並列インバータ装置
【課題】１台のインバータの電力変換部が故障した場合でも、残りのインバータを継続的に運転可能としてシステム全体の非常停止を回避する。
【解決手段】並列接続されたマスターインバータ２ａ及びスレーブインバータ２ｂ，２ｃが、電動機１を駆動する電力変換部４ａ，４ｂ，４ｃと制御装置５ａ，５ｂ，５ｃとを備える。制御装置５ａは、速度制御部１２と、電流制御部１４と、電圧指令に従って電力変換部４ａを制御するためのゲート駆動信号生成部８ａと、を備える。制御装置５ｂ，５ｃは、前記電流制御部１４により演算された電圧指令Ｖｕｒに従って電力変換部４ｂ，４ｃを制御するためのゲート駆動信号生成部８ｂ，８ｃを備える。制御装置５ａは、何れかのインバータの電力変換部の故障時に、残りの電力変換部の電流容量に応じて、速度制御部１２により電流指令Ｉｔｒを減少させるように再設定する。
【解決手段】並列接続されたマスターインバータ２ａ及びスレーブインバータ２ｂ，２ｃが、電動機１を駆動する電力変換部４ａ，４ｂ，４ｃと制御装置５ａ，５ｂ，５ｃとを備える。制御装置５ａは、速度制御部１２と、電流制御部１４と、電圧指令に従って電力変換部４ａを制御するためのゲート駆動信号生成部８ａと、を備える。制御装置５ｂ，５ｃは、前記電流制御部１４により演算された電圧指令Ｖｕｒに従って電力変換部４ｂ，４ｃを制御するためのゲート駆動信号生成部８ｂ，８ｃを備える。制御装置５ａは、何れかのインバータの電力変換部の故障時に、残りの電力変換部の電流容量に応じて、速度制御部１２により電流指令Ｉｔｒを減少させるように再設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに並列に接続された複数台のインバータによって電動機を駆動する並列インバータ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、インバータ装置は電力変換器と、この電力変換器を制御する制御装置とによって構成される。ここで、大容量の交流電動機を駆動するインバータ装置を実現するには、電力変換器を大容量化する必要があり、そのための方法の一つとして、複数台の電力変換器を並列に接続して並列インバータ装置を構成する方法が知られている。
【０００３】
図４は、並列インバータ装置の従来技術としてのエレベータ制御装置であり、特許文献１に記載されている。このエレベータ制御装置は、複数台（例えば２台）の電力変換器のうち１台が故障した場合、残りの電力変換器を用いて電動機を駆動するものである。
【０００４】
図４において、１０１は交流電源、１０２，１０５は交流リアクトル、１０３ａ，１０３ｂは互いに並列に接続された電力変換器、１０６は電流検出器、１０７は交流電動機、１０８はレゾルバ、１０９はメインシープ、１１０はメインロープ、１１１はそらせシープ、１１２はエレベータかご、１１３は荷重検出器、１１４は釣り合い錘である。
電力変換器１０３ａ，１０３ｂの内部構成は同一であり、１１６ａ，１１６ｂは充電抵抗、１１７ａ，１１７ｂ，１１８ａ，１１８ｂ，１２５a，１２５ｂは主回路コンタクタ、１１９ａ，１１９ｂ，１２６ａ，１２６ｂは電流検出器、１２０ａ，１２０ｂはコンバータ部、１２１ａ，１２１ｂは平滑コンデンサ、１２２ａ，１２２ｂは電圧検出器、１２３ａ，１２３ｂはインバータ部、１２４ａ，１２４ｂはコンバータ制御回路である。
【０００５】
コンバータ制御回路１２４ａ，１２４ｂの出力、及び、電流検出器１２６ａ，１２６ｂの出力は異常検出部１５０に入力されており、その出力はインバータ制御回路１１５に加えられている。
インバータ制御回路１１５において、１２７は速度基準発生回路、１２８は速度制御演算回路、１２９は荷重信号加算回路、１３０はベクトル制御回路、１３１は電流制御演算回路、１３２は正弦波ＰＷＭ制御回路である。この正弦波ＰＷＭ制御回路１３２から出力される駆動信号（ＰＷＭパルス）によりインバータ部１２３ａ，１２３ｂの半導体スイッチング素子がオン・オフ制御されるようになっている。
【０００６】
図４において、通常時は、２台の電力変換器１０３ａ，１０３ｂにより電動機１０７に交流電力が供給され、電動機１０７の回転によってエレベータが駆動される。
しかし、例えば電力変換器１０３ｂ内の電流検出器１１９ｂや１２６ｂによって過電流が検出されると、異常検出部１５０が動作して速度基準発生回路１２７に異常検出信号を送出する。これと同時に、異常検出部１５０がコンタクタ１１７ｂ，１１８ｂ，１２５ｂをオフし、異常が発生した電力変換器１０３ｂを主回路から切り離す。また、速度基準発生回路１２７では、通常運転時の速度パターンを非常運転時の速度パターンに切り替えて出力することにより、正常な電力変換器１０３ａ内のインバータ部１２３ａを非常運転時の速度パターンに従って制御している。
【０００７】
すなわち、この従来技術によれば、故障した電力変換器を切り離すと共に、正常な電力変換器を非常運転時の速度パターンに従って駆動することができる。これにより、１台の電力変換器が故障した場合にエレベータを緊急停止させる等の方法を採るのではなく、正常な電力変換器により電動機を駆動してエレベータを最寄りの階まで移動させ、乗客を救出する等の運転が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平４−３６５７７０号公報（段落［０００８］〜［００１３］、［００１８］〜［００２３］、図１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図４の従来技術では、１台の電力変換器の故障時に、非常運転時の速度パターンに従って他の電力変換器を運転することになる。しかし、３台以上の電力変換器を並列に接続して並列インバータ装置を構成した場合、電力変換器が故障する状況も様々であるため、これらの状況を想定して多数の速度パターンをインバータ制御回路１１５に予め記憶させておく必要がある。このため、インバータ制御回路１１５の構成が複雑化する、大容量のメモリが必要になる、コスト高になる、等の問題があった。
【００１０】
また、図４の従来技術では、単一のインバータ制御回路１１５により複数台の電力変換器を制御している。このため、仮にインバータ制御回路１１５が故障した場合、正常に動作可能な電力変換器があったとしても、システム全体の非常停止を回避することができない。更に、電力変換器の近くにインバータ制御回路１１５が配置されている場合には、両者の間の電気的絶縁が確保されていても、電力変換器内部の短絡故障に起因する過電流や半導体スイッチング素子の破壊に伴ってインバータ制御回路１１５が故障するおそれもある。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、インバータの制御装置内に多数の速度パターンを予め記憶させる必要がなく、制御装置の構成を簡略化すると共に、コストの低減を可能にした並列インバータ装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、複数台のインバータが個々に制御装置を備えることで、仮に１台のインバータが故障した場合でも他のインバータを継続的に運転してシステム全体の非常停止を回避するようにした並列インバータ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、第１の発明は、互いに並列に接続された複数台のインバータを１台のマスターインバータとその他のスレーブインバータとに分けると共に、これらすべてのインバータに、電動機に交流電力を供給する電力変換部と、その半導体スイッチング素子を制御するための制御装置と、をそれぞれ設ける。この場合、マスターインバータの制御装置とスレーブインバータの制御装置とでは、以下に述べるように構成が異なっている。
すなわち、マスターインバータの制御装置は、電動機の速度指令と電動機速度との偏差から電流指令を演算する速度制御手段と、電流指令と電動機電流との偏差から電圧指令を演算する電流制御手段と、電圧指令に従って自己の電力変換部を制御するための駆動信号生成手段と、を備えている。
一方、スレーブインバータの制御装置は、マスターインバータ内の電流制御手段により演算された電圧指令に従って自己の電力変換部を制御するための駆動信号生成手段を備えている。
そして、マスターインバータの制御装置は、マスターインバータ及びスレーブインバータを含む何れかのインバータの電力変換部が故障した場合に、残りのインバータの電力変換部の電流容量に応じて、速度制御手段により電流指令を再設定する。この再設定の具体的内容としては、例えば、電流指令に制限値を設定することにより電流指令を減少させるものである。
また、マスターインバータの制御装置は、上述した電流指令の再設定に加えて、何れかのインバータの電力変換部が故障した場合に、残りのインバータの電力変換部の電流容量に応じて、速度指令における加減速時間を再設定しても良い。
