JPH05328738A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インバータ主回路の出力周波数を制御して誘
導電動機の速度を制御するシステムにおいて、周波数を
大幅に一段階で低下させて低速に切り替えた場合、すべ
り周波数が急速に上昇することに起因して回生電流が異
常に増加するのを防止することを目的とする。 【構成】 インバータ主回路１の出力周波数を選択する
周波数選択回路２８によって、周波数をｆ１からこれよ
りも低いｆ２に切り替えて電動機１４を減速する回生運
転中に電動機電流が過電流となって過電流検出回路２４
から過電流表現信号Ｓｃ２がオア回路２６、２７を介し
て選択端子２９に与えられと、周波数選択回路２８がｆ
２の選択状態からｆ１の選択状態に切り替えられ、それ
によってすべり周波数が一時的に低下され、それから再
び減速目標値であるｆ２の選択状態に戻される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は直流電圧をＰＷＭ（パル
ス幅変調）により正弦波近似電圧に変換しその電圧によ
って誘導電動機を駆動するインバータ装置に係り、特に
電動機の回生運転状態中の過電流を抑制する手段を有す
るインバータ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３にこの種の一般的な電圧ＰＷＭ方式
インバータ装置が示されている。このインバータ装置の
インバータ主回路１は直列接続された２個の直流電源２
から直流電圧が印加される直流母線３、４間に、２個の
スイッチング素子からなる三相の各相Ｕ，Ｖ，Ｗに対応
する３個のアーム５〜７を三相ブリッジ接続してなる。
図４には三相の各アーム５〜７の正側に設けられたスイ
ッチング素子８〜１０および負側に設けられたスイッチ
ング素子１１〜１３のスイッチングによって形成される
基本電圧ベクトルとスイッチングパターンとが示されて
いる。ここで符号の三つの並び（例えば１，０，１の如
き並び）において、桁位置は順に三相のＵ，Ｖ，Ｗ相の
スイッチング素子に対応し、且つ符号「１」はその相の
正側のスイッチング素子（８〜１０のうち、その相に対
応するもの）がオンであることを表し、符号「０」はそ
の相の負側のスイッチング素子（１１〜１３のうち、そ
の相に対応するもの）がオンであることを表す。

【０００３】誘導電動機１４に印加される電圧の基本ベ
クトルをスイッチング素子８〜１３のオンオフパターン
およびその通電時間の選択によって制御するとインバー
タ主回路１からＰＷＭ正弦波近似された三相交流電圧が
出力される。このようなスイッチング素子のオンオフ制
御はインバータ制御回路１５によってなされる。このよ
うな電圧ベクトルを制御してＰＷＭ正弦波近似電圧を得
るインバータの動作原理は特開昭６２−１１８７７４
号、及び特開平１−６９２６６号、その他多くの文献に
よって周知となっているのでこれ以上の説明は省略す
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このようなインバータ
装置において、電動機の加速及び減速制御はインバータ
制御回路に周波数の上昇及び減少指令を与えることによ
りインバータ出力電圧の周波数を増減することにより行
われる。特にこの場合、従来の構成では周波数の増減を
数ヘルツ程度の微少周波数を単位に行う方式であるため
異なる設定速度間の速度差が大きい場合は周波数切り替
え段数が多くなり、回路の構成素子数が膨大な量になる
欠点があった。

【０００５】本発明の目的は、インバータ主回路に接続
された電動機を第１の設定速度からこれよりも低い第２
の設定速度に減速する場合に周波数指令を第１の設定速
度に対応する第１の設定周波数を第２の設定速度に対応
する第２の設定周波数に切り替えるのみで行い得、回路
構成が簡単になるインバータ装置を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によるインバータ
装置は、直流電圧をＰＷＭ正弦波近似電圧に変換するよ
うにオンオフ制御されるスイッチング素子を有するアー
ムからなるインバータ主回路と、このインバータ主回路
の前記スイッチング素子を駆動するためのＰＷＭ信号を
発生するインバータ制御回路と、前記インバータ主回路
に接続された誘導電動機の巻線電流を検出しそれが過電
流のとき過電流表現信号を出力する過電流検出手段とか
らなり、そして特に、前記インバータ制御回路が前記イ
ンバータ主回路の出力電圧の設定周波数を選択するため
の周波数選択手段とこの周波数選択手段を第１の設定周
波数からこれよりも低い第２の設定周波数に切り替えら
れた回生運転状態中に前記過電流検出手段から過電流表
現信号を受けたとき前記周波数選択手段を第２の設定周
波数から前記第１の設定周波数またはその近傍の周波数
に切り替え、その所定時間後に再度第２の設定周波数に
切り換える周波数戻し手段とを含んでなることを特徴と
する。

