JPH0161034B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (1) 発明の技術分野 本発明は、商用交流電源が停電した場合におい
ても運転を継続できるインバータの瞬停制御装置
に関する。

(2) 従来技術 近年インバータによる交流電動機の制御が広く
採用されているが、特に電圧形インバータにおい
て、交流電動機を運転中に交流制御電源に瞬停が
発生しインバータを一度停止させると、復電後に
交流電動機が回転中に再起動する場合は、交流電
動機の逆起電力と位相、電圧を合わせてインバー
タを起動しないと、過大電流が流れてインバータ
の再起動が失敗する。

そこで、従来は瞬停時もインバータの運転を継
続する方法として、第１図のように回路構成する
手段が採用されている。

インバータ主回路は、交流電源１から加えられ
る交流を整流器２（コンバタ）により直流に変換
して、コンデンサ３を経て平滑にして、インバー
タブリツジ４により直流から交流に再度変換して
交流電動機５に電力が供給される。

そして、インバータの制御回路とインバータブ
リツジ駆動回路の電源電圧は、交流電源１より変
圧器６を介して加えられる。変圧器６に与えられ
た交流電圧は整流器７により直流電圧に変換し、
大容量コンデンサ８に電荷を蓄える。トランジス
タ９、リアクトル１０、コンデンサ１１、ダイオ
ード１２から成るチヨツパ回路と電圧制御回路１
３により定電圧回路を構成する。インバータ制御
回路１４の出力によりパルストランス１５をトラ
ンジスタ１６により駆動し、ベース駆動回路１７
により、インバータブリツジ４を駆動する。

そのインバータ制御回路１４の詳細図の一例を
第２図に示す。可変抵抗と定電源からなる周数設
定器１００によりインバータ周波数を設定する。
演算増幅器１０２，１０３，１０４、抵抗１０
１，１０６，１０７，１０８，１０９、コンデン
サ１１０、可変抵抗１０５により周知の加減速制
限回路を構成し、可変抵抗１０５により周波数変
化率を調整する。この加減速制限回路出力は周波
数基準f^*となり、電圧→周波数変換器１１１によ
りインバータ周波数に比例した周波数を波形合成
回路１１２に入力し、一方三角波発生器１１３に
よりパルス幅変調（PWM）用三角波を発生し、
前記加減速制限回路出力をインバータ電圧基準と
して、比較器１１４により前記三角波と比較しパ
ルス幅変調出力を波形合成回路１１２へ入力す
る。この波形合成回路１１２からはインバータ周
波数とパルス幅変調出力を合成し、インバータブ
リツジ駆動回路を出力する。

このようなインバータ回路ではインバータブリ
ツジの通電時間を制御するパルス幅変調によりイ
ンバータ出力の電圧と周波数を同時に制御し、一
般にその電圧Ｖと周波数Ｆの比をほゞ一定に制御
することからＶ／Ｆ制御と言う。

このようなインバータにより交流電動機を運転
しているシステムで瞬停が発生した場合に、交流
電動機を停止させないで継続運転させる要求があ
る。例えば、このシステムを上水道のポンプに使
用した場合に、瞬停によりポンプの回転一度止め
ると、パイプに付着していた汚物が、水の逆流に
より、はがれ落ち水が濁る不具合が発生する。し
たがつて、瞬停でも交流電源機を継続運転するこ
とが望まれる。

従来の第１図の装置では、瞬停時における制御
電源はコンデンサ８に蓄えられた電荷を適用す
る。

この動作を第３図のタイムチヤートで表わす。

時刻t₁において停電が発生すると（交流電源電
圧V_ACがオンからオフへ）、コンデンサ電圧V_C8は
チヨツパ回路を経て放電降圧するが、その電荷を
利用する制御電源電圧V_C11は一定に保たれてい
る。時刻t₂で復電すると（交流電源電圧V_ACがオ
フからオンへ）、コンデンサ電圧V_C8は回復する
ので短時間の瞬停では制御電源電圧V_C11は変化せ
ず、インバータを継続運転することができる。

