

まず、従来の直流回路の電流検出部８はＤＣ，−ＣＴを
使用する方法と、シャント抵抗を設け、その両端の電圧
を検出することで、直流回路へ流れる電流を検出する方
法の２種類に大別できる。いずれの場合もモータ電流と
して検出せず、パワースイッチング素子の過電流保護と
して利用するにすぎなかった。

また、モータ電流の検出部９はホール素子を利用したＤ
Ｃ−ＣＴやＣＴ（変換器）を用いる方法に大別できる。

ＣＴを用いる方法は、回路構成が簡単な長所はあるが、
低周波数出力時はＣＴの磁気回路の飽和があり、その為
容積の大きなＣＴを使用せねばならない欠点や、モータ
４に直流電圧を印加しモータを停止させる時はモータ４
に流れる電流が直流であるため、交流電流を検出するＣ
Ｔでは検出できない欠点を有している。ＤＣ−ＣＴを用
いる方法は、上記低周数時や直流の電流も検出できる長
所があるが、ホール素子・ホールｉｃの検出電圧が低い
ため、オペアンプ等の増幅器で検出電流を増幅する必要
があり、オフセットやドリフトの問題があり、高価な検
出器となっていた。

発明が解決しようとする課題 以上述べた如く、従来の技術では、大きなＣＴが必要で
あったり、高価なりＣ−ＣＴを使用しなければならない
欠点があった。

課題を解決するための手段 本発明は、モータ電流の検出を直流回路部に設けたシャ
ント抵抗等の電圧検出手段の検出電圧を利用し、その検
出電圧をモータへ出力される電圧の組み合わせ信号を発
生する論理回路の信号でサンプルホールドし、モータ電
流の検出を行うものである。

作用 以上の構成によれば、直流回路部の電流ｉＤｃと出力電
圧の端子のロジック信号の組み合わせで、各相の電流を
検出する。

実施例 本発明の実施例について第１図で説明する。

１は交流電源、２はダイオード・コンデンサより構成さ
れるコンバータ部、３はパワースイッチング素子より構
成される逆変換部、４はモータ、６は制御回路部、７は
逆変換部３のスイッチング素子のゲートドライブ回路部
、９は電流検出用シャント抵抗、１０はオペアンプで抵
抗２ケと共に信号反転器として作用している。１１−ａ
〜１１−ｆはアナログスイッチであり、１２−ａ〜１２
−ｆは３人力ＡＮＤロジックｉｃ、１３ａ、１３ｃ。

１３ｅはコンデンサであり、アナログスイッチ１１８〜
１１−ｆとでサンプルホールド回路を構成している。

一般に逆変換部は、３相の場合、第３図に示す如く６個
のスイッチング素子で構成されているが、モータ４に接
続され、モータへ電圧や周波数を印加する端子をＵ端子
、■端子、Ｗ端子、とすると、Ｕ端子を別にするなら、
第３図のスイッチング素子Ｑ１がＯＮし、Ｑ２がＯＦＦ
している場合は、コンバータ部２の直流電圧の正電圧が
モータに印加される。この状態を「Ｈ」とする。一方Ｑ
１がＯＦＦし、Ｑ２がＯＮしている場合は、直流電圧の
負電圧をモータに印加する。この状態を「Ｌ」とする。

モータを運転している場合はいかなる場合でも、ｒＨ」
又は「Ｌ」であり、これが三相の場合にはモータへの端
子電圧は より８通りの組合わせとなる。つまり、Ｕ端子。

■端子、Ｗ端子の電圧の組み合わせを［（ｕ相端子電圧
）、（ｖ相端子電圧）、（Ｗ相端子電圧）］とすると［
］Ｌ−Ｌ−Ｌｌ、Ｌ−Ｌ−Ｈ］、［Ｌ・Ｈ−Ｌ］、［Ｌ
−Ｈ−Ｈ］、［Ｈ−Ｌ−Ｌ］。

［Ｈ−Ｌ−Ｈ］　、［Ｈ−Ｈ−Ｌ］　、［Ｈ−Ｈ−Ｈ］
となる。各々についてその内部を考察する。まず、イン
バータ側からモータ側へ流れる電流の向きを「＋」、逆
にモータ側からインバータ側へ流れる電流の向きを「−
」とし、Ｕ相の電流をｉｕ、ｖ相の電流をｉｖ、ｗ相の
電流をｉｗとすると、公知の様に ｉｕ＋ｉｖ＋ｉｗ＝０ が成立する。そこである瞬時の電流値が、ｉｕ＝＋５Ａ ｉｖ−−３Ａ ｉｗ＝−２Ａ とすると、 ｉｕ＋ｉｖ＋ｉｗ−＋５−３−２＝０ が成立している。この時の端子電圧をＵ相に着目すると
、［Ｈ−Ｌ−Ｌｌと［Ｌ−Ｌ−Ｌｌ時は、■相、Ｗ相は
第３図のスイッチング素子で、Ｑ３゜Ｑ５はＯＦＦ、Ｑ
４．Ｑ６がＯＮしている時でＵ相（７）ＱｌがＯＮ、Ｑ
２がＯＦＦしている時が［Ｈ−Ｌ−Ｌｌであり、Ｑｌが
ＯＦＦ、Ｑ２がＯＮＬ。

