JPH0819266A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インバータ装置において入力電圧の投入時、
負荷起動時、回生時あるいは再起動時、安全対策等の各
種保護機能を最少の部品を使用することで発揮できるよ
うにする。 【構成】 開閉器ＭＣ１１とＭＣ１２をオフ（オープ
ン）にした状態で入力電圧を投入すると、突入電流が発
生するが、抵抗ＲＬの作用により突入電流を低く押さえ
ることができる。また、負荷起動時、回生時あるいは再
起動時にはＭＳ１をオフにするとともにＭＣ１１をオ
フ、ＭＣ１２をオンにすれば、コンデンサＣ１、Ｃ２は
ともに放電し、これらコンデンサの端子電圧は降下する
ので、各目的に対応することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、誘導電動機等に使用さ
れるインバータ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】誘導電動機等は周波数を変化させること
により速度制御を行うので、一般的に電圧型交流インバ
ータ装置が用いられる。

【０００３】電圧型交流インバータ装置には誘導電動機
等を駆動する方式の１つとして、ＰＡＭ（パルス振幅変
調）方式がある。

【０００４】ＰＡＭ方式は第３図に示すように、Ｄ１〜
Ｄ６の整流ダイオードからなるコンバータ部、平滑リア
クトルＬ１及び平滑コンデンサＣ１からなる第１の平滑
部、スイッチング素子Ｑ７とＱ７に逆並列に接続された
ダイオードＤ１４と還流ダイオードＤ１３からなる降圧
チョッパ部、平滑リアクトルＬ２及び平滑コンデンサＣ
２からなる第２の平滑部、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６
と、Ｑ１〜Ｑ６の無効電力を処理するため、これらスイ
ッチング素子に逆並列に接続されたダイオードＤ７〜Ｄ
１２からなるインバータ部とから構成されている。

【０００５】入力端子Ｒ、Ｓ、Ｔに加えられている位相
の異なる交流電圧が電磁開閉器ＭＳ１がオンになること
によって、装置内に電圧が導かれ、コンバータ部により
３相全波整流された後、Ｌ１及びＣ１からなる第１の平
滑部により平滑化され、その電圧を降圧チョッパ部のス
イッチング素子Ｑ７のスイッチング作用及び第２の平滑
部によって所定の電圧値に降下させるとともに平滑化を
行い、次のインバータ部に供給される。

【０００６】インバータ部ではスイッチング素子Ｑ１〜
Ｑ６をオン・オフ制御して所定周波数の交流に変換し、
出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗから負荷の誘導電動機Ｍへ供給する
ようにしている。

【０００７】ところで、電磁開閉器ＭＳ１がオンになっ
て上記インバータ装置に入力電圧が投入された場合、当
初は第１の平滑部の平滑コンデンサＣ１に電荷が蓄積さ
れていないため、一時的に過大な充電電流が突入電流と
して発生する。

【０００８】これを抑制する手段として図４に示すよう
にコンバータ部の整流ダイオードと第１の平滑部の間に
抵抗Ｒ１を挿入し、過渡的な大電流を消費させた後に、
この抵抗Ｒ１と並列に接続された電磁開閉器ＭＣ１をオ
ンする方法が採られている。また、インバータ部を起動
した際にインバータ部の前段に位置する第２の平滑部の
平滑コンデンサＣ２に電荷が蓄積されていると、インバ
ータ部を駆動した時に負荷側へ過大な電流が流れ込んで
正常にスタートしない場合がある。

【０００９】特に、誘導電動機Ｍを短時間で再起動する
場合には平滑コンデンサＣ２に蓄積された電荷が完全に
消費されていない状態で行うことになるので、上記のよ
うなことが顕著に発生することになる。

