JP2005354792A - Power feed circuit for inverter device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インバータ装置に設けられる大容量コンデンサへ電力を供給する電力供給回路に関するものである。 The present invention relates to a power supply circuit that supplies power to a large-capacitance capacitor provided in an inverter device.
都市交通システムのモノレールやアストラムなどは誘導電動機で走行する。図3に示すように、最近の都市交通システムにおける誘導電動機36の駆動回路38としては、IGBT(insulated gate bipolar transistor)34などの高速スイッチング型の電力素子
を使用する。このIGBT34のスイッチング動作により、誘導電動機36をインバータ制御している。
Urban transportation systems such as monorails and astrums are driven by induction motors. As shown in FIG. 3, a high-speed switching type power element such as an IGBT (insulated gate bipolar transistor) 34 is used as the
インバータ装置32内のIGBT34がスイッチング動作時に発するサージなどに対し、安定に動作させるためには、インバータ装置32の内部に大容量のコンデンサCを効果的に配置することが重要となる。なお、コンデンサCは、一般には電解コンデンサが使用される。
In order to stably operate the surge generated by the
コンデンサCを主電源フィルターとして内蔵するインバータ装置32の一次側の電源を開閉するには、最初、予備充電用コンタクタMCRをオンさせ、抵抗器R1を介して、インバータ装置32のコンデンサCの予備充電をおこない、このコンデンサCが徐々に充電電圧が一次側電源(DC600V架線)の電圧の70%から80%程度となれば主接触器(電磁接触器)MCをオンする。
In order to open and close the primary power supply of the
以上の予備充電動作をおこなわずに一挙に主接触器MCをオンした場合、コンデンサCへの突入電流により、ノーヒューズブレーカNFBが過電流保持動作により、トリップ(遮断)したり、主接触器MCの接点部が溶着するなどの不具合となる。 When the main contactor MC is turned on all at once without performing the above precharge operation, the no-fuse breaker NFB is tripped (cut off) by the overcurrent holding operation due to the inrush current to the capacitor C, or the main contactor MC This causes problems such as welding of contact points.
また、主接触器MCとして大きなスペースを必要とし、かつ、放熱スペースを必要とする予備充電回路が必要となる。開閉動作疲労により機械的寿命が短い。通電やアーク放電による劣化で電気的寿命が短い。開閉動作時間が長く(約5秒)、開閉動作音が大きい。実勢価格が10万円以上と価格が高い。動作信頼性が低く、IGBTの異常時に応答が遅く保護できず、メンテナンスが必要である。以上のように、図3の回路では欠点が多い。
本発明の目的は、安定動作や信頼性を兼ね備えたインバータ装置への電力供給回路を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a power supply circuit for an inverter device having stable operation and reliability.
本発明の電力供給回路の要旨は、電源の電力をインバータ装置に供給するための電力供給回路であって、三角波を出力する三角波発振器と、立ち上がりおよび立ち下がりが傾斜した波形のパルスを出力するソフトスタート回路と、前記三角波発振器およびソフトスタート回路の出力が入力され、デューティー比を変化させながらパルスを出力するPWM回路と、前記PWM回路の出力でスイッチング動作させながら電源電流を通過させるIPMと、を含む。 The gist of the power supply circuit of the present invention is a power supply circuit for supplying power from an electric power source to an inverter device, which is a triangular wave oscillator that outputs a triangular wave and software that outputs a pulse having a waveform with rising and falling slopes. A start circuit, a PWM circuit that receives outputs of the triangular wave oscillator and the soft start circuit, outputs a pulse while changing a duty ratio, and an IPM that passes a power supply current while performing a switching operation using the output of the PWM circuit. Including.
前記IPMを通過した電流の平滑をおこなうインダクタンスと、前記IPMがオフのときにインダクタンスの逆起電力でインバータ装置に電力を供給するためのFRDと、を含む。 An inductance that smoothes the current that has passed through the IPM, and an FRD that supplies power to the inverter device with a counter electromotive force of the inductance when the IPM is off.
