JP2002218764A - インバータを電源とする変圧器の突入電流の抑制方法 - Google Patents

インバータを電源とする変圧器の突入電流の抑制方法

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JP2002218764A
JP2002218764A JP2001010312A JP2001010312A JP2002218764A JP 2002218764 A JP2002218764 A JP 2002218764A JP 2001010312 A JP2001010312 A JP 2001010312A JP 2001010312 A JP2001010312 A JP 2001010312A JP 2002218764 A JP2002218764 A JP 2002218764A
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voltage
transformer
circuit
output voltage
gate
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Kazuyoshi Umezawa
一喜 梅沢
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ゲートブロック後の変圧器再起動時の突入電流
を抑制することにある。 【解決手段】過大電流で瞬時値制御インバータ1がゲー
トブロックされた場合に、これの出力電圧を定格値より
も充分に低い電圧にしてゲートブロックを解除して所定
時間継続させた後に、この出力電圧を定格値まで上昇さ
せる。または過大電流で瞬時値制御インバータ1がゲー
トブロックされた場合に、過大電流発生時と逆位相の電
圧を発生させてゲートブロックを解除し、この過大電流
発生時の電圧極性になった時点で再度ゲートブロック
し、次いで当該瞬時値制御インバータ1の出力電圧を定
格値よりも充分に低く,且つ前記過大電流発生時と逆極
性の電圧状態でゲートブロックを解除し、この低電圧を
所定時間継続した後に、その出力電圧を定格値まで上昇
させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、瞬時値制御イン
バータと変圧器とを接続する際に発生する過大な突入電
流を抑制できるインバータを電源とする変圧器の突入電
流の抑制方法に関する。
【0002】
【従来の技術】変圧器の鉄心にはヒステリシスが存在す
るから、励磁電流を遮断したときに変圧器には正負いず
れかの極性の直流励磁が残留する。所謂偏磁である。こ
の状態で当該変圧器に定格交流電圧を印加すると、この
残留磁気のために大きな突入電流が流れる恐れがある。
それ故、電源容量を変圧器容量に見合った値よりも大き
くするか、あるいは電源と変圧器の間に抵抗やリアクト
ルなどの電流を制限する要素とこれを短絡する遮断器と
でなる限流装置を挿入するなどの対策を施して、電源が
突入電流で損傷したり、過電流でトリップして運転が不
可能になる不具合の発生を回避するようにしていた。
【0003】ところで近年は、インバータを電源にして
変圧器を運転するケースが多くなってきている。インバ
ータを構成している半導体スイッチ素子は一般に過電流
耐量が小さいけれども、その容量に余裕があり,且つ平
均値制御インバータの場合は出力電圧制御の応答性能が
比較的遅いこともあって、前述した変圧器の偏磁に起因
する突入電流が流れても持ち堪えることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし最近では平均値
での電圧制御の代わりに、瞬時値での電圧制御を行うイ
ンバータが多用されるようになっているが、この瞬時値
制御インバータは制御精度と応答性能が極めて高いか
ら、容量に余裕があっても、波形歪みがあるとゲートを
ブロックしてしまう。例えば、車両製作工場(あるいは
車両基地)に新幹線車両の試験用電源として瞬時値制御
インバータを設置し、該インバータが 60Hz,25kV の交
流電力を架線を介して車両に供給する。遮断器を投入し
て新幹線車両に搭載している変圧器に交流電圧を印加す
る場合に、試験電源である瞬時値制御インバータが小容
量であって、変圧器へ流れる大きな突入電流には耐えら
れない場合は、当該瞬時値制御インバータを構成してい
