JPH01231685A - 電圧形インバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明のＶ１的〕 （産業上の利用分野） 本発明は電圧形インバータに係り、瞬時停電時に負荷側
の回生エネルギーにより直流電圧を保持しインバータ運
転を継続することにより、復電時にショックレスの速や
かな復帰を可能ならしめる電圧形インバータに関する。

（従来の技術） 交流電源で駆動されるインバータの電源停電時における
制御技術として従来から種々の方法が考えられている。

瞬時停電時の電力供給源を負荷の慣性エネルギーに頼れ
る場合は、インバータを減速モードとして負荷からの回
生エネルギーにより直流電圧を保持、運転を継続し、イ
ンバータと誘誘導電動機の残留電圧を検出して同期投入
を行う方式や、インバータの周波数のみ残留電圧に合わ
せて電圧のソフトスター１〜を行う方式に比べて、安価
でかつスフ１−ズな復電１１．′ｉの復帰を実現できる
ので望ましく、いくつかの技術が提案され実施されてい
る。

これら、従来の電圧形インバータ装置は第４図に示すよ
うに交流電源１の電圧を整流器２により直流に変換し、
フィルタ用コンデンサ３を使用し平滑化している。イン
バータブリッジ４は直流を交流に変換し、負荷となる誘
導電動機５に電力を供給している。一方、制御回路６の
電源は前記コンデンサ３に接続されたＤＣ／ＤＣコンバ
ータ７により各種制御電源を得るように構成されている
。

制御回路６は、設定器１０からの周波数設定信号ｆＲが
Ａ／Ｄ変換器１１を介してマイクロコンピュータ１２に
取り込まれ、マイコン内のプログラムで構成される加速
制限手段１３において別途設定される加減速レイ１〜な
どのパラメータや運転／停止などのシーケンス指令によ
り加減速制御を行いインバータの運転周波数基準ｆＨを
発生し、　その周波数基準から関数発生手段１５により
Ｖ／ｆ制御を施した出力電圧指令ｖ’、及び積分手段１
７により位相基準０髪発生させ、これらより基７＜９波
形発生手段１９に於て三相出力の基準波形を演算し、Ｐ
ＷＭプロセッサ２１に基準波形データを出力しインバー
タブリッジ４の制御を行う。インバータの出力電流は電
流検出器２３により検出され、Δ／Ｉ）変換器１１によ
りマイコン１２に取り込まれ、インバータの過電流保護
や過負荷検出、電流制限機能等が保護手段２４にて行わ
れる。

主回路の直流電圧は電圧検出器２５により制御回路６に
フィードバンクされ、Ａ／Ｄ変換器１１によりマイコン
１２に取り込まれ、停電の検出および瞬時停電時の電圧
フィードバック信号として使用される。

停電が発生すると、電圧フィードバック信号Ｖｄは低下
し停電検出手段２６により停電が検出され、瞬時停電制
御２７が起動される。２７では、予め設定されている停
電時電圧基準とフィードバックの偏差を演算し、その偏
差をゼロとするような周波数制御量ｆａが比例積分によ
り演算され前記運転周波数基準ｆＨから減算され、　イ
ンバータは減速され回生モー１〜となり、負荷の慣性エ
ネルギーがコ−：）− ンデンサ３に回生され、予め設定されたレベルに直流電
圧が制御され、運転が継続される。

（発明が解決しようとする課題） 従来のこのような制御方式は、慣性エネルギーが大きい
場合は問題ないが、慣性エネルギーが小さくなると直流
電圧の降下速度が瞬時停電制御の電圧制御応答時間より
速くなりうまく機能しない場合がある。