(3) 従来技術の問題点 ところがこの従来方式の欠点は、瞬停時間が長
くなるとコンデンサ電圧V_C8が低下し、V_C8＜
V_C11となると制御電源電圧V_C11は低下して制御回
路が正常に動作しなくなることである。

このため、従来は瞬停時間は一般に0.5秒以下
に制限し、それ以上の瞬停はインバータを停止さ
せるようなインターロツクを設けていた。また、
交流電源１が完全に零になつている時間が長いと
インバータ主回路の平滑コンデンサ３の電圧も下
り、負荷の交流電動機５が脱調してしまうので、
交流電源電圧は50％以上保つていることを条件と
したり、完全停電は0.1秒以下と云う制限をつけ
ている。したがつて、このような瞬停制御を行な
うには大容量のコンデンサ３を必要とし装置が大
形になる欠点があつた。

さらに、瞬停時間が長くなつてもこれに対応し
て制御可能にするには、インバータ制御回路の瞬
停制御用のコンデンサ８は非常に大きな数十万
μF程度に容量が必要となり、インバータ主回路
とコンデンサ８を収納する装置の大きさが同等に
なり、装置全体が大形化し高価格になり実用的に
は不可能という欠点があつた。

(4) 発明の目的 ここにおいて、本発明は上述の従来装置の欠点
を払拭するためになされたもので、瞬停時間が比
較的に長くなつても制御可能な小形でかつ経済的
なインバータの瞬停制御装置を提供することを、
その目的とする。

(5) 発明の構成 本発明は、インバータ主回路における平滑コン
デンサ３を等容量の２個の直列接続したコンデン
サとし、その接続した２個のコンデンサの中性点
とインバータの出力線の１相の線の間の電圧を、
インバータ制御電源とするように構成した装置で
ある。

(6) 発明の実施例 先ずパルス幅変調について触れておく。第４図
ａ，ｂはそのパルス幅変調の動作波形を示す。

パルス幅変調用三角波e_tと電圧基準e_u（Ｕ相）
と比較器で比較し、この出力により第１図のイン
バータブリツジ４のスイツチ素子（トランジス
タ）４１，４２をオン、オフさせると、負荷端子
Ｕ相と、整流器２およびコンデンサ３で形成され
る直列電源の中性点との間の電圧はV_U-Oとなる。
同様に負荷端子Ｖ相と前記中性点との間の電圧は
V_V-Oとなるので、Ｕ−Ｖ端子間の電圧はV_U-Vの
波形となる。電圧基準e_Uの大きさを可変とするこ
とで実効電圧を変化させると、電圧V_U-Vの波形
はその電圧のピーク値は変らずに直流側電圧と同
じ波高値の電圧が出力されるが、そのパルスの幅
が変化して出力電圧の平均値が変る。これからそ
の制御をパルス幅変調制御と呼ぶ。さらに、電圧
基準e_Uの大きさが零になつた場合すなわち出力電
圧零のときの電圧V_U-Oは第４図ｂに表わす上下
対称波形となる。

本発明はインバータ出力端子と直流電圧中性点
の間の電圧が、インバータ出力電圧やその周波数
にほとんど影響を受けず、常にスイツチングする
交流波形であることを利用するものである。

図面において同一符号は同一もしくは相当部分
を示す。

第５図は本発明の一実施例の構成を表わすブロ
ツク図、第６図はその一部の詳細図である。

交流電源１の電圧を変圧器６により絶縁して停
電検出回路２７に接続する。一方、インバータ制
御回路の電源は、交流電源１から切換リレー３２
のａ接点３２１，３２３を通つて変圧器２６の一
次側に接続し、インバータ主回路の直流側電圧を
コンデンサ３Ａ，３Ｂにより中性点３００を作
り、この中性点３００とインバータ出力端子の１
つのたとえばＵ相間の電圧を切換リレー３２のｂ
接点３２２，３２４を通して変圧器２６の一次側
の別のタツプに供給するように接続する。

変圧器２６の二次巻線に整流器２５ａを接続し
直流へ変換し、さらにコンデンサ２１ａで平滑に
し、定電圧回路２２により安定化した制御電源電
圧をインバータ制御回路１４０に供給する。

