JP2013192392A

JP2013192392A - インバータ装置

Info

Publication number: JP2013192392A
Application number: JP2012057637A
Authority: JP
Inventors: Yuji Suzuki; 祐司鈴木
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2013-09-26

Abstract

【課題】入力電源の交流電圧を整流してなる電圧を所望の交流電圧に変換して負荷に給電するインバータ装置において、前記負荷からの回生電力を吸収する回生制動回路に備える半導体スイッチ素子が短絡故障したときに好適な処置方法に提供する。
【解決手段】このインバータ装置２０では、状態監視回路１７が何等かの要因により回生制動回路２２を形成する半導体スイッチ素子２２ｂが短絡故障状態に陥ったと判定すると、この短絡故障を異常信号としてインバータ制御回路２３に送信し、この異常信号を受信したインバータ制御回路２３から主コンデンサ充電回路２１を形成する電磁接触器２１ｃに遮断指令を発信して開路させることにより、整流器１１→充電抵抗器２１ａ→ヒューズ２１ｂ→回生制動回路２２→整流器１１の径路に電流が流れ、この電流によりヒューズ２１ｂを溶断させて、回生制動回路２２を構成する制動抵抗器２２ａの過熱焼損を防止するようにしている。
【選択図】図１

Description

この発明は、入力電源の交流電圧を整流してなる電圧を所望の周波数・振幅の交流電圧に変換して負荷に給電するインバータ装置に関し、特に、前記負荷からの回生電力を吸収する回生制動回路に備える半導体スイッチ素子が短絡故障したときの処置方法に関する。

図３は、この種のインバータ装置の従来例を示す回路構成図であり、この図において、１は商用電源などの入力電源、２は回路遮断器、３はインバータ装置１０から給電される負荷としての電動機である。

このインバータ装置１０には、回路遮断器２を介して印加された入力電源１の交流電圧を整流して出力するためのダイオード素子をブリッジ接続してなる整流器１１と、この整流した電圧を平滑するための電解コンデンサからなる主コンデンサ１３と、前記整流した電圧を主コンデンサ１３に印加する際の初期充電電流を抑制するために、充電抵抗器１２ａとスイッチ１２ｂ（以下、電磁接触器１２ｂともいう）とからなる主コンデンサ充電回路１２と、主コンデンサ１３の両端電圧を所望の周波数・振幅の交流電圧に変換して電動機３に給電するために、トランジスタなどの自己消弧素子とダイオード素子の逆並列回路からなる半導体スイッチ回路をブリッジ接続にした構成のインバータ主回路１４と、主コンデンサ１３の両端に並列接続して電動機３からの回生電力を吸収するために備えるヒューズ１５ａと制動抵抗器１５ｂと半導体スイッチ素子１５ｃとからなる回生制動回路１５と、主コンデンサ充電回路１２，インバータ主回路１４，回生制動回路１５それぞれを所望の状態に制御するインバータ制御回路１６と、回生制動回路１５を構成する半導体スイッチ素子１５ｃの動作状態を監視する状態監視回路１７とを備えている。

図３に示したインバータ装置１０では、先ず、回路遮断器２を投入することにより、入力電源１の交流電圧がインバータ装置１０に印加され、この交流電圧を整流器１１で整流した電圧は、電磁接触器１２ｂが開路状態にある主コンデンサ充電回路１２の充電抵抗器１２ａを介して主コンデンサ１３へ印加され、主コンデンサ１３への充電を開始する。

その後、インバータ制御回路１６からの図示しない投入指令により、電磁接触器１２ｂを閉路させることで、主コンデンサ１３への充電電流を抑制しつつ、主コンデンサ１３への充電動作が完了する。

次に、インバータ制御回路１６からの図示しないインバータ主回路１４への制御信号により、インバータ主回路１４では主コンデンサ１３の両端電圧を所望の周波数・振幅の交流電圧に変換しつつ、電動機３への給電を開始し、やがて、電動機３は通常状態で回転しつつ、機械設備などを駆動する。

