JPH0421436B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、電動機の回転速度を所定値にするよ
うに制御交流電力を電動機に供給するインバータ
装置に関するもので、特に、電動機の減速時にお
けるブレーキ効果を高めるべく付加された放電回
路の保護に係わる。

〔従来技術〕

従来、施盤や研削盤等の工作機械用電動機とし
て、速度制御の容易さから専ら直流機が用いられ
てきたが、近年の省エネルギーのニーズと相俟つ
て、インバータ装置により駆動される誘導電動機
が用いられるようになつてきた。

かかる工作機械用の電動機においては、切削の
ために正転、逆転が頻繁に行なわれ、その回転方
向の変換に伴う急激な加速、減速運転が必要であ
り、したがつて、その制御に用いられるインバー
タ装置も極めて過酷な運転条件を負うことにな
る。

このような用途に用いられた従来のインバータ
装置、および、その放電回路を第１図に示す。

図において、１は交流電源、２は交流電源１を
整流して直流を得るコンバータブリツジ、３はコ
ンバータブリツジ２の直流出力を平滑にするコン
デンサ、４はコンバータブリツジ２の直流出力を
平滑コンデンサ３を介して受け新たな交流に変換
するインバータブリツジ、５はインバータブリツ
ジ４から交流電力の供給を受ける負荷たる誘導電
動機であり、交流電源１からの交流電力をコンバ
ータブリツジ２および平滑コンデンサ３により平
滑な直流に変換し、再び、インバータブリツジ４
により所望の交流電力に変換して誘導電動機５に
供給するようになされている。

また、図において、６は抵抗、７はスイツチン
グ素子たるトランジスタで、これら抵抗６とトラ
ンジスタ７とで成る直列回路は上述の平滑コンデ
ンサ３に並列に、即ち、直流部両極間に接続され
ている。さらに、８は直流部の電圧（コンデンサ
３の電圧）を検出する電圧検出器、９は該電圧検
出器８による検出電圧を基準電圧と比較する比較
器であり、電圧検出器８による検出電圧が基準電
圧より大きい場合に比較器９がトランジスタ７の
ベースに信号を与えて上述の抵抗６とトランジス
タ７とで成る直列回路を導通させるようになつて
いる。

次に、誘導電動機５の減速時における上述した
構成を有するインバータ装置の動作を説明する。

電動機５の減速時においては、電動機５の回転
子が同期速度より速く回転するため電動機５は誘
導発電機として作用し、その発電にかかるエネル
ギの一部はインバータブリツジ４（このときは順
変換器として作用する）を介して平滑コンデンサ
３に吸収される。この吸収された余剰エネルギの
ため、コンデンサ３の電圧は著しく上昇する。

コンデンサ３の電圧値は、電圧検出器８で常時
捉えられ、比較器９で基準電圧と比較されてお
り、上述のように電圧が上昇した場合には、比較
器９からはトランジスタ７をオンする出力信号が
送出される。

このトランジスタ７の導通によりコンデンサ３
に吸収された余剰エネルギは放電抵抗６で消費さ
れ、また、コンデンサ３の電圧上昇も所定値内に
抑制されることになる。そしてまた、このような
速やかな余剰エネルギの消費により電動機５のブ
レーキ効果が高まる。

しかるに、従来の装置は、以上のように構成さ
れているので、電動機の高速から低速への急激速
運転が繰り返された場合、慣性が大きな負荷にお
いて減速を行なつた場合には、回生エネルギが多
く放電抵抗により放電されるエネルギの量も多く
なり、したがつて、放電抵抗の使用頻度が高く放
電抵抗が高温になるという危険性があり、また、
放電抵抗に直列に接続されたスイツチング素子も
温度が上昇して劣化あるいは破壊されることがあ
るという欠点があつた。

