CN1055807C - 感应电动机的驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于室外且不产生台风之类强风所带来不便的感应电动机驱动装置。它包括：相应于输出频率指令限制逆变器输出电压上限的电压限定装置，限制逆变器输出频率下限的最低频率限定装置，达到逆变器输出频率上限时输出第1供电切断信号的正转限定装置，电动机反转速度达到反转限定级时输出第2供电切断信号的反转限定装置，低速异常且第2供电切断信号不输出状态持续时输出第3供电切断信号的低速过负荷检测装置。

Description

感应电动机的驱动装置
本发明涉及用于把感应电动机作为风扇电动机(例如驱动空调机室外风扇的电动机等)场合的感应电动机驱动装置。
感应电动机长期以来被广泛使用，近来被用作驱动空调机室外风扇的电动机。
另一方面，感应电动机的控制技术进步惊人，采用脉宽调制(PWM)的逆变器电路，以可变电压、可变频率的方式驱动感应电动机，已经可自如地控制旋转数。
采用这种控制技术进行精密控制的感应电动机已成为适用于空调机的室外风扇驱动之类的风扇电动机的主流。
作为采用PWM的逆变器电路、用可变电压/可变频率驱动感应电动机而能自如地控制旋转数的感应电动机的驱动装置，例如如图14所示，由下述部分构成：连结风扇1002的三相感应电动机1001，根据输出电压指令信号V和输出频率指令信号F、通过三相交流电压向上述感应电动机1001供电的逆变器电路1003，交流电源1006，整流平滑上述交流电源1006的输出、向上述逆变器电路1003提供直流电压的整流电路1007及平滑电容器1008，向上述逆变器电路1003提供上述输出电压指令信号V的输出电压指令装置1004，相应于自上述输出电压指令装置1004输出的电压指令信号、唯一地确定上述输出频率指令信号F并提供给上述逆变器电路1003的电压、频率变换装置1005。通过上述输出电压指令装置1004的电压指令信号和根据该信号由上述电压、频率变换装置唯一确定的频率指令信号，用可变电压、可变频率的方式，驱动上述三相感应电动机1001。
这种技术称为VVVF控制，作为可变速驱动感应电动机的方法，它通常是熟知的。
但是，由上述控制技术驱动感应电动机、用于空调机的室外风扇时，若遇到发生台风而由强风从外部强制驱动风扇，则会产生许多麻烦。
例如，当发生与感应电动机1001驱动方向相反的风(逆风)驱动风扇1002时，感应电动机1001成为过负荷，其驱动电流增大。
若感应电动机1001的驱动电流增大，则感应电动机1001及向其供电的逆变器电路1003的发热量增大，有时会造成损坏。
为了防止这种感应电动机1001及逆变器电路1003的发热和损坏，可考虑检测这种过热或过电流然后切断供电，使之不可恢复的跳闸方法，但在台风每次发生时，频繁跳闸停止的这种风扇电动机难于用作空调机的室外风扇驱动。
又，发生与感应电动机1001驱动方向相同的风(顺风)驱动风扇1002时，感应电动机1001被强制加速，若其转数超过与逆变器电路1003输出的输出频率相当的旋转数，则感应电动机1001作为发电机动作，会产生再生电力。
由感应电动机1001产生的再生电力，反向提供给逆变器电路1003，结果使平滑电容器1008的端子间电压上升。
平滑电容器1008端子间电压上升，平滑电容器1008及逆变器电路1003就处于过电压状态，直至引起破坏。
为了防止这种过电压破坏，考虑设置吸收感应电动机1001的再生电力、抑制电压上升的再生电力处理装置这种方法，但再生电力处理装置必须要耐强电的部件，不可避免具有装置大型化及高成本的缺陷。
本发明为解决上述问题，其目的在于提供一种小型和廉价的感应电动机驱动装置，该装置即使在由于台风之类而产生强劲的逆风或顺风时，也能预先防止过负荷、过电流而不轻易跳闸，进而也能预先防止再生电力的产生。
为了达到上述目的，第1，本发明的作滑差频率控制而驱动的感应电动机的驱动装置备有：感应电动机；检测上述感应电动机的旋转速度的速度检测装置；根据输出电压指令信号及输出频率指令信号，通过交流电压向上述感应电动机供电的逆变器电路；把上述输出电压指令信号提供给上述逆变器电路的输出电压指令装置；把预定的滑差频率加至由上述速度检测装置输出的、与感应电动机的旋转速度相应的频率信号上而得到的频率信号作为上述输出频率指令信号，并提供给上述逆变器电路的输出频率指令装置；所述驱动装置还设置：相应于所述输出频率指令装置的输出信号或所述速度检测装置的输出信号，设定所述逆变器电路的输出电压上限值的电压限定电平设定装置；根据所述电压限定电平设定装置的设定值，限制所述输出电压指令装置的输出信号，从而限制所述逆变器电路的输出电压上限的电压限定装置；上述构成使得相应于所述逆变器电路的输出频率的增减变动而增减变化所述逆变器电路的输出电压上限值的设定电平。
第二，设置最低频率限定装置，该装置限制所述输出频率指令装置的输出信号，使所述逆变器电路的输出频率的下限不低于预先设定的最低频率；上述构成使上述逆变器电路的输出频率减少达到上述最低频率限定装置的最低频率时，上述最低频率为上述逆变器电路的输出频率。
第三，设置检测上述逆变器电路的输出频率是否达到预先设定的最大频率限定级且在达到时输出第1供电切断信号的正转限定装置，检测所述感应电动机的反向旋转速度是否达到预先设定的反向限定级且在达到时输出第2供电切断信号的反转限定装置；所述正转限定装置输出的第1供电切断信号或所述反转限定装置输出的第2供电切断信号产生时，切断向上述感应电动机供电。