すなわち、第５図のトルク特性の曲線Ｃ，ｌのＰ□点で
カ行運転中に停電が発生すると直流電圧が低下し始め上
記特性は曲線Ｃ２のようにトルクが減少する傾向にある
。この時、瞬時停電制御は停電時電圧基準とフィードバ
ックの偏差を零とするようにインバータ周波数ｆ１をｆ
２に低下させ曲線Ｃ３の１２点で示す回生領域に移行さ
せて直流電圧を一定に保つように電圧制御を行おうとす
る。しかし、負荷に比べて慣性エネルギーが小さい場合
は直流電圧の降下が速く、回生動作に移行するまでの間
に制御不可能なレベルまで直流電圧が落ち込んでしまう
という問題がある。また、これを防止するために電圧制
御のゲインを大きくすると制御が不安定となり、−射的
に適用するには問題がある。

このように回生動作が遅れる理由を第６図第７図を用い
て説明する。

第６図は誘導電動機の簡易等価回路で第７図はその電圧
ベクトル図である。

第舎図に於て、■はインバータの出力電圧、■を出力電
流、２を誘導電動機の１次側換算のインピーダンス、Ｌ
は励磁インダクタンス、Ｅは誘導電動機の逆起電圧とす
る。カ行時には電流工の極性は実線の矢印の向きであり
、Ｖ＋ＩＺ＝Ｅの関係からそのベクトル関係は第７図（
ａ）となる。このベクトル関係は瞬時に周波数を最適な
すべり周波数に変化させてもすぐには変化せず、負のす
べり周波数により逆起電圧Ｅがインバータ電圧■より進
まない限り電流Ｉの極性は逆転せず、インバータの直流
のフィルタコンデンサー３にエネルギーは回生されない
。一部の負荷にとってはこの遅れさえも問題となる場合
があり、これを解決して一般的に高速で安定な制御を行
うためには、インバータ電圧の瞬時の位相シフ１〜が必
要となってくる。瞬時の位相シフ１−を行うことにより
ベクトル関係は速やかに第７図（ｂ）に示すような形と
なり、電気回路の応答時間で電流位相は逆転し極めて高
速な回生モードへの移行が可能となる。

本発明は上記の問題点に鑑みて成されたもので有り、連
続量の電圧フィードバックを行うこと無しに安定な電圧
制御を行い、瞬時停電時の運転連続制御を一般的に適用
可能にすることを目的とする。

〔発明の構成〕

（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、交流電源から直
流電圧を得る整流回路、前記直流電圧を周波数基準信号
に応じた周波数の交流電圧に変換して電動機を駆動する
回生運転の可能なインバータブリッジ、前記周波数基準
信号に応じて前記交で、ＩＩＭ記直流電圧が一定のレベ
ル以下になった時停電検出信号を出力する電圧検出手段
、前記停電検出信号が検出された時インバータの出力電
流に応じた所定の周波数だけ前記周波数基準信号をステ
ップ状に低下させると共に所定のサンプリング間隔で前
記直流電圧が設定レベルに回復するまで単位電気角だけ
前記交流電圧の位相を瞬時にシフ１−する瞬時停電制御
手段を設けた電圧形インバータを構成する。

（作　　用） 上記構成において、交流電源に停電が発生すると直流電
圧が低下し始め、一定のレベル以下になると停電検出信
号が発生する。この停電検出信号により瞬時停電制御手
段はインバータ出力電流に応じた所定の滑り周波数だけ
瞬時に低下させると同時に予め定められたレートで減速
を開始させ、更に一定のサンプリング周期で上記停電検
出信号が回復するまでインバータの出力電圧の位相を単
位電気角づつ瞬時にシフトさせる動作に繰り返す。

（実　施　例） 本発明の実施例を第１図に示す。第４図と同一要素には
同一番号を付し説明を省略する。直流電圧の検出は、絶
縁及びレベル検出に安価なフカ１〜カプラ等を利用した
電圧レベル検出回路３０によりそのレベルが監視され、
所定のレベル以下となったとき出力される停電検出信号
ＶＬＩと、一定のレベル以上のとき出力される電圧上限
検出信号ＶＬ２の２ピツ１〜の検出信号がマイクロコン
ピュータ１２に取り込まれる。また、電流検出器２３に
よりインバータ出力電流が検出され÷Ａ／Ｄコンバータ
１１を介してディジタル量の電流検出値■Ｌがマイクロ
コンピュータ１２に取り込まれる。これ等の検出信号は
瞬時停電制御手段３１に入力され次のように処理される
。