〔発明の概要〕

本発明は、叙上の点を鑑みなされたもので、放
電抵抗並びにスイツチング素子の温度を直接検出
することなくスイツチング素子の使用頻度を監視
し、放電抵抗が使用過多にるような場合は強制的
に使用を禁止させて放電抵抗の発熱を冷却させ、
所定時間後冷却したら再び使用することができる
ようにして、放電抵抗が高温になること、並び
に、スイツチング素子が劣化することおよび破壊
することを防止できるインバータ装置の放電回路
の提供を目的としている。

かかる目的を達成すべく、本発明のインバータ
装置の放電回路は、直流部の電圧レベルを検出す
る検出手段と、この検出手段による検出電圧が基
準電圧を越えた時にローレベルからハイレベルに
切り替る出力を送出する比較器を備えると共に、
上記直列回路の加熱特性に応じた間隔を有するク
ロツクパルス発する第１の発振器と、その直列回
路の冷却特性に応じた間隔を有するクロツクパル
スを発する第２の発振器と、上記第１の発振器か
らのクロツクパルスによつてはアツプカウントす
ると共に上記第２の発振器からのクロツクパルス
によつてはダウンカウントし、カウント値が第１
の所定値に達するまでの間はハイレベルの出力を
送出すると共にこの第１の所定値に達してオーバ
ーフローした場合に第１の所定値より低い第２の
所定値に下降するまでの間はローレベルの出力を
送出するカウンタと、上記比較器及びカウンタの
出力が共にハイレベルの時は第１の発振器による
アツプカウント用のクロツクパルスを選択すると
共にそれ以外の時は第２の発振器によるダウンカ
ウント用のクロツクパルスを選択して上記カウン
タへ与えるセレクタとで成り、上記直列回路の使
用頻度を監視する監視手段を備え、かつ上記比較
器及びカウンタの出力が共にハイレベルの時は上
記スイツチング素子をオン制御すると共にそれ以
外の時はオフ制御するベース遮断回路を具備した
構成を有する。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を第２図に示す実施例に基づいて
説明する。なお、第１図と同一または同効の部分
は同一符号を附して示し、説明は省略する。

第２図において、１０は放電抵抗６とトランジ
スタ７とで成る直列回路の発熱状況を監視するた
めのものであつてカウントが所定値を越えたとき
ローレベル出力を送出するアツプダウンカウン
タ、１１は上記直列回路の導通時における発熱特
性に応じた間隔を有するアツプカウント用のクロ
ツクパルスを出力する第１の発振器、１２は上記
直列回路の非導通時における冷却特性に応じた間
隔を有するダウンカウント用のクロツクパルスを
出力する第２の発振器、１９は比較器９およびカ
ウンタ１０からの信号S₉，S₁₀を受けて第３図に
示す選択論理に従がう発振器を選択し、その選択
した発振器の出力パルスをカウンタ１０に送出さ
せるセレクタ、１４は比較器９およびカウンタ１
０の出力信号S₉，S₁₀に基づき第３図に示すよう
にトランジスタ７をオン・オフ制御するベース遮
断回路である。したがつて、本実施例において
は、カウンタ１０、第１、第２の発振器１１，１
２およびセレクタ１３等で上述の監視手段を構成
している。

次に、本実施例回路の動作を第４図および第５
図をも参照して説明する。

なお、第４図はカウンタ１０のカウントと、出
力信号S₁₀の関係を示す関係図であり、第５図Ａ，
Ｂ，Ｃはそれぞれ、カウンタ１０のカウント、ト
ランジスタ７のオン・オフ状態、および両信号
S₉，S₁₀の状態の経時変化を示す図である。

本実施例においても、インバータ装置自体の動
作、並びに、電圧検出器８と比較器９の動作は従
来回路と同様であるが、比較器９の出力は従来回
路と異なり、ベース遮断回路１４および監視手段
の要素たるセレクタ１９に送出される。

