JPS596153B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 サイリスタインバータにより交流電動機を駆動する場合
、過負荷電流はサイリスタあるいは電動機の熱定格では
なく、インバータの転流限界によつて制限されてしまう
ことが多い。

過負荷電流のなかでも電動機の始動あるいは加速電流は
短時間で消失するものであるから高頻度の始動停止を必
要とする特別な用途を除けば、とくに始動たけのために
サイリスタおよび電動機の許容電流を増強させる必要性
は少ない。しかしながらもし大きな始動トルクを要求さ
れる場合には始動完了後には過負荷がないような場合で
も大きな始動電流を転流させるために転流回路の容量を
増強するか、あるいは装置全体の容量を一階級高くしな
ければならない場合が多く不経済であつた。本発明はこ
の点に鑑みなされたもので交流電源からレオナード装置
を介して付勢されるインバータ装置に適用することがで
き、特に転流コンデンサ、転流リアクトル等転流回路部
品の容量を増すことなく、実効的な始動ないしは加速電
流を増加させる手段を提供するものである。

第１図は本発明の一実施例を示すもので、１は３相交流
電源、２はレオナード装置、３は平滑リアクトル、４は
インバータ装置、５は交流電動機である。

以上は交流電源から付勢される公知の電流形インバータ
装置の主回路構成で、インバータＪ 装置４を構成する
６個のサイリスタＴ１〜Ｔ６はこの順に電気角６００づ
つの相差を保つて１２００づつ順次通電する。ただしＣ
１〜Ｃ６はそれぞれ同一香号の前記サイリスタＴ１〜Ｔ
６を消弧するための転流コンデンサである。以上１〜５
に示し； た主回路を制御するためのブロック図は同図
下半部に示す通りで６はＤＣＣＴでインバータ装置４の
入力直流電流ｉｄを検出するためのもの、７はＰＴ）ク
ーでインバータ出力電圧を検出し、これと比例する直流
電圧信号に変換するためのもの、８は第一のＰ増幅器、
９は第二のＰＩ増輻器、１０はレナード装置２の移相器
兼ゲート増幅器、１１は電圧制御形発振器で出力パルス
周波数が入力電圧信号ｒと比例関係にあるものでこの発
振器１１のパルス間隔がインバータ装置４の電気角６０
゜に相当する。

１２はシユミツトトリガ一回路で入力信号ｒが所定値Ｒ
より低いとき、即ち始動あるいは低周波のとき出力が高
電位となるもの、１３および１４はＡＮＤ回路、１５お
よび１６は０Ｒ回路、８１は優先回路で、三つの入力の
うち最も低い電圧を通過させる機能を有するもの、８２
はＦＥＴ（電界効果トランジスタ）によるアナログスイ
ツチでゲート電極に接続された０Ｒ回路１６により後述
するＩ。

指令をオンオフするもの、１７は０Ｒ回路１５の出力信
号９によりインバータ装置４の点弧信号を発生する回路
で３相リングカウンタとゲート増幅器から構成されるも
の、１８は入力パルス信号を一定時間τ だけ遅延させ
るもの、Ａまた１９はワンシヨツト・マルチバイブレー
タで入力パルスが加えられると一定時間Ｔだけ出力が高
電位となるものをそれぞれあられす。

以上の装置の動作原理を第２図の波形を用いて説明する
と、まず要素１２，１３，１４，１５，１６，１８，１
９，８２を取り去つて発振器１１の出力信号ｆをゲート
回路１７の入力信号として印加するとこれは電流マイナ
ーループを有する公知のインバータ出力電圧制御力式に
帰着される。

即ち周波数および電圧設定信号ｒは第１図には省略して
あるが通常電動機の加速時間に略等しい時定数をもつた
ランプ関数発生器から与えられまず発振器１１を駆動し
てパルス信号ｆを発生させゲート回路１７を介してイン
バータ装置４を匍脚する。信号ｒは他方において加算点
Ｓ１においてインバータ出力電圧に比例する直流電圧信
号ｖと第１図の如き極性で加算されその結果生ずる偏差
ｒ−ｖは第一のＰＩ増幅器８により増幅され、電流マイ
ナーループの電流指＋ＡＯとなる。ＡＯは優先回路８１
において電流制限値１。指令と比較されこのうち小さい
方が電流指＋ａとなり、第二加算点Ｓ２にて電流帰還信
号ｃと図示極性にて加算されその結果生ずる偏差ａ−ｃ
が第二ＰＩ増幅器９に加えられ増幅され７）。ＰＩ増幅
器の出力信号ｄは移相器兼ゲート）増幅器１０によりレ
オナード装置２のサイリスタ群のゲート信号に変換され
２の出力電圧を制御する。

