JPH01103194A - 電圧形インバータの制御回路 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、商用電源で運転中の交流電動機を停止させ
ることなく、その電源を可変電圧可変周波数の交流を出
力する電圧形インバータに円滑に切換えることができる
、電圧形インバータの制御回路に関する。

（従来の技術〕 商用電源から供給される交流を直流に変換する電源側変
換器としての整流器と、この整流器から出力される直流
のリップル分を吸収・除去する平滑コンデンサと、これ
により平滑された直流を所望の電圧と周波数の交流に変
換する負荷側変換器としての電圧形インバータとでイン
バータ装置を構成させ、このインバータ装置に誘導電動
機を接続すれば、従来は速度制御がきわめて困難であっ
たこの誘導電動機を容易に可変速運転させることができ
るので、このようなインバータ装置は広く使用されてい
る。

ところで、このインバータ装置を構成している整流器、
あるいは電圧形インバータが故障すれば、誘導電動機は
運転不能となる。しかしこの誘導電動機に結合されてい
る負荷が運転を中断できない種類のものであるときは、
インバータ装置の故障検出とともにその電源を商用電源
に切換えるようにしておけば、この電動機は速度制御は
できないけれども、中断することなく運転を継続できる
。

インバータ装置の異常部分が排除されれば、前記の誘導
電動機はその電源を商用電源から再びインバータ装置へ
戻すのであるが、この場合にも電動機の停止は許されな
いので、運転状態のままで電源を切換えなければならな
い、そこで誘導電動機を駆動中の商用電源にこのインバ
ータ装置を並列に接続したのち、商用電源を遮断すれば
、電動機駆動電源は商用電源からインバータ装置へ円滑
に切換えることができる。

しかかしながら、インバータ装置を商用電源に並列に接
続するには、まず両者の同期状態すなおち電圧の一致と
周波数の一致、ならびに位相の一致を検出しなければな
らないが、この同期検出のための装置は複雑かつ高価で
ある欠点を有する。

そこで商用電源により運転中の電動機の電源をインバー
タ装置に切換える場合に、先ず商用電源を遮断してこの
電動機を自由回転にし、この電動機が保有するはずみ車
効果によりその速度があまり低下しないうちにこの電動
機をインバータ装置に結合して、これが出力する交流で
運転を継続させる方式が採用されるようになった。

（発明が解決しようとする問題点〕 ところで、商用電源を遮断することで自由回転中の誘導
電動機にインバータ装置からの交流を与えて駆動を再開
する場合に、インバータ装置が出力する交流の周波数と
、当該誘導電動機の運転再開時点における速度に対応し
た周波数とが一致していないと、不具合を生じることと
なる。すなわちインバータ装置の出力周波数の方が高い
場合には、大きな過渡電流が電動機へ流れることになり
、過電流保護装置が作動して停止となる。またインバー
タ装置の出力周波数の方が低い場合には電動機側から逆
電力が流入して電圧を異常に上昇させることになり、過
電圧トリップにより、やはり装置は停止してしまう。

すなわち電動機は自由回転期間中にその速度を減少させ
ているので、電源が切換わって運転を再開するときに、
この電動機の速度が正確に把握されていることが肝要で
ある。そこで、電動機速度を検出するために速度発信機
を結合するのであるが、そのために電動機は非標準のも
のとなり、かつ高価な速度発信機を使用するなど、コス
トを上昇させる要因が多くなって不都合である。そこで
速度発信機を使用せず、自由回転している誘導電動機の
電機子に残留している電圧の周波数を検出する方法もあ
るが、この残留電圧周波数検出装置は複雑であり、かつ
高価になる欠点を有している。

そこでこの発明の目的は、商用電源で駆動されている交
流電動機を、可変速駆動が可能な電圧形インバータにそ
の電源を切換えるにあたって、高価な電動機速度検出手
段を使用することなしに、円滑に切換えができるような
制御回路を設けることにある。

〔問題点を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、この発明の制御回路は、
周波数設定手段が出力する周波数指令値に対応した周波
数と振幅の電圧指令値を出力する電圧指令手段と、交流
電動機の電圧を検出する電圧検出手段と、これら電圧指
令値と電圧検出値との偏差を零にする制御信号を出力す
る電圧調節手段とにより、所望の電圧と周波数の交流を
出力する電圧形インバータと商用電源とを備え、前記交
流電動機がこの商用電源で運転中に電源切換指令により
当該商用電源を遮断して電動機を自由回転とし、前記電
圧検出手段が検出する当該交流電動機の残留電圧が所定
値以下になれば、前記電圧形インバータが出力する交流
により運転を再開させている装置において、前記商用電
源の遮断と同時に前記周波数指令値をこの商用電源の周
波数値に維持する周波数指令保持手段と、商用電源の遮
断と同時に前記電圧指令値の振幅を零にし、前記残留電
圧が所定値以下になってから一定時間経過後に、この電
圧指令値を緩やかに回復させる限時手段と第１の緩復帰
手段と、商用電源の遮断と同時に前記電圧調節手段の出
力を零にし、前記残留電圧が前記と同じ所定値以下にな
ればこの電圧調節手段の出力を暖やかに回復させる第２
の緩復帰手段と、前記第１１ｙ＆復帰手段により電圧指
令値の振幅が増大する際に前記交流電動機の電流を検出
して前記周波数指令値を交流電動機の速度に対応した周
波数値に変更させる周波数変更指令手段とを備えるもの
とする。

