JPS63253877A

JPS63253877A - インバ−タの制御装置

Info

Publication number: JPS63253877A
Application number: JP62086965A
Authority: JP
Inventors: Yoshizo Akao; 赤尾　佳三
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-04-10
Filing date: 1987-04-10
Publication date: 1988-10-20

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、ＡＣフィルタを有する三相出力のインバータ
装置に関し、特に出力電圧を一相毎に個別に制御可能な
インバータの制御装置の改良に関する。

（従来の技術）一般に、半導体素子を使用したインバータ装置は、半導
体素子にゲート制御回路から所定のゲート信号を与えイ
ンバータ出力電圧のパルス幅を可変して、出力電圧制御
を行なうが、従来知られている三相出力のインバータ装
置の出力電圧制御方式は大別して、三相一括制御方式と
三相個別制御方式がある。前者は主回路的には主に三相
インバータとインバータ変圧器とＡＣフィルタとで構成
され、該三相インバータをパルス幅制御するための電圧
制御信号が一個で該三相インバータの出力電圧が三相で
一括に制御されるためインバータ装置の内部インピーダ
ンス（主にＡＣフィルタのインピーダンスで決まる）が
三相で平衡していない場合や負荷が三相で平衡していな
い場合には、たとえ該三相インバータの出力電圧が三相
で等しくても、ＡＣフィルタ出力の電圧は三相で不平衡
になるという欠点を有する。後者は主回路的には主に王
台の単相インバータとインバータ変圧器とＡＣフィルタ
とで構成され、王台の該単相インバータは該インバータ
変圧器で合成されてインバータ装置としては三相出力が
得られるものである。後者は王台の該単相インバータを
パルス幅制御するための電圧制御信号は該単相インバー
タ毎に相互に独立して有しており、王台の単相インバー
タが個別に電圧制御が可能なため、インバータ装置の内
部インピーダンスや負荷が三相不平衡の場合でも、王台
の単相インバータを各々独立して制御し、ＡＣフィルタ
出力の電圧（以下三相出力電圧と表現する）が三相で平
衡するよう電圧制御できるという利点を有する。

以下、第２図を参照して、従来の三相個別制御方式のイ
ンバータの制御装置について動作を詳細に説明する。第
２図において、１は直流電源であり、図示していない交
流を直流に変換する整流器又は蓄電池を意味する＊　２
ａ、　２ｂ、　２ｃは半導体素子を用いた単相出力のイ
ンバータで直流電源１の直流電力を交流電力に変換する
。３ａ、　３ｂ、　３ｃは各々単相インバータ２ａ、　
２ｂ、　２ｃの出力を絶縁かつ電圧変換するための単相
のインバータ変圧器である。

該インバータ変圧器３ａ、　３ｂ、　３ｃの二次側はス
ター結線されて、インバータ装置としては三相出力が合
成される。４はＡＣフィルタで、ＡＣフィルタ入力の矩
形波を正弦波に整形するためのものである。

５ａ、　５ｂ、　５ｃはインバータ装置の負荷である＊
１２ａ＋１２ｂ、　１２ｃは電圧検出トランスで主回路
レベルの電圧を制御回路レベルの電圧に変換かつ絶縁す
るもので、電圧検出トランス１２ａ、　１２ｂ、　１２
ｃは単相のトランスである。　　１３４．１３ｂ、　１
３ｃは交流を直流に変換するダイオード整流器である。

１４ａ、　１４ｂ。

１４ｃはローパスフィルタで、各々ダイオード整流器１
３ａ、　１３ｂ、　１３ｃの出力電圧に含まれるリプル
成分を除去すると共に制御系の遅れ要素として機能も有
し、出力の極性は正である。１５は平均値演算回路で、
三相出力電圧の平均値を得るための回路で、出力の極性
は負である。　１６は電圧基準で、インバータ装置の出
力電圧基準を与えるものである。

