JP2002330595A - 電動機制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】共通のコンバータに複数台のインバータが接続
される電動機制御装置において、直流中性点の対地電位
を安定化させ、電力変換装置の小形化、低コスト化を実
現することができる保護信頼性の高い電動機制御装置を
得る。 【解決手段】交流電力を直流電力に変換するものであっ
て、直流中間回路として直流中性点を有する共通のコン
バータ１１と、１１により変換された直流電力を交流電
力に変換するものであって、直流中間回路としてそれぞ
れ直流中性点を有する複数台のインバータ１４と、１１
及び１４のそれぞれの直流中性点をヒューズ１９とイン
ピーダンス素子１７とインピーダンス素子２０の直並列
回路を介して接地するように構成した電動機制御装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は入力電力を電力変換
する電力変換装置を介して電動機を可変速運転する電動
機制御装置に係り、特に電力変換装置の小形化とシステ
ムの保護性の向上及び運転信頼性の向上を図った電動機
制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本発明に関する電動機制御装置に応用さ
れる電力変換装置としては、例えば多レベルインバータ
（特開昭５５−４３９９６、ブリッジインバータ変換回
路とその変換方法）がある。この多レベルインバータ回
路には種々の方式があるが、ここでは本発明と対比して
理解しやすくするため、特開平６−１９７５４０（以下
第１の公知例と称する）に示される電力変換装置を引用
して説明する。図４は従来技術の多レベルインバータの
主回路例を示す図であり、図５は第１の公知例の電力変
換装置の主回路構成例を示す。図４において、１１は共
通のコンバータ、１１と１３はコンデンサ、１４は３レ
ベルインバータ回路で、直流入力端子Ｐ，Ｏ，Ｎ、及び
交流出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗを有し、各相はＧＴＯ（ゲート
ターンオフサイリスタ）やＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポ
ーラトランジスタ）などの半導体スイッチＳ１，Ｓ２，
Ｓ３，Ｓ４で構成し、出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗに図示しない
電動機を接続して電動機制御装置を構成する。この３レ
ベルインバータ回路１４の詳細な動作については、既に
前記引用文献などにより公知であるため、説明を省略す
るが、コンバータ１１の直流電圧は、直列接続されたコ
ンデンサ１２と１３で分圧され３レベルインバータ回路
１４の直流入力端子Ｐ，Ｏ，Ｎに加えられ、３レベルイ
ンバータ回路１４で交流電圧に変換され出力端子Ｕ，
Ｖ，Ｗより任意の周波数の交流電圧となって出力され
る。この時出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗには半導体スイッチＳ
１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の選択によって３レベルの電圧を
得るため、出力する交流電力に含まれる高調波成分が少
なく、電動機を安定に可変運転することができる。また
コンデンサ１２と１３で直流電圧が１／２づつに分割さ
れているため、半導体スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４
にはコンデンサ１２または１３の分電圧が印加され、半
導体スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は直接２個の半導
体スイッチを直列接続して使用する方式よりも電圧利用
率が向上するなどの特徴がある。

【０００３】図４の電力変換装置を使用した電動機制御
装置では、前記したような特徴が公知であるが、電力変
換装置や電動機制御装置の絶縁耐圧は、コンバータ１１
の直流電圧をベースに装置の絶縁設計を行うので半導体
スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４やコンデンサ１２，１
３などの主回路用品の電圧定格を大きくする必要があっ
た。この対策として、図５の第１の公知例が提案され
た。図５では直流中性点の直流入力端子０が直流電源１
５，１６の中性点となるように、コンバータ１１を直流
電源１５と１６に分割して直流中性点の直流入力端子０
をインピーダンス素子１７を介して接地極１８に接地し
ているので、電力変換装置の絶縁耐圧を図４の方式の約
半分に低減することができる。図５の方式による電動機
制御装置では直流中性点の直流入力端子０（以下直流中
性点とする）がインピーダンス素子１７によって接地さ
れているため、理想的な状態ではコンデンサ１２と１３
や３レベルインバータ回路１４の主回路部品に印加され
る電圧は、接地極１８との間で図４の方式の半分とな
り、これらの主回路部品は絶縁耐圧を低減することがで
き、部品の小形化による電力変換装置の絶縁距離の減少
を含めた小形化、軽量化などが可能となる特徴がある。

