JP2009247193A - インバータ装置における瞬時電圧低下補償装置 - Google Patents

Abstract

【課題】瞬低時にも運転周波数を変えることなくインバータ装置の運転を継続する。
【解決手段】インバータ装置１０は、順変換部１１、電解コンデンサ１２と逆変換部１３から構成され、逆変換部１３には、電動機１４が接続されている。電解コンデンサ１２の正負電路Ｐ，Ｎには、昇降圧チョッパ部１６が接続され、チョッパ部１６は、半導体素子１６ａ，１６ｂとダイオード１６ｃ，１６ｄとで構成され、半導体素子１６ａ，１６ｂの共通接続点は、リアクトル１７を介して電気二重層キャパシタ１８の一端に、その他端は負電路Ｎに接続される。チョッパ部１６の半導体素子１６ａ，１６ｂは、チョッパ制御部１９によりオン、オフ制御され、電気二重層キャパシタ１８にインバータ装置１０の運転中に電力が貯蔵され、瞬低時にはその電力が放電されて逆変換部１３に供給される。
【選択図】図１

Description

この発明は、瞬時電圧低下発生時にインバータ装置の出力周波数を変化させずに、運転を継続させることが可能となるようにしたインバータ装置における瞬時電圧低下補償装置に関するものである。

交流を電源とするインバータ装置は、順変換部と逆変換部から構成されて、電動機などの負荷を運転するもので、運転中に交流電源が瞬時停電あるいは瞬時電圧低下が発生した時（以下瞬低発生時と称す）、直流部にある電解コンデンサに蓄えられているエネルギーで運転を継続することができる。しかし、一般的な汎用インバータ装置における電解コンデンサには、インバータ装置を数十ｍｓ程度の運転継続能力しかエネルギーを蓄えることしかできないのが現状である。

このため、例えば、瞬低発生時には、直流電圧が瞬時に低下してしまい、インバータ装置の運転を継続することが不可能になってしまう。このような不具合を回避するために、瞬低発生時にインバータ装置を回生運転に移行させ、電動機の慣性エネルギーにより直流電圧が回復され、運転を継続させる手段が講じられている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−０４５９７３号公報

上記のように、瞬低発生時にインバータ装置を回生運転させる手段では、運転を継続させるという点においては、有効な手段であるが、インバータ装置の運転周波数が変化してしまうという問題がある。インバータ装置の運転周波数が変化してしまうと、駆動している電動機の回転速度も変化してしまう問題がある。

例えば、繊維関係のシステムにインバータ装置が使われている場合、瞬低発生時に電動機の回転速度が変化してしまえば、その間の製品は使用不能になって多大な損失を招くことになってしまう。その他の業界においても、同様に、電動機の回転速度が変化してしまうと、その間の製品が使用不能になってしまうことが多々ある。

この発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、瞬低発生時にもインバータ装置の運転周波数を変えることなく運転を継続させることができるインバータ装置における瞬時電圧低下補償装置を提供することを課題とする。

上記の課題を達成するために、請求項１に係る発明は、交流電力を直流電力に変換する順変換部と、直流電力を交流電力に変換して電動機を駆動する逆変換部と、順変換部からの直流電力を蓄える電解コンデンサとを有するインバータ装置において、
前記順変換部と逆変換部とを結ぶ直流正負電路に接続された昇降圧チョッパ部と、この昇降圧チョッパ部で制御され、得られた直流電力を貯蔵する電力貯蔵手段と、前記順変換部の交流側に接続され、交流の停電を検出する停電検出部と、この停電検出部が停電を検出したときに前記昇降圧チョッパ部を制御するとともに、前記電力貯蔵手段に直流電力を貯蔵するときに前記昇降圧チョッパ部を制御するチョッパ制御部とを備えたことを特徴とするものである。

また、請求項２に係る発明は、請求項１において、前記電力貯蔵手段が、電気二重層キャパシタからなることを特徴とするものである。

また、請求項３に係る発明は、請求項１又は２において、前記電力貯蔵手段には、二次電池が並列接続されたことを特徴とするものである。

以上述べたように、この発明によれば、瞬低発生時にもインバータ装置の運転周波数を変えることなくインバータ装置の運転を継続し負荷に電力を供給し続けることができる。また、電気二重層キャパシタに蓄電池等の充放電可能な二次電池を並列に接続することができるので、停電時にも対応が可能となる利点がある。

以下この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１はこの発明の実施の第１形態を示す構成図である。図１において、１０はインバータ装置で、このインバータ装置１０は、交流電力を直流電力に変換する順変換部１１、直流電力を蓄える電解コンデンサ１２と直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する逆変換部１３から構成されている。逆変換部１３には、負荷となる電動機１４が接続されている。