更に、各インバータの制御装置は、すべてのインバータの出力電流の平均値と自己のインバータの出力電流との偏差に応じて電圧指令を補正する手段を備えることが望ましい。
【００１３】
また、第２の発明では、複数台のインバータのうち任意の１台をマスターインバータ、その他をスレーブインバータとして選定される。つまり、第２の発明は、複数台のインバータのうち何れのインバータも、マスターインバータ及びスレーブインバータとなり得るように構成される。この場合、すべてのインバータは、電動機に交流電力を供給する電力変換部と、その半導体スイッチング素子を制御するための制御装置と、をそれぞれ備える。
そして、すべての制御装置は、電動機の速度指令と電動機速度との偏差から電流指令を演算する速度制御手段と、電流指令と電動機電流との偏差から電圧指令を演算する電流制御手段と、マスターインバータの電流制御手段により演算された前記電圧指令に従って自己の電力変換部を制御するための駆動信号生成手段と、を備える。
また、マスターインバータの制御装置は、マスターインバータを含む何れかのインバータの電力変換部が故障した場合に、残りのインバータの電力変換部の電流容量に応じて、マスターインバータの速度制御手段により電流指令を再設定するように構成される。この再設定の具体的内容は、第１の発明と同様に、電流指令に制限値を設定して電流指令を減少させるものである。
また、マスターインバータの制御装置は、マスターインバータを含む何れかのインバータの電力変換部が故障した場合に、残りのインバータの電力変換部の電流容量に応じて、速度指令における加減速時間を再設定しても良い。
更に、マスターインバータの制御装置における各種の設定値を、適宜な通信手段を介してスレーブインバータの制御装置に送信し、この制御装置に設定しても良い。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、並列に接続された多数のインバータのうち１台が故障した場合に、電動機の電流指令や速度指令の加減速時間を再設定した上で正常なインバータに対する電圧指令を生成することにより、制御装置の負担やメモリの記憶容量が低減され、制御装置の構成の簡略化、コストの低減が可能になる。
また、各インバータが制御装置をそれぞれ備えるようにすれば、仮に１台のインバータが故障した場合でも他のインバータを継続的に運転してシステム全体の非常停止を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１における速度制御部の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示すブロック図である。
【図４】従来技術を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、第１の発明に相当する第１実施形態を示すブロック図である。この第１実施形態は、マスターインバータとしてのインバータ２ａとスレーブインバータとしてのインバータ２ｂ，２ｃを全て並列に接続して交流電動機を駆動する場合のものである。
ここで、インバータ２ａ，２ｂ，２ｃは通常、何れも三相インバータとして構成されており、後述する電力変換部４ａ，４ｂ，４ｃも三相構成となっているが、説明を簡単にするため、図１では、一相（例えばＵ相）分の電力変換部４ａ，４ｂ，４ｃを示してある。
【００１７】
図１において、１はインバータ２ａ，２ｂ，２ｃによって駆動される交流電動機であり、３ａ，３ｂ，３ｃはインバータ２ａ，２ｂ，２ｃと電動機１との間に接続された開閉器である。電動機１には、回転子の回転角情報を得るパルスエンコーダ等の回転位置検出部１０が取り付けられている。
【００１８】
インバータ２ａ，２ｂ，２ｃは、電力変換部４ａ，４ｂ，４ｃ及び制御装置５ａ，５ｂ，５ｃによってそれぞれ構成されている。ここで、電力変換部４ａ，４ｂ，４ｃは、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子によって構成された直流−交流変換用の主回路７ａ，７ｂ，７ｃと、上記スイッチング素子をオン・オフ制御するゲート駆動回路６ａ，６ｂ，６ｃと、によってそれぞれ構成される。
制御装置５ａは、インバータ２ａをマスターインバータとして動作させるためのものであり、制御装置５ｂ，５ｃは、インバータ２ｂ，２ｃを何れもスレーブインバータとして動作させるためのものである。これらの制御装置５ａ，５ｂ，５ｃは、マイコンや電子回路によって構成されている。
【００１９】
マスターインバータであるインバータ２ａ内の制御装置５ａは、速度指令生成部９、回転速度検出部１１、速度制御部１２、電流検出部１３、電流制御部１４、電圧指令補償部１５ａ、及び、ゲート駆動信号生成部８ａを備えている。
ここで、速度指令生成部９は、電動機１の速度パターン（加減速パターン）からなる速度指令ωｒを生成する。回転速度検出部１１は、回転位置検出部１０により得た回転角情報から電動機速度ωｍを演算する。速度制御部１２は、電動機速度ωｍが速度指令ωｒに一致するように、電動機１に対する電流指令（電動機１の発生トルクに相当するトルク電流指令）Ｉｔｒを生成する。電流検出部１３は、電流検出器１６ａ，１６ｂ，１６ｃによりそれぞれ検出したインバータ２ａ，２ｂ，２ｃの出力電流（電力変換部４ａ，４ｂ，４ｃの出力電流）Ｉｕ１，Ｉｕ２，Ｉｕ３からその平均値Ｉｕａを演算すると共に、平均値Ｉｕａを座標変換してＵ相分の電動機電流（トルク電流）Ｉｔを演算する。電流制御部１４は、電動機電流Ｉｔが電流指令Ｉｔｒに一致するように、各電力変換部４ａ，４ｂ，４ｃに対する電圧指令Ｖｕｒを生成する。
電圧指令補償部１５ａは、出力電流平均値Ｉｕａ及び自己の出力電流Ｉｕ１に基づいて電圧指令Ｖｕｒを補正し、電圧指令Ｖｕｒ１を出力する。ゲート駆動信号生成部８ａは、補正後の電圧指令Ｖｕｒ１に基づいてゲート駆動信号を生成し、このゲート駆動信号は、電力変換部４ａ内のゲート駆動回路６ａに与えられる。
【００２０】
一方、スレーブインバータであるインバータ２ｂ内の制御装置５ｂは、出力電流平均値Ｉｕａ及び自己の出力電流Ｉｕ２に基づいて電圧指令Ｖｕｒを補正し、電圧指令Ｖｕｒ２を出力する電圧指令補償部１５ｂと、補正後の電圧指令Ｖｕｒ２に基づいてゲート駆動信号を生成するゲート駆動信号生成部８ｂと、を備えている。
同様に、スレーブインバータであるインバータ２ｃ内の制御装置５ｃは、出力電流平均値Ｉｕａ及び自己の出力電流Ｉｕ３に基づいて電圧指令Ｖｕｒを補正し、電圧指令Ｖｕｒ３を出力する電圧指令補償部１５ｃと、補正後の電圧指令Ｖｕｒ３に基づいてゲート駆動信号を生成するゲート駆動信号生成部８ｃと、を備えている。
【００２１】
次に、図２は、制御装置５ａ内の速度制御部１２の構成を示している。
図２に示すように、速度制御部１２は、速度指令ωｒと電動機速度ωｍとの偏差を求める比較器１２Ａと、上記偏差を入力として比例・積分演算し、電流指令Ｉｔｒを出力するＰＩ調節器１２Ｂと、入力値が所定範囲を超えた場合に出力値としての電流指令（トルク電流指令）Ｉｔｒを最大値または最小値に制限する制限器１２Ｃと、から構成されている。
【００２２】
次に、この第１実施形態の動作を、図１，図２を参照しつつ説明する。
まず、電動機１の定格電流やインバータの定格容量等に応じて、並列に接続されるインバータの台数が決定され、通常運転時には、すべてのインバータ２ａ，２ｂ，２ｃの出力電流Ｉｕ１，Ｉｕ２，Ｉｕ３の合計値が電動機１に供給される。このとき、開閉器３ａ，３ｂ，３ｃはすべてオンされている。
【００２３】
マスターインバータ（インバータ２ａ）の制御装置５aにおいて、速度指令生成部９は、電動機１が停止状態から加速して目的の速度まで到達し、所定の条件により減速停止するまでの速度パターンからなる速度指令ωｒを生成する。速度制御部１２は、速度指令ωｒと電動機速度ωｍとの偏差に基づいて電流指令Ｉｔｒを演算する。電流制御部１４は、電流検出部１３から出力される電動機電流Ｉｔが電流指令Ｉｔｒに一致するように、すべてのインバータ２ａ，２ｂ，２ｃの電力変換部４ａ，４ｂ，４ｃに対する電圧指令Ｖｕｒを生成する。
【００２４】
制御装置５aにおいて、電圧指令補償部１５ａは、出力電流Ｉｕ１が平均値Ｉｕａに一致するように電圧指令Ｖｕｒを補正し、補正後の電圧指令Ｖｕｒ１をゲート駆動信号生成部８ａに送出する。ゲート駆動信号生成部８ａによって生成されるゲート駆動信号は電力変換部４ａに与えられ、電力変換部４ａからは所定の電流Ｉｕ１が出力される。
スレーブインバータ（インバータ２ｂ，２ｃ）側の制御装置５ｂ，５ｃにおいては、マスターインバータ（インバータ２ａ）内の電流制御部１４からの電圧指令Ｖｕｒが電圧指令補償部１５ａ，１５ｃにより補正され、電圧指令Ｖｕｒ２，Ｖｕｒ３としてゲート駆動信号生成部８ｂ，８ｃに送出される。ゲート駆動信号生成部８ｂ，８ｃによって生成されるゲート駆動信号は電力変換部４ｂ，４ｃに与えられ、電力変換部４ｂ，４ｃからはそれぞれ所定の電流Ｉｕ２，Ｉｕ３が出力される。
