JP2007181331A - Inverter system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、共通の直流母線に接続された複数台のインバータから成るインバータシステムに関する。 The present invention relates to an inverter system including a plurality of inverters connected to a common DC bus.
複数台の独立運転可能なインバータによって構成され、1台または複数台の電動機を駆動するように構成されたインバータシステムにおいて、1台のインバータが故障したとき、この故障したインバータをインバータシステムから切り離し、他の健全なインバータによって限られた容量または台数によってインバータシステムを継続運転(以下これを縮退運転という。)するようなニーズは従来から多くあった。このため、各々のインバータの入力側及び出力側に開閉器を設け、個々のインバータの故障信号により当該インバータの入出力部の開閉器を開路し、故障前の負荷状態に応じてインバータシステムの運転継続を図る提案が為されている(例えば特許文献1参照。)。
特許文献1に示された手法によれば、複数台のインバータのうち故障したインバータを全体のインバータシステムから切り離し、残りのインバータの容量に応じて例えば電動機の運転速度を低下させて縮退運転による運転継続を図っているので、インバータシステムの稼働率は大きく改善される。
According to the technique disclosed in
しかしながら、例えば共通の直流電源に複数台のインバータが接続されたインバータシステムにおいて、1台のインバータが直流短絡で故障した場合を考えると、短絡点に他の健全なインバータから過大な電流が流入し、他の健全なインバータも過電流となって運転停止してしまい、システムとして運転継続することができなくなる恐れがある。 However, in an inverter system in which a plurality of inverters are connected to a common DC power source, for example, when one inverter fails due to a DC short circuit, an excessive current flows from another healthy inverter to the short circuit point. Other healthy inverters also become overcurrent and stop operation, which may prevent the system from continuing operation.
本発明は上記の問題点に鑑みて為されたもので、共通の直流電源に複数台のインバータが接続されたインバータシステムにおいて、1台のインバータが直流短絡故障しても、他の健全なインバータによって運転継続可能なインバータシステムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and in an inverter system in which a plurality of inverters are connected to a common DC power source, even if one inverter is short-circuited by another DC, another healthy inverter An object of the present invention is to provide an inverter system that can continue operation.
上記目的を達成するため、本発明の第1の発明のインバータシステムは、共通の直流電源から給電される複数台のインバータ装置から成るインバータグループを複数組有し、その複数組のインバータグループの少なくとも1組が運転停止しても負荷を縮退運転することが可能なインバータシステムにおいて、前記インバータグループの各々の直流入力部に一括して直流リアクトルを設けたことを特徴としている。 In order to achieve the above object, an inverter system according to a first invention of the present invention has a plurality of inverter groups each including a plurality of inverter devices fed from a common DC power supply, and at least of the plurality of inverter groups. In an inverter system capable of performing a degenerate operation even when one set is stopped, a DC reactor is collectively provided in each DC input unit of the inverter group.
また、本発明の第2の発明のインバータシステムは、複数台の直流電源の各々から給電される複数台のインバータ装置から成るインバータグループを複数組有し、その複数組のインバータグループの少なくとも1組が運転停止しても負荷を縮退運転することが可能なインバータシステムにおいて、前記複数台の直流電源の出力同士を夫々直流リアクトルを介して互いに接続したことを特徴としている。 The inverter system according to the second aspect of the present invention includes a plurality of inverter groups each including a plurality of inverter devices fed from each of a plurality of DC power supplies, and at least one of the plurality of inverter groups. In the inverter system capable of degenerate operation of the load even when the operation is stopped, the outputs of the plurality of DC power supplies are connected to each other via DC reactors.
本発明によれば、1台のインバータが直流短絡故障しても、他の健全なインバータによって運転継続可能なインバータシステムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an inverter system that can continue to operate with another healthy inverter even if one inverter has a DC short-circuit fault.