すなわち周波数は開ループ１１］御、電圧は閉ループ制
衝の違いはあるがインバータ周波数、インバータ電圧と
も同一般定信号ｒにより匍脚され互いに比例関係を保つ
ている。次に本発明により追加された部分の動作原理を
述べると−ＡＮＤ回路１３は設定信号Ｒｆ）５？定値Ｒ
より低いとき発振器１１の出力パルス信号ｆを通過させ
る。

このＡＮＤ回路１３を通過した信号を′とすれば′はワ
ンシヨツトマルチパイプレータ１９をトリガし同図２に
示す一定時間幅Ｔだけ高電位となる出力信号ｍを生ずる
。この信号ｍは０Ｒ回路１６を通つてＦＥＴアナログス
イツチ８２を導通させるので電流制限値１。指令が該Ｆ
ＥＴを通過し優先回路８１に達する。このとき１１〉Ｉ
Ｏとしておけば仮定により優先回路８１の性質から時間
Ｔだけ電流制限値がｏに切り替わりインバータ入力電流
１ｄは絞り込まれる。上記信号′はまた遅延回路１８を
ロガし発振器１１のパルス信号ｆより一定時間τＡだけ
遅れたパルス信号を発生させる。該遅延パルス信号は０
Ｒ回路１５を介してリングカウンタ兼ゲート増幅回路１
７をトリガしインバータ装置４のサイリスタ素子Ｔ１〜
Ｔ６のゲート信号Ｅ，〜Ｅ６を発生させる。このうちＴ
ｌ，Ｔ２およびＴ３に対するゲート信号Ｅｌ，ｅ２およ
びＥ３を例示すると同図３に示すようにｆ波形より時間
τＡだけ遅れｍ波形とある時間τＢだけ重なり合つた波
形となん時間τＢはインバータ装置４が１回の転流に要
する時間でＴ，τＡ，τＢの間には次の関係をもたせる
ことが必要である。Ｔ≧τＡ＋τＢすなわち電流絞り込
みが開始されインバータ入力電流１ｄが電流制限値１１
から所定の低減値１。

にまで減衰するための所要時間τぃ経過後にインバータ
装置４の転流を行ない少くとも１回の転流に要する時間
τＢだけＩｄを低減値１。に保つておくのである。この
とき電流１。の値はＦＥＴアナログスイツチ８２のソー
ス端子に加えるＩ。指令により調節することができイン
バータ装置４の転流能力に見合つた値を選ぶことができ
る。そして時間Ｔ経過後はＦＥＴ８２はしや断状態とな
り上記ｏ指令はこれを通過することができなくなるので
優先回路８１は１１指令を電流制限値とするようになる
。したがつてインバータ入力電流１ｄおよびサイリスタ
Ｔｌ，Ｔ３の電流１１，ｉ３等の様子は第２図４および
５に示す通りで始動時の電流制限値１１から低減値１。
に減衰したところで転流を行ない然る後に１１に復帰し
ていることがわかる。次に設定信号ｒが一定値Ｒを超え
るとシユミツトトリガ一回路１２の出力が高電位となる
のでＡＮＤ回路１３は信号ｆをしや断し入れ替わりにＡ
ＮＤ回路１４が信号ｆを通過させ、０Ｒ回路１６の出力
がつねに高電位となつてＦＥＴアナログスイツチ８２を
導通させる。このため転流時の絞り信号ｍおよび遅延信
号等は発生しなくなり、すでに述べたような機構によつ
て電流制限値は１０に切り替わる。すなわち始動終了と
ともに電流制限値はインバータ装置４に本来備わつてい
る転流能力に見合つた値にもどすのである。第３図は本
発明の別な実施例を示すものであり第１図と同一部分に
は同一記号を付し改良された部分につき説明すると２０
は第二のシユミツトトリガ一回路でＤＣＣＴ６の出力に
接続されインバータ入力電流１ｄがＩ。