よって、電動機１には、電流Ｉｕ１，Ｉｕ２，Ｉｕ３の合計値が供給されることになる。
【００２５】
いま、電力変換部４ａ，４ｂ，４ｃのうちの１台、例えばインバータ２ａの電力変換部４ａに故障が発生したとすると、この故障は、適宜な手段により、例えば電流検出部１３によって電力変換部４ａの出力電流Ｉｕ１の変化として検出される。
そこで、インバータ２ａでは、上記の故障検出出力を用いて開閉器３ａをオフすることにより、故障した電力変換部４ａと電動機１との接続を切り離す。その際、インバータ２ｂ，２ｃの電力変換部４ｂ，４ｃの運転を継続するために、開閉器３ｂ，３ｃはオン状態のままにしておく。
【００２６】
このとき、電流指令Ｉｔｒが電力変換部４ａの故障前の値を維持していると、この電流指令Ｉｔｒに対して実際の電動機電流Ｉｔが不足するので、電圧指令Ｖｕｒが過大になるおそれがある。
従って、図２に示した速度制御部１２では、制限器１２Ｃの制限値をスレーブインバータ側の電力変換部４ｂ，４ｃの電流容量（定格電流）に応じて減少させ、結果的に電流指令Ｉｔｒが大きくなり過ぎないように再設定する。そして、電流制御部１４は、制限値を低減させた電流指令Ｉｔｒに電動機電流Ｉｔが一致するように、電圧指令Ｖｕｒを演算して出力する。
【００２７】
ここで、インバータ２ｂ，２ｃ内の電圧指令補償部１５ｂ，１５ｃの動作は、電流検出部１３が演算した出力電流平均値Ｉｕａに各々の出力電流Ｉｕ２，Ｉｕ３が一致するように、電圧指令Ｖｕｒを補正して新たな電圧指令Ｖｕｒ２，Ｖｕｒ３をそれぞれ演算する。なお、電圧指令Ｖｕｒの具体的な補正動作は、例えば、出力電流平均値Ｉｕａと出力電流Ｉｕ２，Ｉｕ３とのそれぞれの偏差に所定のゲインを乗じた値を元の電圧指令Ｖｕｒに加算する、等の動作である。
補正後の電圧指令Ｖｕｒ２，Ｖｕｒ３はゲート駆動信号生成部８ｂ，８ｃにそれぞれ与えられ、電力変換部４ｂ，４ｃに対するゲート駆動信号が生成されることになる。
【００２８】
上述した動作により、あるインバータ内の電力変換部の故障に起因して、並列インバータ装置を構成するインバータの台数が少なくなった場合（いわゆる減機運転時）に、電動機１への通流電流を制限しながら電動機１の運転を継続することができる。
なお、この第１実施形態において、例えばマスターインバータ内の電力変換部４ａが故障した場合に、前述した電流指令Ｉｔｒの制限動作に加えて、速度指令生成部９により生成される速度指令ωｒ（速度パターン）における加減速時間をスレーブインバータ内の電力変換部４ｂ，４ｃの電流容量に応じて再設定しても良い。
【００２９】
第１実施形態では、マスターインバータ内の電力変換部４ａが故障した場合を例示したが、スレーブインバータ内の電力変換部４ｂまたは４ｃが故障した場合には、故障した電力変換部に対応する開閉器３ｂまたは３ｃのみをオフする点を除けば、基本的な動作は同様である。
また、並列に接続されるインバータの台数は、４台以上でも良いのは勿論であり、その場合も、何れか１台のインバータをマスターインバータとして、前記制御装置５ａに相当する制御装置を備えることになる。
【００３０】
次に、第２の発明に相当する本発明の第２実施形態を説明する。
図３は、第２実施形態を示すブロック図であり、この第２実施形態も、開閉器３ａ，３ｂ，３ｃを介して互いに並列に接続された３台のインバータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃにより、交流電動機１を駆動するように構成されている。但し、この第２実施形態では、インバータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃのうち任意の１台がマスターインバータとなり得るものであり、その場合、他の２台がスレーブインバータとなる。
図３において、図１と同じ構成要素には図１と同一の参照符号を付して説明を省略し、以下では、図１との相違点を中心に説明する。
【００３１】
図３において、回転位置検出部１０の出力信号は、切替スイッチ１８を介してインバータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ内の制御装置２５ａ，２５ｂ，２５ｃに入力されている。
インバータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ内の電力変換部４ａ，４ｂ，４ｃは図１と同一の構成であり、これらの電力変換部４ａ，４ｂ，４ｃは、図１と同様に一相（例えばＵ相）分を示してある。
【００３２】
次いで、制御装置２５ａ，２５ｂ，２５ｃの構成及び動作を説明する。制御装置２５ａ，２５ｂ，２５ｃの構成はすべて同一であるため、ここでは、インバータ２２ａ内の制御装置２５ａについて説明し、他の制御装置２５ｂ，２５ｃでは、制御装置２５ａの構成要素と同じものの参照符号に符号「ｂ」，「ｃ」をそれぞれ付して説明を省略する。
制御装置２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、マイコンや電子回路によって構成されており、各制御装置２５ａ，２５ｂ，２５ｃには、これらの相互間で各種設定値等の情報を送受信するための通信部１９ａ，１９ｂ，１９ｃがそれぞれ設けられている。
【００３３】
いま、開閉器３ａ，３ｂ，３ｃをすべてオンし、３台のインバータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃによって電動機１を駆動している状態において、インバータ２２ａがマスターインバータに選定され、他のインバータ２２ｂ，２２ｃはスレーブインバータに選定されているものとする。
このとき、回転位置検出部１０の出力信号は、インバータ２２ａ側に接続された切替スイッチ１８を介して、制御装置２５ａ内の回転速度検出部１１ａに入力されている。また、電動機１の制御に必要な各種の設定値は、外部からマスターインバータ内の通信部１９ａを介して制御装置２５ａに送信され、この制御装置２５ａから、通信部１９ａ，１９ｂ，１９ｃを介してスレーブインバータ内の制御装置２５ｂ，２５ｃにそれぞれ伝送される。
【００３４】
速度指令生成部９ａから出力された速度指令ωｒは、回転速度検出部１１ａから出力された電動機速度ωｍと共に速度制御部１２ａに入力され、この速度制御部１２ａにより電流指令Ｉｔｒが生成される。ここで、速度制御部１２ａ（及び１２ｂ，１２ｃ）は、第１実施形態における図２と同様に、比較器１２Ａ、ＰＩ調節器１２Ｂ及び制限器１２Ｃによって構成されている。
一方、電流検出部１３ａにより、出力電流Ｉｕ１，Ｉｕ２，Ｉｕ３に基づいて電動機電流Ｉｔが検出され、この電動機電流Ｉｔは、電流指令Ｉｔｒと共に電流制御部１４ａに入力される。
【００３５】
電流制御部１４ａは、電動機電流Ｉｔが電流指令Ｉｔｒに一致するように電圧指令Ｖｕｒを演算し、この電圧指令Ｖｕｒを、オン状態のスイッチ１７ａを介して各インバータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃのゲート駆動信号生成部８ａ，８ｂ，８ｃに送出する。なお、スイッチ１７ａ，１７ｂ，１７ｃのうち、マスターインバータ内のスイッチ１７ａのみがオンされ、スレーブインバータ内のスイッチ１７ｂ，１７ｃはオフされている。
上記の動作により、マスターインバータ内の電流制御部１４ａにより生成された電圧指令Ｖｕｒに基づき、ゲート駆動信号生成部８ａ，８ｂ，８ｃがゲート駆動信号をそれぞれ生成し、これらのゲート駆動信号に従って電力変換部４ａ，４ｂ，４ｃの半導体スイッチング素子がオン・オフ制御される。
【００３６】
いま、仮にマスターインバータ内の電力変換部４ａが故障したとすると、その故障検出出力を用いて適宜な方法により開閉器３ａをオフし、インバータ２２ａと電動機１との接続を切り離す。同時に、残りのインバータ２２ｂ，２２ｃのうちの何れか、例えばインバータ２２ｂをマスターインバータに選定して制御装置２５ｂ内のスイッチ１７ｂを閉じると共に、切替スイッチ１８をインバータ２２ｂ側に切り替える。このとき、残ったスレーブインバータであるインバータ２２ｃの制御装置２５ｃ内のスイッチ１７ｃは、引き続きオフ状態に保たれている。このように、１台のインバータが故障したときに残りのインバータのうちのどれをマスターインバータとするかは、予め決定しておくものとする。
【００３７】
新たにマスターインバータとなったインバータ２２ｂ内の制御装置２５ｂでは、回転速度検出部１１ｂにより演算した電動機速度ωｍが速度指令ωｒに一致するように速度制御部１２ｂが動作して電流指令Ｉｔｒを生成し、電動機電流Ｉｔが電流指令Ｉｔｒに一致するように電流制御部１４ｂが動作して電圧指令Ｖｕｒを生成する。そして、この電圧指令Ｖｕｒを、スイッチ１７ｂを介してゲート駆動信号生成部８ｂ，８ｃにそれぞれ送出する。
【００３８】