〔作用〕

この発明は、商用電源で運転中の交流電動機を、可変電
圧・可変周波数の交流を出力する電圧形インバータにそ
の電源を切換えるにあたって、まず商用電源を遮断して
この電動機を自由回転状態にするのであるが、このとき
の電圧形インバータの周波数指令値は商用電源の周波数
と同じ値のままで、電圧指令値の振幅量と電圧調節手段
の出力とは零にし、この電動機の残留電圧が所定値以下
に減少した時点で電圧調節手段の出力を謹復帰させ、か
つ当該電圧形インバータと交流電動機とを結合するとと
もに、この時点から一定時間経過後に電圧指令値の振幅
量を緩復帰させ、そのときに電動機に流れる電流を検出
して周波数変更手段に作用させることで、周波数指令値
をそのときの電動機速度に適合した値に変更させるよう
にして、商用電源から電圧形インバータへの電源切換え
に伴う交流電動機の運転再開を円滑に行うものである。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例を示す制御ブロック図である。

この第１図において、誘導電動機ｌＯを可変速運転させ
るために、トランジスタで構成された電圧形のパルス幅
変調インバータ（以下ではＰＷＭインバータと略記する
）９が設けられているが、このＰＷＭインバータ９へ直
流電力を供給する整流器と、この整流器が接続されてい
る商用電源の図示は省略している。

電圧形インバータの制御の基本部分は、第１図に図示の
実施例回路のうちの周波数設定器１１加減速度演算回路
２、正弦波発生回路３、関数発生回路４、乗算回路５、
電圧調節回路６、キャリヤ発生回路７、変調回路８およ
び電圧検出回路１１で構成されている。

すなわち周波数設定器１からの出力を加減速度演算回路
２により、所定の変化速度で変化する周波数指令値に変
換している。この周波数指令値は、正弦波発生回路３と
関数発生回路４ならびに乗算回路５により構成されてい
る電圧指令手段に入力されるのであって、正弦波発生回
路３はこれの入力信号に比例した振幅が１なる正弦波信
号を出力し、関数発生回路４では、これの入力信号に対
してあらかじめ定められた関数関係にある電圧指令値の
振幅が作られるので、乗算回路５において両者を掛は合
わせることにより、周波数指令値に対応した電圧指令値
が得られる。一方、誘導電動機１０の端子電圧から電圧
検出回路１１を介して電圧検出値が得られるので、これ
ら電圧指令値と電圧検出（直との偏差を演算し、この演
算結果を電圧調節回路６へ入力させると、この電圧調節
回路６は入力偏差を零にするべきＰＷＭインバータ９の
電圧指令信号を出力する。この電圧指令信号と、キャリ
ヤ発生回路７から出力されるキャリヤ信号とを変調回路
８へ導いてパルス幅変調することにより、ＰＷＭインバ
ータ９を構成している各トランジスタを順次オン・オフ
動作させるためのパルス列信号が作り出される。よって
このパルス列信号により、ＰＷＭインバータ９からは、
所望の電圧と周波数の交流を出力することができる。

本発明においては、上述の電圧形インバータの基本回路
に、周波数指令保持回路２１、変流器２２、周波数変更
回路２３、停電検出回路３１、残留電圧設定器３２、残
留電圧検出回路３３、論理回路３４、タイマ３５、第１
１１復帰回路３６、第２緩復帰回路３７および乗算回路
３８が付加されることにより、第１図に示す実施例回路
が構成されるので、この第１図により本発明の内容を以
下に説明する。

電源切換回路１６の接点１６Ａを閉、接点１６Ｂを開に
しておけば、誘導電動機１０は商用電源１５に接続され
るので、この商用電源１５の周波数に対応した速度でこ
の誘導電動機１０は運転している。

ここで電源切換指令が発令されると、図示していない制
御シーケンスに従って、電源切換回路１６の接点１６＾
が開路するので、誘導電動機１０は駆動電力が遮断され
、自由回転状態になるので、この電動機ｌＯが保有して
いるはずみ車効果に従って徐々にその速度を低下させる
ことになる。またこの接点１６Ａの開路に引続いて接点
１６Ｂが閉路してＰＷＭインバータ９が誘導電動機ｌＯ
に接続されるのであるが、このとき、当１亥ＰＷＭイン
バータ９を構成しているトランジスタのベースが遮断さ
れているので、誘導電動機１０は依然として自由回転を
継続することになる。

