JPH0113301B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は電圧形インバータ装置において、イ
ンバータ回路や負荷などに異常を生じ、インバー
タ回路へ異常過電流が流入するのを強制的に分流
させてインバータ回路を保護するインバータの保
護装置に関するものである。

従来、電圧形インバータ装置において、インバ
ータ回路や負荷に異常を生じた場合、とくに平滑
用コンデンサの過大な放電電流から、インバータ
回路を構成する半導体素子などの熱的耐量の小さ
い機器を保護する必要がある。このため、この放
電電流の流れる回路に高速限流ヒユーズを設けて
保護するのが一般的であるが、事故発生後、新し
いヒユーズなどの交換を要し保守上に問題があ
り、最近はこの種高速限流ヒユーズを使用しない
保護装置が用いられるようになつた。

第１図は高速限流ヒユーズを使用しないこの種
装置の従来例を示す回路図である。図において、
１は交流電源、２は電源用配線しや断器、３は交
流電源１から直流電力を得るための整流回路、こ
の整流回路はサイリスタを用いて、純ブリツジ回
路、又は混合ブリツジ回路などに構成されている
４は整流回路３により順変換された直流電力を交
流電力に逆変換するインバータ回路、５はインバ
ータ回路４への異常な過電流を検出する電流検出
回路、６は電流抑制用の負荷側リアクトル、７は
整流回路３出力の平滑用リアクトル、８は整流回
路３出力の平滑用コンデンサ、９はインバータ回
路４への異常な過電流を分流させる分流用サイリ
スタ、１０は分流用サイリスタ９への電流抑制用
リアクトルである。

以上のように構成された従来の装置において、
電源用配線しや断器２を投入し、整流回路３が出
力すると、平滑用コンデンサ８は整流回路３の出
力電圧により充電され両端に直流電圧を確立す
る。そして、インバータ回路４を制御して負荷を
運転中、インバータ回路４や負荷に故障または誤
動作などで異常を生ずると、インバータ回路４へ
は整流回路３を通しての交流電源１と、平滑用コ
ンデンサ８の電荷とから供給される異常な過電流
が流れる。この異常な過電流が第２図の電流曲線
に示すI₀の電流設定値までt₀の時間を経て立上る
と、電流検出回路５は整流回路３へのトリガ位相
角制御信号ｆと、配線用しや断器２の引外しコイ
ル２ａへの引外し信号ｇと、短絡用サイリスタ９
へのトリガ信号ｈとを出力する。トリガ位相角制
御信号ｆは整流回路３を構成するサイリスタを、
最小出力電圧を得るトリガ位相角までしぼり、ま
た引外し信号ｇは配線用しや断器２を引外して交
流電源１側からの過電流の流入を除去する。一
方、整流回路３の出力側にある平滑用コンデンサ
８が十分充電されている場合、いま第１図におい
て分流用サイリスタ９と電流抑制用リアクトル１
０とがないものとすれば、平滑用コンデンサ８の
十分充電された電荷によりインバータ回路４へ
は、第２図のi₃で示す過大な放電電流が流れる。
このi₃なる電流の最大値i₃は、平滑用コンデンサ
８の端子電圧をＥ（Ｖ）、静電容量をＣ(F)、また負
荷側リアクトル６のインダクタンスをＬ(H)とし、
回路中の抵抗分を無視できるものとすると、以下
の第１式で表わすことができる。

このため従来の装置は、このi₃の電流を軽減す
るため、電流検出回路５からのトリガ信号ｈによ
り分流用サイリスタ９を導通させて、インバータ
回路４へ流れようとしていたi₃なる過大な放電電
流の一部を、分流用サイリスタ９へ分流させてい
た。第２図においては、i₂の電流を分流用サイリ
スタ９へ分流する放電電流とすれば、i₁の電流は
インバータ回路４へ流れる放電電流を示し、I₁及
びI₂はそれぞれのi₁及びi₂電流の最大値である。
したがつて、i₁及びi₃電流の最大値をI₁≪I₃なるよ
うにすることによつて、インバータ回路４を構成
する半導体素子などの過電流耐量以下に抑制し
て、インバータ回路４などが過電流で損焼するの
を保護していた。なお、平滑用コンデンサ８に対
して、分流用サイリスタ９と電流抑用リアクトル
１０などからなる回路（以下分流側回路という）
と、インバータ回路４と電流検出回路（以下イン
バータ側回路という）とは並列回路となつてお
り、第２図においてはI₁＜I₂となつており、これ
は分流側回路のインピーダンスをインバータ側回
路のインピーダンススより小さくして、分流側回
路へインバータ側回路より電流を多く流している
ことを示している。