インバータ２２ａ内の電力変換部４ａが故障した後に、電流指令Ｉｔｒが電力変換部４ａの故障前の値を維持していると、第１実施形態と同様に電流指令Ｉｔｒに対して実際の電動機電流Ｉｔが不足するので、電圧指令Ｖｕｒが過大になるおそれがある。
従って、図３の速度制御部１２ｂでは、図２における制限器１２Ｃの制限値を電力変換部４ｂ，４ｃの電流容量（定格電流）に応じて低減させ、結果的に電流指令Ｉｔｒが大きくなり過ぎないように制限する。そして、電流制御部１４ｂは、制限値を低減させた電流指令Ｉｔｒに電動機電流Ｉｔが一致するように、電圧指令Ｖｕｒを演算して出力する。
これにより、以後は、マスターインバータとなったインバータ２２ｂ内の電流制御部１４ｂからの電圧指令Ｖｕｒに基づき、ゲート駆動信号生成部８ｂ，８ｃがゲート駆動信号を生成し、これらのゲート駆動信号に従って電力変換部４ｂ，４ｃが駆動されることになる。
【００３９】
よって、この第２実施形態においても、あるインバータの電力変換部の故障に起因して並列に接続されるインバータの台数が少なくなった場合に、電動機１の通流電流を制限しながらその運転を継続することができる。また、例えば電力変換部４ａが故障した場合に、前述した電流指令Ｉｔｒの制限動作に加えて、新たなマスターインバータ内の速度指令生成部９ｂにより生成される速度指令ωｒにおける加減速時間を電力変換部４ｂ，４ｃの電流容量に応じて再設定してもよい。
【００４０】
ここでは、インバータ２２ａ内の電力変換部４ａが故障した場合を例示したが、他のインバータ２２ｂ，２２ｃ内の電力変換部４ｂまたは４ｃが故障した場合も基本的な動作は同様である。更に、並列接続されるインバータの台数は、４台以上でも良いのは勿論である。
また、通信部１９ａ，１９ｂ，１９ｃでは、上記した設定値等の送受信以外にも、例えば、電圧指令や検出電流等の情報の送受信を行うことが可能である。
【００４１】
前述した第１実施形態では、マスターインバータ（インバータ２ａ）内の制御装置５ａにおける電圧指令Ｖｕｒを演算するための構成要素が故障した場合、他のインバータ２ｂ，２ｃの運転は不可能になる。しかし、第２実施形態によれば、仮にマスターインバータとして動作しているインバータ２２ａ内の制御装置２５ａが故障したとしても、他のインバータ２２ｂ，２２ｃ内の制御装置２５ｂ，２５ｃが正常である限り、これらのインバータ２２ｂ，２２ｃの動作によって電動機１を継続的に運転することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明に係る並列インバータ装置は、大容量の交流電動機を動力源とする各種の搬送設備、荷役設備等に利用可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１：交流電動機
２ａ，２ｂ，２ｃ，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ：インバータ
３ａ，３ｂ，３ｃ：開閉器
４ａ，４ｂ，４ｃ：電力変換部
５ａ，５ｂ，５ｃ，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ：制御装置
６ａ，６ｂ，６ｃ：ゲート駆動回路
７ａ，７ｂ，７ｃ：主回路
８ａ，８ｂ，８ｃ：ゲート駆動信号生成部
９，９ａ，９ｂ，９ｃ：速度指令生成部
１０：回転位置検出部
１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ：回転速度検出部
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ：速度制御部
１２Ａ：比較器
１２Ｂ：ＰＩ調節器
１２Ｃ：制限器
１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ：電流検出部
１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ：電流制御部
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ：電圧指令補償部
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ：電流検出器
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ：スイッチ
１８：切替スイッチ
１９ａ，１９ｂ，１９ｃ：通信部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに並列に接続された複数台のインバータによって電動機を駆動する並列インバータ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、インバータ装置は電力変換器と、この電力変換器を制御する制御装置とによって構成される。ここで、大容量の交流電動機を駆動するインバータ装置を実現するには、電力変換器を大容量化する必要があり、そのための方法の一つとして、複数台の電力変換器を並列に接続して並列インバータ装置を構成する方法が知られている。
【０００３】
図４は、並列インバータ装置の従来技術としてのエレベータ制御装置であり、特許文献１に記載されている。このエレベータ制御装置は、複数台（例えば２台）の電力変換器のうち１台が故障した場合、残りの電力変換器を用いて電動機を駆動するものである。
【０００４】
図４において、１０１は交流電源、１０２，１０５は交流リアクトル、１０３ａ，１０３ｂは互いに並列に接続された電力変換器、１０６は電流検出器、１０７は交流電動機、１０８はレゾルバ、１０９はメインシープ、１１０はメインロープ、１１１はそらせシープ、１１２はエレベータかご、１１３は荷重検出器、１１４は釣り合い錘である。
電力変換器１０３ａ，１０３ｂの内部構成は同一であり、１１６ａ，１１６ｂは充電抵抗、１１７ａ，１１７ｂ，１１８ａ，１１８ｂ，１２５a，１２５ｂは主回路コンタクタ、１１９ａ，１１９ｂ，１２６ａ，１２６ｂは電流検出器、１２０ａ，１２０ｂはコンバータ部、１２１ａ，１２１ｂは平滑コンデンサ、１２２ａ，１２２ｂは電圧検出器、１２３ａ，１２３ｂはインバータ部、１２４ａ，１２４ｂはコンバータ制御回路である。
【０００５】
コンバータ制御回路１２４ａ，１２４ｂの出力、及び、電流検出器１２６ａ，１２６ｂの出力は異常検出部１５０に入力されており、その出力はインバータ制御回路１１５に加えられている。
インバータ制御回路１１５において、１２７は速度基準発生回路、１２８は速度制御演算回路、１２９は荷重信号加算回路、１３０はベクトル制御回路、１３１は電流制御演算回路、１３２は正弦波ＰＷＭ制御回路である。この正弦波ＰＷＭ制御回路１３２から出力される駆動信号（ＰＷＭパルス）によりインバータ部１２３ａ，１２３ｂの半導体スイッチング素子がオン・オフ制御されるようになっている。
【０００６】
図４において、通常時は、２台の電力変換器１０３ａ，１０３ｂにより電動機１０７に交流電力が供給され、電動機１０７の回転によってエレベータが駆動される。
しかし、例えば電力変換器１０３ｂ内の電流検出器１１９ｂや１２６ｂによって過電流が検出されると、異常検出部１５０が動作して速度基準発生回路１２７に異常検出信号を送出する。これと同時に、異常検出部１５０がコンタクタ１１７ｂ，１１８ｂ，１２５ｂをオフし、異常が発生した電力変換器１０３ｂを主回路から切り離す。また、速度基準発生回路１２７では、通常運転時の速度パターンを非常運転時の速度パターンに切り替えて出力することにより、正常な電力変換器１０３ａ内のインバータ部１２３ａを非常運転時の速度パターンに従って制御している。
【０００７】
すなわち、この従来技術によれば、故障した電力変換器を切り離すと共に、正常な電力変換器を非常運転時の速度パターンに従って駆動することができる。これにより、１台の電力変換器が故障した場合にエレベータを緊急停止させる等の方法を採るのではなく、正常な電力変換器により電動機を駆動してエレベータを最寄りの階まで移動させ、乗客を救出する等の運転が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平４−３６５７７０号公報（段落［０００８］〜［００１３］、［００１８］〜［００２３］、図１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図４の従来技術では、１台の電力変換器の故障時に、非常運転時の速度パターンに従って他の電力変換器を運転することになる。しかし、３台以上の電力変換器を並列に接続して並列インバータ装置を構成した場合、電力変換器が故障する状況も様々であるため、これらの状況を想定して多数の速度パターンをインバータ制御回路１１５に予め記憶させておく必要がある。このため、インバータ制御回路１１５の構成が複雑化する、大容量のメモリが必要になる、コスト高になる、等の問題があった。
【００１０】
