JP2003299388A

JP2003299388A - Power converter

Info

Publication number: JP2003299388A
Application number: JP2002099531A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Ota; 貴之太田; Shinzo Tomonaga; 慎三朝長
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-04-02
Filing date: 2002-04-02
Publication date: 2003-10-17
Anticipated expiration: 2022-04-02
Also published as: JP4082060B2

Abstract

(57)【要約】【課題】保護機能の基準レベルを、可変速駆動する対
象の誘導電動機および電力変換装置と誘導電動機を接続
するケーブルを含めた負荷装置に適した値に設定するこ
とができる電力変換装置を得る。【解決手段】直流電力を、所定の周波数、所定の交流
電圧の交流電力に変換するスイッチング回路１３から出
力される出力電流Ｉ_out を検出する電流検出回路１４
と、検出された出力電流Ｉ_out と比較する保護機能の
基準レベルＩ_a を電力変換装置１の定格電流または誘
導電動機２３の定格電流に従って設定された基準レベル
の初期値Ｉ_c に、出力電流のリップル成分の最大値Ｉ
_Rmax を加算して求め、検出された出力電流Ｉ_out と
保護機能の基準レベルＩ_a とを比較して、スイッチン
グ回路１３、誘導電動機２３を保護する保護手段３と、
を有する電力変換装置。 (57) [Summary] A reference level of a protection function can be set to a value suitable for an induction motor to be driven at a variable speed and a load device including a cable connecting the power conversion device and the induction motor. Obtain a power converter. SOLUTION: A current detection circuit 14 for detecting an output current _Iout output from a switching circuit 13 for converting DC power into AC power having a predetermined frequency and a predetermined AC voltage.
If, the initial value I _c of the reference level set in accordance with the rated current of the rated current or the induction motor 23 of the power conversion apparatus 1 the reference level I _a protection function of comparing the detected output current I _out, the output current Maximum value of ripple component I
Calculated by adding the _Rmax, by comparing the reference level I _a protective function between the detected output current I _out, the switching circuit 13, the protection means 3 for protecting the induction motor 23,
A power converter having:

Description

【発明の詳細な説明】【０００１】【発明の属する技術分野】この発明は電力変換装置を構
成するパワートランジスタを保護するための保護機能お
よびこの電力変換装置から交流電源を供給され可変速駆
動される誘導電動機を保護するための保護機能を備えた
電力変換装置に関する。【０００２】【従来の技術】図４は従来の電力変換装置の構成を示す
図である。図において、１０は電力変換装置、１１は運
転指令、速度指令などの各種指令および加減速時間、Ｖ
／ｆパターンなどの各種設定値を入力し、制御信号を演
算、出力する演算手段としてのマイクロコントローラ
（以下、マイコンと記す）、１２はマイコン１１から出
力される制御信号によりＰＷＭのスイッチング信号を作
成し、後述のスイッチング回路１３に出力する駆動回
路、１３はパワートランジスタを有し、駆動回路１２か
ら出力されるＰＷＭのスイッチング信号に基づきパワー
トランジスタのゲートをオン／オフして直流電力を所定
の周波数および所定の交流電圧の交流電力に変換するス
イッチング回路、１４はスイッチング回路１３から後述
の誘導電動機２３に供給される出力電流Ｉ_out を検出
する電流検出回路である。また、１５は可変速駆動する
対象の後述の誘導電動機２３および電力変換装置１０と
誘導電動機２３を接続するケーブルを含めた負荷装置の
抵抗Ｒ、リアクタンスＬ（以下、負荷装置の等価回路定
数Ｒ、Ｌと記す）を推定するオートチューニング手段で
ある。【０００３】また、１６は保護手段、１７は電流検出回
路１４で検出した出力電流Ｉ_outによりスイッチング回
路１３が過電流となったか否かを判定する過電流保護手
段、１８は電流検出回路１４で検出した出力電流Ｉ_out
により出力電流を抑制する電流制限手段、１９は電流
検出回路１４で検出した出力電流Ｉ_out により誘導電
動機２３が過負荷となったか否かを判定する負荷サーマ
ル手段、２０は電流検出回路１４で検出した出力電流Ｉ
_out によりスイッチング回路１３のパワートランジス
タが過負荷となったか否かを判定するトランジスタサー
マル手段である。【０００４】また、２１は過電流保護手段１７、電流制
限手段１８、負荷サーマル手段１９およびトランジスタ
サーマル手段２０による保護機能の有効／無効を選択す
る保護機能選択手段である。また、２２ｂは過電流保護
手段１７、電流制限手段１８、負荷サーマル手段１９お
よびトランジスタサーマル手段２０による保護機能の
内、保護機能選択手段２１で有効と選択された保護機能
の基準レベルと、電流検出回路１４で検出した出力電流
Ｉ_out とを比較し、出力電流Ｉ_out が保護機能の基準
レベルを越えた場合に、マイコン１１に異常信号を出力
する比較器である。【０００５】また、２３はスイッチング回路１３で変換
された交流電力を供給される負荷装置としての誘導電動
機である。また、Ｒ、Ｌは誘導電動機２３および電力変
換装置１０と誘導電動機２３を接続するケーブルを含め
た負荷装置の等価回路定数である。また、ｆ_c はＰＷ
Ｍの高周波スイッチングを行うキャリア周波数、Ｖpnは
直流母線電圧の振幅、Ｖ_out は出力電圧、Ｉ_out は出
力電流である。【０００６】従来の電力変換装置における保護機能にお
いて、過電流保護手段１７、電流制限手段１８、負荷サ
ーマル手段１９およびトランジスタサーマル手段２０
は、出力電流Ｉ_out と比較する保護機能の基準レベル
Ｉ_b （Ｉ_b1 ，Ｉ_b2 ，Ｉ_b3，Ｉ_b4 ）を、電力変換
装置１０の定格電流または誘導電動機２３の定格電流に
従って設定された保護機能の基準レベルの初期値Ｉ_c
（Ｉ_c1 ，Ｉ_c2 ，Ｉ_c3，Ｉ_c4 ）にキャリア周波数ｆ
_c に対応した係数ηを乗算することで保護機能の基準
レベルを算出する。過電流保護手段１７の基準レベル：Ｉ_b1 ＝Ｉ_c1 ×η 電流制限手段１８の基準レベル：Ｉ_b2 ＝Ｉ_c2 ×η 負荷サーマル手段１９の基準レベル：Ｉ_b3 ＝Ｉ_c3 ×η トランジスタサーマル手段２０の基準レベル：Ｉ_b4 ＝Ｉ_c4 ×η 【０００７】図５は従来の電力変換装置における保護機
能処理を示すフローチャートである。【０００８】図４、図５により従来の電力変換装置の動
作について説明する。電力変換装置１０において、マイ
コン１１は、運転指令、速度指令などの各種指令および
加減速時間、Ｖ／ｆパターンなどの各種設定値を入力
し、制御信号を演算、出力する。駆動回路１２は、マイ
コン１３から出力された制御信号に基づき、スイッチン
グ回路１３のパワートランジスタのゲートをオン／オフ
するためのＰＷＭのスイッチング信号を出力する。スイ
ッチング回路１３は、駆動回路１２から出力されたＰＷ
Ｍのスイッチング信号に従いパワートランジスタのゲー
トをオン／オフして、直流電力を所定の周波数、所定の
交流電圧の交流電力に変換し、誘導電動機２３に供給
し、誘導電動機２３を可変速駆動する。【０００９】従来の電力変換装置は、過電流保護（過電