変圧器２６の前記二次巻線に接続された電圧検
出回路２８により電圧を検出しインバータ制御回
路１４０へ与えるとともに、レベル検出器２９を
介してその出力と起動信号STの有無を条件を論
理積回路３０により論理積をとり、リレー３１を
オン（その接点３１１はｂ接点である）させる。
このため運転準備の場合は起動信号STの条件が
入力されていないので、リレー３１はオフし切換
リレー３２がオンして変圧器２６には交流電源１
が接続される。

次に起動信号STが入力されると、インバータ
は起動すると同時にリレー３１がオンするので、
切換リレー３２はオフし、変圧器２６にはコンデ
ンサ３Ａ，３Ｂの中性点３００とインバータ出力
端子Ｕ間の電圧が供給される。この電圧は交流電
源１に比較して電圧のピーク値が約1/2となるか
ら、変圧器２６の一次側の電圧の低いタツプに接
続し、変圧器２６の二次電圧は切換リレー３２の
オンオフに関らず変化しないようにしている。

このような接続により、インバータ運転中の制
御電源電圧は交流電源１に直接的に与えられるの
ではなく、インバータ出力から得るようにされて
いる。停電検出回路２７により瞬停を検出し、電
圧検出回路２８によりインバータ主回路の直流側
電圧に比例した電圧を検出し、その停電中のイン
バータの周波数を制御し、負荷の交流電動機５の
回生エネルギーによりインバータ主回路直流側電
圧がほゞ一定になるように制御する。

そして、インバータブリツジ４の上側の３つの
アームを構成するトランジスタ４１，４３，４５
は、それぞれ変圧器２６の二次巻線に接続された
整流器２５ｂ、コンデンサ２１ｂ、整流器２５
ｃ、コンデンサ２１ｃ、整流器２５ｄ、コンデン
サ２１ｄからなる直列電源から直列電圧が供給さ
れる駆動回路２４ｂ，２４ｃ，２４ｄにより、イ
ンバータ制御回路１４０の信号を受けて、駆動さ
れる。

さらにインバータブリツジ４の下側の３つのア
ームを構成するコンデンサ４４，４６，４２は、
変圧器２６の二次巻線に接続された整流器２５
ｅ、コンデンサ２１ｅからなる直流電源から直流
電圧が供給される駆動回路２４ｅにより、インバ
ータ制御回路１４０の信号を受けて、駆動され
る。

第６図は、この実施例の停電検出回路２７、電
圧検出回路２８、インバータ制御回路１４０の詳
細を示すブロツク図である。

変圧器６により交流電源１の電圧を検出し、そ
の検出電圧は整流器２７０、コンデンサ２７１、
抵抗２７２を介して整流されかつフイルタをかけ
られ、レベル検出器２７３により交流電源１が停
電または異常に低下したことを検出したときに
は、スイツチ駆動回路１１７を動作させ、その駆
動される接点のスイツチ１１５がオンすると演算
増幅器１０２の出力は零となり、積分回路を構成
する演算増幅器１０３の出力はホールド状態とな
り、インバータ周波数基準f^*もホールド状態とな
る。

一方、インバータ運転中はインバータ出力端子
（Ｕ相）と直流側中性点３００間電圧が変圧器２
６を介して電圧検出回路に加わり、整流器２８
０、コンデンサ２８１、抵抗２８２の構成からそ
のピーク電圧値を検出し、インバータ制御回路１
４０において電圧基準値１２０と抵抗１１９，１
２１により比較し、その誤差を増幅器１１８を経
て増幅して、停電時に動作する接点１１６を通し
て抵抗１２２により演算増幅器１０３に入力して
いる。それにより、インバータ主回路の直流側電
圧が降下すると、インバータ周波数を低下させ、
交流電動機５の回転エネルギーをコンデンサ３
Ａ，３Ｂに回生させることにより、コンデンサ３
Ａ，３Ｂの電圧を上昇させて、コンデンサ電圧す
なわちコンデンサ中性点とインバータ出力間電圧
（制御電圧）のピーク値を一定に保つように制御
する。