【０００７】

【作用】電動機を第１の設定周波数による第１の設定速
度で運転中に第２の設定速度まで減速したいときは周波
数指令値が第２の設定周波数となるように周波数選択手
段を切り替えればよく、こうすると電動機は回生運転状
態になり第２の設定速度に到達するように減速される。
この場合、インバータ主回路の出力周波数が第１の設定
周波数から第２の設定周波数に大幅に低下されることに
伴いすべり周波数が負方向に極めて高くなり回生電流が
過電流になる可能性がある。しかし回生運転中の過電流
は周波数が現時点のそれよりも高い値に切り換えられる
とすべり周波数が低くなることによって減少される。本
発明ではこれに着眼して、この過電流が検出されて過電
流表現信号が出力されたときは周波数選択手段が周波数
を現時点の第２の設定周波数から切り換え前の高い周波
数即ち第１の設定周波数またはその近傍の周波数に切り
換え、過電流状態が解消される所定時間後に再び第２の
設定周波数に戻す、と言う動作を過電流発生の都度行
い、最終的に第２の設定速度に到達せしめる。

【０００８】

【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。図３に示されたインバータ制御回路
１５に対応する本発明のインバータ制御回路１６は図１
に示される回路構成になっている。このインバータ制御
回路１６内のＲＯＭ１７内には周知の構成と同様に図４
に示す８種類の基本電圧ベクトルに対応するスイッチン
グパターン情報が記憶されており、この情報は、ＰＷＭ
のキャリア情報を読み取る第１のアップダウンカウンタ
１８及びＰＷＭの正弦波の位相を進行させる第２のアッ
プダウンカウンタ１９によって読み取られる。

【０００９】これによってＲＯＭ１７から出力された
Ｕ，Ｖ，Ｗ各相のＰＷＭ信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗは波形合
成回路２０によってインバータ主回路１の６個のスイッ
チング素子８〜１３をオンオフ制御するためのスイッチ
ング制御信号Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ
１３に変換され、そしてこれらスイッチング制御信号Ｓ
８，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３は第１のゲ
ート群２１及び第２のゲート群２２を介してスイッチン
グ素子８〜１３のベースに供給される。力行側過電流検
出回路２３は加速中にある電動機１４の巻線電流を検出
し、その検出値が設定値を超えたときに論理値「１」に
対応するＨ（ハイ）レベルの過電流表現信号Ｓｃ１を出
力するように構成され、また、回生側過電流検出回路２
４は減速中にある電動機１４の巻線電流を検出し、その
検出値が設定値を超えたときにＨレベルの過電流表現信
号Ｓｃ２を出力するように構成され、及び過電圧検出回
路２５は運転中にある電動機１４の端子電圧を検出し、
その検出値が設定値を超えたときにＨレベルの過電圧表
現信号Ｓｏｖを出力するように構成されている。

【００１０】これら過電流表現信号Ｓｃ２及び過電圧表
現信号Ｓｏｖはオア回路２６を介して他のオア回路２７
に周波数選択信号Ｆｓのオア条件信号として与えられ
る。この周波数選択信号ＦｓはそのＨレベルが第１の設
定周波数ｆ１を、またそのＬ（ロウ）レベルが第２の設
定周波数ｆ２（ただし、ｆ１＞ｆ２）を夫々表現する。
このオア回路２７の出力は周波数選択回路２８の選択端
子２９に選択信号として供給される。ここで過電流表現
信号Ｓｃ２及び過電圧表現信号Ｓｏｖがオア回路２６、
２７を介して周波数選択回路２８の選択端子２９に与え
られる構成部分は本発明の周波数戻し手段に相当する。

