JPH03253222A - 電圧形インバータの出力短絡検出方法 - 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） 本発明は、交流電動機等を能動する電圧形インバータに
おいて、その電力変換用半導体素子として、例えばバイ
ポーラトランジスタやＩＧＢＴ（絶林ゲート形バイポー
ラトランジスタ）等の自己消弧素子を用いた電圧形イン
バータの出力短絡検出方法に関する。

（従来の技術） 第４図は上記自己消弧素子を用いた公知の三相電圧形イ
ンバータを示している。なお、同図においては、直流中
間回路のコンデンサ等の図示を省略しである。

同図において、１ｏはブリッジ接続された自己消弧素子
１１ａ〜Ｉｌｆを用いた三相インバータ主回路、１２は
直流電源、１３．１４は電流検出器（以下、ＣＴという
）、１５は制御装置、１６は負荷としての誘導電動機で
ある。このような三相インバータの制御方法としては、
ＰＷＭ制御が一般に使われている。

このＰＷＭ制御では、制御装ｆｉ１５からインバータを
構成する自己消弧素子１１ａ＝１１ｆに点・消弧パルス
を与えてこれらをオン、オフさせ、インバータの出力電
圧の大きさ並びに周波数を制御している。

第５図は上記点・消弧パルスであるＰＷＭパルスの演算
方法を示している。この図は主回路１ｏの中の１アーム
（直列接続された自己消弧素子の−方）に与えるＰＷＭ
パルスの演算方法を示している。すなわち、ＰＷＭパル
スの演算は、例えば正弦波であるインバータ出力電圧基
準信号と変調信号である三角波の大きさとを比較して、
正弦波が大きい範囲では自己消弧素子をターンオン（点
弧）させるオン信号を出力させ、三角波が大きい範囲で
は自己消弧素子をターンオフ（消弧）させるオフ信号を
出力させる。このオン、オフ信号を上アームの素子に与
えると共に、この信号の反転信号を下アームの素子に与
えて上下の素子を交互にオン。

オフさせることにより、インバータのＰＷＭ制御が行な
われる。

ところで、このような三相インバータにおいて、インバ
ータの出力側で何らかの原因によって過電流故障が発生
した場合に、自己消弧素子を破壊せずに保護することが
重要である。従来の過電流保護方法としては、第４図に
示すように主回路１０の出力側にＣＴ１３．１４を取り
付け、その出力を制御装置１５に入力している。そして
、この制御袋９１１５では、　ＣＴ１３．１４による電
流検出値が故障レベルに達しているか否かを判断してイ
ンバータの停止などの指令を出力している。

（発明が解決しようとする課題） インバータの過電流故障の中で、主回路の電力変換素子
の破壊につながる重大な故障として、出力短絡事故があ
る。この事故は、インバータの出力線同士が配線作業の
ミスや断線等によって短絡した状態でインバータを運転
した場合に起こる。

例えば、第６図に示すように、主回路１０の出力側の箇
所ａにおいて短絡が生じると、自己消弧素子１１ａ、ｌ
ｉｅによって電源短絡が生じる。なお、図中、ｂは短絡
電流経路である。

ここで、インバータ起動時のＰＷＭパルスは。

基準信号の振幅が小さいためオン、オフ期間がほぼ等し
いパルスとなる。第７図（ａ）はインバータ起動時の各
相基準信号及び変調信号を、同図（ｂ）はこのときの各
相ＰＷＭパルス及び短絡電流の関係を示しており、上下
アーム各相（Ｕ−Ｗ相、Ｘ〜Ｚ相とする）の自己消弧素
子１１ａ〜１１ｅに対するＰＷＭパルスはオン、オフ期
間がほぼ等しくなっている。

そして、前述の電源短絡によって生じる短絡電流は図示
するように非常に幅の狭い電流であるため、主回路１０
の出力側に取り付けられたＣＴ１３゜１４がこの電流を
検出できないという問題が生じる。

このように短絡電流を検出できなければ前述したような
従来の過電流保護機能が働かず、この短絡電流によって
主回路素子が破壊してしまうという大きな問題につなが
る。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、
その目的とするところは、インバータの起動時における
出力短絡を確実に検出して自己消弧素子等の主回路素子
を保護するようにした電圧形インバータの出力短絡検出
方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明ではインバータの起
動時に出力側の短絡状態を検出する期間を設けることと
した。

すなわち本発明は、主回路の電力変換素子として自己消
弧素子を用いた電圧形インバータにおいて、前記インバ
ータの起動時に前記主回路上下アームの特定の自己消弧
素子を導通させて前記インバータの出力側に短絡検出電
流を流し、この短絡検出電流の大きさにより前記インバ
ータの出方短絡を検出するものである。

