JPH0350510B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は電圧形インバータに係り、特に交流電
源の瞬時停電（以後、瞬停とする）の場合に、安
全に運転が継続できるPWM制御による電圧形イ
ンバータに関する。

（従来の技術） 第１図は従来のPWM制御による電圧形インバ
ータの構成図である。

第１図の従来装置において、交流電源１から供
給される交流電圧は整流器２により直流電圧に変
換され、コンデンサ３により平滑化されてインバ
ータブリツジ４に供給される。インバータブリツ
ジ４はトランジスタ４１〜４６とダイオード４１
Ａ〜４６Ａから成り、ベース駆動回路１７の信号
によりトランジスタ４１〜４６がスイツチング制
御され直流電圧を第２の交流電圧に変換して電動
機５を駆動する。

ベース駆動回路１７は、インバータの制御回路
１４の出力によりトランジスタ１６が駆動され、
パルストランス１５を介した信号で制御される。

インバータの制御回路１４と、パルストランス
１５、トランジスタ１６、ベース駆動回路１７よ
り成るインバータブリツジ駆動回路の制御電源
は、交流電源１から変圧器６を介して供給され、
整流器７により直流電圧を得て、大容量コンデン
サ８に電荷を蓄え、トランジスタ９、リアクトル
１０、コンデンサ１１、ダイオード１２から成る
チヨツパ回路と電圧制御回路１３により定電圧化
されて給電される。

尚インバータブリツジ駆動回路は１回路のみを
図示したが同様のものを６回路備えている。

第２図にインバータの制御回路１４の詳細図を
示す。第２図において、演算増幅器１０２，１０
３，１０４と、抵抗器１０１，１０６〜１０９
と、コンデンサ１１０と、調整抵抗器１０５と、
電圧制限回路１１４は加減速制限回路を構成して
いる。この加減速制限回路に周波数設定信号１０
０が入力され、その出力信号f^*が周波数基準信号
としてＶ／Ｆ変換器１１１と波形合成回路１１２
に入力される。一方、三角波発生器１１３からパ
ルス幅変調を行うための三角波信号e_tが波形合成
回路１１２に入力される。波形合成回路１１２
は、周波数基準信号f^*、三角波信号e_t及びＶ／Ｆ
変換器１１１の出力周波数f_sを入力としてインバ
ータブリツジ４の各トランジスタ４１〜４６の転
流期間を制御する。これにより、インバータ出力
周波数とインバータ出力電圧f^*に比例するように
PWM制御され電動機５の速度が制御される。

この様にインバータの出力電圧と周波数の比が
一定の関係にある制御を一般にＶ／Ｆ一定制御と
呼称している。

このような、従来のPWM制御による電圧形イ
ンバータにおいて、瞬停が発生したときの制御電
源の状態を第３図のタイムチヤートに示す。

時刻t₁において停電が発生し交流電圧V_ACが零
になると、コンデンサ８の充電々圧V_cdはその放
電特性により減少し始める。しかし、制御回路電
圧V_cはトランジスタ９、直流リアクトル１０、
コンデンサ１１、ダイオード１２から成るチヨツ
パ回路と電圧制御回路１３により定電圧制御され
ているので一定に保たれる。時刻t₂で復電して交
流電圧V_ACが復帰すると、コンデンサ８の電圧
V_cdも復帰しインバータ運転を継続することがで
きる。

（発明が解決しようとする課題） しかし、この従来の装置では、停電時間が長く
なるとコンデンサの電圧V_cdが制御回路電圧V_cよ
り低くなり、制御回路電圧V_cを一定の電圧に保
つことができなくなり制御回路が正常に動作しな
くなる。このために従来の装置では停電保証時間
は0.5秒程度以下に制限し、それ以上の停電時間
の場合は運転を停止する保護回路を設けている。

しかし、この様なPWM制御による電圧形イン
バータにより電動機を運転するシステムで瞬停が
発生した場合、電動機を停止させないで継続運転
させる要求がある。例えば上水道のポンプに応用
した場合、瞬停によりポンプの回転が止まり、水
が逆流すると、パイプに附着していた物質がはが
れ落ち、水がにごる事から、、電動機を運転継続
することが望まれる。

本発明の目的は、上記の点に鑑みてなされたも
のであり、停電時の制御電源を電動機の慣性エネ
ルギーを回生して供給し、このときの回生電圧を
一定に制御して長時間の停電時でも運転の継続を
可能とし、復電したときは安全に正規の運転に復
帰できるPWM制御による電圧形インバータを提
供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明は、第１の交
流電圧から直流電圧を得る電力変換手段と、前記
直流電圧をPWM制御により第２の交流電圧に交
換するインバータブリツジを備え、前記第２の交
流電圧の周波数を制御することにより電動機の速
度を調節する装置において、前記直流電圧の中間
電位を得る分圧手段と、この中間電位と前記イン
バータブリツジの少なくとも１相との間の第３の
交流電圧を供給源とする制御電源と、前記第１の
交流電圧の喪失が検出されたとき、前記第３の交
流電圧が一定となるように前記周波数を制御する
電圧制御手段を設け、停電時に、制御電源を電動
機の慣性エネルギーを回生電圧として供給するよ
うに構成したPWM制御による電圧形インバータ
である。