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
以下、図1及び図2を参照して本発明の実施例1に係るインバータシステムについて説明する。図1は本発明の実施例1に係るインバータシステムの回路構成図である。
Hereinafter, an inverter system according to
直流電源1の出力は、共通に設けられた直流母線2に接続されている。共通母線2から複数の母線が分岐し、夫々直流リアクトル3a、3b及び3cを介して、インバータグループ4a、4b及び4cに給電されている。
The output of the
インバータグループ4aは複数台のインバータ装置5a、5b及び5cから構成されている。同様に、インバータグループ4bは複数台のインバータ装置5d、5e及び5fから構成され、またインバータグループ4cは複数台のインバータ装置5g、5h及び5iから構成されている。インバータ装置5a、5b、5c、5d、5e、5f、5g、5h及び5iの交流出力は夫々交流電動機6a、6b、6c、6d、6e、6f、6g、6h及び6iに給電されている。
The
インバータ装置5a、5b、5c、5d、5e、5f、5g、5h及び5iは、夫々入力に設けられた入力スイッチ7a、7b、7c、7d、7e、7f、7g、7h及び7i、入力電流を検出する電流検出器8a、8b、8c、8d、8e、8f、8g、8h及び8i、電圧を平滑するためのコンデンサ9a、9b、9c、9d、9e、9f、9g、9h及び9i、並びに平滑された直流電圧を交流に変換するインバータ10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10h及び10iから構成されている。
The
また、交流電動機6a、6b、6c、6d、6e、6f、6g、6h及び6iは共通の負荷機械11を機械的に駆動している。ここで共通の負荷機械11は、例えば鉄鋼圧延プロセスに使用されるテーブルローラーに相当する。
The
ここで各々の入力スイッチ7a、7b、7c、7d、7e、7f、7g、7h及び7iは、ヒューズまたはスイッチング素子あるいはこれらの組合せによって構成され、過電流遮断機能を有している。
Here, each of the
以下、図1及び図2を参照し、インバータ装置5aのS点において直流短絡事故が発生した場合の動作について説明する。尚、インバータ装置5a以外の他のインバータ装置において直流短絡事故が発生した場合も同一動作となるため説明を省略する。
Hereinafter, with reference to FIG.1 and FIG.2, the operation | movement when a direct-current short-circuit accident generate | occur | produces in the S point of the
インバータ装置5aのS点で短絡事故が発生したとき、まず同一インバータグループ4a内の他のインバータ装置5b及び5cの構成要素であるコンデンサ9b及び9cから短絡点Sに向けて電流が流れ出す。このとき電流検出器8b、及び8cはインバータ装置5b及び5cの直流主回路に流れる直流電流を検出し、あらかじめ設定した直流過電流レベルを超えた場合には保護動作により自身のインバータ動作を停止し、自身の入力スイッチ7b及び7cを遮断する。
When a short circuit accident occurs at the point S of the
また、インバータ装置5a自身についても、入力スイッチ7aの過電流保護機能によって短絡電流保護を行なう。
Also, the
次に、S点で短絡が生じたとき、直流電源1及び他のインバータグループ4b及び4cからの流入電流について考える。
Next, consider the inflow current from the
インバータ装置5aのS点で直流短絡が発生すると、直流電源1及び他のインバータグループ4b及び4cからの電流がS点に流入しようとするが、その立ち上がりは直流リアクトル3aによって制限される。尚、インバータグループ4b及び4cからの流入電流は夫々直流リアクトル3b及び3cによってもその立ち上がりが制限される。
When a DC short circuit occurs at the point S of the
従って、直流リアクトル3a、3b及び3cのインダクタンス値を適切に選定すれば、直流電源1並びにインバータグループ4b及び4c内のインバータ装置5d、5e、5f、5g、5h及び5iが過電流レベルに到達する前に入力スイッチ7aを遮断して、直流電源1、インバータグループ4b及び4c内のインバータ装置5d、5e、5f、5g、5h及び5iを運転継続することが可能となる。
Therefore, if the inductance values of the
尚、上記において重要な点は、短絡故障がインバータグループ4a内のインバータ装置で発生したとき、インバータグループ4a内のインバータ装置5a、5b及び5cが停止し、交流電動機6a、6b及び6cが停止しても、負荷機械11は例えば運転速度を低下させればニーズに即した運転継続が可能となるようにインバータ装置及び交流電動機のグループ分けが為されていることである。このことはインバータグループ4b及び4cについても同様である。
The important point in the above is that when a short circuit fault occurs in the inverter device in the
