JP2003230293A - 誘導機駆動用インバータ装置 - Google Patents

誘導機駆動用インバータ装置

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JP2003230293A
JP2003230293A JP2002022332A JP2002022332A JP2003230293A JP 2003230293 A JP2003230293 A JP 2003230293A JP 2002022332 A JP2002022332 A JP 2002022332A JP 2002022332 A JP2002022332 A JP 2002022332A JP 2003230293 A JP2003230293 A JP 2003230293A
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康 松本
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 インバータの出力をフィルタ回路を介して誘
導電動機に供給して、誘導電動機を駆動する場合に、停
止制御後の再起動を安全且つ確実に行う。 【解決手段】インバータ2の出力端子t01及びt02にリ
アクトル4及びコンデンサ5で構成されるフィルタ回路
6を介して誘導電動機3を接続し、インバータ2を構成
するスイッチング素子Q1〜Q4に制御回路7から制御
パルス信号G1〜G4を供給することにより、誘導電動
機の駆動制御を行う。誘導電動機3を運転中に停止指令
が制御回路7に入力されたとき、電圧絞込処理部12で
減衰係数Kを“0”まで徐々に小さくし、乗算器11の
出力電圧指令V1* を徐々に小さくして、インバータの
出力電圧V1を徐々に“0”まで減少させて、誘導電動
機2で発電される発電電力を直流電源1側に回生させ、
誘導電動機3内部の磁束を“0”とし、発電動作を抑制
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、誘導電動機を駆動
する誘導機駆動用インバータ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の誘導機駆動用インバータ装置とし
ては、例えば図7に示す構成のインバータ装置が提案さ
れている。このインバータ装置は、直流電源1に4つの
トランジスタ等の半導体スイッチング素子をHブリッジ
状に接続したインバータ2と、このインバータ2の出力
端子tO1及びtO2に接続された単相誘導電動機3と、出
力端子tO1及びtO2と単相誘導電動機3との間に接続さ
れたリアクトル4及びコンデンサ5とで構成されるフィ
ルタ回路6とで構成されている。
【0003】インバータ2は、直流電源1に直列に接続
された2つのスイッチング素子Q1及びQ2と、これら
スイッチング素子Q1及びQ2と並列に接続された2つ
のスイッチング素子Q3及びQ4と、こさらスイッチン
グ素子Q1〜Q4に夫々逆並列に接続されたダイオード
D1〜D4とを有し、スイッチング素子Q1及びQ2の
接続点から出力端子tO1が導出され、スイッチング素子
Q3及びQ4の接続点から出力端子tO2が導出された構
成を有する。
【0004】そして、インバータ2の各スイッチング素
子Q1〜Q4のゲートに、これらスイッチング素子Q1
〜Q4をオン・オフ制御する制御パルス信号G1〜G4
が制御回路7から供給される。ここで、制御回路7は、
運転処理部8と制御パルス生成部9とで構成されてい
る。運転処理部8に運転指令が入力されると、運転処理
部8から“0”から定格電圧指令値まである期間をかけ
て増加する出力電圧指令値V0* を制御パルス生成部9
に出力する。制御パルス生成部9は、入力される出力電
圧指令V0* に基づき制御パルス信号G1〜G4を生成
し、これをインバータ2に出力する。また、運転処理部
8に停止指令が入力されると、運転処理部8から制御パ
ルス生成部9に対して停止信号POFF を出力する。制御
パルス生成部9は、停止信号POFF が入力されると、制
御パルス信号G1〜G4を全てオフレベルで出力し、イ
ンバータ2を停止させる。
【0005】この制御パルス生成部9から出力される制
御パルス信号G1及びG2は両者がオフする所謂デット