上述の電源切換指令は、同時に切換信号検出回路３１に
も入力され、この切換え信号検出回路３１から論理回路
３４を介して出力される切換信号がＰＷＭインバータ９
に与えられて、前述したようにベース遮断によりその主
回路出力をオフ状態にしているのであるが、これと同時
に周波数指令保持回路２１を介して加減速度演算回路２
へ、その時点における周波数指令値、すなわち商用電源
１５の周波数と同じ値を維持するべき指令が与えられる
。

さらに論理回路３４から出力される切換１３号は、タイ
マ３５を経て第１緩復帰回路３６へ入力されてその出力
を零にするので、加減速度演算回路２からは商用電源１
５の周波数と同じ値の周波数指令値が出力されているに
も拘らず、電圧指令値の振幅量は零となる。さらに論理
回路３４がら出力される切換信号は、第２緩復帰回路３
７へも与えられてその出力を零にするので、電圧調節回
路６の出力にオフセットがあっても、乗算回路３８を介
して出力される電圧指令値は零である。

残留電圧検出回路３３は、電圧検出回路１１から出力さ
れる電圧検出値と、残留電圧設定器３２で設定される値
とを比較することで、自由回転中の誘導電動機１０の残
留電圧が所定値以下であるか否かを判断している。また
論理回路３４は、この残留電圧検出回路３３が出力する
信号と、切換信号検出回路３１が出力する信号とを入力
し、切換指令発令と同時にたとえば切換信号として論理
り信号を出力し、電源切換回路１６による切換動作が完
了し、かつ残留電圧が前記の残留電圧設定器３２の設定
値以下になったときに論理Ｈ信号を出力するように回路
が構成されている。

電源切換回路１６による電源切換が完了したとき、自由
回転中の誘導電動機１０に残留していた電圧が減衰して
前述の設定値以下になれば、論理回路３４の出力は論理
り信号から論理Ｈ信号に切換わるので、トランジスタの
ベース遮断は解除され、これにより誘導電動機１０はＰ
ＷＭインバータ９に結合されるが、この論理Ｈ信号によ
り第２緩復帰回路３７の出力は零が解除されて、その出
力を所定の変化率で上昇させる。またタイマ３５を介し
て第１１３！復帰回路３６へも論理Ｈ信号が与えられる
ので、タイマ３５で設定された時間を経過したのちに、
第１１１復帰回路３６の出力も零から所定の変化率で上
昇する。

すなわち自由回転中の誘導電動機１０の残留電圧がほぼ
零に近い設定値以下になることで論理回路３４から論理
Ｈ信号が出力されると、ＰＷＭインバータ９のベース遮
断は解除されて誘導電動機ｌＯとが結合されるが、この
ときのＰＷＭインバータ９の出力は零であり、誘導電動
機１０は依然として自由回転しつつその速度を徐々に低
下させている。ここでタイマ３５の設定時限を経過する
と、第１！１復帰回路３６の出力が上昇を開始するので
、電圧指令値の周波数は従前通りであるが、その振幅量
が零から増大を開始する。すなわちＰＷＭインバータ９
からは、低電圧で誘導電動８１１０の速度に対応したよ
りも高い周波数の交流を出力することになるので、この
誘導電動機１０へ電流が流れるが、ＰＷＭインバータ９
の出力電圧が十分に低いことから、過大電流になるおそ
れはない。

変流器２２はこの電流を検出し、周波数変更回路２３を
介して加減速度演算回路２へ周波数指令値の変更（実際
には周波数指令値の低減）を指令する。これにより周波
数指令値が変化して、ＰＷＭインバータ９からは、その
時点における誘導電動機１０の速度に適合した周波数の
交流が出力され、さらに電圧もこの周波数と関連した値
まで上昇するので、正常な運転状態への回復が完了する
。

第２図は第１図に示す実施例回路における各部の動作を
あられした動作波形図であって、第２図（イ）は電源切
換回路１６による切換動作を、第２図（ロ）はＰＷＭイ
ンバータ９のベース遮断の動作を、第２図（ハ）は電圧
調節回路の零すミシタの状況を、第２図（ニ）は電圧指
令値の振幅量の変化を、第２図（ホ）はＰＷＭインバー
タ９の周波数ｆと誘導電動機１０の速度Ｎの変化を、第
２図（へ）は電圧検出回路１１の出力値の変化を、第２
図（ト）は誘導電動機ｌＯの電流の変化を、それぞれあ
られしている。