また、図４の従来技術では、単一のインバータ制御回路１１５により複数台の電力変換器を制御している。このため、仮にインバータ制御回路１１５が故障した場合、正常に動作可能な電力変換器があったとしても、システム全体の非常停止を回避することができない。更に、電力変換器の近くにインバータ制御回路１１５が配置されている場合には、両者の間の電気的絶縁が確保されていても、電力変換器内部の短絡故障に起因する過電流や半導体スイッチング素子の破壊に伴ってインバータ制御回路１１５が故障するおそれもある。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、インバータの制御装置内に多数の速度パターンを予め記憶させる必要がなく、制御装置の構成を簡略化すると共に、コストの低減を可能にした並列インバータ装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、複数台のインバータが個々に制御装置を備えることで、仮に１台のインバータが故障した場合でも他のインバータを継続的に運転してシステム全体の非常停止を回避するようにした並列インバータ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、第１の発明は、互いに並列に接続された複数台のインバータを１台のマスターインバータとその他のスレーブインバータとに分けると共に、これらすべてのインバータに、電動機に交流電力を供給する電力変換部と、その半導体スイッチング素子を制御するための制御装置と、をそれぞれ設ける。この場合、マスターインバータの制御装置とスレーブインバータの制御装置とでは、以下に述べるように構成が異なっている。
すなわち、マスターインバータの制御装置は、電動機の速度指令と電動機速度との偏差から電流指令を演算する速度制御手段と、電流指令と電動機電流との偏差から電圧指令を演算する電流制御手段と、電圧指令に従って自己の電力変換部を制御するための駆動信号生成手段と、を備えている。
一方、スレーブインバータの制御装置は、マスターインバータ内の電流制御手段により演算された電圧指令に従って自己の電力変換部を制御するための駆動信号生成手段を備えている。
そして、マスターインバータの制御装置は、マスターインバータ及びスレーブインバータを含む何れかのインバータの電力変換部が故障した場合に、残りのインバータの電力変換部の電流容量に応じて、速度制御手段により電流指令を再設定する。この再設定の具体的内容としては、例えば、電流指令に制限値を設定することにより電流指令を減少させるものである。
また、マスターインバータの制御装置は、上述した電流指令の再設定に加えて、何れかのインバータの電力変換部が故障した場合に、残りのインバータの電力変換部の電流容量に応じて、速度指令における加減速時間を再設定しても良い。
更に、各インバータの制御装置は、すべてのインバータの出力電流の平均値と自己のインバータの出力電流との偏差に応じて電圧指令を補正する手段を備えることが望ましい。
【００１３】
また、第２の発明では、複数台のインバータのうち任意の１台をマスターインバータ、その他をスレーブインバータとして選定される。つまり、第２の発明は、複数台のインバータのうち何れのインバータも、マスターインバータ及びスレーブインバータとなり得るように構成される。この場合、すべてのインバータは、電動機に交流電力を供給する電力変換部と、その半導体スイッチング素子を制御するための制御装置と、をそれぞれ備える。
そして、すべての制御装置は、電動機の速度指令と電動機速度との偏差から電流指令を演算する速度制御手段と、電流指令と電動機電流との偏差から電圧指令を演算する電流制御手段と、マスターインバータの電流制御手段により演算された前記電圧指令に従って自己の電力変換部を制御するための駆動信号生成手段と、を備える。
また、マスターインバータの制御装置は、マスターインバータを含む何れかのインバータの電力変換部が故障した場合に、残りのインバータの電力変換部の電流容量に応じて、マスターインバータの速度制御手段により電流指令を再設定するように構成される。この再設定の具体的内容は、第１の発明と同様に、電流指令に制限値を設定して電流指令を減少させるものである。
また、マスターインバータの制御装置は、マスターインバータを含む何れかのインバータの電力変換部が故障した場合に、残りのインバータの電力変換部の電流容量に応じて、速度指令における加減速時間を再設定しても良い。
更に、マスターインバータの制御装置における各種の設定値を、適宜な通信手段を介してスレーブインバータの制御装置に送信し、この制御装置に設定しても良い。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、並列に接続された多数のインバータのうち１台が故障した場合に、電動機の電流指令や速度指令の加減速時間を再設定した上で正常なインバータに対する電圧指令を生成することにより、制御装置の負担やメモリの記憶容量が低減され、制御装置の構成の簡略化、コストの低減が可能になる。
また、各インバータが制御装置をそれぞれ備えるようにすれば、仮に１台のインバータが故障した場合でも他のインバータを継続的に運転してシステム全体の非常停止を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１における速度制御部の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示すブロック図である。
【図４】従来技術を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、第１の発明に相当する第１実施形態を示すブロック図である。この第１実施形態は、マスターインバータとしてのインバータ２ａとスレーブインバータとしてのインバータ２ｂ，２ｃを全て並列に接続して交流電動機を駆動する場合のものである。
ここで、インバータ２ａ，２ｂ，２ｃは通常、何れも三相インバータとして構成されており、後述する電力変換部４ａ，４ｂ，４ｃも三相構成となっているが、説明を簡単にするため、図１では、一相（例えばＵ相）分の電力変換部４ａ，４ｂ，４ｃを示してある。
【００１７】
図１において、１はインバータ２ａ，２ｂ，２ｃによって駆動される交流電動機であり、３ａ，３ｂ，３ｃはインバータ２ａ，２ｂ，２ｃと電動機１との間に接続された開閉器である。電動機１には、回転子の回転角情報を得るパルスエンコーダ等の回転位置検出部１０が取り付けられている。
【００１８】
インバータ２ａ，２ｂ，２ｃは、電力変換部４ａ，４ｂ，４ｃ及び制御装置５ａ，５ｂ，５ｃによってそれぞれ構成されている。ここで、電力変換部４ａ，４ｂ，４ｃは、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子によって構成された直流−交流変換用の主回路７ａ，７ｂ，７ｃと、上記スイッチング素子をオン・オフ制御するゲート駆動回路６ａ，６ｂ，６ｃと、によってそれぞれ構成される。
制御装置５ａは、インバータ２ａをマスターインバータとして動作させるためのものであり、制御装置５ｂ，５ｃは、インバータ２ｂ，２ｃを何れもスレーブインバータとして動作させるためのものである。これらの制御装置５ａ，５ｂ，５ｃは、マイコンや電子回路によって構成されている。
【００１９】
マスターインバータであるインバータ２ａ内の制御装置５ａは、速度指令生成部９、回転速度検出部１１、速度制御部１２、電流検出部１３、電流制御部１４、電圧指令補償部１５ａ、及び、ゲート駆動信号生成部８ａを備えている。
ここで、速度指令生成部９は、電動機１の速度パターン（加減速パターン）からなる速度指令ωｒを生成する。回転速度検出部１１は、回転位置検出部１０により得た回転角情報から電動機速度ωｍを演算する。速度制御部１２は、電動機速度ωｍが速度指令ωｒに一致するように、電動機１に対する電流指令（電動機１の発生トルクに相当するトルク電流指令）Ｉｔｒを生成する。電流検出部１３は、電流検出器１６ａ，１６ｂ，１６ｃによりそれぞれ検出したインバータ２ａ，２ｂ，２ｃの出力電流（電力変換部４ａ，４ｂ，４ｃの出力電流）Ｉｕ１，Ｉｕ２，Ｉｕ３からその平均値Ｉｕａを演算すると共に、平均値Ｉｕａを座標変換してＵ相分の電動機電流（トルク電流）Ｉｔを演算する。電流制御部１４は、電動機電流Ｉｔが電流指令Ｉｔｒに一致するように、各電力変換部４ａ，４ｂ，４ｃに対する電圧指令Ｖｕｒを生成する。
電圧指令補償部１５ａは、出力電流平均値Ｉｕａ及び自己の出力電流Ｉｕ１に基づいて電圧指令Ｖｕｒを補正し、電圧指令Ｖｕｒ１を出力する。ゲート駆動信号生成部８ａは、補正後の電圧指令Ｖｕｒ１に基づいてゲート駆動信号を生成し、このゲート駆動信号は、電力変換部４ａ内のゲート駆動回路６ａに与えられる。
【００２０】
