JP2000197371A - インバ―タ装置 - Google Patents

インバ―タ装置

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JP2000197371A JP10373694A JP37369498A JP2000197371A JP 2000197371 A JP2000197371 A JP 2000197371A JP 10373694 A JP10373694 A JP 10373694A JP 37369498 A JP37369498 A JP 37369498A JP 2000197371 A JP2000197371 A JP 2000197371A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 インバータ装置において、商用交流電源投入
時におけるコンバータ部平滑用コンデンサへの突入電流
を制限する。 【解決手段】 コンバータ部３と、インバータ部４と、
コンバータ部の出力端子とインバータ部の入力端子との
間の正負母線間に跨がって接続された第１の平滑用コン
デンサ１２と、コンバータ部３と第１の平滑用コンデン
サ１２との間の正負母線のどちらか一方の母線側に接続
された第１の抵抗１４と第１の抵抗に並列接続された第
１のスイッチ手段１６とからなるインバータ装置におい
て、第２の抵抗１３と第２のスイッチ手段１５とを並列
接続した並列接続回路に、直列接続される第２の平滑用
コンデンサ１１をコンバータ部３と第１のスイッチ手段
１６との間の正負母線間に跨がって接続するものであ
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、コンバータ部を備
えたインバータ装置において、特に商用交流電源投入時
におけるコンバータ部平滑用コンデンサへの突入電流を
制限するための突入電流制限装置を備えたインバータ装
置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４は特開平９―１９１５４に記載され
た従来例としての突入電流制限装置を備えたインバータ
装置の構成を示したものである。図４において１０１は
３相電源、１０２は停電検知回路、１０３はコンバー
タ、１０４はインバータ、１０５はモータ、１０６は制
御回路、１０７と１０８はバイパス接点、ｒとＲは電流
制限抵抗、Ｃ１とＣ２は平滑用コンデンサ、Ｐは正側母
線、Ｎは負側母線を示している。次に図４の構成にかか
る動作について説明する。図４に示すようにコンバータ
１０３の出力端の正側母線Ｐと負側母線Ｎ間には、電流
制限抵抗ｒと平滑用コンデンサＣ１との直列回路が接続
され、電流制限抵抗ｒには並列にバイパス接点１０７が
接続されている。電流制限抵抗ｒの抵抗値は平滑用コン
デンサＣ１の充電時定数の設定によって決まり、ワット
数（瞬時耐量）は平滑用コンデンサＣ１の静電容量によ
って決まる。バイパス接点１０７の開閉タイミングは停
電検知回路１０２から供給される開閉制御信号によって
制御される。さらに出力端の正側母線Ｐと負側母線Ｎ間
には前記同様に、電流制限抵抗Ｒと平滑用コンデンサＣ
２との直列回路が接続され、電流制限抵抗Ｒには並列に
バイパス接点１０８が接続されており、バイパス接点１
０８の開閉タイミングも停電検知回路１０２から供給さ
れる開閉制御信号によってバイパス接点１０７と同様に
制御される。以上の構成において、電源投入時にはバイ
パス接点１０７と１０８はともに開放され、コンバータ
１０３の出力電流はコンバータ１０３の出力端子、正側
母線Ｐ、電流制限抵抗ｒとＲ、平滑用コンデンサＣ１と
Ｃ２、負側母線Ｎ、コンバータ１０３の負側出力端子の
経路で充電電流が流れる。平滑用コンデンサＣ１とＣ２
の充電が完了すると、バイパス接点１０７と１０８が閉
じられて電流制限抵抗ｒとＲはバイパスされ、これ以降
平滑用コンデンサＣ１とＣ２の充放電はそれぞれバイパ
ス接点１０７と１０８を介して行われる。この構成にお
いては、バイパス接点１０７を流れる電流はバイパス接
点１０７に接続した平滑用コンデンサＣ１の充放電電流
のみであり、同様にバイパス接点１０８を流れる電流
は、バイパス接点１０８に接続した平滑用コンデンサＣ