（作用） 上記構成とすることにより、停電時において
も、前記第３の交流電圧は、インバータ出力電圧
及び周波数に影響されない一定波高値の短形波で
得られ、制御電源を得ることができ長時間の停電
時でも運転を継続することが可能となる。

（実施例） 本発明のPWM制御による電圧形インバータの
一実施例を第５図に示す。

同図において、第１図と重複する部分には同一
符号を記して、その説明は省略する。

第５図中、１４Ａはインバータの制御回路、２
０ａ〜２０ｅ，２５ａ〜２５ｅは単相全波の整流
器、２１ａ〜２１ｅは平骨のためのコンデンサ、
２２は制御回路電圧を安定化する定電圧制御回
路、２４ｂ〜２４ｄはトランジスタ４１，４３，
４５を駆動するベース駆動回路、２４ｅはトラン
ジスタ４４，４６，４２を駆動するベース駆動回
路、２７は交流電源１の停電（第１の交流電圧の
喪失）を検出するための電圧検出回路、２８は回
生電圧（第３の交流電圧）を検出するための電圧
検出回路、３１，３２は直流側中性点電位を決め
るコンデンサ（分圧手段）、２６はその中性点電
位とインバータブリツジ４の交流側の一端子より
PWM制御による交流電圧を入力し、停電中の制
御電源を得る変圧器である。

第６図は、第５図におけるインバータの制御回
路１４Ａ、電圧検出回路２７，２８の詳細図であ
る。同図中１１５ａ，１１５ｂはスイツチ駆動回
路１１７によつて開閉するスイツチ、１１８は回
生電圧を一定に制御するための電圧制御増幅器
（電圧制御手段）、２７０，２８０は整流器、２７
１，２８１はコンデンサ、２７２，２８２は抵抗
器、２７３は所定の電圧以下になつたことを検出
する電圧比較器である。

このように構成された本実施例の作用につい
て、以下に説明する。

周波数設定信号１００が入力されると、その値
に応じて周波数基準信号f^*が定まり、波形合成回
路１１２は従来と同様にPWM信号を出力し、各
ベース駆動回路２４ｂ〜２４ｅを介してインバー
タブリツジ４がPWM制御される。これにより整
流器（電力変換手段）２で得られた直流電圧はf^*
に応じた交流電圧（第２の交流電圧）に変換され
電動機５が駆動される。

第４図ａは、インバータブリツジ４のＵ相とＶ
相のPWM制御を示したものである。この図で示
したe_U及びe_Vは、周波数基準信号f^*とＶ／Ｆ変換
器１１１の出力信号f_Sから波形合成回路１１２の
内部で得られ、三角波信号e_tと比較されてPWM
信号が出力される。

その結果、インバータブリツジ４の交流側のＵ
相及びＶ相端子と直流側中性点電位との間の電圧
は第４図ａのV_U-O及びV_V-Oに示す電圧波形とな
り、Ｕ相とＶ相の線間電圧波形は同図のV_U-Vに
示す様に周知のPWM制御された電圧波形とな
る。また、f^*が変化（増減）すると、信号e_U、e_V
のスライスレベルもそれに比例する様に制御さ
れ、V_U-Vの電圧波形は波高値は変わらず電圧の
パルス幅が変化（増減）し、PWM制御による
Ｖ／Ｆ制御が行なわれる。f^*の値が零、即ちイン
バータ周波数が零となつたときV_U-Oは第４図ｂ
に示す様に正負対称の電圧波形となる。

本発明は、インバータブリツジ４の交流出力端
子と直流側中性点との間の電圧がインバータ出力
電圧や周波数にほとんど影響を受けない波高値の
交流電圧であることを利用している。

以下、瞬停時の作用について説明する。

交流電源１が正常のとき、インバータの制御回
路１４Ａと各ベース駆動回路２４ｂ〜２４ｅの制
御電源は変圧器６と各整流器２０ａ〜２０ｅから
供給されて運転を行う。ここで、瞬停が発生する
と変圧器６及び各整流器２０ａ〜２０ｅを介して
供給されていた電力が零となる。しかしこのと
き、インバータブリツジ４の交流側のＵ相端子と
直流側中性点との間の電圧V_U-Oが変圧器２６及
び各整流器２５ａ〜２５ｅを介して制御電源とし
て供給される。従つてインバータの制御回路１４
Ａ及び各ベース駆動回路２４ｂ〜２４ｅは継続し
て運転することが可能である。

