JP3447943B2 - 中性点クランプ方式インバータの制御方法 - Google Patents

中性点クランプ方式インバータの制御方法

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JP3447943B2 JP00724998A JP724998A JP3447943B2 JP 3447943 B2 JP3447943 B2 JP 3447943B2 JP 00724998 A JP00724998 A JP 00724998A JP 724998 A JP724998 A JP 724998A JP 3447943 B2 JP3447943 B2 JP 3447943B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、交流電動機を可変
速駆動する中性点クランプ方式インバータの制御方法に
係り、特に中性点クランプ方式インバータに備えられた
過電圧抑制回路が動作したときの制御に関する。 【0002】 【従来の技術】従来、直流を交流に変換するインバータ
の直流側端子間には、直流電源とフィルタコンデンサが
接続され、そのフィルタコンデンサの両端には過電圧保
護のため抵抗器とスイッチング素子の直列体からなる過
電圧抑制回路が接続される。そのような構成が中性点ク
ランプ方式のインバータに適用された例として特開平5
−244702号公報が挙げられる。 【0003】ここで、過電圧抑制回路が動作する一例に
ついて説明する。交流電動機をインバータにより制御す
る構成において、力行運転モードから回生制動運転モー
ドに切り替わった場合には、交流電動機は発電機となっ
て交流電力が発生し、その電力はインバータによって直
流電力へ変換されて直流電源へ帰還される。しかし、直
流電源側に他の負荷がない場合にはエネルギが吸収され
ずフィルタコンデンサに吸収されて直流電圧が上昇す
る。この場合に、過電圧抑制回路のスイッチング素子を
点弧させて過電圧抑制用の抵抗器にエネルギを吸収させ
過電圧を防止する。この過電圧抑制回路のスイッチング
素子が点弧されるとインバータを停止させ、直流電源か
らフィルタコンデンサに電力を供給するための接触器を
開放する。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】上記過電圧抑制回路の
スイッチング素子として、特に自己消弧機能を有しない
サイリスタ素子を用いた場合、フィルタコンデンサは放
電した後も、交流電動機の残留誘起電圧によってサイリ
スタ素子に電流が流れ続ける。このため、電流がサイリ
スタ素子の保持電流以下になるまでの数秒〜数十秒間は
サイリスタ素子はターンオフしない状態となるので、イ
ンバータを起動させるための上記接触器の再投入ができ
ず、再力行あるいは再回生の準備が整わないという問題
がある。 【0005】本発明の目的は、交流電動機を中性点クラ
ンプ方式インバータにより制御するものにおいて、上記
過電圧抑制回路が動作したあと速やかに再力行あるいは
再回生を可能とした中性点クランプ方式インバータの制
御方法を提供することにある。 【0006】 【課題を解決するための手段】本発明は、中性点クラン
プ方式インバータであって、回生制動モード時に次のス
テップを有することにある。 (ステップ1)フィルタコンデンサの直流端子電圧値V
dを読込む。 (ステップ2)Vdと予め定められた過電圧値Vroと
比較し、Vd<Vroならば運転継続、Vd≧Vroな
らばステップ3へ進む。 (ステップ3)前記接触器を開放させ、前記インバータ
を停止させ、前記過電圧抑制回路のスイッチング素子を
点弧する。 (ステップ4)前記Vdと予め定められた所定値Vr1
(Vroより低い値)を比較し、Vd>Vr1ならばステ
ップ3へ戻り、Vd≦Vr1らばステップ5へ進む。 (ステップ5)前記インバータのクランプダイオードと
前記交流電動機との間に介在する該インバータのスイッ
チング素子を各相に亘り全て点弧する。 【0007】このように、過電圧抑制回路のスイッチン
グ素子が点弧され、フィルタコンデンサの電圧が所定の
値に達すると、インバータのクランプダイオードと交流
電動機との間に介在するインバータのスイッチング素子
を各相に亘り全て点弧することにより、交流電動機とイ
ンバータのスイッチング素子とクランプダイオードから
なる閉回路が形成され、交流電動機に残留している起電
圧によって生じた電流を前記閉回路で環流させ減衰させ
る。これにより、過電圧抑制回路のスイッチング素子に
は交流電動機からの電流が流れないため、フィルタコン
デンサの放電終了後は過電圧抑制回路のスイッチング素