第四，本发明感应电动机驱动装置的构成是设置：检测所述感应电动机的旋转速度是否低于预先设定的低速异常检测级且在低于时输出低速异常信号的低速异常检测装置；包含上述低速异常检测装置，并当自上述低速异常检测装置输出低速异常信号且自上述反转限定装置不输出第2供电切断信号的状态持续预定时间时，将第3供电切断信号进行锁存处理后输出的低速过负荷检测装置；所述正转限定装置输出的所述第1供电切断信号或所述反转限定装置输出的第2供电切断信号或所述低速过负荷检测装置输出的第3供电切断信号产生时，均切断向上述感应电动机供电。
通过这种构成，可以实现适合于空调机室外风扇驱动的小型廉价感应电动机驱动装置，该装置即使产生台风之类强劲逆风或顺风时，也能预先防止过负荷、过电流和再生电力的产生，不用担心损坏且不易跳闸。
图1是本发明第1实施例的感应电动机的驱动装置的构成图。
图2是滑差频率控制的感应电动机的旋转速度相对于转矩的特性图。
图3、图4是本发明第1实施例的动作说明图。
图5是本发明第2实施例的感应电动机的驱动装置构成图。
图6、图7是第2实施例动作说明图。
图8是本发明第3实施例的感应电动机驱动装置的构成图。
图9、图10是第3实施例的动作说明图。
图11是本发明第4实施例的感应电动机驱动装置的构成图。
图12、图13是第4实施例的动作说明图。
图14是已有技术的感应电动机的驱动装置构成图。
图中：1、1001是感应电动机，2是速度检测装置，3、1003是逆变器电路，4、1004是输出电压指令装置，5是输出频率指令装置，6是电压限定电平设定装置，7是电压限定装置，8是最低频率限定装置，9是正转限定装置，10是反转限定装置，11是低速过负荷检测装置，110是低速异常检测装置，1002是风扇，1005是电压-频率变换装置，1006是交流电源，1007是整流电路，1008是平滑电容。
实施例1
下面，参照附图说明本发明一个实施例。
图1表示本发明的感应电动机的驱动装置的一个实施例。
1是感应电动机，风扇15直接连接至其输出轴。2是速度检测装置，它由检测上述感应电动机1的旋转速度的旋转速度传感器21及处理其输出信号的速度检测器22构成，输出信号f2。上述速度检测装置2的输出信号f2是含有感应电动机1的旋转方向的速度检测信号，上述旋转速度传感器21及速度检测器22其构成使得例如上述感应电动机1正转时速度检测信号取为与该旋转速度成比例的正值，上述感应电动机1反转时取为与该旋转速度成比例的负值。
3是逆变器电路，它根据输出电压指令信号V3及输出频率指令信号f3，把没有图示的例如市电整流、平滑后的直流电压变换成三相交流电压O1、O2、O3，由上述三相交流电压O1、O2、O3向感应电动机1供电。上述三相交流电压O1、O2、O3互相电气上保持120度相位差，其输出电压峰值与输出电压指令信号V3相应，而其输出频率对应于上述输出频率指令信号f3
5是输出频率指令装置，它由滑差频率设定装置51、把该频率设定装置输出信号f51与上述速度检测装置的输出信号f2相加的加法器52构成，上述加法器52的加法输出作为输出频率指令装置5的输出信号f5输出。
上述输出频率指令装置5的输出信号f5作为输出频率指令信号f3输入至逆变器电路3，同时，作为输入信号f6输入至电压限定电平设定装置6。
上述电压限定电平设定装置6的输出信号V6作为电压限定装置7的限定值设定信号输入。
4是输出电压指令装置，其输出信号V4由电压限定装置7限定，作为输出电压指令信号V3，输入至逆变器电路3。
即，在上述输出信号V4比输出信号V6小时，电压限定装置7把输出信号V4作为输出信号V7输出；当输出信号超过输出信号V6时，把输出信号V6作为输出信号V7输出；上述输出信号V7作为输出电压指令信号V3输入至逆变器电路3。
说明上述构成的感应电动机驱动装置的动作。
如图1所示，由于把由滑差频率设定装置51输出的预定的滑差频率信号f51加至由速度检测装置2输出的、与感应电动机1的旋转速度相应的频率信号f2而得到的频率信号f5，作为输出频率指令信号f3输入至逆变器电路3，所以感应电动机1的旋转速度对于输出转矩特性(N-T特性)，如图2所示，与直流电机特性几乎相同，可以相应于输出电压指令信号V3控制旋转速度或转矩，且能实现非常高效的驱动。
这种技术，作为滑差频率控制通常是熟知的。
对于这种作滑差频率控制而驱动的感应电动机1作为例如空调机的室外风扇驱动电机使用的场合，用图3说明其动作。
图3下方的曲线表示输出电压指令装置4的输出信号V4为一定时，感应电动机1的旋转速度相对于输出转矩的特性(N-T特性)和旋转速度相对驱动电流的特性(N-I特性)以及风扇15的风扇负荷特性。
如图3所示，风扇负荷具有随旋转速度增大而增加的特性，由感应电动机1驱动风扇15时，在感应电动机1的输出转矩与风扇15的风扇负荷转矩平衡点(a点)，旋转速度稳定地工作。
这样，在a点旋转速度稳定的场合，如果台风之类的强度(逆风)吹向风扇15，反向驱动转矩强制加至感应电动机1，则感应电动机1相应于其N-T特性及N-I特性，旋转速度降低，同时，驱动电流增大，不久，工作点由a点移至b点。
若动作点移至b点起，更强的逆风吹向风扇15，则感应电动机1的旋转速度进一步降低，这时，如果输出电压指令装置4的输出信号V4不加限制而输入作为逆变器电路3的输出电压指令信号V3，则工作点由b点移至d点，旋转速度降低，同时感应电动机1的驱动电流进一步增大。
如果驱动电流增大，会发生与现有技术所示VVVF控制驱动感应电动机时同样的麻烦，例如：感应电动机1及逆变器电路3的发热量增大，具有损坏的危险；为了防止破坏，构成逆变器电路3的功率半导体部件等必须使用功率容量大、形状大的元件；跳闸用作过电流保护时，每遇强风频繁停转，作为空调机的室外风扇电动机使用困难等等。
在本实施例中，设置电压限定电平设定装置6和电压限定装置7以便不产生上述缺陷。
下文，说明电压限定电平设定装置6和电压限定装置7的动作。