る半導体スイッチ素子はゲートブロックとなる。ゲート
ブロックが生じた場合に、従来はその無電圧状態を一定
時間継続させた後に、低い電圧から徐々に定格電圧まで
変圧器の印加電圧を上昇させる電圧印加方法により再起
動を行っていた。
【0005】図5は変圧器を再起動させる際の瞬時値制
御インバータの制御回路の従来例を示したブロック回路
図であって、新幹線電車の製作工場(あるいは車両基
地)に設置した試験電源としての瞬時値制御インバータ
の例であり、この例に従って本発明の詳細を以下に説明
する。この図5において、瞬時値制御インバータ1は架
線12を介して新幹線車両2に搭載している変圧器(図
示せず)へ 60Hz ,25kV の交流電力を供給するが、当該
瞬時値制御インバータ1の容量は試験電源であることか
ら比較的小容量であり、変圧器へ定格電圧を印加したと
きに流入する大きな突入電流には耐えられない。すなわ
ち電流検出器13と整流回路11とで架線12に流れる
電流を検出し、その値が過電流設定器15で設定した値
を越えたことをコンパレータ7が検出すれば、この検出
信号がオフディレィ回路6と論理回路3とを介して直ち
にゲート駆動回路16へ与えられて、瞬時値制御インバ
ータ1を構成する半導体スイッチ素子のゲートをブロッ
クする。よって瞬時値制御インバータ1から変圧器への
電流は遮断され、その状態はオフディレィ回路6が設定
している時限を経過するまで継続する。
【0006】第1出力電圧指令回路8は、オフディレィ
回路6が設定している時限が経過した時点を出発点にし
て、瞬時値制御インバータ1の出力電圧を、低い値から
所定の変化率で上昇して定格値に達するよう指令する。
電圧検出器14と整流・平滑回路10とで検出する架線
12の電圧検出値と第1出力電圧指令回路8が出力する
前述の電圧指令値との偏差を加算器17で演算し、その
偏差値を電圧調節器5へ入力する。電圧調節器5は調節
動作によりその入力偏差を零にする制御信号を乗算器1
8へ出力する。一方で正弦波形指令回路9が正弦波形を
形成しており、乗算器18はこの正弦波形と電圧調節器
5が出力する制御信号との積を演算し、これをパルス生
成回路4を介して論理回路3へ与える。よって瞬時値制
御インバータ1の出力電圧は、過電流検出後は零であっ
たものが、オフディレィ回路6の設定時限経過後は第1
出力電圧指令回路8の出力指令値に従って徐昇して定格
電圧となる。
【0007】図6は図5で既述の従来例回路により変圧
器を再起動させる場合の動作を示した電圧・電流波形図
であって、図6は瞬時値制御インバータ1の出力電圧
波形、図6は瞬時値制御インバータ1の出力電流波形
を示している。図6に図示の波形図で、変圧器に全電圧
を印加することにより、t1 時点で設定値以上の過電流
が流れて瞬時値制御インバータ1はゲートブロックさ
れ、変圧器は無電圧状態となる。この無電圧状態はオフ
ディレィ回路6の時限設定期間(数秒程度)を経過した
2 時点まで継続し、瞬時値制御インバータ1の出力電
圧はこのt2 時点から、第1出力電圧指令回路8の出力
指令値に従って上昇を開始するが、このときの出力電圧
がまだ小さな値であっても、変圧器の偏磁のために大き
な突入電流が流れてしまう。そのためゲートブロックが
再度動作してしまう恐れがあった。
【0008】そこでこの発明の目的は、ゲートブロック
後の変圧器再起動時の突入電流を抑制することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、この発明のインバータを電源とする変圧器の突入
電流の抑制方法は、定格電圧を出力している瞬時値制御
インバータに変圧器を接続する際に該変圧器に過大電流
が発生して前記瞬時値制御インバータを構成する半導体
スイッチ素子がゲートブロックされた場合に、当該瞬時
値制御インバータの出力電圧を、定格値よりも充分に低
い電圧にした状態でゲートブロックを解除し、この低い
出力電圧を所定時間継続した後に、その出力電圧を所定
の変化率で定格値まで上昇させるものとする。
【0010】または、定格電圧を出力している瞬時値制
御インバータに変圧器を接続する際に該変圧器に過大電
流が発生して前記瞬時値制御インバータを構成する半導
体スイッチ素子がゲートブロックされた場合に、前記過
大電流発生時と逆位相の電圧を発生させてゲートブロッ
クを解除して前記過大電流発生時の電圧極性になった時
点で再度ゲートブロックし、次いで当該瞬時値制御イン