前記IPMの動作異常時に、該IPM内で異常パルスを発生する回路と、前記異常パルスが入力され、該異常パルスが入力されるとロー出力となるラッチ回路と、前記PWMとラッチ回路からの出力が入力されるAND回路と、を含む。 When the operation of the IPM is abnormal, a circuit that generates an abnormal pulse in the IPM, a latch circuit that receives the abnormal pulse and outputs a low level when the abnormal pulse is input, and outputs from the PWM and the latch circuit AND circuit to which is inputted.
本発明によると、機械的なスイッチのオン・オフではなく、IPMの電気的なスイッチング動作を利用するため、装置が発する騒音や機械的な劣化はなく、動作信頼性が高い。通電やアーク放電もなく電気的な寿命劣化などもない。電気的なスイッチング動作であるため、開閉動作時間も短い。IPM内で異常を検出するため、保護信頼性が高く、メンテナンス不要である。 According to the present invention, since the electrical switching operation of the IPM is used instead of turning the mechanical switch on and off, there is no noise or mechanical deterioration generated by the apparatus, and the operation reliability is high. There is no electricity or arc discharge, and there is no electrical life degradation. Since it is an electrical switching operation, the switching operation time is also short. Since abnormality is detected in the IPM, protection reliability is high and maintenance is not required.
次に、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。本発明の電力供給回路は、誘導電動機の駆動回路の一部であり、この駆動回路のインバータ装置へ電力を供給するものである。なお、図1に示す電力供給回路10は、図3に示すインバータ装置32などに接続される。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The power supply circuit of the present invention is a part of the drive circuit of the induction motor, and supplies power to the inverter device of this drive circuit. The
図1に示す本発明の電力供給回路10は、三角波を出力する三角波発振器12と、立ち上がりおよび立ち下がりが傾斜した波形のパルスを出力するソフトスタート回路14と、三角波発振器12およびソフトスタート回路14の出力が入力され、デューティー比を変化させながらパルスを出力するPWM(pulse width modulation)回路16と、PWM回路16の出力でスイッチング動作させながら電源電流を通過させるIPM(interigent
power module)22と、を含む。
The
power module) 22.
三角波発振器12で発生する三角波は、PWM回路16でPWMをおこなうときのキャリアとなるものである。
The triangular wave generated by the
ソフトスタート回路14は、起動信号が入力されたときに、立ち上がりおよび立ち下がりが傾斜した波形を発振するものである。ソフトスタート回路14からの出力されるパルスは、PWM回路16での演算用のドライバ信号である。
The
本発明は、起動信号がシーケンサなどによってソフトスタート回路14に入力される構成である。
In the present invention, the activation signal is input to the
PWM回路16は、三角波発振器12およびソフトスタート回路14からの出力を比較することによって、図2(b)に示すようなTon:Toffで決まるデューティー比を変化させながらパルスを出力する回路である。デューティー比の変化の度合いは、ソフトスタート回路14から出力されるパルスの立ち上がりの傾きによって異なる。
IPM22は、IGBT24に各種自己診断および保護機能を付加したものである。IPM22のIGBT24が、PWM回路16からのパルスによってスイッチング動作をおこなう。図2(b)に示すように、PWM回路16からのパルスはパルス幅が徐々に広がって、やがてはすべてオンとなるものである。したがって、IGBT24のスイッチング動作は、一定期間におけるオン状態が徐々に長くなり、やがては全オン状態となものである。
The
