JPH0724477B2

JPH0724477B2 - 誘導電動機駆動インバ−タ装置

Info

Publication number: JPH0724477B2
Application number: JP59038510A
Authority: JP
Inventors: 康正東藤; 忠夫下津; 敏井堀
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-03-02
Filing date: 1984-03-02
Publication date: 1995-03-15
Anticipated expiration: 2010-03-15
Also published as: JPS60183995A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、誘導電動機駆動インバータ装置の再始動運転
に関するものであり、より詳しくは、入力電力の瞬時停
電により正常な電力変換を続けられない期間が生じて
も、復電後に再び運転を続行することが可能な誘導電動
機駆動インバータ装置に関する。

〔発明の背景〕

従来の汎用インバータは、瞬時停電すると約20msec以内
でインバータ瞬停保護停止を行なうものが多い。しか
し、最近では、100msec〜2.0sec以内の瞬停に対しての
インバータ瞬停保護停止はシステムの損害を大きくする
ため、瞬停した時、インバータは自動再始動し運転を継
続することが要望されている。

このような背景の中で、電流形インバータについて述べ
る。

電流形インバータは、電流制限機能により、電流抑制が
可能であるが、誘導電動機速度とインバータ周波数の不
一致、誘導電動機の残留電圧及び投入位相差等の影響に
より、再始動時、インバータ出力電圧に過大な転流サー
ジ電圧が発生する。また、誘導電動機は上記の影響よ
り、過渡トルクが発生し負荷に過大な機械的シヨツクを
与える。インバータへの悪影響としては、過大な転流サ
ージ電圧による過電圧トリツプによる再始動失敗、最悪
は素子耐圧破壊を起こし再運転不能になる問題があっ
た。

次に、このような問題を解決する従来技術の提案を説明
する。

第１図は、カスケード転流による電流形インバータ主回
路構成を示す。第１図において、交流電源１から得られ
る電力はコンバータ２を介して直流電力に変換され、直
流リアクトル３にて平滑している。更に、この直流電力
をインバータ４にて、任意の周波数・電圧・電流の交流
電力に変換して負荷となる誘導電動機５を駆動してい
る。インバータ４は、周知の直列ダイオード形と呼ばれ
る電流形インバータ装置である。

この直列ダイオード形の転流回路にカスケードに転流回
路６を加えることにより、前述の過大な転流サージ電圧
を制限して、瞬停自動再始動を可能とした。第２図に、
第１図による誘導電動機駆動瞬停自動再始動時のインバ
ータ出力電圧写真波形を示す。第２図に示すように、瞬
停自動再始動時の過大な転流サージ電圧は、カスケード
転流回路６によつて制限された電圧になり、誘導電動機
の再始動が可能となつている。

しかし、カスケード転流回路６が吸収する電力は抵抗Rf
を介してインバータ直流電源へ帰還するため、瞬停再始
動時だけでなく通常運転時においても抵抗Rfの発熱及び
損失が問題となる。従つて、インバータ装置の大型化、
インバータ効率の低下、カスケード転流回路の発熱処理
が大きな問題となる。

また、インバータ装置に連結した誘導電動機の端子電圧
の周波数と位相を検出し、この周波数と位相が他の電源
の周波数と位相に一致するようにインバータ装置内での
電力変換動作を制御して、他の電源に同期切換する同期
投入法が提案されている。この方法の問題点は、インバ
ータ装置の出力電流の歪成分が大きい為誘導電動機に供
給される電流位相を正確に検出しにくい難点がある。特
に、出力電流の検出回路、波形成形回路、ローパスフイ
ルタ回路及び位相を合わすためのPLL回路などが必要で
あり、制御装置が複雑で高価になる欠点を有している。
また、制御上で投入位相ずれが生じると再始動失敗を起
こす欠点もある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、瞬停自動再始動時の誘導電動機とイン
バータ周波数の不一致、誘導電動機の残留電圧及び投入
位相差等の影響を受けることなく、従来技術の欠点を解
消し簡単な構成にして確実にインバータ装置の再始動を
行なうと共に、瞬停検出時間以上の停電は確実にインバ
ータを停止して、システム全体の信頼性を上げることを
目的とした誘導電動機駆動インバータ装置を提供するも
のである。