以上のように従来の装置においては、トリガ信
号ｈにより分流用サイリスタ９は点弧するのみで
電流を加減する機能がなく、このためインバータ
側回路の回路条件が変ると、分流側回路のインピ
ーダンスを変えなければ、インバータ回路４に流
入する過大な過電流を許容過電流耐量以下にする
ことができないという欠点があつた。

この発明は、これらの欠点を改善することを目
的とするもので、交流電源から直流電力を得るた
めの整流回路と、この整流回路に接続された平滑
用コンデンサと、前記交流電源と整流回路との間
に接続された電源用配線しや断器と、前記整流回
路により変換された直流電力を交流電力に変換す
るインバータ回路と、このインバータ回路の過電
流を検出する電流検出回路と、この電流検出回路
の出力信号により閉路する開閉装置と、可変直流
電流を出力する励磁用直流電源と、一次巻線が前
記開閉装置を介して前記励磁用直流電源に接続さ
れ、二次巻線が上記開閉装置を介して前記平滑用
コンデンサに並列に接続され、該二次巻線による
起磁力により該一次巻線による起磁力を減じる可
飽和リアクトルとを備え、前記電流検出回路の出
力信号により前記電源用配線しや断器を動作させ
て前記交流電源の供給を阻止するとともに、前記
励磁用直流電源により前記一次巻線へ供給する直
流電流値を制御して前記インバータ回路へ流入す
る過大な前記平滑用コンデンサからの放電電流を
前記インバータ回路の許容過電流耐量以下に制限
するようインバータの保護装置を構成し、インバ
ータ回路の回路条件に影響を受けることなく、イ
ンバータ回路に流れる過大な放電電流を許容過電
流耐量以下に減少させることができるインバータ
の保護装置を提供するものである。

以下、この発明の実施例を第３図〜第６図によ
り説明する。図において、第１図、第２図と同一
符号は同一、あるいは相当部分を示し、第３図は
この発明の一実施例の回路図、第４図は第３図を
説明するための可飽和リアクトルが磁気飽和しな
いときの電流曲線図、第５図は可飽和リアクトル
が磁気飽和するときの電流曲線図、第６図は第５
図を説明するための可飽和リアクトルの磁気特性
曲線図である。

第３図において、１１は電磁接触器などの動力
操作の２極スイツチ、１１ａ及び１１ｂは２極ス
イツチ１１の常開接点、、１２は可変直流電流を
出力する直流電源、１３は減極性の可飽和リアク
トル、可飽和リアクトル１３の一次巻線１３ａの
ｋ端子は接点１１ａを通して直流電源１２の
（＋）側へ接続され、また他方のｌ端子は直流電
源１２の（−）側へ接続されている。一方、可飽
和リアクトル１３の二次巻線１３ｂのｋ端子は平
滑用コンデンサ８の（−）側へ接続され、また他
方のＬ端子は接点１１ｂを通して平滑用コンデン
サ８の（＋）側へ接続されている。