流保護手段１７）、電流制限（電流制限手段１８）、負
荷サーマル（負荷サーマル手段１９）およびトランジス
タサーマル（トランジスタサーマル手段２０）などの保
護機能を有しており、運転中に、図１５に示すフローチ
ャートにより保護機能処理を実行する。【００１０】ステップＳ２１で、キャリア周波数ｆ_c
を設定する。ステップＳ２２で、過電流保護手段１７、
電流制限手段１８、負荷サーマル手段１９およびトラン
ジスタサーマル手段２０は、電力変換装置１０の定格電
流または誘導電動機２３の定格電流に従って設定された
保護機能の基準レベルの初期値Ｉ_c （Ｉ_c1 ，Ｉ
_c2 ，Ｉ_c3 ，Ｉ_c4 ）にキャリア周波数ｆ_c に対応
した係数ηを乗算して、出力電流Ｉ_out と比較する基
準レベルＩ_b （Ｉ_b1 ，Ｉ_b2，Ｉ_b3 ，Ｉ_b4 ）を算
出する。【００１１】ステップＳ２３で、電流検出回路１４は誘
導電動機２３に供給される出力電流Ｉ_out を検出し、
比較器２２ｂに出力する。【００１２】比較器２２ｂは、ステップＳ２４で保護機
能の内、過電流保護の有効／無効を確認し、無効が選択
されている場合はステップＳ２６へ飛ぶ。ステップＳ２
４で過電流保護が有効と選択されている場合は、出力電
流Ｉ_outと過電流保護手段１７の基準レベルＩ_b1 とを
比較し、出力電流Ｉ_out が基準レベルＩ_b1 以下の場
合には、正常であると判断してステップＳ２６へ進む。
また、ステップＳ２５で出力電流Ｉ_out が基準レベル
Ｉ_b1 を越えたと判定した場合には、ステップＳ２７で
マイコン１１に異常信号を出力する。マイコン１１は比
較器２２ｂより異常信号を入力した場合、制御信号を遮
断し、スイッチング回路１３のパワートランジスタのス
イッチングを停止する。【００１３】比較器２２ｂは、ステップＳ２６で保護機
能の内、電流制限の有効／無効を確認し、無効が選択さ
れている場合はステップＳ２９へ飛ぶ。ステップＳ２６
で電流制限が有効と選択されている場合は、ステップＳ
２８で出力電流Ｉ_out と電流制限手段１８の基準レベ
ルＩ_b2 とを比較し、出力電流Ｉ_out が基準レベルＩ
_b2 以下の場合には、正常であると判断してステップＳ
２９へ進む。また、ステップＳ２８で出力電流Ｉ_out
が基準レベルＩ_b2 を越えたと判定した場合には、ステ
ップＳ２７でマイコン１１に異常信号を出力する。マイ
コン１１は比較器２２ｂより異常信号を入力した場合、
制御信号を遮断し、スイッチング回路１３のパワートラ
ンジスタのスイッチングを停止する。【００１４】比較器２２ｂは、ステップＳ２９で保護機
能の内、負荷サーマルの有効／無効を確認し、無効が選
択されている場合はステップＳ３１へ飛ぶ。ステップＳ
２９で負荷サーマルが有効と選択されている場合は、ス
テップＳ３０で出力電流Ｉ_out と負荷サーマル手段１
９の基準レベルＩ_b3 とを比較し、出力電流Ｉ_out が
基準レベルＩ_b3 以下の場合には、正常であると判断し
てステップＳ３１へ進む。また、ステップＳ３０で出力
電流Ｉ_out が基準レベルＩ_b ₃ を越えたと判定した場
合には、ステップＳ２７でマイコン１１に異常信号を出
力する。マイコン１１は比較器２２ｂより異常信号を入
力した場合、制御信号を遮断し、スイッチング回路１３
のパワートランジスタのスイッチングを停止する。【００１５】比較器２２ｂは、ステップＳ３１で保護機
能の内、トランジスタサーマルの有効／無効を確認し、
無効が選択されている場合はステップＳ２３へ戻る。ス
テップＳ３１でトランジスタサーマルが有効と選択され
ている場合は、ステップＳ３２で出力電流Ｉ_out とト
ランジスタサーマル手段２０の基準レベルＩ_b ₄ とを比
較し、出力電流Ｉ_out が基準レベルＩ_b4 以下の場合
には、正常であると判断してステップＳ２３へ戻る。ま
た、ステップＳ３２で出力電流Ｉ_outが基準レベルＩ_b4
を越えたと判定した場合には、ステップＳ２７でマイ
コン１１に異常信号を出力する。マイコン１１は比較器
２２ｂより異常信号を入力した場合、制御信号を遮断
し、スイッチング回路１３のパワートランジスタのスイ
ッチングを停止する。【００１６】また、図６は電力変換装置においてスイッ
チング回路１３から出力される出力電流の波形を示す図
で、（ａ）は駆動回路１２から出力されるＰＷＭのスイ
ッチング信号の波形、（ｂ）は出力電流の波形である。
図において、ｆ_c はキャリア周波数、Ｉ_out は出力電
流、Ｉ_o は出力電流Ｉ_out の基本波成分、Ｉ_R はＰ
ＷＭの高周波スイッチングにより生じた出力電流Ｉ_out
のリップル成分である。出力電流のリップル成分Ｉ_R
は、ＰＷＭの高周波スイッチングにより変動し、ＰＷ
Ｍのスイッチング信号の波形がプラス側の時に増加し、
マイナス側の時に減少する。【００１７】また、図７は電力変換装置において、駆動
回路１２から出力されるＰＷＭのスイッチング信号と出
力電流のリップル成分との関係について示す図である。
図において、Ｖpnは直流母線電圧の振幅、Ｉ_R は出力
電流のリップル成分、Ｉ_Rmaxはリップル成分の最大値、
ｆ_c はキャリア周波数である。負荷装置の等価回路定
数をＲ、Ｌとすると、リップル成分Ｉ_R の最大値Ｉ_Rma
_x は、式（１）で表すことができる。Ｉ_Rmax ＝（Ｖpn／Ｒ）・（１−ｅｘｐ（−Ｒ／２Ｌ・ｆ_c ））・・・・・（１）式（１）に示すように、リップル成分の最大値Ｉ_Rmax
は、キャリア周波数ｆ _c と直流母線電圧の振幅Ｖpnと
が同じであっても、誘導電動機２３の抵抗Ｒ、リアクタ
ンスＬの値によって変化する。【００１８】また、スイッチング回路１３の損失をＰ、
パワートランジスタのゲートをオン／オフするスイッチ
ングによって生じる損失をＰsw、パワートランジスタに
電流が流れることによって生じる損失をＰconとする
と、Ｐ、Ｐsw、Ｐconは、式（２）〜式（４）で表すこ
とができる。Ｐ＝ｆ_c ×Ｐsw＋Ｐcon・・・・・・・・・（２）Ｐsw ∝ Ｖpn・（Ｉ_o ＋Ｉ_R ）・・・・・（３）Ｐcon ∝（Ｉ_o ＋Ｉ_R ）・・・・・・・・・（４）スイッチング回路１３の損失Ｐは、キャリア周波数ｆ_c
と直流母線電圧の振幅Ｖpnと出力電流Ｉ_out （＝Ｉ_o
＋Ｉ_R ）の値によって変化する。【００１９】【発明が解決しようとする課題】一般に電力変換装置
は、可変速駆動する対象の誘導電動機の定格電流、加速
・減速時間などの運転パターンなどを基準として選定さ
れており、従来の電力変換装置の保護機能においては、
上述のように出力電流と比較する保護機能の基準レベル
Ｉ_b （Ｉ_b1 ，Ｉ_b2 ，Ｉ_b3 ，Ｉ_b4 ）を、電力変
換装置の定格電流または誘導電動機の定格電流を基に設
定された保護機能の基準レベルの初期値Ｉ_c（Ｉ_c1 ，
Ｉ_c2 ，Ｉ_c3 ，Ｉ_c4 ）に、キャリア周波数ｆ_c に
対応した係数ηを乗算して求め（Ｉ_b ＝Ｉ_c ×η）、
パワートランジスタおよび誘導電動機を保護するように
していた。【００２０】また、出力電流Ｉ_out （＝Ｉ_o ＋Ｉ
_R ）は、誘導電動機の特性を決める基本波成分Ｉ_o と
リップル成分Ｉ_R とで表され（Ｉ_out ＝Ｉ_o ＋Ｉ
_R ）、リップル成分Ｉ_R の最大値Ｉ_Rmax は、上述の
式（１）に示されるように、負荷装置の等価回路定数を
Ｒ、Ｌにより変化する。電力変換装置と可変速駆動する
対象の誘導電動機とが離れている場合には、電力変換装
置と誘導電動機とを接続するケーブルの抵抗、リアクタ
ンスの影響により、キャリア周波数ｆ_c と直流母線電
圧の振幅Ｖpnとが同じであっても、実際の電流リップル
の最大値は、誘導電動機の抵抗Ｒ、リアクタンスＬを基
に式（１）により算出したリップル成分の最大値Ｉ_Rmax
と異なることになる。【００２１】また、従来の電力変換装置における保護機
能では、試験で回路定数を確認していない誘導電動機を
可変速駆動する場合には、定格電流の値が同等であって
も、誘導電動機の抵抗、リアクタンスが必ずしも同じで
はないため、実際のリップル成分の最大値が、回路定数
を確認した誘導電動機の抵抗Ｒ、リアクタンスＬを基に
式（１）により算出したリップル成分の最大値Ｉ_Rmax
と異なることになる。【００２２】したがって、誘導電動機の特性を決める出
力電流の基本波成分Ｉ_o が保護機能の基準レベルの初
期値Ｉ_c 以下であっても、リップル成分Ｉ_R が大きい
場合には、出力電流Ｉ_out （＝Ｉ_o ＋Ｉ_R ）が保護
機能の基準レベルＩ_b を越えて保護機能が働いてしま
うので、最適な保護が出来ないという問題点、また特性
を十分引き出すことができないという問題点があった。
また、逆にリップル成分Ｉ_R が小さい場合には、出力
電流の基本波成分Ｉ_o が保護機能の基準レベルの初期
値Ｉ_c を越えて、保護機能の基準レベルＩ_b 付近まで
上昇した時点で、保護機能が働くことになり、最適な保
護が出来ないという問題点があった。【００２３】また、可変速駆動する対象の誘導電動機お
よび電力変換装置と誘導電動機を接続するケーブルを含
めた負荷装置の抵抗Ｒ、リアクタンスＬを考慮して、保
