WO2007148726A1 - インバータ制御方法 - Google Patents

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Michiya Takezoe
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    • H02P29/032—Preventing damage to the motor, e.g. setting individual current limits for different drive conditions
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    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0009—Devices or circuits for detecting current in a converter

Definitions

  • the present invention relates to an inverter control method, and more particularly to a technique for detecting an abnormality in a current flowing through an inverter.
  • the rotational speed of the rotating device may be reduced due to a physical failure, for example, an excessive load on the rotating device or due to sticking of lubricant in the rotating device itself. There can be a situation where it drops significantly.
  • the motor lock is known as the prominent state.
  • Patent Documents 1 and 2 are disclosed as techniques for dealing with the motor lock.
  • Patent Document 3 is cited as a drooping control for controlling the rotational speed so that the current command does not exceed the current upper limit value.
  • Patent Document 1 Japanese Utility Model Publication No. 6-70441
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2005-245075
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-138966
  • a switching element such as an IGBT is used in an inverter for controlling a motor.
  • the switching element has a low allowable heat resistance due to the trend toward miniaturization and cost reduction.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and the operation of the inverter (excessive input current) deviating from the operation region in the low rotation speed region without interfering with the motor operation region.
  • the purpose is to increase the protection of the inverter.
  • a DC voltage (V) is input.
  • the current value is equal to or greater than the first current threshold (I).
  • the inverter operation is abnormal because it is larger than the second current threshold (I).
  • a second aspect of the inverter control method according to the present invention is the first aspect, wherein the operation region (D) of the multiphase motor is an upper limit value of the current value with respect to the rotational speed ( I)), and the upper limit value indicates that the rotation speed (Rot) is not equal to the second speed threshold (R).
  • the first speed threshold (R) increases as the rotational speed increases.
  • TH1 is less than the second speed threshold, and the first current threshold (I) is greater than the constant value. Les.
  • the upper limit value allowed for the current flowing through the multiphase motor and the inverter decreases as the rotational speed decreases. Therefore, according to the first aspect of the inverter control method according to the present invention, the operation of the inverter (excessive input current) deviating from the operation region in the region where the rotational speed is low without interfering with the operation region is more severe. Judgment power S can be increased, and thus the protection of the inverter can be increased.
  • the first speed threshold value is smaller than the second speed threshold value that is gradually increased in the operating region and the current value starts to increase gradually.
  • the current threshold of 1 can be set small, so that the protection of the inverter can be increased when the rotation speed is insufficient such as motor lock.
  • FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a circuit to which an inverter control method according to the present invention can be applied.
  • FIG. 2 is a graph illustrating an inverter control method according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating an inverter control method that is useful in an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a circuit to which an inverter control method according to the present invention can be applied.
  • Three-phase AC voltage is applied to the power lines Ll, L2, and L3.
  • the three-phase AC voltage is rectified by the diode bridge 1 and charges the capacitor 3 via the choke coil 2.
  • Capacitor 3 holds the DC voltage V.
  • the inverter 4 inputs a DC voltage V and supplies a three-phase current i to the three-phase motor 6.
  • the rotational position ⁇ of the phase motor 6 is detected using a position sensor (not shown), for example, Input to microcomputer 8 as a signal.
  • the current i input to the inverter 4 is a pair of currents connecting the inverter 4 and the capacitor 3.
  • the resistor 5 is interposed in the negative bus connecting the capacitor 3 and the inverter 4, and the voltage generated at both ends thereof is output as the voltage Vi by the amplifier 7 and input to the microcomputer 8.
  • the microcomputer 8 obtains the rotational speed Rot of the motor 6 from the time change of the rotational position ⁇ , and obtains the input current i of the voltage Vi force inverter. And rotation speed Rot, input current i, rotation
  • a switching signal C is generated based on the command ⁇ .
  • the child is switched based on the switching signal C.
  • FIG. 2 is a graph for explaining an inverter control method according to this embodiment.
  • the horizontal axis represents the rotational speed Rot of the motor 6, and the vertical axis represents the input current i of the inverter 4.
  • the operation region D is represented by using an upper limit value I of the input current i with respect to the rotation speed Rot.
  • the input current i is usually higher than the upper limit value I.
  • a current threshold I is set for judging an abnormality because the input current i becomes excessive.
  • the current threshold I is the current threshold I if the rotational speed Rot is less than the speed threshold R.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating an inverter control method according to the embodiment of the present invention, in which an abnormality in the input current i of the inverter is determined.
  • the flowchart is a microphone
  • step S10 the rotational position ⁇ of the motor 6 and the voltage Vi output from the amplifier 7 are Input to microcomputer 8.
  • step S11 the rotational speed Rot of the motor 6 and the input current i of the inverter are calculated from these forces. Steps S10 S11 are normal
  • step S21 it is determined whether or not the rotational speed Rot is less than a speed threshold value R.
  • step S22 If a positive determination is obtained in step S22, the process proceeds to step S23 if a negative determination is obtained.
  • step S22 input current i is less than threshold I.
  • step S3 Determine whether the power is on INV TH1. If a positive determination is obtained, the process proceeds to step S3. If a negative determination is obtained, the process returns to the main routine (not shown).
  • step S3 means that the input current i to the inverter 4 is excessive.
  • step S3 the current abnormality process is executed.
  • Switching signal C is used as the current abnormality processing routine.
  • step S23 it is determined whether or not the input current i is greater than or equal to a threshold value I. And affirmation
  • step S3 If a positive judgment is obtained, the process proceeds to step S3. If a negative judgment is obtained, the process returns to the main routine (not shown).
  • Inverter 4 operation (excessive input current i) that deviates from operation region D in the lower region
  • Judgment can be made strictly, so that the protection of the inverter 4 can be increased. Strictly judging the excess of the input current i is also desirable in order to avoid overheating of the motor.
  • the speed threshold R that determines the current threshold is the speed threshold R that defines the operating region D.
  • TH1 is less than TH2, and the current threshold I is preferably larger than the constant value I.
  • the speed thresholds R 1 and R 2 are lOOrpm and 200rpm, respectively.
  • I 1 and constant value I are 2 amps, 5 amps and 1 amp, respectively.
  • the upper limit I of the input current i can be set to a small constant value I.
  • the current threshold I can be set smaller at a speed threshold R that is smaller than the speed threshold R at which the upper limit I that defines the region D starts to increase gradually as the rotational speed Rot increases.
  • the protection of the inverter 4 can be increased when the rotation speed Rot such as motor lock is insufficient.
  • Rotate speed may increase linearly or with a higher order curve.

