JPH08223933A - 電力変換装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 交流電源との間に設けられ誘導電動機を駆動
する電力変換装置において、瞬時停電が発生した後の復
電時における過電流トリップの発生やスイッチング素子
の破壊の防止が可能な装置を実現する。 【構成】 交流電源１と、誘導電動機５の間に接続され
整流器２と平滑コンデンサ３とインバータ４により形成
された電力変換装置において、交流電源１の停電と復電
を検出する検出部１０の出力信号を入力し誘導電動機５
の回転数の検出部１２の出力信号を入力して周波数指令
値を出力する周波数指令値演算部１３と、同演算部１３
より周波数指令値を入力して上記インバータ４を制御す
る電圧・周波数制御部７を備え、上記演算部１３が停電
後は誘導電動機５に同期運転と回生運転をくり返えさせ
る周波数指令値を出力し、復電後は誘導電動機５のフリ
ーランの回転数に沿って低下させた後に上昇させる周波
数指令値を出力することによって、復電時における過電
流の発生を防止し、過電流トリップの発生やスイッチン
グ素子の破壊の防止を可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、誘導電動機を駆動する
電力変換装置で、特に、交流電源に瞬時停電が生じてい
る期間とその復電時において、電動機を運転、再始動、
加速するための電力変換装置の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の誘導電動機を駆動するための電力
変換装置について、図４により説明する。

【０００３】図４において、交流電源１に接続された整
流器２が交流を直流に整流し、この直流電力を平滑コン
デンサ３を介して入力したインバータ４がその出力を誘
導電動機５に入力してこれを駆動する。

【０００４】上記インバータ４はサイリスタやＧＴＯ等
のスイッチング素子で構成され、これらのスイッチング
素子はインバータ駆動回路６により駆動されるものであ
り、この駆動回路６に接続されたインバータ出力電圧・
周波数制御部７が外部周波数指令値８に従ってインバー
タ４の出力電圧と周波数を制御する。

【０００５】上記交流電源１には電源電圧検出部９が接
続されており、これに接続された瞬時停電検出部１０が
停電を監視し、瞬時停電が生じた場合には、周波数指令
切換回路１１に信号を送る。

【０００６】また、上記誘導電動機５には電動機回転数
検出部１２が設けられており、この検出部１２で電動機
回転数を検出し、これを入力した周波数指令値演算部１
３が電動機回転数に対応した周波数指令値を求める。な
お、切換回路１１は、停電検出信号によって電圧・周波
数制御部７に与える周波数指令値を、外部周波数指令値
８から周波数指令値演算部１３からの指令値に切り換え
るためのものである。

【０００７】上記装置による瞬時停電期間中の電動機制
御は、インバータ４の出力周波数を誘導電動機５の回転
数に合わせて同期運転するものであり、復電時には、瞬
時停電検出回路１０が復電したことを検出すると、イン
バータ４の出力周波数指令値を増加させて誘導電動機５
を同期運転から加速する。

【０００８】上記電力変換装置によって誘導電動機５を
駆動する場合の交流電源１の瞬時停電時及び復電時の電
動機回転数とインバータ５の出力周波数の変化、及びイ
ンバータ５の出力電流の変化を示したものが図５であ
り、以下に図５について説明する。

【０００９】時刻ｔ₀ で停電が発生すると、インバータ
４の出力周波数を切り換えて誘導電動機５を同期運転と
するため、インバータ４の出力電流は誘導電動機５の励
磁電流のみとなり電流は減少する。また、時刻ｔ₁ で復
電すると、インバータ４の出力周波数を大きくして誘導
電動機５を加速し、誘導電動機５に瞬時に大きなトルク
を加えるため、インバータ４の出力電流は急峻に立ち上
がり、そのピーク値も大きくなる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の誘導電動機を駆
動する電力変換装置において、瞬時停電が生じたときに
電力変換装置を出力停止状態にした場合、復電時に電力
変換装置の出力周波数や位相を残留磁束による誘起電圧
に合せて再起動しなければ、再始動時に過電流が流れる
ため、素子の破壊や過電流トリップにつながる。