一方、スレーブインバータであるインバータ２ｂ内の制御装置５ｂは、出力電流平均値Ｉｕａ及び自己の出力電流Ｉｕ２に基づいて電圧指令Ｖｕｒを補正し、電圧指令Ｖｕｒ２を出力する電圧指令補償部１５ｂと、補正後の電圧指令Ｖｕｒ２に基づいてゲート駆動信号を生成するゲート駆動信号生成部８ｂと、を備えている。
同様に、スレーブインバータであるインバータ２ｃ内の制御装置５ｃは、出力電流平均値Ｉｕａ及び自己の出力電流Ｉｕ３に基づいて電圧指令Ｖｕｒを補正し、電圧指令Ｖｕｒ３を出力する電圧指令補償部１５ｃと、補正後の電圧指令Ｖｕｒ３に基づいてゲート駆動信号を生成するゲート駆動信号生成部８ｃと、を備えている。
【００２１】
次に、図２は、制御装置５ａ内の速度制御部１２の構成を示している。
図２に示すように、速度制御部１２は、速度指令ωｒと電動機速度ωｍとの偏差を求める比較器１２Ａと、上記偏差を入力として比例・積分演算し、電流指令Ｉｔｒを出力するＰＩ調節器１２Ｂと、入力値が所定範囲を超えた場合に出力値としての電流指令（トルク電流指令）Ｉｔｒを最大値または最小値に制限する制限器１２Ｃと、から構成されている。
【００２２】
次に、この第１実施形態の動作を、図１，図２を参照しつつ説明する。
まず、電動機１の定格電流やインバータの定格容量等に応じて、並列に接続されるインバータの台数が決定され、通常運転時には、すべてのインバータ２ａ，２ｂ，２ｃの出力電流Ｉｕ１，Ｉｕ２，Ｉｕ３の合計値が電動機１に供給される。このとき、開閉器３ａ，３ｂ，３ｃはすべてオンされている。
【００２３】
マスターインバータ（インバータ２ａ）の制御装置５aにおいて、速度指令生成部９は、電動機１が停止状態から加速して目的の速度まで到達し、所定の条件により減速停止するまでの速度パターンからなる速度指令ωｒを生成する。速度制御部１２は、速度指令ωｒと電動機速度ωｍとの偏差に基づいて電流指令Ｉｔｒを演算する。電流制御部１４は、電流検出部１３から出力される電動機電流Ｉｔが電流指令Ｉｔｒに一致するように、すべてのインバータ２ａ，２ｂ，２ｃの電力変換部４ａ，４ｂ，４ｃに対する電圧指令Ｖｕｒを生成する。
【００２４】
制御装置５aにおいて、電圧指令補償部１５ａは、出力電流Ｉｕ１が平均値Ｉｕａに一致するように電圧指令Ｖｕｒを補正し、補正後の電圧指令Ｖｕｒ１をゲート駆動信号生成部８ａに送出する。ゲート駆動信号生成部８ａによって生成されるゲート駆動信号は電力変換部４ａに与えられ、電力変換部４ａからは所定の電流Ｉｕ１が出力される。
スレーブインバータ（インバータ２ｂ，２ｃ）側の制御装置５ｂ，５ｃにおいては、マスターインバータ（インバータ２ａ）内の電流制御部１４からの電圧指令Ｖｕｒが電圧指令補償部１５ａ，１５ｃにより補正され、電圧指令Ｖｕｒ２，Ｖｕｒ３としてゲート駆動信号生成部８ｂ，８ｃに送出される。ゲート駆動信号生成部８ｂ，８ｃによって生成されるゲート駆動信号は電力変換部４ｂ，４ｃに与えられ、電力変換部４ｂ，４ｃからはそれぞれ所定の電流Ｉｕ２，Ｉｕ３が出力される。
よって、電動機１には、電流Ｉｕ１，Ｉｕ２，Ｉｕ３の合計値が供給されることになる。
【００２５】
いま、電力変換部４ａ，４ｂ，４ｃのうちの１台、例えばインバータ２ａの電力変換部４ａに故障が発生したとすると、この故障は、適宜な手段により、例えば電流検出部１３によって電力変換部４ａの出力電流Ｉｕ１の変化として検出される。
そこで、インバータ２ａでは、上記の故障検出出力を用いて開閉器３ａをオフすることにより、故障した電力変換部４ａと電動機１との接続を切り離す。その際、インバータ２ｂ，２ｃの電力変換部４ｂ，４ｃの運転を継続するために、開閉器３ｂ，３ｃはオン状態のままにしておく。
【００２６】
このとき、電流指令Ｉｔｒが電力変換部４ａの故障前の値を維持していると、この電流指令Ｉｔｒに対して実際の電動機電流Ｉｔが不足するので、電圧指令Ｖｕｒが過大になるおそれがある。
従って、図２に示した速度制御部１２では、制限器１２Ｃの制限値をスレーブインバータ側の電力変換部４ｂ，４ｃの電流容量（定格電流）に応じて減少させ、結果的に電流指令Ｉｔｒが大きくなり過ぎないように再設定する。そして、電流制御部１４は、制限値を低減させた電流指令Ｉｔｒに電動機電流Ｉｔが一致するように、電圧指令Ｖｕｒを演算して出力する。
【００２７】
ここで、インバータ２ｂ，２ｃ内の電圧指令補償部１５ｂ，１５ｃの動作は、電流検出部１３が演算した出力電流平均値Ｉｕａに各々の出力電流Ｉｕ２，Ｉｕ３が一致するように、電圧指令Ｖｕｒを補正して新たな電圧指令Ｖｕｒ２，Ｖｕｒ３をそれぞれ演算する。なお、電圧指令Ｖｕｒの具体的な補正動作は、例えば、出力電流平均値Ｉｕａと出力電流Ｉｕ２，Ｉｕ３とのそれぞれの偏差に所定のゲインを乗じた値を元の電圧指令Ｖｕｒに加算する、等の動作である。
補正後の電圧指令Ｖｕｒ２，Ｖｕｒ３はゲート駆動信号生成部８ｂ，８ｃにそれぞれ与えられ、電力変換部４ｂ，４ｃに対するゲート駆動信号が生成されることになる。
【００２８】
上述した動作により、あるインバータ内の電力変換部の故障に起因して、並列インバータ装置を構成するインバータの台数が少なくなった場合（いわゆる減機運転時）に、電動機１への通流電流を制限しながら電動機１の運転を継続することができる。
なお、この第１実施形態において、例えばマスターインバータ内の電力変換部４ａが故障した場合に、前述した電流指令Ｉｔｒの制限動作に加えて、速度指令生成部９により生成される速度指令ωｒ（速度パターン）における加減速時間をスレーブインバータ内の電力変換部４ｂ，４ｃの電流容量に応じて再設定しても良い。
【００２９】
第１実施形態では、マスターインバータ内の電力変換部４ａが故障した場合を例示したが、スレーブインバータ内の電力変換部４ｂまたは４ｃが故障した場合には、故障した電力変換部に対応する開閉器３ｂまたは３ｃのみをオフする点を除けば、基本的な動作は同様である。
また、並列に接続されるインバータの台数は、４台以上でも良いのは勿論であり、その場合も、何れか１台のインバータをマスターインバータとして、前記制御装置５ａに相当する制御装置を備えることになる。
【００３０】
次に、第２の発明に相当する本発明の第２実施形態を説明する。
図３は、第２実施形態を示すブロック図であり、この第２実施形態も、開閉器３ａ，３ｂ，３ｃを介して互いに並列に接続された３台のインバータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃにより、交流電動機１を駆動するように構成されている。但し、この第２実施形態では、インバータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃのうち任意の１台がマスターインバータとなり得るものであり、その場合、他の２台がスレーブインバータとなる。
図３において、図１と同じ構成要素には図１と同一の参照符号を付して説明を省略し、以下では、図１との相違点を中心に説明する。
【００３１】
図３において、回転位置検出部１０の出力信号は、切替スイッチ１８を介してインバータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ内の制御装置２５ａ，２５ｂ，２５ｃに入力されている。
インバータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ内の電力変換部４ａ，４ｂ，４ｃは図１と同一の構成であり、これらの電力変換部４ａ，４ｂ，４ｃは、図１と同様に一相（例えばＵ相）分を示してある。
【００３２】
次いで、制御装置２５ａ，２５ｂ，２５ｃの構成及び動作を説明する。制御装置２５ａ，２５ｂ，２５ｃの構成はすべて同一であるため、ここでは、インバータ２２ａ内の制御装置２５ａについて説明し、他の制御装置２５ｂ，２５ｃでは、制御装置２５ａの構成要素と同じものの参照符号に符号「ｂ」，「ｃ」をそれぞれ付して説明を省略する。
制御装置２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、マイコンや電子回路によって構成されており、各制御装置２５ａ，２５ｂ，２５ｃには、これらの相互間で各種設定値等の情報を送受信するための通信部１９ａ，１９ｂ，１９ｃがそれぞれ設けられている。
【００３３】
いま、開閉器３ａ，３ｂ，３ｃをすべてオンし、３台のインバータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃによって電動機１を駆動している状態において、インバータ２２ａがマスターインバータに選定され、他のインバータ２２ｂ，２２ｃはスレーブインバータに選定されているものとする。
このとき、回転位置検出部１０の出力信号は、インバータ２２ａ側に接続された切替スイッチ１８を介して、制御装置２５ａ内の回転速度検出部１１ａに入力されている。また、電動機１の制御に必要な各種の設定値は、外部からマスターインバータ内の通信部１９ａを介して制御装置２５ａに送信され、この制御装置２５ａから、通信部１９ａ，１９ｂ，１９ｃを介してスレーブインバータ内の制御装置２５ｂ，２５ｃにそれぞれ伝送される。
