JP2974268B2 - 電圧形インバータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電圧形インバータの保
護技術に係り、特にインバータ回路短絡時の保護を改良
した電圧形インバータに関する。

【０００２】

【従来の技術】電圧形インバータを用いた代表的な装置
として、交流電動機の可変速制御装置が挙げられる。

【０００３】この種の装置の従来例を図４に示す。この
装置の主回路部は、交流電源１の交流電圧を可変の直流
電圧に変換する制御整流器２、制御整流器２の出力電圧
を平滑する平滑回路３、直流回路を短絡する短絡器４、
直流電圧を任意の交流電圧に変換するゲートターンオフ
サイリスタ（以後単にＧＴＯと記す）から成るインバー
タ５と６、インバータ５と６の出力に設けられた変圧器
71と72で構成される出力変圧器７、この出力変圧器７に
より合成された交流電力により駆動される誘導電動機８
により構成される。

【０００４】また、この装置の保護制御部は、平滑回路
３を構成するコンデンサ32の電流を検出する電流検出器
90、この検出器90の出力信号からコンデンサ32の放電電
流のみを検出する放電電流検出回路92、この放電電流が
所定値に達したことを検出するレベル検出器10、このレ
ベル検出器10の検出信号により、短絡器４を動作させる
パルス出力回路96により構成される。

【０００５】上記構成において、電圧形インバータが運
転中にインバータ５のＧＴＯ51と54が同時に導通状態と
なる異常事象が発生すると、平滑回路３内のコンデンサ
32の充電電荷がコンデンサ32→ＧＴＯ51→ＧＴＯ54の短
絡ループで放電され、図５に示すように放電電流ｉ_f が
流れる。同時にインバータ６に流れていた電流ｉ_B がイ
ンピーダンスの低いインバータ５側に移行する。この電
流移行の時間は、放電電流ｉ_f の立ち上がりよりはるか
に早いものとなる。放電電流ｉ_f が所定値に達すると短
絡器４を閉路して分流電流ｉ_s を流しＧＴＯ51，54に流
れる短絡電流を抑制してＧＴＯを保護している。

【０００６】なお、図５において、ｔ₀ は短絡事故発生
時点、ｔ₁ はインバータ６の電流ｉ_b がインバータ５の
電流ｉ_a に移行完了した時点、ｔ₃ は短絡器４の動作時
点を示している。

【０００７】また、短絡器４が動作する放電電流のレベ
ルＩ_M はＧＴＯの許容しゃ断電流より幾分少ない電流値
に設定され、この電流値に達する前にＧＴＯにオフ指令
が与えられればＧＴＯによって短絡電流をしゃ断して保
護し、上記電流値Ｉ_M に達した後はＧＴＯにオフ指令を
与えないで、短絡器４を閉路し短絡ループの主回路イン
ダクタンスとコンデンサ32による共振電流（半サイク
ル）を分流することによりＧＴＯの短絡電流を限流して
ＧＴＯを保護している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来装置
では、次のような問題点があり完全な保護を行なうのが
困難である。

【０００９】すなわち、短絡電流の検出時点ｔ₂ から短
絡器が動作する時点ｔ₃ までに時間遅れｔ_d があり、こ
の間にＧＴＯにオフ指令が与えられるとＧＴＯが損傷す
る場合がある。また、これを防止するために放電電流の
検出レベルＩ_M を低くすると誤検出の確率が高くなり信
頼性が低下する。インバータの並列数が増加すると短絡
したインバータへ電流が集中しその電流移行速度が速い
ので短絡モードのＧＴＯの負担が増大し、保護協調をと
るのがいっそう困難となる。

【００１０】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、複数のインバータを並
列接続して成る電圧形インバータにおいて、短絡の発生
時点を速やかに検出すると共に、自己消弧形スイッチ素
子の許容しゃ断電流以内で短絡電流をしゃ断することを
可能とし、安全性の向上した短絡保護機能を有する電圧
形インバータを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達するため、
本発明は、平滑用のコンデンサを有する直流電圧源と、
この直流電圧源に接続されそれぞれ交流を出力するブリ
ッジ接続された自己消弧形スイッチ素子で成る複数のイ
ンバータを備えた装置において、それぞれのインバータ
の直流側の電流変化率と、上記コンデンサの放電電流か
らインバータの直流短絡を判定し、自己消弧形スイッチ
素子のオフ指令を出力する短絡検出手段を設ける。

【００１２】

【作用】任意のインバータに直流短絡が発生すると、該
短絡インバータの直流側の電流変化率が正方向に増大し
て所定レベルを越え、他のインバータの直流側の電流変
化率は負方向に増大して所定レベルを越え、コンデンサ
の放電電流は増大する。これらの条件から、上記短絡検
出手段はインバータに直流短絡が発生したことを判定し
てオフ指令を出力し、すべての自己消弧スイッチ素子を
オフにして短絡電流を速やかにしゃ断する。

【００１３】

【実施例】図１に本発明の一実施例を示す。図１におい
て、制御整流器２、平滑回路３、短絡器４、インバータ
５と６、出力変圧器７、誘導電動機８、電流検出器90、
放電電流検出回路92、パルス出力回路96は従来装置と同
じものである。本実施例では上記に加えて、インバータ
５および６の直流電流を検出する電流検出器91ａおよび
91ｂ、電流検出器91ａおよび91ｂの出力の変化量を検出
する微分回路93および94、放電電流検出回路92と微分回
路93および94の出力信号により短絡状態を判定してオフ
指令ＧＯＦを出力する短絡検出回路95を新たに設けてい
る。短絡検出回路95の具体例を図２（ａ）に示し、微分
回路93の具体例を図２（ｂ）に示す。微分回路94は微分
回路93と同じものである。