バータの出力電圧を定格値よりも充分に低く,且つ前記
過大電流発生時と逆極性の電圧状態でゲートブロックを
解除し、この低い出力電圧を所定時間継続した後に、そ
の出力電圧を所定の変化率で定格値まで上昇させるもの
とする。
【0011】
【発明の実施の形態】図1は本発明の第1実施例を表し
たブロック回路図であって、瞬時値制御インバータの制
御回路を表しているが、この第1実施例回路は、図5で
既述の従来例回路に図示している第1出力電圧指令回路
8の代わりに第2出力電圧指令回路21を備えること
と、瞬時電圧制御回路22を付加していることと、オフ
ディレィ回路6の設定時限を従来例回路よりも短くなっ
ていることが、従来例回路とは異なるが、これら以外は
図5に図示の従来例回路と同じであるから、同じ部分の
説明は省略する。
【0012】図1の第1実施例回路では、オフディレィ
回路6の時限は従来例回路の場合より短く設定してい
る。第2出力電圧指令回路21は、オフディレィ回路6
が設定している時限が経過した時点を出発点にして、一
定期間(10数サイクル程度)瞬時値制御インバータ1
の出力電圧を定格値の10数%程度の低い値を維持さ
せ、その後に所定の変化率で定格電圧まで上昇させる指
令を出力する。第2出力電圧指令回路21の働きによ
り、変圧器の印加電圧を定格電圧の10数%程度の低い
値にして10数サイクル程度の期間を継続させること
で、変圧器の偏磁を減少させることができるから、その
後に出力電圧を徐々に上昇させたときに過大電流が突入
する恐れを回避できる。
【0013】瞬時電圧制御回路22は瞬時値制御インバ
ータ1の出力電圧波形の高調波成分を低減し正弦波形に
する機能を有する。すなわち乗算器18を介して得られ
る正弦波電圧指令に出力電圧が一致するように追従制御
している。これにより新幹線車両2が発生する高調波電
流の影響を受けずに正弦波を保つ働きをする。図2は図
1で既述の第1実施例回路により変圧器を再起動させる
場合の動作を示した電圧・電流波形図であって、図2
は瞬時値制御インバータ1の出力電圧波形、図2は瞬
時値制御インバータ1の出力電流波形を示している。
【0014】図2に図示の波形図で、変圧器に全電圧を
印加することにより、t11時点で設定値以上の過電流が
流れて瞬時値制御インバータ1はゲートブロックされ、
変圧器は無電圧状態となるが、オフディレィ回路6の設
定時限はt11時点からt12時点までの極く短い期間であ
る。このt12時点からは第2出力電圧指令回路21の指
令に従って、瞬時値制御インバータ1の出力電圧は定格
値の10数%程度の低い値をt13時点までの10数サイ
クル程度の期間継続した後、定格電圧まで上昇する。電
圧が上昇を開始した後のt14時点で漸く電流が流れ出す
が、その値は小さく、ゲートブロック状態になる恐れは
無い。
【0015】図3は本発明の第2実施例を表したブロッ
ク回路図であって、瞬時値制御インバータの制御回路を
表しているが、この第2実施例回路は、図5で既述の従
来例回路に図示している第1出力電圧指令回路8の代わ
りに第2出力電圧指令回路21を備えることと、瞬時電
圧制御回路22と過電流時波形指令極性判定回路31と
乗算器32とを付加していることと、オフディレィ回路
6の設定時限を従来例回路よりも短くしていることが従
来例回路とは異なるが、これら以外は図5に図示の従来
例回路と同じであるから、同じ部分の説明は省略する。
また第2出力電圧指令回路21と瞬時電圧制御回路22
の働きは図1で既述の第1実施例回路と同じであるか
ら、これらの説明も省略する。
【0016】図3の第2実施例回路では、オフディレィ
回路6の時限は第1実施例回路の場合と同様に従来例回
路の場合より短く設定しており、過電流時波形指令極性
判定回路31は、この設定時限経過後にゲートブロック
時と逆位相の電圧を発生させてゲートブロックを解除
し、過電流発生時の電圧極性になったことを検出して再
度ゲートブロックする。第2出力電圧指令回路21は、
この時点を出発点にして、一定期間(10数サイクル程
度)瞬時値制御インバータ1の出力電圧を定格値の10
数%程度の低い値を維持させ、その後に所定の変化率で
定格電圧まで上昇させる指令を出力する。第2出力電圧
指令回路21の働きにより、変圧器の印加電圧を定格電
圧の10数%程度の低い値にして10数サイクル程度の
期間を継続させることで、変圧器の偏磁を減少させるこ
とができるから、その後に出力電圧を徐々に上昇させた
