JP2000175500A - インバータ装置 - Google Patents

インバータ装置

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JP2000175500A
JP2000175500A JP10343812A JP34381298A JP2000175500A JP 2000175500 A JP2000175500 A JP 2000175500A JP 10343812 A JP10343812 A JP 10343812A JP 34381298 A JP34381298 A JP 34381298A JP 2000175500 A JP2000175500 A JP 2000175500A
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JP
Japan
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inverter
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gate
voltage
output
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JP10343812A
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English (en)
Inventor
Masahito Suzuki
鈴木  優人
Tokunosuke Tanamachi
棚町  徳之助
Takashi Yasuda
安田  高司
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】インバータ(電動機)の再起動時に過大な突入
電流を発生することのないインバータ装置を提供するこ
とを目的とする。 【解決手段】電動機に可変周波・可変電圧の電力を供給
するインバータと、前記インバータの起動・停止の信号
を出力する手段と、電圧指令を発生する手段と、該電圧
指令に応じてインバータの出力を制御する手段とを備え
たインバータ装置において、前記インバータの停止信号
が出力された際に、前記電圧指令を絞る手段と、該電圧
指令が所定の範囲内に減少したことを検知して前記イン
バータの動作を停止させる手段を備えたことを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、インバータ装置に
係り、特にインバータを頻繁に停止・再起動するのに好
適なインバータ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】インバータ装置は、誘導電動機(以下、
電動機と略称する)の駆動中に何等かの理由によりイン
バータの出力を停止、すなわちゲートストップすると、
電動機の逆起電力は瞬時に消失せず、所定の時定数で減
衰する。このため、この間に、インバータを再起動させ
ると電動機の逆起電力をインバータで短絡させることに
なり、インバータに突入電流が流れる。
【0003】ところで、インバータ装置において、ゲー
トストップとゲートスタートを頻繁に繰り返す操作が行
われる場合がある(例えば、鉄道車両で力行→惰行→力
行のように、ゲートストップ→ゲートスタート→ゲート
ストップを頻繁に繰り返す運転操作が行われる場合があ
る)。このため、インバータ再起動時の過大な突入電流
を防止するため、従来はゲートストップしてから逆起電
力が減衰するまでの一定の時間はタイマーによりゲート
スタートできないようにしていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た電動機の逆起電力の減衰時定数は電動機定数及び配線
を含む主回路定数等により決定されるため、一様ではな
い。このため、上記従来技術のように、電動機の逆起電
力の減衰時定数に関わらず、一定の時間でゲートストッ
プすると、場合によっては、逆起電力が十分減衰してお
らず、過大な突入電流が発生することが考えられる。
【0005】そこで、本発明の目的は、インバータ(電
動機)の再起動時に過大な突入電流を発生することのな
いインバータ装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、電動機に可変周波・可変電圧の電力を供
給するインバータと、前記インバータの起動・停止の信
号を出力する手段と、電圧指令を発生する手段と、該電
圧指令に応じてインバータの出力を制御する手段とを備
えたインバータ装置において、前記インバータの停止信
号が出力された際に、前記電圧指令を絞る手段と、該電
圧指令が所定の範囲内に減少したことを検知して前記イ
ンバータの動作を停止させる手段を備えたことを特徴と
する。
【0007】電圧指令が所定の範囲内に減少したことを
検知しているので、間接的に電動機の逆起電力の減衰を
監視することとなる。そして、電圧指令が所定の範囲内
に減少した場合、電動機の逆起電力が充分に減衰したと
判断して前記インバータの動作を停止させる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて説明する。
【0009】図1は、本発明の一実施例である車両用イ
ンバータ装置の構成を示す。
【0010】本実施例におけるインバータ装置は、主
に、インバータ回路1を制御するインバータ制御装置2
と、誘導電動機4を駆動するインバータ回路1と、イン
バータ回路1の交流側に接続され、列車を駆動する誘導