【００１４】図２（ａ）において、比較器 101は信号ｅ
₁ （コンデンサ32の放電電流）がＧＴＯサイリスタの許
容しゃ断電流に応じて決定される設定値Ｉ_M を越えたと
き論理値を“１”とする。比較器 104， 105， 107はそ
れぞれ入力値が正方向に所定値を越えたとき論理値を
“１”とし、比較器 106， 108は負方向に所定値を越え
たとき論理値を“１”とする。

【００１５】図２（ｂ）において、電流検出器91ａは直
流電流ｉ_a に比例した検出電流ｉ_a1を出力し抵抗93ａに
ｉ_a に比例した電圧が生じる。この電圧はコンデンサ93
ｂと抵抗93ｃによる微分作用によりその出力電圧ｅ₂ は
直流電流ｉ_a の変化率に比例する。ツェナーダイオード
93ｄ，93ｅは出力電圧ｅ₂ が一定値を越えないように制
限する。

【００１６】上記構成において、図１の電圧形インバー
タが各インバータ５，６に一定電流を供給して運転して
いるとき、平滑回路３のコンデンサ32には制御整流器２
の出力電圧の脈動により図３に示すような充放電電流ｉ
_f が流れる。このｉ_f の放電電流が電流検出器90および
放電電流検出回路92より検出され比較器 104の出力には
ｅ_1aに示す論理信号が検出される。しかし、各インバー
タ５，６の直流電流ｉ_a ，ｉ_b が一定のため微分回路9
3，94の出力信号ｅ₂ ，ｅ₃ が検出されず、比較器 105
〜 108のいずれも論理値は“０”のまゝでアンド回路 1
09， 110の入力条件は成立しない。従ってオア回路 111
の出力は“０”のまゝでありアンド回路 103， 112の出
力はいずれも“０”のまゝとなる。

【００１７】また、各インバータ５，６の直流電流
ｉ_a ，ｉ_b が変化する場合、正常な運転状態ではロード
バランスが行なわれｉ_a ，ｉ_b 共同じ方向に変化する。
例えば、ｉ_a ，ｉ_b 共増加する方向に所定の変化率を越
えて変化するとき、比較器 105と107の出力は“１”と
なる。しかし、この場合もアンド回路 109と 110の入力
条件は成立しない。ｉ_a ，ｉ_b 共減少する方向に変化す
るとき、比較器 106と 108の出力が“１”となるが、こ
の場合もアンド回路 109と 110の入力条件は成立しな
い。従って、正常な運転状態において短絡検出は行なわ
れない。

【００１８】今、時点ｔ₀ においてＧＴＯ51と54が同時
に導通して短絡状態になったとすると、コンデンサ32の
充電電荷がその短絡ループで急速に放電されインバータ
５の直流電流ｉ_a は事故電流として増大する。同時にイ
ンバータ６の直流電流ｉ_b は急速に減少し、その分が短
絡が発生したインバータ５の方に移行する。これらの電
流変化により微分回路93，94の出力信号ｅ₂ ，ｅ₃ は図
３に示すようにそれぞれ正，負の電圧が検出される。こ
の状態になると、比較器 105， 108の出力が“１”とな
りアンド回路 109の入力条件が成立し、その出力が
“１”となる。

【００１９】従って、オア回路 111の出力が“１”とな
り短絡状態が検出される。この時、コンデンサ32の放電
電流検出信号ｅ₁ がＧＴＯの許容しゃ断電流に応じて設
定された値Ｉ_M に達していなければ比較器 101の出力は
“０”でありアンド回路 103の出力が“１”となってＧ
ＴＯのオフ指令ＧＯＦが出力される。これによりすべて
のＧＴＯにオフ信号が与えられ図３の実線に示すように
直流電流ｉ_a ，ｉ_b は短絡が発生すると速やかにしゃ断
される。

【００２０】短絡状態が検出された時点においてｅ₁ が
Ｉ_M に達していれば比較器 101の出力は“１”となりア
ンド回路 112の出力が“１”となって短絡器４に対する
投入指令ＳＣＣが出力される。この場合短絡器４に動作
遅れがあっても図３の時点ｔ₃ ′に示すようにＧＴＯの
短絡電流が過大になる前に短絡器４に分流させることが
でき、ＧＴＯを確実に保護することができる。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、短絡発生時点を早期に
検出することが可能となり自己消弧形スイッチ素子の許
容しゃ断電流以内で短絡電流をしゃ断することが可能と
なり、安全性，信頼性の向上した短絡保護機能を備えた
電圧形インバータを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電圧形インバータによる実施例の構成
図。

【図２】上記実施例における要部詳細図。

【図３】上記実施例の作用を説明するためのタイムチャ
ート。

【図４】従来の電圧形インバータの構成図。

【図５】従来装置の問題点を説明するためのタイムチャ
ート。

【符号の説明】

１…交流電源、２…制御整流器、３…平滑回路、４…短
絡器、５，６…インバータ、７…出力変圧器、８…電動
機、90，91ａ，91ｂ…電流検出器、92…放電電流検出
器、93，94…微分回路、95…短絡検出回路、96…パルス
出力回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平滑用のコンデンサを有する直流電圧源
   と、この直流電圧源に接続されそれぞれ交流を出力する
   ブリッジ接続された自己消弧形スイッチ素子で成る複数
   のインバータを備えた装置において、それぞれのインバ
   ータの直流側の電流変化率と、上記コンデンサの放電電
   流からインバータの直流短絡を判定し、自己消弧形スイ
   ッチ素子のオフ指令を出力する短絡検出手段を設けたこ
   とを特徴とする電圧形インバータ。