JPS5828838B2 - 電力交換装置の制御方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は主スイツチング素子に自己消弧形半導体素子
を用いた電力変換装置の保護方式に関するものであり、
特に瞬時停電事故Ｃ以下、瞬停と略す）が発生した場合
に前記する電力変換装置を停止・運転再開する制御方式
に関するものである。

この発明は交流電動機であれば特にその種類に問題はな
いが、以下の説明は誘導電動機Ｏこて行なう。

また主スイツチング素子に用いる自己消弧形半導体素子
には、トランジスタ・ゲートターンオフサイリスク（以
下ＧＴＯと略す）等が適用されるが、以下の説明はＧＴ
Ｏにて行う。

第１図には電力変換装置の一例として電圧形インバータ
を示す。

同図（こおいて、入力電源である交流電源１１から与え
られる交流電力はサイリスクで構成される整流回路１２
で直流電力に変換される。

この直流電力は直流リアクトル１３及び平滑コンデンサ
１４を介してインバータ回路１５に与えられる。

インパーク回路１５にて所望の交流電力Ｇこ再び変換し
、誘導電動機１６を駆動する。

インバータ回路１５は、一般にサイリスクインバータと
呼ばれ直流母線に交互に接続して負荷電流を流す主スイ
ツチング素子であるサイリスクと、それぞれのサイリス
クに逆並列接続され無効電力を平滑コンデンサに帰還す
るダイオード及びサイリスクの転流回路から戊っている
。

インバータ回路１５の動作は特公昭５１−９８９０より
明らかだが、この発明にとって重要でないためその説明
を省く。

第２図には、第１図の電圧形インバータの単線系統図と
その制御ブロック図を示す。

第２図の制御方法は誘導電動機の端子Ｏこおけるインパ
ーク出力電圧■とインバータ出力周波数ｆの比を一定と
する制御方法であり、一般に定トルク特性を有する。

同図において周波数基準２１より与えられる信号に従い
発振器２２はインバータ出力周波数ｆの６倍の周波数で
発振する。

この発振パルスは分周器２３には各サイリスクに対応し
たオンのケートパルスに変換され、インバータ１５に与
えられる。

周波数基準２１より与えられる信号は、別に電圧基準と
して、比較器２４においてトランス２５を介して検出さ
れる出力電圧帰還信号と比較され電圧制御２６にて誤差
増巾される。

この出力信号ｅｖは位相基準として位相制御２７にてト
ランス２８を介して検出される交流電源位相と比較され
、整流回路１２を構成しているサイリスクの点弧位相を
決定する。

以上説明したような制御構成において瞬停が発生した場
合の動作を説明するための図が第３図である。

第３図においてａは交流電源電圧、ｂはインバータ出力
電圧、Ｃはインバータ出力電流、ｄは位相基準ｃｖであ
る。

今、電圧形インバータが正常な運転をしていて時刻ｔ□
に瞬停が発生したとする。

瞬停期間Ｔ。では交流電源電圧が零となるため、平滑コ
ンデンサ１４に蓄えられていた電荷は誘導電動機１６に
供給される−ので、インバータ出力電圧、インバータ出
力電流は漸減していく。

位相基準ｅｖは電圧基準が一定で出力電圧帰還信号が漸
減するためその値が漸増し、やがて電圧制御２６によっ
て設定された飽和電圧まで達する。

このような状態において、時刻ｔ２に復電したとすれば
、位相基準ｅｖが飽和しているため交流電源１１−整流
回路１２１直流リアクトル１３を介して平滑コンデンサ
１４が急速に充電されるとともに誘導電動機１６に過電
流が流れる。

以後、電圧制御２６の応答に従って定常状態に戻る。

以上が主スイツチング素子にサイリスクを用いた電圧形
インバータの一般的な動作であるが、第４図に示される
ように主スイツチング素子にＧＴＯを用いて同様の制御
をした場合には以下に説明する不具合が生じる。

ＧＴＯはサイリスクにはない自己消弧機能があるため、
電圧形インバータに適用した場合その転流回路が必要で
ないという長所がある。

反面アノード・カソード間に流れる主回路電流に対する
ゲート電流の比が大きいという特性がある。

このことは、一回の転流に必要なゲート電力がが大きい
ということであり、前述するような瞬停が発生した場合
にその瞬停期間中でも電圧形インバータを運転するため
のゲート電源は非常に大きくなるという短所となる。

実用的なゲート電源に抑えるためには瞬停期間中に電圧
形インバータの運転を止めるという手段があるが、復電
し運転再開する際に誘導電動機の誘起電圧との関係から
過電流が流れるという短所もあった。

この発明の目的は前記する短所を解消するためになされ
たものであり、瞬停期間中は電圧形インバータの運転を
止め、復電時にはオフゲート電源のレベルを確認して誘
導電動機の誘起電圧の位相を検出して、電圧形インバー
タの運転再開の時期を決めることにより、実用的なゲー
ト電源で信頼性の高い電力変換装置の制御方式を提供す
ることＯこある。

この発明の一実施例を第５図に示す。

同図くこおいて第２図と同一番号を付した要素は同一の
機能を有するものである。

第５図で第２図と相違する点は、トランス２８に接続さ
れて交流電源１１の瞬停、復電を検出する瞬停検出回路
２９及び瞬停検出回路２９の検出信号ｅｐとトランス２
５からの誘導電動機１６の誘起電圧の検出信号ｅｄとを
受けて、発振器２２の発振開始時期を決め電圧制御２６
の機能を抑える信号ｅ。

