JP2926933B2 - 電圧形インバータの出力短絡保護方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、交流電動機駆動用の電圧形インバータ等に
おいて、その出力側の短絡による主回路素子の破壊を防
止するようにして電圧形インバータの出力短絡保護方法
に関する。

（従来の技術） 第３図は、インバータ回路の主回路素子として自己消
弧素子（例えば、バイポーラトランジスタ、IGBT等）を
用いた公知の電圧形インバータを示している。同図にお
いて、10は自己消弧素子11a〜11fを用いた三相インバー
タ回路、13,14は電流検出器（CT）、15は三相インバー
タ回路10の制御装置、16は誘導電動機である。

一方、30はコンバータ回路であり、その構成はダイオ
ード整流器20、初期充電回路21、平滑用コンデンサ22か
らなり、このコンバータ回路30は交流電源（商用電源）
電圧を整流して直流電圧を出力するように構成されてい
る。

ここで、初期充電回路21の働きについて簡単に説明す
る。いま、交流電源電圧が整流器20に入力されると、整
流器20の付加がコンデンサ22であるため、何ら手段を講
じない場合には過渡的に非常に大きな突入電流が流れ
る。そこで、この突入電流を抑制するために、コンデン
サ電圧を一定の時定数で立ち上げる働きを初期充電回路
21が行うものであり、具体的には、電源投入時にスイッ
チ21aを一時的に開放して抵抗21bを直流回路に挿入する
ことにより、上記時定数を大きくして充電電流を制限す
るものである。

この種のインバータの制御方法としては、PWM制御が
一般に使われている。このPWM制御では、インバータ回
路を構成する自己消弧素子に点消弧パルスを与えて自己
消弧素子をオン・オフさせ、インバータの出力電圧の大
きさ及び周波数を制御する。

第４図は点消弧パルスであるPWMパルスの演算方式を
示しており、この図ではインバータの１アーム（貯留接
続された二つの自己消弧素子のうちの一方）に与えるPW
Mパルスについて示している。PWMパルスの演算は、イン
バータ出力電圧基準信号（この図では正弦波）と変調信
号である三角波の大きさを比較して、正弦波が大きい範
囲では自己消弧素子をオン（点弧）させるオン信号を出
力させ、三角波が大きい範囲では自己消孤素子をオフ
（消弧）させるオフ信号を出力させる。このオン−オフ
信号を正側の素子に与え、この信号に対し反転した信号
を負側の素子に与えることにより、直列接続された自己
消弧素子を互いにオン・オフさせてインバータを制御す
る。

ところで、このような装置において、インバータの出
力側で何らかの原因によって過電流故障が発生した場
合、素子を破壊させることなく保護することが重要であ
る。従来の過電流保護方法としては、第３図に示すよう
にインバータの出力側に電流検出器13,14を取り付け、
これらの出力を制御装置15に入力すると共に、制御装置
15では電流検出器が故障レベルに達しているか否かを判
断してインバータの停止等の指令を出力することによ
り、自己消弧素子11a〜11fないしインバータ全体の保護
を図っている。

（発明が解決しようとする課題） インバータの過電流故障の中で、主回路素子の破壊に
つながる故障として、出力短絡がある。この自己は、イ
ンバータの出力線同士が配線作業のミスが断線などによ
り短絡した状態でインバータを運転した場合に起こる。
例えば、第５図に示すようにインバータの出力側の箇所
ａで出力短絡が生じると、自己消弧素子11aと11eとによ
って図の経路ｂに示すごとく電源短絡が生じる。なお、
第５図において、12は交流電源及びコンデンサ22等を等
価的に示した直流電源である。

第６図はインバータ起動時のPWMパルスと短絡電流と
の関係を示しており、同図から明らかなように、インバ
ータ起動時のPWMパルスは基準信号の振幅が小さいため
オン−オフ期間のほぼ等しいパルスとなる。そこで前述
の出力短絡によって生じる短絡電流は非常に幅の狭い電
流となり、インバータの出力側に取付けられた電流検出
器13,14がこの電流を検出できないという問題が生じ
る。このように短絡電流が検出できなければ、従来の過
電流保護機能が働かず、この短絡電流によって主回路素
子が破壊してしまうという大きな問題につながる。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもの
で、その目的とするところは、出力短絡時に発生する大
電流から主回路素子の破壊に未然に防ぐことができる電
圧形インバータの出力短絡保護方法を提供することにあ
る。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明は、交流電源に接
続されたコンバータ回路と、このコンバータ回路に直流
中間回路を介して接続されたインバータ回路と、このイ
ンバータ回路の制御装置とを備えた電圧形インバータに
おいて、前記直流中間回路の電圧が確立するまでの期間
内に出力短絡検知期間を設定し、この出力短絡検知期間
に前記インバータ回路を構成する特定の主回路素子を導
通させて前記直流中間回路から前記主回路素子を介して
インバータ回路の出力側に至る短絡検知電流の閉回路を
形成し、この閉回路内に設けた出力短絡検知手段により
前記短絡検知電流の大きさを検出して出力短絡の有無を
検知し、短絡検知時には前記制御装置によりインバータ
回路の起動を停止するものである。

（作用） 本発明においては、、コンバータ回路の直流回路の電
圧、すなわち平滑用コンデンサの電圧が確立するまでの
期間内に出力短絡検知期間を設ける。この出力短絡検知
期間には、例えば直流回路に設けた初期充電回路の動作
期間を利用し、この期間にインバータ回路の特定の主回
路素子を導通させ、直流回路から上記主回路素子を介し
て出力側に至る短絡検知電流の閉回路を形成する。