【００３４】
速度指令生成部９ａから出力された速度指令ωｒは、回転速度検出部１１ａから出力された電動機速度ωｍと共に速度制御部１２ａに入力され、この速度制御部１２ａにより電流指令Ｉｔｒが生成される。ここで、速度制御部１２ａ（及び１２ｂ，１２ｃ）は、第１実施形態における図２と同様に、比較器１２Ａ、ＰＩ調節器１２Ｂ及び制限器１２Ｃによって構成されている。
一方、電流検出部１３ａにより、出力電流Ｉｕ１，Ｉｕ２，Ｉｕ３に基づいて電動機電流Ｉｔが検出され、この電動機電流Ｉｔは、電流指令Ｉｔｒと共に電流制御部１４ａに入力される。
【００３５】
電流制御部１４ａは、電動機電流Ｉｔが電流指令Ｉｔｒに一致するように電圧指令Ｖｕｒを演算し、この電圧指令Ｖｕｒを、オン状態のスイッチ１７ａを介して各インバータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃのゲート駆動信号生成部８ａ，８ｂ，８ｃに送出する。なお、スイッチ１７ａ，１７ｂ，１７ｃのうち、マスターインバータ内のスイッチ１７ａのみがオンされ、スレーブインバータ内のスイッチ１７ｂ，１７ｃはオフされている。
上記の動作により、マスターインバータ内の電流制御部１４ａにより生成された電圧指令Ｖｕｒに基づき、ゲート駆動信号生成部８ａ，８ｂ，８ｃがゲート駆動信号をそれぞれ生成し、これらのゲート駆動信号に従って電力変換部４ａ，４ｂ，４ｃの半導体スイッチング素子がオン・オフ制御される。
【００３６】
いま、仮にマスターインバータ内の電力変換部４ａが故障したとすると、その故障検出出力を用いて適宜な方法により開閉器３ａをオフし、インバータ２２ａと電動機１との接続を切り離す。同時に、残りのインバータ２２ｂ，２２ｃのうちの何れか、例えばインバータ２２ｂをマスターインバータに選定して制御装置２５ｂ内のスイッチ１７ｂを閉じると共に、切替スイッチ１８をインバータ２２ｂ側に切り替える。このとき、残ったスレーブインバータであるインバータ２２ｃの制御装置２５ｃ内のスイッチ１７ｃは、引き続きオフ状態に保たれている。このように、１台のインバータが故障したときに残りのインバータのうちのどれをマスターインバータとするかは、予め決定しておくものとする。
【００３７】
新たにマスターインバータとなったインバータ２２ｂ内の制御装置２５ｂでは、回転速度検出部１１ｂにより演算した電動機速度ωｍが速度指令ωｒに一致するように速度制御部１２ｂが動作して電流指令Ｉｔｒを生成し、電動機電流Ｉｔが電流指令Ｉｔｒに一致するように電流制御部１４ｂが動作して電圧指令Ｖｕｒを生成する。そして、この電圧指令Ｖｕｒを、スイッチ１７ｂを介してゲート駆動信号生成部８ｂ，８ｃにそれぞれ送出する。
【００３８】
インバータ２２ａ内の電力変換部４ａが故障した後に、電流指令Ｉｔｒが電力変換部４ａの故障前の値を維持していると、第１実施形態と同様に電流指令Ｉｔｒに対して実際の電動機電流Ｉｔが不足するので、電圧指令Ｖｕｒが過大になるおそれがある。
従って、図３の速度制御部１２ｂでは、図２における制限器１２Ｃの制限値を電力変換部４ｂ，４ｃの電流容量（定格電流）に応じて低減させ、結果的に電流指令Ｉｔｒが大きくなり過ぎないように制限する。そして、電流制御部１４ｂは、制限値を低減させた電流指令Ｉｔｒに電動機電流Ｉｔが一致するように、電圧指令Ｖｕｒを演算して出力する。
これにより、以後は、マスターインバータとなったインバータ２２ｂ内の電流制御部１４ｂからの電圧指令Ｖｕｒに基づき、ゲート駆動信号生成部８ｂ，８ｃがゲート駆動信号を生成し、これらのゲート駆動信号に従って電力変換部４ｂ，４ｃが駆動されることになる。
【００３９】
よって、この第２実施形態においても、あるインバータの電力変換部の故障に起因して並列に接続されるインバータの台数が少なくなった場合に、電動機１の通流電流を制限しながらその運転を継続することができる。また、例えば電力変換部４ａが故障した場合に、前述した電流指令Ｉｔｒの制限動作に加えて、新たなマスターインバータ内の速度指令生成部９ｂにより生成される速度指令ωｒにおける加減速時間を電力変換部４ｂ，４ｃの電流容量に応じて再設定してもよい。
【００４０】
ここでは、インバータ２２ａ内の電力変換部４ａが故障した場合を例示したが、他のインバータ２２ｂ，２２ｃ内の電力変換部４ｂまたは４ｃが故障した場合も基本的な動作は同様である。更に、並列接続されるインバータの台数は、４台以上でも良いのは勿論である。
また、通信部１９ａ，１９ｂ，１９ｃでは、上記した設定値等の送受信以外にも、例えば、電圧指令や検出電流等の情報の送受信を行うことが可能である。
【００４１】
前述した第１実施形態では、マスターインバータ（インバータ２ａ）内の制御装置５ａにおける電圧指令Ｖｕｒを演算するための構成要素が故障した場合、他のインバータ２ｂ，２ｃの運転は不可能になる。しかし、第２実施形態によれば、仮にマスターインバータとして動作しているインバータ２２ａ内の制御装置２５ａが故障したとしても、他のインバータ２２ｂ，２２ｃ内の制御装置２５ｂ，２５ｃが正常である限り、これらのインバータ２２ｂ，２２ｃの動作によって電動機１を継続的に運転することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明に係る並列インバータ装置は、大容量の交流電動機を動力源とする各種の搬送設備、荷役設備等に利用可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１：交流電動機
２ａ，２ｂ，２ｃ，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ：インバータ
３ａ，３ｂ，３ｃ：開閉器
４ａ，４ｂ，４ｃ：電力変換部
５ａ，５ｂ，５ｃ，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ：制御装置
６ａ，６ｂ，６ｃ：ゲート駆動回路
７ａ，７ｂ，７ｃ：主回路
８ａ，８ｂ，８ｃ：ゲート駆動信号生成部
９，９ａ，９ｂ，９ｃ：速度指令生成部
１０：回転位置検出部
１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ：回転速度検出部
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ：速度制御部
１２Ａ：比較器
１２Ｂ：ＰＩ調節器
１２Ｃ：制限器
１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ：電流検出部
１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ：電流制御部
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ：電圧指令補償部
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ：電流検出器
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ：スイッチ
１８：切替スイッチ
１９ａ，１９ｂ，１９ｃ：通信部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに並列に接続された複数台のインバータにより電動機を駆動する並列インバータ装置において、
複数台のインバータを、１台のマスターインバータと、その他のスレーブインバータとにより構成し、すべてのインバータは、前記電動機に交流電力を供給する電力変換部と、前記電力変換部の半導体スイッチング素子を制御する制御装置と、をそれぞれ備え、
前記マスターインバータの制御装置は、
前記電動機の速度指令と電動機速度との偏差から電流指令を演算する速度制御手段と、
前記電流指令と電動機電流との偏差から電圧指令を演算する電流制御手段と、
前記電圧指令に従って自己の電力変換部の半導体スイッチング素子を制御するための駆動信号生成手段と、を備え、
前記スレーブインバータの制御装置は、
前記電流制御手段により演算された前記電圧指令に従って自己の電力変換部の半導体スイッチング素子を制御するための駆動信号生成手段を備え、
前記マスターインバータの制御装置は、
何れかのインバータの前記電力変換部が故障した場合に、残りのインバータの前記電力変換部の電流容量に応じて、前記速度制御手段により前記電流指令を再設定することを特徴とする並列インバータ装置。
【請求項２】
請求項１に記載した並列インバータ装置において、
前記マスターインバータの制御装置は、
何れかのインバータの前記電力変換部が故障した場合に、残りのインバータの前記電力変換部の電流容量に応じて、前記速度制御手段により前記電流指令を減少させることを特徴とする並列インバータ装置。
【請求項３】
請求項２に記載した並列インバータ装置において、