【００１１】また、上記のように瞬時停電中に同期運転
状態を保っていた場合でも、復電時に電力変換装置の出
力周波数を同期運転状態から上昇させると、電力変換装
置の出力電流は急峻に立ち上がり、誘導電動機の複数相
の電流が相平衡を保つことができなくなって逆相電流が
流れ、回転方向と逆向きのトルクが発生して、電動機が
急減速したり振動する運転渋滞を引き起こすことがあっ
た。

【００１２】更に、電力変換装置の出力電流のピーク値
が大きくなるため、スイッチング素子の破壊や過電流ト
リップにつながる可能性があり、電力変換装置の電流容
量は誘導電動機を定格運転で駆動するのに必要充分な値
より極端に大きくする必要があった。本発明は上記の課
題を解決しようとするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の電力変換装置の
制御装置は、交流電源より電力が供給される整流器、同
整流器に接続され誘導電動機を駆動するインバータ、お
よび同インバータと上記整流器の間に設けられた平滑コ
ンデンサを備えた電力変換装置において、上記交流電源
に接続され停電、復電を検出して出力する瞬時停電検出
部、上記誘導電動機に設けられ電動機回転数を検出して
出力する電動機回転数検出部、同検出部と上記瞬時停電
検出部よりそれぞれの出力信号を入力して周波数指令値
を出力する周波数指令値演算部、同演算部より周波数指
令値を入力しインバータ駆動回路を介して上記インバー
タを制御する電圧・周波数制御部を備え、上記周波数指
令値演算部が停電後の誘導電動機のフリーラン中は誘導
電動機に同期運転と回生運転を交互にくり返させるため
の周波数指令値を出力し、復電後は誘導電動機のフリー
ランの回転数に沿って低下させた後に上昇する周波数指
令値を出力することを特徴としている。

【００１４】

【作用】上記において、誘導電動機の通常の運転中に停
電が発生すると、誘導電動機は徐々に回転数を低下させ
ながらフリーラン状態の運転を行う。

【００１５】このとき、周波数指令値演算部は、電動機
回転数検出部の出力信号より誘導電動機の回転数に対応
した周波数指令値を求めて出力し、これを入力した電圧
・周波数制御部はこの指令値に対応した周波数の励磁電
流をインバータより誘導電動機に供給させ、誘導電動機
を同期運転状態とする。

【００１６】上記同期運転中、インバータや誘導電動機
中で電力損失が発生するが、この損失分は平滑コンデン
サから供給されるため、平滑コンデンサの電圧は徐々に
低下し、そのまゝ運転を継続すると、同期運転が不可能
になる。

【００１７】そのため、本発明においては、一定時間同
期運転を継続して、平滑コンデンサ電圧が低下すると、
上記周波数指令値演算部は出力する周波数指令値を同期
運転の回転数より若干少ない回転数に対応したものに切
り替え、誘導電動機を同期運転状態から回生運転状態に
移行させ、誘導電動機が発生する電力を平滑コンデンサ
へ充電する。

【００１８】上記回生運転は、これが一定期間行われ、
平滑コンデンサが充電されて所定の電圧となると、再び
同期運転に切り替えられるが、誘導電動機のフリーラン
中はこの同期運転と回生運転がくり返されることによ
り、誘導電動機の回転と励磁電流による回転磁界の回転
との間には一定の関係が保たれるため、同期運転を間欠
的に維持することができる。

【００１９】上記の停電状態が終了して復電した場合に
は、周波数指令値演算部は、誘導電動機のフリーランを
継続したときの低下する回転数より若干高い回転数に対
応した周波数指令値を始めに出力し、その後徐々に周波
数を上昇させ、規定の周波数とする。

【００２０】そのため、誘導電動機の回転と励磁電流に
よる回転磁界の回転のずれは抑制され、誘導電動機に過
電流が流れることがなく、過電流トリップの発生やスイ
ッチング素子の破壊を防止することができる。

