JPH0710183B2

JPH0710183B2 - 電流形インバ−タ装置の保護回路

Info

Publication number: JPH0710183B2
Application number: JP62133411A
Authority: JP
Inventors: 武喜安藤; 中村　　清; 博美稲葉; 三根　　俊介; 俊明黒沢; 秀明高橋
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-05-30
Filing date: 1987-05-30
Publication date: 1995-02-01
Anticipated expiration: 2010-02-01
Also published as: JPS63302768A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、エレベータの電動機制御等に用いられる電流
形インバータ装置を保護する電流形インバータ装置の保
護回路に関する。

〔従来の技術〕

一般に、電気的な負荷を制御する場合、負荷が交流で駆
動されるものか直流で駆動されるものかにより制御態様
が異なるのは当然であり、又、それらの制御に難易があ
るのは通常である。例えば、エレベータを駆動するモー
タの場合、直流モータと交流モータがあるが直流モータ
はその速度制御が極めて容易であるのに対して、交流モ
ータは高速における制御が困難である。このため、直流
モータは高速建造物のエレベータ駆動に用いられ、交流
モータは小さな建造物のエレベータ駆動に用いられるの
が通常である。

ところが、直流モータの速度制御にはサイリスタによる
制御手段が用いられるので、電圧に対して遅れた位相電
流が流れて力率を悪化し、無効電力が大きくなるという
欠点があった。そこで、近年、交流モータを使用しても
その速度を０から無段階に制御することができるよう
に、交流電力を直流電力に変換し、この変換された直流
電力を再び交流電力に変換するインバータ装置が開発さ
れ、使用されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記エレベータのモータ、その他の負荷に対して用いら
れるインバータ装置は、大分分が電圧形インバータ装置
である。そして、この電圧形インバータ装置に、例えば
転流失敗の事故が生じて過大電流が流れたとき、特公昭
60−7468号公報に記載のように、電源を短絡して電圧形
インバータ装置に流れる電流を減少させるという保護手
段が採られている。

一方、電流形インバータ装置は一般にはほとんど使用さ
れず、特殊な分野に使用されているにすぎない。しかし
ながら、最近、電流形インバータ装置の有利な点が着目
され、徐々にこれを使用しようとする気運が生じてき
た。ところで、電流形インバータ装置は電流を平滑化す
るため誘導性素子を有するので、何等かの原因で回路電
流が遮断されると当該誘導性素子に高電圧が発生して装
置の回路素子を破壊してしまうおそれがある。このよう
な事故に対しては、従来有効な措置は施されておらず、
電流形インバータ装置の使用増加傾向と共にその有効な
保護手段の開発が強く要望されている。

本発明はこような事情に鑑みてなされたものであり、そ
の目的は、事故時に誘導性素子に発生する高電圧による
主回路素子の破壊を防止することができる電流形インバ
ータ装置の保護回路を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明における第１の発明
は、パルス幅変調信号により交流電力を直流電力に変換
するコンバータ部と、このコンバータ部の直流出力電流
を平滑化する誘導性素子と、この誘導性素子により平滑
化された直流電力をパルス幅変調信号により交流電力に
変換するインバータ部とを備えた電流形インバータ装置
において、前記コンバータ部の交流入力端子に接続され
た整流回路と、この整流回路の正負各直流出力端子と前
記コンバータ部の正負各直流出力端子とをそれぞれ接続
する第１第２のバリスタ素子と、前記インバータ部の交
流出力端子に接続された整流回路と、この整流回路の正
負各直流入力端子と前記インバータ部の正負各直流入力
端子とをそれぞれ接続する第３第４のバリスタ素子とを
設けたことを特徴とする。

又、第２の発明は、上記第１の発明に加えて、さらに、
前記各バリスタ素子の電流を検出する電流検出器と、こ
の電流検出器で検出された電流が所定値以上であるとき
前記コンバータ部および前記インバータ部を保護する保
護手段とを設けたことを特徴とする。

〔作用〕

交流電源からの電力はコンバータ部に入力されて直流電
力に変換される。この変換された直流電力は誘導性素子
によりリプル分が除去されて平滑化され、インバータ部
に入力されて交流電力に変換される。この変換された交
流電力は、例えばエレベータの交流モータ等の交流負荷
に供給される。