タイムを挟んで交互にオン状態に制御され、同様に制御
パルスG3及びG4も両者がオフするデッドタイムを挟
んで交互にオン状態に制御される。したがって、制御パ
ルス信号G1及びG4がオン状態であるときにインバー
タ出力V1に正の電圧+Vdが、制御パルス信号G2及
びG3がオン状態であるときにインバータ出力V1に負
の電圧−Vdが、これら以外のときにインバータ出力V
1に0Vが出力される。
【0006】この結果、インバータ2に制御回路7から
図8(a)〜(d)に示す制御パルス信号G1〜G4を
供給することにより、インバータ2の出力電圧V1は図
8(d)に示すように正負のパルス信号が出力され、こ
れがフィルタ回路6に供給されて、図8(f)に示すよ
うに滑らかな交流電流I1に変換されることにより、単
相交流誘導機3の端子電圧Voは図8(g)に示すよう
に単相交流電圧となる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の誘導機駆動用インバータ装置にあっては、インバー
タ2を停止させると、電動機として動作していた誘導機
が発電機として動作する。この状態でインバータ2を再
起動すると、誘導機の発電電圧とインバータの出力電圧
の電位差により、インバータ2に過大な電流が流れ、装
置が異常停止するか最悪の場合は装置が破損するという
未解決の課題がある。
【0008】そこで、本発明は、上記従来例の未解決の
課題に着目してなされたものであり、インバータを停止
状態とした後に再起動したときに、安全且つ確実にイン
バータを再起動するとこができる誘導機駆動用インバー
タ装置を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に係る誘導機駆動用インバータ装置は、誘
導電動機に交流電圧を供給するインバータと、該インバ
ータ及び誘導電動機間に介挿されたコンデンサを含むフ
ィルタ回路と、前記インバータの出力電圧を制御する制
御回路とを備えた誘導機駆動用インバータ装置におい
て、前記制御回路は、前記インバータを停止させる際
に、当該インバータの出力電圧を零ボルトに絞り込む電
圧絞込手段を備えていることを特徴としている。
【0010】この請求項1に係る発明では、誘導機の発
電動作は、誘導機負荷の回転エネルギと誘導機内部の磁
束との作用によりなされ、これらの何れか一方でもなく
なると、誘導機は発電動作しないことに着目したもので
あり、インバータが停止した際に、電動機として動作し
ていた誘導機が発電機として動作するが、インバータの
出力側にフィルタコンデンサと誘導機とが並列に接続さ
れている場合、誘導機から流れ出る発電電流即ち固定子
電流は、インバータの出力端に接続されたフィルタコン
デンサにのみ流れるため、発電動作する誘導機にとって
無効電流となる。このため、固定子電流は速やかに減衰
せず、固定子電流が誘導機内部に作る磁束と誘導機負荷
の回転エネルギの作用により発電動作が継続し、誘導機
の誘起電圧が速やかに減衰しない。
【0011】この誘導機の誘起電圧を速やかに減衰させ
るには、インバータ停止時に誘導機内部の磁束を“0”
即ち誘導機端子電圧を0Vとすることが有効であり、イ
ンバータ装置を停止させる前に、電圧絞込手段で、イン
バータ出力電圧を0Vまで絞り込み、発電電圧とインバ
ータ出力電圧の電位差により、発電電力を直流電圧源に
回生することで可能となる。
【0012】また、請求項2に係る誘導機駆動用インバ
ータ装置は、誘導電動機に交流電圧を供給するインバー
タと、該インバータ及び誘導電動機間に介挿されたコン
デンサを含むフィルタ回路と、前記インバータの出力電
圧を制御する制御回路とを備えた誘導機駆動用インバー
タ装置において、前記制御回路は、前記インバータを停
止させる際に、当該インバータの出力電圧を零ボルトに
絞り込む電圧絞込手段と、該電圧絞込手段で出力電圧の
絞り込みが終了した時点で前記インバータ出力を短絡さ
せる短絡処理手段とを備えていることを特徴としてい
る。
【0013】この請求項2に係る発明では、インバータ
の停止時に、短絡処理手段でインバータの出力を短絡
し、誘導機の発電電力をインバータの主回路の抵抗成分
で消費させることにより、誘導機の誘起電圧を速やかに