电压限定电平设定装置6其动作是把用于设定作为逆变器电路3的输出电压的三相交流电压O1、O2、O3的电压峰值上限值的设定信号作为输出信号V6，并输出至电压限定装置7。
具体地说，输出信号V6相应于输出频率指令装置5的输出信号f5(即，电压限定电平设定装置6的输入信号f6)而变化，随着上述输入信号f6的减小(或增大)，上述输出信号V6减小(或增大)。
电压限定装置7，根据电压限定电平设定装置6的输出信号V6，限制输出电压指令装置4的输出信号V4，限制作为逆变器电路3的输出电压的三相交流电压O1、O2、O3的电压峰值的上限。
具体地说，当输出电压指令装置4的输出信号V4小于电压限定电平设定装置6的输出信号V6时，上述输出信号V4作为电压限定装置7的输出信号V7在逆变器电路3的输出电压指令信号V3中输出，感应电动机1按照输出电压指令装置4的输出信号V4进行驱动；当输出电压指令装置4的输出信号V4大于电压限定电平设定装置6的输出信号V6时，所述输出信号V6作为电压限定装置7的输出信号V7在逆变器电路3的输出电压指令信号V3中输出，感应电动机1根据电压限定电平设定装置6的输出信号V6进行驱动。
即，当输出信号V4大于输出信号V6时，相应于输出频率指令装置5的输出信号f5的减小(或增大)，逆变器电路3的输出电压指令信号V3减小(或增大)。
在设置上述动作的电压限定电平设定装置6和电压限定装置7的本实施例中，对于台风之类的强风(逆风)吹向风扇15，将反向驱动转矩强制施加至感应电动机1时的动作，参照图3说明如下。
首先，示于图3的工作点a处于旋转速度为Na的稳定状态，即输出电压指令装置4的输出信号V4小于电压限定电平设定装置6的输出信号V6，根据上述输出信号V4驱动感应电动机1，如已说明的那样，感应电动机1的输出转矩与风扇15的风扇转矩平衡。
若自动作点a起，强劲的逆风吹向风扇15，感应电动机1的旋转速度降低，不久，到达工作点b，旋转速度变为Nb。
若吹更强的逆风，则旋转速度继续降低变为NC。
感应电动机1的旋转速度降低至NC时，逆变器电路3的输出频率信号f3与旋转速度同步也降低至fC，与此相应，电压限定电平设定装置6的输出信号V6减小。
这时，状态变成输出电压指令装置4的输出信号V4大于输出信号V6，在逆变器电路3的输出电压指令信号V3中提供电压限定电平设定装置6的输出信号V6。
因而，给感应电动机1供电的三相交流电压O1、O2、O3的电压峰值被抑制，如图3的工作点c所示，抑制了驱动电流的增大。
根据上述实施例，通过设置电压限定电平设定装置6和电压限定装置7，即使由台风之类的强风(逆风)从外部强制驱动感应电动机1时，也可抑制驱动电流的增大，使感应电动机1及逆变器电路3的发热量小，且在构成逆变器3的功率半导体部件中，可使用功率容量小的小型元件，又能实现在不必每遇强风就过电流跳闸停转的空调机室外风扇驱动方面，性能最佳的感应电动机驱动装置。
又，对于根据电压限定电平设定装置6的输出信号V6驱动感应电动机1的部分，即旋转速度比图3中工作点b还低的部分，利用电压限定电平设定装置6的输入-输出特性，可改变感应电动机1的N-T及N-I特性。
即，如图4所示，通过把输出信号V6变化相对于电压限定电平设定装置6的输入信号f6的比例变为(1)、(2)、(3)，可灵活地使感应电动机1的N-T特性及N-I特性变为(1)、(2)、(3)。
由此，可电气调整感应电动机的特性，可使同一电动机易于在电气上适合各种使用状态。
又，不言而喻，图3或图4的工作点b，通过例如改变电压限定电平设定装置6的输入-输出特性(f6-V6特性)的倾斜等，可任意设定。
又，电压限定电平设定装置6的输入-输出特性(f6-V6特性)不一定如图3或图4所示为直线，任意曲线、具有不连续点的任意直线或曲线也可以。
在本实施例中，把输出频率指令装置5的输出信号f5输入作为电压限定电平设定装置6的输入信号f6，但把与滑差频率f51相加前的信号，即速度检测装置2的输出信号f2输入作为电压限定电平设定装置6的输入信号f6，也能实现取得同样效果的感应电动机的驱动装置。
实施例2
下面，说明本发明的第2实施例。
图5表示本发明感应电动机驱动装置的第2实施例。
图5中，设置最低频率限定装置8，输出频率指令装置5的输出信号f5输入至上述最低频率限定装置8，最低频率限定装置8的输出信号f8作为输出频率指令信号f3输入至逆变器电路3，同时也作为电压限定电平设定装置6的输入信号f6加以输入，除此以外其构成与图1所示的第1实施例相同。
说明上述构成的感应电动机的驱动装置的动作。
对于最低频率限定装置8以外的部分，如第1实施例中已说明的那样，具有同一功能的部分附加相同符号且省略其说明。
在图5中，感应电动机1由滑差频率控制驱动，通过电压限定电平设定装置6和电压限定装置7，即使在由台风之类的强风(逆风)从外部强制驱动感应电动机1时，也能如图3所示，抑制驱动电流增大，这在第1实施例中已加以说明。
但是，在产生更强的逆风，感应电动机1的旋转方向被强制反转时，会产生以下课题。
用滑差频率控制感应电动机进行驱动时，如图6(a)所示，逆变器电路3的输出频率(即，输出频率指令信号f3)为把滑差频率f51加至与感应电动机1的旋转速度相当的频率(即，速度检测装置2的输出信号)f2上而得的频率，以这种方式进行控制。
即，控制成使f3与f2的差始终为滑差频率f51。
从这种状态出发，当产生使感应电动机1的旋转方向反转的强劲逆风时，f2和f3受到上述那样的滑差频率控制，所以变成图6(b)所示状态。
即，f2和f3均为负，方向相同，而且f2仅比f3大f51。
感应电动机其特性上具有下述性质：若可动元件的旋转方向(与f2的方向相当)与磁场的旋转方向(与f3方向相当)相同且可动元件的旋转速度(与f2的大小相当)比磁场的旋转速度(与f3的大小相当)大，则作为发电机而动作，产生再生电力。
