JP3535477B2 - インバータ装置、インバータ変換方法およびインバータ装置の初期充電方法 - Google Patents

インバータ装置、インバータ変換方法およびインバータ装置の初期充電方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は多重インバータ装置
を含むインバータ装置の主回路コンデンサ（平滑コンデ
ンサ）を初期充電するインバータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のインバータ装置について特開２０
００−５０６３６号公報に記載されている一例構成を図
８、図９に示す。
【０００３】図８、９では初期充電をするにあたり、ユ
ニットセル３１〜３９内の初期充電用サイリスターや初
期充電用リレーを制御して平滑コンデンサ３２を初期充
電している。すなわち、主開閉器１１が投入されると、
最初に電流制限抵抗器Ｒ1３を介して平滑コンデンサ３
２を充電する。Ｃ・Ｒの数倍の時間が経過すれば十分な
電圧になっており、その後にサイリスター１４（又はリ
レー）をオンする。この場合、各ユニットセル３１〜３
９で初充電制御を実施している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来技術は、常にユニ
ットセルの員数倍のコスト（主回路の部品代と配線費用
と制御回路の部品代と配線費用）がかかり、特に多重イ
ンバータではユニットセルの数が多いので、その負担が
大きくなるという問題点を有する。例えば、図８、９に
示した多重インバータの場合はユニットセルが９台ある
ので、９倍のコストがかかることとなり、大きなコスト
負担となる。
【０００５】また、サイリスターでは電圧降下による損
失が発生するので変わりにリレーを用いることになるが
リレーではユニットセル内に実装する寸法上の困難さが
あり、装置全体が大型化するという問題点もある。
【０００６】本発明の目的は主回路コンデンサ（平滑コ
ンデンサ）の初期充電を低コストで、かつ電力効率を良
く行えるインバータ装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴とするとこ
ろは、インバータ装置の入力側に設置される主トランス
に第３の巻線を設け、商用電源を第３の巻線を経由して
インバータ装置の平滑コンデンサに印加して初期充電を
するようにしたことにある。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１に本発明の一実施例を示し、
図２にインバータユニット３０の一例を示す。
【０００９】図１、図２に示す一実施例を図３のタイム
チャートを用いて詳細に説明する。
【００１０】図１の実施例は、商用交流電源１、主開閉
器１１、補助開閉器１２、電流制限抵抗器（Ｒ）１３、
３相入力側主トランス２と３相インバータユニット３
０、及び３相交流電動機（ＡＣＭ）４から構成されてい
る。
【００１１】３相インバータユニット３０の詳細を図２
に示す。
【００１２】３相インバータユニット３０は３相交流電
源１０３を可変周波数３相電圧１０４に変換し出力す
る。即ち、最初に３相交流電源１０３を３相全波ダイオ
ード整流器３１で直流電圧（Ｖｄｃ）１０５に変換しそ
の直流電圧（Ｖｄｃ）１０５をコンデンサ（Ｃ）３２で
平滑する。
【００１３】コンデンサ（Ｃ）３２で平滑された直流電
圧（Ｖｄｃ）１０５はトランジスタインバータ３３で３
相可変周波数出力電圧１０４に変換され出力され、電動
機（ＡＣＭ）４はその出力電圧で可変速度で駆動する。
【００１４】このような３相インバータユニット３０に
おける平滑コンデンサ（Ｃ）３２の初期充電について図
３のタイムチャートを用いて説明する。
【００１５】初期充電は３相インバータ３０を運転開始
させる前に予め平滑コンデンサ３２に電圧を蓄電させて
おくことであり、この操作をしないで主開閉器１１をオ
ンすると無電圧の平滑コンデンサ（Ｃ）３２で商用交流
電源１を短絡することとなり過大な電流が流れて機器を
破損するのを防止するためである。
【００１６】主開閉器１１をオン開始させる時刻をｔ１
とする。このｔ1以前時刻ｔ０に補助開閉器１２をオン
開始させる。これによって主トランス２の３次巻線に電
源電圧を印加し、２次出力巻線経由で３相インバータユ
ニット３０内のコンデンサ（Ｃ）３２に直流電圧（Ｖｄ
ｃ）１０５を充電する。この時電流制限抵抗器（Ｒ）１
３によって平滑コンデンサ（Ｃ）３２に流入する電流が
制限されるので、過大に電流が流れることを抑制でき
る。通常運転状態ではこの第３の巻線は使用されず、電
流制限抵抗器（Ｒ）１３による抵抗損失を発生しない。
【００１７】図４に本発明を多重インバータに適用した
実施例を示し、図５にインバータユニット３０の一例を
示す。
【００１８】図４、図５に示す一実施例を図３のタイム
チャートを用いて詳細に説明する。
【００１９】図４において、多重インバータは商用交流
電源１、主開閉器１１、補助開閉器１２、電流制限抵抗
器（Ｒ）１３、３相入力主トランス２と３相インバータ
ユニット３０、及び３相交流電動機（ＡＣＭ）４から構
成されている。
