JPH1066386A

JPH1066386A - インバータの瞬停再起動装置

Info

Publication number: JPH1066386A
Application number: JP8221367A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tomita; 浩之富田; Atsuhiko Nakamura; 敦彦中村; Shinji Yonemoto; 伸治米本; Masahiro Hiraga; 正宏平賀
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Keiyo Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Keiyo Engineering Co Ltd
Priority date: 1996-08-22
Filing date: 1996-08-22
Publication date: 1998-03-06

Abstract

(57)【要約】【課題】誘導電動機の残留電圧位相の検出を必要とし
ないインバータの瞬停再起動装置を提供すること。【解決手段】瞬停止再起動制御回路２４は、瞬停検出
回路９により停電が検出されたとき、切換回路２６を切
換えて、スイッチング駆動回路８に残留電圧減衰用のＰ
ＷＭ信号Ｐ₀を供給し、これにより残留電圧減衰用のゲ
ートパルスＧＰを発生して逆変換器４に供給して、逆変
換器４の上アーム、又は下アームの一方のアームの全て
のスイッチング素子を同時にオンさせ、逆変換器４の交
流出力端子を短絡状態にし、誘導電動機５の残留電圧を
強制的に減衰させてから、再起動させるようにしたも
の。【効果】誘導電動機の残留電圧が自然にゼロになるま
で待たずに、短時間で誘導電動機の残留電圧をゼロにま
で減衰させることができるので、再起動までの時間が短
縮され、瞬停再起動を得ることができ、且つ、停電後の
再起動に際して、誘導電動機の端子電圧を検出する必要
が無くなるので、残留誘起電圧検出用の抵抗器を不要に
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘導電動機駆動用
のインバータ装置に係り、特に電源瞬停後の復電時に自
動的に再起動する方式のインバータ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】インバータ装置は、動作中に停電が発生
すると、それがたとえ短時間の停電、いわゆる瞬停であ
ってもスイッチング素子に破壊の虞れを生じる。そこ
で、インバータ装置では、通例、停電発生時にはスイッ
チング素子をオフし、負荷電力の供給を遮断することに
よりスイッチング素子の保護が得られるようにした保護
装置が設けられている。

【０００３】ところで、インバータ装置は、誘導電動機
の駆動用として広く使用されているが、このとき、よく
知られているように、停電発生後、電動機が惰性で回転
している間は、電動機に残留電圧があるため、停電が復
旧(復電)しても、再起動に際しては、それがたとえ極く
短時間の停電、いわゆる瞬停であったとしても、その都
度、電動機が一旦停止するまで待ってから再起動させな
ければならなかった。

【０００４】しかしながら、瞬停の都度、電動機の回転
停止を待って最初から起動をかけるようにしたのでは、
立上りの遅れがひどく、使い勝手の面から非常に不都合
を生じてしまう。そこで、このような不都合を避けるた
め、瞬停に際しては、電動機の回転が継続されている間
にインバータが自動的に再起動し、ほぼ継続的な電動機
の運転が得られるようにした、いわゆる瞬停再起動方式
のインバータ装置が広く使用されるようになってきた。

【０００５】すなわち、この方式のインバータ装置は、
停電時、電動機の誘起電圧の周波数と位相の検出を継続
させることにより、復電後、直ちに、その誘起電圧の周
波数と位相に合わせてインバータ装置から三相交流電圧
が出力できるようにし、誘導電動機に供給される電圧の
連続性を保って、ショック無く、停電前の回転速度に戻
す運転が得られるようにした方式であり、以下、この瞬
停再起動方式のインバータ装置の従来技術について、図
５により説明する。

【０００６】この図５の従来技術は、図示のように、順
変換器２、平滑コンデンサ３、それに逆変換器４からな
る、周知の電圧形インバータ装置の主回路Ｉを備え、さ
らに線形加減速装置(ＬＡＤ)１２と、周波数制御回路１
３、電圧制御回路１４、ＰＷＭ波形合成回路１５、それ
にスイッチング駆動回路８からなる、これも周知のイン
バータ制御部を有している。