【００１１】この周波数選択回路２８はその第１のパル
ス入力端子３０ａ及び第２のパルス入力端子３０ｂに異
なる値の周波数信号として、ｆ１に対応した第１のパル
ス信号Ｐ１及びｆ２に対応した第２のパルス信号Ｐ２が
夫々常時供給されており、選択端子２９に与えられるオ
ア回路２７の出力である選択信号がＨレベルの時は第１
のパルス信号Ｐ１が、またＬレベルの時は第２のパルス
信号Ｐ２が夫々選択され、その選択されたパルス信号が
出力端子３１から出力される。この出力端子３１から出
力されたパルス信号Ｐ１またはＰ２はアンド回路３２を
介して前記第２のアップダウンカウンタ１９に駆動信号
として供給され、一方、前記第１のアップダウンカンタ
１８には所望のキャリア周波数に対応した駆動パルスＰ
ｎが供給される。

【００１２】次に上記構成の作用について説明するに、
第１及び第２のアップダウンカウタ１８及び１９が駆動
されると、ＲＯＭ１７に記憶されているスイッチングパ
ターン情報が読み出され、インバータ主回路１内のスイ
ッチング素子８〜１３がオンオフ制御される。そしてこ
のときのインバータ主回路１から出力されるＰＷＭ正弦
波近似電圧の周波数は第１及び第２のパルス信号Ｐ１，
Ｐ２のうち周波数選択回路２８によって選択されたパル
ス信号の周波数に応じた値となり、電動機１４の回転速
度が決定される。

【００１３】ところで、今、周波数選択信号ＦｓがＨレ
ベルにあり、その結果周波数選択回路２８が第１の設定
周波数ｆ１に対応した第１のパルス信号Ｐ１を選択して
電動機１４を第１の設定速度Ｎ１の状態で運転している
最中に、速度切り替えを目的に、周波数選択信号Ｆｓが
Ｌレベルに切り替えられ、その結果周波数選択回路２８
が第２の設定周波数ｆ２に対応した第２のパルス信号Ｐ
２を選択する状態に切り替えられたとする。この操作に
より電動機１４の回転速度は図２中、Ｎ１からＮ２に向
け減速されるところの回生運転状態に移行される。

【００１４】この回生運転状態への移行によりすべり周
波数が上昇して巻線電流が過電流状態になった場合は、
回生側過電流検出回路２４から過電流表現信号Ｓｃ２が
Ｈレベルで出力されてオア回路２７の出力がＬからＨレ
ベルに反転されるから、周波数選択回路２８は第２のパ
ルス信号Ｐ２の選択状態から第１のパルス信号Ｐ１の選
択状態に切り替わり、電動機１４への印加電圧の周波数
はｆ２からこれより高い周波数即ち減速切り替え前のｆ
１に戻される。これによりすべり周波数が低下されるの
で、やがて巻線の過電流状態が解消されて回生側過電流
検出回路２４からの過電流表現信号Ｓｃ２が消滅してオ
ア回路２７の出力が周波数選択信号Ｆｓのｆ２に対応し
たＬレベルに戻され、電動機１４は再び第２の設定速度
Ｎ２に向け減速される。以上のような第１及び第２の周
波数ｆ１及びｆ２間での交互切り替えを回生電流の過電
流状態が検出される毎に繰り返されながら電動機１４は
最終的に目標値に到達するよう減速される。

【００１５】このように、各設定速度Ｎ１，Ｎ２間の速
度差、即ち設定周波数ｆ１、ｆ２間の周波数差が大きく
てもその周波数切り替えに伴うすべり周波数の上昇に伴
う過電流を効果的に抑制できるから、周波数の減少切り
替えを微小な単位周波数毎に徐々に減少させて行う構成
が不要になるので回路素子数の削減及び構成の簡単化を
図ることができる。なお、上記のような電動機１４の回
生運転中にすべり周波数の上昇に伴って過電圧検出回路
２５から過電圧表現信号Ｓｏｖが出力された場合も過電
流検出時と同様に設定周波数がｆ２からｆ１に戻して過
電圧状態を解消する動作が行われる。