〔発明の概要〕

本発明の誘導電動機駆動インバータ装置は、瞬時停電発
生時に、瞬停として予め定められた時間範囲に対して、
インバータのＰ−Ｎ間短絡、コンバータのα角絞り、電
流制御系の絞り、電圧制御系の絞りなどの瞬停保護電作
を行なうと共に、復電後、再始動信号によりインバータ
装置を電流制御（ACR）・電圧制御（AVR）ソフトスター
トし誘導電動機の再始動を可能にした点と、瞬停として
予め定めた時間を越える停電が発生したときは、インバ
ータ装置の再始動を中止するようにした点を特徴とす
る。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を添付図面により説明する。

第３図は、本発明の目的とする制御装置を実現すべき主
回路の一例である。同図において、１〜５は第１図で述
べたものである。第３図と第１図との違いは、第１図に
示したカスケード転流回路６を装備していない点であ
る。第３図は、この発明によつて、特に限定された回路
でないため、その詳細説明を省く。

第４図は、本発明に係る誘導電動機駆動用インバータ装
置の回路構成を示すブロツク図である。第４図におい
て、１〜５は、第２図をブロツク図にしたもの。７は、
インバータ装置の出力電圧・出力周波数を設定する速度
設定器。８は誘導電動機５の加減速特性に合わせて、速
度設定器７の変化を緩やかにするランプ回路。９はラン
プ回路８よりの出力周波数指令信号に応じて必要なパル
ス出力周波数信号を出力する電圧／周波数コンバータ、
10は、パルス分配器。11は、インバータ４に120度通電
のパルス送るためのインバータロジツク、12は、ゲート
増幅器。13は、電圧制御器（AVR）で、出力電圧検出器1
4のフイードバツク信号と、ランプ回路８よりの出力電
圧指令信号に一致するように動作して出力電圧が制御さ
れる。電流制限器15は、リミツタ回路で構成され、過大
電流を抑制する。コンバータ２の交流側で誘導電動機電
流の実際値を電流検出器17で検出する。17によるフイー
ドバツク信号と電流制限器15の出力つまり電流指令信号
と一致するように動作する電流制御器（ACR）16によつ
て、誘導電動機電流は制御される。18は、ACR出力であ
る移相制御信号（α信号）に供づき、コンバータ２のゲ
ートパルスを制御するAPPS回路。

以上は、通常運転時に対する構成および動作で、このよ
うな構成は、すでに公知である。

本実施例では、瞬停自動再始動及び停電対策のため次の
ような構成が付加されている。

交流電源電圧の監視のために交流電源１に接続された変
圧器21の２次電圧が整流回路19によつて整流されて、瞬
停自動再始動・停電回路20に導かれ、瞬停時は、瞬停保
護し、復電後自動再始動信号を出力する。また、定めら
れた時間以上はインバータの動作を停止する。さらに再
始動補償回路を備え、その動作は瞬停中に低下してしま
う誘導電動機５の回転数に合わせて再始動時にインバー
タ装置より給電される交流電力の出力周波数を補償する
ものであり、停電として、定められた瞬停時間以上はラ
ンプ回路出力電圧を零とする。

