JP2592977B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は商用周波数の交流電力を直流電力に変換した
後、該直流電力を所望の周波の交流電力に変換する電流
形インバータとして機能する電力変換装置に係り、特に
過電圧を検出したとき、保護動作による二次的な過電流
を発生させることのないように保護機能を改良した電力
変換装置に関する。

（従来の技術） 電流形インバータを用いて交流電動機を駆動する従来
の電力変換装置の構成を第４図に示す。第４図におい
て、整流回路（コンバータ回路）２は交流電源１の電圧
を直流に変換し、直流リアクトル３を介してインバータ
回路４へ直流電流を供給する。インバータ回路４は直流
電流を所望の周波数の交流電流に変換して誘導電動機５
を駆動する。

整流回路２は位相制御器66によって制御され、インバ
ータ回路４はゲートパルス発生器67によって制御され
る。速度基準設定器60で設定された速度基準は入力制限
器61によってその最大変化率が所定値に制限され、電圧
基準或いは周波数基準として出力される。電圧制御器63
は上記電圧基準と変圧器51及び電圧検出器52を介して検
出されるインバータ回路４の交流出力側（或いは誘導電
動機５）の電圧検出値とを比較してその偏差を減少させ
るように電流基準を出力する。電流制御器65はこの電流
基準と変流器11及び電流検出器12を介して検出される整
流回路２の交流入力側の電流検出値とを比較しその偏差
を減少させるように位相制御信号を出力し、位相制御器
66を介して点弧パルスを出力し整流回路２の点弧位相を
制御する。これによって誘導電動機５の電圧が電圧基準
に対応した値に制御される。周波数制御器68は上記周波
数基準に基づいて速度基準に対応した周波数のパルス信
号を発生し、ゲートパルス発生器67はこのパルス信号に
基づいて転流パルスを出力しインバータ回路４を制御し
て、速度基準に対応した周波数の交流電流を出力する。
これによって誘導電動機５の速度が速度基準に対応した
速度に制御される。なお、このような電流形インバータ
の基本動作については、『ニュードライブエレクトロニ
クス』（電気書院発行・上山直彦編）第４章の103−144
頁に詳細に述べられている。

変圧器51、電圧検出器52を介して過電圧検出器53がイ
ンバータ回路４の交流出力側の過電圧を検出すると保護
シーケンス回路69は電力変換装置の過電圧保護を行う。
すなわち、第５図に示すように時刻t1で異常が発生し過
電圧検出器53から過電圧検出信号e3が出力されると、保
護シーケンス回路69から位相絞り信号e5と全点弧信号e4
が出力され、位相絞り信号e5により次の点弧パルスの位
相が遅れ側にシフトして、整流回路２から出力される直
流電圧e10はその時点で導通しているスイッチ素子を介
して交流電源１の電圧及び周波数に依存した波形で正か
ら負に変化し所定の負電圧に達すると該負電圧を維持す
るように制御される。また、全点弧信号e4によりインバ
ータ回路４の全てのスイッチ素子が導通して直流短絡状
態となり、時刻t1でインバータ回路４の直流側の電圧e1
1が零にされ、直流リアクトル３に流れる直流電流e12は
直流電圧e10が正の期間に第５図に示す波形のように一
時的に増大し、その後、回路の時定数で減衰してほぼ零
になった時刻t2で保護動作が完了する。

（発明が解決しようとする課題） 上述したように、従来の電力変換装置では次のような
問題があった。

（１）インバータ回路４の全点弧動作により一時的に直
流電流が急激に上昇し、直流電流が過大となり保護動作
も遅れる。

（２）整流回路２の事故時のゲートブロックをタイマー
管理で実施している場合、上記動作遅れにより、直流電
流が流れている状態でゲートブロックする場合があり、
その時点で導通状態にある素子に電流が流れ続け、装置
に損傷を与える場合がある。