このインバータ装置１０が通常の動作中において、主コンデンサ１３の両端電圧を図示しない電圧検出回路によりインバータ制御回路１６が監視し、この両端電圧が予め設定した上限電圧を超えたときには、電動機３が回生運転状態にあると判定し、インバータ制御回路１６からの図示しない制御信号により、回生制動回路１５の半導体スイッチ素子１５ｃへのオン信号を出力することで、回生制動回路１５の制動抵抗器１５ｂが電動機３からの回生電力を吸収して、主コンデンサ１３の両端電圧が前記上限電圧を超えないように抑制する機能を有している。

図３に示した従来のインバータ装置１０に備える状態監視回路１７では、回生制動回路１５を構成する制動抵抗器１５ｂの両端電圧または半導体スイッチ素子１５ｃに流れる電流と、半導体スイッチ素子１５ｃへのオン・オフ信号との関係を監視し、半導体スイッチ素子１５ｃへオフ信号が発せられている期間に、制動抵抗器１５ｂの両端電圧が存在している時、または半導体スイッチ素子１５ｃに流れる電流が存在している時には、何等かの要因により半導体スイッチ素子１５ｃが短絡故障状態に陥ったと判定し、この短絡故障を異常信号としてインバータ制御回路１６に送信し、この異常信号を受信したインバータ制御回路１６から回路遮断器２に遮断指令を発信して開路させ、インバータ装置１０の動作を停止させて、回生制動回路１５を構成するヒューズ１５ａの溶断や制動抵抗器１５ｂの過熱焼損を防止するようにしている。

また、下記特許文献１では、回生制動回路１５を構成する制動抵抗器１５ｂと半導体スイッチ素子１５ｃとが直列接続された両端間にサイリスタスイッチを並列に追加装備し、半導体スイッチ素子１５ｃが短絡故障状態に陥ったと判定された時には、前記サイリスタスイッチをオンさせて、制動抵抗器１５ｂの過熱焼損を防止するようにしている。

さらに、下記特許文献２では、回生制動回路１５の何れか一端に電磁接触器を追加装備し、半導体スイッチ素子１５ｃが短絡故障状態に陥ったと判定された時には、電磁接触器を開路させて、制動抵抗器１５ｂの過熱焼損を防止するようにしている。

特開５−３３６７５８号公報特開９−９６６０号公報

従来のインバータ装置や特許文献１，２においては、負荷としての電動機からの回生電力を吸収する回生制動回路に備える半導体スイッチ素子が短絡故障した時に、該回生制動回路を構成するヒューズの溶断や制動抵抗器の過熱焼損を防止するために、上述の如く、回路遮断器、サイリスタスイッチ、電磁接触器などを追加装備する必要があり、これらは大形部品であり装置全体を大型化させ、価格上昇を招くという問題点があった。

この発明の目的は、上記問題点を解消できるインバータ装置を提供することにある。

この第１の発明は、入力電源の交流電圧を整流して出力する整流器と、この整流した電圧を平滑する主コンデンサと、前記整流した電圧を前記主コンデンサに印加する際の初期充電電流を抑制する主コンデンサ充電回路と、前記主コンデンサの両端電圧を所望の周波数・振幅の交流電圧に変換して負荷に給電するインバータ主回路と、前記主コンデンサの両端に並列接続して前記負荷からの回生電力を吸収する回生制動回路と、前記主コンデンサ充電回路，インバータ主回路，回生制動回路それぞれを所望の状態に制御するインバータ制御回路とを備えたインバータ装置において、
前記主コンデンサ充電回路は、充電抵抗器とヒューズの直列接続回路と、この直列接続回路の両端に並列接続されるスイッチとで形成し、前記回生制動回路は、制動抵抗器と半導体スイッチ素子の直列接続回路で形成し、前記半導体スイッチ素子の動作状態を監視する状態監視回路を備え、前記状態監視回路が前記半導体スイッチ素子の短絡故障を検知したときには、この短絡故障を異常信号として前記インバータ制御回路に送信し、この異常信号を受信したインバータ制御回路を介して前記主コンデンサ充電回路のスイッチを開路させることをより、該主コンデンサ充電回路のヒューズを溶断させることを特徴とする。