【０００７】三相交流電源１から入力された交流電圧Ａ
Ｃは、主回路Ｉの順変換器２により直流に変換され、こ
れにより平滑コンデンサ３に所定の電圧の直流電圧Ｅが
確立される。一方、線形加減速装置１２からは、速度設
定器１１で設定された所望の回転速度に基づく速度指令
Ｎが出力され、これに基づいて、周波数制御回路１３と
電圧制御回路１４から周波数信号ｆと電圧信号ｖが作り
出される。

【０００８】そして、これら周波数信号ｆと電圧信号ｖ
がＰＷＭ波形合成回路１５に入力されてＰＷＭ信号Ｐが
得られ、これをスイッチング駆動回路８に入力してゲー
トパルスＧＰを主回路Ｉの逆変換器４に供給することに
より、誘導電動機５に、所望の周波数Ｆで所望の電圧Ｖ
の三相交流電圧が供給されるように構成されている。

【０００９】このように構成されたインバータ装置にお
いて、いま、何らかの理由により、三相交流電源１に瞬
停、つまり瞬時停電が発生し、これが瞬時停電検出回路
９により検出されたとすると、これにより瞬断信号ＳＴ
が発生され、これがスイッチング駆動回路８に供給され
る。

【００１０】そうすると、これによりスイッチング駆動
回路８は、ゲートパルスＧＰの発生を停止し、逆変換器
４のスイッチング動作を止め、逆変換器４から誘導電動
機５に電圧が印加されなくなるようにする。

【００１１】しかしながら、このような状態になって
も、誘導電動機５には残留磁束が残っているので、これ
により誘導電動機５の端子には残留電圧が発生してい
る。そこで、２個の抵抗器１７からなる電圧分圧器と、
電圧検出回路１８を設け、誘導電動機５の端子電圧を検
出して瞬停再起動制御回路１０に取り込むようにしてお
く。

【００１２】そこで、瞬停再起動制御回路１０は、停電
により逆変換器４のスイッチング動作が停止させられた
後、誘導電動機５の端子に発生する残留電圧を取り込
み、これを位相検出回路１９と周波数検出回路２０に供
給し、これにより誘導電動機５の残留電圧の位相と周波
数が、ＰＷＭ波形合成回路１５と線形加減速装置１２に
夫々取り込まれるようにしておき、復電したときの誘導
電動機５の残留電圧の位相と周波数に合わせて逆変換器
４のスイッチング動作が開始されるように制御するので
ある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、誘導
電動機の残留誘起電圧の検出に抵抗器を用いている点に
ついて配慮がされておらず、電力容量の大きな抵抗器を
必要とすることから、インバータ装置の小形化、低価格
化が困難であるという問題があった。

【００１４】誘導電動機の残留誘起電圧検出用の抵抗器
は、逆変換部の出力、すなわち、誘導電動機の端子間に
接続する必要があるが、この端子間の電圧は、通例、数
百ボルトであり、このため、電力容量(ワット数)の大き
な抵抗器を使用する必要があり、このため、抵抗器の寸
法や価格が大になってしまう上、発熱量も多くなるの
で、インバータ装置の小形化、低価格化が阻害されてし
まうのである。

【００１５】本発明の目的は、前記従来技術の欠点を除
き、誘導電動機の回転位相の検出を必要としないインバ
ータの瞬停再起動装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、インバータ
主回路の逆変換部の交流側端子を短絡状態にする制御手
段を設け、停電発生後、誘導電動機の残留電圧を強制的
に減衰させ、復電後に電圧の連続性がなくても再始動で
きるようにして達成される。

【００１７】この結果、誘導電動機の残留電圧が自然に
ゼロになるまで待たずに、短時間で誘導電動機の残留電
圧をゼロにまで減衰させることができるので、再起動ま
での時間が短縮され、瞬停再起動を得ることができる。

【００１８】従って、停電後の再起動に際して、誘導電
動機の端子電圧を検出する必要が無くなるので、残留誘
起電圧検出用の抵抗器を不要にすることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明によるインバータの
瞬停再起動装置について、図示の実施形態により詳細に
説明する。図１は、本発明の一実施形態例で、図におい
て、２１は電流検出器、２２は電流検出回路、２３は比
較回路、２４は瞬停再起動制御回路、２５は速度指令保
持回路、そして２６は切換回路である。なお、その他
は、図４で説明した従来技術と同じである。