２の充放電電流のみとなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで図４に示す前
記従来の構成では、電源投入時、インバータ１０４のト
ランジスタ正負端子間には瞬時にコンバータ１０３によ
り整流された直流高圧電圧が印加されることになる。こ
の時、各トランジスタ（ここでは仮にＩＧＢＴトランジ
スタとするが）端子間に存する浮遊容量により、図５に
示すように上下両ＩＧＢＴトランジスタのゲート・エミ
ッタ間に電圧が発生し、この結果として上下両ＩＧＢＴ
トランジスタがともにオンして短絡電流が発生し、ＩＧ
ＢＴトランジスタが破損してしまうという問題がある。
さらにインバータ装置の回生動作時においては、この場
合エネルギーがモータ１０５よりインバータ装置側に戻
ってくるが、回生中に万が一バイパス接点が誤動作オフ
すると、回生電流が電流制限抵抗を介して平滑用コンデ
ンサへと流れることになるため、インバータ１０４の正
負端子間には瞬時に高圧電圧が発生し、インバータ１０
４のＩＧＢＴトランジスタおよびコンバータ１０３のダ
イオードの耐圧を超えることになり、これらが破損して
しまうという問題がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
本発明は請求項１記載のように、交流電力を直流電力に
変換するコンバータ部３と、変換された直流電力を所定
周波数の交流電力に変換するインバータ部４と、前記コ
ンバータ部の出力端子と前記インバータ部の入力端子と
の間の正負母線間に跨がって接続された第１の平滑用コ
ンデンサ１２と、前記コンバータ部３と前記第１の平滑
用コンデンサ１２との間の正負母線のどちらか一方の母
線側に接続された第１の抵抗１４と前記第１の抵抗に並
列接続された第１のスイッチ手段１６とからなるインバ
ータ装置において、第２の抵抗１３と第２のスイッチ手
段１５とを並列接続した並列接続回路に、直列接続され
る第２の平滑用コンデンサ１１を前記コンバータ部３と
前記第１のスイッチ手段１６との間の正負母線間に跨が
って接続したものである。請求項１記載の構成における
インバータ装置においては、商用交流電源投入時、前記
第１のスイッチ装置と第２のスイッチ装置ともに開放さ
れているから、コンバータ部の正極側出力端子から第１
の抵抗、第１の平滑用コンデンサを介してコンバータ部
の負極側出力端子へと流れる第１の平滑用コンデンサへ
の充電電流と、コンバータ部の正極側出力端子から第２
の抵抗、第２の平滑用コンデンサを介してコンバータ部
の負極側出力端子へと流れる第２の平滑用コンデンサへ
の充電電流とが発生する。そして第１、第２両平滑用コ
ンデンサへの充電が完了すると、第１、第２のスイッチ
装置はともに閉となり、インバータ部の電力出力動作が
開始される。このインバータ部電力出力動作中は、商用
交流電源から前記電力出力に相当する電力が供給される
が、この商用交流電源からインバータ装置のコンバータ
部へと供給される電流は、コンバータ部を介して次の３
つの経路によりそれぞれインバータ装置内部を流れた
後、コンバータ部を介してそのまま商用交流電源へと戻
ることとなる。まず第１の経路はコンバータ部正極側端
子、第１のスイッチ装置、第１の平滑用コンデンサ、コ
ンバータ部負極側端子へと流れる経路（以下、経路１と
する）、第２の経路はコンバータ部正極側端子、第２の
スイッチ装置、第２の平滑用コンデンサ、コンバータ部
負極側端子へと流れる経路（以下、経路２とする）、第
３の経路はコンバータ部正極側端子、第１のスイッチ装
置、インバータ部上アーム側の半導体スイッチング素
子、負荷、インバータ部下アーム側の半導体スイッチン
グ素子、コンバータ部負極側出力端子へと流れる経路
（以下、経路３とする）となる。また商用交流電源から
供給される前記電流は、当然ながら連続電流ではないた
め、電流供給のない時間帯は前記第１、第２の平滑用コ
ンデンサに蓄えられた充電エネルギーを放電し、インバ
ータ部電力出力動作を行う。この放電により充電エネル
ギーの減少した平滑用コンデンサには、商用交流電源か
らの電流供給により、減少した充電エネルギー分が再充
電される。このような平滑用コンデンサへの充放電動作