【００２０】３相インバータユニット３０のユニットセ
ル４１〜４９の詳細を図５に示す。
【００２１】３相インバータユニット３０は３相交流電
源１０３を可変周波数３相電圧１０４に変換し出力す
る。３相交流電源１０３を各ユニットセル４１〜４９内
の３相全波ダイオード整流器３１で直流電圧（Ｖｄｃ）
１０５に変換し、その直流電圧（Ｖｄｃ）１０５をコン
デンサ（Ｃ）３２で平滑する。平滑された直流電圧（Ｖ
ｄｃ）１０５は各ユニットセルインバータ４１〜４９で
更に単相可変周波数電圧（Ｕ１１〜１３、Ｖ１１〜１
３、Ｗ１１〜１３）１０６に変換され、その後で単相可
変周波数電圧を直列接続加算した３相可変交流電圧１０
４として出力され、３相交流電動機（ＡＣＭ）４を駆動
する。
【００２２】図１の実施例は１段のインバータである
が、図３の実施例では１相当たり３段の多重構成となっ
ているので高電圧の３相可変交流出力電圧１０４を得る
ことができる。
【００２３】多重インバータにおいても平滑コンデンサ
（Ｃ）３２に初期充電を必要とすることは図１と同じで
ある。つまり、３相入力主トランス２の１次巻線から見
れば全てのインバータは並列に挿入されているからであ
る。
【００２４】３相インバータを運転開始させる前に予め
平滑コンデンサ３２に電圧を蓄電させる操作をしないで
主開閉器１１をオンすると無電圧の平滑コンデンサ
（Ｃ）３２で商用交流電源１を短絡することとなって、
過大な電流が流れて機器を破損する場合がある。
【００２５】図６でその平滑コンデンサ（Ｃ）３２に初
期充電させる動作を説明する。主開閉器１１をオン開始
させる時間をｔ１とする。このｔ1以前のｔ０に補助開
閉器をオン開始させる。これによって主トランス２の３
次巻線を介して、２次巻線から３相インバータユニット
３０のユニットセル４１〜４９内のコンデンサ（Ｃ）３
２に直流電圧（Ｖｄｃ）１０５を充電する。この時、電
流制限抵抗器１３Ｒによって平滑コンデンサ（Ｃ）３２
に流入する電流が制限され、過大電流が流れるのを防止
する。
【００２６】図７に本発明の一般的な多重インバータへ
の適用した実施例を示す。
【００２７】図７においては初期充電する電源が商用電
源ではなく、別の任意の交流電源３となっている。この
場合は３相入力主トランス２の第３の巻線の巻数比を所
定の値に変更することによって容易に初期充電の機能を
得ることができる。また、電流制限抵抗Ｒ１３は、抵抗
以外でも電流を制限できる機能のものであれば良く、例
えばインダクタンスやアクテブ電流制限器や更には大き
めに設定された第３次巻線の短絡リアクタンスを用いる
ことができる。
【００２８】このようにして初期充電を行うのである
が、各ユニットセル内の初期充電制御用サイリスターを
削除できるので、そのサイリスター素子の電圧降下から
発生する電力損失分を削除できるので装置全体の効率を
向上でき、かつ装置のトータル配線工数を低減でき、装
置全体のコストを低減できる。
【００２９】また、各ユニットセル内の初期充電制御用
サイリスター又は初期充電制御用リレーを削除できるの
で、そのサイリスターまたはリレー部分の主回路とサイ
リスターゲートのオン／オフゲート配線またはリレーの
オン／オフ用コイル配線を削除できるので配線工数が下
げられる。
【００３０】さらに、各ユニットセル内の初期充電制御
用サイリスター素子又は初期充電制御用リレーを削除で
きるので、その部品代を節約できる。
【００３１】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば各ユニ
ットセル内の初期充電制御用サイリスターを削除できる
ので、そのサイリスター素子の電圧降下から発生する電
力損失分を削除できるので装置全体の効率を向上でき、
かつ装置のトータル配線工数を低減でき、装置全体のコ
ストを低減できる。本発明は特に多重インバータ装置に
用いるとその効率が顕著になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】 図１の実施例におけるユニットインバータセ
ルの一例構成図である。
【図３】 図１の実施例の動作を説明するためのタイム
チャートである。
【図４】 本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図５】 図４の実施例におけるユニットインバータセ
ルの一例構成図である。
【図６】 図４の実施例の動作を説明するためのタイム
チャートである。
【図７】 本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図８】 従来装置の一例構成図である。
【図９】 従来装置のユニットインバータセルの一例構
成図である。
【符号の説明】
１…商用交流電源 ２…３相入力側主トランス ３…別の任意交流電源 ４…３相交流電動機（ＡＣＭ） １１…主開閉器 １２…補助開閉器 １３…電流制限抵抗器（Ｒ） ３０…３相インバータユニット ３１…３相全波ダイオード整流器 ３２…コンデンサ（Ｃ） ３３…トランジスタインバータ ４１〜４９…ユニットセル １０３…３相交流電源 １０４…可変周波数３相電圧 １０５…直流電圧（Ｖｄｃ） １０６…単相可変周波数電圧