ときに過大電流が突入する恐れを回避できる。
【0017】図4は図3で既述の第2実施例回路により
変圧器を再起動させる場合の動作を示した電圧・電流波
形図であって、図4は瞬時値制御インバータ1の出力
電圧波形、図4は瞬時値制御インバータ1の出力電流
波形を示しているが、図4に図示のように、ゲートブ
ロックを解除するt12時点で突入電流発生時と逆極性の
電圧を発生させているところが、図2で既述の第1実施
例回路の動作波形図とは異なるが、この時点以降は同じ
であるから、その説明は省略する。
【0018】
【発明の効果】変圧器に定格電圧を印加する際に、変圧
器に残留している偏磁が原因で大きな突入電流が流れる
が、このときの電源が瞬時値制御インバータの場合は、
この過大電流でゲートブロックを生じ、再起動時にも再
びゲートブロックとなって運転不能になる恐れがあっ
た。これに対して本発明では、ゲートブロック後の再起
動に当たっては、低い電圧を所定期間印加したのちに定
格電圧まで上昇させる。あるいはゲートブロック後の再
起動に当たっては、ゲートブロック時とは逆極性の電圧
を発生させた後に低い電圧を所定期間印加し、次いで低
電圧から定格電圧へ上昇させることで、偏磁が原因で再
起動時に過大突入電流が発生するのを抑制することがで
きるから、ゲートブロックにより運転不能となる不具合
を回避できる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を表したブロック回路図
【図2】図1で既述の第1実施例回路により変圧器を再
起動させる場合の動作を示した電圧・電流波形図
【図3】本発明の第2実施例を表したブロック回路図
【図4】図3で既述の第2実施例回路により変圧器を再
起動させる場合の動作を示した電圧・電流波形図
【図5】変圧器を再起動させる際の瞬時値制御インバー
タの制御回路の従来例を示したブロック回路図
【図6】図5で既述の従来例回路により変圧器を再起動
させる場合の動作を示した電圧・電流波形図
【符号の説明】
1 瞬時値制御インバータ 2 新幹線車両 3 論理回路 4 パルス生成回路 5 電圧調節器 6 オフディレィ回路 7 コンパレータ 8 第1出力電圧指令回路 9 正弦波形指令回路 10 整流・平滑回路 11 整流回路 12 架線 13 電流検出器 14 電圧検出器 15 過電流設定器 16 ゲート駆動回路 17 加算器 18,32 乗算器 21 第2出力電圧指令回路 22 瞬時電圧制御回路 31 過電流時波形指令極性判定回路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】定格電圧を出力している瞬時値制御インバ
    ータに変圧器を接続する際に該変圧器に過大電流が発生
    して前記瞬時値制御インバータを構成する半導体スイッ
    チ素子がゲートブロックされた場合に、当該瞬時値制御
    インバータの出力電圧を、定格値よりも充分に低い電圧
    にした状態でゲートブロックを解除し、この低い出力電
    圧を所定時間継続した後に、その出力電圧を所定の変化
    率で定格値まで上昇させることを特徴とするインバータ
    を電源とする変圧器の突入電流の抑制方法。
  2. 【請求項2】定格電圧を出力している瞬時値制御インバ
    ータに変圧器を接続する際に該変圧器に過大電流が発生
    して前記瞬時値制御インバータを構成する半導体スイッ
    チ素子がゲートブロックされた場合に、前記過大電流発
    生時と逆位相の電圧を発生させてゲートブロックを解除
    して前記過大電流発生時の電圧極性になった時点で再度
    ゲートブロックし、次いで当該瞬時値制御インバータの
    出力電圧を定格値よりも充分に低く,且つ前記過大電流
    発生時と逆極性の電圧状態でゲートブロックを解除し、
    この低い出力電圧を所定時間継続した後に、その出力電
    圧を所定の変化率で定格値まで上昇させることを特徴と
    するインバータを電源とする変圧器の突入電流の抑制方
    法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012164907A1 (ja) * 2011-06-03 2012-12-06 三菱電機株式会社 多電源式鉄道車両用の空調電源システム

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