は商用電源が単相入力なら商用周波数の２倍、３相入力
なら商用周波数の６倍の周波数で繰り返し行われる。
【０００５】次に第１、第２の平滑用コンデンサに蓄え
られた充電エネルギーが放電される際には、第１の平滑
用コンデンサからインバータ部上アーム側の半導体スイ
ッチング素子、負荷、インバータ部下アーム側の半導体
スイッチング素子を介して再度第１の平滑用コンデンサ
に戻る電流経路（以下、経路４とする）と、第２の平滑
用コンデンサから第２のスイッチ装置、第１のスイッチ
装置、インバータ部上アーム側の半導体スイッチング素
子、負荷、インバータ部下アーム側の半導体スイッチン
グ素子を介して再度第２の平滑用コンデンサに戻る電流
経路（以下、経路５とする）とが発生する。ここで経路
１と経路２の電流は導通時間は短いがピーク値が極めて
大きいためその実効値は大きく、経路３の電流は導通時
間は短くピーク値も大きくないためその実効値は小さ
く、経路４と経路５の電流は導通時間は長いがピーク値
が大きくないためその実効値は中間的な値となる。従っ
て第１のスイッチ装置を流れる電流（経路１、経路３お
よび経路５による電流）は、大部分が第１の平滑用コン
デンサへの充電電流であるといえ、第２のスイッチ装置
を流れる電流（経路２および経路５による電流）は、全
て第２の平滑用コンデンサの充放電電流であるといえ
る。ここでインバータ装置の出力電力が大きくなると平
滑用コンデンサの静電容量を増加させる必要があるが、
この増加させる平滑用コンデンサを、請求項１記載の構
成による第２の平滑用コンデンサとして増加させること
で、前記に説明した作用により、第１のスイッチ装置を
流れる電流をほとんど増加させることなく（この電流の
大部分は第１の平滑用コンデンサの充電電流であるた
め）、増加する分は第２のスイッチ装置を流れる電流
（第２の平滑用コンデンサの充放電電流である）として
処理できることになる。従ってインバータ装置の出力電
力が大きくなっても、第１のスイッチ装置の定格電流を
増大させず、すなわち定格電流の小さい第１、第２の小
型スイッチ装置により突入電流制限装置を構成できるこ
とになる。また本構成による商用電源投入時は、第１の
スイッチ装置が開放となっているので、第１の平滑用コ
ンデンサへの充電電流は第１の抵抗で制限されて、従っ
てインバータ部の正負端子間電圧である第１の平滑用コ
ンデンサの端子間電圧は緩やかに上昇していく。それゆ
え上アーム側、下アーム側の各半導体スイッチング素子
の入力端子間に存する浮遊容量による前記入力端子間の
電圧発生は生じないので、これに起因する半導体スイッ
チ装置の破損は起こり得ないことになる。さらにまたイ
ンバータ装置が回生動作時において、万が一スイッチ装
置が誤動作オフしても、モータ側よりインバータ装置側
にくる回生エネルギーは第１の平滑用コンデンサにより
充電エネルギーとして吸収されるので、インバータ部の
正負端子間電圧が瞬時上昇することはなく、従ってイン
バータ部半導体スイッチング素子またはコンバータ部ダ
イオードの耐圧を超えて、これらが破損してしまうこと
も起こり得ない。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図１に基
づいて説明する。図１において電流制限抵抗１４の抵抗
値は平滑用コンデンサ１２の充電時定数の設定によって
決まり、ワット数（瞬時耐量）は平滑用コンデンサ１２
の静電容量によって決まる。またバイパス接点１６の開
閉タイミングは制御回路２９から供給される開閉制御信
号によって制御される。同様に電流制限抵抗１３の抵抗
値は平滑用コンデンサ１１の充電時定数の設定によって
決まり、ワット数（瞬時耐量）は平滑用コンデンサ１１
の静電容量によって決まる。またバイパス接点１５の開
閉タイミングも制御回路２９から供給される開閉制御信
号によって制御される。以上の構成において、電源投入
時にはバイパス接点１５と１６はともに開放され、商用
交流電源１からコンバータ部３の正極側出力端子、電流
制限抵抗１４と１３、平滑用コンデンサ１２と１１、コ
ンバータ部３の負側出力端子の経路で各平滑用コンデン
サへの充電電流が流れる。平滑用コンデンサ１２と１１
の充電が完了すると、バイパス接点１６と１５とは、制
御回路２９からの閉信号出力に対応して閉となり、その