因而，若在图6(b)这种状态下，驱动感应电动机1，则由感应电动机1产生再生电力。
感应电动机1产生再生电力，向逆变器电路3逆向供给电力，则存在由于过电压或过电流而毁坏逆变器电路3的危险。
为了不产生这种缺陷，在本实施例中设置最低频率限定装置8。
下面，说明最低频率限定装置8的动作。
最低频率限定装置8其动作使输出频率指令装置5的输出信号f5受到限制，也使作为逆变器电路3的输出电压的三相交流电压O1、O2、O3的输出频率的下限受到限制。
更具体地说，当频率指令装置5的输出信号f5大于设置在最低频率限定装置8内的最低频率限定级fmin时，输出信号f5作为最低频率限定装置8的输出信号f8在逆变器电路3的输出频率指令信号f3中输出；当输出频率指令装置5的输出信号f5小于最低频率限定级fmin时，则最低频率限定级fmin作为最低频率限定装置8的输出信号f8在逆变器电路3的输出频率指令信号f3中输出。
参照图7，说明在设置上述动作的最低频率限定装置8的本实施例中，产生使感应电动机1的旋转方向反转的强烈逆风时的动作。
首先，图7(a)是强烈逆风发生前的状态，它进行滑差频率控制使与逆变器电路3的输出频率相对应的f3等于在与感应电动机1的旋转速度相对应的f2上加上滑差频率f51的值。
若自图7(a)所示状态产生强烈的逆风，则成为图7(b)所示状态。
图7(b)表示f3变成与最低频率限定级fmin相同的瞬间的情况。
自图7(b)的状态开始，产生更强的风，使感应电动机1的旋转方向反转时，则变成图7(c)所示状态。
即，在图7(c)的状态中，输出频率指令装置5的输出信号f5(f2+f51)小于最低频率限定级fmin，最低频率限定装置8将其输出当作fmin在逆变器电路3的输出频率指令信号f3中输出。
这时，感应电动机1用取决于最低频率限定级fmin的正值固定频率加以驱动，即使因强烈逆风使旋转方向反转，f2取负值，f2与f3也不会都变成负而取同一方向，能防止再生电力产生。
根据上述实施例，通过设置最低频率限定装置8，即使在由台风之类的强风(逆风)从外部强制驱动感应电动机1、进而受到使旋转方向反转的强风时，也能防止感应电动机1产生再生电力，能实现不存在因向逆变器电路3反向提供电力而引起损坏的感应电动机驱动装置。
实施例3
下面，说明本发明第3实施例。
图8表示本发明感应电动机驱动装置的第3实施例。
图8中，9是正转限定装置，该正转限定装置9由最大频率限定级设定装置92及比较所述最大频率限定级设定装置92的输出信号f92与速度检测装置2的输出信号f2的滞后比较器91构成，当输出信号f2大于输出信号f92时，将上述滞后比较器91输出的“H”电平信号作为第1供电切断信号s9输出。
10是反转限定装置，该反转限定装置10由反转限定级设定装置102及比较反转限定级设定装置102的输出信号f102与速度检测装置2的输出信号f2的比较器101构成，当输出信号f2小于输出信号f102时，把比较器101输出的“H”电平信号作为第2供电切断信号S10输出。
逆变器电路3带有下述功能：它根据自由运转指令信号Fre可电气上导通或阻断与感应电动机1连接。例如，上述Fre信号为“L”电平时，逆变器电路3的输出O1、O2、O3与感应电动机1电气上连接；上述Fre信号为“H”电平时，逆变器电路3的输出O1、O2、O3与感应电动机1电气上脱离连接。
12是逻辑和电路，该逻辑和电路12取第1供电切断信号S9和第2供电切断信号S10的逻辑和。逻辑和电路12的输出信号S12作为自由运转信号Fre输入至逆变器电路3。
本实施例的其它构成与示于图5的第2实施例相同，具有相同功能的部分附有相同的符号并省略其说明。
对上述构成的感应电动机的驱动装置，说明其动作。
图8中，感应电动机1由滑差频率控制驱动，通过电压限定电平设定装置6和电压限定装置7，即使在由台风之类的强风(逆风)从外部强制驱动感应电动机1时，也能抑制驱动电流的增大，在进而受到使旋转方向反转强度的强风时也能通过最低频率限定装置8，防止感应电动机1产生再生电力，这些已在第2实施例中说明过。
图9表示通过示于图5的第2实施例或示于图8的第3实施例的构成，驱动感应电动机1时的动作，尤其示出感应电动机1的N-T特性及N-I特性。
在示于图9的动作图中，工作点a和b与以往示于图3的工作点a及b的动作完全相同。
即，在工作点a，输出电压指令装置4的输出信号V4作为输出电压指令信号V3输入至逆变器电路3，根据输出信号V4，感应电动机1为正在驱动状态；在工作点b，由强风(逆风)使感应电动机1的旋转速度降低，它是电压限定电平设定装置6和电压限定装置7动作起始点，若由此感应电动机1的旋转速度进一步降低，则逆变器电路3的输出电压指令信号V3根据电压限定电平设定装置6的输出信号V6输入，抑制感应电动机1驱动电流的增大。
又，图9中工作点e是由于更强的逆风降低感应电动机1的旋转速度，输出频率指令装置5的输出信号f5达到最低频率限定级fmin时的工作点，由此，若旋转速度进一步降低，逆变器电路3的输出频率指令信号f3固定为最低频率限定级fmin，驱动感应电动机1。
由此，即使产生使感应电动机1反转的强烈逆风，也能防止再生电力产生。在比工作点e更低的旋转速度区域中，用最低频率限定级fmin确定的固定频率驱动感应电动机，因而效率变坏，随着旋转速度降低或突然进入反转区域，驱动电流急速增大。
如果感应电动机1的驱动电流增大，会发生与现有技术所示VVVF控制驱动感应电动机时同样的麻烦，例如：感应电动机1及逆变器电路3的发热量增大，有损坏的危险；为了防止损坏，构成逆变器电路3的功率半导体部件等必须采用功率容量大、形状大的元件；跳闸用作过电流保护时，每遇强风频繁停转，作为空调机的室外风扇使用困难等等。