上記において、直流リアクトル3a、3b及び3cのインダクタンス値を適切に選定すると述べたが、同一インバータグループ内のインバータ装置の台数及び容量が各インバータグループ間でバランスしているようなシステム構成であっても、直流リアクトル3a、3b及び3cのインダクタンス値を同一に選定する必要はない。例えば、直流リアクトル3bと直流リアクトル3cを連絡する母線のインダクタンスが、他の母線のインダクタンスに比べ大きいような場合には、その分だけ直流リアクトル3cのインダクタンス値を低く選定することが可能となる。
In the above, it has been described that the inductance values of the
図2は本発明の実施例2に係るインバータシステムの回路構成図である。この実施例2の各部について、図1の実施例1に係るインバータシステムの各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例2が実施例1と異なる点は、インバータグループ4cを省きインバータグループ4a及び4bの2グループとした点、負荷となる交流電動機12a、12b及び12cを多相電動機とし、夫々の交流電動機の所定の相の1次巻線にはインバータグループ4a内のインバータ装置から給電し、残りの相の1次巻線にはインバータグループ4b内のインバータ装置から給電するように構成した点である。
FIG. 2 is a circuit configuration diagram of an inverter system according to
ここでもインバータ装置5aのS点において直流短絡事故が発生した場合について考える。実施例1で説明した通り、短絡事故が発生したインバータ装置と同じインバータグループ4aに属するインバータ装置5a、5b及び5cは過電流によって入力スイッチ7a、7b及び7cが開路されて運転停止するが、インバータ装置5d、5e及び5fは過電流レベルに到達する前に上記入力スイッチ7aの開路によって電流が減少するので運転停止することはない。従って、多相電動機12a、12b及び12cの入力相の内、インバータ装置5a、5b及び5cに対応する相は給電が停止するが、他の相は健全であるため、電動機の出力を例えば半分に低減すれば多相電動機12a、12b及び12cは縮退運転による運転継続が可能となる。
Here again, consider the case where a DC short-circuit accident occurs at the point S of the
図3は本発明の実施例3に係るインバータシステムの回路構成図である。この実施例3の各部について、図2の実施例2に係るインバータシステムの各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例3が実施例2と異なる点は、インバータ10a、10b、10c、10d、10e及び10fの出力を単相とし、出力変圧器13a、13b及び13cによってインバータグループ4aとインバータグループ4bの上記単相出力を合成して3相の交流電動機6を駆動する構成とした点である。
FIG. 3 is a circuit configuration diagram of an inverter system according to Embodiment 3 of the present invention. Regarding the respective parts of the third embodiment, the same parts as those of the inverter system according to the second embodiment of FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The third embodiment is different from the second embodiment in that the outputs of the
上記構成は、3相の交流電動機6の1次巻線の各相がインバータグループ4a内のインバータの単相出力と、インバータグループ4b内のインバータ単相出力が直列に合成される所謂直列多重方式である。
The above configuration is a so-called serial multiplex system in which each phase of the primary winding of the three-
ここでもインバータ装置5aのS点において直流短絡事故が発生した場合について考える。実施例1及び実施例2で説明した通り、短絡事故が発生したインバータ装置と同じインバータグループ4aに属するインバータ装置5a、5b及び5cは過電流によって入力スイッチ7a、7b及び7cが開路されて運転停止するが、インバータ装置5d、5e及び5fは運転停止することはない。従って、例えば駆動電圧を半減して交流電動機6を縮退運転によって運転継続することが可能となる。
Here again, consider the case where a DC short-circuit accident occurs at the point S of the
図4は本発明の実施例4に係るインバータシステムの回路構成図である。この実施例4の各部について、図1の実施例1に係るインバータシステムの各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例4が実施例1と異なる点は、直流電源を直流電源1a及び直流電源1bの2台設け、直流電源1aと直流電源1bを接続する共通母線2の間に1台の直流リアクトル3を設けるようにした点、また、インバータグループ4cを省きインバータグループ4a及び4bの2グループ構成とした点である。尚、図4において負荷機械11の図示は省略している。
