JP2013059153A - インバータ装置及び当該装置用入力変圧器の突入電流低減方法 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的簡単な回路構成で、入力開閉器の投入時の突入電流を実用上問題とならない程度に低減することが可能なインバータ装置及び当該装置用入力変圧器の突入電流低減方法を提供する。
【解決手段】 交流電源に入力開閉器１を介して接続された入力変圧器２と、入力変圧器２の２次巻線に接続された回生機能付コンバータ３と、直流コンデンサ４と、インバータ５と、コンバータ制御部１０とで構成する。コンバータ制御部１０は、装置を運転状態から停止するとき、インバータ５が停止し、入力開閉器１が開放した状態で、入力変圧器２の残留磁束を消磁するための所定の電圧、周波数を入力変圧器２の２次巻線に与えるように回生機能付コンバータ１０を所定時間制御し、この所定時間の終了時の所定の期間における所定の電圧を、入力変圧器２の２次巻線の定格電圧に比べて充分低い電圧とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、入力変圧器の突入電流を低減させるようにしたインバータ装置及び当該装置用入力変圧器の突入電流低減方法に関する。

一般に入力側にコンバータを有するインバータ装置は、交流電源から入力開閉器及び入力変圧器を介して給電されることが多い。そして、入力開閉器を投入してインバータ装置を起動するとき、入力変圧器に突入電流が流れる場合がある。この突入電流は、交流電源の容量がインバータ装置の容量に対して十分大きい場合は問題となることは少ないが、電源容量が小さい場合には交流電源に擾乱を与えることになり好ましくない。

このため、起動時に入力変圧器の２次側を、ＰＷＭコンバータを運転することによって励磁し、入力変圧器の１次側に交流電源と同位相、同電圧の交流電圧を発生させた状態で入力開閉器を投入し、突入電流を抑制する提案が為されている（例えば特許文献１参照。）。

特開２００６−３５０９００号公報（第４−５頁、図１）

特許文献１に示された手法によれば、前回運転停止時に入力変圧器に偏って残留していた磁束を消去することは勿論、入力開閉器の投入時の突入電流をほぼゼロとすることが可能となる。しかしながら、入力変圧器の１次側に交流電源と同位相、同電圧の交流電圧を発生させるための制御回路が複雑となるという問題がある。

本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、比較的簡単な回路構成で、入力開閉器の投入時の突入電流を実用上問題とならない程度に低減することが可能なインバータ装置及び当該装置用入力変圧器の突入電流低減方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の発明であるインバータ装置及び当該装置用入力変圧器の突入電流低減方法は、交流電源に入力開閉器を介して接続された入力変圧器と、この入力変圧器の２次巻線に接続された回生機能付コンバータと、この回生機能付コンバータの直流出力電圧を平滑する直流コンデンサと、この直流コンデンサに印加される電圧を交流電圧に変換するインバータと、前記回生機能付コンバータを制御するコンバータ制御部とを具備したインバータ装置において、装置を運転状態から停止するとき、前記インバータを停止し、前記入力開閉器を開放させ、入力変圧器の残留磁束を消磁するための所定の電圧、周波数を２次巻線に与えるように回生機能付コンバータを所定時間制御し、この所定時間の終了時の所定の期間における残留磁束を消磁するための電圧を、２次巻線の定格電圧に比べて充分低い電圧としたことを特徴としている。

また、本発明の第２の発明であるインバータ装置及び当該装置用入力変圧器の突入電流低減方法は、交流電源に入力開閉器を介して接続された入力変圧器と、この入力変圧器の２次巻線に接続された回生機能付コンバータと、この回生機能付コンバータの直流出力電圧を平滑する直流コンデンサと、この直流コンデンサに印加される電圧を交流電圧に変換するインバータと、前記回生機能付コンバータを制御するコンバータ制御部と、前記直流コンデンサを初期充電するための初期充電回路とを具備したインバータ装置において、装置を停止状態から起動するとき、初期充電回路によって初期充電したあと、入力変圧器の残留磁束を消磁するための所定の電圧、周波数を２次巻線に与えるように回生機能付コンバータを制御し、所定時間経過後に入力開閉器を投入して装置を起動すると共に、この所定時間の終了時の所定の期間における残留磁束を消磁するための所定の電圧を、２次巻線の定格電圧に比べて充分低い電圧としたことを特徴としている。

この発明によれば、比較的簡単な回路構成で、入力開閉器の投入時の突入電流を実用上問題とならない程度に低減することが可能なインバータ装置及び当該装置用入力変圧器の突入電流低減方法を提供することが可能となる。

本発明の実施例１に係るインバータ装置の回路構成図。 本発明の実施例１に係るインバータ装置の入力変圧器の消磁動作のフローチャート。 本発明の実施例２に係るインバータ装置の回路構成図。 本発明の実施例２に係るインバータ装置の入力変圧器の消磁動作のフローチャート。