以下のとき出力ｂ塙電位となるもの、２１は遅延回路で
入力パルス信号を一定時間τＢだけ遅らせるもの、２２
は入力パルス信号の立ち上がり部分でトリガされる形式
のＳＲフリツプフロツプ回路、２３は第三のＡＮＤ回路
である。発振器１１の出力パルス信号ｆはＳＲフリツプ
フロツプ回路２２をセツトしそのＱ出力端子は高電位と
なる。設定信号ｒが一定値Ｒより低いときにはシユミツ
ト・トリカー回路１２の出力は高電位にあるのでＡＮＤ
回路２３は上記ＳＲフリツプフロツプ回路のＱ端子の高
電位信号を通過させ電流絞り信号ｍを生ずる。信号ｍは
すでに述べたような機構により優先回路８１において電
流制限値を１１からＩ。に切り替えるので、１）インバ
ータ入力電流１ｄが電流制限値１１まで流れているとき
は、上記絞り信号によりＩ。まで絞り込まれる。Ｉｄく
Ｉ。となると第二のシユミツト・トリカー回路２０の出
力が高電位となるためＡＮＤ回路１３の出力が高電位に
なり０Ｒ回路１５を介してリングカウンタ兼ゲート増幅
器１７をトリガしインバータ装置４の転流を開始させる
。たたしＡＮＤ回路１３が作動するためには発振器の出
力信号ｆのパルス幅は予想される絞り時間より長くなけ
ればならない。このＡＮＤ回路１３の出力電圧はまた遅
延回路２１を介して時間τＢ後にＳＲフリツプフロツプ
回路２２をりセツトさせる。したがつて該ＳＲフリツプ
フロツプ回路２２のＱ端子は低電位にもどり絞り指令ｍ
は解除されてインバータ入力電流１ｄは再び制限値１１
にもどる。すなわち発振器１１からパルスが出ると入力
電流を絞り始め転流回路の能力の及ぶ電流値。にまで減
衰したことを検出してから転流を行なわせかつ転流所要
時間τＢ経過後に電流絞りを解除するのである。このと
き絞り時間は第１図、第２図のときと同じく略Ｔに等し
く各部波形も第２図と同一となる。２）インバータ入力
電流１ｄｔ）５１ｄ＜１１のときすなわちＩｄが始動時
の電流制限値より小さい場合電流１ｄの絞り込みが開始
されてから転流が完了するまでの過程は前記１）と同じ
であるが１０まで減衰するに要する時間は１）より小さ
くてよいはずである。

第１図に示した実施例の場合には絞り時間Ｔを最大電流
１，の絞り込みに合わせた一定値に設定しているため電
流がＩ，より低い場合には絞り時間が長すぎてむだな時
間となる。ところが第３図記載の力式によれば電流１ｄ
ｔ）５１０に達すると直ちに、あるいはＩ，がはじめか
らＩ。以下の場合には瞬時に転流を開始するから上記の
むだ時間がない。次に設定信号ｒが一定値Ｒより大きく
なるとＡＮＤ回路１３はしや断となり入れ替わつてＮ１
回路１４が発振器出力信号ｆを通過させ０Ｒ回路１５を
介して通常の態様によりインバータ装置４の匍脚を行な
う。

また第三のＡＮＤ回路２３もしや断状態となり断続的な
絞り信号ｍは阻止される〇０Ｒ回路１６は第１図の実施
例の場合と同様に出力がつねに高電位に保持されるため
ＦＥＴアナログヌイツチ８２は導通となり優先回路８１
において電流制限値がＩ。に切り替わつて通常の制御状
態となる。さらに本発明の効果をより完全なものとする
ためには始動時の電流制限値をＩ，という一定値に固定
することなくランプ状の設定信号ｒの増加と共に減少し
略ｒ＝Ｒ近傍にて定常時の電流制限値と相等しくなる信
号を用いてこの信号がＩ。

に等しくなつたとき電流制限値を一定値１。に切り替え
るようにするのが好ましい。何となれば電流制限値を１
１から１。に切り替えるとインバータ入力電流１，が電
流制限値まで流れているときには電流値が階段状に変化
し電動機トルクもまた階段状に変化して負荷に衝撃を与
えることがあるからである。この方法を実現するために
は第３図における１１指令を一定値でなく例えは第４図
に示すような加算器に置換すればよい。この第４図の動
作原理を第５図の特性曲線を用いて説明する。第４図に
おいて８３は演算増幅器、８４，８５および８６は抵抗
器、８７はＦＥＴアナログスイツチであり、抵抗器８４
の一方の端子には１指令と同じ大きさを有する負の一定
電圧−Ｅ１が加えられ抵抗器８５の一方の端子にはラン
プ状の設定信号ｒが加えられる。抵抗器８４および８５
の他力の端子は抵抗器８６の一方の端子と共に前記演算
増幅器８３の反転入力端子に加えられ該抵抗器８６の他
力の端子は前記演算増幅器の出力端子に接続される。い
ま抵抗器８４および８６の抵抗値を相等しくしておけば
設定信号ｒ＝ｏのとき演算増幅器の出力電圧Ｅ２＝＋Ｅ
１となるので始動時の電流制限値は１１となる。なおＥ
１はインバ＝夕入力電流Ｉｄ＝１１なるときＤＣＣＴ６
が生ずる検出信号。の実際の電圧値であることはいうま
でもない。次に抵抗器８５の大きさは設定信号ｒ＝Ｒの
ときＥ２＝＋ＥＯとなるように決定してやればよい。た
だしＥＯは電流制限値１。に相当する電圧で前記同様Ｉ
ｄ＝１０なるときＤＣＣＴ６の出力電圧値に等しい。こ
のとき設定入力ｒに対する演算増輻器８３の出力電圧Ｅ
２は第５図の実線の如くなるＣとは明らかであろう。Ｆ
ＥＴアナログスイツチ８７のゲート端子はシユミツトト
リガ一１２の出力に接続されているから設定入力ｒ≦Ｒ
で電圧Ｅ２を通過させｒ＞ＲではＥ２をしや断しこれに
代つて第３図で説明したＦＥＴアナログスイツチ８２が
導通し電流制限値を一定値。に切り替える。第６図は横
軸に時間ｔをとり、縦軸に設定信号ｒおよびインバータ
人力電流１ｄをとつたもので第３図、第４図を含む装置
の始動状態を示すものである。ｔ＝ｔ１はランプ状入力
がｒ＝Ｒに達する時刻であり期間〔０，ｔ１〕は始動お
よび低周波域でインバータ電流１ｄは１１から直線的に
ｏまで減少している。ｔ＝Ｔ２は加速が完了する時刻で
あり期間〔Ｔ，，ｔ２〕は中間周波域で一定電流１０で
加速が行なわれｔ＞Ｔ２となると電流１ｄが減少し通常
の運転状態に落ち着く。なお第４図、第５図の方法では
ランプ状設定信号に対し直線的に電流制限値が減少する
特性となるが、これは必らずしも直線である必要はなく
一般の関数発生器を用いて第５図、第６図に破線あるい
は一点鎖線で示すような特性を得るように配慮すること
もある種の負荷に対しては有効である。以上詳述したよ
うに本発明によればインバータ装置の転流回路の容量を
増すことなく実効的に始動時の転流能力を高めることが
でき始動トルクの向上を図ることができる。