２１ａ、　２１ｂ、　２１ｃは各々ローパスフィルタ１
４ａ、　１４ｂ。

１４ｃの正出力と平均値演算回路１５の負出力を加算す
る加算器で、加算の結果、各三相の相（Ｙ）電圧と三相
出力（Ｙ）電圧の平均値との誤差電圧が得られる。尚、
加算器２１ａ、　２１ｂ、　２１ｃの出力極性は加算さ
れる二人力の大小関係できまり、絶対値大きい方の極性
と同一になるものとする。２１ｄは平均値演算回路１５
の負出力と電圧基準１６の正出力とを加算する加算器で
、加算の結果三相出力（Ｙ）電圧の平均値と出力電圧基
準との誤差電圧が得られる。なお、加算器２１ｄの出力
極性は常に負になるものとする。２２ａ、　２２ｂ、　
２２ｃ、　２２ｄは各々加算器２１ａ、　２１ｂ、　２
１ｃ、　２１ｄの出力である前記誤差電圧を増幅する誤
差増幅器で出力極性は入力極性と反対になるものとする
。２４ａ、　２４ｂ、　２４ｃは各々、誤差増幅器２２
ａ、　２２ｂ、　２２ｃの出力と誤差増幅器２２ｄの正
出力を加算する加算器で、ゲインは誤差増幅器２２ｄ側
の方が誤差増幅器２２ａ、　２２ｂ、　２２ｃ側に比し
。

十分大になっているものとすると加算器２４ａ、　２４
ｂｅ２４ｃの出力の極性は全て正となる。ここで、ゲイ
ン大の方がいわゆるフィードバック制御系におけるメジ
ャーループを、ゲイン小の方がマイナーループを構成す
る。２５は所定の周波数でクロックパルスを出力する発
振器である＊　　２６ａ、　２６ｂ、　２６ｃは各々誤
差増幅器２２ａ、　２２ｂ、　２２ｃの出力レベルに応
じて発振器２５のパルスの位相をずらして出力する移相
器である。　３０ａ、　３０ｂ、　３０ｃは各々移相器
２６ａ。

２６ｂ、　２６ｃからのパルスを受け、単相インバータ
２ａ。

２ｂ、　２ｃ内の図示しない各半導体スイッチを所定の
順序で点弧制御する信号を作り出すゲート回路で、移相
器２６ａ、　２６ｂ、　２６ｃの出力パルスの位相に応
じて、各々単相インバータの出力パルス幅が制御される
。尚、第２図において、本発明の動作説明上重要な意味
を持たない回路、例えば、インバータ装置の出力電圧を
徐々に立ち上げるためのソフトスタート回路や誤差増幅
器の出力レベルを制限するためのリミッタ回路や出力電
圧調整回路等は図示しておらず、詳細説明は省略してい
る。

次に第２図において、負荷不平衡時、単相インバータ２
ａ、　’２ｂ、　２ｃの出力電圧が個別に制御されて、
三相出力電圧（線間）が三相で平衡される動作について
説明する０例えば三相平衡状態から負荷５８のみが他の
負荷５ｂ、　５ｃに比し特に重くなった場合。

ＡＣフィルタ４内の図示しないシリーズリアクトルの電
圧降下が三相不平衡になり、三相平衡時に比し、中性点
Ｎに対するＲ点及び８点の電位が低下し、その結果線間
電圧はＲ−８相、Ｓ−Ｔ相、Ｔ−Ｒ相全てが低下する。

この様子を第３図のベクトル図に示す、第３図において
、ベクトルＲ，Ｓ。

′ｒは三相平衡時の第２図における中性点Ｎに対するそ
れぞれＲ，Ｓ、Ｔ点の電位を表わし、またベクトルＲ’
、Ｓ’、Ｔ’は前記負荷不平衡発生時のそれぞれ該Ｒ，
Ｓ、Ｔ点の電位を表わしている。第３図において、各ベ
クトルのスカラー量の開基式は１ＲＮｌ＝ｌｓＮＩ＝ｌ
ＴＮｌ、　　ＩＲ３Ｉ＝ＩＳＴｌ＝ｌＴＲＩ。