ている時が［Ｌ−Ｌ−Ｌｌである。まず、［Ｈ・Ｌ−Ｌ
ｌの場合、第４図（ａ）よりＱｌに５Ａ、Ｑ４に３Ａ、
Ｑ６に２Ａが流れ、直流回路は＋５Ａが流れている。（
コンバータ部からインバータ部へ電流が流れる向きを直
流回路の「＋」とした。）次に［Ｌ−Ｌ−Ｌｌの場合、
第４図（ｂ）よりＱ２のフライホイールダイオードに５
Ａ、Ｑ４に３Ａ。

Ｑ６に２Ａが流れ、直流回路には電流が流れていない。

同様［Ｈ−Ｈ−Ｌｌと［Ｌ−Ｈ−Ｌｌの時は、Ｖ。

Ｗ端子が第３図のＱ３．Ｑ６がＯＮで、Ｑ４．Ｑ５がＯ
ＦＦであり、［Ｈ−Ｈ−Ｌｌの時はＱｌがＯＮ、Ｑ２が
ＯＦＦ、［Ｌ−Ｈ−Ｌｌの時はＱｌがＯＦＦ、Ｑ！２が
ＯＮＬ、ている。［Ｈ−Ｈ−Ｌｌの時は第４図（Ｃ）よ
りＱｌに５Ａ、Ｑ３のフライホイールダイオードに３Ａ
、Ｑ６に２Ａが流れており、直流回路は２Ａが流れてい
ることになる。次に［Ｌ−Ｈ−Ｌｌの時は第４図（ｄ）
よりＱ２のフライホイールダイオードに５Ａ、Ｑ３のフ
ライホイールダイオードに３Ａ、Ｑ６に２Ａ流れており
、直流回路は一３Ａ、つまりインバータ側からコンバー
タ部へ３Ａ逆流していることがわかる。

同様、第４図（ｅ）、第４図（ｆ）、第４図（ｇ）、第
４図（ｈ）にそれぞれ［Ｈ−Ｌ−ＨＪ、［Ｌ−Ｌ−ＨＪ
。

［Ｈ−Ｈ−ＨＪ　、［Ｌ−Ｈ−ＨＪの場合を図示してあ
り、直流回路の電流はそれぞれ＋３Ａ、　−２Ａ−ＯＡ
、−５Ａとなることがわかる。以上８通りの３相の端子
電圧の組み合わせとその時の直流回路の電流（ｉｏｃと
表示し、コンバータ部からインバータ部へ流れ込む方向
を「＋」とし、その逆を「−」とする。）を表にすると
、下表となる。

電流と３相の電流との関係をまとめたものであり、これ
らをまとめて表現すると次のとおりである。

１．３相の端子電圧が全て同じ時（全てｒＨ，又は「Ｌ
」）直流回路にはモータ電流が流れない。

２．３相の端子電圧の中で、他の２相と異なる電圧の相
の電流が直流回路に流れ、且つその異なる相の電圧が「
Ｈ」の時はその相の電流の向きが直流回路の電流の向き
と一致し、「Ｌ」の時は符号が逆となる。

本発明は上記のモータ電流と直流回路部の電流１ｏｃと
の関係を利用したもので、第１図の構成において、ＡＮ
Ｄロジックｉｃのうち、１２−ａはＵ相が「Ｌ」、■相
が「ＨＪ、Ｗ相がｒ　）（Ｊの時のみ出力が「Ｈ」とな
り、アナログスイッチ１１ａをＯＮさせ、ｉｏｃをシャ
ント抵抗との積の電圧を反転させた信号をコンデンサ１
３−ａにサンプルホールドする。以下、６ケの組み合わ
せは前記作用で詳細に説明したとおりである。この様な
回路構成で、コンデンサ１３−ａにはｉｕに比例した電
圧が検出され、同様１３−ｃにはｉｖに、１３−ｅには
ｉｗに比例した電圧が検出される。

なお、最近のインバータは端子電圧の決定をマイクロコ
ンピュータで演算している場合が多く、ＡＮＤロジック
１ｃがマイクロコンピュータの中で構成されてもかまわ
ない。また、シャント抵抗の代わりにＤＣ−ＣＴを使っ
ても同様の働きをする。

発明の詳細 な説明した如く、本発明を使用すれば、安価な回路構成
でモータ電流が検出でき、安価で信頼性の高いインバー
タを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

１３−ｃ、１３−ｅ・・・・・・コンデンサ。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝 ほか１名 ンバータの回路構成図、第４図はＰＷＭ制御の電流値の
詳細説明図である。 ２・・・・・・順変換部、３・・・・・・逆変換部、４
・・・・・・モータ、９・・・・・・シャント抵抗（電
流検出手段）、１１ａ〜１１−ｆ・・・・・・アナログ
スイッチ、１２−ａ〜１２−ｆ・・・・・・ＡＮＤロジ
ックｉｃ、１３’−ａｔ手続補正書（方式） 平成元年５月２３日 事件の表示 発明の名称 インバータ装置の電流検出装置 補正をする者 事件との関係　　　　　　特　　　許　　　出　　願　
　大佐　所　　大阪府門真市太字門真１００６番地名　
称　（５８２）松下電器産業株式会社代表者　　　　谷
　　井　　昭　　雄 ４代理人 住　　所 〒　５７１ 大阪府門真市大字門真１００６番地 松下電器産業株式会社内 第４圓

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. インバータ装置の順変換部と逆変換部間に電流検出手段
   を備え、この電流検出手段で発生する電圧を、モータに
   印加する各相の端子電圧の組み合わせ信号を発生する論
   理回路の信号で、サンプルホールドし、モータ電流の検
   出をするインバータ装置の電流検出装置。