JP2007135285A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの回生エネルギーの小さなインパクト負荷が加わる用途で小型、低コストのインバータ装置を提供することを目的とする。
【解決手段】パルス幅変調信号Ｓ１６の立ち下がりを検出して該立ち下がり時点に同期した立ち下がり点信号Ｓ１７を出力する立ち下がり点信号形成部１４と、立ち下がり点信号形成部１４から出力される立ち下がり点信号Ｓ１７によりセットされ、過電圧検出部から出力される過電圧信号Ｓ１８によりリセットされるフリップフロップ１５と、を備え、逆変換回路５のスイッチング素子５Ｕ、５Ｖ、５Ｗ、５Ｘ、５Ｙ、５Ｚを制御する。
【選択図】図１

Description

本発明はインバータ装置に係わり、より詳しくは、過電圧時に電流を制限しながら制動するインバータ装置に関する。

図４は、従来技術を示すインバータ装置の構成図である。
図４において、１は交流電源、２は交流電源を整流して直流に変換する整流回路、３は整流された直流電圧を平滑する平滑回路、４は平滑回路で過電圧を検出する過電圧検出部、５はそれぞれ帰還ダイオードが並列接続された複数のスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴなど）をブリッジ接続してなる直流を任意の周波数に変換する逆変換回路、６は逆変換回路の出力周波数よりも十分に高い０．４ｋＨｚ〜１５ｋＨｚのキャリア周波数を用いて前記スイッチング素子をオン、オフ制御するパルス幅変調信号を形成するパルス幅変調信号生成部、７はパルス幅変調信号に基づいて前記インバータ主回路を構成する各スイッチング素子のオン、オフ信号を形成して出力する複数のゲート回路、８は制動抵抗、９はダイオードと直列接続された単数のスイッチング素子からなる制動回路、９Ｘは制動回路のスイッチング素子、１０は過電圧検出部から出力される過電圧信号により制動回路９のスイッチング素子をオン、オフ制御する制動信号生成部、１１は制動信号に基づいて制動回路９を構成するスイッチング素子９Ｘのオン、オフ信号を形成して出力する単数のゲート回路、１２はインバータ装置、１３はモータである。
以下、図４を用いて従来技術におけるインバータ装置の制動動作について説明する。
インバータ装置１２により駆動中のモータ１３を制動する場合、モータの回転子および負荷の慣性モーメントに蓄えられた機械エネルギーは電気エネルギーに変換されて、逆変換回路５の直流母線側に回生される。このとき、回生された電気エネルギーによって直流母線電圧が上昇して過電圧異常に至るとインバータ装置１２の保護回路が動作し、フリーラン状態となる。これを防止するため、図４に示すように直流母線間に制動抵抗８とダイオードと直列接続されたスイッチング素子９Ｘからなる制動回路９とを設置し、過電圧検出部４により検出した電圧値が過電圧レベルを越えようとすると、制動回路９のスイッチング素子９Ｘをオンして回生電流を流すことにより制動抵抗８でエネルギーを熱として消費させ、過電圧レベルを越えないように制御している（例えば、特許文献１参照）。

このように、従来のインバータ装置は、モータが減速、またはインパクト負荷が加わったときに、モータから回生エネルギーがインバータ装置に戻り、直流母線電圧が上昇する。直流母線電圧の上昇を過電圧検出部により検出し、制動回路をオン、オフ制御させて制動抵抗により回生エネルギーを消費させるものである。
特開平９−００９６６１号公報 （第３頁、第６図）

しかしながら、従来のインバータ装置は、モータの回生エネルギーの小さなインパクト負荷が加わった場合でも制動抵抗、制動回路が必要であり、インバータ装置が大型化、高コスト化するという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、モータの回生エネルギーの小さなインパクト負荷が加わる用途で小型、低コストのインバータ装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、交流電源を整流して直流電圧に変換する整流回路と、前記整流された直流電圧を平滑する平滑回路と、前記平滑回路の過電圧を検出して過電圧信号を出力する過電圧検出部と、複数のスイッチング素子をブリッジ接続してなる直流を任意の周波数に変換する逆変換回路と、前記各スイッチング素子をオン、オフ制御するパルス幅変調信号を形成するパルス幅変調信号生成部と、前記パルス幅変調信号に基づいて前記各スイッチング素子のオン、オフ信号を形成して出力するゲート回路と、を備えたインバータ装置において、前記パルス幅変調信号の立ち下がりを検出して該立ち下がり時点に同期した立ち下がり点信号を出力する立ち下がり点信号形成部と、前記立ち下がり点信号によりセットされ、前記過電圧信号によりリセットされるフリップフロップと、を設け、前記フリップフロップの出力信号により前記ゲート回路からのオン信号出力を阻止しながら制動することを特徴とするものである。

