JP2001268926A - インバータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】インバータのゲート電圧とゲート抵抗を可変に
することにより、過電流保護を容易にしたインバータ制
御装置を提供する。 【解決手段】本発明のインバータ制御装置はインバータ
部分のそれぞれのＩＧＢＴにIGBTの可変ゲート電圧と、
ＩＧＢＴの可変ゲート抵抗と、それを制御するゲート駆
動制御回路を備えている。その結果、ゲート抵抗とゲー
ト電圧と可変させることでターンオン速度と可変させ、
特にインバータ起動時に立ち上がり電流を緩くできるた
めに、従来から備えられている過電流保護回路の過電流
保護を容易にできる手段を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直流を交流に変換
するインバータを制御するインバータ制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】コンバータから出力された直流電源をイ
ンバータで交流電源に変換する制御装置がインバータ制
御装置である。インバータ制御装置は、変換した交流電
源の周波数で電動機の可変速制御を行う。電動機を利用
した製品は可変速が必要なものが多いので、電動機の可
変速制御にはインバータ制御装置が広く用いられてい
る。ここで、電動機の始動に着目すると、始動に必要な
ことは、始動電流を安全な値に抑えて始動中のトルクを
十分に大きくし、加速させることである。

【０００３】よって、インバータ起動時は、電動機を始
動させるための始動トルクが大きいため、過大電流によ
るトランジスタの破壊を招くおそれがある。この問題点
を解決する従来技術として、特開昭62−272877号があ
る。この公報には、起動時にパワートランジスタの非破
壊領域に存在する最大起動保護パルス幅以下のパルス幅
を有するパルス列を制御信号として起動して、起動時に
おけるトランジスタの破壊防止をすることが記載されて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、直流を
交流に変換するインバータ制御装置において、初めて負
荷を駆動する場合は、負荷の初期故障や、配線の接続不
良などの理由から、その負荷が所望の特性通りでないお
それがある。一度インバータで正常運転した負荷でも長
期間使用せずにしておくと保存方法によっては、結露や
劣化などの理由により、その負荷の特性が変化してしま
うおそれがある。以上より、インバータ起動時、負荷そ
のものが所望の特性通りであるとは限らない。

【０００５】また、通常、インバータの電流がトランジ
スタの破壊領域に達してしまいそうな時は、破壊領域に
達する直前に安全のためインバータを停止させている。
しかし、上記のように負荷が特性通りでない場合は、直
前にインバータを停止させようとしても、間に合わず、
インバータの立ち上がり電流が破壊領域に達してしま
い、トランジスタを破壊させてしまう問題がある。

【０００６】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたものである。インバータの起動時は、タ
ーンオン速度を下げ、通常運転時はターンオン速度を通
常に戻すことにする。よって、インバータ起動時の立ち
上がり電流を緩やかにし、トランジスタを破壊すること
なく十分安全にインバータを停止することができ、か
つ、定常運転時の損失を低減している。その結果、過電
流保護が容易なインバータ制御装置を提供することを目
的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題がイ
ンバータ起動時のインバータの立ち上がり電流の傾きが
急に立ちあがることに起因することに着目し、起動時の
電流を緩やかにすることで過電流保護を図るものであ
る。

【０００８】具体的には、インバータ制御装置のインバ
ータのゲート電圧もしくはゲート抵抗をインバータ制御
装置内部で可変にする手段と、インバータ起動時はゲー
ト電圧を小さく、または抵抗を大きくするように前記装
置を制御する手段を設ける。

【０００９】このような構成にすることにより、起動時
のターンオン速度を下げることができ、起動時のインバ
ータに流れる電流の立ち上がりを緩やかにすることがで
きる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。