【００１６】なお、本発明の要旨には直接関係しない
が、電動機１４を設定速度Ｎ２での運転中に周波数をｆ
２からｆ１に切り替え、設定速度Ｎ１に向けて加速する
力行中に力行側過電流検出回路２３からＨレベルの過電
流表現信号Ｓｃ１が出力された場合は、アンド回路３２
に過電流表現信号Ｓｃ１が反転回路３３を介してＬレベ
ルに反転されて与えられるので、アンド回路３２がパル
ス信号Ｐ１及びＰ２の通過を阻止して第２のアップダウ
ンカウンタ１９による正弦波の位相進行動作を停止す
る。同時に信号Ｓｃ１は第１のゲート群２１を、正側ス
イッチング素子８〜１０が連続的オフ状態にされ且つ負
側スイッチング素子１１〜１３のみが連続的オン状態と
なって回生電流が還流できる状態に切り替える。

【００１７】また、この実施例では、一般的なインバー
タ装置と同様にインバータ主回路１の出力周波数ｆの変
化と共に電圧ｖもｖ／ｆ一定の関係を保つように変化す
る制御を行うが、これは図１にオア回路２７から周波数
選択信号Ｆｓをライン３４を介してＲＯＭ１７に与える
構成をもって示してある。更に起動停止命令ライン３５
に与えられる操作信号ＳｐのＨ，Ｌレベル切り替えに応
じて第２のゲート群２２のオン、オフ状態が切り替えら
れ、全てのスイッチング素子８〜１３に対応するスイッ
チング制御信号Ｓ８〜Ｓ１３の供給停止が選択される。

【００１８】なお、上記実施例は設定速度段数を二段と
しているが、多段であっても差支えなく、また、電動機
の減速中に過電流状態が検出されたことに基づいて周波
数を現時点のそれよりも高い値に切り替える場合に、そ
の値を切り替え前の値に限られずまたはその近傍の他の
設定周波数にしてもよい。

【００１９】

【発明の効果】本発明は以上述べたように、誘導電動機
の回転速度を減速する場合に現時点の設定周波数から所
望の設定周波数に一段階で切り替えることが可能であ
り、周波数を単位周波数ごとに徐々に減少させるための
構成が不要であるので回路構成が極めて簡単になる。

【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制御回路の
ブロック図

【図２】本発明の一実施例における速度制御を説明する
ための周波数−電圧特性図

【図３】従来の一般的なインバータ装置を示す結線図

【図４】一般的なインバータ主回路のスイッチングパタ
ーンを説明するための基本電圧ベクトル図

【符号の説明】

１はインバータ主回路、８〜１３はスイッチング素子、
１４は誘導電動機、１６はインバータ制御回路、１７は
ＲＯＭ、１８及び１９は第１及び第２のアップダウンカ
ンタ、２０は波形合成回路、２１及び２２は第１及び第
２のゲート群、２３は力行側過電流検出回路、２４は回
生側過電流検出回路、２５は過電圧検出回路、２６，２
７はオア回路（周波数戻し手段）、２８は周波数選択回
路である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電圧をＰＷＭ正弦波近似電圧に変換
   するようにオンオフ制御されるスイッチング素子を有す
   るアームからなるインバータ主回路と、 このインバータ主回路の前記スイッチング素子を駆動す
   るためのＰＷＭ信号を発生するインバータ制御回路と、 前記インバータ主回路に接続された誘導電動機の巻線電
   流を検出しそれが過電流のとき過電流表現信号を出力す
   る過電流検出手段とを有し、 前記インバータ制御回路が前記インバータ主回路の出力
   電圧の設定周波数を選択するための周波数選択手段と、
   この周波数選択手段を第１の設定周波数からこれよりも
   低い第２の設定周波数に切り替えられた回生運転状態中
   に前記過電流検出手段から過電流表現信号を受けたとき
   前記周波数選択手段を第２の設定周波数から前記第１の
   設定周波数またはその近傍の周波数に切り替え所定時間
   後に再度第２の設定周波数に切り換える周波数戻し手段
   とからなることを特徴とするインバータ装置。