JP2003070292A - 交流機の制御装置 - Google Patents

交流機の制御装置

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JP2003070292A
JP2003070292A JP2001259123A JP2001259123A JP2003070292A JP 2003070292 A JP2003070292 A JP 2003070292A JP 2001259123 A JP2001259123 A JP 2001259123A JP 2001259123 A JP2001259123 A JP 2001259123A JP 2003070292 A JP2003070292 A JP 2003070292A
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capacitor
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Yoshitoshi Akita
佳稔 秋田
Toshiaki Okuyama
俊昭 奥山
Koichiro Nagata
浩一郎 永田
Shigetoshi Okamatsu
茂俊 岡松
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Hitachi Ltd
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    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
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    • H02M1/36—Means for starting or stopping converters

Abstract

(57)【要約】 【課題】交流機と変換器の間にコンデンサを接続し力率
改善するシステムにおいて、インバータ停止時に、交流
機とコンデンサ間の自励現象により過電圧が生じても、
安定に再起動し、運転を継続できる交流機の制御装置を
提供する。 【解決手段】前記課題を解決するため、本発明に係る制
御装置は、インバータの動作を停止後、再起動する際に
おいて、インバータの直流電圧Ｖｄｃが運転時の動作電
圧まで低下した後に、インバータのスイッチングを開始
する操作を行うことで、システムを停止させることなく
安定に再起動するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力変換器の出力
向上のため、交流機と電力変換器の間に、交流機と並列
にコンデンサを接続して力率改善する制御装置に係り、
特に運転中に電力変換器の動作を停止し、その後再起動
し運転を継続するときに好適な制御装置に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】図８に交流機と電力変換器の間に、交流
機と並列にコンデンサを接続して力率改善する従来技術
の回路構成図を示す。図８において、１は交流機、２は
交流電源、３は交流電源２の交流を直流に変換する順変
換器（ダイオード整流器またはコンバータ）、４は前記
順変換器３により変換された直流を平滑する平滑コンデ
ンサであり、５は前記順変換器３により変換された直流
を交流に変換する逆変換器（インバータ）である。図８
において、６は交流機１とインバータ５の間に力率を改
善するために接続された力率改善コンデンサ、７はイン
バータ５によって発生するリップル電流がコンデンサ６
に流入することを抑制するために接続されたリアクトル
である。そして、８はインバータ５の出力電圧を操作し
て交流機１を制御する制御器である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術を用いる
ことにより、力率改善を行うことでインバータ出力を向
上できる。しかし、コンデンサを接続した場合、その容
量にもよるがインバータの動作を停止した時に、コンデ
ンサと交流機との間に自励現象を生じ、過励磁（過電
圧）が発生する恐れがある。また、従来技術では過電圧
が発生した場合、素子保護するために異常と判断し、シ