護機能の基準レベルを修正すること、試験で回路定数を
確認していない誘導電動機の抵抗Ｒ、リアクタンスＬを
考慮して、保護機能の基準レベルを修正することが困難
であるという問題点もあった。【００２４】この発明は、上述のような課題を解決する
ためになされたもので、保護機能の基準レベルを、可変
速駆動する対象の誘導電動機および電力変換装置と誘導
電動機を接続するケーブルを含めた負荷装置に適した値
に設定することができる電力変換装置を得ることを目的
とする。【００２５】【課題を解決するための手段】この発明の電力変換装置
は、運転指令、速度指令などの各種指令および加減速時
間、Ｖ／ｆパターンなどの各種設定値を入力し、制御信
号を演算する演算手段と、この演算手段から出力される
制御信号を入力し、ＰＷＭのスイッチング信号を作成す
る駆動回路と、パワートランジスタを有し、この駆動回
路から出力されるＰＷＭのスイッチング信号により前記
パワートランジスタのゲートをオン／オフして直流電力
を、所定の周波数、所定の交流電圧の交流電力に変換す
るスイッチング回路と、可変速駆動する対象の誘導電動
機および電力変換装置と前記誘導電動機を接続するケー
ブルを含めた負荷装置の抵抗、リアクタンスを推定する
オートチューニング手段と、前記スイッチング回路から
出力される出力電流を検出する電流検出回路と、この電
流検出回路で検出した出力電流を基に、前記スイッチン
グ回路が過電流となったか否かを判定する過電流保護、
出力電流を抑制する電流制限、前記誘導電動機が過負荷
となったか否かを判定する負荷サーマル、前記スイッチ
ング回路のパワートランジスタが過負荷となったか否か
を判定するトランジスタサーマルなどの保護手段と、を
有する電力変換装置において、前記保護手段は、前記オ
ートチューニング手段により推定した前記負荷装置の抵
抗、リアクタンスと、直流母線電圧とキャリア周波数と
を基に出力電流のリップル成分の最大値を算出するとと
もに、保護機能処理時に使用する保護機能の基準レベル
を、前記電力変換装置の定格電流または前記誘導電動機
の定格電流に従って設定された保護機能の基準レベルの
初期値に、出力電流のリップル成分の最大値を加算して
求めるようにしたものである。【００２６】【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
実施の形態１に係る電力変換装置の構成を示す図であ
る。図において、１１〜１４、２３、ｆ_c 、Ｖpn、Ｖ
_out 、Ｉ_out は、図３と同様であり、その説明を省略
する。また、１は電力変換装置、２は可変速駆動する対
象の誘導電動機２３および電力変換装置１と誘導電動機
２３を接続するケーブルを含めた負荷装置の抵抗Ｒ、リ
アクタンスＬ（以下、負荷装置の等価回路定数Ｒ、Ｌと
記す）を推定するオートチューニング手段である。【００２７】また、３は保護手段、４はオートチューニ
ング手段２の算出した負荷装置の等価回路定数Ｒ、Ｌと
キャリア周波数ｆ_c を基に式（１）によりリップル成
分の最大値Ｉ_Rmax を演算する電流リップル演算手段で
ある。Ｉ_Rmax ＝（Ｖpn／Ｒ）・（１−ｅｘｐ（−Ｒ／２Ｌ・ｆ_c ））・・・・・（１）【００２８】また、５は電流検出回路１４で検出した出
力電流Ｉ_out を基にスイッチング回路１３が過電流か
否かを判定する過電流保護手段、６は電流検出回路１４
で検出した出力電流Ｉ_out を基に出力電流を抑制する
電流制限手段、７は電流検出回路１４で検出した出力電
流Ｉ_out を基に誘導電動機２３が過負荷か否かを判定
する負荷サーマル手段、８は電流検出回路１４で検出し
た出力電流Ｉ_out を基にスイッチング回路１３のパワ
ートランジスタが過負荷か否かを判定するトランジスタ
サーマル手段である。【００２９】また、９は過電流保護手段５、電流制限手
段６、負荷サーマル手段７およびトランジスタサーマル
手段８の保護機能の有効／無効を選択する保護機能選択
手段である。また、２２ａは過電流保護手段５、電流制
限手段６、負荷サーマル手段７およびトランジスタサー
マル手段８などの保護機能の内、保護機能選択手段９で
有効と選択された保護機能の基準レベルと、電流検出回
路１４で検出した出力電流とを比較し、出力電流が保護
機能の基準レベルを越えた場合に、マイコン１１に異常
信号を出力する比較器である。【００３０】実施の形態１に係る電力変換装置における
保護機能において、過電流保護手段５、電流制限手段
６、負荷サーマル手段７およびトランジスタサーマル手
段８は、電力変換装置１、１０の定格電流または誘導電
動機２３の定格電流を基に設定された保護機能の基準レ
ベルの初期値Ｉ_c （Ｉ_c1 ，Ｉ_c2 ，Ｉ_c3 ，Ｉ_c4）
にリップル成分の最大値Ｉ_Rmax を加算して、出力電流
Ｉ_out と比較する保護機能の基準レベルＩ_a （Ｉ
_a1 ，Ｉ_a2 ，Ｉ_a3 ，Ｉ_a4 ）を算出する。過電流保護手段５の基準レベル：Ｉ_a1 ＝Ｉ_c1 ＋Ｋ₁ ・Ｉ_Rmax 電流制限手段６の基準レベル：Ｉ_a2 ＝Ｉ_c2 ＋Ｋ₂ ・Ｉ_Rmax 負荷サーマル手段７の基準レベル：Ｉ_a3 ＝Ｉ_c3 ＋Ｋ₃ ・Ｉ_Rmax トランジスタサーマル手段８の基準レベル：Ｉ_a4 ＝Ｉ_c4 ＋Ｋ₄ ・Ｉ_Rmax ここで、Ｋ（Ｋ₁ 、Ｋ₂ 、Ｋ₃ 、Ｋ₄ ）は保護機能
の種類によって異なる係数で、リップル成分の影響が大
きい過電流保護機能、電流制限機能ではＫ₁＝１、Ｋ₂
＝１とし、リップル成分の影響が小さい負荷サーマル機
能、トランジスタサーマル機能ではＫ₃ ＝０．５、Ｋ₄
＝０．５とする。【００３１】図２はこの発明の実施の形態１に係る電力
変換装置において保護機能処理時に使用する保護機能の
基準レベルを説明する図で、（ａ）は配線長が短い場
合、（ｂ）は配線長が長い場合のものである。図におい
て、Ｉ_out は出力電流、Ｉ_oは出力電流Ｉ_out の基本
波成分、Ｉ_R は出力電流Ｉ_out のリップル成分であ
り、Ｉ_out ＝Ｉ_o ＋Ｉ_R である。また、Ｉ_a は実施
の形態１に係る電力変換装置における出力電流Ｉ_out
のリップル成分の最大値Ｉ_Rmax を考慮した保護機能の
基準レベル、Ｉ_b は従来の電力変換装置におけるキャ
リア周波数ｆ_c を考慮した保護機能の基準レベル、Ｉ_c
は電力変換装置１、１０の定格電流または誘導電動機
２３の定格電流を基に設定された保護機能の基準レベル
の初期値である。【００３２】出力電流Ｉ_out のリップル成分の振幅が
大きい場合は、出力電流Ｉ_out の基本波成分Ｉ_o が保
護機能の基準レベルの初期値Ｉ_c を越えるあたりで、
出力電流Ｉ_out が実施の形態１における保護機能の基
準レベルＩ_a 又は従来の保護機能の基準レベルＩ_b を
越えるようになっている（図（ａ））。しかし、出力電
流Ｉ_out のリップル成分の振幅が小さい場合は、出力
電流Ｉ_out の基本波成分Ｉ_o が保護機能の基準レベル
の初期値Ｉ_c を越えるあたりで、出力電流Ｉ_outが実施
の形態１における保護機能の基準レベルＩ_a を越える
ようになっているが、従来の保護機能の基準レベルＩ_b
を下回っており保護機能が働かない（図（ｂ））。【００３３】実施の形態１に係る電力変換装置において
は、保護機能処理時に使用する保護機能の基準レベルＩ
_a を、電力変換装置１の定格電流または誘導電動機２
３の定格電流に従って設定された保護機能の基準レベル
の初期値Ｉ_c に、負荷装置の等価回路定数Ｒ、Ｌおよ
びキャリア周波数ｆ_c によって算出したリップル成分
の最大値Ｉ_Rmax を、加算して求める（Ｉ_a ＝Ｉ_c ＋
Ｋ・Ｉ_Rmax ）ようにしたので、可変速駆動する対象の
誘導電動機および電力変換装置と誘導電動機を接続する
ケーブルを含めた負荷装置に適した値に設定することが
でき、負荷装置としての誘導電動機を交換した場合、電
力変換装置と駆動される誘導電動機との設置距離が長い
場合であっても、定格電流を基とした保護機能の基準レ
ベルの初期値Ｉ_c と誘導電動機の特性を決める出力電
流の基本波成分Ｉ_o とを比較することができる。【００３４】図３はこの発明の実施の形態１に係る電力
変換装置における保護機能処理を示すフローチャートで
ある。【００３５】図１〜図３により実施の形態１に係る電力
変換装置の動作について説明する。実施の形態１に係る
電力変換装置において、マイコン１１、駆動回路１２、
スイッチング回路１３、誘導電動機２３は、従来例と同
様の動作である。マイコン１１は、運転指令、速度指令
などの各種指令および加減速時間、Ｖ／ｆパターンなど
の各種設定値を入力し、制御信号を演算、出力する。駆
動回路１２は、マイコン１１から出力された制御信号に
基づき、スイッチング回路１３のパワートランジスタの
ゲートをオン／オフするためのＰＷＭのスイッチング信
号を出力する。スイッチング回路１３は、駆動回路１２
から出力されたＰＷＭのスイッチング信号に従いパワー
トランジスタのゲートをオン／オフして、直流電力を所
定の周波数、所定の交流電圧の交流電力に変換し、誘導
電動機２３に供給し、誘導電動機２３を可変速駆動す
