JPH04236182A - インバータ装置 - 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】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、可変電圧、可変周波数
の交流出力インバータ装置に係り、特に、負荷慣性モー
メントの大きい電動機駆動時の加速時と減速時の運転特
性を改善したインバータ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１はインバータ装置を示す接続図で、
１は交流電源を入力とする整流器、２は、トランジスタ
５とダイオード６とが逆並列接続されたインバータ回路
、３はインバータ回路２により駆動される交流電動機、
４は整流器１の平滑コンデンサ、７は平滑コンデンサ４
とインバータ回路２との間の電流検出機、８は電動機３
からの回生エネルギーを電気的に消費する抵抗、９は回
生エネルギーの大小により抵抗８をオンさせるためのト
ランジスタである。

【０００３】図６に示す様に従来は、平滑コンデンサの
電圧を電圧検出器１０にて検出して、その出力が基準電
圧器１３の電圧比較器１１により比較され、Ｖｃが高い
場合には、トランジスタ９をオンさせて、抵抗８にて消
費させＶｃの上昇を防ぐ様にしてものである。Ｖｃが上
昇するとコンデンサ４やインバータ回路２のトランジス
タ５、ダイオード６が過電圧になり破損するためである
。

【０００４】いま、図３は加速及び減速パターンで運転
した場合、平滑コンデンサの電圧Ｖｃの時間的変化を示
したものである。図３でＡ−Ｂ間は加速時、Ｂ−Ｃ間は
低速時、またＣ−Ｄ間は減速時であり、ＶｃはＡ−Ｂ−
Ｃ間は、交流電源から供給させており、電動機３は常に
カ行状態であるので、電源電圧に比例してほぼ一定であ
るが、Ｃ−Ｄ間においては、電動機３を自然停止よりも
急速に停止させる様なインバータの減速時間を設定する
こと電動機３とその負荷の慣性モーメントとその回転速
度とから決定させる慣性エネルギーが電動機３において
発電機動作となり、インバータ回路２内のダイオードブ
リッジを介して、コンデンサ４に充電されてＶｃは上昇
する。

【０００５】このように、図３は、コンデンサ電圧Ｖｃ
の変化を示しており、加速時および低速時のＡ−Ｂ−Ｃ
は整流器１の一定の出力電圧Ｖ１　であるが減速時にお
いては、一般的に運転時間を短くし、作業効率を上げる
ために負荷慣性モーメントの大きいものは減速時間は電
動機負荷の自然停止時間よりも短く設定されるので、発
電制動となりコンデンサ４の電圧を上昇させるが、先に
述べたコンデンサ４及びインバータ回路素子の耐圧保護
のため、過電圧にならない様に、Ｖｃが設定電圧Ｖ３に
なると、図６の比較器１１がオンとなりトランジスタ９
を駆動し、抵抗８により、消費され電圧上昇を防ぎ、ま
た、比較器１１のヒステリシス動作によりＶｃ電圧がＶ
２　にてオフすることにより減速期間中はＶ２　からＶ
３　ののこぎり状の電圧波形となる。

【０００６】しかしながら、クレーンの走行運転等に見
られる様な大きな慣性モーメントをもった負荷を駆動す
る場合は作業効率を上げるため加速時間を短く設定する
必要があるため、始動トルクを大きくする様にインバー
タ出力のＶ／ｆ比を設定していた。一般にＶ／ｆ一定制
御のインバータにより駆動される電動機のトルク（Ｔ）
−速度（Ｎ）特性は図５に示す如く、周波数が低い範囲
では、電動機の一次抵抗ともれインダクタンス分による
インピーダンス効果のため電動機の空隙磁束が低下し、
トルクＴが低下するのと、更に始動トルクを大きくした
い場合には、電圧を高めに設定しなければならない。

【０００７】図４は、インバータ出力のＶ／ｆ比を示し
たもので、Ａは始動トルクから設定されたＶ／ｆパター
ンであり、加速をスムーズにするため、低周波域で、電
圧をＶＢ１に上げて設定してある。