ステムを停止させる動作を行っており、前記コンデンサ
を接続したことによる過電圧でシステム停止が生じ信頼
性が損なわれる恐れがあった。
【０００４】本発明の目的は、前記従来技術の問題点を
解消し、コンデンサを接続した際の過電圧が発生した場
合においても、システムを停止することなく再起動し、
運転を継続できる交流機の制御装置を提供することにあ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明に係る交流機の制御装置は、インバータの動
作を停止後、再起動し運転を継続する際に、インバータ
の直流電圧(図８のＶdc)検出値が運転時の動作電圧まで
低下した後に、インバータのスイッチングを開始し、再
起動する。
【０００６】本発明の交流機の制御装置は、交流機と電
力変換器との間に、交流機と並列にコンデンサを接続し
て力率改善する交流機の制御装置であって、運転中の前
記電力変換器の動作を停止し、その後前記電力変換器を
再起動して運転を継続する際に、前記電力変換器の直流
電圧検出値が運転時の動作電圧まで低下した後に再起動
する。
【０００７】本発明の交流機の制御装置は、交流機と電
力変換器との間に、交流機と並列にコンデンサを接続し
て力率改善する交流機の制御装置であって、運転中の前
記電力変換器の動作を停止し、その後前記電力変換器を
再起動して運転を継続する際に、前記交流機の電圧値
が、その上昇最大電圧より低下した時点から、所定時間
を経過後に再起動する。
【０００８】本発明の交流機の制御装置は、交流機と電
力変換器との間に、交流機と並列にコンデンサを接続し
て力率改善する交流機の制御装置であって、運転中の前
記電力変換器の動作を停止し、その後前記電力変換器を
再起動して運転を継続する際に、前記交流機の電圧値
が、通常運転電圧まで低下した後に再起動する。
【０００９】本発明の交流機の制御装置は、交流機と電
力変換器との間に、交流機と並列にコンデンサを接続し
て力率改善する交流機の制御装置であって、運転中の前
記電力変換器の動作を停止し、その後前記電力変換器を
再起動して運転を継続する際に、前記交流機の速度検出
値が所定値まで低下した時点から、所定時間を経過後に
再起動する。
【００１０】本発明の交流機の制御装置は、交流機と電
力変換器との間に、交流機と並列にコンデンサを接続し
て力率改善する交流機の制御装置であって、運転中変換
器の動作を停止し、その後再起動し運転を継続する際
に、交流機の速度検出値が所定値まで低下した後に再起
動する。
【００１１】
【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。
【００１２】（実施例１）図１に本発明の一実施例であ
る交流機の制御装置の構成を示す。なお、図１において
図８と同一の構成要素には同一の符号を付してある。
【００１３】図１において、９は電圧検出器で前記平滑
コンデンサ４の端子間電圧を検出し出力する。１０は放
電抵抗器で前記平滑コンデンサ４に蓄積された電荷を放
電し、直流電圧を低下させるために接続される。２１は
制御信号生成器で前記インバータ５の制御信号を出力す
る。２２は停止信号生成器で前記インバータ５の動作を
停止する信号を出力する。２３は切替器で、前記制御信
号生成器２１より出力される信号と前記停止信号生成器
２２より出力される信号を切替えて、前記インバータ５
に出力する。２４は設定器でインバータ５のスイッチン
グ素子が動作している時の直流電圧値が設定される。２
５は切替信号生成器で、電圧検出器９より出力される信
号と設定器２４より出力される信号が入力され、この信
号に基づき前記切替器２３の切替信号を出力する。
【００１４】次に本実施例の交流機の制御装置の動作に
ついて図２を用いて説明する。図２は運転中のインバー
タ５を停止させ、その後再起動する際の平滑コンデンサ
４の端子電圧である直流電圧Ｖｄｃの動きを示す。イン
バータ５の動作を運転中に停止させた場合、力率改善コ
ンデンサ６と交流機１との間に自励現象が発生して交流
機１が過励磁となり、交流機１の端子電圧が上昇し過電
圧状態となる。この時、平滑コンデンサ４の端子電圧で
ある直流電圧も図２に示すように交流機の端子電圧に比
例して上昇する。ここで、この過電圧が発生し上昇する
電圧幅は力率改善コンデンサ６の容量に関係する。交流