【００２１】

【実施例】本発明の一実施例に係る電力変換装置の制御
装置を図１に示す。図１に示す本実施例の装置は、交流
電源１に接続された整流器２、同整流器２に平滑コンデ
ンサ３を介して入力側が接続され出力側が誘導電動機５
に接続されたインバータ５を備えた電力変換装置におい
て、上記誘導電動機５に配設された電動機回転数検出部
１２、上記交流電源１に電源電圧検出部９を介して接続
された瞬時停電検出部１０、同検出部１０より停電及び
復電信号を入力し上記電動機回転数検出部１２より電動
機回転数を入力し外部指令値８を入力する周波数指令値
演算部１３、および同演算部１３の出力信号を入力しイ
ンバータ駆動回路６を介して上記インバータ４を駆動す
るインバータ出力電圧・周波数制御部７を備えている。

【００２２】次に、本実施例の装置を用いた誘導電動機
の制御について、図１乃至図３により説明する。通常、
交流電源１より供給された電流は、整流器２によって交
流から直流に整流され、平滑コンデンサ３で平滑化され
てインバータ４に入力され、その出力が誘導電動機５に
入力されてこれを駆動する。

【００２３】上記インバータ４はサイリスタやＧＴＯ等
のスイッチング素子により形成されたものであり、これ
らのスイッチング素子はインバータ駆動回路６で駆動さ
れるが、このインバータ駆動回路６の出力は、周波数指
令値演算部１３からの周波数指令値を入力した電圧・周
波数制御部７により電力変換装置の出力電圧Ｖと周波数
ｆの関係がＶ／ｆ一定となり、誘導電動機５の内部磁束
が常に一定となるように制御される。なお、通常時は周
波数指令値として外部指令値８を用いる。

【００２４】電源電圧検出部９に接続された瞬時停電検
出部１０は常時停電を監視しており、停電を検出する
と、停電発生の信号を周波数指令値演算部１３に入力
し、同演算部１３は電動機回転数検出部１２が検出した
誘導電動機５の回転数を入力して、図２（ａ）に示すよ
うに誘導電動機５がまず同期運転した後、回生運転と同
期運転を時間的に交互に行うような周波数指令値を出力
し、誘導電動機５に同期運転と回生運転をくり返させ
る。

【００２５】また、復電時は、瞬時停電検出部１０が復
電したことを検出すると、復電信号を周波数指令値演算
部１３に入力し、同演算部１３は図２（ｂ）に示すよう
に周波数指令値をフリーラン運転により低下する誘導電
動機５の回転数に対応する周波数にある小さな値を加え
た値とした後、徐々に加える値を大きくして周波数指令
値を増加させて出力し、誘導電動機５を加速する。

【００２６】上記誘導電動機５はフリーラン運転中、上
記のように同期運転と回生運転をくり返すが、その理由
について以下に説明する。誘導電動機５の同期運転中
は、電力変換装置や誘導電動機５内での電力損失がある
ため、停電中に同期運転を続けると、平滑コンデンサ電
圧はしだいに低下する。

【００２７】そこで、ある程度平滑コンデンサ電圧が低
下したときに電動機５を回生運転すると、誘導電動機５
の慣性エネルギーが電力に変換されて平滑コンデンサ３
に充電され、平滑コンデンサ３の電圧を上昇させること
ができるため、次に同期運転に移行した場合に電力変換
装置や電動機５内で消費される損失電力を平滑コンデン
サ３から供給することができ、誘導電動機５内に形成さ
れる回転磁界の回転と同期した無効電流を流し続けるこ
とができるためである。

【００２８】なお、上記周波数指令値演算部１３が出力
する周波数指令値は、同期運転のときは電動機回転数と
同期する値であるが、回生運転をするときは電動機回転
数に対する同期周波数よりも小さな値とする。

【００２９】また、同期運転と回生運転を切り換える方
法としては、予め定められた時間で運転を切り換える方
法と、平滑コンデンサ電圧を検出して、電圧があるしき
い値よりも小さいときは回生運転を行い、あるしきい値
よりも大きいときは同期運転を行う方法がある。