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  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
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Abstract

　本発明の目的は、モータの運転領域を妨害することなく、回転速度が低い領域での運転領域を逸脱したインバータの動作をより厳しく判定し、以てインバータの保護を厚くする。運転領域Ｄの電流の上限値ＩUよりも大きく、二つの電流閾値ＩTH1，ＩTH2が採用される。回転速度Ｒｏｔが速度閾値ＲＴＨ１よりも小さい場合には電流閾値ＩTH1が、大きい場合には電流閾値ＩTH2が、それぞれインバータの入力電流ｉINVに異常が生じているか否かの判定基準として採用される。

Description

明 細 書
インバータ制御方法
技術分野
[0001] この発明はインバータの制御方法に関し、特にインバータに流れる電流の異常を検 出する技術に関する。
背景技術
[0002] インバータでモータなどの回転機器を駆動する場合、物理的な障害、例えば当該 回転機器の負荷が過大となったり、回転機器自体において潤滑油の固着などにより 、当該回転機器の回転数が著しく低下したりする状況があり得る。その顕著な状態と してモータロックが知られている。
[0003] 当該モータロックに対処する技術を開示するものとして、特許文献 1, 2を挙げる。
特許文献 1に記載された技術では、モータに流れる電流が基準値を超えるとモータ への定電圧供給を所定期間だけ停止する。特許技術 2に記載された技術では、予め 設定していた時間に亘つてモータの同じ磁極が継続して検出されるとロック状態とし て検出する。
[0004] なお、電流指令が電流上限値を超えないように回転速度を制御する垂下制御につ レ、て特許文献 3を挙げる。
[0005] 特許文献 1 :実開平 6— 70441号公報
特許文献 2：特開 2005— 245075号公報
特許文献 3 :特開 2002— 138966号公報
[0006] モータを制御するインバータにはスイッチング素子、例えば IGBTが用いられている
。スイッチング素子は、その小型化、コストの低減の趨勢から、許容される熱耐力が小 さくなつている。
[0007] このような状況下で、上記従来技術を用いた場合、スイッチング素子化、ひいてはィ ンバータを保護するにおいて下記問題点がある。
[0008] モータに流れる電流が単純な基準値を超えるか否かという判定を行う場合、スイツ チング素子の保護を厚くするには当該基準値を下げることになる。回転速度が非常 に低レ、場合には、同一のスイッチング素子及び同じモータ卷線に電流が流れる時間 が長くなるので、当該基準値を下げる必要がある。し力 ながら、高速回転を行う場 合には当該基準値を超えないとモータが運転できず、当該基準値がモータの運転領 域を妨害することとなってしまう。
[0009] また予め設定していた時間に亘つてモータの同じ磁極が継続して検出された場合 にロック状態と判定すれば、起動時においても同様の判定がなされ、誤動作の原因 となる。
[0010] この発明は上記の問題点に鑑みて成されたもので、モータの運転領域を妨害する ことなぐ回転速度が低い領域での運転領域を逸脱したインバータの動作 (入力電流 の過多）をより厳しく判定することができ、以てインバータの保護を厚くすることを目的 とする。
発明の開示
課題を解決するための手段
[0011] この発明にかかるインバータ制御方法の第 1の態様は、直流電圧 (V )を入力して
DC
多相電流 (i )を多相モータ（6)に供給するインバータ（4)の制御方法である。そして
(a)前記多相モータの回転速度 (Rot)及び前記インバータへの入力電流 (i )の電
INV
流値を検出するステップ (S10， S11)と、（b)前記回転速度が第 1の速度閾値 (R )
TH1 未満である場合に、前記電流値が第 1の電流閾値 (I )以上であることを以て前記ィ
TH1
ンバータの動作が異常であると判定するステップ（S21 , S22)と、 （c)前記回転速度 が前記第 1の速度閾値以上である場合に、前記電流値が、前記第 1の電流閾値より も大きレ、第 2の電流閾値 (I )以上であることを以て前記インバータの動作が異常で
TH2
あると判定するステップ（S21 , S23)とを備える。