この回路の動作極性を考究してみると、周波数
設定器１００の出力f_Rは（＋）であり、周波数を
上昇させる場合は増幅器１０２の出力は（−）と
なり、増幅器１０３の出力は（＋）の方向に変化
し、増幅器１０４の出力は（−）の極性でインバ
ータ周波数基準f^*を出力する。

定常時は、周波数設定器出力f_Rとインバータ周
波数基準f^*の和は零となり、増幅器１０２の出力
は零で積分回路出力である増幅器１０３の出力は
変化しない状態で保持している。

いま、停電時は、接点１１５がオンすることに
より増幅器１０２の出力は強制的に零となり、イ
ンバータ直流側電圧制御回路（増幅器１１８，１
０３，１０４）が動作し、電圧検出回路２８のコ
ンデンサ２８１の電圧が基準電源１２０で設定し
た値より低下すると増幅器１１８の出力は（＋）
となり、その出力は接点１１６を経て増幅器１０
３へ与えられ、増幅器１１８の出力は（＋）とな
り、増幅器１０３の出力を下げるので周波数基準
f^*の大きさは低下し、インバータ周波数を下げ
る。すると交流電動機５がエネルギーは回生し、
直流側コンデンサ３Ａ，３Ｂを充電して電圧が上
昇する。このようにして、停電中のインバータ直
流側電圧つまりこれに比例した変圧器２６の出力
ピーク電圧が一定に保たれる。

次に、インバータの起動時を考えてみる。起動
信号STを受け、電圧検出回路２８の電圧検出値
が正常範囲ならばレベル検出器２９が出力され、
その両者で論理積回路１２３の出力を得、この一
方の出力により駆動回路１２４を動作させ、スイ
ツチ１２５により周波数設定器１００に（＋）の
信号を与えインバータ周波数を上昇させると同時
に、論理積回路１２３の他方の出力により論理積
回路１２６を介してインバータブリツジ４のスイ
ツチ駆動信号を出力してインバータを運動状態と
する。

しかし、インバータ周波数を下げて交流電動機
５のエネルギーを回生し、電動機速度が零近くま
で低下すると、インバータの直流側電圧が低下す
るので、電圧検出回路２８の電圧をレベル検出器
２９で検出し、論理積回路１２３の出力が止みイ
ンバータを停止する。

これと同時に、第５図のリレー３１がオフす
る。この状態で交流電源が復電すれば、リレー３
２はオンでその接点３２１，３２３が図示のよう
に変圧器２６に接続され、インバータ起動待期と
なり、起動信号STが入つていれば自動的に起動
することになる。

第７図は、この起動の状態を示すタイムチヤー
トである。

時点t₁において、起動信号STがオンするとリ
レー３２がオフし（時点t₂）て変圧器２６の一次
電圧V₂₆は交流電源１から、インバータ出力線の
１つと中性点３００間の電圧に切換わる。それと
同時に、周波数基準f^*が上昇し電動機５は加速す
る。時点t₃においてインバータは設定周波数まで
上昇し、時点t₄で瞬停が発生し、停電検出回路２
７がオフになると前述のごとくインバータ直流側
電圧V_Cが一定となるよう周波数基準f^*を下げ、
負荷電動機の回転エネルギーを回生する。この回
生エネルギーはインバータの制御回路１４０に使
用するのみであるので、インバータ容量の１％程
度であるから回生エネルギーは僅かで充分であ
る。

時点t₅で復電すると、インバータ周波数基準f^*
は設定値に向けて上昇し、時点t₆で正常値に復帰
することになる。

このようにして、第５図のインバータを制御す
る回路や駆動する回路の電源は、インバータ駆動
中はインバータ出力線の１つとコンデンサ中性点
３００間の電圧を利用しているので、停電中も電
動機の回転エネルギーが存在する限り運転を継続
し、復電後は自動的に設定された周波数まで加速
する。