在本实施例中，设置反转限定装置10使之不产生上述麻烦。
下面，对反转限定装置10的动作作说明。
反转限定装置10的动作是：当速度检测装置2的输出信号f2比由反转限定级设定装置102在反转区域中所设定的反转限定动作值f102小时，输出“H”电平信号作为第2供电切断信号S10。
对设置如此动作的反转限定装置10的本实施例的动作加以说明。
图10是第3实施例的动作说明图。
如通过图9已加以说明的那样，在比工作点e更低的旋转速度区域中，感应电动机1用fmin所确定的固定频率加以驱动，因而随着旋转速度降低，驱动电流急速增大。
随后，在产生极强的逆风时，感应电动机1被强制反向旋转驱动，驱动电流进一步增大，感应电动机的反向旋转速度一达到与由反转限定级设定装置102设定的反转限定动作值f102所相当的程度时，反转限定装置10输出“H”电平的第2供电切断信号S10。
“H”电平的第2供电切断信号S10，经逻辑和电路12，使逆变器电路3的自由运转指令信号Fre为“H”。
由此，感应电动机1与逆变器电路3的输出电气上脱离连接，供电切断，可防止驱动电流的增大。
切断供电后，尽管逆风停止之前处于感应电动机1受更大的反向旋转速度强制驱动的状态，但只要仍切断供电，驱动电流和再生电力就都不会发生，不产生任何麻烦。
又，如果因台风平息等而强逆风停止，则切断供电的感应电动机1暂时由风扇惯性继续旋转，不久，反向旋转速度降低直至与反转限定动作值f102相当的程度。
反向旋转速度一旦低至与f102相当，由反转限定装置10输出的第2供电切断信号S10即解除，成为“L”电平，因而向感应电动机1的供电再次开始，驱动自动恢复。
以上，对台风之类产生的强风相对于感应电动机1的驱动方向为反方向作用的逆风的情况进行了说明。另一方面，对强风相对于感应电动机1的驱动方向为顺风的情况，说明如下。
强劲的顺风吹向风扇15，与该驱动方向同方向的外力增加，感应电动机1强制加速。
如上文所述，感应电动机1作滑差频率控制，所以利用相应于该旋转速度(相当于f2)的频率(相当于f3(＝f2+f51))驱动。
因而，如果感应电动机1由强顺风强制加速，则驱动感应电动机1的频率也增加。
驱动感应电动机1的频率是逆变器电路3所输出三相交流电压O1、O2、O3的输出频率，由输入至逆变器电路3的输出频率指令信号f3提供。
但是，逆变器电路3的电路动作速度是有限的，输出频率指令信号f3无论怎样增加，可能输出的频率存在极限，设该极限为输出极限频率fh。
若感应电动机1被强制加速。以高旋转速度驱动，不久，输出频率指令信号f3达到逆变器电路3的输出极限频率fh，进而，超过它。
当成为这种状态时，感应电动机1超过与逆变器电路3的输出极限频率fh相当的旋转速度，被强制驱动。
感应电动机具有可动元件的旋转速度一超过磁场的旋转速度(相当于逆变器电路3的输出频率)，就作为发电机动作而产生再生电力的性质。
因而，在产生上述强顺风、感应电动机1被过加速时，感应电动机1产生再生电力。
若感应电动机1产生再生电力，电力反向提供给本应向感应电动机1供电的逆变器电路3，产生逆变器电路3由于过电压或过电流而损坏的问题。
为了不产生上述问题，在本实施例中，设置正转限定装置9。
下面，对正转限定装置9的动作加以说明。
正转限定装置9在速度检出装置2的输出信号f2超过由最大频率限定级设定装置92所设定的正转限定动作值f92时，把“H”电平信号作为第1供电切断信号S9输出。
对于设置上述动作的正转限定装置9的本实施例的动作，参照图10加以说明。
图10中，工作点a是还没有强顺风发生、以感应电动机1的输出转矩与风扇15的负荷平衡的旋转速度Na稳定驱动的状态。
自该状态起开始产生强顺风，感应电动机1被强制加速，不久，达到与由最大频率限定级设定装置92所设定的正转限定动作值f92相当的旋转速度NK。
感应电动机1的旋转速度一旦达到NK，正转限定装置9即启动，以输出“H”电平的第1供电切断信号S9。
“H”电平的第1供电切断信号S9，经逻辑和电路12，使逆变器电路3的自由运转指令信号Fre为“H”电平。
由此，感应电动机1与逆变器电路3的输出在电气脱离连接，供电切断。
感应电动机1供电一旦切断，其初级驱动线圈和次级驱动线圈电流均为零，不会作为发电机而动作也不会产生再生电力。
这里，正转限定级动作值f92设定成使与其相当的感应电动机1的旋转速度NK不超过与逆变器电路3的输出极限频率fh相当的旋转速度，由此，在感应电动机1达到产生再生电力的旋转速度前，切断供电，可预先防止再生电力的产生。
在供电切断后，感应电动机1仅由吹向电扇15的强顺风强制驱动，与切断供电前相比，没有来自逆变器电路3的电力供给，感应电动机1相应于输出转矩的消失而降低旋转速度。
感应电动机1的旋转速度达到NK而切断供电时，由于旋转速度降低，再次恢复供电，且旋转速度达到NK时又切断供电，可反复进行这种动作。
如果作这种循环动作，则感应电动机1反复起动和停止，直至台风之类的强风停止，因而断续产生大的起动电流，促使感应电动机1和逆变器电路3发热和产生噪声。
为了避免上述缺陷，正转限定装置9设置滞后比较器91。
即，切断对感应电动机1的供电时，旋转速度比NK仅低与滞后比较器91的滞后幅度相当的值，在达到供电切断信号解除电平之前，不再重新供电，防止上述反复动作。
又，若台风停止等情况而使强顺风平静，已断电的感应电动机1暂时由电风扇15的惯性继续旋转，不久，该旋转速度降低至与供电切断信号解除电平相当的速度，由正转限定装置9输出的第1供电切断信号S9解除，成为“L”电平，重新开始向感应电动机1供电，自动恢复驱动。