【００１０】さらに、誘導電動機の回性運転時において
は、誘導電動機自体の慣性による回転によって発電作用
が生じ、平滑コンデンサＣ２の端子間電圧が上昇する。

【００１１】そこで、これらの問題を解決する手段とし
て、図４に示すように平滑コンデンサＣ２に対して例え
ば抵抗Ｒ３と電磁開閉器ＭＣ３を直列化したものを並列
的に接続し、電磁開閉器ＭＣ３を閉じて平滑コンデンサ
Ｃ２に蓄積された電荷を抵抗Ｒ３で消費させるように
し、負荷側へ過大な電流が流れ込まないように、また平
滑コンデンサＣ２の端子間電圧が高くならないようにし
ている。

【００１２】また、インバータ装置の安全対策の一環と
して、装置の運転中に扉やカバーを強制的にオープンし
た場合に、内部の高圧コンデンサに蓄積された電荷を短
時間に放電させるために図４に示すように該当する高圧
コンデンサＣ１に対しては抵抗Ｒ２と電磁開閉器ＭＣ２
を直列化したものを、高圧コンデンサＣ２に対しては抵
抗Ｒ３と電磁開閉器ＭＣ３を直列化したものを並列的に
接続し、各電磁開閉器ＭＣ２、ＭＣ３を閉じることによ
って高圧コンデンサＣ１、Ｃ２に蓄積された電荷を各抵
抗Ｒ２、Ｒ３で消費させるようにしている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
では入力電圧投入時、負荷起動時、回生時あるいは再起
動時及び安全対策等の各種保護対策を行うために、それ
ぞれの目的に対して個別に対応策が採られているので、
抵抗Ｒ１〜Ｒ３及び電磁開閉器ＭＣ１〜ＭＣ３等のよう
に回路に付加する部品点数が多くなり、装置全体が大型
化するとともにコストの増大を招いていた。

【００１４】また、放電抵抗Ｒ１〜Ｒ３の電力消費に伴
う発熱が各放電抵抗に対応して発生することになり、そ
れぞれの位置に対応した放熱対策を行う必要があった。

【００１５】本発明は、上記課題を解決するために創案
されたもので、最少の部品点数で各種の保護対策に関す
る機能を発揮できるインバータ装置を提供するものであ
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のインバータ装置は、入力電圧を整流するコ
ンバータ部と、整流された電圧を平滑する平滑コンデン
サを有する平滑部と、所定の周波数の電圧に変換し、負
荷に供給するインバータ部とが縦続に接続されるととも
に、前記コンバータ部の直後に縦続に接続された第１の
開閉器と、この第１の開閉器と平滑部との間に接続され
た抵抗と、この抵抗に並列に接続された第２の開閉器と
を備えたことを特徴としている。

【００１７】

【作用】本発明のインバータ装置によれば、入力電圧投
入時、負荷起動時、回生時あるいは再起動時及び安全対
策の各々の場合により、第１の開閉器と第２の開閉器の
開閉を組み合わせることによって各目的を達成すること
ができる。

【００１８】例えば、入力電圧投入時には第１の開閉
器、第２の開閉器ともに開くことで平滑コンデンサに流
入する突入電流を第１の開閉器と平滑部との間に接続さ
れた抵抗によって、抑制することができる。

【００１９】また、負荷起動時、回生時には第１の開閉
器を閉じて、第２の開閉器を開くことで、平滑コンデン
サに蓄積された電荷を第１の開閉器と平滑部との間に接
続された抵抗を介して放電させることができる。

【００２０】

【実施例】本発明の一実施例を、以下、図面に基づいて
説明する。

【００２１】図１は本発明によるインバータ装置の構成
図を示す。

【００２２】Ｄ１〜Ｄ６は整流ダイオード、ＭＳ１、Ｍ
Ｃ１１及びＭＣ１２は電磁接触器や電磁開閉器等の開閉
器、ＲＬは抵抗、Ｌ１、Ｌ２は平滑リアクトル、Ｃ１、
Ｃ２は平滑コンデンサ、Ｑ１〜Ｑ７はトランジスタ等の
スイッチング素子、Ｄ７〜Ｄ１２はスイッチング素子の
無効電力を処理するために逆並列に接続されたダイオー
ド、Ｄ１４はスイッチング素子に逆並列に接続されたダ
イオード、Ｄ１３は還流ダイオード、Ｍは誘導電動機等
の負荷である。