なお、この実施例のインバータブリツジ４のト
ランジスタのベース駆動回路２４ｂ〜２４ｅの一
例を第８図に示す。

コンデンサ２１ｂから直流電圧を受け、インバ
ータ制御回路１４０からホトカプラ２４０により
オン信号を得ると、抵抗２４１に電圧が発生し、
トトランジスタ２４３をオンさせ、抵抗２４２に
よりベース電流を制限する。抵抗２４４はインバ
ータブリツジ４のトランジスタ４４のベース・エ
ミツタ間に接続してある。

(7) 発明の変形例 しかして、第５図、第６図におけるインバータ
出力と中性点３００間の電圧検出回路２８は、第
９図に表わすように、インバータの直流側電圧を
電圧検出器３８により検出して制御する方法でも
作用は同じである。

さらに、第１０図に示すように従来回路（第１
図）の制御電源電圧として、第５図のリレー３２
を介して変圧器２６に供給し、この変圧器２６の
二次側に整流器７、コンデンサ１１を接続して直
流電源電圧を得て、第５図と同様な制御により停
電中も制御電源電圧を保つて運転することも可能
である。

また、以上は３相インバータについて説明した
が、インバータの相数や使用素子には関係なく適
用可能なことは説明するまでもない。なお変圧器
２６は単相でなく多相でも同様である。

なお、第５図では変圧器２６の電源電圧を供給
するリレー３２はインバータ運転中は、常にイン
バータ側（インバータ出力線とコンデンサ中性点
３００間電圧）に切換えているが、交流電源１が
停電したときのみインバータ側に切換えて、それ
以外の制御は第５図と同様な制御をすることも可
能である。

(8) 発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、停電中
は負荷の交流電動機のエネルギーを回生し、イン
バータ直流側電圧をほゞ一定になるよう制御し、
インバータ運転中または交流電源停電中はインバ
ータを制御する回路電源をインバータ出力線の１
つとコンデンサ中性点間電圧から得るよう、交流
電源から切換えて使用することにより、瞬時停電
中も制御回路に電力を供給して、インバータの運
転継続が簡単な要素の追加でしかも小形で経済的
に実現できる。

さらに、長時間の停電では電動機が停止した場
合も復電後自動再起動が可能であり、信頼性の高
い、従来にない高性能なインバータの瞬停制御装
置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置のブロツク図、第２図はその
制御回路の詳細図、第３図はその動作説明図、第
４図ａ，ｂはパルス幅変調インバータの出力波形
の説明図、第５図は本発明の一実施例の構成を示
すブロツク図、第６図はその制御回路の詳細図、
第７図はこの実施例の動作を示すタイムチヤー
ト、第８図はこの実施例のベース駆動回路の詳細
図、第９図および第１０図は本発明の他の実施例
の略線図である。 １……交流電源、２……整流器（コンバータ）、
３，３Ａ，３Ｂ……コンデンサ、４……インバー
タブリツジ、５……交流電動機、６，２６……変
圧器、１４，１４０……インバータ制御回路、２
７……停電検出回路、２８……電圧検出回路、２
９……レベル検出器、３０……論理積回路、３
１，３２……リレー、４１〜４６……スイツチ素
子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 交流電源と、それからの交流を直流へ変換す
   るコンバータと、このコンバータの出力端に直流
   側端子が接続され負荷の交流電動機が交流側端子
   に接続されたインバータとを設けた装置におい
   て、前記コンバータの出力端に並列に等容量のコ
   ンデンサ２個を直列接続し、その直列接続された
   中性点と前記交流側端子の１つとの間の電圧をイ
   ンバータの制御電源電圧としたことを特徴とする
   インバータの瞬停制御装置。 ２ 前記中性点と前記交流側端子の１つとの間の
   電圧が低下したときあるいはインバータ停止中は
   前記交流電源からインバータの制御電源電圧をと
   り、インバータ起動後は前記中性点と前記交流側
   端子の１つとの間の電圧をインバータの制御電源
   電圧とする切換回路を具備したことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のインバータの瞬停制
   御装置。 ３ 前記交流電源の低下を検知する停電検出回路
   を設け、これにより瞬停を検出し、インバータ周
   波数を下げることにより、前記コンデンサ間の電
   圧がほゞ一定になるように前記交流電動機から動
   力を回生するように構成したことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のインバータの瞬停制御
   装置。