る。【００３６】実施の形態１に係る電力変換装置は、過電
流保護（過電流保護手段５）、電流制限（電流制限手段
６）、負荷サーマル（負荷サーマル手段７）およびトラ
ンジスタサーマル（トランジスタサーマル手段８）など
の保護機能を有しており、運転中に、図３に示すフロー
チャートにより保護機能処理を実行する。【００３７】ステップＳ１で、キャリア周波数ｆ_c を
設定する。ステップＳ２で、オートチューニング手段２
は誘導電動機２３および配線ケーブルの等価回路定数
Ｒ、Ｌを推定する。ステップＳ３で、電流リップル演算
手段２はオートチューニング手段２の算出した負荷装置
の等価回路定数Ｒ、Ｌとキャリア周波数ｆ_c を使用し
て、式（１）でリップル成分の最大値Ｉ_Rmax を演算す
る。Ｉ_Rmax ＝（Ｖpn／Ｒ）・（１−ｅｘｐ（−Ｒ／２Ｌ・ｆ_c ））・・・・・（１）【００３８】ステップＳ４で、過電流保護手段５、電流
制限手段６、負荷サーマル手段７およびトランジスタサ
ーマル手段８は、保護機能の基準レベルの初期値Ｉ_c
にリップル成分の最大値Ｉ_Rmax を加算して（Ｉ_a ＝
Ｉ_c ＋Ｋ・Ｉ_Rmax）、出力電流Ｉ_out と比較する保護
機能の基準レベルＩ_a （Ｉ_a1 ，Ｉ_a2 ，Ｉ_a3 ，Ｉ
_a4 ）を算出する。【００３９】ステップＳ５で、電流検出回路１４は誘導
電動機２３に供給される出力電流Ｉ _out を検出し、比
較器２２ａに出力する。【００４０】比較器２２ａは、ステップＳ６で保護機能
の内、過電流保護の有効／無効を確認し、無効が選択さ
れている場合はステップＳ８へ飛ぶ。ステップＳ６で過
電流保護が有効と選択されている場合は、ステップＳ７
で検出した出力電流Ｉ_out と過電流保護手段５の基準
レベルＩ_a1 とを比較し、出力電流Ｉ_out が基準レベ
ルＩ_a1 以下の場合には、正常であると判断してステッ
プＳ８へ進む。また、ステップＳ７で出力電流Ｉ_out
が基準レベルＩ_a1 を越えたと判定した場合には、ステ
ップＳ９でマイコン１１に異常信号を出力する。マイコ
ン１１は比較器２２ａより異常信号を入力した場合、制
御信号を遮断し、スイッチング回路１３のパワートラン
ジスタのスイッチングを停止する。【００４１】比較器２２ａは、ステップＳ８で保護機能
の内、電流制限の有効／無効を確認し、無効が選択され
ている場合はステップＳ１１へ飛ぶ。ステップＳ８で電
流制限が有効と選択されている場合は、ステップＳ１０
で出力電流と電流制限手段６の基準レベルＩ_a2 とを比
較し、出力電流Ｉ_out が基準レベルＩ_a2 以下の場合
には、正常であると判断してステップＳ１１へ進む。ま
た、ステップＳ１０で出力電流Ｉ_out が基準レベルＩ
_a2 を越えたと判定した場合には、マイコン１１に異常
信号を出力する。マイコン１１は比較器２２ａより異常
信号を入力した場合、制御信号を遮断し、スイッチング
回路１３のパワートランジスタのスイッチングを停止す
る。【００４２】比較器２２ａは、ステップＳ１１で保護機
能の内、負荷サーマルの有効／無効を確認し、無効が選
択されている場合はステップＳ１３へ飛ぶ。ステップＳ
１１で負荷サーマルが有効と選択されている場合は、ス
テップＳ１２で出力電流Ｉ_out と負荷サーマル手段７
の基準レベルＩ_a3 とを比較し、出力電流Ｉ_out が基
準レベルＩ_a3 以下の場合には、正常であると判断して
ステップＳ１３へ進む。また、ステップＳ１２で出力電
流Ｉ_out が基準レベルＩ_a3 を越えたと判定した場合
には、ステップＳ９でマイコン１１に異常信号を出力す
る。マイコン１１は比較器２２ａより異常信号を入力し
た場合、制御信号を遮断し、スイッチング回路１３のパ
ワートランジスタのスイッチングを停止する。【００４３】比較器２２ａは、ステップＳ１３で保護機
能の内、トランジスタサーマルの有効／無効を確認し、
無効が選択されている場合はステップＳ５へ戻る。ステ
ップＳ１３でトランジスタサーマルの有効が選択されて
いる場合は、ステップＳ１４で出力電流Ｉ_out とトラ
ンジスタサーマル手段８の基準レベルＩ_a4とを比較し、
出力電流Ｉ_out が基準レベルＩ_a4 以下の場合には、
正常であると判断してステップＳ５へ戻る。また、ステ
ップＳ２４で出力電流Ｉ_out が基準レベルＩ_a4 を越
えたと判定した場合には、ステップＳ９でマイコン１１
に異常信号を出力する。マイコン１１は比較器２２ａよ
り異常信号を入力した場合、制御信号を遮断し、スイッ
チング回路１３のパワートランジスタのスイッチングを
停止する。【００４４】実施の形態１に係る電力変換装置において
は、保護機能処理時に使用する保護機能の基準レベルＩ
_a （Ｉ_a1 ，Ｉ_a2 ，Ｉ_a3 ，Ｉ_a4 ）を、電力変換
装置１の定格電流または誘導電動機２３の定格電流に従
って設定された保護機能の基準レベルの初期値Ｉ_c
（Ｉ_c1 ，Ｉ_c2 ，Ｉ_c3 ，Ｉ_c4 ）に、可変速駆動す
る対象の誘導電動機２３および電力変換装置１と誘導電
動機２３を接続するケーブルを含めた負荷装置の等価回
路定数Ｒ、Ｌと直流母線電圧とキャリア周波数ｆ _c と
から算出した出力電流のリップル成分Ｉ_Rmax を、加算
して求める（Ｉ_a＝Ｉ_c ＋Ｋ・Ｉ_Rmax）ようにしたの
で、定格電流を基とした保護機能の基準レベルの初期値
Ｉ_c と誘導電動機の特性を決める出力電流の基本波成
分Ｉ_o とを比較することができ、負荷装置としての誘
導電動機を交換した場合、電力変換装置と駆動される誘
導電動機との設置距離が長い場合であっても、最適の保
護をすることができる。【００４５】また、オートチューニング手段２で、可変
速駆動する対象の誘導電動機２３および電力変換装置１
と誘導電動機２３を接続するケーブルを含めた負荷装置
の抵抗Ｒ、リアクタンスＬを推定し、電流リップル演算
手段４でオートチューニング手段２の推定したＲ、Ｌと
キャリア周波数ｆ_c と直流母線電圧の振幅Ｖpnとを基
に式（１）により出力電流のリップル成分の最大値Ｉ
_Rmax を演算するようにしたので、負荷装置としての誘
導電動機を交換した場合、電力変換装置と駆動される誘
導電動機との設置距離が長い場合であっても、可変速駆
動する対象の誘導電動機および電力変換装置と誘導電動
機を接続するケーブルを含めた負荷装置に適した保護機
能の基準レベルを自動で設定できる。【００４６】ところで、上記説明では、オートチューニ
ング手段２の推定した誘導電動機２３および配線ケーブ
ルの等価回路定数Ｒ、Ｌとキャリア周波数ｆ_c を使用
して、リップル成分の最大値Ｉ_Rmax を演算し、保護機
能の基準レベルを算出する例について述べたが、電流検
出回路１４が検出する出力電流Ｉ_out より直接リップ
ル成分を検出し、保護機能の基準レベルを算出するよう
にしてもよい。【００４７】【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に示すような効果を奏する。【００４８】この発明の電力変換装置は、運転指令、速
度指令などの各種指令および加減速時間、Ｖ／ｆパター
ンなどの各種設定値を入力し、制御信号を演算する演算
手段と、この演算手段から出力される制御信号を入力
し、ＰＷＭのスイッチング信号を作成する駆動回路と、
パワートランジスタを有し、この駆動回路から出力され
るＰＷＭのスイッチング信号により前記パワートランジ
スタのゲートをオン／オフして直流電力を、所定の周波
数、所定の交流電圧の交流電力に変換するスイッチング
回路と、可変速駆動する対象の誘導電動機および電力変
換装置と前記誘導電動機を接続するケーブルを含めた負
荷装置の抵抗、リアクタンスを推定するオートチューニ
ング手段と、このスイッチング回路から出力される出力
電流を検出する電流検出回路と、この電流検出回路で検
出した出力電流を基に、前記スイッチング回路が過電流
となったか否かを判定する過電流保護、出力電流を抑制
する電流制限、前記誘導電動機が過負荷となったか否か
を判定する負荷サーマル、前記スイッチング回路のパワ
ートランジスタが過負荷となったか否かを判定するトラ
ンジスタサーマルなどの保護手段と、を有する電力変換
装置において、前記保護手段は、オートチューニング手
段により推定した前記負荷装置の抵抗、リアクタンス
と、直流母線電圧とキャリア周波数とを基に出力電流の
リップル成分の最大値を算出するとともに、保護機能処
理時に使用する保護機能の基準レベルを、前記電力変換
装置の定格電流または前記誘導電動機の定格電流に従っ
て設定された保護機能の基準レベルの初期値に、出力電
流のリップル成分の最大値を加算して求めるようにした
ので、負荷装置としての誘導電動機を交換した場合、電
力変換装置と駆動される誘導電動機との設置距離が長い
場合であっても、可変速駆動する対象の誘導電動機およ
び電力変換装置と誘導電動機を接続するケーブルを含め
た負荷装置に適した保護機能の基準レベルを自動で設定
できる。ができ、さらに特性を十分引き出すことができ
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a power converter.