後の平滑用コンデンサ１２と１１の充放電はそれぞれバ
イパス接点１６と１５を介して行われる。インバータ部
４の電力出力動作中は、商用交流電源１から前記電力出
力に相当する電力が供給されるが、この商用交流電源１
からインバータ装置のコンバータ部３を介して供給され
る電流は、次の３つの経路によりそれぞれインバータ装
置内部を流れた後、コンバータ部３を介してそのまま商
用交流電源１へと戻ることとなる。
【０００７】まず第１の経路はバイパス接点１６、平滑
用コンデンサ１２、コンバータ部３の負極側端子へと流
れる経路（以下、経路１とする）、第２の経路はバイパ
ス接点１５、平滑用コンデンサ１１、コンバータ部３の
負極側端子へと流れる経路（以下、経路２とする）、第
３の経路はバイパス接点１６、ＩＧＢＴトランジスタ１
７〜１９、電動機２、ＩＧＢＴトランジスタ２０〜２
２、コンバータ部３の負極側出力端子へと流れる経路
（以下、経路３とする）となる。また商用交流電源１か
ら供給される前記電流は、当然ながら連続電流ではない
ため、電流供給のない時間帯は平滑用コンデンサ１１お
よび１２に蓄えられた充電エネルギーを放電し、インバ
ータ部電力出力動作を行う。この放電により充電エネル
ギーの減少した各平滑用コンデンサには、商用交流電源
１からの電流供給により、減少した充電エネルギー分が
再充電される。このような平滑用コンデンサ１１および
１２への充放電動作は商用交流電源が３相入力なので商
用周波数の６倍の周波数で繰り返し行われる。次に平滑
用コンデンサ１１および１２に蓄えられた充電エネルギ
ーが放電される際には、平滑用コンデンサ１２からＩＧ
ＢＴトランジスタ１７〜１９、電動機２、ＩＧＢＴトラ
ンジスタ２０〜２２を介して再度平滑用コンデンサ１２
に戻る電流経路（以下、経路４とする）と、平滑用コン
デンサ１１からバイパス接点１５、バイパス接点１６、
ＩＧＢＴトランジスタ１７〜１９、電動機２、ＩＧＢＴ
トランジスタ２０〜２２を介して再度平滑用コンデンサ
１１に戻る電流経路（以下、経路５とする）とが発生す
る。このバイパス接点１６を流れる電流（経路１、経路
３および経路５による電流）を示したのが図３における
（ｉｓ１）であり、バイパス接点１５を流れる電流（経
路２および経路５による電流）を示したのが図３におけ
る（ｉｓ２）である。ここで（ｉｓ１）の実効値電流の
大部分は経路１による電流、すなわち平滑用コンデンサ
１２への充電電流であり、（ｉｓ２）は全て平滑用コン
デンサ１１への充放電電流である。また図３において
（ｉｃ１）は平滑用コンデンサ１２の充放電電流、（ｉ
１）は商用交流電源１より供給される電流をそれぞれ示
している。
【０００８】この実施例では、インバータ装置の出力電
力を大きくするために必要となる平滑用コンデンサの静
電容量の増加を、平滑用コンデンサ１１と電流制限抵抗
１３とバイパス接点１５とを図１に示す接続により実施
しているが、この接続による前記に説明した作用によ
り、バイパス接点１６を流れる電流をほとんど増加させ
ることなく（この電流の大部分は平滑用コンデンサ１２
の充電電流であるため）、増加する分はバイパス接点１
５を流れる電流（平滑用コンデンサ１１の充放電電流で
ある）として処理できることになる。従ってインバータ
装置の出力電力が大きくなっても、バイパス接点１６の
定格電流を増大させず、すなわち定格電流の小さいバイ
パス接点１６と１５との小型スイッチ装置により突入電
流制限装置を構成できることになる。また本実施例にお
いては、商用電源投入時はバイパス接点１６が開放とな
っているので、平滑用コンデンサ１２への充電電流は電
流制限抵抗１４で制限されて、従ってインバータ部４の
正負端子間電圧である平滑用コンデンサ１２の端子間電
圧は緩やかに上昇していく。それゆえインバータ部４の
各ＩＧＢＴトランジスタ１７〜２２の入力端子間に存す
る浮遊容量によるゲート・エミッタ間電圧発生は生じな
いので、これに起因する各ＩＧＢＴトランジスタの破損
は起こり得ないことになる。さらにインバータ装置が回
生動作時において、万が一バイパス接点１５および１６
とが誤動作オフしても、電動機２よりインバータ装置に
くる回生エネルギーは平滑用コンデンサ１２により充電