機１の無効電流を補償するコンデンサ電流を大きくする
ことで力率改善効果を大きくできたが、コンデンサ電流
を交流機の励磁電流以上流した場合は、インバータ５を
停止した際に、コンデンサ電流と励磁電流の差分電流が
過励磁分として誘導機に流れ込み、過電圧を生じる恐れ
がある。
【００１５】インバータ５のスイッチング素子の耐圧
は、通常非スイッチング時はスイッチング時に比べて高
いため、停止中の過電圧に対しては問題が無い。しか
し、インバータ５の動作を停止後、直流電圧が上昇した
状態で再起動した場合、スイッチング時の動作電圧を超
えている恐れがある。
【００１６】本実施例では、図１に示すように、電圧検
出器９で検出した直流電圧Ｖｄｃ値と、設定器２４で設
定したスイッチング動作時の直流電圧値とを、切替信号
生成器２５で比較し、図２に示すように設定値まで低下
した時点で切替信号生成器２５が切替信号を出力し、切
替器２３の出力を、停止信号生成器２２の出力信号から
制御信号生成器２１の出力信号に切替えて再起動する。
【００１７】このように本実施例によれば、交流機と電
力変換器の間に、交流機１と並列に力率改善コンデンサ
６を接続したシステムで、インバータ５の動作を停止し
た時に自励現象により直流電圧に過電圧が発生しても、
直流電圧がスイッチング動作時の電圧まで低下した時点
で再起動させるので、システムを停止させることなく交
流機１を継続して運転できる。
【００１８】（実施例２）図３に本実施例を示す。な
お、図３では、交流機１の電圧検出値を用いて切替器２
３を操作する点が図１とは異なる。符号１１は電圧検出
器であって、前記交流機１の電圧を検出し出力する。２
４は設定器で過電圧時のピーク値または通常運転時の電
圧値が設定される。２６は遅れ量設定器で切替信号生成
器２５より出力される切替信号に対して、設定された遅
れ時間経過後に、前記切替信号を切替器２３に出力す
る。
【００１９】次に本実施例に係る動作について図４を用
いて説明する。図４は運転中のインバータ５を停止さ
せ、その後再起動する時の平滑コンデンサ４の端子電圧
である直流電圧Ｖｄｃと電圧検出器１１により検出され
る交流機１の端子電圧の動きとを示す。実施例１で述べ
たように力率改善コンデンサ６を接続した場合、インバ
ータ５の動作を運転中に停止させた時、力率改善コンデ
ンサ６と交流機１との間に起きる自励現象により交流機
１の端子電圧が、図４に示すように上昇し過電圧状態と
なり、平滑コンデンサ４の端子電圧である直流電圧も交
流機１の端子電圧に比例して上昇する。この時、インバ
ータ５の動作を停止後、直流電圧が上昇した状態で再起
動した場合、スイッチング時の動作電圧を超えている恐
れがある。
【００２０】そこで本実施例では、図３に示すように、
電圧検出器１１で検出した交流機１の端子電圧値と、設
定器２４で設定した値とを、切替信号生成器２５で比較
し、設定値以下となった時点で切替信号を出力する。そ
して、さらに遅れ量設定器２６で設定された遅れを経過
した時点で切替信号を切替器２３に出力し、切替器２３
の出力を、停止信号生成器２２の出力信号から制御信号
生成器２１の出力信号に切替えて再起動する。
【００２１】ここで、設定器２４の設定値と遅れ量設定
器２６の設定値とについて述べる。停止時の直流電圧の
過電圧ピーク値は、交流機１の過電圧ピーク値であり、
外部負荷等で速度が低下することにより交流機１の電圧
が過電圧ピーク値より下がった時点から、直流電圧が放
電抵抗器１０と平滑コンデンサ４とに依存する放電時定
数で低下する。従って、インバータ５停止後の交流機１
の端子電圧を逐次設定器２４に記録し、交流機１の端子
電圧が前回記録値に対し低下した時点で切替信号を出力
する。遅れ量は、前記過電圧ピーク値とスイッチング動
作時の直流電圧値との差分電圧と、放電時定数とから計
算した遅れ量を設定すれば良い。
【００２２】なお、交流機１の端子電圧の低下時定数が
放電時定数よりも遅い場合は、交流機１の端子電圧と直
流電圧は同様に低下しているので、この場合は設定器２
４に通常運転時の電圧値を設定し、電圧検出器１１の出
力値と比較し、設定値以下となった時点で再起動すれば
良く、遅れ量設定器２６には零を設定すれば良い。この
ように本実施例によれば、実施例１と同様に、システム
を停止させることなく交流機を継続して運転できる。