前記速度制御手段は、前記速度指令と電動機速度との偏差が入力される調節器と、前記調節器から出力される前記電流指令を所定値に制限する制限器と、を備えたことを特徴とする並列インバータ装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載した並列インバータ装置において、
前記マスターインバータの制御装置は、
何れかのインバータの前記電力変換部が故障した場合に、残りのインバータの前記電力変換部の電流容量に応じて、前記速度指令における加減速時間を再設定することを特徴とする並列インバータ装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載した並列インバータ装置において、
各インバータの前記制御装置は、すべてのインバータの出力電流の平均値と自己のインバータの出力電流との偏差に応じて前記電圧指令を補正する手段を備えたことを特徴とする並列インバータ装置。
【請求項６】
互いに並列に接続された複数台のインバータにより電動機を駆動する並列インバータ装置において、
複数台のインバータのうち任意の１台をマスターインバータ、その他をスレーブインバータとして選定すると共に、すべてのインバータは、前記電動機に交流電力を供給する電力変換部と、前記電力変換部の半導体スイッチング素子を制御する制御装置と、をそれぞれ備え、
前記制御装置は、
前記電動機の速度指令と電動機速度との偏差から電流指令を演算する速度制御手段と、
前記電流指令と電動機電流との偏差から電圧指令を演算する電流制御手段と、
前記マスターインバータの前記電流制御手段により演算された前記電圧指令に従って自己の電力変換部の半導体スイッチング素子を制御するための駆動信号生成手段と、を備え、
前記マスターインバータの制御装置は、
何れかのインバータの前記電力変換部が故障した場合に、残りのインバータの前記電力変換部の電流容量に応じて、前記マスターインバータの前記速度制御手段により前記電流指令を再設定することを特徴とする並列インバータ装置。
【請求項７】
請求項６に記載した並列インバータ装置において、
前記マスターインバータの制御装置は、
何れかのインバータの前記電力変換部が故障した場合に、残りのインバータの前記電力変換部の電流容量に応じて、前記マスターインバータの前記速度制御手段により前記電流指令を減少させることを特徴とする並列インバータ装置。
【請求項８】
請求項７に記載した並列インバータ装置において、
前記速度制御手段は、前記速度指令と電動機速度との偏差が入力される調節器と、前記調節器から出力される前記電流指令を所定値に制限する制限器と、を備えたことを特徴とする並列インバータ装置。
【請求項９】
請求項６〜８の何れか１項に記載した並列インバータ装置において、
前記マスターインバータの制御装置は、
何れかのインバータの前記電力変換部が故障した場合に、残りのインバータの前記電力変換部の電流容量に応じて、前記速度指令における加減速時間を再設定することを特徴とする並列インバータ装置。
【請求項１０】
請求項６〜９の何れか１項に記載した並列インバータ装置において、
前記マスターインバータの制御装置の設定値を、通信手段を介して前記スレーブインバータの制御装置に送信し、設定することを特徴とする並列インバータ装置。
【請求項１】
互いに並列に接続された複数台のインバータにより電動機を駆動する並列インバータ装置において、
複数台のインバータを、１台のマスターインバータと、その他のスレーブインバータとにより構成し、すべてのインバータは、前記電動機に交流電力を供給する電力変換部と、前記電力変換部の半導体スイッチング素子を制御する制御装置と、をそれぞれ備え、
前記マスターインバータの制御装置は、
前記電動機の速度指令と電動機速度との偏差から電流指令を演算する速度制御手段と、
前記電流指令と電動機電流との偏差から電圧指令を演算する電流制御手段と、
前記電圧指令に従って自己の電力変換部の半導体スイッチング素子を制御するための駆動信号生成手段と、を備え、
前記スレーブインバータの制御装置は、
前記電流制御手段により演算された前記電圧指令に従って自己の電力変換部の半導体スイッチング素子を制御するための駆動信号生成手段を備え、
前記マスターインバータの制御装置は、
何れかのインバータの前記電力変換部が故障した場合に、残りのインバータの前記電力変換部の電流容量に応じて、前記速度制御手段により前記電流指令を再設定することを特徴とする並列インバータ装置。
【請求項２】
請求項１に記載した並列インバータ装置において、
前記マスターインバータの制御装置は、
何れかのインバータの前記電力変換部が故障した場合に、残りのインバータの前記電力変換部の電流容量に応じて、前記速度制御手段により前記電流指令を減少させることを特徴とする並列インバータ装置。
【請求項３】
請求項２に記載した並列インバータ装置において、
前記速度制御手段は、前記速度指令と電動機速度との偏差が入力される調節器と、前記調節器から出力される前記電流指令を所定値に制限する制限器と、を備えたことを特徴とする並列インバータ装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載した並列インバータ装置において、
前記マスターインバータの制御装置は、
何れかのインバータの前記電力変換部が故障した場合に、残りのインバータの前記電力変換部の電流容量に応じて、前記速度指令における加減速時間を再設定することを特徴とする並列インバータ装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載した並列インバータ装置において、
各インバータの前記制御装置は、すべてのインバータの出力電流の平均値と自己のインバータの出力電流との偏差に応じて前記電圧指令を補正する手段を備えたことを特徴とする並列インバータ装置。
【請求項６】
互いに並列に接続された複数台のインバータにより電動機を駆動する並列インバータ装置において、
複数台のインバータのうち任意の１台をマスターインバータ、その他をスレーブインバータとして選定すると共に、すべてのインバータは、前記電動機に交流電力を供給する電力変換部と、前記電力変換部の半導体スイッチング素子を制御する制御装置と、をそれぞれ備え、
前記制御装置は、
前記電動機の速度指令と電動機速度との偏差から電流指令を演算する速度制御手段と、
前記電流指令と電動機電流との偏差から電圧指令を演算する電流制御手段と、
前記マスターインバータの前記電流制御手段により演算された前記電圧指令に従って自己の電力変換部の半導体スイッチング素子を制御するための駆動信号生成手段と、を備え、
前記マスターインバータの制御装置は、
何れかのインバータの前記電力変換部が故障した場合に、残りのインバータの前記電力変換部の電流容量に応じて、前記マスターインバータの前記速度制御手段により前記電流指令を再設定することを特徴とする並列インバータ装置。
【請求項７】
請求項６に記載した並列インバータ装置において、
前記マスターインバータの制御装置は、
何れかのインバータの前記電力変換部が故障した場合に、残りのインバータの前記電力変換部の電流容量に応じて、前記マスターインバータの前記速度制御手段により前記電流指令を減少させることを特徴とする並列インバータ装置。
【請求項８】
請求項７に記載した並列インバータ装置において、
前記速度制御手段は、前記速度指令と電動機速度との偏差が入力される調節器と、前記調節器から出力される前記電流指令を所定値に制限する制限器と、を備えたことを特徴とする並列インバータ装置。
【請求項９】
請求項６〜８の何れか１項に記載した並列インバータ装置において、
前記マスターインバータの制御装置は、
何れかのインバータの前記電力変換部が故障した場合に、残りのインバータの前記電力変換部の電流容量に応じて、前記速度指令における加減速時間を再設定することを特徴とする並列インバータ装置。
【請求項１０】
請求項６〜９の何れか１項に記載した並列インバータ装置において、
前記マスターインバータの制御装置の設定値を、通信手段を介して前記スレーブインバータの制御装置に送信し、設定することを特徴とする並列インバータ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−３８８６４（Ｐ２０１３−３８８６４Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７１４７７（Ｐ２０１１−１７１４７７）
【出願日】平成２３年８月５日（２０１１．８．５）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月５日（２０１１．８．５）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
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