ＩＲ’Ｎ１＝ｌｓ’Ｎｌｔ　　ＩＳ’ＴＩ＝ｌＴ’ｎｌ
　　となる。

いま、説明上第２図において誤差増幅器２２ａ。

２２ｂ、　２２ｃ、　２２ｄ、加算器２４ａ、　２４ｂ
、　２４ｃの出力レベルをそれぞれｅｃｌ、　ｅｃ、、
　ｅｃ３．　ＥＣ，、ＥＣ１，ＥＣ，。

ＥＣ，で表わし、負荷不平衡の値をそれぞれｅＣユ。。

”：ＮＯｔ　ｅｃ３ｏ　ｖ　Ｅｃａａ　ｔ　［Ｅｃｚｏ
　ｔ　ｔｉｃ！、ｔ　ｔｉｃ、、　ｓまた負荷不平衡時
の値をそれぞれｅｅｔｉ　ｔ　ｅｃ、、　ｔ　ｅｃ、１
１　ＥＣＩＩＬ　ｔＥＣｌｌ、　ＥＣ２□、　ＥＣ，、
とする、また、負荷平衡時、三相出力電圧も平衡してお
り、ｅｃｌＢ　”　６ｅ２　Ｉ、”　ＥＣ３６＝０であ
ったとする。前述負荷不平衡発生時、三相出力電圧（Ｙ
）はＲ相及びＳ相が低下し、Ｔ相は不変のため三相出力
電圧（Ｙ）の平均値も低下するが、電圧低下する割合は
三相出力電圧（Ｙ）の平均値の方がＲ相、Ｓ相より小さ
い。従って、ｅＣ，１及びｅｃ、　、は正、ｅｃ３１は
負の値になる。また、負荷平衡時ＥＣ，。＝　ＥＣ，。

＝　ＥＣ，。とすると前述負荷不平衡時、ｅｃｘ　１＞
　Ｏ＊　４４１０ｇ　ｔ　＞　Ｏｇ　ｅＣ−３、＜　Ｏ
のため、ＥＣ１，＞ＥＣ，、ＥＣ，１＞ＥＣ，ｆｌ、　
ＥＣ，）１＞ＥＣ３゜どなる。ここで、移相器２６ａ、
　２６ｂ、　２６ｃは、入力信号の大きさに比例してそ
れぞれ前記単相インバータ２ａ、　２ｂ。

２ｃの出力電圧を増加させるよう自身の出力パルスの位
相をずらす動作をするものとすると、ＥＣ１１＞ＥＣ□
。、　ＥＣ２ｔ　＞　ＥＣｓ　！　ｅ　ＥＣ３ｘ　＞　
ＥＣ３゜なので、単相インバータ２ａ及び２ｂは出力電
圧が上昇し、単相インバータ２ｃは出力電圧が低下する
。単相インバータ２ａ。

２ｂ、　２ｃの出力電圧は、第３図のそれぞれベクトル
Ｒ（Ｒ’）、　Ｓ　（Ｓ’）、　Ｔ　（Ｔ’）に対応し
ているから、第３図におけるベクトルで説明すると、前
記負荷不平衡発生時は、ベクトルＲ′及びＮ′は大の方
へ。

ベクトルＴ′は小の方へ動く、誤差増幅器２２ａ、　２
２ｂ。

２２ｃは一種の積分器であるので、公知の如く、誤差を
零にするよう動作した結果、最終的にはＩＲ’ＮＩ　＝
　Ｉｓ’ＮＩ　＝　ＩＴ’ＮＩとなる。尚、ベクトルＲ
’、Ｓ’、Ｎ’の各位相差を１２０度とすると、Ｉｎ’
ＮＩ　＝　Ｉｓ’ＮＩ　＝　ＩＴ’ＮＩならば当然　Ｉ
Ｒ’ｓ’１＝　１ｓ′ｒ′ｌ　＝　ＩＴ′ｎ’　Ｉとな
り、負荷不平衡時でもインバータ装置出力の線間電圧は
三相で平衡することになる。

（発明が解決しようとする問題点）このように、第２図に示す従来方式のインバータ制御装
置では、負荷不平衡時においても、インバータ装置の出
力電圧を三相で平衡させることが可能であるが次に示す
欠点がある。