【００２３】ＭＣ１２は第１の開閉器に、ＭＣ１１は第
２の開閉器に相当し、整流ダイオードＤ１〜Ｄ６でコン
バータ部を、Ｌ１、Ｃ１で第１の平滑部を、Ｑ７、Ｄ１
３〜Ｄ１４で降圧チョッパ部を、Ｌ２、Ｃ２で第２の平
滑部を、Ｑ１〜Ｑ６及びＤ７〜Ｄ１２でインバータ部を
構成している。

【００２４】整流ダイオードＤ５と平滑リアクトルＬ１
との間に抵抗ＲＬと開閉器ＭＣ１１が接続され、整流ダ
イオードＤ５とＤ６の両端には開閉器ＭＣ１２が接続さ
れている。

【００２５】次に、このインバータ装置の動作について
述べる。

【００２６】入力端子Ｒ、Ｓ、Ｔからの入力電圧は、開
閉器ＭＳ１がオン（クローズ）になることにより装置内
に導かれ、コンバータ部で整流されるとともに第１の平
滑部で平滑された後、降圧チョッパ部により所定の電圧
に制御されてインバータ部へ送られ、インバータ部では
スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のオン・オフによって所定
の周波数に変換して出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗから負荷Ｍに供
給される。

【００２７】インバータ装置の入力電圧投入時に発生す
るコンデンサＣ１への突入電流対策として、開閉器ＭＣ
１１とＭＣ１２をオフ（オープン）にした状態で入力電
圧を投入する。

【００２８】この時、コンデンサＣ１には電荷が蓄積さ
れていない状態なので突入電流が発生するが、抵抗ＲＬ
の作用により突入電流を低く押さえることができる。

【００２９】そして、コンデンサＣ１への突入電流を抵
抗ＲＬで消費させて抑制した後、Ｃ１の両端電圧がコン
バータ部による整流後のピーク電圧に近づいた時点で開
閉器ＭＣ１１を閉じれば、通常の動作に戻る。

【００３０】次に、インバータ部を起動・再起動する場
合コンデンサＣ２に蓄積された電荷が非常に多いと、負
荷Ｍに過大な突入電流が発生するので、これを防ぐため
に電磁開閉器ＭＳ１をオフにするとともにＭＣ１１をオ
フ、ＭＣ１２をオンにする。このようにすれば、ＲＬ、
Ｌ１、Ｃ１で閉回路を形成するので、コンデンサＣ１に
蓄積された電荷がある場合にはこの閉回路に電流が流
れ、抵抗ＲＬによってエネルギーが消費される。

【００３１】そして、この放電作用によって、コンデン
サＣ１の電位がコンデンサＣ２の電位よりも低くなった
ときに、降圧チョッパ部のダイオードＤ１４を経てコン
デンサＣ２からコンデンサＣ１に電荷が流れ込む。

【００３２】コンデンサＣ１に流れ込んだ電荷は上記の
閉回路の作用によって抵抗ＲＬでエネルギーが消費され
るので、コンデンサＣ１、Ｃ２はともに放電し、これら
コンデンサの端子電圧は降下する。

【００３３】したがって、Ｃ１、Ｃ２の各両端子電圧を
検出して、所定の電圧値以下になれば、ＭＣ１２をオ
フ、ＭＳ１をオンにしてインバータ部を起動すれば負荷
Ｍに対して過大な突入電流は発生しない。

【００３４】また、負荷Ｍが回生運転を行っている場合
には慣性により回転している負荷Ｍ自体に起電圧が発生
するので、この電圧により電荷がダイオードＤ７〜Ｄ１
２を経てコンデンサＣ２に流れ込み、Ｃ２の端子電圧が
上昇することになる。

