JPH10337064A - インバータ駆動モータの起動方法と当該起動方法を適用したインバータシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 モータの起動時に整流回路とインバータのい
ずれにも、無理がかからない、インバータ駆動モータの
起動方法とこの起動方法を適用したインバータシステム
を提供する。 【解決手段】 インバータ駆動モータの起動方法は、交
流電力を整流して得られる等の直流電源電路７ａ、７ｂ
に並列にコンデンサ５Ａを接続し、このコンデンサ５Ａ
には少なくとも駆動対象のモータ３の起動電流を供給で
きる電圧を第２の整流回路１０等から蓄電し、さらに、
このコンデンサ５Ａは、この蓄電電圧においてモータ３
を起動することができる電気的エネルギを蓄電すること
ができる静電容量を有するようにし、このコンデンサ５
Ａの蓄電電荷によってインバータ２を駆動してモータ３
を起動した後、正規の直流電源又は直流電源電路７ａ、
７ｂからインバータ２に電力を供給するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はモータ駆動用インバ
ータに係り、特に、モータ起動時における過大な過渡電
流変化に対応できるインバータの最大電流値及び／又は
交流電源の交流電力からインバータに供給する直流電力
変換用整流回路の最大電流値を低減できるインバータ駆
動モータの起動方法と当該起動方法を適用したインバー
タシステムに関するものである。なお、ここで、インバ
ータシステムとは、交流電力を直流電力に変換する整流
回路、直流電力を交流電力に逆変換するインバータ、こ
れらの制御機能等を含む全体を含めて、インバータシス
テムと称することにする。

【０００２】

【従来の技術】近時、地上設備においては、商用電源の
５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ、航空機搭載機器においては、航
空機搭載の４００Ｈｚ電源によってモータの回転速度を
制御するのに、交流電源の出力を整流した直流電力をイ
ンバータによって、所定周波数・電圧の交流電力に逆変
換してモータの回転速度を制御する手法が用いられるよ
うになって来ている。このようなインバータシステム
は、例えば、図２に示すように構成されている。図２に
おいて、１は交流電源６から供給される交流電力を整流
して直流電力に変換する整流回路、２はこの直流電力を
モータ３を所望される回転速度で駆動するのに適切な周
波数と電圧の交流電力に逆変換するインバータである。
整流回路１とインバータ２は制御機能４によって制御さ
れている。５は、直流電源電路７ａ、７ｂ間に接続され
る濾波用コンデンサである。上記の回路構成によって、
交流電源６から得られる交流電力が制御機能４からの制
御信号又は操作信号によって整流回路１とインバータ２
を操作して所望される周波数と電圧の交流電力に変換
し、モータ３を供給される周波数に対応する回転速度で
回転する。

【０００３】図２に示す回路で、整流回路１は一般にサ
イリスタをブリッジ接続し、制御機能４から出力される
操作信号によって点弧位相を制御してモータ３が必要と
する電流を供給するように構成されている。また、イン
バータ２は一般に自己消弧機能を備えたスイッチング素
子をブリッジ接続し、制御機能４から供給されるＰＷＭ
（パルス幅変調）操作信号によって、モータ３に供給す
べき周波数と電圧を作成するように構成されている。

【０００４】上記の構成において、モータ３を起動する
場合は、モータ３の回転速度がゼロなので、制御機能４
は、最大電力を供給するように制御されて各指令信号を
出力する。即ち、サイリスタを完全点弧して全電流を供
給するように整流回路１に操作信号を出力する。従っ
て、インバータ２を構成するスイッチング素子の電力負
担が大きい。また、モータ３の起動特性によっては、整
流回路１を構成するサイリスタにも通常運転では流れな
い過大電流が流れることになる。