例えば、今仮に誤差増幅器２２ａが何らかの原因で故障
し誤差増幅器２２ａの出力が最高電圧に固定された状態
になったとすると加算器２４ａには常に一定の高い値の
ｅｃ、が加えられ、加算器２４ａの出力レベルＥＣ１は
加算器２４ｂの出力レベルＥＣ，及び加算器２４ｃの出
力レベルＥＣｓよりも高くなるため、常に単相インバー
タ２ａだけが他の単相インバータに比べ出力電圧が高く
なり、たとえ負荷が平衡状態にあったとしても、インバ
ータ装置の出力電圧は三相不平衡になる。従って、この
状態で負荷Ｒａのみが他の負荷Ｒｈ、Ｒｅより軽くなる
とＲ相の電圧がさらに高くなりインバータ装置の出力電
圧の不平衡状態がさらに悪くなる。これは、従来の三相
個別制御方式では一相分の電圧制御系が異常になった場
合、前記三相一括制御方式よりも出力電圧不平衡率が大
になることを意味する。

以上の説明から明らかなように、前記三相一括制御方式
のインバータ装置で給電していても負荷側に設置された
電圧不平衡監視装置や電圧異常監視装置が動作しない程
度の負荷不平衡状態の場合でさえ、負荷不平衡の程度に
よっては、従来の三相個別制御方式のインバータ装置で
は一相分の電圧制御系が異常になると電圧不平衡が大と
なり、前記電圧不平衡監視装置や電圧異常監視装置が動
作し負荷を不用意にトリップさせるという欠点がある。

本発明は上記欠点を除去するためになされたもので、三
相出力電圧を一相毎に個別に電圧制御できる三相個別制
御方式のインバータ装置で三個の電圧制御系のうち少く
とも一個の電圧制御系に異常が発生しても、三相出力電
圧の不平衡が大きくならないよう制御できるインバータ
の制御装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題を解決するための手段と作用）本発明では、上記目的を達成するために、前記メジャー
ループ内の加算器２４ａ、　２４ｂ、　２４ｃの出力レ
ベルが所定の範囲内にあるかどうかをみるための三個の
比較器、該三個の比較器の出力の論理和をとるためのＯ
Ｒ回路、　ＯＲ回路の論理出力レベルに応じて、前記マ
イナーループ内の誤差増幅器２２ａ。

２２ｂ、　２２ｃの出力を所定値から零に切り換える切
換手段を具備し、三個の電圧制御系のうち少なくとも一
個の電圧制御系に異常が発生した場合に前記加算器２４
ａ、　２４ｂ、　２４ｃのうちのいずれかの出力レベル
の異常を前記比較器により検知し、前記切換手段により
前記誤差増幅器２２ａ、　２２ｂ、　２２ｃの出力を一
斉に零に切り換え、すなわち、三相個別制御方式から三
相一括制御方式へ切り換えることにより、三相出力電圧
の不平衡状態が悪化しないようにしている。

（実施例）本発明の一実施例を第１図を参照して説明する。

第１図において、第２図と同一符号を付した部分の名称
とその動作機能は同一であり説明を省略する。

第１図において、　２７ａ、　２７ｂ、　２７ｃは、加
算器２４８゜２４ｂ、　２４ｃの出力レベルが所定の範
囲内にあるかどうかをみるための比較器で、所定範囲外
の場合論理１を出力する。２８は比較器２７ａ、　２７
ｂ、　２７ｃの出力の論理和をとるための公知のＯＲ回
路である。

２９ａ、　２９ｂ、　２９ｃはＯＲ回路２８の論理１信
号を受けると、誤差増幅器２２ａ、　２２ｂ、　２２ｃ
の出力を所定値から零に切り換える切換回路で１図示し
ないリセット回路からリセット信号がくるまで零信号゛
を出力し続ける。

以下、三個の電圧制御系のうち一個の電圧制御系に異常
が発生した場合について１本発明の動作について具体的
に説明する。今仮に誤差増幅器２２ａが何かの原因で故
障し誤差増幅器２２８の出力が最高電圧に固定された状
態になったとすると、前述したように、加算器２４ａの
出力レベルＥＣ，は誤差増幅器２２ａ故障前よりも高く
なる。　この場合比較器２７ａは図示しない比較基準よ
りもＥＣ１の方が大となり判断し、論理１をＯＲ回路２
８へ出力する。　ＯＲ回路２８は比較器２７ａからの論
理１信号を受け、　自身も論理１信号を出力する。切換
回路２９ａ、　２９ｂ。