（３）過大な事故電流により発生する過電圧で、素子が
破壊される場合がある。

（４）電流形インバータのように整流回路にコンデンサ
を有する場合、事故電流によりコンデンサが過電圧に充
電され、素子が破壊される場合がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので有り、
インバータ回路を全点弧モードにしても、一時的にも過
電流を流すことなく短時間で保護動作することの可能な
電力変換装置を提供することを目的としている。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明の電力変換装置は、交
流電圧を直流電圧に変換しリアクトルを介して直流電流
を出力するコンバータ回路と、前記直流電流を所望の周
波数の交流電流に変換して出力するインバータ回路と、
位相制御信号に応じて点弧パルスを出力し前記コンバー
タ回路を制御する位相制御回路と、周波数指令に応じて
転流パルスを出力し前記インバータ回路を制御する周波
数制御回路と、前記点呼パルスが出力される度に位相制
御信号の値を保持すると共に保持した値に基づいて所定
時間を決定し、前記インバータ回路の交流出力側の過電
圧が検出されたとき、位相絞り信号を出力して点呼パル
スの位相を遅らせると共に、ゲートブロック信号を出力
して転流パルスを禁止し、前記所定時間が経過した時点
で全点弧指令を出力して前記周波数制御回路から全点弧
パルスを出力し前記インバータ回路を直流短絡状態とす
る保護手段を備え、過電圧が検出されたとき、コンバー
タ回路が出力する直流電圧の値に応じた短い時間で全点
弧パルスを出力し、過電流を生じさせることなく短時間
で保護動作を行う。

（実施例） 本発明の電力変換装置の実施例を第１図に示す。同図
において、保護シーケンス回路69は過電圧検出信号e3′
が入力されると位相制御器66に対する位相絞り信号e5を
出力する。ゲートパルス発生器67は過電圧検出信号e3′
が入力されると、インバータ回路４に対する転流パルス
の出力を直ちにブロック（中止）し、全点弧指令e4′が
入力されると、インバータ回路４の全ての素子をオンに
する転流パルスを出力する。全点弧パルス発生器70は電
流制御器65から出力される位相制御信号e1と位相制御器
66から出力されるパルス信号e2と過電圧検出信号e3′と
により、ゲートパルス発生器67に対して全点弧指令e4′
を出力する。位相制御器66は整流回路２の各相のスイッ
チ素子に対する点弧パルスを出力する度に上記パルス信
号e2を出力する。その他は従来（第４図）のものと同様
に構成される。

全点弧パルス発生器70は、例えば第２図に示すよう
に、電流制御器65の出力信号e1の値をディジタル値に変
換するA/D変換器70aと、位相制御器66からパルス信号e2
が出力される度に上記ディジタル値がプリセットされ、
発振器70fから一定周期で出力されるクロックパルスが
入力される度に減算されるダウンカウンタ70bと、ダウ
ンカウンタ70bの値がゼロになったことを検出するOR回
路70cと、過電圧検出信号e3′が入力され、且つダウン
カウンタ70bの値がゼロになったとき全点弧指令e4′を
出力し、過電圧検出信号e3′が０になるまで全点弧指令
e4′を保護するためのAND回路70g、OR回路70eと、NOT回
路70dにより構成される。

上記構成において、全点弧パルス発生器70では、A/D
変換器70aにより電流制御器65から出力される位相制御
信号e1が常にデジタル値に変換され、位相制御器66から
点弧パルスを出力するタイミングでパルス信号e2により
上記デジタル値がダウンカウンタ70bにロード（プリセ
ット）される。通常の場合、位相制御信号e1の値がゼロ
のとき点弧位相角は70゜であり、位相制御信号e1の値が
大きくなるに従って点弧位相角は進み方向に変化する。
従って、ダウンカウンタ70bにプリセットされるディジ
タル値は点弧位相角が進み方向になる程大きな値とな
り、整流回路２から出力される直流電圧e10が大きくな
る程ディジタル値も大きくなる。ダウンカウンタ70bに
プリセットされたディジタル値はその直後からクロック
パルスにより減算され０になるとOR回路70cの出力が０
になり、NOT回路70dの出力が１となる。この場合、該点
弧パルスで導通したスイッチ素子を介して整流回路２か
ら出力される直流電圧が交流電源１の電圧波形に依存し
て減少し０になる時点でダウンカウンタ70bの値が０に
なるようにクロックパルスが与えられる。しかし通常の
運転ではダウンカウンタ70bの値が０になる前に次の点
弧パルスのタイミングで新たなディジタル値がロードさ
れNOT回路70dの出力が１となることはない。