【０００８】しかしながら、この様にＡのＶ／ｆパター
ンに設定されていても、これはコンデンサ電圧ＶｃがＶ
１　に相当する電圧の場合での設定であり、インバータ
の出力電圧は、一定条件においてＶｃに比例した出力電
圧となるため、ＡはＶ１　´／ｆなる電圧とすると減速
時において、発電制動によって減速する場合はＶｃがＶ
２からＶ３　の間の電圧値に上昇するため、Ｖ２　とＶ
３　とのヒステリシス幅は小さくほぼＶ２　とＶ３　と
はほぼ等しいのでＶ／ｆパターンはおおよそＶ２　´／
ｆなる電圧となる。これは即ち、定常時設定のＶＢ１に
比べ更に高いＶＢ２に上げて設定した場合と同様になり
、減速時の回生電流は更に大きくなり、停止寸前におい
ては、電動機の磁束が過励磁状態となり、電流検出器７
にてインバータ回路２のトランジスタ５やダイオード６
に過電流が流れインバータ回路２へのベース電流信号を
遮断することにより、保護動作しインバータは停止して
しまうことになる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、大き
い負荷慣性モーメントを有するもので、始動トルクを大
きくするために、低周波域でＶ／ｆパターンの電圧を上
げ設定した場合、減速時において回生エネルギーのため
コンデンサ電圧が上昇し、最初に設定したＶ／ｆ比より
も更に大きくなり、特に、減速停止寸前の低周波域にお
いて、電動機電流が大きくなりインバータの過電流検出
回路が動作してしまう問題点があった。

【００１０】そこで、本発明は、上記のような従来のも
のの欠点をなくすためになされたもので、コンデンサ電
圧Ｖｃを電圧検出器にて検出し、減速時において負荷か
らの回生エネルギーによりＶｃが上昇した場合は、Ｖ／
ｆパターンが上がらない使用にインバータの出力電圧を
補正することにより、始動トルクを大きく設定した場合
でも減速停止時に過電流が流れることなく、減速特性を
向上させたインバータ装置を提供することにある。［発
明の構成］

【００１１】

【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、電圧を検出する電圧検出手段と、回生エ
ネルギーを放電させる放電手段と、この放電手段をオン
させるとき前記電圧検出手段により検出された検出電圧
よりも低い基準電圧を設定する設定手段と、前記電圧検
出手段により検出された検出電圧が前記設定手段により
設定された基準電圧を超えたとき可変電圧／可変周波数
比を変化させ前記周波数に応じた電圧指令を出力する出
力制御手段とを備えたことを特徴としたインバータ装置
を提供する。

【００１２】

【作用】上記のように構成された本発明のインバータ装
置においては、コンデンサ電圧Ｖｃが、定常時において
インバータ出力電圧にほぼ比例して出力されるので、Ｖ
ｃ電圧を電圧検出器にて検出し、減速時に回生エネルギ
ーにより、Ｖｃが上昇した場合は、インバータ内部のＰ
ＷＭ制御のパルス幅を小さくすることにより、Ｖ／ｆ比
が上がらない様にし、減速時の過電流停止を防止できる
。

【００１３】

【実施例】本発明の一実施例を、図１及び図２に基づい
て説明する。図１は従来と同じインバータの主回路図で
あり、従来例で説明してあるので省略する。

【００１４】図２は、本実施例の電圧検出回路であり、
コンデンサ電圧Ｖｃを電圧検出器１０で検出し、２つの
比較器１１，１２に入力する。比較器１１は図６で示し
た減速時に回生エネルギーのためコンデンサ４の電圧の
上昇を防ぐために設けられたトランジスタ９をオンオフ
させるためにあり、コンデンサ電圧がＶ３　以上になっ
た時オンしＶ２　以下ではオフする信号をトランジスタ
９のベース信号として与える。