電動機4とで構成されている。インバータ回路1とイン
バータ制御装置2間には、ゲートドライバ8が設けられ
ている。そして、インバータ回路1の交流側の各相に
は、モータ電流iu,iv,iwの瞬時値をそれぞれ検
出するモータ電流センサ3U,3V,3Wが設けられ、
これら検出された瞬時電流iu,iv,iwをインバー
タ制御装置2に出力している。また、誘導電動機4に
は、速度パルス発生器5が接続され、速度信号Spgをイ
ンバータ制御装置2に出力している。インバータ回路1
の直流側には、直流架線電力をフィルタリングするフィ
ルタリアクトル6とフィルタコンデンサ7が設けられ、
このフィルタコンデンサ電圧Ecfは変成器9で検出され
る。この検出された電圧は、インバータ制御装置2に入
力される。
【0011】インバータ回路1は、IGBT素子とこれ
に逆並列に接続されたフリーホイールダイオードの6組
で構成され、フィルタリングされた直流電力を可変電
圧,可変周波数の交流に変換する。
【0012】ゲートドライバ8は、インバータ制御装置
2から出力されるPWMパルス信号に基づいて、インバ
ータ回路1のIGBT素子を駆動する。
【0013】インバータ制御装置2は、指令発生部2
0,トルク電流制御部21,ベクトル演算部22,PW
M演算部23,速度演算部24,電流演算部25,ゲー
トストップ判定部26,制限値記憶部27で構成され、
指令発生部20から出力された励磁電流指令Id* 及び
トルク電流指令Iq*に基づいてPWMパルス信号Spwm
を生成し、インバータ装置3に供給する。
【0014】指令発生部20は、運転ノッチや架線電圧
等の条件に応じて、励磁電流指令Id* ,トルク電流指
令Iq* 及びゲートスタート信号GSTを出力する。
【0015】トルク電流制御部21は、指令発生部20
から出力されたトルク電流指令Iq*と、電流演算部25
から出力される実トルク電流Iqとを入力とし、補正し
たトルク電流指令Iq1* を出力する。
【0016】ベクトル演算部22は、指令発生部20か
ら出力された励磁電流指令Id* ,トルク電流制御部2
1から出力された電流指令Iq1* ,速度演算部24か
ら出力される電動機のロータ周波数Fr、及びフィルタ
コンデンサ電圧Ecfを入力とし、(1)式,(2)式に
よる周波数演算、(3)式,(4)式による電圧演算、
(5)式による位相演算を実行し、インバータ周波数指
令Fi,電圧指令Vc及び位相指令δを出力する。
【0017】
【数1】
【0018】
【数2】 Fi=Fr+Fs …(2)
【0019】
【数3】
【0020】
【数4】
【0021】
【数5】
【0022】ここで、電圧指令Vcは、(3)式に示す
ように励磁電流指令Id* ,補正したトルク電流指令I
q1* 、及びインバータ周波数指令Fiにより変化す
る。なお、図2に示すように、速度0からゲートスター
トする場合は励磁電流指令Id*及びトルク電流指令Iq
* が短時間で立ち上がっても速度に比例してゆっくり変
化するが、ゲートストップにより速度が高いところから
これらの電流指令Id*,Iq* 、を短時間で立ち下げる
と、電圧指令Vcはこれに応じて短時間で変化する。こ
の電圧指令の絞り込みは、指令発生部20から出力され
る励磁電流指令Id* ,トルク電流指令Iq* を絞り込
むことにより行われる。
【0023】PWM演算部23は、前記ベクトル演算部
22から出力されるインバータ周波数指令Fiと電圧指
令Vc及び位相指令δに応じてPWMパルスの‘1’ま
たは‘0’を発生するタイミングを演算し、ゲートスト
ップ判定部26から出力されるゲートスタート信号GS
が‘1’のときにPWMパルス信号Spwm 及びインバー
タ周波数指令Fiを積分して得られる位相θ(U相の位
相θU,V相の位相θV,W相の位相θW)を出力す
る。
【0024】速度演算部24は、速度パルス発生器5か
ら出力される速度パルス信号Spgに応じた電動機のロー
タ周波数Frを出力する。例えば、2極対の電動機で速
度パルス信号がSpgが1回転60パルスの場合、ロータ
周波数Frは(6)式のようになる。
【0025】
【数6】 Fr=2・Spg/60 …(6) 電流演算部25は、電流検出器3U,3V,3Wで検出
した3相の交流瞬時電流iu,iv,iwとPWM演算
部23から出力された位相θを入力として(7)式を実行
し、実トルク電流Iqを求める。
【0026】
【数7】
【0027】ゲートストップ判定部26は、図2に示す
ように、指令発生部20から出力されるゲートスタート
信号GSTが‘1’から‘0’、すなわちゲートスター
トからゲートストップに変っても、ベクトル演算部22
から出力される電圧指令Vcが制限値Vclimに対して0
≦Vc≦Vclimの条件を満足するまでゲートストップを
阻止する。但し、ゲートスタート信号GSTが‘1’か
ら‘0’に変化して所定時間t0経過しても上記条件を
満足しない場合は強制的にゲートストップする。
【0028】ここで、所定時間t0はゲートスタート信
号GSTが‘1’から‘0’に変化してから電流指令I
* ,Iq* の立ち下げが終了し、電圧指令Vcが
‘0’となるまでの予測時間と若干の余裕時間の和とし
ている。
【0029】なお、制限値Vclimは、誘導電動機の定数
や主回路に使用するIGBTやGTO素子などの耐量によ
り決める。
【0030】図3は、上記ゲートストップ判定部26の
処理の流れを示す。
【0031】ゲートストップ判定部26では、まず、ス
テップ260において、ゲートスタート信号GSTが
‘1’、すなわちゲートスタートか否か判定し、ゲート
スタートの場合はステップ261において、ゲートスタ