【００２３】（実施例３）図５に本実施例を示す。な
お、図５では交流機１の速度検出値を用いて切替器２３
を操作する点が図３とは異なる。１２は速度検出器で前
記交流機１の速度を検出し出力する。
【００２４】次に本実施例の動作について図６を用いて
説明する。図６は運転中のインバータ５を停止させ、そ
の後再起動する場合の平滑コンデンサ４の端子電圧であ
る直流電圧Ｖｄｃと交流機１の端子電圧と速度検出器１
２により検出される交流機１の速度とを示す。
【００２５】実施例１で述べたように力率改善コンデン
サ６を接続した場合、インバータ５の動作を運転中に停
止させた時、力率改善コンデンサ６と交流機１の間に起
きる自励現象により交流機１の端子電圧が、図６に示す
ように上昇し過電圧状態となり、平滑コンデンサ４の端
子電圧である直流電圧も交流機１の端子電圧に比例して
上昇する。この時、インバータ５の動作を停止後、直流
電圧が上昇した状態で再起動した場合、スイッチング時
の動作電圧を超えている恐れがある。
【００２６】本実施例では、交流機１の電圧が速度に比
例することから、図５に示すように、速度検出器１２で
検出した交流機１の速度と、設定器２４で設定した値と
を、切替信号生成器２５で比較し、設定値以下となった
時点で切替信号を出力する。そして、さらに遅れ量設定
器２６で設定された遅れを経過した時点で切替信号を切
替器２３に出力し、切替器２３の出力を、停止信号生成
器２２の出力信号から制御信号生成器２１の出力信号に
切替えて再起動する。
【００２７】本実施例の設定器２４の設定値と遅れ設定
器２６の設定値とについて述べる。停止時の直流電圧の
過電圧ピーク値は、交流機１の過電圧ピーク値であり、
外部負荷等による速度低下に比例して交流機１の電圧は
低下し、その電圧が過電圧ピーク値より下がった時点か
ら、直流電圧は放電抵抗器１０と平滑コンデンサ４に依
存する放電時定数で低下する。過励磁による電圧上昇と
速度低下による電圧低下とが同時に生じているため、速
度検出値では電圧ピークの時点を把握できない。従っ
て、運転中の電流状態から過電圧（過励磁）ピーク値を
推測し、その電圧上昇分を速度低下で相殺できる速度を
設定器２４に設定する。遅れ量は、前記過電圧ピーク値
の推定値とスイッチング動作時の直流電圧値との差分電
圧と放電時定数とから計算した遅れ量を設定すれば良
い。
【００２８】なお、交流機速度の低下時定数が放電時定
数よりも遅い場合は、交流機１の速度と端子電圧は比例
して低下し、その電圧と直流電圧は同様に低下していく
ため、この時は速度検出器１２の出力値と、前記設定器
２４で設定した速度を比較し、設定値以下となった時点
で再起動すれば良い。この時、遅れ量設定器２６には零
を設定すれば良い。このように本実施例によれば、実施
例１と同様に、システムを停止させることなく交流機を
継続して運転できる。
【００２９】（実施例４）図７に示す本実施例は、図３
に示した実施例２の制御装置をポンプおよびファン駆動
システムに適用した。図７において３１は交流機１の負
荷として接続されているポンプまたはファンシステムで
ある。
【００３０】本実施例において、力率改善コンデンサ６
に流れる電流Ｉｃは交流機１の周波数ω１，コンデンサ
容量Ｃ，交流機電圧Ｖ１に比例するため、Ｖ１∝ω１の
条件では、ω１の２乗に比例する。従って、定格点にて
力率改善を行った場合、低速になるに従い、力率改善コ
ンデンサ６に流れる電流は小さくなるため力率改善効果
が弱まる。しかし、ポンプ，ファン等の２乗逓減負荷を
駆動するシステムでは、低速において力率が悪くなるこ
とによる無効分の増加以上に有効分が低下するため、変
換器出力としての問題は生じない。
【００３１】なお、図７のシステムには図３の制御装置
を適用しているが、図１または図５に示した制御装置を
用いても同様の効果を得ることができる。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の交流機の
制御装置によれば、インバータ停止時に交流機と電力変
換器の間に接続した力率改善コンデンサと交流機間の自
励現象により過電圧が生じても、システムを停止させる
ことなく安定に再起動を行い、交流機を継続して運転で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の交流機の制御装置の構成図。