２９ｃはＯＲ回路２８からの論理１信号を受けると、直
ちに各々誤差増幅器２２ａ、　２２ｂ、　２２ｃの出力
を加算器２４ａ、　２４ｂ、　２４ｃに与えないように
し、代ねりに零信号を与える。その結果加算器２４ａ、
　２４ｂ、　２４ｃは誤差増幅器２２ｄからの出力しか
与えられないことになり、加算器２４ａ、　２４ｂ、　
２４ｃの出力レベルは各々等しくなる。これは、単相イ
ンバータ２ａ、　２ｂ。

２ｃが共通の電圧制御基準で制御されたのと等価となり
、単相インバータ２ａ、　ｚｂ、　２ｃの主回路を構成
する各半導体素子間のスイッチング時間や電圧降下の差
が電圧制御精度上無視できる程小さいとすると、単相イ
ンバータ２ａｅ　２ｂ、２ｃの出力電圧はほぼ等しくな
り、またＡＣ，フィルタ４の内部インピーダンスが三相
で等しいとし、負荷が三相で平衡しておればインバータ
装置の出力電圧は三相で平衡する。

以上本発明によると、三相出力電圧を一相毎に個別に電
圧制御できる三相個別制御方式のインバータ装置で、三
個の電圧制御系のうち少くとも一個の電圧制御系に異常
が発生しても、三相個別制御方式から三相一括制御方式
に切り換えて運転可能なため、出力電圧の不平衡が大き
くならないようにすることが可能である。

尚、本発明は上記実施例に限定されず種々の変形実施が
可能であることは言うまでもない。例えば本実施例では
、単相インバータ自身でパルス幅制御できるものとして
説明したが、単相インバータの前段に個々に電圧制御可
能なチョッパ回路を設は単相インバータ自身では電圧制
御を実施しない主回路構成のインバータについても本発
明が適用できる。また、本実施例では電圧制御系の異常
判別はメジャーループ内の加算器の出力レベルをみるこ
とで実施しているが、これをマイナーループ内の誤差増
幅器の出力をみるようにしてもよい。

〔発明の効果〕

本発明によると、三相出力電圧を一相毎に個別に電圧制
御できる三相個別制御方式のインバータ装置で、三個の
電圧制御系のうち少なくとも一個の電圧制御系に異常が
発生しても、三相出力電圧の不平衡が余り大きくならな
いよう制御できるので、負荷不平衡率が所定の値以下の
場合は負荷側に設置された電圧不平衡監視装置や電圧異
常監視装置を動作させないですみ、負荷が不用意にトリ
ップするという事態を未然に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
従来の三相個別制御方式のインバータの制御装置の一例
を示すブロック図、第３図は第２図に示すブロック図の
動作を説明するためのベクトル図である。１・・・直流電源、　　　　　２ａ〜２ｃ・・・単相イ
ンバータ、３８〜３ｃ・・・変圧器、　　　４・・・Ａ
Ｃフィルタ、５８〜５ｃ・・・負荷、　　　　１２ａ〜
１２ｃ・・・電圧検出トランス、１３ａ”１３ｃ・・・
整流器、　　１４ａ〜１４ｃ・・・ローパスフィルタ、
１５・・・平均値演算回路、　１６・・・電圧基準。２１ａ〜２１ｄ・・・加算器、　　２２ａ〜２２ｄ・・
・誤差増幅器、２４ａ〜２４ｄ・・・加算器、２５・・
・発振器。２６ａ〜２６ｃ・・・移相器、　　２７ａ〜２７ｃ・・
・比較器、２８・・・ＯＲ回路、２９８〜２９ｃ・・・
切換回路、３０ａ〜３０ｃ・・・ゲート回路、代理人　弁理士　　則　近　憲　佑同　　　　　第子丸　　　健第　　１　図第　　２　　図

Claims

【特許請求の範囲】

三相個別に電圧制御するための三個の電圧制御系を有す
る三相個別制御方式のインバータ装置において、前記三
個の電圧制御系内の電圧制御信号のレベルが所定の範囲
内にあるかどうかをみるための複数個の比較器、該複数
個の比較器の出力の論理和をとるためのＯＲ回路、該Ｏ
Ｒ回路の出力レベルに応じて前記電圧制御信号を三相個
別から三相共通に切り換えるための切り換え手段を具備
したことを特徴とするインバータの制御装置。