また瞬停が発生すると、電圧検出回路２７から
停電を知らせる検出信号がインバータの制御回路
１４Ａに入力され、Ｖ／Ｆ制御から定電圧制御に
切換えられ、電圧検出器２８によつて検出される
変圧器２６の１次側電圧、即ちV_U-Oの回生電圧
が一定となる様に制御される。

すなわち、停電の検出信号により、第６図に示
すスイツチ１１５ａが閉じられて増幅器１０２の
出力が零とされ周波数設定信号１００が無効にさ
れる。また、同時にスイツチ１１５ｂが閉じられ
て増幅器１１８の出力信号が抵抗器１１６を介し
て増幅器１０３に入力され、増幅器１１８により
電圧基準信号１２０と電圧検出回路２８で検出さ
れる回生電圧V_U-Oが比較され、その偏差値が零
となるようにインバータの周波数基準f^*が制御さ
れる。

この切換制御について詳述する。

交流電源１が正常な状態で一定の周波数で運転
を行つている定常時は、増幅器１０２の入力信号
はほゞ零となりその出力信号もほゞ零となつてい
る。このとき増幅器１０３の出力信号はコンデン
サ１１０の充電々荷により出力電圧を保持した状
態となつている。

この状態で瞬停が検出されると、スイツチ１１
５ａが閉になることにより増幅器１０２の出力信
号は強制的に零とされるのが、元々零に近い信号
で運転しておりこの事による過渡的な周波数変化
は発生しない。また、瞬停時にコンデンサ３の充
電々荷が電動機５の駆動エネルギーとして放電す
るとその電圧は急速に源少しようとする。しか
し、瞬停を検出したとき、同時にスイツチ１１５
ｂが閉となり、電圧制御増幅器１１８の出力信号
により周波数が減少する方向に制御される。即
ち、コンデンサ３の電圧は電圧検出器２８によつ
て検出され、この検出信号が電圧基準信号１２０
より低くなると電圧制御増幅器１１８の出力信号
が周波数基準信号f^*を減少させる方向に作用す
る。従つてインバータ周波数が減少し回生運転モ
ードとなり、前述の様に電動機５の慣性エネルギ
ーが回生され、コンデンサ３の電圧は所定の電圧
以下に低下せず一定の値に制御される。

電圧V_U-Oは前述の第４図ａに示した電圧波形
であり、その波高値はコンデンサ３の充電々圧に
よつて決まる。従つて停電期間中の変圧器２６の
一次電圧を制御することはコンデンサ３の充電々
圧を一定に制御することになる。またコンデンサ
３の放電々流は、変圧器２６の１次巻線に供給す
る電力でほゞ決まるので、その電力に相当する分
だけ電動機５の慣性エネルギーを回生して電力補
給する様に制御される。

電動機５の速度が低下するとその誘起電圧も低
下するのでインバータブリツジ４は昇圧チヨツパ
として作用し電力回生運転が行なわれる。

即ち電動機５の各相Ｕ、Ｖ、Ｗに直列に有する
図示しない等価漏れリアクタンスを利用し、イン
バータブリツジ４の各トランジスタ４１〜４６の
スイツチング動作によつて電動機５の端子を短絡
して等価漏れリアクタンスに短絡電流を流した
後、直ちに開放し、ダイオード４１Ａ〜４６Ａを
介してコンデンサ３にパルス状の充電々流を流
し、電力回生を行なう。この電力回生動作は周知
である詳細説明は省略する。

上述の様に、コンデンサ３の充電々圧が停電期
間中も一定に制御され、変圧器２６の１次側電圧
も一定に保たれる。従つて電力回生が可能な慣性
エネルギーが存在する限り、運転の継続が可能と
なる。また復電すると電圧検出回路２７によつて
交流電源１が正常に戻つたことが検出され、イン
バータの制御回路１４Ａの定電圧制御は元のＶ／
Ｆ制御に切換えられ、自動的に設定された周波数
まで加速され、正規の運転に復帰する。

第７図は第５図におけるベース駆動回路２４ｂ
〜２４ｅの１回路分の詳細図である。このベース
駆動回路２４ｂの電源はコンデンサ２１ｂの電圧
から供給され、インバータの制御回路１４Ａから
入力される信号によりフオトカプラ２４０がスイ
ツチオンされ、抵抗器２４１に発生する電圧でト
ランジスタ２４３がスイツチオンされ、抵抗器２
４２で限流された電流を流してインバータブリツ
ジ４のトランジスタ４１を駆動する。

第８図〜第１０図は本発明の他の実施例を示し
た図で、第８図は回生電圧の検出方法として、電
圧検出回路３８によりコンデンサ３の電圧を直接
検出する様に構成した場合を示す。