以上のように構成され、第１図と同一符号のも
のは従来例と同様に動作し、インバータ回路４へ
過電流が流れ出し、過電流が第４図において、t₀
時間を要してI₀の設定値まで増大して立上つたと
き、電流検出器５より出力するトリガ位相角制御
信号ｆ、および引外し信号ｇにより、交流電源１
側からの過電流の流入を抑制又は除去することは
従来例の場合と同様である。また、電流検出器５
からの出力信号ｈによりスイツチ１１の接点１１
ａ及び１１ｂは閉成される。接点１１ａの閉成に
より一次巻線１３ａには直流電源１２より矢印i₀
で示される電流が流れる。一方、平滑用コンデン
サ８が十分充電されているとき、その電荷による
過大な放電電流は、インバータ回路４へは矢印i₁
で示される電流として流れ、また接点１１ｂの閉
成により二次巻線１３ｂへは矢印i₂で示される電
流が分流する。また、可飽和リアクトル１３が磁
気飽和しない範囲内で使用される場合は、巻数
N₁の一次巻線１３ａによる起磁力と巻数N₂の二
次巻線１３ｂによる起磁力の間には、つぎの第２
式の関係が成立する。

i₀×N₁＝i₂×N₂ (2) また、i₂なる放電電流は、平滑用コンデンサ８
のそのときの電圧、静電容量、および二次巻線１
３ｂ回路のインピーダンスにより決る回路定数に
より、第４図に示すｍからｎまでのt₀₁時間を要
して立上る。一方、i₀なる電流は直流電流である
ため一次起磁力（i₀×N₁）による可飽和リアクト
ル１３の磁束に変化は生じないが、可飽和リアク
トル１３は減極性であるため、二次起磁力（i₂×
N₂）は一次起磁力（i₀×N₁）を打ち消すように
作用するため、i₂の電流が流れることにより可飽
和リアクトル１３の磁束に変化を生じ、i₂なる放
電電流は平滑用コンデンサ８の電荷がなくなるま
で第２式を変形した第３式で示す値に拘束されて
流れることになる。

i₂＝i₀・N₁／N₂ (3) 第４図においては、i₂の電流がｎからＰまで第
３式の示す値で流れることを示している。

したがつて、可飽和リアクトル１３のN₁／N₂なる 巻数比を適当な値に決め、直流電源１２からの一
次巻線１３ａへの電流値を制御（制御の仕方は図
示せず）することにより、二次巻線１３ｂに流れ
る電流i₂を制御することにより、インバータ回路
４に流れる電流i₁を所定値以下に抑制することが
できる。第４図においては、インバータ回路４へ
流れようとしたi₁の電流が、i₂の電流が急竣に
（第４図のｍからｎへ）かつi₁＜i₂の値で立上つた
ため急激に減少している状態を示している。

一方、可飽和リアクトル１３を磁気飽和させて
使用することが実用上経済的な場合があり、この
場合の一実施例を第３図、第５図及び第６図につ
いて説明する。当初、可飽和リアクトル１３の磁
化状態が、第６図の磁化特性曲線上に示すＡなる
正の磁気飽和点にあつたとすれば、i₂の電流が流
れることにより二次起磁力（i₂×N₂）は一次起磁
力（i₀×N₁）を打ち消す方向に作用するため、可
飽和リアクトル１３の磁化状態は磁化特性曲線上
をＡからＢを通つてＣの方向へ変化する。このＢ
−Ｃ間は可飽和リアクトル１３の磁気不飽和領域
であるため磁束は変化し、i₂の電流は第３式の値
で第５図に示すｎ−ｑの間流れる。そして、可飽
和リアクトル１３の磁気飽和点に達すると、この
とき平滑用コンデンサ８に残量電荷による電圧が
残つていれば、i₂の電流はその流れる回路の回路
定数によつて第５図のｑ−ｒ間に示すように減衰
しながら流れ残量電荷を放電する。したがつて、
インバータ回路へ流れるi₁の電流も分流するi₂電
流の減衰状態に応じて減衰する。

ここで、i₂の電流が零となつたとき、一次巻線
１３ｂへi₀の直流電流を一時的に流し続けること
により、可飽和リアクトル１３の磁化状態を、負
の磁気飽和状態から当初の正の磁気飽和状態（第
６図のＡ点）に戻すことができる。