【００３０】本実施例の電力変換装置を用いて誘導電動
機を制御した場合、瞬時停電が生じたときの電動機回転
数と電力変換装置の出力周波数（回転数に変換）、また
出力電流の変化を図示したものが図３である。

【００３１】図３に示したように、時刻ｔ₀ で停電が発
生すると、電力変換装置の出力周波数は、誘導電動機５
が同期運転と回生運転を時間的に交互に行ように制御さ
れ、誘導電動機５の回転数は、ほぼフリーラン運転した
場合の回転数の変化に沿って低下する。

【００３２】また、時刻ｔ₁ で復電すると、電力変換装
置の出力周波数は、はじめは復電時よりも減少するが、
徐々に増加するようになる。これにともなって、誘導電
動機５の回転数は、復電後にフリーラン運転をしたとき
よりは大きくなるが、はじめは復電時の回転数よりも低
下し、徐々に上昇に転じて加速される。そのため、電力
変換装置の出力電流は複数相の相平衡を保ちながら緩や
かに立ち上がり、ピーク値が抑えられる。

【００３３】

【発明の効果】本発明の電力変換装置の制御装置は、交
流電源と誘導電動機の間に接続され整流器と平滑コンデ
ンサとインバータにより形成された電力変換装置におい
て、交流電源の停電と復電を検出する検出部の出力信号
を入力し誘導電動機の回転数の検出部の出力信号を入力
して周波数指令値を出力する周波数指令値演算部と、同
演算部より周波数指令値を入力して上記インバータを制
御する電圧・周波数制御部を備え、上記演算部が停電後
は誘導電動機に同期運転と回生運転をくり返させる周波
数指令値を出力し、復電後は誘導電動機のフリーランの
回転数に沿って低下させた後に上昇させる周波数指令値
を出力することによって、復電時における過電流の発生
を防止し、過電流トリップの発生やスイッチング素子の
破壊の防止を可能とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る制御装置の説明図であ
る。

【図２】上記一実施例に係る作動フロー説明図で、
（ａ）は誘導電動機のフリーラン時、（ｂ）は復電時の
説明図である。

【図３】上記一実施例に係る瞬時停電中及び復電後の誘
導電動機回転数、電力変換装置出力周波数、電力変換装
置出力電流の変化の説明図である。

【図４】従来の装置の説明図である。

【図５】上記従来の装置に係る瞬時停電中及び復電後の
誘導電動機回転数、電力変換装置出力周波数、電力変換
装置出力電流の変化の説明図である。

【符号の説明】

１ 交流電源 ２ 整流器 ３ 平滑コンデンサ ４ インバータ ５ 誘導電動機 ６ インバータ駆動回路 ７ 電圧・周波数制御部 ８ 外部指令値 ９ 電源電圧検出部 １０ 瞬時停電検出部 １２ 電動機回転数検出部 １３ 周波数指令値演算部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲田 耕一 長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工業株式 会社長崎造船所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源より電力が供給される整流器、
   同整流器に接続され誘導電動機を駆動するインバータ、
   および同インバータと上記整流器の間に設けられた平滑
   コンデンサを備えた電力変換装置において、上記交流電
   源に接続され停電、復電を検出して出力する瞬時停電検
   出部、上記誘導電動機に設けられ電動機回転数を検出し
   て出力する電動機回転数検出部、同検出部と上記瞬時停
   電検出部よりそれぞれの出力信号を入力して周波数指令
   値を出力する周波数指令値演算部、同演算部より周波数
   指令値を入力しインバータ駆動回路を介して上記インバ
   ータを制御する電圧・周波数制御部を備え、上記周波数
   指令値演算部が停電後の誘導電動機のフリーラン中は誘
   導電動機に同期運転と回生運転を交互にくり返させるた
   めの周波数指令値を出力し、復電後は誘導電動機のフリ
   ーランの回転数に沿って低下させた後に上昇する周波数
   指令値を出力することを特徴とする電力変換装置の制御
   装置。