さらに詳しく説明すると、瞬停自動再始動・停電回路20
は、第５図のように構成される。

整流回路19の出力電圧信号は、ダイオード100を通し
て、瞬停・復電検出器101、停電検出器102、不足電圧検
出器103に入力する。瞬停・復電検出器101は瞬停時イン
バータ装置が運転継続可能時間と、復電時間を管理検出
する。停電検出回路102は、一般に瞬停時間が約100msec
〜2secであるため、瞬停時間を越える停電が継続したと
き、検出する。この瞬停・復電検出器101、停電検出器1
02は、例えばコンパレータとタイマとで構成されてい
て、整流回路19の出力電圧が所定の限界値を所定時間だ
け連続して下回つたとき、瞬停検出信号、停電検出信号
を発生する。とくに瞬停・復電検出器101は、整流回路1
9の出力電圧が所定の限界値を所定時間だけ連続して上
回つたとき復電検出信号を発生するようになつている。
ダイオード100は、各々の検出器による回り回路を防止
している。

停電検出信号は、瞬停検出信号後に停電検出するので、
AND回路104により、停電検出信号と瞬停・復電検出信号
のANDをとり、瞬停・復電後の瞬停自動再始動と停電と
を区別している。不足電圧検出器103は、コンパレータ
より構成され、通常運転時の電源電圧の不足を検出する
と同時に停電検出時間以内は、制御回路電圧が確保され
ているかを管理する。OR回路105は、AND回路104の停電
検出信号と不足電圧検出器103の出力信号のORをとり、
故障信号として出力する。自動再始動器107は再始動時
間を管理すると共に停電信号が入力されたら、再始動時
間をリセツトし、再始動を中止する。

瞬時発生から瞬停自動再始動のための構成とインバータ
動作を説明する。

瞬停が発生すると、前述した瞬停・復電検出回路101
で、瞬停検出し、自動再始動器107に信号を出力する。
自動再始動器107は、瞬停検出信号により、Ｐ−Ｎ間短
絡パルス回路108、α絞り回路109、ACR絞り・ACRソフト
スタート回路121、AVR絞り・AVRソフトスタート回路12
2、始動補償回路123に信号を出力する。Ｐ−Ｎ間短絡パ
ルス回路108は、インバータロジツク111にある所定時間
だけ、インバータ４の上・下アームが導通するように、
全アームにゲート信号を発する信号を出力する。

これによつて、インバータ側のＰ−Ｎ間は、所定時間短
絡される。すなわち、第４図において、瞬停が発生する
と、入力電力はないため、電流検出器17の信号は、零と
なり、ACRはおのずとαを進め、コンバータは、電源転
流失敗を発生し、上下アームコンバータ短絡が生じる。
直流リアクトル３の電流はインバータＰ−Ｎ間短絡によ
り、誘導電動機には電流が流れず、インバータ４−コン
バータ２−直流リアクトル３を還流して、この電流は速
やかに零に減衰させられるようになつている。更に、α
絞り回路は、ACR出力のα信号をαエンド（最小制御進
み角rmin）まで移す動作を行なう。これによつて、コン
バータ２、インバータ４の両変換器の電流の減衰速度を
高めている。と同時にACR及びAVRの指令信号を零にする
ことによつて、ACR、AVR増幅器の飽和を防止して瞬停自
動再始動に備えると共に上述の両変換器の電流減衰速度
を高めるために、ACR絞り・ACRソフトスタート回路121
では、ACR絞りを、AVR絞り・AVRソフトスタート回路122
では、AVR絞りが行なわれる。これらの作用によつて、
インバータ装置は瞬停保護され、復電に備えることがで
きる。電流が完全に減衰した所定時間によりＰ−Ｎ短絡
パルス回路108の出力信号は、停止し、インバータロジ
ツク回路11は、通常運転の信号を出力する。

始動補償回路123は、前述に述べたように、負荷GD²及び
負荷トルク等から、瞬停時から復電後、再始動前の時間
中の誘導電動機の運転速度の変化予測を行ない、この予
測速度にランプ回路８の出力電圧・出力周波数指令信号
を降下させる。このとき、速度設定器７は、瞬停発生前
の信号であるが、始動補償回路123により、速度設定信
号は遮断される。