電解コンデンサ１２の正負電路Ｐ，Ｎには、抵抗１５を介して昇降圧（可逆）チョッパ部１６が接続されている。昇降圧チョッパ部１６は、ＩＧＢＴなどの半導体素子１６ａ，１６ｂと図示極性のダイオード１６ｃ，１６ｄとで構成されている。

半導体素子１６ａ，１６ｂは、直列接続されて正負電路Ｐ，Ｎに接続され、両半導体素子１６ａ，１６ｂの共通接続点は、リアクトル１７を介して電気二重層キャパシタ１８の一端に接続され、その他端は負電路Ｎに接続されている。

昇降圧チョッパ部１６の半導体素子１６ａ，１６ｂは、詳細を図３に示すチョッパ制御部１９により双方向チョッパ構成として制御され、電気二重層キャパシタ１８は、インバータ装置１０の運転中に充電されて電力が貯蔵される。このときの昇降圧チョッパ部１６は、降圧チョッパ動作を行うように制御される。

また、瞬低発生時には、停電検出部２０からチョッパ制御部１９に瞬低である信号が入力されると、チョッパ制御部１９により昇降圧チョッパ部１６は、昇圧動作を行って電気二重層キャパシタ１８に貯蔵されている電力を放電し、逆変換部１３に供給する。

このため、インバータ装置１０の逆変換部１３の運転周波数は変化しないで、設定された周波数のままインバータ装置１０は運転を継続する。これにより、電動機１４の回転速度が変化することが無く、例えば、繊維関係のシステムで使用されている電動機の場合でも回転速度が変化しなくなる。

図２はこの発明の実施の第２形態を示す構成図で、この実施の第２形態は、電気二重層キャパシタ１８に蓄電池等からなる二次電池２１を、逆流防止ダイオード２２を介して並列接続したもので、このように二次電池２１を設けることにより、停電時にも二次電池から昇降圧チョッパ部１６を介して対応できるようになる。なお、図２において、２３は小容量充電器である。

図３はチョッパ制御部１９のブロック図で、図３において、停電検出部２０からの瞬低信号がＰＩ制御部３１に入力される。ＰＩ制御部２０は、直流電圧を一定値に制御するためのもので、このＰＩ制御部２０で制御された出力は、電気二重層キャパシタ１８に流れるキャパシタ電流Ｉを変流器ＣＴで検出した出力とが、加算部３２で加算される。

この加算された出力は、ヒステリシスコンパレータ３３を介してゲート信号生成部３４に入力され、その出力にゲート信号を生成して昇降圧チョッパ部１６の半導体素子１６ａ，１６ｂに供給されて、これらをオン・オフ制御する。

上記実施の第１、第２形態では、電解コンデンサ１２を、昇降圧チョッパ部１６を介して電気二重層キャパシタ１８に接続し、昇降圧チョッパ部１６で電気二重層キャパシタ１８の貯蔵電力を降圧チョッパ動作で貯蔵制御しているので、電気二重層キャパシタ１８の定格電圧（ＤＣ２００Ｖ程度）を下げることができ、電気二重層キャパシタ１８の価格を抑えることができるようになる。

この発明の実施の第１形態を示す構成図。 この発明の実施の第２形態を示す構成図。 チョッパ制御部のブロック図。

符号の説明

１０…インバータ装置
１１…順変換部
１２…電解コンデンサ
１３…逆変換部
１４…電動機
１６…昇降圧チョッパ部
１７…リアクトル
１８…電気二重層キャパシタ
１９…チョッパ制御部
２０…停電検出部
２１…二次電池

Claims (3)

1. 交流電力を直流電力に変換する順変換部と、直流電力を交流電力に変換して電動機を駆動する逆変換部と、順変換部からの直流電力を蓄える電解コンデンサとを有するインバータ装置において、
   前記順変換部と逆変換部とを結ぶ直流正負電路に接続された昇降圧チョッパ部と、この昇降圧チョッパ部で制御され、得られた直流電力を貯蔵する電力貯蔵手段と、前記順変換部の交流側に接続され、交流の停電を検出する停電検出部と、この停電検出部が停電を検出したときに前記昇降圧チョッパ部を制御するとともに、前記電力貯蔵手段に直流電力を貯蔵するときに前記昇降圧チョッパ部を制御するチョッパ制御部とを備えたことを特徴とするインバータ装置における瞬時電圧低下補償装置。
2. 前記電力貯蔵手段は、電気二重層キャパシタからなることを特徴とする請求項１記載のインバータ装置における瞬時電圧低下補償装置。
3. 前記電力貯蔵手段には、二次電池を並列接続したことを特徴とする請求項１又は２記載のインバータ装置における瞬時電圧低下補償装置。

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