【０００４】電動機制御装置では、制御する電動機を高
速で可変速するため、電力変換装置の出力電圧の変化も
激しい特徴がある。また、入力電源と電力変換装置や、
電力変換装置と電動機の接続電線も長くなり、電力変換
装置自身や電動機の浮遊キャパシタンスに加えて、接続
電線の浮遊キャパシタンスも非常に大きくなる。特に大
容量の電動機を使用する電動機制御装置では、電力変換
装置が接地される電気室と、電動機が設置される負荷エ
リア間の距離が百メートル近くになる場合もあるので、
前記浮遊キャパシタンスは一層大きくなる傾向にある。
このように電動機制御装置の浮遊キャパシタンスが大き
いと、電動機制御装置の運転中にインピーダンス素子に
も大きな接地電流が流れる。このように大きな接地電流
が流れると次の問題があった。 （１）大きな接地電流が常時流れるとインピーダンス素
子に誘起される電圧も大きくなり、電力変換装置の主回
路部品の絶縁距離を大きくする必要があり、電力変換装
置のコスト上昇、大形化が必要となる。 （２）インピーダンス素子のインピーダンスを下げすぎ
ると、万一の接地事故時には非常に過大な事故電流が流
れ続けることになり、接地事故時の安全性が確保できな
くなる。

【０００５】（３）接地事故時に過大な接地電流が流れ
続けると、電動機制御装置をすぐに運転停止する必要が
あり、このシステムで操業していた負荷側では不良製品
などの２次損害が発生する。 このような従来技術の問題を解決する方法として、図６
に示す特開平６−８６５６３（第２の公知例）の電流変
換装置があり、また特開平７−１３５７８０（第３の公
知例）に示す電動機制御装置などがある。図６におい
て、１９はヒューズで、コンバータ１１の直流中性点Ｏ
をヒューズ１９あるいはヒューズ１９とインピーダンス
素子１７の並列回路で接地極１８に接地する方法であ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述の第３の公知例に
あっては、コンバータ１１と３レベルインバータ回路１
４とが１対１に対応する構成で電動機制御装置の構成が
比較的コンパクトな場合には有効な方法である。しか
し、図６に示すコンバータ１１が共通の直流電源とな
り、３レベルインバータ回路１４１，１４２が複数台設
けられ、共通のコンバータ１１より直流電力を３レベル
インバータ回路１４の分数台にそれぞれ入力するような
電動機制御装置では次の問題があった。 （１）一般に電動機制御装置の構成として、コンバータ
１１、複数台のそれぞれの３レベルインバータ回路１４
は、収納する盤が独立して設けられており、直流中性点
Ｏのラインも非常に長い回路構成が必要となっている。
このような大形の電動機制御装置では、常時流れる大き
な接地電流により、直流中性点Ｏのラインドロップも大
きくなり、各３レベルインバータ回路１４の接地電位も
大きく変動し、主回路部品の絶縁距離を大きくする必要
があり、電力変換装置のコスト上昇、大形化が必要とな
る問題を充分に解決できなかった。 （２）共通のコンバータ１１に複数台の３レベルインバ
ータ回路１４を接続する図６の如き電動機制御装置にお
いては、それぞれの３レベルインバータ回路１４は、点
検作業や事故調査などの理由で、コンバータ１１や他の
３レベルインバータ回路の主回路課電中（運転中）に主
回路切離しや主回路投入が行われる場合が多い。またコ
ンデンサ１２と１３はコンバータ１１や複数台の３レベ
ルインバータ回路１４に分割されて収納されているた
め、主回路切離し時に充電されたコンデンサ１２や１３
による接地電位の急上昇や、主回路投入時の主回路課電
中のコンバータ１１や３レベルインバータ回路１４の直
流中性点Ｏの電位急変などの問題があった。

【０００７】本発明は、前述の従来技術の欠点を除去す
るためになされたもので、コンバータにインバータが接
続される電動機制御装置において、直流中性点の対地電
位を安定化させ、電力変換装置の小形化、低コスト化を
実現することができる保護信頼性の高い電動機制御装置
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１に対応する発明は、交流電力を直流電力に
変換するコンバータと、前記コンバータにより変換され
た直流電力を交流電力に変換するインバータと、直流中
性点を有し前記コンバータと前記インバータとの間を接
続する直流中間回路と、前記直流中性点を接地するヒュ
ーズと該ヒューズと直列に接続された第１のインピーダ
ンス素子と前記ヒューズと並列に接続され前記第１のイ
ンピーダンス素子よりも大きな抵抗値を有する第２のイ
ンピーダンス素子とからなる接地手段と、を具備したこ
とを特徴とする電動機制御装置である。請求項１に対応
する発明によれば、直流中間回路の前記直流中性点を接
地するヒューズを流れる接地電流を制限するインピーダ
ンス素子を設けているので、ヒューズを流れる接地事故
電流はインピーダンス素子で制限されて抑制される。従
って、接地電位が上昇するのは、インピーダンス素子で
事故電流を抑制している短時間のみとなる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照して説明するが、図６と同一部分には同
一符号を付して説明する。 ＜第１の実施形態＞図１に示すように、複数の３レベル
インバータ回路１４の直流中性点Ｏを、それぞれヒュー
ズ１９とインピーダンス素子１７からなる並列回路を介
して接地極１８にそれぞれ接地し、またこれ以外に図６
と同様に共通のコンバータ１１の直流中性点Ｏのヒュー
ズ１９とインピーダンス素子１７からなる並列回路を介
して接地極１８に接地したものである。このようにヒュ
ーズ１９とインピーダンス素子１７からなる並列回路で
直流中性点Ｏを接地すると、入力電源と電力変換装置及
び電力変換装置と電動機間の接続電線が長く、またコン
バータ１１に多数台の３レベルインバータ回路１４が接
続されても、それぞれのコンバータ１１や３レベルイン
バータ回路１４の直流中性点Ｏが多点接地されており、
電力変換装置や電動機の浮遊キャパシタンスが大きくて
も、接地電流の大部分はヒューズ１９側を流れることに
なり、インピーダンス素子１７の両端の電位は定常時上
昇することがない。万一の接地事故時には、過大な事故
電流が流れるが、この事故電流によってヒューズ１９が
溶断して、インピーダンス素子１７を介して直流中性点
Ｏが接地されることになるため、事故電流はインピーダ
ンス素子１７で制限されて抑制される。従って接地電位
が上昇するのはインピーダンス素子１７で事故電流を抑
制している短時間のみとなる。