【００１１】図１は、エレベータを例とした本実施例の
全体構成を示す図である。図１の制御装置のブロック図
において、１は電源として利用する三相交流電源、２は
三相交流電源１のフィルタとして利用されるコンバータ
側のリアクトル、３はリアクトル２から出力された電流
を検出するコンバータ側の電流検出器、４は三相の交流
電力を直流電力に変換するコンバータ、５はコンバータ
４で整流した直流電圧を平滑する平滑コンデンサ、６は
平滑コンデンサ５で平滑した直流電圧を所定電圧および
所定周波数の交流電力に変換するインバータ、７はイン
バータ側のIGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor)
のトランジスタ素子、８はトランジスタ素子７のターン
オン速度を可変にするための可変ゲート電圧、９はトラ
ンジスタ素子７のターンオン速度を可変にするための可
変ゲート抵抗、１０はインバータ６から出力された電流
を検出するインバータ側の電流検出器、１１はインバー
タ６のフィルタとして利用されるインバータ側のリアク
トル、１２はインバータ６の出力によって回転する誘導
電動機、１３は誘導電動機１２の速度検出のためのエン
コーダ、１４は誘導電動機１２に直結されたエレベータ
の巻上機、１５はエレベータのそらせ車、１６は乗りか
ご、１７はつり合いおもり、１８はコンバータ側の電圧
を制御する電圧制御回路、１９は電流検出器３と電圧制
御回路１８から出力された信号で電流制御するコンバー
タ側のＡＣＲ、２０はＡＣＲ１９より出力された信号を
計算してコンバータ４を制御するコンバータ側のＰＷＭ
制御回路、２１はインバータ６を制御するインバータ制
御装置、２２はエンコーダ１３より出力された信号を受
けとる速度制御回路、２３は電流検出器１０と速度制御
回路２２から出力された信号で電流制御するインバータ
側のＡＣＲ、２４はＡＣＲ２３より出力された信号を計
算するインバータ側のＰＷＭ制御回路、２５はトランジ
スタ素子７のターンオン速度を可変する可変ゲート電圧
８と可変ゲート抵抗９を可変させて制御するゲート駆動
制御回路である。

【００１２】三相交流電源１より入力された交流は交流
電力を直流電力に変換するコンバータ４で整流され、整
流した直流電圧を平滑するコンデンサ５で平滑され一定
電圧の直流に変換される。平滑された直流電圧は所定電
圧および所定周波数の交流電力に変換するインバータ６
で交流電力に変換され、インバータ６から出力された交
流電力をもとに誘導電動機１２が回転する。この誘導電
動機１２の回転により、エレベータの巻上機１４が回転
し、乗りかご１６が上下に移動する。

【００１３】ここで、コンバータ側は、三相交流電源で
出力された交流電力を電流検出器３で検出し、それをＡ
ＣＲ１９に送る。また、平滑コンデンサ５での直流電圧
の値をもとに電圧制御回路１８に送り、ＡＣＲ１９で電
流検出器３からの信号とあわせてＰＷＭ回路２０に送ら
れ、ＰＷＭ回路で計算された信号でコンバータ側のそれ
ぞれのＩＧＢＴを制御している。

【００１４】一方、インバータ側では、インバータ６で
変換された交流電力をインバータ側の電流検出器１０で
検出し、それをＡＣＲ２３へ送る。また、インバータの
出力によって回転する誘導電動機１２の速度を検出する
エンコーダ１３から出力された信号を速度制御回路２２
へ送り、ＡＣＲ２３で電流検出器１０からの信号とあわ
せてＰＷＭ回路２４に送られ、ゲート駆動制御回路を制
御するためにゲート駆動制御回路２５へ送られる。ゲー
ト駆動制御回路２５ではインバータの起動状態か定常運
転状態かを読み取り、ＩＧＢＴのゲート電圧８およびＩ
ＧＢＴのゲート抵抗９の値を制御するようになってい
る。なお、ゲート電圧８はゲートにかかる電圧であり、
ゲート駆動制御回路２５にてゲートにかかる電圧の値を
制御する。ゲート抵抗はゲート抵抗器の抵抗値であり、
ゲート駆動制御回路２５にてゲート抵抗値を制御してい
る。

【００１５】最近のインバータ制御装置は、電圧駆動型
で制御が容易であり、大電流領域でのオン電圧が低く、
駆動周波数が高く、取り扱う電流や電圧範囲が広い、と
いう特徴を持つＩＧＢＴが用いられるようになってきて
いる。図１のブロック図は、ＩＧＢＴを用いた電圧型イ
ンバータ装置で構成されている。

【００１６】本発明の一実施例は、インバータ制御装置
２１内のゲート駆動制御回路２５を用いて、ＩＧＢＴの
ゲート電圧８，ＩＧＢＴのゲート抵抗９を制御してＩＧ
ＢＴのトランジスタ素子７のターンオン速度を変化させ
るものである。