Protection function to protect the power transistor
AC power is supplied from the power converter and
Equipped with a protection function to protect the driven induction motor
The present invention relates to a power converter. [0002] 2. Description of the Related Art FIG. 4 shows a configuration of a conventional power converter.
FIG. In the figure, 10 is a power converter, 11 is
Various commands such as rotation command, speed command, acceleration / deceleration time, V
Input various setting values such as / f pattern and perform control signals.
Microcontroller as arithmetic means for calculating and outputting
(Hereinafter referred to as microcomputer), 12 is output from microcomputer 11.
A PWM switching signal is generated by the input control signal.
And a driving circuit for outputting to a switching circuit 13 described later.
The path 13 has a power transistor and the driving circuit 12
Power based on PWM switching signal output from
Turns on / off the gate of the transistor to set DC power
Frequency and the AC power of the specified AC voltage.
The switching circuit 14 is described later from the switching circuit 13.
Output current I supplied to the induction motor 23_out  Detect
Current detection circuit. 15 is driven at a variable speed.
With the later-described induction motor 23 and power converter 10 of the object
Of the load device including the cable connecting the induction motor 23
Resistance R, reactance L (hereinafter referred to as the equivalent circuit of the load device)
Auto-tuning means for estimating the numbers R and L)
is there. Further, 16 is a protection means, and 17 is a current detection circuit.
Output current I detected on path 14_outSwitching times
Overcurrent protection means for determining whether or not the road 13 has become overcurrent
The stage 18 is the output current I detected by the current detection circuit 14._out
  Current limiting means for suppressing the output current by
The output current I detected by the detection circuit 14_out  By induction
Load thermistor for determining whether or not the motive 23 is overloaded
Means 20 is an output current I detected by the current detection circuit 14.
_out  The power transistor of the switching circuit 13
Transistor circuit to determine whether the
It is a round means. [0004] The reference numeral 21 denotes an overcurrent protection means 17 and a current control means.
Limiting means 18, load thermal means 19 and transistor
Enable / disable protection function by thermal means 20
Protection function selecting means. 22b is overcurrent protection
Means 17, current limiting means 18, load thermal means 19 and
And protection function by the transistor thermal means 20
Of the protection functions selected as valid by the protection function selection means 21
And the output current detected by the current detection circuit 14.
I_out  And the output current I_out  Is the standard of protection function
Outputs an abnormal signal to the microcomputer 11 when the level is exceeded
This is a comparator. [0005] Also, 23 is converted by the switching circuit 13.
Motor as a load device to which the supplied AC power is supplied
Machine. R and L are the induction motor 23 and the power transformer.
Including the cable connecting the switching device 10 and the induction motor 23
This is the equivalent circuit constant of the loaded device. Also, f_c  Is PW
The carrier frequency for high frequency switching of M, Vpn is
DC bus voltage amplitude, V_out  Is the output voltage, I_out  Is out
Force current. [0006] In the protection function of the conventional power converter,
And the overcurrent protection means 17, the current limiting means 18, the load
Thermal means 19 and transistor thermal means 20
Is the output current I_out  Reference level of protection function to compare with
I_b  (I_b1  , I_b2  , I_b3, I_b4  ), Power conversion
The rated current of the device 10 or the rated current of the induction motor 23
Therefore, the initial value I of the set reference level of the protection function is set._c
(I_c1  , I_c2  , I_c3, I_c4  ) Is the carrier frequency f
_c  Is multiplied by the coefficient η corresponding to
Calculate the level.   Reference level of overcurrent protection means 17: I_b1  = I_c1  × η   Reference level of current limiting means 18: I_b2  = I_c2  × η   Reference level of load thermal means 19: I_b3  = I_c3  × η   Reference level of transistor thermal means 20: I_b4  = I_c4  × η FIG. 5 shows a protection device in a conventional power converter.
It is a flowchart which shows a functional process. FIGS. 4 and 5 show the operation of the conventional power converter.
The work will be described. In the power converter 10,
The controller 11 includes various commands such as an operation command and a speed command, and
Input various setting values such as acceleration / deceleration time and V / f pattern
Then, a control signal is calculated and output. The drive circuit 12
Based on the control signal output from the controller 13, the switch
ON / OFF the gate of the power transistor of the switching circuit 13
And outputs a PWM switching signal for performing the operation. Sui
The switching circuit 13 outputs the PW output from the drive circuit 12.
M of the power transistor according to the switching signal of M
Switch on / off the DC power to a specified frequency and a specified
Converts AC voltage to AC power and supplies it to induction motor 23
Then, the induction motor 23 is driven at a variable speed. Conventional power converters have overcurrent protection (overcurrent protection).
Current protection means 17), current limiting (current limiting means 18), negative
Load thermal (load thermal means 19) and transistor
Protection (such as transistor thermal means 20)
It has a protection function, and while driving, the float shown in FIG.
The protection function processing is executed by the chart. In step S21, the carrier frequency f_c
Set. In step S22, the overcurrent protection means 17,
Current limiting means 18, load thermal means 19 and transformer
The distorting means 20 is provided for the rated power of the power converter 10.
Current or the rated current of the induction motor 23
Initial value I of reference level of protection function_c  (I_c1  , I
_c2  , I_c3  , I_c4  ) Is the carrier frequency f_c  Compatible with
And the output current I_out  Group to compare with
Quasi-level I_b  (I_b1  , I_b2, I_b3  , I_b4  )
Put out. In step S23, the current detection circuit 14
Output current I supplied to conductive motive device 23_out  To detect
Output to the comparator 22b. The comparator 22b determines in step S24 that the protection device
Check if the overcurrent protection is valid or invalid, and select invalid.
If so, the process jumps to step S26. Step S2
If overcurrent protection is enabled in step 4,
Style I_outAnd the reference level I of the overcurrent protection means 17_b1  And
Compare the output current I_out  Is the reference level I_b1  The following places
In this case, it is determined that it is normal, and the process proceeds to step S26.
In step S25, the output current I_out  Is the reference level
I_b1  If it is determined that the value exceeds
An abnormal signal is output to the microcomputer 11. The microcomputer 11
When an abnormal signal is input from the comparator 22b, the control signal is interrupted.
Power switch of the switching circuit 13
Stop switching. The comparator 22b determines in step S26 that the protection device
Check if the current limit is valid / invalid and select invalid.
If so, the process jumps to step S29. Step S26
If the current limit is selected as valid in step S
Output current I at 28_out  And the reference level of the current limiting means 18.
Le I_b2  And the output current I_out  Is the reference level I
_b2  In the following cases, it is determined that the operation is normal, and step S
Go to 29. In step S28, the output current I_out
Is the reference level I_b2  If it is determined that the
In step S27, an abnormal signal is output to the microcomputer 11. My
When the abnormal signal is input from the comparator 22b,
The control signal is cut off, and the power
Stop switching of the transistor. The comparator 22b determines in step S29 that the protection device
Check if the load thermal is valid or invalid, and select invalid.
If it has been selected, the process jumps to step S31. Step S
If the load thermal is selected as valid at 29,
Output current I in step S30_out  And load thermal means 1
9 reference levels I_b3  And the output current I_out  But
Reference level I_b3  It is judged to be normal in the following cases.
To step S31. Also output in step S30
Current I_out  Is the reference level I_b _Three  When it is determined that
In this case, an abnormal signal is output to the microcomputer 11 in step S27.
Power. The microcomputer 11 receives an abnormal signal from the comparator 22b.