を出力する制御回路３０を設けた点である。

また、トランス２８を介してオフゲート電源Ｅをつくる
整流回路３１に接続され、オフゲート電源Ｅのレベルを
検出し、検出信号ｅ２を出力するオフゲート電源検出回
路３２を設けた点である。

制御回路３０の一実施例を第６図に示す。

同図において正弦波波形である検出信号ｅｄは演算増巾
器３０１、定電圧ダイオード３０２によりアナログであ
る検出信号ｅｄが負値である間正値のデジタル信号に変
換される。

単安定発振回路３０３でその立ち上がり時期をとらえた
信号ｅＭが得られ、ＡＮＤ回路３０４によってフリップ
フロップ回路３０５のセット入力に接続されているので
、復電を検出した検出信号ｅ。

によりフリップフロップ回路３０５の出力である信号ｅ
Ｎを反転させる。

ＮＯＴ回路３０６は検出信号ｅｐを反転し、瞬時が発生
した際にフリップフロップ回路３０５を反転させて、瞬
停期間中の運転を止めるためのものである。

信号ｅＮオフゲート電源のレベルが正常であるという信
号ｅ２とＡＮＤ回路３０７で論理演算され信号ｅ。

を出力する。

以上の回路を用いて動作させた時の説明図が第７図であ
る。

同図においてａは交流電源電圧、ｂはインバータ出力電
圧、Ｃはインバータ出力電流、ｄは検出信号ｅｅは信号
ｅＭ、ｆは信号ｅ。

である。

時刻１ 、 ／から時刻１２／までは瞬停期間Ｔ。′で
あるが、時刻１２／にて復電を検出した瞬間から電圧形
インバータの運転を再開させるのではなく、次に来る信
号ｅＭにあわせて運転再開を指令する信号である信号ｅ
ｅを出力する。

第５図には細かく図示されていないが、発振器２２は信
号ｅ。

を受けてから再び発振を開始するので、誘導電動機１６
の誘起電圧の位相に遅れることなくインバータ出力電圧
を発生することができる。

また、電圧制御２６の機能を抑えるということは、一例
として特公昭５２−１５７８８に記載されているような
アナログメモリを指し、復電時に瞬停が発生する直前の
記憶された位相基準ｅｖで運転再開できるということで
ある。

しかし、たとえば瞬停期間Ｔｏ′が短かくしかも電圧制
御２６の応答が遅いような場合では、電圧制御２６の機
能を抑えなくとも瞬停直前と復電時の位相基準ｅｖが大
きく変化せず、この機能を抑えるということは特に必要
でない場合もある。

以上の説明は電圧形インバータで行なったが、必ずしも
電圧形インバータでなくてもよい。

たとえば他の電力変換装置として電流形インバータとし
た場合でも同様の保護方式が可能となる。

ただし、電流形インバータにおいては電流位相が固定さ
れるため、検出された誘起電圧に対しその力率に相当す
る時間だけパルスを遅らせる回路及び前述の如きマイナ
ーループを持つ電圧制御等を抑える機能を追加すればよ
い。

以上説明したように、本発明では主スイツチング素子に
自己消弧形半導体素子を用いている電力変換装置におい
て、瞬停中に運転を止め、復電時にオフゲート電源のレ
ベルを検出した後交流電動機の誘起電圧を検出してその
運転再開時期を決めることにより、次の長所を持つ電力
変換装置の制御方式を提供することができる。

（１）自己消弧要素子を用いることによって生ずる装置
の小形化、経済性を損なわない。

（２）ゲート電源は不必要に大きくする必要がない。

（３）復電時に過電流、過電圧になることがなく、安定
した状態で運転再開ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電圧形インバータの主回路図第２図は第
１図の電圧形インバータの制御ブロック図、第３図は第
２図の動作を説明するための動作波形図、第４図は本発
明が適用される電圧形インバータの主回路図、第５図は
本発明の一実施例を示すブロック図、第６図は第５図の
一部詳細ブロック図、第７図は本発明の詳細な説明する
ための動作説明図である。 １１・・・・・交流電源、１２・・・・・・整流回路、
１３・・・・・・直流リアクトル、１４・・・・・・平
滑コンデンサ、１５・・・・・・インバータ回路、１６
・・・・・・誘導電動機、２１・・・・・・周波数基準
、２２・・・・・・発振器、２３・・・・・・分周器、
２４・・・・・・比較器、２５，２８・・・・・・トラ
ンス、２６・・・・・・電圧制御、２７・・・・・・位
相制御、２９・・・・・瞬停検出回路、３０・・・・・
・制量回路、３０１・・・・・・演算増巾器、３０２・
・・・・・定電圧ダイオード、３０３・・・・・単安定
発振器、３０４，３０７・・・・・・ＡＮＤ回路、３０
５・・・・・・フリップフロップ回路、３０６・・・・
・・ＮＯＴ回路、３１・・・・・・整流回路、３２・・
・・・・オフゲート電源検出回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 主スイツチング素子として自己消弧形半導体素子を
   用いて戊る電力変換装置により交流電動機を駆動するよ
   うにしたものにおいて、前記電力変換装置の入力電源に
   瞬時停電事故が発生した場合、その瞬時停電期間中は前
   記電力変換装置の運転を止め、その復電時において前記
   主スイツチング素子のオフゲート電源が所定値以上であ
   ることを検出した後前記交流電動機の誘起電圧の位相を
   検出して前記電力変換装置の運転を再開するようにした
   ことを特徴とする電力変換装置の制御方式。