減衰させることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
について説明する。図1は本発明の第1の実施形態を示
すブロック図であり、前述した従来例と同様に、直流電
源1に4つの半導体スイッチング素子Q1〜Q4でHブ
リッジを構成したインバータ2が接続され、このインバ
ータ2の出力端子t01及びt02にフィルタ回路6を介し
て単相誘導電動機3が接続されている。
【0015】本実施形態では、インバータ2を制御する
制御回路7が図1に示すように、運転指令及び停止指令
が入力される運転処理部8と制御パルス生成部9とを有
する他、運転処理部8から出力ささる出力電圧指令V0
* に減衰係数Kを乗算した乗算値を制御パルス生成部9
に供給する乗算器11と、運転処理部8から出力される
停止信号POFF が入力され、この停止信号POFF がオフ
状態であるときに減衰係数Kを“1”に設定して乗算器
11に出力し、停止信号POFF がオン状態であるときに
減衰係数Kを“1”から“0”まで徐々に低下させ、減
衰係数Kが“0”となったときに、パルスオフ指令P
OFF1を制御パルス生成部9に出力する電圧絞込部12と
を備えている。
【0016】電圧絞込部12は、例えば図2に示す電圧
絞込処理を所定時間毎にタイマ割込処理として実行す
る。この電圧絞込処理は、先ず、ステップS1で、運転
処理部8から出力される停止信号POFF がオン状態であ
るか否かを判定し、これがオフ状態であるときにはステ
ップS2に移行して、減衰係数Kを“1”に設定し、次
いでステップS3に移行して、設定した減衰係数Kを乗
算器11に出力してからタイマ割込処理を終了して所定
のメインプログラムに復帰する。
【0017】また、ステップS1の判定結果が、停止信
号POFF が状態であるときには、ステップS4に移行し
て、現在の減衰係数Kから予め設定した減少量ΔKを減
算した値を新たな減衰係数Kとして算出してからステッ
プS5に移行し、減衰係数Kが“0”となったか否かを
判定し、K>0であるときにはそのまま前記ステップS
3に移行し、K=0であるときにはステップS6に移行
して、制御パルス生成部9に対して停止信号POFF1を出
力してからステップS3に移行する。
【0018】次に、上記第1の実施形態の動作を説明す
る。制御回路7の運転処理部8に運転指令が入力されて
いるときには、この運転処理部8から運転指令に応じた
出力電圧指令V0* が乗算器11に出力され、停止信号
OFF がオフ状態に制御されることにより、電圧絞込部
12でステップS1からステップS2に移行することに
より、減衰係数Kが“1”に設定され、これがステップ
S3で乗算器11に出力される。
【0019】このため、乗算器11では、出力電圧指令
V0* に“1”の減衰係数Kを乗算することにより、出
力電圧指令V0* と等しい出力電圧指令V1* を制御パ
ルス生成部9に出力することにより、この制御パルス生
成部9から前述した従来例と同様に図3(a)〜(d)
に示す制御パルス信号G1〜G4を生成し、これらをイ
ンバータ2の各半導体スイッチング素子Q1〜Q4に出
力する。
【0020】このため、インバータ2の出力端子t01
びtO2から図3(e)に示す出力電圧V1が出力され、
これがフィルタ回路6に供給されることにより、図3
(f)に示す滑らかな交流電流I1が形成され、これが
フィルタ用コンデンサ5と単相誘導電動機3とに分流さ
れる。これにより、単相誘導電動機3の端子電圧V0は
図3(g)に示すように交流電流I1より位相が進んだ
交流電圧となり、単相電動機3が回転駆動される。
【0021】この状態から、時点t1で、運転処理部8
に停止指令が入力されると、この運転処理部8からオン
状態の停止信号POFF が電圧絞込処理部12に出力され
る。この電圧絞込処理部12では、停止信号POFF がオ
ン状態となることにより、ステップS1からステップS
4に移行して、減衰係数Kが減少量ΔKだけ減少された
新たな減衰係数Kが算出され、これが乗算器11に出力
されることにより、この乗算器11で運転処理部8から
出力される出力電圧指令V0* に減衰係数Kを乗算する
ことにより、出力電圧指令V0* より小さい値の出力電
圧指令V1* を算出し、これを制御パルス生成部9に出
力する。