When the power is input, the control signal is shut off and the switching circuit 13
Of the power transistor is stopped. The comparator 22b determines in step S31 that the protection device
Check the validity / invalidity of transistor thermal
If invalid is selected, the process returns to step S23. S
In step S31, transistor thermal is selected as valid
If so, the output current I is determined in step S32._out  And to
Reference level I of transistor thermal means 20_b _Four  And the ratio
Output current I_out  Is the reference level I_b4  When
Is determined to be normal, and the process returns to step S23. Ma
In addition, in step S32, the output current I_outIs the reference level I_b4
  If it is determined that the value exceeds
An abnormal signal is output to the controller 11. The microcomputer 11 is a comparator
When an abnormal signal is input from 22b, the control signal is cut off
Switch of the power transistor of the switching circuit 13.
Stop switching. FIG. 6 shows a switch in the power converter.
FIG. 7 is a diagram showing a waveform of an output current output from the switching circuit 13.
(A) is a switch of the PWM output from the drive circuit 12.
The waveform of the switching signal, and (b) is the waveform of the output current.
In the figure, f_c  Is the carrier frequency, I_out  Is the output power
Flow, I_o  Is the output current I_out  Fundamental component of_R  Is P
Output current I caused by high frequency switching of WM_out
  Is the ripple component. Output current ripple component I_R
  Varies due to the high frequency switching of the PWM,
It increases when the waveform of the M switching signal is positive,
Decreases on the minus side. FIG. 7 shows a power conversion device in which
The PWM switching signal output from the circuit 12 and the output
FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between a force current and a ripple component.
In the figure, Vpn is the amplitude of the DC bus voltage, I_R  Is output
Ripple component of current, I_RmaxIs the maximum value of the ripple component,
f_c  Is the carrier frequency. Equivalent circuit of load device
If the numbers are R and L, the ripple component I_R  Maximum value I of_Rma
_x  Can be represented by equation (1).       I_Rmax  = (Vpn / R) ・ (1-exp (-R / 2L ・ f)_c  )) ・・・・・ (1) As shown in equation (1), the maximum value I of the ripple component_Rmax
Is the carrier frequency f _c  And the DC bus voltage amplitude Vpn
Are the same, the resistance R of the induction motor 23 and the reactor
It depends on the value of the distance L. The loss of the switching circuit 13 is represented by P,
Switch to turn on / off the gate of power transistor
Loss caused by the powering
The loss caused by the current flowing is defined as Pcon
And P, Psw, and Pcon can be expressed by equations (2) to (4).
Can be. P = f_c  × Psw + Pcon (2) Psw Ｖ Vpn ・ (I_o  + I_R  ) ・・・・・ (3) Pcon ∝ (I_o  + I_R  ) ・・・・・・・・・ (4) The loss P of the switching circuit 13 is equal to the carrier frequency f_c
  , DC bus voltage amplitude Vpn and output current I_out  (= I_o
  + I_R  ). [0019] SUMMARY OF THE INVENTION Generally, a power converter
Is the rated current and acceleration of the induction motor to be driven at variable speed.
・ Selected based on operation patterns such as deceleration time
In the protection function of the conventional power converter,
Reference level of protection function compared to output current as described above
I_b  (I_b1  , I_b2  , I_b3  , I_b4  ), Power transformation
Based on the rated current of the inverter or the rated current of the induction motor.
Initial value I of the reference level of the specified protection function_c(I_c1  ,
I_c2  , I_c3  , I_c4  ), The carrier frequency f_c  To
Multiplied by the corresponding coefficient η, (I_b  = I_c  × η),
To protect power transistors and induction motors
Was. The output current I_out  (= I_o  + I
_R  ) Is the fundamental wave component I that determines the characteristics of the induction motor._o  When
Ripple component I_R  And (I_out  = I_o  + I
_R  ), Ripple component I_R  Maximum value I of_Rmax  Is the above
As shown in equation (1), the equivalent circuit constant of the load device is
It changes with R and L. Variable speed drive with power converter
If the target induction motor is far away,
Of the cable connecting the installation and the induction motor, the reactor
The carrier frequency f_c  And DC bus power
Even if the voltage amplitude Vpn is the same, the actual current ripple
Is based on the resistance R and the reactance L of the induction motor.
Is the maximum value I of the ripple component calculated by the equation (1)._Rmax
  Will be different. Further, a protection device in a conventional power converter.
Noh, an induction motor whose circuit constants have not been
In the case of variable speed drive, the rated current
The resistance and reactance of the induction motor are not necessarily the same.
Therefore, the maximum value of the actual ripple component is
Based on the resistance R and reactance L of the induction motor
The maximum value I of the ripple component calculated by the equation (1)_Rmax
Will be different. Therefore, the characteristics of the induction motor are determined.
Fundamental wave component I of force current_o  Is the first reference level for protection
Period value I_c  Ripple component I_R  Is large
The output current I_out  (= I_o  + I_R  ) Is protected
Function reference level I_b  The protection function is working beyond
The problem is that optimal protection cannot be provided,
There was a problem that it was not possible to draw out enough.
Conversely, the ripple component I_R  If is small, the output
Fundamental wave component I of current_o  Is the initial reference level of the protection function
Value I_c  Beyond the reference level I of the protection function_b  To near
When it rises, the protection function is activated and optimal protection is maintained.
There was a problem that protection was not possible. The induction motor to be driven at a variable speed and the
And the cable connecting the power converter and the induction motor.
Taking into account the resistance R and reactance L of the load
The reference level of the protection function,
The resistance R and reactance L of the induction motor that have not been confirmed
Difficult to modify the reference level of the protection function in consideration
There was also a problem that it is. The present invention solves the above-mentioned problems.
The reference level of the protection function is variable.
Induction motor and power conversion device and induction to be driven at high speed
Suitable value for the load device including the cable connecting the motor
Aim to obtain a power converter that can be set to
And [0025] Means for Solving the Problems A power converter of the present invention
Indicates various commands such as operation command and speed command and acceleration / deceleration
Input various settings such as V / f pattern,
Calculating means for calculating the signal, and output from the calculating means
Input a control signal and create a PWM switching signal
Drive circuit, and a power transistor.
PWM switching signal output from the road
DC power by turning on / off the gate of the power transistor
Is converted to AC power of a predetermined frequency and a predetermined AC voltage.
Switching circuit and induction motor for variable speed drive
Cable connecting the induction motor to the induction motor
Estimate the resistance and reactance of load equipment including cables
Auto tuning means and the switching circuit
A current detection circuit for detecting an output current to be output;
The switching current based on the output current detected by the current detection circuit.
Overcurrent protection to determine whether the
Current limit to suppress output current, the induction motor is overloaded
Load thermal to determine whether or not the switch
Whether the power transistor of the switching circuit is overloaded
Protection measures such as transistor thermal
In the power conversion device having
The resistance of the load device estimated by the port tuning means
Resistance, reactance, DC bus voltage and carrier frequency
To calculate the maximum value of the ripple component of the output current based on
The reference level of the protection function used when processing the protection function
The rated current of the power converter or the induction motor
Of the reference level of the protection function set according to the rated current of
Add the maximum value of the ripple component of the output current to the initial value.
It is what we asked for. [0026] DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 FIG. 1 illustrates the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a power conversion device according to Embodiment 1.
You. In the figure, 11 to 14, 23, f_c  , Vpn, V
_out  , I_out  Is the same as FIG. 3, and the description thereof is omitted.
I do. 1 is a power converter, and 2 is a variable speed drive.
Elephant induction motor 23, power converter 1, and induction motor
23, including the cable connecting the
Actance L (hereinafter, equivalent circuit constants R and L of the load device)
Auto-tuning means for estimating the following. 3 is a protection means, 4 is an auto-tuny
And the equivalent circuit constants R and L of the load device calculated by the
Carrier frequency f_c  Based on the formula (1), ripple
Maximum value of minute I_Rmax  Current ripple calculation means that calculates
is there.       I_Rmax  = (Vpn / R) ・ (1-exp (-R / 2L ・ f)_c  )) ・・・・・ (1) Reference numeral 5 denotes an output detected by the current detection circuit 14.
Force current I_out  Is the switching circuit 13 overcurrent based on
Overcurrent protection means 6 for determining whether or not the current detection circuit 14
Output current I detected at_out  Output current based on
The current limiting means 7 includes an output voltage detected by the current detection circuit 14.
Style I_out  To determine whether the induction motor 23 is overloaded based on
The load thermal means 8 is detected by the current detection circuit 14.
Output current I_out  Of the switching circuit 13 based on the
-Transistor to determine whether the transistor is overloaded
Thermal means. Reference numeral 9 denotes an overcurrent protection means 5 and a current limiting means.
Stage 6, load thermal means 7 and transistor thermal
Protection function selection for selecting whether to enable / disable the protection function of the means 8
Means. 22a is the overcurrent protection means 5, the current control
Limiting means 6, load thermal means 7, and transistor circuit
Among the protection functions such as the rounding means 8, the protection function selecting means 9
The reference level of the protection function selected as valid and the current detection
The output current is compared with the output current detected by the path 14, and the output current is protected.