ート信号GSを‘1’にする。一方、ステップ260に
おいて、ゲートスタートでない場合は、ステップ262
において電圧指令Vcが0≦Vc≦Vclimの条件を
満足するか否か判定し、条件を満足する場合は更にステ
ップ264において直ちにゲートスタート信号GSを
‘0’、すなわちゲートストップする。
【0032】ステップ262において、電圧指令Vcが
条件を満足しない場合は更にステップ264においてゲ
ートスタート信号GSTが‘1’から‘0’に変化して
からの時間tが所定時間t0を経過したか否か判定す
る。もし、所定時間t0を経過している場合はステップ
263において直ちにゲートストップし、まだ、所定時
間t0を経過していない場合はステップ263をバイパ
スして処理を終了する。なお、本実施例では、ベクトル
演算部22から出力された電圧指令が所定値以下になる
までゲートストップを阻止していたが、励磁電流指令I
* ,トルク電流指令Iq* (又はIq1* )が所定値
以下になるまでゲートストップを阻止するようにしても
良い。
【0033】
【発明の効果】本発明によれば、電動機の起動,停止を
短時間で繰り返した場合でも、インバータに電動機の逆
起電力による突入電流が流れることがなく、また、突入
過電流によるインバータの破損(スイッチング素子の破
損)も防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例における車両用インバータ装置
の構成図。
【図2】本実施例におけるゲートストップのタイミング
を示す図。
【図3】本実施例におけるゲートストップ判定部26の
処理の流れを示す図。
【符号の説明】
1…インバータ回路、2…インバータ制御装置、3u,
3v,3w…電流検出器、4…誘導電動機、5…速度パ
ルス発生器、6…フィルタリアクトル、7…フィルタコ
ンデンサ、8…ゲートドライバ、9…変成器、20…指
令発生部、21…トルク電流制御部、22…ベクトル演
算部、23…PWM演算部、24…速度演算部、25…
電流演算部、26…ゲートストップ判定部、27…制限
値記憶部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安田 高司 茨城県ひたちなか市市毛1070番地 株式会 社日立製作所水戸工場内 Fターム(参考) 5H007 AA17 BB06 CA01 CB02 CB05 DA05 DB03 DB13 DC02 DC05 EA13 FA01 FA03 FA13 GA05 GA08 5H576 AA01 BB06 CC01 DD02 DD04 EE01 EE11 FF01 FF05 GG04 HA04 HB02 JJ03 JJ05 JJ18 JJ22 JJ28 KK06 LL07 LL22 LL24 LL30 MM02 MM07

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電動機に可変周波・可変電圧の電力を供給
    するインバータと、前記インバータの起動・停止の信号
    を出力する手段と、電圧指令を発生する手段と、該電圧
    指令に応じてインバータの出力を制御する手段とを備え
    たインバータ装置において、 前記インバータの停止信号が出力された際に、前記電圧
    指令を絞る手段と、該電圧指令が所定の範囲内に減少し
    たことを検知して前記インバータの動作を停止させる手
    段を備えたことを特徴とするインバータ装置。
  2. 【請求項2】電動機に可変周波・可変電圧の電力を供給
    するインバータと、前記インバータの起動・停止の信号
    を出力する手段と、励磁電流指令と、トルク電流指令を
    出力する電流指令発生手段と、前記電動機の回転周波数
    を演算するロータ周波数演算手段と、該ロータ周波数及
    び前記トルク電流指令と前記励磁電流指令から、電圧指
    令,位相指令及び周波数指令を演算するベクトル演算手
    段と、該ベクトル演算手段の出力に応じて、インバータ
    を駆動するためのPWMパルス信号を出力するPWM演
    算手段とを備えたインバータ装置において、 前記インバータの停止信号が出力された際に、前記ベク
    トル演算部から出力される電圧指令を絞る手段と、該電
    圧指令が所定の範囲内に減少したことを検知して前記イ
    ンバータの動作を停止させる手段を備えたことを特徴と
    するインバータ装置。
  3. 【請求項3】請求項2において、 電圧指令を絞る手段は、前記トルク電流指令,前記励磁
    電流指令のいずれか一方か、又は両方を前記停止信号の
    出力が発生したとき絞り始めるようにしたことを特徴と
    するインバータ装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011200089A (ja) * 2010-03-24 2011-10-06 Daikin Industries Ltd 電力変換装置
JP2015050851A (ja) * 2013-09-02 2015-03-16 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換装置の制御装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011200089A (ja) * 2010-03-24 2011-10-06 Daikin Industries Ltd 電力変換装置
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