[0012] この発明に力かるインバータ制御方法の第 2の態様は、その第 1の態様であって、 前記多相モータの運転領域 (D)は、前記回転速度に対する前記電流値の上限値 (I )を用いて表され、前記上限値は、前記回転速度 (Rot)が第 2の速度閾値 (R )未
U TH2 満である場合には一定値 (I )を採り、前記回転速度が前記第 2の速度閾値以上で
U0
ある場合には前記回転速度の上昇に従って上昇し、前記第 1の速度閾値 (R )は
TH1 前記第 2の速度閾値未満であり、前記第 1の電流閾値 (I )は前記一定値よりも大き レ、。
発明の効果
[0013] 多相モータの運転領域においては、回転速度が減少するほど多相モータ及びイン バータに流れる電流に許される上限値が減少する。よってこの発明にかかるインバー タ制御方法の第 1の態様によれば、運転領域を妨害することなぐ回転速度が低い領 域での運転領域を逸脱したインバータの動作 (入力電流の過多）をより厳しく判定す ること力 Sでき、以てインバータの保護を厚くすることができる。
[0014] 回転速度が低い場合には大きな入力電流は必要ないので、運転領域における電 流値の上限値は小さな一定値に設定することができる。よってこの発明に力かるイン バータ制御方法の第 2の態様のように、運転領域にぉレ、て電流値の上限値が漸増し 始める第 2の速度閾値よりも小さな第 1の速度閾値において第 1の電流閾値を小さく 設定することができ、以てモータロック等の回転速度の不足時におけるインバータの 保護を厚くすることができる。
[0015] この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによ つて、より明白となる。
図面の簡単な説明
[0016] [図 1]この発明にかかるインバータの制御方法を適用可能な回路を例示する回路図 である。
[図 2]本実施の形態におけるインバータの制御方法を説明するグラフである。
[図 3]この発明の実施の形態に力かるインバータの制御方法を例示するフローチヤ一 トである。
発明を実施するための最良の形態
[0017] 図 1はこの発明にかかるインバータの制御方法を適用可能な回路を例示する回路 図である。電源線 Ll， L2, L3には三相交流電圧が印加される。当該三相交流電圧 はダイオードブリッジ 1によって整流され、チョークコイル 2を介してコンデンサ 3を充 電する。コンデンサ 3は直流電圧 V を保持する。
DC
[0018] インバータ 4は、直流電圧 V を入力して三相電流 iを三相モータ 6に供給する。三
DC
相モータ 6の回転位置 Θは、例えば位置センサ（図示せず）を用いて検出され、電気 信号としてマイクロコンピュータ 8に入力する。
[0019] インバータ 4に入力する電流 i は、インバータ 4とコンデンサ 3とを接続する一対の
INV
母線の一方に介在する抵抗 5の電圧降下から求められる。具体的には抵抗 5はコン デンサ 3とインバータ 4とを接続する負側の母線に介在し、その両端に生起する電圧 が増幅器 7によって電圧 Viとして出力され、マイコン 8に入力する。
[0020] マイコン 8は回転位置 Θの時間変化からモータ 6の回転速度 Rotを求め、また電圧 Vi力 インバータの入力電流 i を求める。そして回転速度 Rot、入力電流 i 、回転
INV INV
指令 Ωに基づレ、て、スイッチング信号 C を生成する。インバータ 4のスイッチング素
SW
子のスイッチングはスイッチング信号 C に基づレ、て行われる。
SW
[0021] 図 2は本実施の形態におけるインバータの制御方法を説明するグラフであり、横軸 にはモータ 6の回転速度 Rotを、縦軸にはインバータ 4の入力電流 i を、それぞれ採
INV
つている。
[0022] 運転領域 Dは、回転速度 Rotに対する入力電流 i の上限値 Iを用いて表される。
INV U
即ち回転速度 Rotでモータ 6が回転している場合、通常は入力電流 i が上限値 I以
INV U
下となる。この運転領域 D内では特許文献 3で例示されるような垂下制御が可能とな る。
[0023] 通常、モータ 6は回転速度 Rotが上昇するほど、その運転に必要な入力電流 i は
INV
非線形で増大する。よって上限値 Iはこの現象を近似して、回転速度 Rotが速度閾
U
値 R 未満である場合には一定値 I を採り、これ以上である場合には回転速度 Rot
TH2 U0
の上昇に従って上昇する。
[0024] さて入力電流 i が過大となることを以て異常を判定すベぐ電流閾値 I を設定す
INV TH
る。電流閾値 I は、回転速度 Rotが速度閾値 R 未満であれば電流閾値 I を採り
TH TH1 TH1