FIG. 4 is a circuit configuration diagram of an inverter system according to Embodiment 4 of the present invention. Regarding the respective parts of the fourth embodiment, the same parts as those of the inverter system according to the first embodiment of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The fourth embodiment is different from the first embodiment in that two DC power sources, ie, a
本実施例4は、直流電源が複数台ある場合に適用可能である。複数台の直流電源を用いるのは、1台の直流電源では電流容量が足りない場合にその電流容量を補うため、または、1台の直流電源が故障によって停止したとき、他の直流電源でインバータシステムの運転を継続させるようにするためである。 The fourth embodiment is applicable when there are a plurality of DC power supplies. Multiple DC power supplies are used in order to compensate for the current capacity when one DC power supply is insufficient, or when one DC power supply stops due to a failure, another DC power supply uses an inverter. This is to continue the operation of the system.
図4に示したように、インバータグループ4aとインバータグループ4bを接続する共通母線2に直流リアクトル3を挿入する。
As shown in FIG. 4, the DC reactor 3 is inserted into the
ここでもインバータ装置5aのS点において直流短絡事故が発生した場合について考える。実施例1乃至実施例3で説明した通り、短絡事故が発生したインバータ装置と同じインバータグループ4aに属するインバータ装置5a、5b及び5cは過電流によって入力スイッチ7a、7b及び7cが開路されて運転停止する。一方、インバータ装置5d、5e及び5fは過電流レベルに到達する前に上記入力スイッチ7aの開路によって電流が減少するので運転停止することはない。
Here again, consider the case where a DC short-circuit accident occurs at the point S of the
ここで、直流電源1aから短絡点Sへの短絡電流を制限する直流リアクトルが設けられていないことが問題と考えられるが、通常直流電源1aの過電流耐量は大きく、またこの短絡電流の立ち上がりは、同一グループ内の他のインバータ装置からの流入電流の立ち上がりに比べて遥かに遅いため、問題とはならない。
Here, it is considered that there is no DC reactor for limiting the short-circuit current from the
以上延べたように、複数台の直流電源を有するインバータシステムにおいて、各々の直流電源にインバータグループを接続し、各々の直流電源間を接続する直流母線に適切なリアクタンスを有する直流リアクトルを接続すれば、直流短絡を発生したインバータグループに属するインバータ装置は停止するが、他のインバータグループに属するインバータ装置は継続して運転することが可能となる。 As described above, in an inverter system having a plurality of DC power supplies, an inverter group is connected to each DC power supply, and a DC reactor having an appropriate reactance is connected to a DC bus connecting each DC power supply. The inverter devices belonging to the inverter group that has caused the DC short circuit are stopped, but the inverter devices belonging to other inverter groups can be continuously operated.
また、負荷の割合が各インバータグループ間で均等であれば、各々の直流電源から当該直流電源に接続されたインバータグループに電流が供給され、中間に設けられた直流リアクトルには定常時はほとんど電流が流れないため、電流容量の小さい直流リアクトルを適用することが可能となる。 Also, if the load ratio is equal among the inverter groups, current is supplied from each DC power source to the inverter group connected to the DC power source, and the DC reactor installed in the middle has almost no current during normal operation. Therefore, a DC reactor having a small current capacity can be applied.