【０００５】上記のようなモータ起動時の電流制限技術
としては、例えば、実開平４−１１１２９０号公報に開
示の先行技術がある。この先行技術のものは、直流電源
を用いてモータを駆動する主回路にソフトスタート用抵
抗を挿入し、電源投入後直流電源の電圧が一定の電圧以
上に上昇したとき、ソフトスタート用抵抗を短絡するス
イッチが挿入されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図２に示したような従
来の回路であると、整流回路又は／及びインバータを構
成する回路素子の電流定格値や、瞬間許容電力値を起動
時の特性に対応させる必要があって、コストアップや、
容積が過大になる原因になっていた。また、実開平４−
１１１２９０号公報に開示の先行技術のものでは、ソフ
トスタート用抵抗が起動電流を制限しているとは言え、
全起動電流が流れるので、この抵抗で消費される電力に
耐える電力容量と温度上昇に対応させると共に、抵抗を
配置するスペースの必要があった。また、モータ起動後
に、ソフトスタート用抵抗を短絡するスイッチの接点保
守も必要である。本発明は従来のものの上記課題（問題
点）を解決し、モータの起動時に整流回路とインバータ
のいずれにも、無理がかからず、耐電力機能を考慮した
抵抗を必要としない、インバータ駆動モータの起動方法
とこの起動方法を適用したインバータシステムを提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のインバータ駆動
モータの起動方法は、直流電源の出力を所定周波数の交
流電力に逆変換してモータを駆動するモータ駆動用イン
バータにおいて、上記直流電源回路に並列にコンデンサ
を接続し、このコンデンサには少なくとも駆動対象のモ
ータの起動電流を供給できる電圧を蓄電し、さらに、こ
のコンデンサは前記の蓄電電圧において、モータを起動
することができ、電気的エネルギを蓄電することができ
る静電容量を有するようにし、このコンデンサの蓄電電
荷によってインバータを駆動してモータを起動した後、
正規の直流電源からインバータに電力を供給するように
した。また、これに代え、交流電源の出力を第１の整流
回路によって変換して得られた直流電力を所定周波数の
交流電力に逆変換してモータを駆動するモータ駆動用イ
ンバータにおいて、上記第１の整流回路の出力電圧より
も低電圧の少なくとも制御対象のモータの起動電流を供
給できる直流電圧に変換する第２の整流回路を第１の整
流回路に並列に接続し、これらの整流回路によって得ら
れる直流電源電路に並列にコンデンサを接続し、このコ
ンデンサは第２の整流回路の出力電圧において、このモ
ータを起動することができる電気的エネルギを蓄電する
ことができる静電容量を有するようにし、第２の整流回
路の出力電圧によって蓄電されるコンデンサの蓄電電荷
によってインバータを駆動してモータを起動した後、第
１の整流回路からインバータに電力を供給しても良い。

【０００８】また、上記のインバータ駆動モータの起動
方法を適用したインバータシステムは、交流電源に接続
する第１の整流回路と、第１の整流回路に並列に接続し
て第１の整流回路よりも低い所定電圧を出力する第２の
整流回路と、この整流回路に並列に接続する所定静電容
量のコンデンサと、上記の整流回路に接続するモータ駆
動用インバータと、このインバータの出力回路に接続さ
れる駆動対象のモータと、このモータ起動の所定時間前
に第２の整流回路を作動してコンデンサに少なくともモ
ータを起動できる電圧まで蓄電した後インバータを作動
し、モータ起動後は第１の整流回路を作動する制御機能
とを備えて構成すれば良い。

【０００９】本発明のインバータ駆動モータの起動方法
と当該起動方法を適用したインバータシステムは上記の
ような方法とし、また構成して作動するようにしたの
で、コンデンサに必要最低限度に蓄えた電気エネルギに
よってモータを起動し、モータの回転速度が所定値にな
ってから、制御機能によって整流回路とインバータを正
規の状態に作動するようにすることができるので、整流
回路やインバータに、無駄な電力消費や、過渡的な電気
的特性を考慮する必要がない。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１によって本発明に基づくイン
バータ駆動モータの起動方法を適用したインバータシス
テムの概要を説明する。図１において、従来の技術で図
２に示した構成と同等の要素機能は同一又は相当の符号
を使用する。図１において、１は第１の整流回路で交流
電源６に接続され、インバータ２に接続される主回路に
直流電力を供給する。１０は第２の整流回路で第１の整
流回路１に並列に接続され、第１の整流回路１よりも低
い所定電圧を出力する。５Ａは詳細を後述する静電容量
を有するコンデンサ、４Ａは第１及び第２の整流回路を
含むインバータシステムの制御機能である。第２の整流
回路１０において、１１は交流電源６の電圧の整流出力
を上記した第１の整流回路出力電圧よりも所定電圧降圧
させる変圧器、１２は制御機能４Ａから操作されるスイ
ッチ機能、１３は交流を直流に変換するためのダイオー
ドで構成される整流機能回路、１４は電流制限用の抵抗
器、１５は電流の逆流防止用のダイオードである。