子を速やかに消弧させることが可能となる。 【0008】 【発明の実施の形態】本願発明について説明する前に、
本願発明が対象とする交流電動機駆動の中性点クランプ
方式インバータの構成について図2より説明する。図に
おいて、1は直流電源であり、これはコンバータにより
交流電源から変換された直流電源であってもよい。直流
電源1は接触器2とフィルタリアクトル3を介して中性
点クランプ方式インバータ11の直流端子間に接続され
る。またその直流端子間には、2つに直列分割されたフ
ィルタコンデンサ7p,7nの両端が接続され、その両
端には抵抗器5とサイリスタ素子6の直列体からなる過
電圧抑制回路が接続される。 【0009】11の中性点クランプ方式インバータは、
3相(U,V,W)構成で、その内の1相分(1アー
ム)についての回路構成は次の通りである。U相アーム
は、少なくとも4個直列接続したIGBT等のスイッチ
ング素子(8U1,8U2,8U3,8U4)の直列体
(上アーム8U1,8U2、下アーム8U3,8U4)か
らなり、その両端はフィルタコンデンサ7pと7nが直
列接続された両端部に接続される。各スイッチング素子
にはそれぞれ逆極性に並列接続されたフリーホイールダ
イオード(9U1,9U2,9U3,9U4)が接続され
る。上アームを構成するスイッチング素子8U1と8U
2の接続点及び下アームを構成するスイッチング素子8
U3と8U4の接続点は、それぞれクランプダイオード
10U1,10U2を介してフィルタコンデンサ7p,
7nの接続点(中性電位の点とも呼ぶ)に接続される。
上アームと下アームの接続点(交流出力端)には誘導電
動機等の交流電動機4の対応する相の電機子巻線が接続
される。 【0010】次に、上記構成における動作について説明
する。接触器2を投入すると、直流電源1の電圧にフィ
ルタコンデンサ7p,7nの直列回路は充電される。そ
して交流電動機4を可変速制御するように図示していな
い制御装置からの点弧パルス信号を中性点クランプ方式
インバータ11のスイッチング素子を与えると、その交
流出力端には中性点の電位を有した電圧波形が得られ
る。このことから一般的に本構成のインバータを中性点
クランプ方式インバータと呼ばれている。 【0011】本発明は、このような構成において回生制
動モード時にフィルタコンデンサが過電圧になった時の
制御方法にあり、それについて以下説明する。なお、実
施例上はインバータを制御する制御装置内のマイクロコ
ンピュータによるソフトウエアで制御するので、その制
御ステップをフローチャートを用いて図1より説明す
る。 【0012】(ステップ1)フィルタコンデンサの直流
端子電圧値Vdを読込む。 【0013】(ステップ2)Vdと予め定められた過電
圧値Vroと比較し、Vd<Vroならば運転継続、V
d≧Vroならばステップ3へ進む。 【0014】(ステップ3)接触器2を開放させ、イン
バータを停止させ、過電圧抑制回路のサイリスタ素子6
を点弧する。 【0015】(ステップ4)Vdと予め定められた所定
値Vr1を比較し、Vd>Vr1ならばステップ3へ戻
り、Vd≦Vr1ならばステップ5へ進む。 【0016】(ステップ5)インバータ11のスイッチ
ング素子8U2,8U3,8V2,8V3,8W2,8
W3のみを点弧する。 【0017】なお、上記所定値Vr1は、数秒から10
数秒間でフィルタコンデンサの電荷が抵抗器により放電
されサイリスタ素子の保持電流になるまでの電圧値に設
定される。 【0018】以上の制御ステップにより、フィルタコン
デンサが過電圧になった場合には、過電圧抑制回路のサ
イリスタ素子6が点弧されるので抵抗器5にエネルギが
吸収され、フィルタコンデンサの電圧は減衰していく。
なお、そのときには中性点クランプ方式インバータ11
は停止しており、又、接触器2を開放して直流電源1か
ら主回路は開放されている。 【0019】上記によりフィルタコンデンサ7p,7n
が放電し続け、その電圧が所定値Vr1以下となったと
き、中性点クランプ方式インバータ11の各相の出力点
に接続された各々のスイッチング素子8U2,8U3,
8V2,8V3,8W2,8W3をすべて点弧させる
と、これにより、交流電動機4と前記スイッチング素子
8U2,8U3,8V2,8V3,8W2,8W3とクラン
プダイオード10U1,10U2,10V1,10V
2,10W1,10W2からなる閉回路が形成され、交
流電動機の誘起電圧によって流れる電流は、図2に示し
た矢印の経路で流れる。なお、図2は交流電動機U相端
子から電流が流れ出るように誘起電圧が発生した場合に
ついて示したものであり、V相あるいはW相から流れ出