Abnormality in microcomputer 11 when the function exceeds the reference level
It is a comparator that outputs a signal. In the power converter according to the first embodiment,
In the protection function, overcurrent protection means 5, current limiting means
6. Load thermal means 7 and transistor thermal means
The stage 8 is used for controlling the rated current or the induction current of the power converters 1 and 10.
The reference level of the protection function set based on the rated current of the motive 23
Initial value of bell I_c  (I_c1  , I_c2  , I_c3  , I_c4)
The maximum value of the ripple component I_Rmax  And the output current
I_out  Reference level I of the protection function to be compared with_a  (I
_a1  , I_a2  , I_a3  , I_a4  ) Is calculated.   Reference level of overcurrent protection means 5: I_a1  = I_c1  + K₁  ・ I_Rmax   Reference level of current limiting means 6: I_a2  = I_c2  + K_Two  ・ I_Rmax   Reference level of load thermal means 7: I_a3  = I_c3  + K_Three  ・ I_Rmax   Reference level of transistor thermal means 8: I_a4  = I_c4  + K_Four  ・ I_Rmax Here, K (K₁  , K_Two  , K_Three  , K_Four  ) Is a protection function
Coefficient varies depending on the type of
K for over-current protection function and current limit function₁= 1, K_Two
= 1, thermal load machine with little effect of ripple component
Function, K for transistor thermal function_Three  = 0.5, K_Four
  = 0.5. FIG. 2 shows electric power according to Embodiment 1 of the present invention.
The protection function used for the protection function processing in the converter
FIG. 7A is a diagram for explaining a reference level. FIG.
In this case, (b) shows the case where the wiring length is long. Figure smell
And I_out  Is the output current, I_oIs the output current I_out  Basics of
Wave component, I_R  Is the output current I_out  The ripple component of
I_out  = I_o  + I_R  It is. Also, I_a  Is implemented
Output current I in the power converter according to Embodiment 1._out
Maximum value I of the ripple component of_Rmax  Of protection function in consideration of
Reference level, I_b  Is a conventional power converter.
Rear frequency f_c  Level of protection function taking into account_c
  Is the rated current of the power converters 1 and 10 or an induction motor
Reference level of protection function set based on the rated current of 23
Is the initial value of. Output current I_out  The amplitude of the ripple component of
If large, the output current I_out  Fundamental component I of_o  But
Initial value I of the reference level of the protection function_c  Around
Output current I_out  Is the base of the protection function in the first embodiment.
Quasi-level I_a  Or the reference level I of the conventional protection function_b  To
(FIG. 7A). However, the output power
Style I_out  If the amplitude of the ripple component of
Current I_out  Fundamental component I of_o  Is the reference level of the protection function
Initial value I of_c  The output current I_outImplemented
Level I of the protection function in the first embodiment_a  Cross over
The reference level I of the conventional protection function is_b
  And the protection function does not work (Fig. (B)). In the power converter according to the first embodiment,
Is the reference level I of the protection function used during the protection function processing.
_a  Is the rated current of the power converter 1 or the induction motor 2
Reference level of protection function set according to the rated current of 3.
Initial value I of_c  In addition, the equivalent circuit constants R, L and
And carrier frequency f_c  Ripple component calculated by
Maximum value I of_Rmax  Is obtained by adding (I_a  = I_c  +
KI_Rmax  ), The variable speed drive
Connecting the induction motor and the power converter to the induction motor
It can be set to a value suitable for the load device including the cable.
If the induction motor is replaced as a load device,
Long installation distance between force transducer and driven induction motor
Even in this case, the reference level of the protection function based on the rated current
Initial value of bell I_c  And output power that determines the characteristics of the induction motor
Fundamental component of flow I_o  And can be compared. FIG. 3 shows electric power according to Embodiment 1 of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a protection function process in the conversion device.
is there. FIGS. 1 to 3 show the electric power according to the first embodiment.
The operation of the conversion device will be described. According to the first embodiment
In the power converter, a microcomputer 11, a driving circuit 12,
The switching circuit 13 and the induction motor 23 are the same as in the conventional example.
This is the same operation. The microcomputer 11 executes an operation command and a speed command
Command, acceleration / deceleration time, V / f pattern, etc.
, And calculates and outputs a control signal. Drive
The driving circuit 12 receives the control signal output from the microcomputer 11
Based on the power transistor of the switching circuit 13,
PWM switching signal for turning on / off the gate
Output a signal. The switching circuit 13 includes the driving circuit 12
Power according to PWM switching signal output from
Turn on / off the gate of the transistor to supply DC power
Converts to a constant frequency, predetermined AC voltage AC power and induces
To the motor 23 to drive the induction motor 23 at a variable speed.
You. The power conversion device according to the first embodiment
Current protection (overcurrent protection means 5), current limitation (current limitation means
6), load thermal (load thermal means 7) and transformer
Transistor thermal (transistor thermal means 8), etc.
The operation shown in Fig. 3
The protection function processing is executed according to the chart. At step S1, the carrier frequency f_c  To
Set. In step S2, the auto tuning means 2
Is the equivalent circuit constant of the induction motor 23 and the wiring cable
Estimate R and L. In step S3, current ripple calculation
The means 2 is a load device calculated by the auto tuning means 2.
Equivalent circuit constants R and L and carrier frequency f_c  Use
Therefore, the maximum value I of the ripple component is calculated by the equation (1)._Rmax  Calculate
You.       I_Rmax  = (Vpn / R) ・ (1-exp (-R / 2L ・ f)_c  )) ・・・・・ (1) In step S4, the overcurrent protection means 5, the current
Limiting means 6, load thermal means 7, and transistor
The normal means 8 includes an initial value I of the reference level of the protection function._c
The maximum value of the ripple component I_Rmax  And (I_a  =
I_c  + KI_Rmax), Output current I_out  Protection to compare with
Function reference level I_a  (I_a1  , I_a2  , I_a3  , I
_a4  ) Is calculated. In step S5, the current detection circuit 14
Output current I supplied to motor 23 _out  Detect and ratio
Output to the comparator 22a. The comparator 22a performs the protection function in step S6.
Check if overcurrent protection is enabled / disabled and select
If so, the process jumps to step S8. In Step S6
If the current protection is selected as valid, step S7
Output current I detected at_out  And criteria for overcurrent protection means 5
Level I_a1  And the output current I_out  Is the standard level
Le I_a1  In the following cases, it is determined that the
Proceed to step S8. In step S7, the output current I_out
Is the reference level I_a1  If it is determined that the
In step S9, an abnormal signal is output to the microcomputer 11. Maiko
When an abnormal signal is input from the comparator 22a, the
Control signal is interrupted and the power transformer of the switching circuit 13 is turned off.
Stop switching of the register. The comparator 22a performs the protection function in step S8.
Check if the current limit is valid / invalid and select invalid.
If yes, the process jumps to step S11. In step S8,
If the flow restriction is selected as valid, step S10
And the output current and the reference level I of the current limiting means 6._a2  And the ratio
Output current I_out  Is the reference level I_a2  When
, It is determined that it is normal, and the process proceeds to step S11. Ma
In addition, in step S10, the output current I_out  Is the reference level I
_a2  If the microcomputer 11 is determined to have exceeded
Output a signal. The microcomputer 11 is abnormal from the comparator 22a.
When a signal is input, shut off the control signal and switch
Stop switching of the power transistor of the circuit 13
You. The comparator 22a determines in step S11 that the protection device
Check if the load thermal is valid or invalid, and select invalid.
If it has been selected, the process jumps to step S13. Step S
If the load thermal is selected as valid in step 11,
Output current I at step S12_out  And load thermal means 7
Reference level I_a3  And the output current I_out  Is based
Quasi-level I_a3  In the following cases, it is determined to be normal
Proceed to step S13. In step S12, the output power
Style I_out  Is the reference level I_a3  When it is determined that
Output an abnormal signal to the microcomputer 11 in step S9.
You. The microcomputer 11 inputs an abnormal signal from the comparator 22a.
Control signal is cut off and the switching circuit 13
Stop switching of the power transistor. The comparator 22a determines in step S13 that the protection device
Check the validity / invalidity of transistor thermal
If invalid is selected, the process returns to step S5. Stay
In step S13, the validity of the transistor thermal is selected.
If there is, the output current I is determined in step S14._out  And tiger
Reference level I of transistor thermal means 8_a4And compare
Output current I_out  Is the reference level I_a4  In the following cases,
It is determined that it is normal, and the process returns to step S5. Also,
In step S24, the output current I_out  Is the reference level I_a4  Over
If it is determined that the microcomputer 11
An abnormal signal is output to The microcomputer 11 is a comparator 22a.
If an abnormal signal is input, shut off the control signal and switch
Switching of the power transistor of the switching circuit 13
Stop. In the power converter according to the first embodiment,
Is the reference level I of the protection function used during the protection function processing.
_a  (I_a1  , I_a2  , I_a3  , I_a4  ), Power conversion
According to the rated current of the device 1 or the rated current of the induction motor 23.