さらに本発明の手法は第１図および第３図に例示した公
知のインバータ装置４に限定されるものでなく同図に示
す電圧制御を行なう制御系に限定されるものでもない。

本発明は電流形インバータ、電圧形インバータを問わず
入力段にレオナード装置と該装置の出力電圧を平滑する
フイルタ装置（リアクトル単独またはリアクトルおよび
コンデンサの複合体）とを有する大多数のインバータ装
置にその主旨を変えることなく適用し得ることは明白で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図は該実
施例の動作波形図、第３図は本発明の別の実施例の回路
図、第４図は電流制限値の設定回路例図、第５図および
第６図はその特性曲線である。 １・・・・・・３相交流電源、２・・・・・ルオナード
装置、３・・・・・・平滑リアクトル（一般にフイルタ
装置）、４・・・・・・インバータ装置、５・・・・・
・交流電動機（単数または複数）、６・・・・・・ＤＣ
ＣＴ、７・・・・・・ＡＣＰＴｌ８，９・・・・・・Ｐ
Ｉ増幅器、１０・・・・・・移相器兼ゲート増幅器、１
７・・・・・・リングカウンタ兼ゲート増幅器、１１・
・・・・・電圧制御形発振器、１２，２０・・・・・・
シユミツト・トリカー回路、１３，１４，２３・・・・
・・ＡＮＤ回路、１５，１６・・・・・・０Ｒ回路、１
８，２１・・・・・・遅延回路、１９・・・・・・ワン
シヨツト・マルチバイブレータ、２２・・・・・・ＳＲ
フリツプフロツプ回路、８１・・・・・・優先回路（低
い電圧を優先するもの）、８２，８７・・・・・・ＦＥ
Ｔアナログスイツチ、８３・・・・・・演算増幅器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 単数または複数の交流電動機と、この交流電動機に
   電力を供給する交流電源と、この交流電源と前記交流電
   動機との中間にあつて交流電源から直流可変電圧を得る
   レオナード装置と、このレオナード装置と前記交流電動
   機との中間にあつて前記レオナード装置の出力直流電圧
   を平滑するフィルタ装置と、このフィルタ装置と前記交
   流電動機との中間にあつて直流電圧を交流電圧に変換す
   る強制転流形インバータと、始動または低周波時のみに
   前記強制転流形インバータの転流ごとに入力直流電流が
   一定時間所定の値以下となる如く、前記レオナード装置
   により電流絞り込みを行ない、かつ該強制転流形インバ
   ータ入力直流電流平均値が平常運転時よりも大きくなる
   如くに電流制限値の切替制御を行なう始動装置とを備え
   たことを特徴とする電力変換装置。 ２ インバータ入力直流電流がレオナード装置による電
   流絞り込みにより所定値以下に減衰したことを検出し、
   しかる後に強制転流形インバータ装置の転流を行なうこ
   とを特徴とする特許請求範囲第１項記載の電力変換装置
   。 ３ 始動および低周波時の電流制限値を周波数の上昇と
   共に連続的に減少せしめ所定の周波数に達したとき滑ら
   かに通常の電流制限値に切り替えることを特徴とする特
   許請求範囲第２項記載の電力変換装置。