【００２０】電流検出器２１は、例えばＣＴ(電流変成
器)やホール素子型ＣＴなど検出器からなり、逆変換器
４の出力と誘導電動機５の間に流れる電流を検出する働
きをする。電流検出回路２２は、電流検出器２１から与
えられる検出値に基づいて、逆変換器４の出力と誘導電
動機５の間に流れる電流値を表わす信号Ｃを発生し、比
較回路２３に供給する働きをする。

【００２１】比較回路２３は、外部から与えられている
基準電流値Ｃ₀ と、電流検出回路２２から入力される電
流値信号Ｃとを比較し、比較結果を判定値Ｓとして出力
する働きをするもので、このときの判定値Ｓの発生条件
は、Ｃ≧Ｃ₀→Ｓ＝“１” Ｃ＜Ｃ₀→Ｓ＝“０” となっている。

【００２２】瞬停再起動制御回路２４は、瞬時停電検出
回路９から出力される瞬断信号ＳＴに基づいて動作し、
停電時以降、復電してインバータ装置が再起動するまで
の各種の制御を司る働きをする。従って、名称は図５の
従来技術における瞬停再起動制御回路１０と同じである
が、その制御機能は異なっているものである。なお、そ
の詳細については後述する。

【００２３】速度指令保持回路２５は、瞬停再起動制御
回路２４から供給されるラッチ信号Ｌに応じて動作し、
このラッチ信号Ｌが発生した時点で線形加減速装置１２
から出力されている速度指令Ｎ₀を取り込んで保持する
働きをする。

【００２４】切換回路２６は、例えば電子スイッチなど
で構成され、瞬停再起動制御回路２４から供給される切
換信号ＳＷに応じて動作し、この切換信号ＳＷが供給さ
れているときだけ、図示とは反対側に切換り、スイッチ
ング駆動回路８の入力を、ＰＷＭ波形合成回路１５から
供給されている通常のＰＷＭ信号Ｐから、瞬停再起動制
御回路２４から供給される残留電圧減衰用のＰＷＭ信号
Ｐ₀に切換える働きをする。

【００２５】次に、この実施形態例の動作について、図
２により説明する。まず、図２の(a)に示す、時刻ｔ₀以
前の状態では、三相交流電源１から供給されている交流
電圧ＡＣが、順変換器２により整流され、平滑コンデン
サ３に直流電圧Ｅが得られている。

【００２６】また、このときは、速度設定器１１で設定
された所望の回転速度に基づく速度指令Ｎが線形加減速
装置１２から出力され、これに基づいて、周波数制御回
路１３と電圧制御回路１４から周波数信号ｆと電圧信号
ｖが作り出されている。

【００２７】そして、これら周波数信号ｆと電圧信号ｖ
がＰＷＭ波形合成回路１５に入力され、図示してない
が、ＰＷＭ信号Ｐが切換回路２６を介してスイッチング
駆動回路８に入力され、この結果、ゲートパルスＧＰが
逆変換器４に供給されるので、これにより、逆変換器４
は、通常のインバータ動作モードになり、平滑コンデン
サ３の端子間に確立されている直流電圧Ｅを交流に変換
し、所望の周波数Ｆで所望の電圧Ｖの三相交流電圧が誘
導電動機５に供給することになる。

【００２８】なお、以上の動作は、周知のインバータ装
置と同じであるが、ここで、いま、何らかの理由によ
り、図２の(a)に示す時刻ｔ₀で、三相交流電源１に停電
が発生したとすると、瞬時停電検出回路９から、同図
(e)に示すように、瞬断信号ＳＴが発生される。なお、
この瞬時停電検出回路９の動作は、図５の従来技術と同
じである。

【００２９】そこで、瞬停再起動制御回路２４は、この
時刻ｔ₀で、図２(f)に示すように、ラッチ信号Ｌを発生
する。そして、これにより速度指令保持回路２５を能動
化させ、このとき線形加減速装置１２から出力されてい
た速度指令Ｎを取り込ませ、速度指令Ｎ₀として内部に
ラッチ(保持)させる。