（作用） 本発明においては、インバータを起動する手順としてま
ず出力短絡を検出する期間を設定する。

この期間では、インバータの特定の自己消弧素子に所定
のパルスを与えてこれをオンさせ、インバータの出力側
に一定方向の短絡検出電流を流す。

このとき出力短絡が生じていれば過電流設定レベル以上
の電流が流れるので、短絡故障と判断してインバータを
運転せずに停止させて素子破壊を防ぐ。つまり、本発明
では自己消弧素子に予め設定された固定パルスを与えて
一定方向の短絡検出電流を流し、ＣＴを介して短絡を確
実に検出することにより主回路素子の保護機能を働かせ
るものである。

（実施例） 以下、図に沿って本発明の詳細な説明する。

まず、第１図は、本発明における短絡検出期間Δｔを作
るための自己消弧素子に与える固定パルスの演算方法を
示している。インバータの起動時においては、図示する
ように各相基準信号は正弦波ではなく、一定の直流電圧
となっている。この基準信号と変調信号である三角波と
の大小比較を行なうことにより、第１図に示すような各
素子１１ａ〜ｌｌｆに対する固定パルスを発生させ、こ
れらを各素子１１ａ〜ｌｌｆに与える。

第２図は本発明が適用される三相電圧形インバータの回
路図であり、その構成は第４図と同一であるため各構成
要素には同一の番号を付して詳述を省略する。第２図に
は、前述の固定パルスを与えた場合における短絡検出期
間Δを内の短絡検出電流経路ｂ′が示されている。すな
わちこの短絡検出電流は、第１図に示した各相のパルス
のうちで、上下アームの素子双方にパルスが与えられる
期間（例えば素子１１ａ　、　ｌｉｅ　、　ｌｌｆにパ
ルスが与えられる期間）Δｔについてのみ上記経路ｂ′
を流れる。この経路ｂ′によれば、短絡検出電流が主回
路１０の出力側のＣＴ１３．１４を必ず流れるため、イ
ンバータの出力短絡を確実に検出することができる。

なお、上記短絡検出期間Δｔは、自己消弧素子が短絡破
壊に耐えうる時間内であって、しかもＣＴ１３．１４が
電流を検出できるような十分な時間に設定されている。

次に、第３図は本発明が適用される三相電圧形インバー
タの他の回路構成を示している。第２図と異なるのはイ
ンバータの直流側にＣＴ２Ｏを般けた点であり、その他
は同一の構成であるため同一番号を付して説明を省略す
る。

この構成においても、第１図に示した固定パルスを各素
子１１ａ〜Ｉｌｆに与えることにより短絡検出期間Δｔ
が設けられ、インバータの出力短絡を確実に検出できる
と共に、インバータの内部で生じた短絡（例えば上下ア
ームの素子の一方が破壊した状態で、正常な素子をオン
させた場合に生じる短絡）も確実に検出することができ
、正常な素子の破壊を未然ｔ；防ぐことができる。

なお、本発明は原理上、単相インバータにも適用可能で
ある。

（発明の効果） 以上のように本発明は、インバータの起動時に所定の短
絡検出期間を設けて出力短絡を検出するものであるから
、大幅な回路を追加することなく制御装置の動作を変更
するだけで出力短絡を確実に検出することができ、イン
バータの短絡事故時における主回路素子の破壊を未然に
防ぐことができる。また、必要に応じて主回路内部の短
絡をも検出可能である等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の一実施例を示すもので、
第１図は自己消弧素子に与える固定パルス及び短絡検出
期間の生成方法を示す波形図並びにタイミングチャート
、第２図及び第３図はこの実施例が適用される三相電圧
形インバータの回路図、第４図ないし第７図は従来の技
術を説明するためのもので、第４図は三相電圧形インバ
ータの回路図、第５図はＰＷＭパルスの演算方法を説明
するための波形図、第６図は出方短絡時の三相電圧形イ
ンバータの回路図、第７図（ａ）はインバータ起動時の
各相基準信号と変調信号との関係を示す波形図、同図（
ｂ）はＰＷＭパルスと短絡電流との関係を示すタイミン
グチャートである。 １０・・・三相インバータ主回路 １１ａ〜ｌｌｆ・・・自己消弧素子

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 主回路の電力変換素子として自己消弧素子を用いた電圧
   形インバータにおいて、 前記インバータの起動時に前記主回路上下アームの特定
   の自己消弧素子を導通させて前記インバータの出力側に
   短絡検出電流を流し、この短絡検出電流の大きさにより
   前記インバータの出力短絡を検出することを特徴とする
   電圧形インバータの出力短絡検出方法。