エネルギーとして吸収されるので、インバータ部４の正
負端子間電圧が瞬時上昇することはなく、従ってインバ
ータ部４の各ＩＧＢＴトランジスタ１７〜２２またはコ
ンバータ部３の各整流ダイオード５〜１０の耐圧を超え
て、これらが破損してしまうことも起こり得ないことに
なる。
【０００９】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、交流
電力を直流電力に変換するコンバータ部と、変換された
直流電力を所定周波数の交流電力に変換するインバータ
部と、前記コンバータ部の出力端子と前記インバータ部
の入力端子との間の正負母線間に跨がって接続された第
１の平滑用コンデンサと、前記コンバータ部と前記第１
の平滑用コンデンサとの間の正負母線のどちらか一方の
母線側に接続された第１の抵抗と前記第１の抵抗に並列
接続された第１のスイッチ手段とからなるインバータ装
置において、第２の抵抗と第２のスイッチ手段とを並列
接続した並列接続回路に、直列接続される第２の平滑用
コンデンサを前記コンバータ部と前記第１のスイッチ手
段との間の正負母線間に跨がって接続したので、定格電
流の小さい小型の第１および第２のスイッチ装置により
突入電流制限装置を構成できることになる。したがっ
て、定格容量が大きいインバータ装置でも小型化のネッ
クとなっていた突入電流防止装置部のスイッチ装置（パ
ワーリレー）を小型化できるためインバータ装置を小型
化することができる。また商用電源投入時においてのイ
ンバータ部各半導体スイッチング素子の入力端子間に発
生する電圧もなく、従ってこれに起因する各半導体スイ
ッチング素子の破損の恐れもなく、さらにまたインバー
タ装置の回生動作時において、万が一第１、第２のスイ
ッチ装置とが誤動作オフしても、インバータ部の正負端
子間電圧が瞬時上昇することもなく、従ってインバータ
部各半導体スイッチング素子およびコンバータ部各整流
ダイオードの耐圧を超えてこれらが破損する恐れがない
という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例における突入電流制限装置を
備えたインバータ装置の構成図
【図２】 本発明の実施例におけるインバータ装置内部
を流れる各部電流を示したもの
【図３】 本発明の実施例におけるインバータ装置内部
の各部電流波形を示したもの
【図４】 従来例における電源装置の突入電流制限装置
の構成図
【図５】 従来例における突入電流制限装置の商用交流
電源投入時の、ＩＧＢＴトランジスタのゲート・エミッ
タ間電圧（ＶＧＥ）の動きを示したもの
【符号の説明】
１ 商用交流電源 ２ 電動機 ３ コンバータ部 ４ インバータ部 ５、６、７、８、９、１０ 整流ダイオード １１、１２ 平滑用コンデンサ １３、１４ 電流制限抵抗 １５、１６ バイパス接点 １７、１８、１９、２０、２１、２２ ＩＧＢＴトラン
ジスタ ２３、２４、２５、２６、２７、２８ 還流ダイオード ２９ 制御回路 １０１ ３相電源 １０２ 停電検知回路 １０３ コンバータ １０４ インバータ １０５ モータ １０６ 制御回路 １０７、１０８ バイパス接点 １０９ スナバーコンデンサ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 交流電力を直流電力に変換するコンバー
    タ部と、変換された直流電力を所定周波数の交流電力に
    変換するインバータ部と、前記コンバータ部の出力端子
    と前記インバータ部の入力端子との間の正負母線間に跨
    がって接続された第１の平滑用コンデンサと、前記コン
    バータ部と前記第１の平滑用コンデンサとの間の正負母
    線のどちらか一方の母線側に接続された第１の抵抗と前
    記第１の抵抗に並列接続された第１のスイッチ手段とか
    らなるインバータ装置において、 第２の抵抗と第２のスイッチ手段とを並列接続した並列
    接続回路に、直列接続される第２の平滑用コンデンサを
    前記コンバータ部と前記第１のスイッチ手段との間の正
    負母線間に跨がって接続したことを特徴とするインバー
    タ装置。
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