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02M 7/48 - 7/5395

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】交流電源から所定の可変周波数電圧を生成
    するインバータ装置において、平滑コンデンサを有する
    複数のインバータユニットと、前記インバータ装置の入
    力側に設置される主トランスを有し、前記主トランスの
    一部をなすよう交流電源側に第３の巻線を設け、前記交
    流電源を前記第３の巻線を経由して前記複数のインバー
    タユニットの各々の平滑コンデンサに印加して初期充電
    をするようにしたことを特徴とするインバータ装置。
  2. 【請求項２】複数個（ｎ相ｘｍ段個）の第２次巻線を有
    する入力側主トランスとユニットインバータセルをｎ相
    ｍ段接続して交流電源からｎ相の可変周波数電圧を出力
    する多重インバータ装置において、前記入力側主トラン
    スの一部をなすよう交流電源側に第３の巻線を設け、前
    記交流電源を前記第３の巻線を経由して前記ユニットイ
    ンバータセルの主回路コンデンサに印加して初期充電を
    するようにしたことを特徴とするインバータ装置。
  3. 【請求項３】商用電源または任意の周波数電源から所定
    の可変周波数電圧を生成するインバータ装置において、
    平滑コンデンサを有する複数のインバータユニットと、
    前記インバータ装置の入力側に設置される主トランスを
    有し、前記主トランスの一部をなすよう電源側に第３の
    巻線を設け、前記商用電源または任意の周波数電源また
    は別の電源を前記第３の巻線を経由して前記複数のイン
    バータユニットの各々の主回路コンデンサに印加して初
    期充電をするようにしたことを特徴とするインバータ装
    置。
  4. 【請求項４】１次巻線を商用電源に接続され、複数個の
    ２次巻線を有する主トランスと、前記複数個の２次巻線
    からそれぞれ印加される交流電圧を直流電圧に変換し平
    滑コンデンサで平滑された直流電圧を所定の可変周波数
    電圧に変換する複数個のユニットインバータとを有し、
    交流電源に接続される第３の巻線を前記主トランスに設
    け、前記交流電源を前記第３の巻線を経由して前記複数
    個のユニットインバータを構成するそれぞれの平滑コン
    デンサに印加して初期充電をするようにしたことを特徴
    とするインバータ装置。
  5. 【請求項５】１次巻線を商用電源に接続され、複数個の
    ２次巻線を有する主トランスと、前記複数個の２次巻線
    からそれぞれ印加される交流電圧を直流電圧に変換し平
    滑コンデンサで平滑された直流電圧を所定の可変周波数
    電圧に変換する複数個のユニットインバータとを有し、
    前記商用電源に接続される第３の巻線を前記主トランス
    に設け、前記商用電源を前記第３の巻線を経由して前記
    複数個のユニットインバータを構成するそれぞれの平滑
    コンデンサに印加して初期充電をするようにしたことを
    特徴とするインバータ装置。
  6. 【請求項６】１次巻線を商用電源に接続され、複数個
    （ｎ相ｘｍ段個）の２次巻線を有する主トランスと、直
    流電圧を平滑する平滑コンデンサを有するユニットイン
    バータをｎ相ｍ段接続して商用電源からｎ相の可変周波
    数電源を出力する多重インバータ装置において、前記商
    用電源に接続される第３の巻線を前記主トランスに設
    け、前記商用電源を前記第３の巻線を経由してｎ相ｍ段
    接続された前記複数個のユニットインバータを構成する
    それぞれの平滑コンデンサに印加して初期充電をするよ
    うにしたことを特徴とする多重インバータ装置。
  7. 【請求項７】交流電源から主トランスの一部をなす前記
    電源側の第３の巻線を介して、複数のインバータユニッ
    トの各々の平滑コンデンサに初期充電し、交流電源から
    前記主トランスの一部をなす前記電源側の第１の巻線を
    介して、前記複数のインバータユニットで可変周波数に
    変換するインバータ変換方法。
  8. 【請求項８】１次巻線を商用電源に接続される主トラン
    スの複数個の２次巻線からそれぞれ印加される交流電圧
    を直流電圧に変換し平滑コンデンサで平滑された直流電
    圧を所定の可変周波数電圧に変換する複数個のユニット
    インバータを有するインバータ装置であって、前記商用
    電源に接続される第３の巻線を前記主トランスに設け、
    前記商用電源を前記第３の巻線を経由して前記複数個の
    ユニットインバータを構成するそれぞれの平滑コンデン
    サに印加して初期充電をするようにしたことを特徴とす
    るインバータ装置の初期充電方法。
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