また第２の発明は前記インバータ装置において、
前記回生制動回路は、制動抵抗器とヒューズの直列接続回路またはヒューズ機能を内蔵した制動抵抗器に、半導体スイッチ素子を直列接続して形成し、前記半導体スイッチ素子の動作状態を監視する状態監視回路を備え、前記状態監視回路が前記半導体スイッチ素子の短絡故障を検知したときには、この短絡故障を異常信号として前記インバータ制御回路に送信し、この異常信号を受信したインバータ制御回路を介して、前記インバータ主回路を形成する半導体スイッチ回路それぞれを同時にオンさせることにより、前記入力電源とインバータ装置との間に備える回路遮断器を過電流遮断させることを特徴とする。

この発明によれば、従来のインバータ装置に比してより安価なインバータ装置により、前記負荷からの回生電力を吸収する回生制動回路に備える半導体スイッチ素子が短絡故障したときの制動抵抗器の過熱焼損を防止することができる。

この発明の第１の実施例を示すインバータ装置の回路構成図この発明の第２の実施例を示すインバータ装置の回路構成図従来例を示すインバータ装置の回路構成図

図１は、この発明の第１の実施例を示すインバータ装置の回路構成図である。

このインバータ装置２０が図３に示した従来のインバータ装置１０と異なる点は、充電抵抗器１２ａと電磁接触器１２ｂとからなる主コンデンサ充電回路１２に代えて、充電抵抗器２１ａとヒューズ２１ｂとスイッチ２１ｃ（以下、電磁接触器２１ｃともいう）とからなる主コンデンサ充電回路２１を備えており、それぞれの充電抵抗器と電磁接触器とは互いに同一仕様である。また、ヒューズ１５ａと制動抵抗器１５ｂと半導体スイッチ素子１５ｃとからなる回生制動回路１５に代えて、制動抵抗器２２ａと半導体スイッチ素子２２ｂとからなる回生制動回路２２を備えており、それぞれの制動抵抗器と半導体スイッチ素子とは互いに同一仕様である。

このインバータ装置２０では、状態監視回路１７が何等かの要因により半導体スイッチ素子１５ｃが短絡故障状態に陥ったと判定すると、この短絡故障を異常信号としてインバータ制御回路２３に送信し、この異常信号を受信したインバータ制御回路２３から主コンデンサ充電回路２１を形成する電磁接触器２１ｃに遮断指令を発信して開路させることにより、整流器１１→充電抵抗器２１ａ→ヒューズ２１ｂ→回生制動回路１５→整流器１１の径路に電流が流れ、この電流によりヒューズ２１ｂを溶断させて、回生制動回路２１を構成する制動抵抗器２１ａの過熱焼損を防止するようにしている。

従って、従来のインバータ装置１０に備える回生制動回路１５を構成するヒューズ１５ａを省略でき、また、主コンデンサ充電回路２１を構成するヒューズ２１ｂには、ヒューズ１５ａよりも溶断電流が小さく格段に安価なヒューズで対応できる利点がある。

なお、インバータ制御回路２３は上記異常信号の処理動作以外の通常の制御動作は、従来のインバータ制御回路１６における動作と同じである。

図２は、この発明の第２の実施例を示すインバータ装置の回路構成図である。

このインバータ装置３０が図３に示した従来のインバータ装置１０と異なる点は、インバータ制御回路１６に代えて、インバータ制御回路３１を備えていることである。

このインバータ制御回路３１は、以下に記す異常信号の処理動作以外の通常の制御動作は、従来のインバータ制御回路１６における動作と同じである。

すなわち、このインバータ装置３０では、状態監視回路１７が何等かの要因により半導体スイッチ素子１５ｃが短絡故障状態に陥ったと判定すると、この短絡故障を異常信号としてインバータ制御回路３１に送信し、この異常信号を受信したインバータ制御回路３１からの全オン信号により、インバータ主回路１４を形成する半導体スイッチ回路それぞれを同時にオンさせることにより、入力電源１１とインバータ装置３０との間に備える回路遮断器４を過電流遮断させて、回生制動回路１５を構成するヒューズ１５ａの溶断や制動抵抗器１５ｂの過熱焼損を防止するようにしている。なお、図２に示す破線の矢印のように、回路遮断器４が出力した過電流の遮断信号により、インバータ制御回路３１からの前記全オン信号を停止するようにしても良い。