る場合についても同様に前記閉回路に電流は流れること
になる。 【0020】このため、フィルタコンデンサ放電後はサ
イリスタ素子6に流れる電流は直ちに保持電流以下とな
り、速やかにサイリスタ素子はターンオフする。したが
って過電圧抑制回路のサイリスタ素子に遮断能力を持た
せる必要はなく、ソフトウェアのごく簡単な変更のみに
より、速やかにサイリスタ素子をターンオフさせること
ができる。このため過電圧によるフィルタコンデンサの
放電後、接触器2の再投入が可能となり、短時間のうち
に再力行あるいは再回生の準備が完了できる。なお、上
記実施例では、過電圧抑制回路のスイッチング素子をサ
イリスタ素子としたが、その素子の換わりにGTO,I
GBT等の自己消弧素子を用いた場合には、本発明によ
れば零電流遮断が可能となるので遮断に伴う損失が発生
しないこと、又は遮断電流の小さい特性のものでよいた
め素子の小形化,低コスト化が図れる。 【0021】 【発明の効果】本発明によれば、交流電動機を中性点ク
ランプ方式インバータにより回生制動制御中において、
過電圧抑制回路の動作が開始された後、フィルタコンデ
ンサ電圧が所定値以下になった時点からは交流電動機か
らの回生電流をインバータの直流側に流さないように制
御するので、過電圧抑制回路の動作時間を短縮でき、速
やかにインバータによる再力行制御あるいは再回生制御
を可能とすることができるという効果を得られる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の実施例を説明するための制御フローチ
ャート図である。 【図2】本発明が対象とする構成についての説明と本発
明の動作を示す説明図である。 【符号の説明】 1…直流電源、2…接触器、4…交流電動機、5…抵抗
器、6…サイリスタ素子、7p,7n…フィルタコンデ
ンサ、8U1〜8W4…スイッチング素子、9U1〜9
W4…フリーホイールダイオード、10U1〜10W2
…クランプダイオード、11…中性点クランプ方式イン
バータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小澤 寛之 茨城県ひたちなか市市毛1070番地 株式 会社 日立製作所 水戸工場内 (72)発明者 片山 敏也 茨城県ひたちなか市市毛1070番地 株式 会社 日立製作所 水戸工場内 (56)参考文献 特開 平4−183222(JP,A) 特開 平7−298623(JP,A) 特開 昭62−250877(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02P 5/408 - 5/412 H02P 7/628 - 7/632 H02P 21/00 H02M 7/42 - 7/98 H02H 7/00 H02H 7/10 - 7/20 B60L 1/00 - 3/12 B60L 7/00 - 13/00 B60L 15/00 - 15/42

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 直流電源に接触器を介して接続されてな
    フィルタコンデンサに蓄えられた直流電力を可変周波
    数・可変電圧の交流電力に変換、又はその逆変換する中
    性点クランプ方式インバータであって、該インバータの
    直流側に前記フィルタコンデンサの電圧が予め定めた過
    電圧値に達すると、スイッチング素子を点弧して放電す
    る過電圧抑制回路が備えられてなる前記インバータによ
    り交流電動機を可変速制御する中性点クランプ方式イン
    バータの制御方法において、回生制動モード時に次のス
    テップを有することを特徴とする中性点クランプ方式イ
    ンバータの制御方法。(ステップ1)フィルタコンデンサの直流端子電圧値V
    dを読込む。 (ステップ2)Vdと予め定められた過電圧値Vroと
    比較し、Vd<Vroならば運転継続、Vd≧Vroな
    らばステップ3へ進む。 (ステップ3)前記接触器を開放させ、前記インバータ
    を停止させ、前記過電圧抑制回路のスイッチング素子を
    点弧する。 (ステップ4)前記Vdと予め定められた所定値Vr1
    (Vroより低い値)を比較し、Vd>Vr1ならばステ
    ップ3へ戻り、Vd≦Vr1らばステップ5へ進む。 (ステップ5)前記インバータのクランプダイオードと
    前記交流電動機との間に介在する該インバータのスイッ
    チング素子を各相に亘り全て点弧する。
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