【0022】このため、制御パルス生成部9から出力さ
れる各制御パルス信号G1〜G4のデューティ比(オン
期間/オフ期間)が1に近づくことにより、インバータ
2の出力端子t01及びt02から出力される出力電圧V1
のデューティ比も図3(e)に示すように定格電圧指令
値から徐々に小さくなり、インバータ2の出力電圧V1
と単相誘導電動機3の端子電圧V0 との電位差により、
誘導電動機3の発電電力を直流電源1に回生すること
で、誘導電動機3の内部磁束を“0”とし、発電動作を
抑制して誘導電動機の端子電圧を図3(g)に示すよう
に速やかに0Vとすることができる。
【0023】そして、減衰係数Kが“0”となると、乗
算器11から出力される出力電圧指令V1* も“0”と
なり、この時点で電圧絞込処理部12から停止信号P
OFF1が制御パルス生成部9に出力されて、各制御パルス
信号G1〜G4がオフ状態に制御される。その後、再度
運転処理部8に運転指令が入力されると、出力電圧指令
V0* が乗算器11に出力されると共に、停止信号P
OFF がオフ状態となることから、電圧絞込処理部12か
ら“1”減衰係数Kが乗算器11に出力され、且つ停止
信号POFF1がオフ状態となることにより、制御パルス生
成部9でステップS11からステップS12に移行し、
入力される出力電圧指令V1* に応じた制御パルスG1
〜G4を生成して、これらをインバータ2に出力するこ
とにより、インバータ2から出力電圧V1を出力して、
単相誘導電動機3を再起動する。このとき、単相誘導電
動機3の端子電圧V0 が0Vであるので、インバータ2
に過大な電流が流れることなく、安全且つ確実にインバ
ータを再起動することができる。
【0024】このように、第1の実施形態によると、運
転停止時に電圧絞込処理部12で、インバータ2の出力
電圧を絞込むことにより、誘導機の発電動作を抑制する
ことができ、インバータ2の再起動時に誘導電動機3の
発電電圧とインバータ2の出力電圧との電位差で生じる
インバータ装置に流れる過大電流を確実に防止すること
ができる。
【0025】なお、上記第1の実施形態においては、乗
算器11を使用して出力電圧指令V0* を徐々に減少さ
せる場合について説明したが、これに限定されるもので
はなく、出力電圧指令V0* から所定減少量ΔV0を減
少させた値を新たな出力電圧指令V0* として算出する
ようにしてもよい。次に、本発明の第2の実施形態を図
4〜図6について説明する。
【0026】この第2の実施形態では、インバータ出力
を0Vまで減少させた後に、インバータ2を短絡制御す
るようにしたものである。すなわち、第2の実施形態で
は、図4に示すように、前述した第1の実施形態におけ
る図1の制御パルス生成部9に短絡処理手段としての短
絡処理部13が設けられていることを除いては第1の実
施形態と同様の構成を有し、図1との対応部分には同一
符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。
【0027】ここで、制御パルス生成部9は、図5に示
す制御処理をタイマ割込処理として実行する。この制御
処理は、先ず、ステップS11で、電圧絞込処理部9か
ら出力される停止信号POFF1がオン状態となったか否か
を判定し、これがオフ状態であるときにはステップS1
2に移行して、乗算器11から入力される出力電圧指令
V1* に応じたデューティ比の制御パルス信号G1〜G
4を形成するパルス生成処理を行い、次いでステップS
13に移行して、形成した制御パルス信号G1〜G4を
インバータ2の各半導体スイッチング素子Q1〜Q4に
出力してからタイマ割込処理を終了して所定のメインプ
ログラムに復帰する。
【0028】また、ステップS11の判定結果が、停止
信号POFF1がオン状態となったときには、ステップS1
4に移行して、制御パルス信号G2及びG4をオン状態
に設定し、制御パルス信号G1及びG3をオフ状態に設
定する短絡処理を行ってから前記ステップS13に移行
する。この図5の処理において、ステップS11、S1
3及びS14の処理が短絡処理部に対応している。
【0029】次に、上記第2の実施形態の動作を説明す
る。運転処理部8に運転指令が入力されている状態で
は、この運転処理部8から出力電圧指令V0* が乗算器