【００１７】図２は、図１中のインバータ制御装置２１
のフロー図である。インバータ制御装置に、インバータ
起動の信号が入ると、速度制御回路が定常状態へ達する
までの速度を計算し、速度検出のエンコーダ１３からの
信号をもとに、ＩＧＢＴへ速度指令を送る。特にインバ
ータ起動時は誘導電動機１２の始動トルクが大きいため
過電流となりやすいが、インバータ電流の立ち上がりを
緩くすることで過電流保護を容易にする。そのため、過
電流が発生しないように、スタート信号が入る（ＳＴＥ
Ｐ２０１）と、ゲート抵抗を大きく、もしくはゲート電
圧を小さくする指令が入る（ＳＴＥＰ２０２）。定常運
転になるまでこの状態でＩＧＢＴへ速度指令を送り続
け、１３から一定速度、すなわち定常運転の信号が入っ
たら、ゲート抵抗、もしくはゲート電圧の値を元に戻す
指令が入り、この値で定常運転を行う（ＳＴＥＰ２０
３，２０４）。よって、インバータ起動時のターンオン
速度を下げ、インバータの立ち上がり電流を緩やかにす
ることで、インバータの立ち上がり電流がＩＧＢＴのト
ランジスタの破壊領域に達してしまいそうな時でも、十
分安全にインバータを停止することができるため、トラ
ンジスタを破壊することがないインバータ制御装置が提
供できる。

【００１８】ここで、図３は、実施例により生じた出力
電流の関係図である。２６はゲート電圧とゲート抵抗が
通常の一定の値である時のインバータ電流の立ち上がり
曲線、２７はゲート電圧を小さくもしくはゲート抵抗を
大きくした時のインバータ電流の立ち上がり曲線、２８
はゲート電圧とゲート抵抗が通常の一定の値である時の
インバータ電流の立ち上がり直線、２９はゲート電圧を
小さくもしくはゲート抵抗を大きくした時のインバータ
電流の立ち上がり直線である。２８および２９の直線は
インバータ電流の立ち上げ時の曲線の傾きを示すための
直線である。

【００１９】図３の結果、通常の値と比べて、ＩＧＢＴ
のゲート電圧８を小さく、もしくはＩＧＢＴのゲート抵
抗９を大きくすると、ターンオン速度を下げることがで
き、インバータ起動時のインバータに流れる立ち上がり
電流が緩やかになることから、インバータで駆動する負
荷にかかわらず、インバータ起動時の立ち上がり電流が
破壊領域に達してしまいそうな時でも、十分安全にイン
バータを停止することができ、トランジスタを破壊する
ことのないインバータ制御装置が提供できる。

【００２０】これは、ＩＧＢＴの性質から生じる現象よ
り説明できる。図４に示されるIGBTのターンオン速度と
飽和電圧特性図より、飽和電圧が大きくなるほどターン
オン速度が早くなり、小さくなるほどターンオン速度が
遅くなる。よって、ターンオン速度を遅くするために
は、飽和電圧、すなわち、ゲート電圧を小さくすればよ
いことになる。また、図５のＩＧＢＴのゲート抵抗とタ
ーンオン速度特性図より、ゲート抵抗が大きくなるほど
ターンオン速度が遅くなり、小さくなるほどターンオン
速度が速くなる。よって、ターンオン速度を遅くするた
めには、ゲート抵抗を大きくすればよいことになる。

【００２１】以上より、ＩＧＢＴのゲート電圧を小さ
く、もしくはＩＧＢＴのゲート抵抗を大きくすることに
より、ターンオン速度が遅くなることから、インバータ
起動時にこの特性を利用すれば、インバータ起動時のタ
ーンオン速度が遅くなり、インバータ起動時のインバー
タの立ち上がり電流が緩くなるので、インバータが破壊
領域に達してしまいそうな時でも、十分安全にインバー
タを停止することができる。

【００２２】次に、図３に示した本実施例により生じた
出力電流の関係図の通り、起動時には、ゲート電圧を小
さくもしくはゲート抵抗を大きくすることにより、ター
ンオン速度を遅くすることが可能になる。そのときイン
バータ電流の立ち上がり、すなわち直線の傾きが、ゲー
ト電圧やゲート抵抗が一定の場合と比較してゲート電圧
を小さくもしくはゲート抵抗を大きくした場合の方が小
さくなる。