復電後、瞬停・復電検出器101は、復電検出信号を自動
再始動器107に出力する。自動再始動器107から、再始動
準備時間がタイムアツプされ、再始動信号により、上述
の種々の瞬停時の諸作用が解除され、インバータ装置
は、通常起動と同様に再起動状態を保つ。このとき、誘
導電動機は、負荷GD²により、回転中であり、残留電圧
が発生している。自動再始動器107の再始動信号によ
り、ACR絞り・ソフトスタート回路は、ACRソフト・スタ
ートを始める。

AVR絞り・ソフトスタート回路も、AVRソフト・スタート
を始める。ACRソフトスタート時定数よりAVRソフトスタ
ート時定数の方が長い。また、始動補償回路123は、解
除され、速度設定器７の指令に誘導電動機の回転速度は
向う。すなわち、定常運転、加速中、減速中の状態にお
いて、それぞれ、元の状態に復旧する。ここで、始動補
償回路123は予測速度であり、誘導電動機回転速度と再
始動時のインバータ周波数の不一致が若干生じるが、再
始動時を回生側にすること、又は、通常運転時のストー
ル防止回路等により、失速することはない。

第６図に本発明の実施例に基づくインバータ装置による
誘導電動機駆動瞬停自動再始動時のインバータ出力電圧
写真波形を示す。第６図に示すように、誘導電動機回転
速度とインバータ周波数の不一致及び誘導電動機残留電
圧及び投入位相差等の影響は、全くなくインバータ装置
は再始動運転継続が可能である。誘導電動機自体も過度
トルクは発生せず、シヨツクレス再始動を行なう。ま
た、インバータ出力電圧には、過大な転流サージ電圧は
発生せず、第２図のカスケード転流回路を付加したイン
バータ装置再始動時のインバータ出力電圧よりはるかに
小さく押えられている。

以上より、ACRソフトスタートおよびAVRソフトスタート
の効果が判る。

次に停電発生から停止のための構成とインバータの動作
を説明する。第４図，第５図において、前述のように、
瞬停検出を越える停電は、すでに瞬停検出し、先の瞬停
保護により、インバータ装置は、瞬停再始動準備で待機
している。しかし、復電しないため、再始動できない間
に、停電検出器102より、停電検出信号が出力し、AND回
路104、OR回路105を通り、フリツプ・フロツプ回路110
に、停電検出信号が入力し、フリツプ・フロツプ回路11
0はsetされ、α絞り回路109と始動補償回路123とへ信号
を出力する。α絞り回路109は前述と同じ動作をする。
始動補償回路123は、ランプ回路８の出力電圧・出力周
波数指令電圧を初期状態にリセツトする。120は、瞬停
・停電保護回路のブロツク部である。

また、停電後の再始動は、システム的に問題がないこと
を確認して、停電故障リセツト112により、フリツプ・
フロツプ回路110がリセツト解除され、停電時の作用が
解除され、通常起動準備状態となる。

前述、実施例においては、ハードロジツクで本発明を実
施した例について説明したが、近年ではコンピユータ制
御によるインバータ装置も多数提案されているので、ハ
ードロジツクと同様な操作をソフトフエアで解決するこ
とも可能である。

なお、前記実施例では、瞬停による再始動運転について
説明したが、これは、一時的な電路異常、転流失敗など
で交流変換を中断したような場合の再始動運転にも利用
できるものである。また、実施例においては、直列ダイ
オード方式電流形インバータ装置に本発明を実施したも
のについて説明したが、これは、PWM制御電流形インバ
ータ装置でも、サイクロコンバータ方式のインバータ装
置でも実施できるものである。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、瞬時
停電発生時に、瞬停検出、インバータのＰ−Ｎ間短絡、
ACR絞り、AVR絞り等の瞬停保護動作を行ない、復電後、
ACRソフトスタート、AVRソフトスタートによる瞬停自動
再始動を行なうことによつて、誘導電動機の残留電圧と
インバータの再始動周波数の不一致及び投入位相ずれ等
の影響を受けることなく、さらに転流サージ電圧を抑制
し、誘導電動機のショックレス再始動を可能にし誘導電
動機の瞬停再始動をすみやか、且つ容易に安全、確実に
行なうことができる効果がある。