【００１１】上記の回路構成において、第２の整流回路
１０はスイッチ機能１２がオンされた状態において、少
なくとも、インバータ２の作動によってモータ３を起動
するのに適した電圧をコンデンサ５Ａに充電することが
できる電圧を出力する。コンデンサ５Ａを充電する場合
の充電電流は電流制限用の抵抗器１４によって制限され
る。即ち、第２の整流回路１０は、このモータシステム
の条件に対応して許容される時間でコンデンサ５Ａに必
要な電荷を充電できれば良い。従って、第２の整流回路
１０の各要素は許容される微弱な定格電力の要素で構成
される。コンデンサ５Ａは、上記の整流機能回路１３に
よって得られる電圧が蓄電された条件で、少なくともイ
ンバータ２の作動によってモータ３を起動するのに要す
る電気的エネルギが供給できる電荷量を、蓄電できる静
電容量と電力容量を有するものである。従って、第２の
整流回路１０の出力電圧は、コンデンサ５Ａに蓄電され
た電荷量が、モータ３が起動されるまでの間の放電によ
って減少しても、コンデンサ５Ａの端子電圧が必要な電
圧以上維持される値に設定されている。

【００１２】上記の機能構成において、この制御機能４
Ａに接続される図示しない手動操作機能、又は、この制
御機能４Ａの上位機能から出力される操作信号によっ
て、モータ３を起動する所定時間前に、制御機能４Ａか
ら出力される操作信号によってスイッチ機能１２はオン
し、また、オフされる。従って、第２の整流回路１０の
働きによって、コンデンサ５Ａは所定電圧まで蓄電され
る。さらに、図示しない手動操作機能、又は、この制御
機能４Ａの上位機能からモータ起動信号が出力される
と、制御機能４Ａは予め設定されたインバータ２の操作
信号を出力する。従って、インバータ２はコンデンサ５
Ａに蓄電された電荷を電源として、予め設定された周波
数・電圧の交流をモータ３に供給する。よって、モータ
３は起動動作を始める。制御機能４Ａは、上記のインバ
ータ２の操作信号出力後、予め設定された所定時間後又
はモータ３が起動されたことを検知する図示しない検知
機能、例えば、回転速度検知機能の信号によって第１の
整流回路１に作動信号を出力する。即ち、モータ３の回
転速度が第１の整流回路１又は／及びインバータ２に供
給される電流値が所定値以下になる条件まで上昇する
と、モータ３は第１の整流回路１から供給される直流電
力によって駆動される。

【００１３】上記の記載は図１に示す本発明の基本機能
を説明したものであって、上記の技術思想を満足できれ
ば、適当に応用改変しても良い。例えば、モータ３の起
動電力を全てコンデンサ５Ａの蓄電電荷によってまかな
うように説明したが、第２の整流回路１０から供給され
る電力をコンデンサ５Ａの蓄電電荷に重畳して使用する
ようにしても良い。この場合は、第２の整流回路１０の
電力容量を前述した説明の条件よりも大きくする必要が
あるが、コンデンサ５Ａの静電容量及び／又は電力容量
は前述した説明の条件よりも小さくすることができる。
また、スイッチ機能１２は図１では機械的な接点のよう
に図示したが半導体素子による無接点スイッチにしても
良いことは当然である。

【００１４】また、コンデンサ５Ａの蓄電用に第２の整
流回路１０を構成するように説明したが、別の適切な直
流電源があれば、この直流電源からコンデンサ５Ａを蓄
電するようにしても良いことも当然である。また、第２
の整流回路１０は所定電圧の直流を得るために変圧器１
１と全波の整流機能回路１３で形成するように図示説明
したが、所望される直流電圧が得られれば、変圧器を除
いたり、半波整流回路で構成するようにしても良い。そ
の場合、第２の整流回路１０の出力電圧が適切なコンデ
ンサ蓄電電圧値よりも大なる場合は、コンデンサ蓄電電
圧値が所定値になると第２の整流回路１０をカットする
ように制御すれば良い。また、第２の整流回路１０の内
部抵抗が高く、コンデンサ５Ａ蓄電時の流入電流が許容
される値よりも大きくなる恐れがなければ、電流制限用
の抵抗器１４を除いても良い。また、第１の整流回路１
の出力が第２の整流回路１０に逆流したり、逆流しても
支障を生じなければ電流の逆流防止用のダイオード１５
を除いても良い。