本発明によると、モータの回生エネルギーの小さなインパクト負荷が加わった場合に直流母線電圧の上昇を過電圧検出部により検出し、スイッチング素子の制御信号を全てオフにして回生エネルギーを減少することができ、パルス幅変調信号の立ち下がりの時点を捕らえてスイッチング素子の制御信号オフ制御を解除してスイッチング素子の通常動作への復帰を確実なものとしている。また、次のパルス幅変調信号の立ち下がりで過電圧条件が取り除かれていない場合には再び過電圧検出部が動作してスイッチング素子の制御信号を全てオフにすることができる。したがって、モータの回生エネルギーの小さなインパクト負荷が加わる用途では制動抵抗、制動回路が不要となり、小型、低コストのインバータ装置を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明を示すインバータ装置の構成図である。
図１において、１は交流電源、２は交流電源１を整流して直流に変換する整流回路、３は整流された直流電圧を平滑する平滑回路、４は平滑回路３で過電圧を検出する過電圧検出部、５はそれぞれ帰還ダイオードが並列接続された複数のスイッチング素子をブリッジ接続してなる直流を任意の周波数に変換する逆変換回路、５Ｕ、５Ｖ、５Ｗ、５Ｘ、５Ｙ、５Ｚは逆変換回路５のスイッチング素子、６は逆変換回路５の出力周波数よりも十分に高い０．４ｋＨｚ〜１５ｋＨｚのキャリア周波数を用いてスイッチング素子５Ｕ、５Ｖ、５Ｗ、５Ｘ、５Ｙ、５Ｚをオン、オフ制御するパルス幅変調信号を形成するパルス幅変調信号生成部、７はパルス幅変調信号に基づいて逆変換回路５を構成する各スイッチング素子５Ｕ、５Ｖ、５Ｗ、５Ｘ、５Ｙ、５Ｚのオン、オフ信号を形成して出力する複数のゲート回路、１２はインバータ装置、１３はモータ、１４はパルス幅変調信号の立ち下がりを検出して該立ち下がり時点に同期した信号を出力する立ち下がり点信号形成部、１５は立ち下がり点信号形成部から出力される立ち下がり点信号によりセットされ、過電圧検出部４から出力される過電圧信号によりリセットされるフリップフロップである。
本発明が従来技術である図４のインバータ装置と異なる点は、以下のとおりである。
すなわち、本発明のインバータ装置は、制動抵抗８、制動回路９を設けることなく、パルス幅変調信号の立ち下がりを検出して該立ち下がり時点に同期した信号を出力する立ち下がり点信号形成部１４と、立ち下がり点信号形成部１４から出力される立ち下がり点信号によりセットされ過電圧検出部４から出力される過電圧信号によりリセットされるフリップフロップ１５と、を備え、逆変換回路６の各スイッチング素子を制御して回生エネルギーを遮断、復帰させて制動するようにしている点である。

図２は、本発明のインバータ装置における各信号のタイミングチャートである。
図２において、Ｓ１６はパルス幅変調信号、Ｓ１７は立ち下がり点信号、Ｓ１８は過電圧信号、Ｓ１９はフリップフロップ出力信号、Ｓ２０はスイッチング素子５Ｕ、５Ｖ、５Ｗのゲート信号、Ｓ２１はスイッチング素子５Ｘ、５Ｙ、５Ｚのゲート信号である。
また、図３は、本発明のインバータ装置における出力電圧、電流波形の説明図である。
図３において、Ｓ２２は出力電圧波形（ＲＣフィルタ付の波形）、Ｓ２３は出力電流波形、２４は直流電圧波形である。尚、横軸は図２、図３ともに時間である。
以下、図２、３を用いて、本発明のインバータ装置における制動動作について説明する。
パルス幅変調信号生成部６によって出力されるパルス幅変調信号Ｓ１６をベースに、その立ち下がり点で発生する立ち下がり点信号Ｓ１７が立ち下がり点信号形成部１４で作成される。正常状態では、パルス幅変調信号Ｓ１６と同一波形のスイッチング素子５Ｕ、５Ｖ、５Ｗのゲート信号Ｓ２０（図２（ｅ）では破線で示した方の波形となる）、およびその反転波形のスイッチング素子５Ｘ、５Ｙ、５Ｚのゲート信号Ｓ２１が出力される。しかし、過電圧信号Ｓ１８が入ってくるとフリップフロップ１５のフリップフロップ出力信号Ｓ１９がリセットされてスイッチング素子５Ｕ、５Ｖ、５Ｗのゲート信号Ｓ２０をオフするので、（ｅ）スイッチング素子５Ｕ、５Ｖ、５Ｗのゲート信号Ｓ２０が実線のようにパルス幅変調信号Ｓ１６より短時間でオフされる。立ち下がり点信号Ｓ１７によりフリップフロップ信号Ｓ１９がセットされるので、パルス幅変調信号Ｓ１６によりスイッチング素子５Ｕ、５Ｖ、５Ｗのゲート信号Ｓ２０およびスイッチング素子５Ｘ、５Ｙ、５Ｚのゲート信号Ｓ２１が形成されるが、再び過電圧信号Ｓ１８によってスイッチング素子５Ｕ、５Ｖ、５Ｗのゲート信号Ｓ２０は早目にオフされる。
その結果、出力電圧、電流波形は図３のように出力電流にリミッターを掛けた形の波形に制御されることになる。
尚、本実施例では、パルス幅変調信号生成部６によって出力されるパルス幅変調信号Ｓ１６をベースに、その立ち下がり点で発生する立ち下がり点信号Ｓ１７によりフリップフロップ信号Ｓ１９がセットされ、過電圧信号Ｓ１８が入ってくるとフリップフロップ１５のフリップフロップ出力信号Ｓ１９がリセットされてスイッチング素子５Ｕ、５Ｖ、５Ｗのゲート信号Ｓ２０をオフするようにしたが、パルス幅変調信号生成部６によって出力されるパルス幅変調信号Ｓ１６をベースに、その立ち上がり点で発生する立ち上がり点信号によりフリップフロップ信号Ｓ１９がセットされ、過電圧信号Ｓ１８が入ってくるとフリップフロップ１５のフリップフロップ出力信号Ｓ１９がリセットされてスイッチング素子５Ｘ、５Ｙ、５Ｚのゲート信号Ｓ２１をオフするようにしてもよい。