今、例えばコンバータ部におけるトランジスタ等の回路
素子が何等かの原因で不導通状態になると、誘導性素子
に流れていた電流が遮断されてその両端に高電圧が現れ
る。この高電圧は電流形インバータ装置の回路素子に印
加されて回路素子を破壊するおそれがある。しかしなが
ら、コンバータ部の出力側およびインバータ部の入力側
には整流器とバリスタ素子の直列回路が存在するので、
前記高電圧はバリスタ素子電圧に抑制され、回路素子が
保護される。

又、第２の発明では、整流器とバリスタ素子の直列回路
の電流を検出し、過電流が検出されたとき、インバータ
装置の動作を停止する等の保護を行なう。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例に係る保護回路を備えた電流形
インバータ装置の回路図である。図で、１は交流電源、
２は遮断機能を備えた電源接触子、３は電流形インバー
タ装置である。４は電流形インバータ装置３の交流出力
により駆動されるエレベータの交流モータ、５は交流モ
ータ４に連結されたシーブ、６はシーブ５に懸架された
エレベータ乗かご、11は平衡おもりである。

電流形インバータ装置３は次のように構成されている。
即ち、10は交流電源１の交流電力を入力して直流電力に
変換するコンバータ部主回路を示し、自己消弧機能を有
する素子、例えばトランジスタＴとダイオードＤとで構
成されている。11は各トランジスタＴのベース駆動回路
であり、内部にパルス発振器およびパルス幅変調器を備
え、所定の周期、所定の位相で選択されたパルス幅を有
するパルスを出力する。12はコンバータ部主回路10から
出力される直流電流に含まれるリプル分を除去して平滑
化する誘導性素子である。

13は誘導性素子12を経た直流電力を入力して交流電力に
変換するインバータ部主回路を示し、コンバータ部10と
同じくトランジスタＴとダイオードＤとで構成されてい
る。14はインバータ部主回路13の各トランジスタＴのベ
ース駆動回路であり、コンバータ部主回路10のベース駆
動回路11と同様の構成および機能を有する。15,16はそ
れぞれコンデンサ回路であり、入力電流および出力電流
を正弦波化するとともに、トランジスタＴの導通、遮断
（チョッピング）時に生じるインダクタンス電圧を吸収
する。

17は第１の保護回路であり、ダイオード17cとバリスタ
素子17a,17bで構成されている。各ダイオード17cの一端
は電流形インバータ装置３の交流入力端子に接続される
とともに、他端はバリスタ素子17a又はバリスタ素子ｂ
に接続される。各バリスタ素子17a,17bの他端はコンバ
ータ部主回路10の直流出力端子に接続される。18は第２
の保護回路であり、ダイオード18cとバリスタ素子18a,1
8bで構成されている。各ダイオード18cの一端は電流形
インバータ装置３の交流出力端子に接続されるととも
に、他端はバリスタ素子18a又はバリスタ素子18bに接続
される。各バリスタ素子18a,18bの他端はインバータ部
主回路13の直流入力端子に接続される。20a,20bは第１
の保護回路17に流れる電流を検出する変流器、21a,21b
は第２の保護回路18に流れる電流を検出する変流器であ
る。22は誘導性素子12に並列に接続される第３の保護回
路であり、制御素子23および抵抗器24の直列回路で構成
される。

25は各変流器20a,20b、21a,21bで検出された電流を入力
してその異常を判断する異常検出器であり、各検出電流
が予め定められた設定値を超えたとき異常信号を出力す
るように構成されている。異常信号は、電源接触子の図
示されていない駆動部、各ベース駆動回路11,14、およ
び次に述べるゲートパルス発生器に出力される。26はゲ
ートパルス発生器であり、異常信号の入力により第３の
保護回路22の制御素子23のゲートにパルスを出力する。

次に、本実施例の動作を第２図に示すバリスタ素子の電
圧特性図を参照しながら説明する。接触子２を閉成する
と電流形インバータ装置３が電源１に接続される。コン
バータ部主回路10は、ベース駆動回路11のパルス幅変調
信号（PWM信号）により各トランジスタＴを導通、抵抗
せしめ、これにより交流電力を直流電力に変換する。こ
の直流電流は誘導成素子12により平滑されたインバータ
部主回路13に入力される。インバータ部主回路13は、ベ
ース駆動回路14のPWM信号により各トランジスタＴを導
通、遮断せしめ、これにより直流電力を交流電力に変換
する。この交流電力は電流形インバータ装置３から出力
され、交流モータ４に供給されてこれを駆動する。