直流電圧の低下により信号ＶＬＩが検出されると、瞬時
停電動制御手段３１は予じめ定められた一定電気角Ｏｘ
を積分手段１７Ａに加算し、瞬時位相シフトを行なう。

また、電流検出信号■Ｌから瞬時停電時回生運転用滑り
周波数１８を演算出力し運転周波数ｆ′から減算する動
作を行なう。さらに、これと同時に減速指令ＤＥＣを出
力し、加速制限手段１３Ａを強制的に予め定められた設
定レートで減速させる。

これらの一連の操作によりインパルタブリッジ４は極め
て高速に回生運転に移行し、電動機負荷の慣性エネルギ
ーにより直流電圧は回復し始める。

もし、過度の回生が行われた場合は直流電圧が上限を越
え信号ＶＬ２が検出され、　これにより位相シフト量Ｏ
工と滑り周波数ｆｓを補正し過電圧にならないように配
慮している。なお、滑り周波数ｆ８は、励磁電流成分を
定格電流Ｉｒａｔｅの３０％と仮定秒毎に微少電気角Δ
θ工のシフトが行われその処理手順を第２図に示す。

同図に示すように、ステップ４１で１．２５ミリ秒毎に
本プログラムが起動し、先づステップ４２で信号ＶＬＩ
をチエツクし停電検出の判定を行う。

停電と判定されるとステップ４３へ移り停電状態フラグ
をセソ１−すると共に復電確認用タイマーを１５０　ミ
リ秒へセラ１へする。次にステップ４４で単位電気角△
０工の位相シフ１−を行う。次にステップ４５で停電エ
ツジフラグをチエツクしｒｒ　１　ｕならプログラム終
了（ＥＮＤ）する。もし、停電エツジフラグがｒｈｏ”
ならステップ４６で停電エツジフラグをＬＬ　Ｉ　ＩＩ
にセットシ、ステップ４７で前述した滑り周波数ｆｓに
よる補正を行いプログラムを終了する。

１．２５ミリ秒後に再びステップ４１によりプログラム
がスタートし、ステップ４２で停電検出の判定が行われ
、直流電圧の回復が不十分であれば再度、ステップ４３
．４４の処理が実行される。このように、１回の位相シ
フトにより直流電圧が十分に回復しない場合は、さらに
継続して位相シフ１−が行われるが、滑り周波数の補正
は連続しては行ゎ九ない。

直流電圧が回復するとステップ４２は停電ではないと判
定してステップ４８で停電検出エツジフラグをリセッＩ
・する。次に、ステップ４９で復電確認タイマーが１５
０ミリ秒経過したがどぅがを確認し、経過したときはス
テップ５０で停電状態フラグをリセットする。

このように、−度、停電が検出されると停電状態フラグ
がセラ１−され、１．２５ミリ秒毎の停電検出の有無に
かかわらず、停電状態フラグがセラ１〜さ検出が無いこ
とにより停電状態フラグはりセラ１〜され、減速モード
が解除される。