【００１０】このようにコンバータ１１および３レベル
インバータ回路１４の直流中性点Ｏをそれぞれ、ヒュー
ズ１９とインピーダンス素子１７からなる並列回路を介
して接地することによって、電動機制御装置の直流中性
点Ｏの電位は、定常運転中は接地極１８の電位に近づく
ため、直流電源１５，１６やコンデンサ１２，１３、３
レベルインバータ回路１４などの絶縁耐圧を接地電位の
上昇に対応して従来技術の如く増加させる必要がなくな
り、主回路部品を小形化することができ、電力変換装置
も絶縁距離を小さくできるから、電力変換装置も小形軽
量化でき、電動機制御装置を低コスト化することがで
き、過大な事故電流が流れ続けるのを防止する保護性も
大幅に向上する。電力変換装置の万一の接地事故時に、
過大な接地電流が流れ続けるのをヒューズ１９の溶断に
よって防止できるから、接地事故に対する保護信頼性が
向上できる。以上述べた第１の実施形態は、コンバータ
１１および３レベルインバータ回路１４の直流中性点Ｏ
を、それぞれヒューズ１９とインピーダンス素子１７か
らなる並列回路を介して接地する場合について説明した
が、これをインピーダンス素子１７を設けずヒューズ１
９のみ構成としても同様な効果が得られる。

【００１１】以上述べた第１の実施形態によれば、共通
のコンバータ１１に、複数台のインバータ１４を接続す
る電動機制御装置では、点検作業や事故調査のため、各
インバータ１４単位で共通のコンバータ１１の運転中に
主回路切離しや主回路投入の必要性があるが、複数台の
インバータ１４の直流中性点Ｏをヒューズ１９あるいは
ヒューズ１９とインピーダンス素子１７の並列回路、ま
たはインピーダンス素子１７のみで接地することによ
り、複数台インバータで構成される電動機制御装置の直
流中性点の電位変動を抑制し、接地事故に対する保護信
頼性向上と、運転信頼性を向上させことが可能となる。 ＜第２の実施形態＞図２に示すように、共通のコンバー
タ１１の直流中性点Ｏをヒューズ１９とインピーダンス
素子１７の並列回路を介して接地し、かつ複数台の３レ
ベルインバータ回路１４の直流中性点Ｏをそれぞれイン
ピーダンス素子１７を介して接地極１８に接地するよう
に構成したものである。図２の如く構成することによっ
て、前述の実施形態と同様に電力変換装置や電動機の浮
遊キャパシタンスが大きくても、それぞれの３レベルイ
ンバータ回路１４の直流中性点Ｏがインピーダンス素子
１７によって接地される結果、接地電位が安定化でき
る。

【００１２】また、図２の如く多数台の３レベルインバ
ータ回路１４が共通のコンバータ１１に接続される電動
機制御装置では、それぞれの３レベルインバータ回路１
４は、点検作業や事故調査などの理由で、コンバータ１
１や他の３レベルインバータ回路１４の主回路運転中
に、主回路切離しや主回路投入が行われる場合がある。
このような操作が行われても、それぞれの３レベルイン
バータ回路１４の直流中性点Ｏがインピーダンス素子１
７によって接地されているため、主回路切離し時に充電
されたコンデンサ１２と１３の電荷による接地電位の急
上昇や、主回路投入時に他の主回路課電中の３レベルイ
ンバータ回路１４やコンバータ１１の直流中性点Ｏが電
位的に急変するのを防止することができる。この結果電
力変換装置も小形軽量化でき、電動機制御装置を低コス
ト化でき、複数台の３レベルインバータ回路１４を共通
のコンバータ１１に接続した電動機制御装置を実用化で
きる。以上述べた第２の実施形態は、コンバータ１１の
直流中性点Ｏを、ヒューズ１９とインピーダンス素子１
７からなる並列回路を介して接地する場合について説明
したが、これをインピーダンス素子１７を設けずヒュー
ズ１９のみ構成としても同様な効果が得られる。