この第２図において、ｔ、なる時刻に電源を切換える切
換指令の発令と同時に、電源切換回路１６の閉路してい
た接点１６＾が開路し、電圧調節回路６の出力は零、電
圧指令値の振幅量も零、電動機電流も零となり、電動機
速度Ｎは自由回転によりその速度を低下する。ｔｌなる
時刻に接点１６Ｂが閉路して電源切換動作が完了し、さ
らに（、なる時刻に残留電圧が設定値以下になると、イ
ンバータのベース遮断ならびに電圧調節回路の零すミッ
・夕が共に解除される。この時刻ｔ３からタイマ３５に
よる時限を経過後の時刻む、に、電圧指令値の振幅量が
零から増加を開始し、そのために電動機に電流が流れて
インバータ周波数ｒを電動機速度Ｎに適合するところま
で低下させて、インバータ引込みを完了させる。この引
込みを完了した時点ｔ４から当該誘導電動機１０の加速
を開始し、ｔｓなる時刻に所望の速度に到達して加速が
完了となる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、商用電源により駆動されている交流
電動機を、可変電圧・可変周波数の交流を出力する電圧
形インバータにその電源を切換えるにあたって、先ず商
用電源を遮断してこの交流電動機を自由回転状態にさせ
るのであるが、インバータの電圧指令値の周波数は商用
電源の周波数値のままで振幅量のみ零にするとともに、
電圧調節手段の出力も零にしておき、電源がこの電圧形
インバータ側に切換った時に電動機の残留電圧が所定値
以下になっていれば、電動機とこの電圧形インバータと
を結合するとともに電圧調節手段の出力零を解除し、さ
らに電圧指令値の振幅量を零から徐昇させ、そのときの
電動機電流で当該電圧形インバータが出力する交流の周
波数を、その時点における電動機速度に適合した値に低
下させることでこの電動機を引入れることにより、電源
切換後の電動機運転を再開させるのであるが、従来使用
していた高価で大きな占有場所を必要とする速度発信機
、あるいは、複雑で高価な残留電圧の周波数検出手段を
不要にすることで、装置のコストを低減し、小形化に寄
与できる効果を発揮するとともに、運転再開時に異常電
流・異常電圧を生じることなく、円滑な運転再開ができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す制御ブロック図であり、
第２図は第１図に示す実施例回路における各部の動作を
あられした動作波形図である。 ｌ・・・周波数設定器、２・・・加減速度演算回路、３
・・・正弦波発生回路、４・・・関数発生回路、５・・
・乗算回路、６・・・電圧調節回路、７・・・キ中リヤ
発生回路、８・・・変調回路、９・・・ＰＷＭインバー
タ、１０・・・誘導電動機、１１・・・電圧検出回路、
１５・・・商用電源、１６・・・電源切換回路１．１６
Ａ、　１６Ｂ・・・接点、２１・・・周波数指令保持回
路、２２・・・変流器、２３・・・周波数変更回路、３
１・・・切換信号検出回路、３２・・・残留電圧設定器
、３３・・・残留電圧検出回路、３４・・・論理回路、
３５・・・タイマ、３Ｇ−・・第１ＥＩ復帰回路、３７
川第２１１復帰回路、３８−・・乗算回路。 ￥　２　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）周波数設定手段が出力する周波数指令値に対応した
   周波数と振幅の電圧指令値を出力する電圧指令手段と、
   交流電動機の電圧を検出する電圧検出手段と、これら電
   圧指令値と電圧検出値との偏差を零にする制御信号を出
   力する電圧調節手段とにより、所望の電圧と周波数の交
   流を出力する電圧形インバータと商用電源とを備え、前
   記交流電動機がこの商用電源で運転中に電源切換指令に
   より当該商用電源を遮断して電動機を自由回転とし、前
   記電圧検出手段が検出する当該交流電動機の残留電圧が
   所定値以下になれば、前記電圧形インバータが出力する
   交流により運転を再開させている装置において、前記商
   用電源の遮断と同時に前記周波数指令値をこの商用電源
   の周波数値に維持する周波数指令保持手段と、商用電源
   の遮断と同時に前記電圧指令値の振幅を零にし、前記残
   留電圧が所定値以下になってから一定時間経過後に、こ
   の電圧指令値を緩やかに回復させる限時手段と第１の緩
   復帰手段と、商用電源の遮断と同時に前記電圧調節手段
   の出力を零にし、前記残留電圧が前記と同じ所定値以下
   になればこの電圧調節手段の出力を緩やかに回復させる
   第２の緩復帰手段と、前記第１緩復帰手段により電圧指
   令値の振幅が増大する際に前記交流電動機の電流を検出
   して前記周波数指令値を交流電動機の速度に対応した周
   波数値に変更させる周波数変更指令手段とを備えている
   ことを特徴とする電圧形インバータの制御回路。