また、瞬停検出時間以上の停電は、確実にインバータを
停止して、システム全体の信頼性を上げることができる
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来技術の一実施例のカスケード転流による
電流形インバータ主回路構成図。第２図は、第１図によ
る誘導電動機駆動瞬停自動再始動時のインバータ出力電
圧写真波形。第３図は、実施例の主回路の要部を示す
図。第４図は、本発明に係る電動機駆動用インバータ装
置の回路構成を示すブロツク図。第５図は、実施例の動
作を説明するための瞬停自動再始動・停電回路20のブロ
ツク図。第６図は、本発明の実施例に基づくインバータ
装置による誘導電動機駆動瞬停自動再始動時のインバー
タ出力電圧写真波形である。１……交流電源、２……コンバータ、３……直流リアク
トル、４……インバータ、５……誘導電動機、６……カ
スケード転流回路、７……速度設定器、８……ランプ回
路、９……電圧／周波数コンバータ、10……パルス分配
器、11……インバータロジツク、12……ゲート増幅器、
13……AVR、14……出力電圧検出器、15……電流制限
器、16……ACR、17……電流検出器、18……APPS回路、1
9……整流回路、20……瞬停自動再始動・停電回路、21
……変成器、100……ダイオード、101……瞬停・復電検
出器、102……停電検出器、103……不足電圧検出器、10
4……AND回路、105……OR回路、107……自動再始動器、
108……Ｐ−Ｎ間短絡パルス回路、109……α絞り回路、
110……フリツプフロツプ回路、112……停電故障リセツ
ト、120……瞬停・停電保護回路、121……ACR絞り・ソ
フトスタート回路、122……AVR絞り、ソフトスタート回
路、123……始動補償回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流電源から電力を受け直流電力に変換す
るコンバータ部と、前記直流電力を可変周波数、可変電圧の交流電力に変換
するインバータ部と、前記コンバータの点弧位相制御角αを制御する位相制御
回路と、前記誘導電動機に供給する交流電力の電圧を制御する電
圧制御系と、前記誘導電動機に供給する交流電力の電流を制御する電
流制御系と、を備え前記インバータ部の出力に接続された誘導電動機
に該交流電力を供給して速度制御するインバータ装置に
おいて、予め瞬時停電の区間として定められた時間範囲内の停電
と復電を検出する瞬停・復電検出手段と、前記予め瞬時
停電の区間として定められた時間範囲を越える停電を検
出する停電検出手段と、前記瞬停・復電検出手段の停電検出信号に応じて前記イ
ンバータ部のＰ−Ｎ間を所定時間短絡するＰ−Ｎ間短絡
パルス発生回路と、前記瞬停・復電検出手段の停電検出信号または前記停電
検出手段の停電検出信号に応じて前記位相制御角αをα
エンドまで移し、前記瞬停・復電検出手段の復電検出信
号に応じて該位相制御角αをαエンドまで移す動作を解
除するα絞り回路と、前記瞬停・復電検出手段の停電検出信号に応じて前記電
圧制御系から出力される指令信号を零に制限し、前記瞬
停・復電検出手段の復電検出信号に応じて前記電圧制御
系の出力指令信号の制限を零から徐々に解除するAVR絞
り・AVRソフトスタート手段と、前記瞬停・復電検出手段の停電検出信号に応じて前記電
流制御系から出力される指令信号を零に制限し、前記瞬
停・復電検出手段の復電検出信号に応じて前記電流制御
系の出力指令信号の制限を零から徐々に解除するACR絞
り・ACRソフトスタート手段を備えた誘導電動機駆動インバータ装置。