、速度閾値 R 以上であれば電流閾値 I を採る。電流閾値 I は運転領域 Dを妨害
TH1 TH2 TH
しないように、上限値 Iよりも大きく設定される。
u
[0025] 図 3はこの発明の実施の形態に力、かるインバータの制御方法を例示するフローチヤ ートであり、インバータの入力電流 i の異常を判定する。当該フローチャートはマイク
INV
口コンピュータ 8によって実行される。
[0026] ステップ S10において、モータ 6の回転位置 Θ及び増幅器 7が出力する電圧 Viを マイコン 8へと入力する。そしてステップ S11において、これら力らモータ 6の回転速 度 Rot及びインバータの入力電流 i を演算して求める。ステップ S10 S11は、通常
INV
のモータ 6の運転制御においても実行されるので、特に電流の異常を判定するルー チンのために別個に設ける必要はない。
[0027] ステップ S21では回転速度 Rotが速度閾値 R 未満であるか否かを判断する。そし
TH1
て肯定的判断が得られた場合にはステップ S22 否定的判断が得られた場合には ステップ S23 それぞれ処理が進む。ステップ S22では入力電流 i が閾値 I 以
INV TH1 上であるか否力、を判断する。そして肯定的判断が得られた場合にはステップ S3へ処 理が進み、否定的判断が得られた場合には図示しなレ、メインルーチンへと処理が復 帰する。
[0028] ステップ S3 処理が進むということは、インバータ 4への入力電流 i が過大であつ
INV
て、その動作に異常が生じていることを示し、ステップ S3において電流異常処理 一チンが実行される。電流異常処理ルーチンとしては、スイッチング信号 C を用い
SW
てインバータ 4の動作を停止させること、を例示することができる。
[0029] ステップ S23では入力電流 i が閾値 I 以上であるか否かを判断する。そして肯定
INV TH2
的判断が得られた場合にはステップ S3 処理が進み、否定的判断が得られた場合 には図示しないメインルーチンへと処理が復帰する。
[0030] モータ 6の運転領域 Dにおいては、回転速度 Rotが減少するほどモータ 6に流れる 電流に許される上限値 Iが減少する。よって電流閾値 I として、回転速度 Rotが小さ
U TH
い場合には小さい電流閾値 I を、回転速度 Rotが大きい場合には大きい電流閾値
TH1
I を、それぞれ設定することにより、運転領域 Dを妨害することなぐ回転速度 Rotが
TH2
低い領域での運転領域 Dを逸脱したインバータ 4の動作 (入力電流 i の過多）をより
INV
厳しく判定することができ、以てインバータ 4の保護を厚くすることができる。入力電流 i の過多を厳しく判定することは、モータの過熱を回避する点でも望ましい。
INV
[0031] なお、電流閾値を決定する速度閾値 R は、運転領域 Dを規定する速度閾値 R
TH1 TH2 未満であり、電流閾値 I は一定値 I よりも大きいことが望ましい。
TH1 U0
[0032] 例えば速度閾値 R , R はそれぞれ lOOrpm, 200rpmであり、例えば電流閾値
TH1 TH2
I 1 、一定値 I はそれぞれ 2アンペア、 5アンペア、 1アンペアである。
THl TH2 U0 [0033] 回転速度 Rotが低い場合には入力電流 i は大きい必要がなぐ運転領域 Dにお
INV
ける入力電流 i の上限値 Iは小さな一定値 I に設定することができる。よって運転
INV u U0
領域 Dを規定する上限値 Iが回転速度 Rotの増加と共に漸増し始めるような速度閾 値 R よりも小さな速度閾値 R において電流閾値 I を小さく設定することができる
TH2 TH1 TH1
。これによりモータロック等の回転速度 Rotが不足しているときにおけるインバータ 4の 保護を厚くすることができる。
[0034] 上記説明では電流閾値 I ， 1 が一定値を採る場合を例示したが、本発明はこの
TH1 TH2
場合に限られない。例えば電流閾値 I よりも電流閾値 I が大きい関係を保ちつつ
TH1 TH2
も、両者が回転速度 Rotに対して一定でなくてもよい。例えば電流閾値 I , 1 は回
TH1 TH2 転速度 Rotの増大に対して線形、あるいは高次曲線的に増加してもよい。
[0035] この発明は詳細に説明された力 上記した説明は、すべての局面において、例示 であって、この発明がそれに限定されるものではなレ、。例示されていない無数の変形 例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