第９図は、第１図に示した従来の装置に対し本
発明を適用する場合を示したもので、変圧器２６
と整流器３７が本発明による追加用品である。

第１０図は、電動機の慣性エネルギーが所定の
値より小さくなる長時間の停電後に復電したと
き、本発明により自動的に再起動させる保護回路
である。同図に於て１２４は電圧比較器を示し、
電圧検出回路２８によつて検出される回生電圧が
所定の値以上であることを検出する。従つて停電
時に回生電圧が前記所定の値以下になると、OR
回路１２５の２つの入力共、“０”となりその出
力信号も“０”となる。このOR回路１２５の出
力信号をAND回路１２２に入力し、波形合成回
路１１２の出力信号をしや断する様に構成する。
これにより電動機５の慣性エネルギーが減少して
回生電圧が所定の値以下になるとインバータブリ
ツジ４の動作は安全に停止する。また、その後、
復電するとOR回路１２５の出力信号が“１”と
なりインバータブリツジは再起動する。従つて本
実施例によれば停電時の時間の制限は不要とな
る。

なお、以上の実施例では停電時における制御電
源を、直流電圧中性点とインバータブリツジ４の
１相間から得る例で示したが、インバータブリツ
ジ４の２相及び３相間の多相の交流電圧から得る
ようにすることも可能である。

また、以上の説明では、トランジスタを用いた
３相のインバータについて述べたが使用素子や相
数に無関係に本発明の適用が可能である。

〔発明の効果〕

以上説明の様に本発明によれば、瞬停による停
電中の制御電源を電動機の慣性エネルギーを回生
して制御電圧が一定電圧となる様に制御し、電動
機負荷の慣性の大きさに対応して長時間の停電時
間を保証したPWM制御による電圧形インバータ
を提供することができる。また電源電圧及び回生
電圧が所定の値以下のときインバータ動作を停止
させる保護回路を付加することにより停電、復電
時の停止、再起動を安全に行い、停電時間の制限
を無くして完全無人運転を可能としたPWM制御
による電圧形インバータを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のPWM制御による電圧形インバ
ータの構成図、第２図はその制御回路の詳細図、
第３図は第１図の動作説明図、第４図はPWM制
御による電圧形インバータの動作を説明するため
の波形図、第５図は本発明による一実施例を示す
PWM制御による電圧形インバータの構成図、第
６図及び第７図は上記実施例の制御回路及びベー
ス駆動回路の詳細図、第８図〜第１０図は本発明
の他の実施例を示し第８図は回生電圧を検出する
電圧検出回路、第９図は制御電源の構成図、第１
０図は保護回路である。 １……交流電源、２，７，２０ａ〜２０ｅ，２
５ａ〜２５ｅ……整流器、３，８，１１，２１ａ
〜２１ｅ，３１，３２……コンデンサ、４……イ
ンバータブリツジ、５……電動機、６，２６……
変圧器、９，１６，４１〜４６……トランジス
タ、１０……直流リアクトル、１２，４１Ａ〜４
６Ａ……ダイオード、１３……チヨツパ制御回
路、１４，１４Ａ……インバータの制御回路、１
５……パルストランス、１７，２４ｂ〜２４ｅ…
…ベース駆動回路、２２……定電圧制御回路、２
７，２８……電圧検出回路、１００……周波数設
定信号、１１１……Ｖ／Ｆ変換器、１１２……波
形合成回路、１１３……三角波発生器、１１４…
…電圧制限回路、１１５ａ，１１５ｂ……スイツ
チ、１１７……スイツチ駆動回路、１１８……電
圧制御増幅器、１２０……回生電圧基準信号、１
２４，２７３……電圧比較器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１の交流電圧から直流電圧を得る電力変換
   手段と、前記直流電圧をPWM制御により第２の
   交流電圧に変換するインバータブリツジを備え、
   前記第２の交流電圧の周波数を制御することによ
   り電動機の速度を調節する装置において、 前記直流電圧の中間電位を得る分圧手段と、こ
   の中間電位と前記インバータブリツジの少なくと
   も１相との間の第３の交流電圧を供給源とする制
   御電源と、前記第１の交流電圧の喪失が検出され
   たとき、前記第３の交流電圧と一定の基準電圧を
   比較して前記第３の交流電圧が一定となるように
   前記周波数を制御する電圧制御手段を設け、停電
   時に制御電源を電動機の慣性エネルギーを回正電
   圧として供給することを特徴とするPWM制御に
   よる電圧形インバータ。 ２ 前記第１項記載のものにおいて、前記インバ
   ータブリツジは、前記第１の交流電圧及び前記第
   ３の交流電圧のいずれかが所定の値以上のとき駆
   動信号有効とする機能を備え、長時間の停電で運
   転停止後に復電した場合でも安全に再起動を可能
   にしたことを特徴とするPWM制御による電圧形
   インバータ。