変圧器51、電圧検出器52を介して過電圧検出器53がイ
ンバータ回路４の過電圧を検出すると、保護シーケンス
回路69と全点弧パルス発生器70が電力変換装置の過電圧
保護を行う。すなわち、第３図に示すように、時刻t1で
過電圧検出信号e3′が検出されると、保護シーケンス回
路69から位相絞り信号e5が出力され、整流回路２から出
力される直流電圧e10は従来と同様に正から負の電圧に
変化する。同時にゲートパルス発生器67は転流パルスの
出力をブロック（中止）し、これによりインバータ回路
４の転流動作は停止する。また、全点弧パルス発生器70
は過電圧検出信号e3′が検出されると、その直前の点弧
パルスのタイミングでダウンカウンタ70bにプリセット
されたディジタル値（位相制御信号）がクロックパルス
により減算されゼロになるまでの所定期間が経過した時
点t3で全点弧信号e4′を出力する。すなわち、整流回路
２から出力される直流電圧が０になる時点で全点弧信号
e4′が出力される。この全点弧信号e4′によりゲートパ
ルス発生器67はインバータ回路４の全ての素子をオンさ
せる転流パルスを出力し、インバータ回路４を直流短絡
状態とする。従って、直流短絡状態とすることによって
一時的に過電流となることはなくなる。

本実施例によれば次のような効果が得られる。

（１）整流回路の出力である直流電圧が位相絞り信号に
よりゼロに減少するまでの所定時間を位相制御信号によ
り推定し、直流電圧の瞬時値が零レベル付近に成ったと
きインバータ回路を全点弧させるので、直流電流が過大
に成らず、安全且つ、速かに保護動作が行われる。

（２）保護動作による二次的な過電流を流すことなく保
護動作を行い、確実にサイリスタ素子の保護を行うこと
ができる。

（３）保護動作による二次的な過電流を流すことなく保
護動作を行い、転流コンデンサが過電圧に充電されるこ
となく、確実にサイリスタ素子の保護を行うことができ
る。

（発明の効果） 本発明によれば、過電圧が検出されたとき、位相制御
信号を監視して整流回路の出力である直流電圧がゼロ電
圧になったときインバータ回路を全点弧状態とし、一時
的にも過電流を流すことなく、安全且つ速やかに保護動
作を行わせ、信頼性の高い電力変換装置を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
第１図の一部詳細回路構成図、第３図は本発明の動作を
説明するための各部の波形図、第４図は従来装置の構成
を示すブロック図、第５図は従来装置の動作を説明する
ための各部の波形図を示す。 １……交流電源、２……整流回路、 ３……直流リアクトル、４……インバータ回路、 ５……誘導電動機、11……変流器、 12……電流検出器、 51……変圧器、52……電圧検出器、 53……過電圧検出器、60……速度設定器、 61……入力制限器、62、64……演算器、 63……電圧制御器、65……電流制御器、 66……位相制御器、67……ゲートパルス発生器、 68……周波数制御器、69……保護シーケンス回路、 70……全点弧パルス発生器、70a……A/D変換器、 70b……ダウンカウンタ、70c、70e……OR回路、 70d……NOT回路、70g……AND回路、 70f……発振器。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流電圧を直流電圧に変換しリアクトルを
   介して直流電流を出力するコンバータ回路と、前記直流
   電流を所望の周波数の交流電流に変換して出力するイン
   バータ回路と、位相制御信号に応じて点弧パルスを出力
   し前記コンバータ回路を制御する位相制御回路と、周波
   数指令に応じて転流パルスを出力し前記インバータ回路
   を制御する周波数制御回路と、前記点弧パルスが出力さ
   れる度に位相制御信号の値を保持すると共に保持した値
   に基づいて所定時間を決定し、前記インバータ回路の交
   流出力側の過電圧が検出されたとき、位相絞り信号を出
   力して点弧パルスの位相を遅らせると共に、ゲートブロ
   ック信号を出力して転流パルスを禁止し、前記所定時間
   が経過した時点で全点弧指令を出力して前記周波数制御
   回路から全点弧パルスを出力し前記インバータ回路を直
   流短絡状態とする保護手段を備え、コンバータ回路の直
   流出力電圧に応じた短い時間で全点弧パルスを出力する
   ことを特徴とする電力変換装置。