【００１５】一方、比較器１２は、電圧検出器１０の出
力と基準電圧器１４の電圧を比較しており、基準電圧器
により比較器１１でのオンオフレベル（コンデンサ電圧
Ｖ３，Ｖ２　に相当）以下のＶ４　に設定することによ
り、減速時にＶｃが上昇したことを検出して、インバー
タ回路２へのＰＷＭ信号の電圧パターン幅をＶ１　／Ｖ
２　（Ｖ２　〜Ｖ３　としている。）だけ小さくするこ
とにより、Ｖｃが上昇した分を補正して初期のＶ／ｆパ
ターンＡとほぼ同じにする様にした。

【００１６】このように構成された本実施例では、始動
時においては、大きい慣性モーメント負荷であっても加
速を速くするために始動トルクを大きくしてスムーズに
立ち上がらせ、低周波数域において、Ｖ／ｆ比を大きく
するために、始動電圧を高く設定するが、逆に減速停止
においては、自然停止時間よりも早く停止させたことが
多く、インバータの減速時間を短く設定するので、電動
機は、発電制動となり、エネルギーはコンデンサに充電
され電圧は上昇する。この回生エネルギーを抵抗により
消費させるため、電圧の上昇値を検出し、放電抵抗をオ
ンオフさせるが、この放電抵抗のオンオフの動作電圧レ
ベルは交流電源の整流出力電圧よりもずっと上にあり、
過電圧保護レベルのいずれかに下に設定してある。整流
出力電圧の近くにあると、入力交流電源が変動して上昇
した場合、動作しオンし続け抵抗を焼損する可能性があ
るからである。よって、交流電源の整流電圧Ｖ１　と放
電抵抗の動作レベル（Ｖ３　〜Ｖ２　）とには大きい差
が発生し、減速停止時のＶ／ｆ比が高くなる。更に、最
初から低周波域では、Ｖ／ｆ比を高くとっているため、
従来以上に大きく、低周波域で電動機は過励磁状態で電
流検出器７に流れる電流が大きく、過電流検出が動作し
、インバータを停止させる場合があった。

【００１７】しかし、本発明の様に、Ｖｃが上昇した分
だけ、インバータ回路２のスイッチング素子へのＰＷＭ
信号幅を変えて初期設定でのＶ／ｆ比と同じとすること
により、減速時の低周波においても過電流が流れること
なく、スムーズな加速減速運転をさせることができる。

【００１８】なお、本実施例では、コンデンサ電圧Ｖｃ
の検出は、比較器によって行っているが、他の実施例と
しては、連続的にコンデンサ電圧Ｖｃを検出し、その出
力電圧をマイクロコンピュータ等により計算し、常に一
定のＶ／ｆ比にしてインバータ出力をしたものが考えら
れる。

【００１９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、コ
ンデンサ電圧を検出する回路を挿入することにより、減
速停止時には、回生エネルギーと放電抵抗との動作によ
りほぼ一定の電圧値に上昇して減速しつづけるため、Ｖ
／ｆ比が初期設定時と同じにすることにより、減速時に
おいても電動機は過励磁にならず、過電流によるインバ
ータ停止をなくした運転特性の良いインバータが供給で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すインバータの主回路図
である。

【図２】図１に示した電圧検出回路の詳細回路図である
。

【図３】加速、減速の運転パターンとコンデンサ電圧波
形とインバータ内の直流部に流れるリンク電流波形との
関係を示すタイムチャートである。

【図４】出力電圧Ｖ−周波数ｆ特性図である。

【図５】トルクＴ−速度Ｎの特性図である。

【図６】従来の電圧検出回路である。

【符号の説明】

１　　整流器 ２　　インバータ回路 ５，９　　トランジスタ １０　　電圧検出器 １１，１２　　比較器 １３，１４　　基準電圧器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　　　交流電源を任意の周波数を有する
   交流電源に変換するインバータ装置において、電圧を検
   出する電圧検出手段と、回生エネルギーを放電させる放
   電手段と、この放電手段をオンさせるとき前記電圧検出
   手段により検出された検出電圧よりも低い基準電圧を設
   定する設定手段と、前記電圧検出手段により検出された
   検出電圧が前記設定手段により設定された基準電圧を超
   えたとき可変電圧／可変周波数比を変化させ前記周波数
   に応じた電圧指令を出力する出力制御手段とを具備した
   ことを特徴としたインバータ装置。