この状態において、何等かの原因により、例えばコンバ
ータ部主回路10のトランジスタT₁を点弧させることがで
きない故障が発生したとする。この場合、誘導性素子12
に流れていた電流が急激に遮断されるので、誘導性素子
12の両端には高電圧が生じ、この高電圧はトランジスタ
T₁のコレクタ・エミッタ間に印加されて当該トランジス
タT₁が破壊されるおそれが生じる筈である。しかしなが
ら、本実施例では第１の保護回路17が設けられているの
で、トランジスタT₁で流し得なくなった電流は保護回路
17のダイオード17cおよびバリスタ素子17aを介して流す
ことができる。

このとき、バリスタ素子17aの両端には当該バリスタ素
子17aの特性に応じた電圧が発生する。この電圧が第２
図に示されている。第２図では横軸にバリスタ素子を流
れる電流、縦軸にバリスタ素子に生じる電圧がとってあ
る。ここで、バリスタ素子17aとして、バリスタ電圧が
第２図に一点鎖線で示す各トランジスタＴの耐電圧以下
であるような特性を有するものを選定すれば、トランジ
スタT₁が破壊されるおそれはなくなり、これを保護する
ことができる。

一方、バリスタ素子17aを流れる電流が極めて大きく、
異常検出器25に設定された値を超える場合には、異常検
出器25からベース駆動回路11,14に異常信号が出力さ
れ、これによりPWM信号の出力が停止され、コンバータ
部主回路10およびインバータ部主回路13の各トランジス
タＴを遮断状態とし、交流・直流間の変換動作を停止す
る。同時に、ゲートパルス発生器26にも異常信号が出力
され、これにより制御素子23のゲートにパルスが与えら
れ、制御素子23が導通する。このため、誘導性素子12の
エネルギは抵抗器24で消費され、その分、前記各トラン
ジスタＴおよびバリスタ素子の負担を軽減することがで
きる。さらに、異常信号により接触子２を遮断し、事故
を完全に防止する。

なお、上記動作の説明では、コンバータ部主回路10のト
ランジスタT₁の故障時の動作について述べたが、コンバ
ータ部主回路10およびインバータ部主回路13の他のトラ
ンジスタＴが故障した場合の動作もこれに準じる。

このように、本実施例では、電流形インバータ装置のコ
ンバータ部主回路入力側と出力側間、インバータ部主回
路入力側と出力側間にダイオードとバリスタ素子の直列
回路より成る保護回路を設けたので、上記主回路の回路
素子を破壊から効果的に保護することができ、かつ、保
護回路を極めて簡素な構成とすることができる。又、当
該保護回路に流れる電流が所定値を超えたとき異常信号
を出力して各主回路の回路素子を遮断状態とし、誘導性
素子を抵抗で短絡して蓄積されたエネルギを消費し、最
後に電源接触子を開放するようにしたので、各主回路の
回路素子をより確実に保護することができる。

第３図は本発明の他の実施例に係る保護回路を用いた電
流形インバータ装置の回路図である。図で、第１図に示
す部分と同一部分には同一符号を付して説明を省略す
る。28はコンバータ部主回路10の直流出力側に接続され
た第４の保護回路であり、バリスタ素子28aで構成され
る。29はインバータ部主回路13の直流入力側に接続され
た第５の保護回路であり、バリスタ素子29aで構成され
る。30,31はそれぞれ第４の保護回路28および第５の保
護回路29に挿入された変流器である。これら変流器30,3
1を設けることにより、さきの実施例における変流器20
a,20b,21a,21bは省略される。

本実施例の動作はさきの実施例の動作とほとんど同じで
ある。そして本実施例では、第４の保護回路28および第
５の保護回路29を設けたので、さきの実施例の効果の他
にコンバータ部主回路10とインバータ部主回路13とが同
時に不導通状態となったとき、誘導性素子12で発生する
電圧を低く抑えることができるという効果をも生じる。