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。

以下、本発明の実施例１に係るインバータ装置を図１及び図２を参照して説明する。

図１は本発明の実施例１に係るインバータ装置の回路構成図である。交流電源は入力開閉器１を介して入力変圧器２の１次巻線に接続されている。入力変圧器２の２次巻線はコンバータ３の交流入力となり、コンバータ３の直流出力電圧は平滑用の直流コンデンサ４で平滑され、インバータ５の入力となる。インバータ５の交流出力で交流電動機６を駆動している。インバータ５はインバータ制御器７によって制御され、インバータ制御器７は全体の運転シーケンスを制御する運転制御器８からの指令で動作している。インバータ制御器７は交流電動機６の速度制御や電流制御を行うのが普通であるが、これらを行うために必要なフィードバック用の検出器を含め、詳細の図示を省略している。

コンバータ３は直流電力を交流に変換して回生動作を行うことが可能な回生可能コンバータであり、コンバータ制御器１０によって制御されている。コンバータ制御器１０は全体の運転シーケンスを制御する運転制御器８からの指令で動作している。コンバータ制御器１０は、通常の運転時にコンバータ３を制御するための通常制御器１１と、インバータ装置の停止時に入力変圧器２の残留磁束を消磁するための消磁制御器１２を備えており、これらの２つの制御器の出力を切替器１３で切替え、ＰＷＭ制御器１４を介して制御パルスを出力する構成となっている。通常制御器１１は直流電圧制御や交流入力の力率制御を行うのが普通であるが、これらを行うために必要なフィードバック用の検出器を含め、詳細の図示を省略している。

この実施例１においては、装置を停止するとき、コンデンサ４が蓄えている残留電圧を利用して入力変圧器２の残留磁束を低減する。この詳細動作について、図２に示すフローチャートに基づいて説明する。

まず、インバータ装置停止指令が運転制御器８から与えられ（ステップＳＴ１）、これに基づいてインバータ５が運転停止すると共に、入力開閉器１が開放する（ステップＳＴ２）。次に、切替器１２は、通常制御器１３側から消磁制御器１４側に選択を切替える（ステプＳＴ３）。この時点で、直流コンデンサ４の両端には充分な残留電圧が残っているので、この残留電圧を利用し、コンバータ３が所定の交流電圧、周波数を出力するように消磁制御器１４を所定時間の間制御する（ステップＳＴ４）。そして、上記所定時間が経過したとき、コンバータ３を停止する（ステップＳＴ５）。以上におけるステップＳＴ４の制御は、入力変圧器２の残留磁束を低減するためのものであるので、まず入力変圧器２の２次巻線の定格電圧、定格周波数以下の一定の電圧、周波数を与え、時間の経過とともに電圧及び周波数を低減させ、最終的には定格電圧よりも充分小さい電圧（例えば定格電圧の１％）を与えるようにする。このように消磁制御器１４をプログラミングしておけば、このステップ４の動作において、入力変圧器２の内部磁束は、ステップＳＴ２で開閉器１を開放したときの残留磁束の状態から、磁化曲線のループが次第に確実に小さくなっていくので、残留磁束を実用上問題のない程度まで低減可能である。このように、ステップＳＴ４において、上記のように時間とともに電圧及び周波数を低減させると効果的な消磁制御が可能となるが、必ずしもこのようにする必要はなく、上記所定時間内の最終の所定の期間おいて上記所定の電圧が定格電圧より充分低い電圧(例えば１０％以下)であれば、ある程度の消磁制御が可能となる。また、周波数を極端に低減すると磁化曲線の１回のループを描く時間が長くなるので、直流コンデンサ４の電荷の放電時間等を考慮して低減の度合いを決めることが好ましい。

図３は本発明の実施例２に係るインバータ装置のブロック構成図である。この実施例２の各部について、図１の本発明の実施例１に係るインバータ装置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、起動時に運転制御器８Ａの指令によって動作する初期充電回路２０を追加した点である。

この実施例２においては、装置を起動するとき、初期充電回路によってコンデンサ４を充電したあと入力変圧器２の残留磁束を低減する。この詳細動作について、図４に示すフローチャートに基づいて説明する。

まず、インバータ装置起動指令が運転制御器８Ａから与えられ（ステップＳＴ１０）、これに基づいて初期充電回路２０が動作し、コンデンサ４を充電する(ステップＳＴ１１)。この初期充電の完了を例えばタイマーなどによって確認したあと、切替器１２は、通常制御器１３側から消磁制御器１４側に選択を切替える（ステップＳＴ３）。そしてコンバータ３が所定の交流電圧、周波数を出力するように消磁制御器１４を所定時間の間制御する（ステップＳＴ４）。上記におけるステップＳＴ３及びステップＳＴ４は実施例１で説明した内容と同一である。ただし、この実施例２においては、主回路の交流電源とは異なる電源から初期充電を行う構成とすれば、コンデンサ４の放電時間を考慮する必要がない。ステップＳＴ４の消磁制御が終了した段階で入力開閉器１を投入する（ステップＳＴ１２）。ステップＳＴ４の消磁制御が適切に行われていれば、ステップＳＴ１２において突入電流は抑制される。そして、切替器１２は、消磁制御器１４側から通常制御器１３側に選択を切替える（ステプＳＴ１３）。この状態でコンバータ３を通常運転し、インバータ５を運転する（ステップＳＴ１４）ことによってインバータ装置の起動動作は完了する。