以上説明した実施例1乃至実施例4において、インバータグループの数及び各インバータグループに属するインバータ装置の数を2乃至3に限定して説明したが、これらは2以上の任意の数で良いことは明らかである。 In the first to fourth embodiments described above, the number of inverter groups and the number of inverter devices belonging to each inverter group are limited to two to three. However, these may be any number of two or more. it is obvious.
1、1a、1b 直流電源
2 直流母線
3、3a、3b、3c 直流リアクトル
4a、4b、4c インバータグループ
5a、5b、5c、5d、5e、5f、5g、5h、5i インバータ装置
6、6a、6b、6c、6d、6e、6f、6g、6h、6i 交流電動機
7a、7b、7c、7d、7e、7f、7g、7h、7i 入力スイッチ
8a、8b、8c、8d、8e、8f、8g、8h、8i 電流検出器
9a、9b、9c、9d、9e、9f、9g、9h、9i コンデンサ
10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10h、10i インバータ
11 負荷機械
12a、12b、12c 多相電動機
13a、13b、13c 出力変圧器
1, 1a, 1b
Claims (6)
その複数組のインバータグループの少なくとも1組が運転停止しても負荷を縮退運転することが可能なインバータシステムであって、
前記インバータグループの各々の直流入力部に一括して直流リアクトルを設けたことを特徴とするインバータシステム。 Having multiple inverter groups consisting of multiple inverter devices fed from a common DC power supply,
An inverter system capable of degenerate operation of a load even when at least one of the plurality of inverter groups stops operation,
An inverter system characterized in that a DC reactor is collectively provided in each DC input section of the inverter group.
その複数組のインバータグループの少なくとも1組が運転停止しても負荷を縮退運転することが可能なインバータシステムであって、
前記複数台の直流電源の出力同士を夫々直流リアクトルを介して互いに接続したことを特徴とするインバータシステム。 Having a plurality of inverter groups consisting of a plurality of inverter devices fed from each of a plurality of DC power supplies,
An inverter system capable of degenerate operation of a load even when at least one of the plurality of inverter groups stops operation,
An inverter system characterized in that the outputs of the plurality of DC power supplies are connected to each other via DC reactors.
1台の前記インバータ装置が直流短絡したとき、
当該インバータ装置が属するインバータグループの全てのインバータ装置の入力スイッチをオフするまでの時間に、
その他の全てのインバータグループに属するインバータ装置が過電流とならないようにそのインダクタンス値を選定するようにしたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のインバータシステム。 The DC reactor is
When one of the inverter devices has a DC short circuit,
In the time until the input switches of all inverter devices of the inverter group to which the inverter device belongs are turned off,
The inverter system according to claim 1 or 2, wherein an inductance value is selected so that an inverter device belonging to all other inverter groups does not become an overcurrent.
前記直流電源から前記各インバータグループに給電するための母線のインダクタンス値も
考慮してそのインダクタンス値を選定するようにしたことを特徴とする請求項3に記載のインバータシステム。 The DC reactor is
The inverter system according to claim 3, wherein an inductance value is selected in consideration of an inductance value of a bus for supplying power to each inverter group from the DC power supply.
前記多相電動機の各相の1次巻線は、少なくとも異なる2組の前記インバータグループの前記インバータ装置から給電されるように構成したことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のインバータシステム。 The load is a multiphase motor;
3. The inverter according to claim 1, wherein the primary winding of each phase of the multiphase motor is configured to be supplied with power from the inverter devices of at least two different sets of the inverter groups. system.
前記出力変圧器の各相の入力は、少なくとも異なる2組の前記インバータグループの前記インバータ装置から給電されるように構成したことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のインバータシステム。
The load is an AC motor through an output transformer for series multiplexing,
3. The inverter system according to claim 1, wherein the input of each phase of the output transformer is configured to be supplied with power from the inverter devices of at least two different sets of the inverter groups.
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