また、本発明は、IPM22を通過した電流の平滑をおこなうインダクタンスLと、IPM22がオフのときにインダクタンスLの逆起電力でインバータ装置32のコンデンサCに電力を供給するためのFRD(fast recovery diode)と、を含む。
The present invention also includes an inductance L for smoothing the current that has passed through the
IPM22の各種自己診断および保護機能として、IPM22の動作異常時に、IPM22内で異常パルスを発生する回路をふくむ。IPM22が異常動作として検出する内容は、過電流、過熱、電源電圧異常である。
Various self-diagnosis and protection functions of the IPM 22 include a circuit that generates an abnormal pulse in the
さらに、本発明は、異常検出後、異常パルスが入力され、異常パルスが入力されるとローレベルの出力となるラッチ回路28と、PWM16とラッチ回路28からの出力が入力されるAND回路18と、を含む。
Furthermore, the present invention provides a
図1に示す絶縁素子20,26は、フォトカプラを使用する。フォトカプラは、発光ダイオードと受光素子を電気的に絶縁して1つの容器中に組み込めるので、電圧の異なる回路相互の結合、あるいは高耐圧のスイッチング素子として使用できる。
次に、図1の回路10を使用した図3のインバータ装置32への電力の供給方法について説明する。電源は図3と同じ直流電源である。
Next, a method of supplying power to the
(1)シーケンサなどから起動信号をソフトスタート回路14に入力する。ソフトスタート回路14は起動信号が入力されることによって、立ち上がりが傾斜した出力波形eを出力する。
(1) A start signal is input to the
(2)三角波発生器12は、三角波を発振し、出力する。
(2) The
(3)PWM回路16は、図2(a)に示すように、ソフトスタート回路14の出力eを三角波dと比較する。比較の結果、図2(b)に示すように、パルス幅変調をおこなったパルスfを出力する。なお、図2(a),(b)は、横軸が時間で、縦軸が電圧となっている。
(3) The
(4)パルス幅変調させた出力は、AND回路18を経て、さらにフォトカプラ20で絶縁された後、IPM22のゲート信号としてIPM22に入力される。
(4) The pulse-width-modulated output passes through the
(5)IPM22のIGBT24はPWM回路16からのパルスによってオンになる。電流I1がIGBT24を通してインダクタンスLへ流れる。図2(c)に示すように、インダクタンスLからインバータ装置32へ電流I1が流れる。
(5) The
(6)IGBT24がオフになると、インダクタンスLの逆起電力によって、FRDからインダクタンスLを介して電流I2がインバータ装置32に流れる。
(6) When the
図3(c)のような電流出力となるのは、上記(5)および(6)の工程において、インダクタンスLの電流平滑動作によるためである。 The current output as shown in FIG. 3C is due to the current smoothing operation of the inductance L in the steps (5) and (6).
(7)図3(c)に示すように、インバータ装置32に供給される電流が徐々に大きくなる。したがって、インバータ装置32のコンデンサCは徐々に予備充電されることとなる。コンデンサCの予備充電は、例えば100ms以内である。
(7) As shown in FIG. 3C, the current supplied to the
(8)コンデンサCが予備充電された後、PWM回路16からのパルスのデューティー比は100%となる。したがって、IGBT24が全オン状態となる。
(8) After the capacitor C is precharged, the duty ratio of the pulse from the
上記(5)から(7)の工程は、従来技術で示した予備充電用コンタクタMCRの開閉に対応する。上記(8)の工程は、従来技術で示した主接触器MCのオン動作に対応する。本発明であれば、IGBTの電気的なスイッチング動作によって、コンデンサCの充電をおこなっているので、従来のような機械的な開閉による騒音や短寿命の欠点がない。 The steps (5) to (7) correspond to the opening and closing of the precharging contactor MCR shown in the prior art. The step (8) corresponds to the ON operation of the main contactor MC shown in the prior art. According to the present invention, since the capacitor C is charged by the electrical switching operation of the IGBT, there are no disadvantages of noise and short life due to mechanical switching as in the prior art.