根据上述实施例，通过设置反转限定装置10，在台风之类的强度(逆风)从外部强制驱动感应电动机1、尤其是在为防止再生电力产生而设置的最低频率限定装置8动作以后，更强的逆风吹来时，切断向感应电动机1供电，防止驱动电流增大，若强逆风平息，重新向感应电动机供电，由此，感应电动机1及逆变器电路3的发热量小，且能在构成逆变器电路3的功率半导体部件中，使用功率容量小的小型元件，又能实现不必每遇强风时就过电流跳闸停转的空调机室外风扇驱动方面，性能最佳的感应电动机驱动装置。
又，通过设置正转限定装置9，即使在台风等的强度(顺风)从外部强制驱动感应电动机1而过加速的场合，在感应电动机1的旋转速度超过与逆变器电路3的输出极限频率fh相当的旋转速度前，切断感应电动机1的供电，能预先防止再生电力的产生，能实现不存在因向逆变器电路3反向提供电力而引起损坏的感应电动机驱动装置。
再通过在构成正转限定装置9的比较器中采用滞后比较器91，即使在正转限定装置9动作、切断感应电动机1供电时，产生旋转速度降低，感应电动机1也不发生反复启动和停止，因而能实现不产生起动电流断续、预先防止感应电动机1和逆变器电路3发热和噪声产生、稳定切断供电的感应电动机驱动装置。
通过强的顺风停止时，重新向感应电动机1供电，能实现在不必每遇强风就跳闸停转的空调机室外风扇驱动方面，性能最佳的感应电动机驱动装置。
实施例4
下面，对本发明第4实施例加以说明。
图11表示本发明的感应电动机驱动装置第4实施例。
在图11中，110是低速异常检测装置，该装置由低速异常检测级设定装置112、比较上述低速异常检测级设定装置112的输出信号f112和速度检测装置2的输出信号f2的比较器111构成，在输出信号f2小于输出信号f112时，把由比较器111输出的“H”电平信号输出作为低速异常信号S110。
由上述低速异常检测装置110输出的低速异常信号S110输入至进行逻辑“非”运算的反相电路113，反相电路113的输出信号S113和由反转限定装置10输出的第2供电切断信号S10输入至逻辑和电路114，取逻辑和。
116是计数电路，该计数电路116把振荡器115的输出作为时钟信号CK输入，逻辑和电路114的输出信号S114作为清零信号Clr输入。
117是锁存器电路，该锁存器电路117由计数器电路116的输出信号S116置位，由复位电路13的输出复位。
上述各构成要素110-117构成低速过负荷检测装置11，它把由锁存器电路117输出的“H”电平信号作为第3供电切断信号S11输出。
逻辑和电路12对由正转限定装置9输出的第1供电切断信号S9、由反转限定装置10输出的第2供电切断信号S10和由低速过负荷检测装置11输出的第3供电切断信号S11取逻辑和，上述逻辑和电路12的输出信号S12作为自由运转指令信号Fre输入至逆变器电路3。
除上述外的其它构成与图8所示的第3实施例相同，具有同一功能的部分附加同一符号且省略其说明。
对上述构成的感应电动机的驱动装置，说明其动作。
图12是示于图11的本发明第4实施例的动作说明图。
图12中各工作点a、b、e与上述图9或图10中所示的工作点a、b、e的动作完全相同，省略详细说明。
图12中，如果台风之类的强风(逆风)吹向风扇15，感应电动机1被强制驱动，则由工作点a经b到达e。
如上述已说明过的那样，一旦到达工作点e，即通过最低频率限定装置8的作用，感应电动机1以固定频率fmin驱动，因此，若更强的逆风吹来，驱动电流开始急速增大。
但是，当吹向风扇15的逆风没有强到使反转限定装置10动作从而切断感应电动机1的供电的程度时，或感应电动机1的可动元件被强制锁定时，在比工作点e附近旋转速度低的区域中，存在用大驱动电流持续驱动感应电动机1的可能性。
若这种状态长时间持续，感应电动机1及逆变器电路3有成为过热状态的危险。
为了避免这种过热状态，在本实施例中，设置低速过负荷检测装置11。
下面，对低速过负荷检测装置11的动作加以说明。
低速过负荷检测装置，首先作为前处理，当速度检测装置2的输出信号f2比低速异常检测级设定装置112的输出信号f112低时，通过由113、114构成的逻辑电路，处理自低速异常检测装置110输出的“H”电平的低速异常信号S110和由反转限定装置10输出的第2供电切断信号S10，在感应电动机1的旋转速度低于相当于低速异常检测级设定装置112的输出信号f112的旋转速度，且尚未达到与使反转限定装置10动作的反转限定动作值f102相当的旋转速度期间，由逻辑和电路114输出“L”电平的输出信号S114。
即，比与图12中工作点e点附近设定的信号f112相当的旋转速度低的区域中，以大的驱动电流驱动感应电动机1时，输出信号S114为“L”电平。该输出信号S114成为计数电路116的清零信号Clr。
图13是低速过负荷检测装置11的后处理动作说明图。
下面，对低速过负检测装置11的后处理，进行说明。
计数器电路116，在清零信号Clr为“L”电平期间，对振荡器115输出的时钟信号CK进行计数，若清零信号Clr为“H”电平，则将时钟信号CK的计数内容清零，并从零开始重新计数。
又，若时钟信号CK的计数结果产生溢出，计数电路116的输出S116输出“H”电平信号。
在计数电路116溢出，输出信号S116为“H”电平时，锁存器电路117置位，使其输出信号S117为“H”电平。
由锁存器电路117输出的“H”电平信号输出作为低速过负荷检测装置11的第3供电切断信号S11。
如上所述，若综合前处理和后处理，则低速过负荷检测电路11的动作为：当在比与图12中工作点e附近设定的信号f112相当的旋转速度低的区域中，以大的驱动电流驱动感应电动机1的状态，其持续时间长到计数电路116溢出的程度时，输出“H”电平的第3供电切断信号S11。
又，第3供电切断信号S11一旦为“H”电平，即通过锁存器电路117的动作加以锁存，维持“H”电平直至由复位电路13输出复位信号。