先ず、監視手段の動作を説明する。

セレクタ１３は、カウンタ１０からの信号S₁₀
がハイレベルの間は、比較器９の出力信号S₉の状
態により、カウンタ１０へ送出するクロツクパル
スを選択する。すなわち、セレクタ１３は、信号
S₉がハイレベルのときは第１の発振器１１からの
クロツクパルスを選択してカウンタ１０のアツプ
カウント端子UPに与えさせ、信号S₉がローレベ
ルのときは第２の発振器１２からのクロツクパル
スを選択してカウンタ１０のダウンカウント端子
DOに与えさせる。

カウンタ１０は、第１の発振器１１からのクロ
ツクパルスによつてアツプカウントを行ない、第
２の発振器１２からのクロツクパルスによつては
ダウンカウントを行なう。但し、ダウンカウント
の下限はゼロである。カウンタ１０はカウントが
オーバフローするまではハイレベル出力を送出し
続け、かつ、上述したアツプまたはダウン動作を
繰り返す（第４図直線間、および第５図Ａの
時刻t₁以前参照）。

カウントが第５図に示す時刻t₁でオーバフロー
レベルに達すると（第４図点α参照）、カウンタ
１０は出力信号S₁₀をローレベルに変更して（第
４図点β参照）セレクタ１３およびベース遮断回
路１４に送出する。

セレクタ１３は、ローレベルの信号S₁₀を入力
すると、比較器９からの信号S₉の状態如何に拘ら
ず、第２の発振器１２からのクロツクパルスを選
択してカウンタ１０に送出させる。カウンタ１０
は、このクロツクパルスによりダウンカウントし
（第４図直線間、および第５図期間Ｔ参照）、
所定時間Ｔ経過して値がa₁となつた第５図に示す
時刻t₂で出力信号S₁₀の状態を再びハイレベルに
する（第４図直線間参照）。

カウンタ１０の出力信号S₁₀がハイレベルとな
つたので、セレクタ１３は上述のように比較器９
からの信号S₉の状態に基づきカウンタ１０に接続
する発振器を選択するようになり、上述した動作
を行なうようになる。

次に、ベース遮断回路１４の動作を説明する。

ベース遮断回路１４は比較器９の出力信号S₉お
よびカウンタ１０の出力信号S₁₀を入力しており、
第３図に示す論理に従がい、第５図Ｂ，Ｃに示す
ように、信号S₁₀がハイレベルのときは信号S₉の
状態に応じたトランジスタ７のオン・オフ信号を
送出するように、また、信号S₁₀がローレベルの
ときは信号S₉の状態に拘らずにトランジスタ７を
オフとする信号を送出するよう動作する。

トランジスタ７のオン・オフにより、コンデン
サ３に吸収された余剰エネルギが放電抵抗６で間
欠的に消費される。

ところで、第３図（または第５図）に示すよう
に、トランジスタ７のオン・オフのタイミング
と、カウンタ１０の値のアツプ・ダウンのタイミ
ングとは同一にとつてあるので、カウンタ１０の
値はトランジスタ７のオンのときは徐々に上昇
し、オフのときは徐々に下降する。それ故、前述
したように、上昇用クロツクパルスの間隔を発熱
特性に、また、下降用クロツクパルスの間隔を冷
却特性に応ずるように採ると、カウンタ１０の値
は上述の直列回路のその時点での温度に対応し、
したがつて、カウントの監視が直列回路の温度の
監視となるのである。そこで、カウントがオーバ
フローすると、所定値（a₁）まで強制的にカウン
トをダウンさせると共に、出力S₁₀をローレベル
に変換させ、ベース遮断回路１４を作動させて直
列回路に強制的な冷却期間（第５図に示す期間
Ｔ）を設けさせることができるのである。

以上のような回路を構成することにより、放電
抵抗６及びスイツチング素子７を能力以上に連続
使用することがなくなり、これらの素子の著しい
温度上昇がそれに伴う素子の劣化を防止すること
ができる。