【図２】実施例１の動作を説明する直流電圧波形。
【図３】実施例２の交流機の制御装置の構成図。
【図４】実施例２の動作を説明する直流電圧と交流機電
圧波形。
【図５】実施例３の交流機の制御装置の構成図。
【図６】実施例３の動作を説明する直流電圧と交流機電
圧および速度波形。
【図７】実施例４の構成図。
【図８】従来技術の交流機の制御装置の構成図。
【符号の説明】
１…交流機、２…交流電源、３…順変換器、４…平滑コ
ンデンサ、５…逆変換器（インバータ）、６…力率改善
コンデンサ、７…リアクトル、８…制御器、９…電圧検
出器、１０…放電抵抗器、１１…電圧検出器、１２…速
度検出器、２１…制御信号生成器、２２…停止信号生成
器、２３…切替器、２４…設定器、２５…切替信号生成
器、２６…遅れ量設定器、３１…交流機１の負荷として
接続されているポンプまたはファンシステム。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永田 浩一郎 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 岡松 茂俊 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所情報制御システム事業部 内 Ｆターム(参考） 5H530 AA05 BB05 BB35 CC26 DD03 DD04 EE05 EF04 5H576 AA05 AA08 BB01 CC05 DD02 DD04 EE22 FF01 HB01 LL01 LL24 MM13

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】交流機と電力変換器との間に、交流機と並
    列にコンデンサを接続して力率改善する交流機の制御装
    置において、 運転中の前記電力変換器の動作を停止し、その後前記電
    力変換器を再起動して運転を継続する際に、前記電力変
    換器の直流電圧検出値が運転時の動作電圧まで低下した
    後に再起動することを特徴とする交流機の制御装置。
  2. 【請求項２】交流機と電力変換器との間に、交流機と並
    列にコンデンサを接続して力率改善する交流機の制御装
    置において、 運転中の前記電力変換器の動作を停止し、その後前記電
    力変換器を再起動して運転を継続する際に、前記交流機
    の電圧値が、その上昇最大電圧より低下した時点から、
    所定時間を経過後に再起動することを特徴とする交流機
    の制御装置。
  3. 【請求項３】交流機と電力変換器との間に、交流機と並
    列にコンデンサを接続して力率改善する交流機の制御装
    置において、 運転中の前記電力変換器の動作を停止し、その後前記電
    力変換器を再起動して運転を継続する際に、前記交流機
    の電圧値が、通常運転電圧まで低下した後に再起動する
    ことを特徴とする交流機の制御装置。
  4. 【請求項４】交流機と電力変換器との間に、交流機と並
    列にコンデンサを接続して力率改善する交流機の制御装
    置において、 運転中の前記電力変換器の動作を停止し、その後前記電
    力変換器を再起動して運転を継続する際に、前記交流機
    の速度検出値が所定値まで低下した時点から、所定時間
    を経過後に再起動することを特徴とする交流機の制御装
    置。
  5. 【請求項５】交流機と電力変換器の間に、交流機と並列
    にコンデンサを接続して力率改善するシステムにおい
    て、運転中変換器の動作を停止し、その後再起動し運転
    を継続する際に、交流機の速度検出値が所定値まで低下
    した後に再起動することを特徴とする交流機の制御装
    置。
  6. 【請求項６】請求項１から５のいずれかに記載の制御装
    置において、前記コンデンサに流れる電流が交流機の励
    磁電流以上となる静電容量のコンデンサを接続すること
    を特徴とする交流機の制御装置。
  7. 【請求項７】請求項１から５記載のいずれかに記載の制
    御装置を用いたことを特徴とするファン，ポンプ駆動シ
    ステム。
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