いま、インバータの出力側で短絡が生じていれば、上
記短絡検知電流は短絡検知時の過電流設定レベル以上に
なるため、短絡検知手段によりこれを検出して出力短絡
と判断し、インバータ回路の運転を停止して、すなわち
インバータ回路を起動させずに主回路素子の破壊を防
ぐ。このとき、直流回路の電圧は未だ確立しておらず定
常時の値以下であるから、仮りに出力短絡が生じていて
も短絡検知電流の値は小さく、主回路素子を破壊するに
は至らない。

なお、出力短絡検知手段としては、電流検出器をイン
バータ回路の出力側に設けるか、あるいは上記直流回路
を設けることが好ましく、直流回路に設けた場合には、
出力短絡のみならずインバータ回路の上下アームの短絡
事故等も検出することができる。

（実施例） 以下、図に沿って本発明の実施例を説明する。第１図
は本発明の一実施例を示す回路図であり、三相インバー
タ回路10の出力側の電流検出器が直流電流検出器13′,1
4′であるほかは実質上、従来例と同じ構成であるた
め、各構成要素には同一番号を付してある。この実施例
では、コンバータ回路30の初期充電回路21が動作してい
る期間を出力短絡検知期間として、この期間において、
三相インバータ回路10の特定の主回路素子に制御装置15
からオンパルスを与える。第１図の例では、自己消弧素
子11a,11e,11fにオンパルスを与えている。

このようにすると、直流回路のコンデンサ22からオン
パルスを与えた自己消弧素子11a,11e,11fを介し、誘導
電流機16を含む経路ｃ（破線にて示す）に短絡検知電流
が流れる。ここで、前記オンパルスを与えている期間
（出力短絡検知期間）を直流電流検出器13′,14′が電
流を検出できる時間以上の十分な時間とすれば、経路ｃ
は電流検出器13′,14′を通っているため、この短絡検
知電流が予め設定された短絡検知時の過電流設定レベル
以上になったことによって出力短絡を検出することがで
きる。そして、出力短絡検知時には、制御装置15により
インバータ回路10を起動させることなく運転を停止すれ
ば、主回路素子の破壊を未然に防止することができる。

通常、インバータが短絡状態にあると、主回路素子に
はコンバータ回路30の直流電圧が印加され、定格電流の
５〜６倍以上の大電流が主回路素子に流れてその破壊を
引き起こす。この実施例では、コンバータ回路30の直流
電圧が未だ確立していない低い状態で上記経路ｃの電流
を流すため、たとえ出力側に短絡が生じていても素子に
印加される電圧が低く、大電流も流れにくい。従って、
上記出力短絡検知期間に素子破壊を起こす心配はない。

第２図は本発明の他の実施例であり、第１図の実施例
と異なる点はインバータ回路10の直流側に直流電流検出
器17を設けたことであり、その他は第１図と同一の構成
であるため詳述を省略する。この構成によれば、第１図
と同様に出緑短絡検知期間に経路ｃの短絡検知電流を流
して出力短絡を確実に検知することができると共に、イ
ンバータの内部で生じた短絡（例えば正側，負側の素子
の一方が破壊状態で、正常な素子をオンさせた場合に生
じる短絡）を直流電流検出器17により検出することがで
き、制御装置15によるインバータの運転停止によって正
常な素子の破壊を防ぐことができる。

なお、本発明は、インバータ回路に自己消弧不可能な
素子、例えば通常のサイリスタを用いた電圧形インバー
タにも適用することができ、三相インバータのみならず
単相インバータにも適用可能である。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、基本的に従来の回路構
成に大幅な変更を加えることなく電圧形インバータの出
力短絡を確実に検出し、定常運転時における主回路素子
ないし主回路の破壊を未然に防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図は本発
明の他の実施例を示す回路図、第３図は従来の技術を示
す回路図、第４図はPWMパルスの発生原理を説明する波
形図、第５図は出力短絡時の説明図、第６図は起動時の
PWMパルスと短絡電流の関係を示す波形図である。 10……三相インバータ回路 11a〜11f……自己消弧素子、12……直流電源 13′,14′……直流電流検出器、15……制御装置 16……誘導電動機、17……直流電流検出器 20……整流器、21……初期充電回路 22……平滑用コンデンサ、30……コンバータ回路 ａ……短絡箇所、ｂ……短絡電流経路 ｃ……短絡検知電流経路

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流電源に接続されたコンバータ回路と、
   このコンバータ回路の直流回路に接続されたインバータ
   回路と、このインバータ回路の制御装置とを備えた電圧
   形インバータにおいて、 前記直流回路の電圧が確立するまでの期間内に出力短絡
   検知期間を設定し、この出力短絡検知期間に前記インバ
   ータ回路を構成する特定の主回路素子を導通させて前記
   直流回路から前記主回路素子を介してインバータ回路の
   出力側に至る短絡検知電流の閉回路を形成し、この閉回
   路内に設けた出力短絡検知手段により前記短絡検知電流
   の大きさを検出して出力短絡の有無を検知し、短絡検知
   時には前記制御装置によりインバータ回路の起動を停止
   することを特徴とする電圧形インバータの出力短絡保護
   方法。
2. 【請求項２】出力短絡検知手段が、インバータ回路の出
   力側に設けられた電流検出器である請求項（１）記載の
   電圧形インバータの出力短絡保護方法。
3. 【請求項３】出力短絡検知手段が、直流回路に設けられ
   た電流検出器である請求項（１）記載の電圧形インバー
   タの出力短絡保護方法。