【００３０】また、これと同時に、瞬停再起動制御回路
２４は、同じく時刻ｔ₀で、図２(g)に示すように、切換
信号ＳＷを発生し、切換回路２６を、図示とは反対側に
切換えさせ、これにより、スイッチング駆動回路８に対
するＰＷＭ信号Ｐの供給を停止させる。この結果、逆変
換器４のスイッチング素子は全てオフされるので、誘導
電動機５に対する逆変換器４からの電圧の印加が遮断さ
れる。

【００３１】しかして、上記したように、このような状
態になっても、誘導電動機５には惰性があるので、直ち
には停止せずに回転を続け、この結果、残留磁束によ
り、誘導電動機５の端子には、図２(d)に示すように、
残留電圧Ｖ₀が発生している。そして、この残留電圧Ｖ₀
は、図の破線ａに示すように、一定の時定数を持って、
時間とともに減衰する特性を持っている。

【００３２】従って、停電が発生した時点ｔ₀以降、こ
の残留電圧Ｖ₀が充分に減衰する時点ｔ₇まで待って、復
電後の再起動を行なうようにしてやれば、電圧の連続性
を問題にすることなく、そのまま容易にインバータを再
起動させることができるが、上記したように、これでは
再起動までに時間が長くかかり、動作遅れが大きくなっ
てしまう。また、このときは、残留電圧が問題ないレベ
ルまで減衰しているか否かを確認しなければならないと
いう問題も生じてしまう。

【００３３】そこで、この実施形態例における瞬停再起
動制御回路２４は、瞬断信号ＳＴが入力された時刻ｔ₀
以降、所定の時間経過後の時点ｔ₁で、図２(b)に示すＰ
ＷＭ信号Ｐ₀を、残留電圧減衰用として発生させ、この
信号を切換回路２６を介してスイッチング駆動回路８に
供給し、これにより、図３に示す残留電圧減衰用のゲー
トパルスＧＰが、スイッチング駆動回路８から逆変換器
４のスイッチング素子に供給されるようにする。

【００３４】ここで、周知のように、インバータ装置の
主回路Ｉは、通常、図４に示すように構成されているの
が一般的であり、逆変換器４は、Ｕ相上アームのスイッ
チング素子ＵＵとＵ相下アームのスイッチング素子Ｕ
Ｄ、Ｖ相上アームのスイッチング素子ＶＵとＶ相下アー
ムのスイッチング素子ＶＤ、それにＷ相上アームのスイ
ッチング素子ＷＵとＷ相下アームのスイッチング素子Ｗ
Ｄの６個の半導体素子で構成されているのが通例であ
る。

【００３５】そして、このとき、これらの半導体素子
は、これも図４から明らかなように、それぞれスイッチ
ング素子とフライホイールダイオードの逆並列回路から
構成されているのが通例であり、この図４の実施形態で
は、スイッチング素子としてＩＧＢＴ(絶縁ゲート型バ
イポーラトランジスタ)を用いた場合を示してある。

【００３６】そこで、図３の残留電圧減衰用ゲートパル
スＧＰについて見ると、この図で、期間ＰＳは、ＰＷＭ
周期(周波数の逆数)であり、従って、このゲートパルス
ＧＰをスイッチング駆動回路８から逆変換器４の各スイ
ッチング素子に供給してやると、期間ＰＳ毎に、上アー
ムの全てのスイッチング素子と下アームの全てのスイッ
チング素子が交互にオン・オフ制御されることになる。

【００３７】すなわち、いま、ある期間ＰＳ２で、Ｕ相
上アームのスイッチング素子ＵＵとＶ相上アームのスイ
ッチングＶＵ、それにＷ相上アームのスイッチング素子
ＷＵの３個のスイッチング素子が同時にオンにされたと
すると、このときは、Ｕ相下アームのスイッチング素子
ＵＤとＶ相下アームのスイッチング素子ＶＤ、それにＷ
相下アームのスイッチング素子ＷＤの３個のスイッチン
グ素子は、何れもオフされる。