【００２３】ここで、インバータを用いて駆動する負荷
によっては、初めて負荷を使用する場合は、負荷の初期
故障や、配線の接続不良などの理由から、その負荷が特
性通り駆動されないおそれがある。一度インバータで正
常運転した負荷でも長期間使用せずにしておくと保存方
法によっては、結露や劣化などの理由により、その負荷
の特性が変化してしまうおそれがある。以上より、負荷
そのものが特性通りであるとは限らない。そのため、タ
ーンオン速度を遅く設定すれば、インバータ起動時にイ
ンバータの立ち上がり電流が破壊領域に達してしまいそ
うな時でも、インバータを停止させることが十分可能と
なる。以上より、インバータの立ち上がり電流の傾きを
緩やかにすることで、インバータ起動時のインバータ立
ち上がり電流に対する過電流保護が容易となる。また、
過電流保護のレベルを上げることが可能になる。

【００２４】さらに、この状態でターンオン速度が遅い
状態で定常運転状態になると、図６のＩＧＢＴのターン
オン速度と損失との関係図の通り、定常運転時の損失が
大きくなり熱が発生する。そのため、定常運転時はＩＧ
ＢＴのゲート電圧およびIGBTのゲート抵抗を通常の値に
戻し、通常のターンオン速度で運転する。

【００２５】本実施例では、ＩＧＢＴの性質を生かし
て、インバータ起動時に、インバータのＩＧＢＴのゲー
ト電圧を小さく、もしくはゲート抵抗を大きくさせてタ
ーンオン速度を下げて起動することにし、インバータ起
動時のインバータ電流の立ち上がりを緩くすることによ
り、インバータ起動時にインバータ電流がトランジスタ
の破壊領域に達してしまいそうな時でも、安全にインバ
ータを停止させて、トランジスタを破壊させることのな
い、インバータ制御装置を提供し、過電流保護を容易に
するインバータ制御装置を提供するために行ったもので
ある。

【００２６】また、本実施例によれば、定常運転時に
は、ゲート電圧およびゲート抵抗を通常の値に戻すこと
により損失が小さくなるため、インバータで駆動する負
荷に選択性のあるインバータ制御装置として提供するこ
とができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、インバータ起動時にイ
ンバータ電流がトランジスタの破壊領域に達してしまい
そうな時でも、十分安全にインバータを停止させること
ができ、インバータの立ち上がり電流がトランジスタの
破壊領域に達することをなくすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】エレベータを例とした本発明の一実施例を示す
制御装置のブロック図。

【図２】本実施例のインバータ制御装置のフロー図。

【図３】本実施例により生じた出力電流の関係図。

【図４】ＩＧＢＴのターンオン速度と飽和電圧特性図。

【図５】ＩＧＢＴのゲート抵抗とターンオン速度特性
図。

【図６】ＩＧＢＴのターンオン速度と損失との関係図。

【符号の説明】

６…インバータ、７…インバータ側ＩＧＢＴのトランジ
スタ素子、８…インバータ側ＩＧＢＴのゲート電圧、９
…インバータ側ＩＧＢＴのゲート抵抗、１０…インバー
タ側の電流検出器、１３…エンコーダ、２１…インバー
タ制御装置、２２…速度制御回路、２３…インバータ側
のＡＣＲ、２４…インバータ側のPWM制御回路、２５…
ゲート駆動回路、２６…ゲート電圧とゲート抵抗が通常
の一定の値である時のインバータ電流の立ち上がり曲
線、２７…ゲート電圧を小さくもしくはゲート抵抗を大
きくした時のインバータ電流の立ち上がり曲線、２８…
ゲート電圧とゲート抵抗が通常の一定の値である時のイ
ンバータ電流の立ち上がり直線、２９…ゲート電圧を小
さくもしくはゲート抵抗を大きくした時のインバータ電
流の立ち上がり直線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岸川 孝生 茨城県ひたちなか市市毛1070番地 株式会 社日立製作所昇降機グループ内 Ｆターム(参考） 5H007 AA02 AA06 AA17 BB06 CA01 CB04 CB05 CC12 CC23 DB01 DC02 DC05 DC07 EA02 FA03 GA02 5H576 AA07 BB06 CC05 DD02 DD04 EE11 EE18 FF01 GG02 GG04 GG05 HA04 HB02 LL07 LL22 LL24 MM02

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流を交流に変換するインバータを制御す
   るインバータ制御装置において、前記インバータの起動
   時にインバータ電流を緩やかに立ち上げる手段を備えた
   インバータ制御装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記インバータ電流を
   緩やかに立ち上げる手段は、インバータのゲート電圧も
   しくはゲート抵抗を、可変して制御することを特徴とす
   るインバータ制御装置。