Initial value I of the reference level of the protection function set as_c
(I_c1  , I_c2  , I_c3  , I_c4  ), Variable speed drive
Induction motor 23 and power converter 1
Equivalent turn of the load device including the cable connecting the motive device 23
Path constants R and L, DC bus voltage and carrier frequency f _c  When
Ripple component I of the output current calculated from_Rmax  Is added
(I_a= I_c  + KI_RmaxI did it
Is the initial value of the reference level of the protection function based on the rated current.
I_c  Of output current that determines characteristics of motor and induction motor
Minute I_o  Can be compared with
When the conductive motive is replaced, the power converter and the drive
Even if the installation distance to the conductive motive is long, optimal
Protection. The auto-tuning means 2 controls the variable
-Speed driven induction motor 23 and power converter 1
Load device including a cable connecting the motor and the induction motor 23
Estimate the resistance R and reactance L of the current and calculate the current ripple
R and L estimated by the auto tuning means 2 by the means 4
Carrier frequency f_c  And the amplitude of the DC bus voltage Vpn
The maximum value I of the ripple component of the output current according to the equation (1)
_Rmax  Is calculated.
When the conductive motive is replaced, the power converter and the drive
Even if the installation distance to the conductive motive is long,
Induction motor and power conversion device to be moved and induction motor
Protector suitable for load equipment including cable connecting machine
The reference level of the function can be set automatically. By the way, in the above description, the auto-tuny
Motor 23 and wiring cable estimated by
Equivalent circuit constants R and L and carrier frequency f_c  use
And the maximum value of the ripple component I_Rmax  Calculate and protect
The example of calculating the reference level for
The output current I detected by the output circuit 14_out  More direct lip
To calculate the reference level of the protection function.
It may be. [0047] The present invention is configured as described above.
Therefore, the following effects are obtained. The power converter according to the present invention has an operation command, speed
Command such as degree command, acceleration / deceleration time, V / f pattern
Inputs various setting values such as
Means and a control signal output from the arithmetic means
A driving circuit for generating a PWM switching signal;
It has a power transistor and is output from this drive circuit.
The power transition by the PWM switching signal
Turn on / off the gate of the
Number, switching to convert the specified AC voltage into AC power
Circuit and the induction motor and power transformer
Including the cable connecting the induction motor and the induction motor.
Auto-tuny for estimating load device resistance and reactance
Output means output from the switching circuit
A current detection circuit for detecting a current, and a current detection circuit
Based on the output current output, the switching circuit
Overcurrent protection to determine whether or not the output current has been suppressed
Current limit, whether the induction motor is overloaded
The load thermal and the power of the switching circuit
-A transistor that determines whether a transistor is overloaded.
Power conversion having protection means such as transistor thermal
In the apparatus, the protection means includes an auto-tuning device.
The resistance and reactance of the load device estimated by the step
And the output current based on the DC bus voltage and the carrier frequency.
Calculate the maximum value of the ripple component, and
The reference level of the protection function used during
According to the rated current of the device or of the induction motor.
Output power to the initial value of the protection function reference level
Added the maximum value of ripple component of flow.
Therefore, if the induction motor as a load device is replaced,
Long installation distance between force transducer and driven induction motor
Even in this case, the induction motor to be driven at a variable speed and the
And the cable connecting the power converter and induction motor
Automatically sets the reference level of the protection function suitable for the loaded device
it can. And can bring out the characteristics
You.

【図面の簡単な説明】【図１】この発明の実施の形態１に係る電力変換装置
の構成を示す図である。【図２】この発明の実施の形態１に係る電力変換装置
において保護機能処理時に使用する保護機能の基準レベ
ルを説明する図である。【図３】この発明の実施の形態１に係る電力変換装置
における保護機能処理を示すフローチャートである。【図４】従来の電力変換装置の構成を示す図である。【図５】従来の電力変換装置における保護機能処理を
示すフローチャートである。【図６】電力変換装置においてスイッチング回路１３
から出力される出力電流の波形を示す図である。【図７】電力変換装置において、駆動回路１２から出
力されるＰＷＭのスイッチング信号と出力電流のリップ
ル成分との関係について示す図である。【符号の説明】１電力変換装置、２オートチューニング手段、
３保護手段、４電流リップル演算手段、５過電
流保護手段、６電流制限手段、７負荷サーマル
手段、８トランジスタサーマル手段、９保護機
能選択手段、１０電力変換装置、１１マイクロコ
ントローラ、１２駆動回路、１３スイッチング回
路、１４電流検出回路、１５オートチューニン
グ手段、１６保護手段、１７過電流保護手段、
１８電流制限手段、１９負荷サーマル手段、２
０トランジスタサーマル手段、２１保護機能選択
手段、２２ａ，２２ｂ比較器、２３誘導電動
機、Ｒ可変速駆動する対象の誘導電動機２３および
電力変換装置１，１０と誘導電動機２３を接続するケー
ブルを含めた負荷装置の抵抗、Ｌ可変速駆動する対
象の誘導電動機２３および電力変換装置１，１０と誘導
電動機２３を接続するケーブルを含めた負荷装置のリア
クタンス、ｆ_c キャリア周波数、Ｖpn 直流母
線電圧の振幅、Ｖ_out 出力電圧、Ｉ_out 出力
電流、Ｉ_o 出力電流Ｉ_outの基本波成分、Ｉ_R
出力電流Ｉ_out のリップル成分、Ｉ_Rmax リッ
プル成分の最大値、Ｉ_a 保護機能の基準レベル、
Ｉ_b 保護機能の基準レベル、Ｉ_c 電力変換装
置１、１０の定格電流または誘導電動機２３の定格電流
を基に設定された保護機能の基準レベルの初期値。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a power converter according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a diagram illustrating a reference level of a protection function used in the protection function processing in the power converter according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 3 is a flowchart showing a protection function process in the power converter according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a conventional power converter. FIG. 5 is a flowchart showing a protection function process in a conventional power converter. FIG. 6 shows a switching circuit 13 in the power converter.
FIG. 5 is a diagram showing a waveform of an output current output from the oscilloscope. FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between a PWM switching signal output from a drive circuit 12 and a ripple component of an output current in the power converter. [Description of Signs] 1 power conversion device, 2 auto tuning means,
3 protection means, 4 current ripple calculation means, 5 overcurrent protection means, 6 current limiting means, 7 load thermal means, 8 transistor thermal means, 9 protection function selection means, 10 power conversion device, 11 microcontroller, 12 drive circuit, 13 switching circuit, 14 current detection circuit, 15 auto tuning means, 16 protection means, 17 overcurrent protection means,
18 current limiting means, 19 load thermal means, 2
0 transistor thermal means, 21 protection function selecting means, 22a, 22b comparator, 23 induction motor, R induction motor 23 to be driven at variable speed, and load including cable connecting power conversion devices 1, 10 and induction motor 23 reactance of resistive, load device, including a cable for connecting the induction motor 23 and the induction motor 23 and the power conversion apparatus 1, 10 of a subject in L variable speed drive device, f _c the carrier frequency, the amplitude of the Vpn DC bus V oltage, V _out output voltage, I _out output current, I _o output current I _out fundamental component, I _R
Ripple component of output current I _out , maximum value of _IR max ripple component, reference level of _Ia protection function,
Reference level I _b protection, the initial value of the reference level set protection based on the rated current of the rated current or the induction motor 23 of I _c power converter 1, 10.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H007 AA06 BB06 CA01 CB02 CB05 DB13 DC02 EA02 FA03 FA19 5H576 BB06 DD02 DD04 EE04 EE11 GG04 HA04 HB02 JJ03 JJ04 JJ08 KK06 LL22 MM02 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page F term (reference) 5H007 AA06 BB06 CA01 CB02 CB05 DB13 DC02 EA02 FA03 FA19 5H576 BB06 DD02 DD04 EE04 EE11 GG04 HA04 HB02 JJ03 JJ04 JJ08 KK06 LL22 MM02

Claims

Claims 1. An arithmetic unit for inputting various commands such as an operation command and a speed command and various setting values such as an acceleration / deceleration time and a V / f pattern, and calculating a control signal, and the arithmetic unit Having a drive circuit that receives a control signal output from the controller and generates a PWM switching signal, and a power transistor;
A switching circuit for turning on / off a gate of the power transistor by a PWM switching signal output from the driving circuit to convert DC power into AC power having a predetermined frequency and a predetermined AC voltage; Auto-tuning means for estimating resistance and reactance of a load device including an induction motor and a power conversion device and a cable connecting the induction motor, a current detection circuit for detecting an output current output from the switching circuit, and Based on the output current detected by the detection circuit, overcurrent protection for determining whether the switching circuit has become overcurrent, current limitation for suppressing the output current, and determination whether the induction motor has become overloaded. To determine whether the load thermal is overloaded and whether the power transistor of the switching circuit is overloaded. A protection means such as a transistor thermal, wherein the protection means includes a ripple of an output current based on a resistance and a reactance of the load device estimated by the auto tuning means, a DC bus voltage and a carrier frequency. While calculating the maximum value of the component, the reference level of the protection function used during the protection function processing, the initial value of the reference level of the protection function set according to the rated current of the power converter or the rated current of the induction motor, A power converter characterized in that a maximum value of a ripple component of an output current is obtained by addition.