【００３８】そして、次の期間ＰＳ３では、反対にＵ相
下アームのスイッチング素子ＵＤとＶ相下アームのスイ
ッチング素子ＶＤ、それにＷ相下アームのスイッチング
素子ＷＤの３個のスイッチング素子が同時にオンに制御
され、このときは、Ｕ相上アームのスイッチング素子Ｕ
ＵとＶ相上アームのスイッチングＶＵ、それにＷ相上ア
ームのスイッチング素子ＷＵの３個のスイッチング素子
は何れもオフにされることになり、これが期間ＰＳ毎に
交互に繰り返されることになる。

【００３９】そこで、図４において、いま、上側のアー
ムの全てのスイッチング素子ＵＵ、ＶＵ、ＷＵが全てオ
ンされたとすると、何れのスイッチング素子にもフライ
ホイールダイオードが接続されているので、逆変換器４
の出力端子Ｒ、Ｓ、Ｔは相互に短絡状態にされてしま
う。下側のアームのスイッチング素子ＵＤ、ＶＤ、ＷＤ
が全てオンにされたときも同様で、このときも逆変換器
４の出力端子Ｒ、Ｓ、Ｔは相互に短絡状態にされてしま
う。

【００４０】一方、この残留電圧減衰用のＰＷＭ信号Ｐ
₀が供給され、図３に示す残留電圧減衰用のゲートパル
スＧＰが、スイッチング駆動回路８から逆変換器４のス
イッチング素子に供給されているときでも、この図３か
ら明らかなように、上アームのスイッチング素子と下ア
ームのスイッチング素子とが同時にオンされることは全
く無いから、直流側から見て短絡状態になる、いわゆる
アーム短絡が生じることは、全く無い。

【００４１】そこで、図２の時点ｔ₁以降、ＰＷＭ信号
Ｐ₀が供給され、図３に示す残留電圧減衰用のゲートパ
ルスＧＰが、スイッチング駆動回路８から逆変換器４の
スイッチング素子に供給され始めると、誘導電動機５の
端子間は逆変換器４のスイッチング素子により短絡状態
にされる。

【００４２】この結果、誘導電動機５には残留電圧Ｖ₀
による短絡電流Ｃが流れ始め、誘導電動機５内での損失
によるエネルギーの吸収が始まるので、この時点ｔ₁以
降、残留電圧Ｖ₀は、図２(d)に実線ｂで示すように、図
の破線ａに示した時定数特性よりも急激に減衰し始め
る。

【００４３】一方、このようにして短絡電流Ｃが流れ始
めると、これが電流検出器２１と電流検出回路２２によ
り検出され、比較回路２３により基準値Ｃ₀と比較され
た結果、図２(c)に示すように、Ｃ≧Ｃ₀となったとする
と、この時点t₂で、判定値Ｓが“１”になる。

【００４４】そこで、瞬停再起動制御回路２４は、この
判定値Ｓが“１”になったことにより、図２(b)に示す
ように、時点ｔ₂で一旦、ＰＷＭ信号Ｐ₀の出力を停止さ
せ、その後、所定時間経過して短絡電流Ｃがゼロになっ
たた時点ｔ₃で、再びＰＷＭ信号Ｐ₀の出力を開始させ、
同図(c)に示すように、短絡電流Ｃを再び流し始め、同
図(d)の実線ｂで示すように、再び残留電圧Ｖ₀の大きな
減衰が促進されるようにする。

【００４５】一方、この間、図２(a)に示すように、時
点ｔ₄で、交流入力ＡＣが復電していたとすると、瞬停
再起動制御回路２４は、図２(e)に示す、瞬断信号ＳＴ
の消滅により、この復電を知り、再起動に備える。そし
て、電流検出回路２２から取り込んだ短絡電流Ｃの値が
充分に減衰したことが確認された時点ｔ₅以後、図２(g)
に示すように、時点ｔ₆で、切換信号ＳＷの発生を停止
し、切換回路２６を信号Ｐ側に戻す。