以上本発明のいくつかの実施例を説明したが、これらの実施例は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施例やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、実施例における交流電動機６は必ずしも電動機である必要はない。またコンバータ３にダイオードコンバータを並列に設けた構成であっても良い。また、インバータ５は３レベルインバータであっても良い。この場合は、入力変圧器２の２次巻線を２個設け、コンバータ３を正、負２台の構成とするのが普通である。

１ 入力開閉器
２ 入力変圧器
３ コンバータ
４ 直流コンデンサ
５ インバータ
６ 交流電動機
７ インバータ制御器
８、８Ａ 運転制御器
１０ コンバータ制御器
１１ ＰＷＭ制御器
１２ 切替器
１３ 通常制御器
１４ 消磁制御器
２０ 初期充電回路

Claims (5)

1. 交流電源に入力開閉器を介して接続された入力変圧器と、
   この入力変圧器の２次巻線に接続された回生機能付コンバータと、
   この回生機能付コンバータの直流出力電圧を平滑する直流コンデンサと、
   この直流コンデンサに印加される電圧を交流電圧に変換するインバータと、
   前記回生機能付コンバータを制御するコンバータ制御部と
   を具備したインバータ装置において、
   前記コンバータ制御部は、
   装置を運転状態から停止するとき、
   前記インバータが停止し、前記入力開閉器が開放した状態で、前記入力変圧器の残留磁束を消磁するための所定の電圧、周波数を前記２次巻線に与えるように前記回生機能付コンバータを所定時間制御すると共に、
   前記所定時間の終了時の所定の期間における前記所定の電圧を、前記２次巻線の定格電圧に比べて充分低い電圧としたことを特徴とするインバータ装置。
2. 交流電源に入力開閉器を介して接続された入力変圧器と、
   この入力変圧器の２次巻線に接続された回生機能付コンバータと、
   この回生機能付コンバータの直流出力電圧を平滑する直流コンデンサと、
   この直流コンデンサに印加される電圧を交流電圧に変換するインバータと、
   前記回生機能付コンバータを制御するコンバータ制御部と、
   前記直流コンデンサを初期充電するための初期充電回路と
   を具備したインバータ装置において、
   装置を停止状態から起動するとき、前記初期充電回路によって初期充電したあと、
   前記コンバータ制御部は、
   前記入力変圧器の残留磁束を消磁するための所定の電圧、周波数を前記２次巻線に与えるように前記回生機能付コンバータを制御し、
   所定時間経過後に前記入力開閉器を投入して装置を起動すると共に、
   前記所定時間の終了時の所定の期間における前記所定の電圧を、前記２次巻線の定格電圧に比べて充分低い電圧としたことを特徴とするインバータ装置。
3. 残留磁束を消磁するための前記所定の電圧及び所定の周波数は、前記所定時間の時間の経過とともに低減させ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装置。
4. 交流電源に入力開閉器を介して接続された入力変圧器と、
   この入力変圧器の２次巻線に接続された回生機能付コンバータと、
   この回生機能付コンバータの直流出力電圧を平滑する直流コンデンサと、
   この直流コンデンサに印加される電圧を交流電圧に変換するインバータと、
   前記回生機能付コンバータを制御するコンバータ制御部と
   を具備したインバータ装置において、
   装置を運転状態から停止するとき、
   前記インバータを停止し、前記入力開閉器を開放させ、入力変圧器の残留磁束を消磁するための所定の電圧、周波数を２次巻線に与えるように回生機能付コンバータを所定時間制御し、この所定時間の終了時の所定の期間における残留磁束を消磁するための電圧を、２次巻線の定格電圧に比べて充分低い電圧としたことを特徴とするインバータ装置用入力変圧器の突入電流低減方法。
5. 交流電源に入力開閉器を介して接続された入力変圧器と、
   この入力変圧器の２次巻線に接続された回生機能付コンバータと、
   この回生機能付コンバータの直流出力電圧を平滑する直流コンデンサと、
   この直流コンデンサに印加される電圧を交流電圧に変換するインバータと、
   前記回生機能付コンバータを制御するコンバータ制御部と、
   前記直流コンデンサを初期充電するための初期充電回路と
   を具備したインバータ装置において、
   装置を停止状態から起動するとき、初期充電回路によって初期充電したあと、入力変圧器の残留磁束を消磁するための所定の電圧、周波数を２次巻線に与えるように回生機能付コンバータを制御し、所定時間経過後に入力開閉器を投入して装置を起動すると共に、この
   所定時間の終了時の所定の期間における残留磁束を消磁するための所定の電圧を、２次巻線の定格電圧に比べて充分低い電圧としたことを特徴とするインバータ装置用入力変圧器の突入電流低減方法。

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