この回路遮断器４は、従来の回路遮断器２に対して、インバータ装置３０の動作仕様に基づいた過電流遮断レベルを予め設定できる機能を有する必要があるが、このインバータ装置３０は、従来のインバータ装置１０とそのハード仕様が同一で済む利点がある。

なお、図２に示す破線の矢印のように、回路遮断器４が出力した過電流の遮断信号により、インバータ制御回路３１からの前記全オン信号の出力を停止するようにしても良い。

１…入力電源、２…回路遮断器、３…電動機、４…回路遮断器、１０…インバータ装置、１１…整流器、１２…主コンデンサ充電回路、１３…主コンデンサ、１４…インバータ主回路、１５…回生制動回路、１６…インバータ制御回路、１７…状態監視回路、２０…インバータ装置、２１…主コンデンサ充電回路、２２…回生制動回路、２３…インバータ制御回路、３０…インバータ装置、３１…インバータ制御回路。

Claims

入力電源の交流電圧を整流して出力する整流器と、この整流した電圧を平滑する主コンデンサと、前記整流した電圧を前記主コンデンサに印加する際の初期充電電流を抑制する主コンデンサ充電回路と、前記主コンデンサの両端電圧を所望の周波数・振幅の交流電圧に変換して負荷に給電するインバータ主回路と、前記主コンデンサの両端に並列接続して前記負荷からの回生電力を吸収する回生制動回路と、前記主コンデンサ充電回路，インバータ主回路，回生制動回路それぞれを所望の状態に制御するインバータ制御回路とを備えたインバータ装置において、
前記主コンデンサ充電回路は、充電抵抗器とヒューズの直列接続回路と、この直列接続回路の両端に並列接続されるスイッチとで形成し、
前記回生制動回路は、制動抵抗器と半導体スイッチ素子の直列接続回路で形成し、
前記半導体スイッチ素子の動作状態を監視する状態監視回路を備え、
前記状態監視回路が前記半導体スイッチ素子の短絡故障を検知したときには、この短絡故障を異常信号として前記インバータ制御回路に送信し、
この異常信号を受信したインバータ制御回路を介して前記主コンデンサ充電回路のスイッチを開路させることをより、該主コンデンサ充電回路のヒューズを溶断させることを特徴とするインバータ装置。
入力電源の交流電圧を整流して出力する整流器と、この整流した電圧を平滑する主コンデンサと、前記整流した電圧を前記主コンデンサに印加する際の初期充電電流を抑制する主コンデンサ充電回路と、前記主コンデンサの両端電圧を所望の周波数・振幅の交流電圧に変換して負荷に給電するインバータ主回路と、前記主コンデンサの両端に並列接続して前記負荷からの回生電力を吸収する回生制動回路と、前記主コンデンサ充電回路，インバータ主回路，回生制動回路それぞれを所望の状態に制御するインバータ制御回路とを備えたインバータ装置において、
前記回生制動回路は、制動抵抗器とヒューズの直列接続回路またはヒューズ機能を内蔵した制動抵抗器に、半導体スイッチ素子を直列接続して形成し、
前記半導体スイッチ素子の動作状態を監視する状態監視回路を備え、
前記状態監視回路が前記半導体スイッチ素子の短絡故障を検知したときには、この短絡故障を異常信号として前記インバータ制御回路に送信し、
この異常信号を受信したインバータ制御回路を介して、前記インバータ主回路を形成する半導体スイッチ回路それぞれを同時にオンさせることにより、前記入力電源とインバータ装置との間に備える回路遮断器を過電流遮断させることを特徴とするインバータ装置。