【００３５】この端子電圧を下げるために、ＭＳ１及び
ＭＣ１１をオフ、ＭＣ１２をオンにする。

【００３６】このようにすれば、上述したインバータ部
を起動する場合と同じ作用により、コンデンサＣ１、Ｃ
２の電荷は放電されるので、これらコンデンサの端子電
圧は降下し、Ｃ１、Ｃ２の各端子電圧を検出して所定の
電圧値以下になれば、ＭＣ１２をオフにする。

【００３７】次に、インバータ装置の運転中あるいは停
止後さほど時間が経過していない状態で、装置の扉やカ
バーを開けて装置内部を点検または修理するような場合
には、高電圧状態になっているコンデンサＣ１、Ｃ２は
危険なので蓄積された電荷を短時間で放電させる必要が
ある。

【００３８】このため、開閉器ＭＳ１をオフにするとと
もにＭＣ１１をオフ、ＭＣ１２をオンにする。この場合
においても上述と同様の作用によりコンデンサＣ１、Ｃ
２の端子電圧は降下し、Ｃ１、Ｃ２の各端子電圧を検出
して所定の電圧値以下になれば、ＭＣ１２をオフにす
る。

【００３９】なお、上記コンデンサの放電時間は抵抗Ｒ
Ｌに依存するので、放電時間を短くしたい場合にはＲＬ
を小さくすれば良い。

【００４０】図２はＰＷＮ（パルス幅変調）方式のイン
バータ装置について、本発明を適用した場合の構成を示
す。

【００４１】図１と同じ機能を有する回路素子には同じ
符号を付している。図１のＰＡＭ方式との違いは高圧チ
ョッパ部と第２平滑部がないだけでその他の構成は同一
である。

【００４２】したがって、入力電圧投入時の平滑コンデ
ンサＣ１への突入電流対策についての開閉器ＭＣ１１、
ＭＣ１２の開閉状態、効果は図１の場合と同様である。

【００４３】また、インバータ部の起動・再起動時の負
荷Ｍへの突入電流対策、回生運転時における平滑コンデ
ンサの端子電圧上昇防止対策、インバータ装置の運転中
あるいは停止直後等に装置の扉やカバーを開けて装置内
部を点検または修理するような場合における安全対策に
ついて、図１の場合と同様に開閉器ＭＳ１をオフにする
とともにＭＣ１１をオフ、ＭＣ１２をオンすれば、Ｒ
Ｌ、Ｌ１、Ｃ１で閉回路を形成するので、コンデンサＣ
１に蓄積された電荷がある場合にはこの閉回路に電流が
流れ、抵抗ＲＬによってエネルギーが消費される。

【００４４】そして、平滑コンデンサＣ１の端子間電圧
は降下し、この電圧を検出して所定の電圧値以下になれ
ば、ＭＣ１２をオフにする。

【００４５】このようにすることによって、負荷Ｍへの
突入電流を抑制することができ、平滑コンデンサの端子
電圧上昇を防ぐとともにその端子電圧を強制的に降下さ
せることができるので、上記の各対策に対応することが
できる。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のインバー
タ装置によれば、入力電圧の投入時、負荷起動時、回生
時あるいは再起動時、安全対策等の各種保護機能を最少
の部品を使用することで発揮でき、装置全体を小型化す
ることができるとともにコストを低減することができ
る。

【００４７】また、放電抵抗の電力消費に伴う発熱が１
カ所に限定されるため、放熱対策を容易に行え、このコ
ストも低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のインバータ装置の構成を示
す図である。

【図２】本発明の他の実施例のインバータ装置の構成を
示す図である。

【図３】インバータ装置の構成を示す図である。

【図４】従来の対策が施されたインバータ装置の構成を
示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力電圧を整流するコンバータ部と、整
   流された電圧を平滑する平滑コンデンサを有する平滑部
   と、所定の周波数の電圧に変換し、負荷に供給するイン
   バータ部とが縦続に接続された装置において、 前記コンバータ部の直後に縦続に接続された第１の開閉
   器と、この第１の開閉器と平滑部との間に接続された抵
   抗と、この抵抗に並列に接続された第２の開閉器とを備
   えたことを特徴とするインバータ装置。