Claims

請求の範囲
[1] 直流電圧 (V )を入力して多相電流 (i )を多相モータ（6)に供給するインバータ（
DC
4)の制御方法であって、
(a)前記多相モータの回転速度 (Rot)及び前記インバータへの入力電流 (i )の
INV
電流値を検出するステップ（S 10， S11)と、
(b)前記回転速度が第 1の速度閾値 (R )未満である場合に、前記電流値が第 1
TH1
の電流閾値 (I )以上であることを以て前記インバータの動作が異常であると判定す
TH1
るステップ（S21 , S22)と、
(c)前記回転速度が前記第 1の速度閾値以上である場合に、前記電流値が、前記 第 1の電流閾値よりも大きい第 2の電流閾値 (I )以上であることを以て前記インバー
TH2
タの動作が異常であると判定するステップ (S21 , S23)と
を備える、インバータ制御方法。
[2] 前記多相モータの運転領域 (D)は、前記回転速度に対する前記電流値の上限値
(I )を用いて表され、
U
前記上限値は、
前記回転速度 (Rot)が第 2の速度閾値 (R )未満である場合には一定値 (I )を
TH2 U0 採り、
前記回転速度が前記第 2の速度閾値以上である場合には前記回転速度の上昇に 従って上昇し、
前記第 1の速度閾値 (R )は前記第 2の速度閾値未満であり、前記第 1の電流閾
TH1
値 (I )は前記一定値よりも大きい、請求項 1記載のインバータ制御方法。
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