说明设置了上述动作的低速过负荷检测装置11的本实施例的动作。
由于强逆风，感应电动机1达到图12的工作点e附近，如果在低于与低速异常检测级设定装置112的输出信号f112相当的旋转速度的区域驱动，计数器电路116就开始对时钟信号CK计数。
不久，若计数电路116溢出，则低速过负荷检测电路11输出“H”电平的第3供电切断信号S11。
“H”电平的第3供电切断信号S11，经逻辑和电路12，使逆变器电路3的自由运转指令信号Fre也为“H”电平。
该自由运转指令信号Fre，由锁存器电路117作锁存处理，一直维持到通过再接入电源或装有自感应电动机1的主机(例如，空调机的室外机)的控制器所发的指令，复位电路13输出复位信号。
由此，在由复位电路13输出复位信号前，感应电动机1与逆变器电路3的输出在电气上脱离连接，供电切断，能防止感应电动机1及逆变器电路3成为过热状态。
其中，计数器电路116溢出时间可通过振荡器115的输出频率及构成计数器电路116的触发器级数自由设定，其值最好设定为使感应电动机1不因起动时或瞬时逆风之类的负荷干扰而频繁停止，例如设定为约10秒至30秒。
又，在本实施例中，如图12所示，虽然将低速异常检测级f112设定在比工作点e低的旋转速度区域，但也可以设定在与工作点e一致或比工作点e高的旋转速度区域，还可以在低于反转限定动作点f102的范围内，设定在反转速度区域。
即，设定低速异常检测级设定装置112的输出信号f112，使感应电动机1的驱动电流增大能抑制到感应电动机1及逆变器电路3，进而包含它们的机器(例如，空调机的室外机)全体，不成为过热状态即可。
又，在计数电路116未溢出期间通过低速过负荷检测装置11动作区域(即，比工作点e附近低的旋转速度区域)的场合，由于在通过的时候，计数电路116由清零信号Clr进行清零，所以低速过负荷检测装置11不会把对感应电动机1的供电切断。
例如，快速通过上述区域到达反转限定装置10动作区域时，如在第3实施例中已说明的那样，反转限定装置10会切断向感应电动机1供电，只要强逆风停止，就自动恢复。
根据上述本实施例，利用设置低速过负荷检测装置11，能实现这样一种感应电动机驱动装置，它在吹向风扇15的逆风尚未达到使反转限定装置10动作而切断向感应电动机1供电的程度，或感应电动机1的可动部件被强制锁定时，能防止在比工作点e低的旋转速度区域中，以大的驱动电流长时间持续驱动感应电动机1，防止感应电动机1及逆变器电路3成为过热状态。
上述本发明，第一，通过设置电压限定电平设定装置及电压限定装置，即使由台风之类的强风(逆风)从外部强制驱动感应电动机时，也能抑制驱动电流的增大，感应电动机及逆变器电路发热量小，可在构成逆变器电路的半导体部件中使用功率容量小且小型的元件、还能实现在不必每遇强风就过电流跳闸停转的空调机室外风扇驱动方面，性能最佳的感应电动机驱动装置。
第二，通过设置最低频率限定装置，能实现即使在遭受使旋转方向反转的强烈逆风时，也能防止感应电动机产生再生电力，不会因向逆变器电路反向提供电力而引起损坏的感应电动机驱动装置。
第三，通过设置反转限定装置，尤其当为防止再生电力而设置的最低频率限定装置动作后，更强的逆风吹来时，用切断向感应电动机供电，防止驱动电流增大，而强逆风一停止，即重新开始向感应电动机供电，由此，感应电动机及逆变器电路发热量小，在构成逆变器电路的功率半导体部件中能使用功率容量小的小型元件，能实现在不必每遇强风就过电流跳闸停转的空调机室外风扇驱动方面，性能最佳的感应电动机驱动装置。
又，通过设置正转限定装置，即使台风之类的强风(顺风)从外部强制驱动感应电动机而过加速时，也能在感应电动机的旋转速度超过与逆变器电路的输出极限频率相当的旋转速度前，切断感应电动机的供电，预先防止再生电力的产生，能实现不会因向逆变器电路反向供电而引起损坏的感应电动机驱动装置。
还通过在构成正转限定装置的比较器中，采用滞后比较器，即使正转限定装置动作，切断向感应电动机的供电时，引起旋转速度降低，感应电动机也不会反复起动和停止，从而不会产生起动电流的断续，能实现可预先防止感应电动机和逆变器电路的发热和产生噪声，稳定地切断供电的感应电动机驱动装置。
又，通过强顺风一停止，就重新开始向感应电动机供电，可实现在不必每遇强风就跳闸停转的空调机室外风扇驱动方面，性能最佳的感应电动机驱动装置。
第四，通过设置低速过负荷检测装置，能实现这样的感应电动机驱动装置，它在吹向风扇的逆风尚未达到使反转限定装置动作而切断向感应电动机供电的程度时，或在感应电动机的可动部件被强制锁定时，即使在低旋转速度区域，以大的驱动电流长时间持续驱动感应电动机，也能防止感应电动机和逆变器电路成为过热状态。
又，在本发明的各实施例中，逆变器电路的输出和感应电动机以三相的情况作了说明，但它们不一定是三相，例如单相也可以。
又，在各实施例的各构成要素中，记述为电路的部分有许多，但它们不一定是电路之类的硬件，用例如具有同样功能的软件来实现也可以。

Claims (5)

1.一种作滑差频率控制进行驱动的感应电动机驱动装置，包括：感应电动机；检测所述感应电动机的旋转速度的速度检测装置；由根据输出电压指令信号及输出频率指令信号的交流电压向所述感应电动机供电的逆变器电路；向所述逆变器电路提供所述输出电压指令信号的输出电压指令装置；把预定的滑差频率加至由所述速度检测装置输出的、与所述感应电动机的旋转速度相应的频率信号上而得到的频率信号，作为所述输出频率指令信号并提供给所述逆变器电路的输出频率指令装置；其特征在于，该驱动装置还设有：相应于所述输出频率指令装置的输出信号或所述速度检测装置的输出信号，设定所述逆变器电路的输出电压的上限值的电压限定电平设定装置；根据所述电压限定电平设定装置的设定值，限制所述输出电压指令装置的输出信号，从而限制所述逆变器电路的输出电压上限的电压限定装置；相应于所述逆变器电路的输出频率的增减变动，所述逆变器电路的输出电压的上限值设定电平可增减变化。