【００４６】そして、これと共に、同図の(f)に示すよ
うに、ラッチ信号Ｌの発生も停止し、時点ｔ₀で速度指
令保持回路２５にラッチしておいた速度指令Ｎ₀を線形
加減速装置１２に供給し、これにより、速度指令Ｎ₀に
基づいた周波数Ｆ及び電圧Ｖにより、時点ｔ₆から、逆
変換器４のスイッチング動作を通常のインバータ動作モ
ードに切換え、再起動を行うようにする。

【００４７】そして、このときは、図２(d)の実線ｂで
示すように、誘導電動機５の残留電圧Ｖ₀は充分に減衰
されてゼロになっているので、線形加減速装置１２から
の速度指令Ｎ₀により、このままで直ちに、何らのショ
ックも発生することなく、滑らかに再起動させることが
でき、従って、この実施形態例によれば、誘導電動機５
の残留電圧Ｖ₀を検出する抵抗器を用いることなく、滑
らかな瞬停再起動を得ることができる。

【００４８】また、この実施形態例によれば、図２(b)
の破線ａに示す時定数特性による残留電圧Ｖ₀の減衰時
点ｔ₇まで待つ必要が無く、図２(b)の実線ｂによる減衰
時点ｔ₅以降、時点ｔ₆で直ちに再起動させることができ
るので、瞬停再起動までの時間を充分に短縮できること
になり、瞬停による誘導電動機のトルク喪失期間を最小
限に抑え、滑らかな瞬停再起動を得ることができる。

【００４９】なお、以上の実施形態例では、残留電圧減
衰用として、ＰＷＭ信号Ｐ₀を用いているが、残留電圧
を短絡して減衰させるためには、必ずしもＰＷＭ動作さ
せる必要は無く、従って、図３に示す残留電圧減衰用の
ゲートパルスＧＰのように、期間ＰＳ毎に変化するパル
スに代えて、減衰期間中、連続して上アーム、又は下ア
ームを導通させるようにしたパルスを用いるようにして
もよい。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、電源瞬停に際して、短
時間で誘導電動機の残留電圧を充分に減衰させることが
できるので、残留電圧の回転位相を検出することなく、
復電後の再起動を行なうことができるので、残留電圧検
出用の抵抗器が不要にでき、インバータ装置の小形化、
低価格化を充分に図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるインバータの瞬停再起動装置の一
実施形態を示すブロック図である。

【図２】本発明の一実施形態の動作説明用のタイミング
図である。

【図３】本発明の一実施形態における残留電圧減衰用の
ゲートパルスを示す波形図である。

【図４】本発明の一実施形態におけるインバータ主回路
の説明図である。

【図５】インバータの瞬停再起動装置の従来例を示すブ
ロック図である。

【符号の説明】

１三相交流電源２順変換器３平滑コンデンサ４逆変換器５誘導電動機８スイッチング駆動回路９電源瞬時停電検出回路１１速度設定器１２線形加減速装置(ＬＡＤ) １３周波数制御回路１４電圧制御回路１５ＰＷＭ波形合成回路２１電流検出器２２電流検出回路２３基準電流値と電流検出値との比較回路２４瞬停再起動制御回路２５速度指令保持回路２６切換回路Ｉインバータの主回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者米本伸治千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号株式会社日立製作所産業機器事業部内 (72)発明者平賀正宏千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号日立京葉エンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】逆変換部の交流側出力端子に誘導電動機
が接続されたインバータ装置において、前記交流側端子を短絡状態にする制御手段を設け、電源停電後、前記誘導電動機の端子間に現われる残留電
圧を、前記制御手段による前記交流側端子の短絡により
強制的に減衰させてからインバータを再起動させるよう
に構成したことを特徴とするインバータの瞬停再起動装
置。
【請求項２】請求項１の発明において、前記制御手段が、前記逆変換部の上アーム、又は下アー
ムの一方のアームの全てのスイッチング素子を同時にオ
ンさせる手段で構成されていることを特徴とするインバ
ータの瞬停再起動装置。
【請求項３】請求項１の発明において、前記誘導電動機の電流が電流基準値を越えたときは、前
記制御手段による短絡動作を停止させる手段が設けられ
ていることを特徴とするインバータの瞬停再起動装置。