第３図に本発明の電圧形インバータによる３７ｋｌｊ誘
導電動機１００″１負荷時の瞬時停電時のタイムチャ＝
１・を示す。インバータ運転周波数は４０Ｈｚの例であ
り、負荷はＥＣモーターである。タイムチャートの上側
よりそれぞれインバータ入力電源電圧（ｖ８）、インバ
ータ出力電圧（ＶＡＣ）、　インバータ出力電流（ＩＡ
Ｃ）、直流電圧（Ｖｏｃ）、停電検出信号（ＶＬＩ）を
示す。時刻ｔ、にて停電が発生し入力電源電圧ｖｓは零
となり、直流電圧ｖＤｃが暫減してゆく、時刻ｔ２にて
停電検出信号ＶＬＩがＲＯＩＩとなり停電が検出されイ
ンバータ出力電圧位相のシフ１−１すべり周波数の補正
、インバータへの減速指令の一連の制御がおこなオ〕れ
、インバータ出力電流位相が急速に逆極性に変化し、高
速な回生モードへの移行がなされ直流電圧は回復し始め
る。時刻ｔ２では、１回の位相シフ１−で回復せず、さ
らに２回の単位最の位相シフ１−が行なわれている。時
刻も、において停電検出信号ＶＬＩはｒｔ　１　ｕに復
帰するが、インバータの減速モードは継続され直流電圧
レベルはしばらく維持される。時刻ｔ４において再び停
電検出信号ＶＬＩはＩＩ　Ｏ＋１となり、　上記の一連
の操作が繰り返される。時刻ｔ４においては位相シフト
は２回でレベルの回復がなされる。停電が継続し、負荷
側の慣性エネルギーが持続するかぎり上記のプロセスが
繰り返される。時刻ｔ５において電源電圧は復電し、１
５０ｍ５ｅｃ減速状態が維持され復電を確認した後瞬時
停電制御手段３１は制御ルーチンから切り放され通常の
制御モードに復帰し、停電直前の出力周波数まで加速さ
れる。このように停電時にも運転を継続しているため復
電時の復帰が非常にスムーズであることが特徴的に示さ
れている。また、停電検出時の位相シフ１−も小さな単
位景を反応を見ながら重ねて行くため、負荷の状態に応
した最適なシフト量が確保され、また電流に関しても位
相の反転のほかはレベル的に大きな変動もなく、二？ 極めて安定に制御されているもボされている。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、フォトカプラを利
用した極めて簡単で安価な直流電圧検出回路とマイクロ
コンピュータを利用した簡単なアルゴリズ１１で、瞬時
停電発生時に、位相シフ１−１すべり周波数補正、強制
的減速を行うことにより運転を継続させ、極めて安定で
フレキシビリティのある瞬時停電時の制御特性を持った
電圧形インバータ装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すインバータ装置、第２
図は第１図の瞬時停電制御手段３１の作用を説明するた
めのフローチャート、第３図は本実施例による瞬時停電
制御特性の一例、第４図は従来の瞬時停電制御の構成図
、第５図は誘導電動機のすベリートルク特性図、第６図
は誘導電動機の簡易形等価回路、第７図はその電圧ベタ
１〜ル図である。 ■　交流電源　　　　　２・・・整流器３・・フィルタ
コンデンサ ４・インバータブリッジ ５　・誘導電動機　　　　６・・・制御回路７・・・Ｄ
Ｃ／ＤＣコンバータ １０・・・周波数設定器　　　１１・・・Ａ／Ｄコンバ
ータ１２・・・マイクロコンピュータ １３・・加速制限　　　　　１５・・・関数発生器１７
Ａ・周波数積分手段　１９・・基準波形発生手段２１・
・ＰＷＭプロセッサ　２３・・・電流検出器２４　　保
護手段 ３０・・・電圧レベル検出回路 ３１・瞬時停電制御手段 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　第子丸　健 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 交流電源から直流電圧を得る整流回路、前記直流電圧を
   周波数基準信号に応じた周波数の交流電圧に変換して電
   動機を駆動する回生運転の可能なインバータブリッジ、
   前記周波数基準信号に応じて前記交流電圧の位相を決定
   し前記インバータブリッジを制御するインバータ制御手
   段を備えた装置において、前記直流電圧が一定のレベル
   以下になった時停電検出信号を出力する電圧検出手段、
   前記停電検出信号が検出された時インバータの出力電流
   に応じた所定の周波数だけ前記周波数基準信号をステッ
   プ状に低下させると共に所定のサンプリング間隔で前記
   直流電圧が設定レベルに回復するまで単位電気角だけ前
   記交流電圧の位相を瞬時にシフトする瞬時停電制御手段
   を設けたことを特徴とする電圧形インバータ。