2.一种作滑差频率控制进行驱动的感应电动机驱动装置，包括：感应电动机；检测所述感应电动机的旋转速度的速度检测装置；由根据输出电压指令信号及输出频率指令信号的交流电压向所述感应电动机供电的逆变器电路；向所述逆变器电路提供所述输出电压指令信号的输出电压指令装置；把预定的滑差频率加至由所述速度检测装置输出的、与所述感应电动机的旋转速度相应的频率信号上而得到的频率信号，作为所述输出频率指令信号并提供给所述逆变器电路的输出频率指令装置；其特征在于，该驱动装置还设有：相应于所述输出频率指令装置的输出信号或所述速度检测装置的输出信号，设定所述逆变器电路的输出电压上限值的电压限定电平设定装置；根据所述电压限定电平设定装置的设定值，限制所述输出电压指令装置的输出信号，从而限制所述逆变器电路的输出电压上限的电压限定装置；限制所述输出频率指令装置的输出信号，使所述逆变器电路的输出频率的下限不低于预先设定的最低频率的最低频率限定装置；相应于所述逆变器电路的输出频率的增减变化，所述逆变器电路的输出电压上限值的设定电平增减可变，而且在所述逆变器电路的输出频率减小，并达到所述最低频率限定装置的最低频率时，所述最低频率成为所述逆变器电路的输出频率。
3.一种作滑差频率控制进行驱动的感应电动机驱动装置，包括：感应电动机；检测所述感应电动机的旋转速度的速度检测装置；由根据输出电压指令信号及输出频率指令信号的交流电压向所述感应电动机供电的逆变器电路；向所述逆变器电路提供所述输出电压指令信号的输出电压指令装置；把预定的滑差频率加至由所述速度检测装置输出的、与所述感应电动机的旋转速度相应的频率信号上而得到的频率信号，作为所述输出频率指令信号并提供给所述逆变器电路的输出频率指令装置；其特征在于，该驱动装置还设有：相应于所述输出频率指令装置的输出信号或所述速度检测装置的输出信号，设定所述逆变器电路的输出电压上限值的电压限定电平设定装置；根据所述电压限定电平设定装置的设定值，限制所述输出电压指令装置的输出信号，从而限制所述逆变器电路的输出电压上限的电压限定装置；限制所述输出频率指令装置的输出信号，使所述逆变器电路的输出频率的下限不低于预先设定的最低频率的最低频率限定装置；检测所述逆变器电路的输出频率是否达到预先设定的最大频率限定级，并在达到时输出第1供电切断信号的正转限定装置；检测所述感应电动机的反向旋转速度是否达到预先设定的反转限定级，并在达到时输出第2供电切断信号的反转限定装置；相应于所述逆变器电路的输出频率的增减变动，所述逆变器电路的输出电压上限值的设定电平相应增减，而且所述逆变器电路的输出频率减小，并达到所述最低频率限定装置的最低频率时，所述最低频率成为所述逆变器电路的输出频率，当所述正转限定装置输出的所述第1供电切断信号或所述反转限定装置输出的所述第2供电切断信号产生时，切断向所述感应电动机供电。
4.一种作滑差频率控制进行驱动的感应电动机驱动装置，包括：感应电动机；检测所述感应电动机的旋转速度的速度检测装置；由根据输出电压指令信号及输出频率指令信号的交流电压向所述感应电动机供电的逆变器电路；向所述逆变器电路提供所述输出电压指令信号的输出电压指令装置；把预定的滑差频率加至由所述速度检测装置输出的、与所述感应电动机的旋转速度相应的频率信号上而得到的频率信号，作为所述输出频率指令信号并提供给所述逆变器电路的输出频率指令装置；其特征在于，该驱动装置还设有：相应于所述输出频率指令装置的输出信号或所述速度检测装置的输出信号，设定所述逆变器电路的输出电压的上限值的电压限定电平设定装置；根据所述电压限定电平设定装置的设定值，限制所述输出电压指令装置的输出信号，从而限制所述逆变器电路的输出电压上限的电压限定装置；限制所述输出频率指令装置的输出信号，使所述逆变器电路的输出频率的下限不低于预先设定的最低频率的最低频率限定装置；检测所述逆变器电路的输出频率是否达到预先设定的最大频率限定级，且在达到时输出第1供电切断信号的正转限定装置；检测所述感应电动机的反转速度是否达到预先设定的反转限定级，且在达到时输出第2供电切断信号的反转限定装置；检测所述感应电动机的旋转速度是否低于预先设定的低速异常检测级，且在低于时输出低速异常信号的低速异常检测装置；包含所述低速异常检测装置，并在所述低速异常检测装置输出所述低速异常信号且所述反转限定装置不输出所述第2供电切断信号的状态持续预定时间时，锁存处理第3供电切断信号后加以输出的低速过负荷检测装置；相应于所述逆变器电路的输出频率的增减变动，所述逆变器电路的输出电压上限值的设定电平增减可变，而且当所述逆变器电路的输出频率减小，并达到所述最低频率限定装置的所述最低频率时，所述最低频率成为所述逆变器电路的输出频率，当所述正转限定装置输出的所述第1供电切断信号或所述反转限定装置输出的所述第2供电切断信号或所述低速过负荷检测装置输出的所述第3供电切断信号产生时，切断向所述感应电动机供电。
5.如权利要求3或4所述的感应电动机驱动装置，其特征在于，所述正转限定装置，当逆变器电路的输出频率达到预先设定的最大频率限定级时，输出第1供电切断信号；所述驱动装置进一步备有：在所述第1供电切断信号输出后，至所述逆变器电路的输出频率达到比所述最大频率限定级低若干频率的供电切断信号解除级之前的期间，维持第1供电切断信号的输出，在所述逆变器电路的输出频率达到所述供电切断信号解除级时，解除所述第1供电切断信号的输出，并在所述逆变器电路的输出频率达到所述最大频率限定级前，不输出所述第1供电切断信号的滞后装置。
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