以上述べたように、本実施例に係るインバータ装置１２は、モータ１３の回生エネルギーの小さなインパクト負荷が加わった場合に直流母線電圧の上昇を過電圧検出部４により検出し、逆変換回路６のスイッチング素子の制御信号を全てオフにして回生エネルギーを減少することができ、パルス幅変調信号の立ち下がりの時点を捕らえてスイッチング素子の制御信号オフ制御を解除して逆変換回路６のスイッチング素子の通常動作への復帰を確実なものとしている。また、次のパルス幅信号の立ち下がりで過電圧条件が取り除かれていない場合には再び過電圧検出部４が動作して逆変換回路６のスイッチング素子の制御信号を全てオフにすることができる。このように、平滑回路の直流母線電圧を監視しながら、逆変換回路６のＩＧＢＴなどのスイッチング素子をゲートブロックしながら回生エネルギーを遮断、復帰させて制動することにより、モータの回生エネルギーの小さなインパクト負荷が加わる用途で制動抵抗、制動回路を不要とした小型、低コストのインバータ装置を実現することができるのである。

本発明は、インバータ装置に限らずサーボ装置などの電力変換装置に適用が可能であり、コンベアの水平方向ドライブ装置やプレス装置などの用途に応用できる。

本発明を示すインバータ装置の構成図 本発明のインバータ装置における各信号のタイミングチャート 本発明のインバータ装置における出力電圧、電流波形の説明図 従来技術を示すインバータ装置の構成図

符号の説明

１ 交流電源
２ 整流回路
３ 平滑回路
４ 過電圧検出部
５ 逆変換回路
５Ｕ、５Ｖ、５Ｗ、５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ 逆変換回路５のスイッチング素子
６ パルス幅変調信号生成部
７ 逆変換回路のゲート回路
８ 制動抵抗
９ 制動回路
１０ 制動信号生成部
１１ 制動回路のゲート回路
１２ インバータ装置
１３ モータ
１４ 立ち下がり点信号形成部
１５ フリップフロップ
Ｓ１６ パルス幅変調信号
Ｓ１７ 立ち下がり点信号
Ｓ１８ 過電圧信号
Ｓ１９ フリップフロップ出力信号、
Ｓ２０ ５Ｕ、５Ｖ、５Ｗのゲート信号
Ｓ２１ ５Ｘ、５Ｙ、５Ｚのゲート信号
Ｓ２２ 出力電圧波形
Ｓ２３ 出力電流波形
Ｓ２４ 直流電圧波形

Claims (1)

1. 交流電源（１）を整流して直流電圧に変換する整流回路（２）と、
   前記整流された直流電圧を平滑する平滑回路（３）と、
   前記平滑回路（３）の過電圧を検出して過電圧信号（Ｓ１８）を出力する過電圧検出部（４）と、
   複数のスイッチング素子（５Ｕ、５Ｖ、５Ｗ、５Ｘ、６Ｙ、５Ｚ）をブリッジ接続してなる直流を任意の周波数に変換する逆変換回路（５）と、
   前記各スイッチング素子（５Ｕ、５Ｖ、５Ｗ、５Ｘ、６Ｙ、５Ｚ）をオン、オフ制御するパルス幅変調信号（Ｓ１６）を形成するパルス幅変調信号生成部（６）と、
   前記パルス幅変調信号（Ｓ１６）に基づいて前記各スイッチング素子（５Ｕ、５Ｖ、５Ｗ、５Ｘ、６Ｙ、５Ｚ）のオン、オフ信号（Ｓ２０、Ｓ２１）を形成して出力するゲート回路（７）と、
   を備えたインバータ装置において、
   前記パルス幅変調信号（Ｓ１６）の立ち下がりを検出して該立ち下がり時点に同期した立ち下がり点信号（Ｓ１７）を出力する立ち下がり点信号形成部（１４）と、
   前記立ち下がり点信号（Ｓ１７）によりセットされ、前記過電圧信号（Ｓ１８）によりリセットされるフリップフロップ（１５）と、を設け、
   前記フリップフロップ（１５）の出力信号（Ｓ１９）により前記ゲート回路（７）からのオン信号出力を阻止しながら制動することを特徴とするインバータ装置。

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