なお、上記各実施例の説明では、異常電流を検出して主
回路の回路素子を遮断する保護手段および誘導性素子を
抵抗で短絡する保護手段と、第４および第５の保護回路
を設ける保護手段について説明したが、これら保護手段
は保護をより確実にするためのものであり、これら保護
手段がなくても保護を達成することはできる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明の第１の発明では、コンバー
タ部の交流入力端と直流出力端間、および直流入力端と
交流出力端間にそれぞれダイオードとバリスタ素子より
成る保護回路を設けたので、事故時に誘導性素子に発生
する高電圧により主回路素子が破壊されるのを防止する
ことができる。又、本発明の第２の発明では、第１の発
明の構成に加えてさらに他の保護手段を設け、過電流が
検出されたとき当該他の保護手段を作動せしめるように
したので、より一層確実な保護を達成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る保護回路を用いた電流形
インバータ装置の回路図、第２図は第１図に示すバリス
タ素子の電圧特性図、第３図は本発明の他の実施例に係
る保護回路を用いた電流形インバータ装置の回路図であ
る。１……交流電源、３……電流形インバータ装置、10……
コンバータ部主回路、11,14……ベース駆動回路、12…
…誘導性素子、13……インバータ部主回路、17……第１
の保護回路、17a,17b,18a,18b,28a,29a……バリスタ素
子、18……第２の保護回路、20a,20b,21a,21b,30,31…
…変流器、22……第３の保護回路、25……異常検出器、
28……第４の保護回路、29……第５の保護回路

フロントページの続き (72)発明者三根俊介茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者黒沢俊明茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者高橋秀明茨城県勝田市市毛1070番地株式会社日立製作所水戸工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パルス幅変調信号により交流電力を直流電
力に変換するコンバータ部と、このコンバータ部の直流
出力電流を平滑化する誘導性素子と、この誘導性素子に
より平滑化された直流電力をパルス幅変調信号により交
流電力に変換するインバータ部とを備えた電流形インバ
ータ装置において、前記コンバータ部の交流入力端子に
接続された整流回路と、この整流回路の正負各直流出力
端子と前記コンバータ部の正負各直流出力端子とをそれ
ぞれ接続する第１第２のバリスタ素子と、前記インバー
タ部の交流出力端子に接続された整流回路と、この整流
回路の正負各直流入力端子と前記インバータ部の正負各
直流入力端子とをそれぞれ接続する第３第４のバリスタ
素子とを設けたことを特徴とする電流形インバータ装置
の保護回路。
【請求項２】特許請求の範囲第１項において、前記コン
バータ部は、前記パルス幅変調信号により制御されるト
ランジスタおよび整流器の直列回路により構成されてい
ることを特徴とする電流形インバータ装置の保護回路。
【請求項３】特許請求の範囲第１項において、前記イン
バータ部は、前記パルス幅変調信号により制御されるト
ランジスタおよび整流器の直列回路により構成されてい
ることを特徴とする電流形インバータ装置の保護回路。
【請求項４】パルス幅変調信号により交流電力を直流電
力に変換するコンバータ部と、このコンバータ部の直流
出力電流を平滑化する誘導性素子と、この誘導性素子に
より平滑化された直流電力をパルス幅変調信号により交
流電力に変換するインバータ部とを備えた電流形インバ
ータ装置において、前記コンバータ部の交流入力端子に
接続された整流回路と、この整流回路の正負各直流出力
端子と前記コンバータ部の正負各直流出力端子とをそれ
ぞれ接続する第１第２のバリスタ素子と、前記インバー
タ部の交流出力端子に接続された整流回路と、この整流
回路の正負各直流入力端子と前記インバータ部の正負各
直流入力端子とをそれぞれ接続する第３第４のバリスタ
素子と、前記各バリスタ素子の電流を検出する電流検出
器と、この電流検出器で検出された電流が所定値以上で
あるとき前記コンバータ部および前記インバータ部を保
護する保護手段とを設けたことを特徴とする電流形イン
バータ装置の保護回路。
【請求項５】特許請求の範囲第４項において、前記保護
手段は、前記コンバータ部への交流入力を遮断する遮断
手段であることを特徴とする電流形インバータ装置の保
護回路。
【請求項６】特許請求の範囲第４項において、前記保護
手段は、前記コンバータ部および前記インバータ部に対
する前記パルス幅変調信号の入力を停止させる信号停止
手段であることを特徴とする電流形インバータ装置の保
護回路。
【請求項７】特許請求の範囲第４項において、前記保護
手段は、前記コンバータ部および前記インバータ部に対
する前記パルス幅変調信号の入力を停止させる信号停止
手段と、前記誘導性素子に並列接続される抵抗と前記所
定値以上の電流が検出されたとき導通状態とされる制御
素子との直列回路とで構成されることを特徴とする電流
形インバータ装置の保護回路。