11に出力され、このとき停止信号POFF がオフ状態で
あるので、電圧絞込処理部12から“1”の減衰係数K
が乗算器11に出力されていることにより、出力電圧指
令V0* と等しい出力電圧指令V1* が制御パルス生成
部9に入力される。
【0030】この制御パルス生成部9では、電圧絞込処
理部12から出力される停止信号P OFF1がオフ状態であ
るので、ステップS11からステップS12に移行し
て、乗算器11から入力された出力電圧指令V1* に応
じた図6(a)〜(d)に示す制御パルス信号G1〜G
4を生成して、これらをインバータ2の各半導体スイッ
チング素子Q1〜Q4に出力することにより、このイン
バータ2から図6(e)に示す出力電圧V1が出力さ
れ、これに応じて図6(f)に示す交流電流I1がフィ
ルタ用コンデンサ5と単相誘導電動機3と分流される。
【0031】このとき、誘導電動機3の端子電圧V0
図6(g)に示すように、所定振幅で交流電流より位相
が進んだ交流波形となり、これによって誘導電動機3が
回転駆動される。この誘導電動機3の回転駆動状態から
運転処理部8に停止指令が入力されると、前述した第1
の実施形態と同様に、電圧絞込処理部12で減衰係数K
が“1”から“0”まで徐々に減少されることにより、
誘導電動機3の端子電圧V0 が0Vまで減少される。
【0032】その後、減衰係数Kが“0”となって、電
圧絞込処理部12から停止信号POF F1が制御パルス生成
部9に出力されると、この制御パルス生成部9で、図5
のステップS11からステップS14に移行して、制御
パルス信号G2及びG4をオン状態に設定し、制御パル
ス信号G1及びG3をオフ状態に設定し、これをインバ
ータ2に出力することにより、インバータ2の出力が、
半導体スイッチ素子G2及びG4を介して短絡される。
【0033】このとき、単相誘導電動機3の端子電圧V
0 が正である場合、半導体スイッチング素子Q2とダイ
オードD4とが導通し、端子電圧V0 が負である場合、
ダイオードD2と半導体スイッチング素子Q4とが導通
することで短絡電流が流れる。このため、単相誘導電動
機3で発生される発電エネルギが短絡回路の抵抗成分に
よる熱損失として消費され、単相誘導電動機3の端子電
圧V0 を速やかに0Vまで減衰させることができる。
【0034】その後、再度運転処理部8に運転指令が入
力されると、出力電圧指令V0* が乗算器11に出力さ
れると共に、停止信号POFF がオフ状態となることか
ら、電圧絞込処理部12から“1”の減衰係数Kが乗算
器11に出力され、且つ停止信号POFF1がオフ状態とな
ることにより、制御パルス生成部9でステップS11か
らステップS12に移行し、入力される出力電圧指令V
* に応じた制御パルスG1〜G4を生成して、これら
をインバータ2に出力することにより、インバータ2か
ら出力電圧V1を出力して、単相誘導電動機3を再起動
する。このとき、単相誘導電動機3の固定子電流が0A
となり、且つ出力電圧V0 が0Vであるので、インバー
タ2に過大な電流が流れることなく、安全且つ確実にイ
ンバータを再起動することができる。
【0035】このように第2の実施形態によると、誘導
電動機の停止におけるインバータ出力電圧絞込動作とイ
ンバータ出力短絡制御により、単相誘導電動機3の発電
動作を確実に停止させることができ、再起動時におい
て、単相誘導電動機の発電電圧とインバータ2の出力電
圧との電位差で生じていたインバータ2に流れる過大な
電流をより確実に防止することができる。
【0036】なお、上記第2の実施形態においては、イ
ンバータ2の半導体スイッチング素子Q2及びQ4をオ
ン状態とすることにより短絡回路を構成する場合につい
て説明したが、これに限定されるものではなく、半導体
スイッチング素子Q1及びQ3をオン状態に制御し、半
導体スイッチング素子Q2及びQ4をオフ状態に制御す
ることにより、半導体スイッチング素子Q1及びQ3と
ダイオードD1及びD3とで短絡回路を構成するように
しても上記と同様の作用効果を得ることができる。
【0037】また、上記第2の実施形態においては、イ
ンバータ2を構成する半導体スイッチング素子を使用し
て短絡回路を構成する場合について説明したが、これに
限定されるものではなく、別途インバータ2の出力端子