また、IPM22の自己診断機能が過電流などの異常を検出したときは、IPM22の保護機能が働く。IPM22は異常パルスを発振し、そのパルスがラッチ回路28に入力される。ラッチ回路28の出力は、ローレベルとなり、その出力がAND回路18に入力される。AND回路18にローレベルの入力が発生するため、PWM回路18からの出力の如何に関わらず、AND回路18からの出力はローレベルで一定となる。
When the self-diagnosis function of the
IPM22の自己診断機能などにより、IPM22は許容電流範囲内で動作することとなる。したがって、本発明の電源供給回路10は、信頼性が高く、長寿命となる。
Due to the self-diagnosis function of the
なお、ラッチ回路28の出力がローレベルとなった後、異常リセットの信号をラッチ回路28に入力することによって、ラッチ回路28の出力をハイレベルに戻すことができる。ラッチ回路28の出力がハイレベルに戻ると、PWM回路16の出力がアンド回路18を通過することができる。
Note that the output of the
図3の回路30から図1の回路10に変更することによって、予備充電コンタクタMCRのスイッチング回数は10万回程度が限度であったが、本発明であれば電気的動作であるのでスイッチング回数を考慮する必要はない。従来は予備充電に約5秒ほど必要であったが、本発明であれば、100ミリ秒程度と短時間である。従来であれば機械的な動作であり、スイッチングが騒々しいが、本発明は電気的にスイッチングをおこなうために無音である。従来であればスイッチなどは寿命品であり、回路の保護がなされていないため、定期交換が必要であるが、本発明はIPMの保護機能などにより、メンテナンスフリーである。さらに、本発明であれば従来と比較して、省スペース、低価格となる。
By changing from the
以上、本発明について実施形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されることはない。その他、本発明は、趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるのもである。 As mentioned above, although embodiment was described about this invention, this invention is not limited to said embodiment. In addition, the present invention can be implemented with various improvements, modifications, and changes based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention.
10,30:電力供給回路
12:三角波発生器
14:ソフトスタート回路
16:PWM回路
18:AND回路
20,26:絶縁素子(フォトカプラ)
22:IPM
24,34:IGBT
28:ラッチ回路
36:誘導電動機
38:駆動回路
10, 30: Power supply circuit 12: Triangular wave generator 14: Soft start circuit 16: PWM circuit 18: AND
22: IPM
24, 34: IGBT
28: Latch circuit 36: Induction motor 38: Drive circuit
Claims (3)
三角波を出力する三角波発振器と、
立ち上がりおよび立ち下がりが傾斜した波形を出力するソフトスタート回路と、
前記三角波発振器およびソフトスタート回路の出力が入力され、デューティー比を変化させながらパルスを出力するPWM回路と、
前記PWM回路の出力でスイッチング動作させながら電源電流を通過させるIPMと、
を含む電力供給回路。 A power supply circuit for supplying power from a power source to an inverter device,
A triangular wave oscillator that outputs a triangular wave;
A soft-start circuit that outputs waveforms with rising and falling slopes;
PWM circuit that receives the output of the triangular wave oscillator and the soft start circuit and outputs a pulse while changing the duty ratio;
An IPM that allows a power supply current to pass while performing a switching operation with the output of the PWM circuit;
Including power supply circuit.
前記IPMがオフのときにインダクタンスの逆起電力でインバータ装置に電力を供給するためのFRDと、
を含む請求項1に記載の電力供給回路。 An inductance for smoothing the current passed through the IPM;
FRD for supplying power to the inverter device with a counter electromotive force of inductance when the IPM is off;
The power supply circuit according to claim 1, comprising:
前記異常パルスが入力され、該異常パルスが入力されるとロー出力となるラッチ回路と、
前記PWMとラッチ回路からの出力が入力されるAND回路と、
を含む請求項1または2に記載の電力供給回路。 A circuit for generating an abnormal pulse in the IPM when the IPM operates abnormally;
A latch circuit that receives the abnormal pulse and outputs a low level when the abnormal pulse is input;
An AND circuit to which the output from the PWM and the latch circuit is input;
The power supply circuit according to claim 1, comprising:
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