以上のように可飽和リアクトル１３を磁気飽和
させて使用しても、一時的に磁気不飽和状態にさ
せることにより、この発明の特徴とする効果をあ
げることができる。

第７図は、この発明による他の一実施例の回路
図である。図において、第１図および第３図と同
一符号は同一、あるいは相当部分を示し、１４は
励磁用の直流電源１２から平滑用コンデンサ８が
充電されるのを阻止するためのダイオード、９は
第１図の従来例と同様の分流用サイリスタで、分
流用サイリスタ９の陰極端子は、可飽和リアクト
ル１３、一次巻線１３ａのｋ端子と二次巻線１３
ｂのＬ端子に接続され、分流用サイリスタ９の陽
極端子は、直流電源１２の（＋）側へ接続され、
またダイオード１４を通して平滑用コンデンサ８
の（＋）側へ接続されている。以上のように構成
され、第１図および第３図と同一符号のものは同
様に動作し、第３図における２極動力操作のスイ
ツチ１１のかりにサイリスタ、又はトランジスタ
などの半導体素子スイツチを用いることによつて
も、この発明の特徴とする効果をあげることがで
きる。

以上説明したようにこの発明は、交流電源から
直流電力を得るための整流回路と、この整流回路
に接続された平滑用コンデンサと、前記交流電源
と整流回路との間に接続された電源用配線しや断
器と、前記整流回路により変換された直流電力を
交流電力に変換するインバータ回路と、このイン
バータ回路の過電流を検出する電流検出回路と、
この電流検出回路の出力信号により閉路する開閉
装置と、可変直流電流を出力する励磁用直流電源
と、一次巻線が前記開閉装置を介して前記励磁用
直流電源に接続され、二次巻線が上記開閉装置を
介して前記平滑用コンデンサに並列に接続され、
該二次巻線による起磁力により該一次巻線による
起磁力を減じる可飽和リアクトルとを備え、前記
電流検出回路の出力信号により前記電源用配線し
や断器を動作させて前記交流電源の供給を阻止す
るとともに前記励磁用直流電源により前記一次巻
線へ供給する直流電流値を制御して前記インバー
タ回路へ流入する過大な前記平滑用コンデンサか
らの放電電流を前記インバータ回路の許容過電流
耐量以下に制限するようインバータの保護装置を
構成したので、インバータ回路の回路条件に影響
を受けることなくインバータ回路へ流入する過大
な放電電流を、回路の過電流耐量以内に容易に設
定することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す回路図、第２図は第１図
の従来例を説明するための電流曲線図、第３図〜
第６図はこの発明の一実施例を示し、第３図は回
路図、第４図、第５図は第３図の実施例を説明す
るための電流曲線図、第６図は可飽和リアクトル
の磁化特性曲線図、第７図は他の実施例を示す回
路図である。 図において、同一符号は同一または相当部分を
示し、４はインバータ回路、５は電流検出回路、
９は分流用サイリスタ、１１は２極の動力操作の
スイツチ、１３は可飽和リアクトル、１３ａは可
飽和リアクトル１３の一次巻線、１３ｂは可飽和
リアクトル１３の二次巻線である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 交流電源から直流電力を得るための整流回路
   と、この整流回路に接続された平滑用コンデンサ
   と、前記交流電源と整流回路との間に接続された
   電源用配線しや断器と、前記整流回路により変換
   された直流電力を交流電力に変換するインバータ
   回路とこのインバータ回路の過電流を検出する電
   流検出回路と、この電流検出回路の出力信号によ
   り閉路する開閉装置と、可変直流電流を出力する
   励磁用直流電源と、一次巻線が前記開閉装置を介
   して前記励磁用直流電源に接続され、二次巻線が
   上記開閉装置を介して前記平滑用コンデンサに並
   列に接続され、該二次巻線による起磁力により該
   一次巻線による起磁力を減じる可飽和リアクトル
   とを備え、前記電流検出回路の出力信号により前
   記電源用配線しや断器を動作させて前記交流電源
   の供給を阻止するとともに、前記励磁用直流電源
   により前記一次巻線へ供給する直流電流値を制御
   して前記インバータ回路へ流入する過大な前記平
   滑用コンデンサからの放電電流を前記インバータ
   回路の許容過電流耐量以下に制限するようにした
   ことを特徴とするインバータの保護装置。