なお、上記実施例では、カウンタ１０を用い、
加熱冷却特性にあわせてクロツクパルスを選択使
用して上述の直列回路の温度を捉えるものについ
て説明したが、演算器を用い加熱冷却特性にあわ
せて単位時間毎に加算あるいは減算させて直列回
路の温度を捉えるような構成のものであつても良
い。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、放電抵抗及び
スイツチング素子の使用頻度を監視し使用過多に
なるような場合は強制的に使用を禁止させて放電
抵抗の発熱を冷却させ、所定時間後冷却したら再
び使用することができるようにしたので、使用頻
度がオーバーフローとなつてもその後の制御よつ
て継続して放電回路の繰り返し使用を行うここと
ができると共に、放電抵抗及びスイツチング素子
の著しい温度上昇を防ぐことができ、素子の劣
化、破壊を防ぐことができるという効果を有す
る。しかも、かかる効果を生じさせる監視手段
は、例ええば、カウンタ等が中心であつて安価か
つ簡易に作成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のインバータ装置の放電回路を示
すブロツク図、第２図は本発明の一実施例による
インバータ装置の放電回路を示すブロツク図、第
３図は第２図回路のセレクタの選択論理およびト
ランジスタのオン・オフ論理を示す説明図、第４
図は第２図回路のカウンタの出力状態とカウント
との関係を示す関係図、第５図Ａ〜Ｃは第２図回
路に係るカウンタの値、トランジスタのオン・オ
フ、並びに、比較器とカウンタの出力の経時変化
の一例を示す図である。 １……交流電源、２……コンバータブリツジ
（順変換器）、３……コンデンサ（平滑回路）、４
……インバータブリツジ（逆変換器）、５……誘
導電動機（負荷）、６……放電抵抗、７……トラ
ンジスタ（スイツチング素子）、８……電圧検出
器、９……比較器、１０……カウンタ、１１，１
２……発振器、１３……セレクタ、１４……ベー
ス遮断回路、なお、図中、同一符号は同一又は相
当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 交流電源を順変換器と平滑回路とにより直流
   にし、その直流を再び逆変換器により変換して新
   たな交流を得るようにしたインバータ装置におけ
   るその直流部両極間に、放電抵抗と該放電抵抗の
   通電を制御するスイツチング素子とで成る直列回
   路を接続したインバータ装置の放電回路におい
   て、上記直流部の電圧レベルを検出する検出手段
   と、この検出手段による検出電圧が基準電圧を越
   えた時にローレベルからハイレベルに切り替る出
   力を送出する比較器を備えると共に、上記直列回
   路の加熱特性に応じた間隔を有するクロツクパル
   スを発する第１の発振器と、その直列回路の冷却
   特性に応じた間隔を有するクロツクパルスを発す
   る第２の発振器と、上記第１の発振器からのクロ
   ツクパルスによつてはアツプカウントすると共に
   上記第２の発振器からのクロツクパルスによつて
   はダウンカウントし、カウント値が第１の所定値
   に達するまでの間はハイレベルの出力を送出する
   と共にこの第１の所定値に達してオーバーフロー
   した場合に第１の所定値より低い第２の所定値に
   下降するまでの間はローレベルの出力を送出する
   カウンタ、上記比較器及びカウンタの出力が共に
   ハイレベルの時は第１の発振器によるアツプカウ
   ント用のクロツクパルスを選択すると共にそれ以
   外の時は第２の発振器によるダウンカウント用の
   クロツクパルスを選択して上記カウンタへ与える
   セレクタとで成り、上記直列回路の使用頻度を監
   視する監視手段を備え、かつ上記比較器及びカウ
   ンタの出力が共にハイレベルの時は上記スイツチ
   ング素子をオン制御すると共にそれ以外の時はオ
   フ制御するベース遮断回路を具備したことを特徴
   とするインバータ装置の放電回路。