【００１３】以上述べた第２の実施形態によれば、共通
のコンバータ１１に、複数台のインバータ１４を接続す
る電動機制御装置では、点検作業や事故調査のため、各
インバータ１４単位で共通のコンバータ１１の運転中に
主回路切離しや主回路投入の必要性があるが、複数台の
インバータ１４の直流中性点Ｏを、インピーダンス素子
１７のみで接地することにより、複数台インバータで構
成される電動機制御装置の直流中性点の電位変動を抑制
し、接地事故に対する保護信頼性向上と、運転信頼性を
向上させことが可能となる。 ＜第３の実施形態＞図３に示すように、複数台の３レベ
ルインバータ回路１４の直流中性点Ｏのみを、それぞれ
ヒューズ１９と抵抗２０を直列接続し、かつこれにイン
ピーダンス素子１９を並列した回路を介して接地極１８
に接地したものである。この場合、ヒューズ１９に直列
に接続されている抵抗２０は、事故時の電流を抑制する
目的のために挿入されている。このように構成すること
により、共通のコンバータ１１の直流中性点Ｏは直接接
地されないが、各３レベルインバータ回路１４側でヒュ
ーズ１９とインピーダンス素子１７の並列回路を介した
多点接地が行われているため、前述の第２の実形態と同
様の効果を得ることができる。

【００１４】以上述べた第３の実施形態は、３レベルイ
ンバータ回路１４の直流中性点Ｏを、抵抗２０を直列接
続したヒューズ１９とインピーダンス素子１７からなる
並列回路を介して接地する場合について説明したが、こ
れをインピーダンス素子１７と抵抗２０、あるいはイン
ピーダンス素子１７を設けずヒューズ１９のみの構成と
しても同様な効果が得られる。以上述べた第３の実施形
態によれば、共通のコンバータ１１に、複数台のインバ
ータ１４を接続する電動機制御装置では、点検作業や事
故調査のため、各インバータ１４単位で共通のコンバー
タ１１の運転中に主回路切離しや主回路投入の必要性が
あるが、複数台のインバータ１４の直流中性点Ｏをヒュ
ーズ１９あるいはヒューズ１９とインピーダンス素子１
７の並列回路で接地することにより、複数台インバータ
で構成される電動機制御装置の直流中性点の電位変動を
抑制し、接地事故に対する保護信頼性向上と、運転信頼
性を向上させことが可能となる。 ＜変形例＞その他、本発明の実施形態では直流中性点Ｏ
を理解しやすくするため、図４に示す３レベルインバー
タ回路１４に適用した場合について説明したが、本発明
はこれに限らず直流電力を交流電力に変換するインバー
タ回路は種々の方式が公知であり、このような回路であ
っても同様な効果が得られる。その他、本発明の要旨を
変更しない範囲において、種々の設計変更を行って実施
できるものである。

【００１５】

【発明の効果】本発明によれば、コンバータにインバー
タが接続される電動機制御装置において、直流中性点の
対地電位を安定化させ、電力変換装置の小形化、低コス
ト化を実現することができる保護信頼性の高い電動機制
御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電動機制御装置の第１の実施形態を示
す要部構成図。

【図２】本発明の電動機制御装置の第２の実施形態を示
す要部構成図。

【図３】本発明の電動機制御装置の第３の実施形態を示
す要部構成図。

【図４】従来の電動機制御装置の電力変換装置の構成
図。

【図５】従来の電動機制御装置の第１の例を示す要部構
成図。

【図６】従来の電動機制御装置の第２の例を示す要部構
成図。

【符号の説明】

１１...共通のコンバータ、 １２，１３...コンデンサ、 １４...３レベルインバータ回路、 １５，１６...直流電源 １７...インピーダンス素子、 １８...接地極、 １９...ヒューズ、 ２０...抵抗。

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
   タと、 前記コンバータにより変換された直流電力を交流電力に
   変換するインバータと、 直流中性点を有し前記コンバータと前記インバータとの
   間を接続する直流中間回路と、 前記直流中性点を接地するヒューズと該ヒューズと直列
   に接続された第１のインピーダンス素子と前記ヒューズ
   と並列に接続され前記第１のインピーダンス素子よりも
   大きな抵抗値を有する第２のインピーダンス素子とから
   なる接地手段と、 を具備したことを特徴とする電動機制御装置。