O1及びtO2間に短絡回路を接続するようにしてもよ
い。
【0038】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1に係る発
明によれば、インバータ停止時に、インバータ出力電圧
を電圧絞込手段で0Vに絞り込むようにしたので、イン
バータ出力電圧と誘導機の発電電圧との電位差により発
電電力を直流電源に回生させ、誘導機内部の磁束を
“0”とすることができ、誘導電動機の発電動作を抑制
して、誘導電動機の発電電圧の影響を受けることなく、
安全且つ確実にインバータを再起動することができると
いう効果が得られる。
【0039】また、請求項2に係る発明によれば、イン
バータ停止時にインバータ出力電圧を電圧絞込手段で0
Vに絞り込むと共に、絞込みが終了した時点でインバー
タ出力を短絡処理手段で短絡させるようにしたので、請
求項1に係る発明の効果に加えて、インバータ出力を短
絡することで、誘導電動機の発電エネルギを短絡回路の
抵抗成分による熱損失として消費することができ、誘導
電動機の発電動作を確実に抑制して、誘導電動機の発電
電圧の影響を受けることなく、安全且つ確実にインバー
タを再起動するとこができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を示す構成図である。
【図2】第1の実施形態における電圧絞込回路の電圧絞
込処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図3】第1の実施形態の動作の説明に供する各部の信
号波形を示すタイムチャートである。
【図4】本発明の第2の実施形態を示す構成図である。
【図5】第2の実施形態における制御パルス生成部の制
御処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図6】第2の実施形態の動作の説明に供する各部の信
号波形を示すタイムチャートである。
【図7】従来例を示す構成図である。
【図8】従来例の動作の説明に供する各部の信号波形を
示すタイムチャートである。
【符号の説明】
1 直流電圧源 2 インバータ Q1〜Q4 半導体スイッチング素子 D1〜D4 ダイオード 3 単相誘導電動機 4 リアクトル 5 コンデンサ 6 フィルタ回路 7 制御回路 8 運転処理部 9 制御パルス生成部 11 乗算器 12 電圧絞込処理部 13 短絡処理部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西嶋 与貴 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 Fターム(参考) 5H530 AA04 CC06 CD36 CE15 CE16 CF01 CF08 DD03 DD13 EE01 EE05

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 誘導電動機に交流電圧を供給するインバ
    ータと、該インバータ及び誘導電動機間に介挿されたコ
    ンデンサを含むフィルタ回路と、前記インバータの出力
    電圧を制御する制御回路とを備えた誘導機駆動用インバ
    ータ装置において、 前記制御回路は、前記インバータを停止させる際に、当
    該インバータの出力電圧を零ボルトに絞り込む電圧絞込
    手段を備えていることを特徴とする誘導機駆動用インバ
    ータ装置。
  2. 【請求項2】 誘導電動機に交流電圧を供給するインバ
    ータと、該インバータ及び誘導電動機間に介挿されたコ
    ンデンサを含むフィルタ回路と、前記インバータの出力
    電圧を制御する制御回路とを備えた誘導機駆動用インバ
    ータ装置において、 前記制御回路は、前記インバータを停止させる際に、当
    該インバータの出力電圧を零ボルトに絞り込む電圧絞込
    手段と、該電圧絞込手段で出力電圧の絞り込みが終了し
    た時点で前記インバータ出力を短絡させる短絡処理手段
    とを備えていることを特徴とする誘導機駆動用インバー
    タ装置。
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