【００１５】また、図１は、図２に対応して交流電源か
らモータ駆動電力を得る手段について説明したが、直流
電源から電力を得る場合に対しても、インバータを駆動
する主直流電源をオン・オフする機能と、コンデンサを
充電できる補助電源が得られれば、上記の技術を応用
し、適用できる。補助電源が得られない場合、この直流
電源から電流制限用の抵抗器を介してコンデンサを充電
し、モータ起動後、この抵抗器を短絡する機能を設ける
ようにしても良い。この場合は、前述した実開平４−１
１１２９０号公報に開示のものと類似回路になるが、抵
抗器は時間をかけてコンデンサに蓄電できる量の電荷を
供給できれば良いので、実開平４−１１１２９０号公報
に開示される抵抗よりも遥かに小さい電力容量のもので
良い。また、モータ３を起動する所定時間前、制御機能
４Ａから出力される操作信号によってスイッチ機能１２
はオンされると説明したが、モータ３を起動する時にコ
ンデンサが必要な電圧まで蓄電されていれば良いので、
所定時間前とは必ずしも一定の時間を示すものではな
く、支障がなければ第２の整流回路１０には常時交流電
源が接続されていても良いことは当然である。

【００１６】

【発明の効果】本発明のインバータ駆動モータの起動方
法と当該起動方法を適用したインバータシステムは上記
のような方法とし、また、構成して機能するようにした
ので、次のような優れた効果を有する。 整流回路及びインバータを構成する各機能素子類は、
起動時に過渡的に流れる大電流を制限できたので、定格
値を下げることができた。 従って、インバータシステムのコストを低減すること
ができた。 整流回路及びインバータを構成する各機能素子類は、
起動時に過渡的に流れる大電流を制限できたので、イン
バータシステムの信頼性を向上することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインバータ駆動モータの起動方法に基
づいて構成したインバータシステムを説明する概要ブロ
ック図である。

【図２】従来のインバータシステムを説明する概要ブロ
ック図である。

【符号の説明】

１：第１の整流回路 ２：インバータ ３：モータ ４Ａ：制御機能 ５Ａ：コンデンサ ６：交流電源 ７ａ、７ｂ：直流電源電路 １０：第２の整流回路 １１：変圧器 １２：スイッチ機能 １３：整流機能回路 １４：電流制限用の抵抗器 １５：電流の逆流防止用のダイオード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｐ 7/63 ３０２ Ｈ０２Ｐ 7/63 ３０２Ｊ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源の出力を所定周波数の交流電力
   に逆変換してモータを駆動するモータ駆動用インバータ
   において、上記直流電源回路に並列にコンデンサを接続
   し、該コンデンサには少なくとも当該モータの起動電流
   を供給できる電圧を蓄電し、該コンデンサは前記蓄電電
   圧において、当該モータを起動することができ、電気的
   エネルギを蓄電することができる静電容量を有するよう
   にし、該コンデンサの蓄電電荷によって当該インバータ
   を駆動してモータを起動した後、正規の直流電源から該
   インバータに電力を供給するようにしたことを特徴とす
   るインバータ駆動モータの起動方法。
2. 【請求項２】 交流電源の出力を第１の整流回路によっ
   て変換して得られた直流電力を所定周波数の交流電力に
   逆変換してモータを駆動するモータ駆動用インバータに
   おいて、上記第１の整流回路の出力電圧よりも低電圧の
   少なくとも当該モータの起動電流を供給できる直流電圧
   に変換する第２の整流回路を前記第１の整流回路に並列
   に接続し、該第１又は／及び第２の整流回路によって得
   られる直流電源電路に並列にコンデンサを接続し、該コ
   ンデンサは前記第２の整流回路の出力電圧において、当
   該モータを起動することができる電気的エネルギを蓄電
   することができる静電容量を有するようにし、上記第２
   の整流回路の出力電圧によって蓄電される上記コンデン
   サの蓄電電荷によってインバータを駆動してモータを起
   動した後、上記第１の整流回路から当該インバータに電
   力を供給するようにしたことを特徴とするインバータ駆
   動モータの起動方法。
3. 【請求項３】 交流電源に接続する第１の整流回路、上
   記第１の整流回路に並列に接続して上記第１の整流回路
   よりも低い所定電圧を出力する第２の整流回路、該整流
   回路に並列に接続する所定静電容量のコンデンサ、上記
   整流回路に接続するモータ駆動用インバータ、該インバ
   ータの出力回路に接続される駆動対象のモータ、該モー
   タ起動の所定時間前に上記第２の整流回路を作動して上
   記コンデンサに少なくとも当該モータを起動できる電圧
   まで蓄電した後、上記インバータを作動し、当該モータ
   起動後は上記第１の整流回路を作動する制御機能を備え
   たことを特徴とする請求項１又は２に記載のインバータ
   駆動モータの起動方法を適用したインバータシステム。