JPH0648909B2 - インバ−タ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はインバータ装置の再始動運転に関するものであ
り、特に入力電力の瞬時停電により正常な電力変換を続
けられない期間が生じても、復電後に再び運転を続行す
ることができる改良したインバータ装置を提供するもの
である。

〔発明の背景〕

インバータ装置の入力電力が瞬時的に停電するような場
合の再始動方式については、古くよりインバータ装置に
連結した交流電動機の端子電圧の周波数と位相を検出
し、この周波数と位相が一致するように、インバータ装
置内での電力変換動作を制御してゆくことが提案されて
いる。しかし、近年特に発展したＰＷＭ（Pulse Width
Modulation）制御のインバータ装置では、出力電流の歪
成分が非常に大きく、交流電動機に供給される電流位相
を正確に検出してゆくことが難しい。特に、出力電流の
検出回路、波形成形回路、ローパスフイルター回路など
が必要であり、制御装置が高価で複雑になつてしまう。

これに対し、再始動時に単にインバータ装置の出力電圧
を低下させる、いわゆるソフトスタート方式と呼ばれる
ものも提案されている。しかし、停電期間中インバータ
装置に連結した、例えば誘導電動機が慣性で運転（回
転）を続けている間は残留磁気による逆起電力が発生し
ているため、インバータ装置のインバータ部を構成する
スイツチング素子に点弧信号を与えると、逆起電力によ
りスイツチング素子が導通し、誘導電動機の巻線とスイ
ツチング素子を通る閉ループが形成されて大電流が流
れ、スイツチング素子を破壊してしまうことがあつた。
特にこのような傾向はＰＡＭ（Pulse Amplitude Modula
tion）制御のインバータ装置に強く表われる。また、最
近のＰＷＭ制御のインバータ装置では、出力波形を改善
する意味から１サイクル中のパルス数を増加させる傾向
にあり、このような点弧制御を行なうと、ソフトスター
トのため各点弧パルスのパルス幅を狭くしても、最初の
点弧パルスで導通したスイツチング素子が誘導電動機の
持つ逆起電力と誘導成分により、出力電流が消滅する前
に再び次の点弧パルスが与えられてしまい、結局、スイ
ツチング素子の導通状態が続き、これを破壊してしまう
ことになる。

あるいは、インバータ装置に誘導電動機を接続する場
合、停電が起きた所で、誘導電動機の端子間を短絡して
逆起電力を消費させた後に、再始動を行なうことも考え
られるが、これでは逆起電力を消費するために容量の大
きな抵抗器を用意しなければならず、また、誘導電動機
の回転も大きく低下してしまうためスムースな運転特性
を得られない難点がある。

〔発明の目的〕

そこで本発明は負荷として接続した交流電動機の逆起電
力が生じている場合にも、確実にインバータ装置の再始
動運転を行なつてゆくことができる改良したインバータ
装置を提供するものである。

〔発明の概要〕

すなわち本発明は、直流電力を入力し該直流電力を交流
電力に変換して交流電動機に供給する複数個のスイッチ
ング素子を備えたインバータ部と、前記各スイッチング
素子の導通、非導通を制御する為の点弧パターン信号を
発生する点弧パターン発生手段と、前記インバータ部で
正常な電力変換を行なえない異常状態が正常状態に復帰
したことに応じて、前記インバータ部の再始動指令信号
を前記点弧パターン発生手段へ出力する運転指令回路を
備えたインバータ装置において、 前記点弧パターン発生手段から発生する前記点呼パター
ン信号を、前記再始動指令信号に応答して、前記点弧パ
ターン信号の非出力期間が、前記インバータ部の出力電
圧位相と前記交流電動機の残留磁気による逆起電力の電
圧位相が同期していない非同期運転の際に生じる前記イ
ンバータ部の出力電流の消滅遅れ時間以上になるように
したものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を詳しく説明してゆく、第１図に
おいて、１は三相交流電源R,S.Tに接続したコンバータ
部であり整流変換した直流電力をインバータ部２に供給
している。インバータ部２は複数個のトランジスタ、あ
るいはサイリスタなどのスイツチング素子より構成さ
れ、直流電力を交流電力に変換し、例えば、誘導電動機
４に供給する。３，５は直流電力供給回路中に設けた平
滑コンデンサ、電流検出器である。６はインバータ装置
の出力周波数を設定する速度設定ボリユーム、７は誘導
電動機４の加減速特性に合わせて、速度設定ボリユーム
６の出力周波数指令信号の変化を緩やかにするためのラ
ンプ回路、８はランプ回路７よりの出力周波数指令信号
に応じて必要な出力電圧、出力周波数の比に応じた出力
電圧指令信号および出力周波数指令信号を出力する電圧
−周波数コンバータ、９は電圧−周波数コンバータ８よ
りの信号を受けてインバータ部２を構成するスイツチン
グ素子の点弧パターンを発生する点弧パターン発生器で
あり、一般的には三角波発生回路と正弦波発生回路、お
よび演算回路より構成する。すなわち、出力周波数指令
信号により三角波発生回路より発生される三角波の発振
周期が調整され、また、出力周波数指令信号により正弦
波発生回路の発振周期、合わせて、出力電圧指令信号に
より正弦波発生回路の発振振幅が調整される。さらに、
演算回路により、両発生回路の出力信号が合成され、必
要なＰＷＭ制御のための点弧指令信号が得られる。この
点弧指令信号はさらにドライブ回路１０により増幅さ
れ、インバータ部の各スイツチング素子に与えられる。
１１は過電流検出信号であり、電流検出器５よりの直流
供給電流に対応する電流信号を受け、インバータ装置が
過負荷、その他の異常状態となつたとき、ドライブ回路
１０に異常信号を発し、インバータ装置の運転を止める
ように働くものである。

このような構成はすでに公知であり、本実施例ではさら
に次のような構成に特徴がある。１２は運転指令回路で
あり、コンバータ部に供給される交流入力電圧を監視し
停電検出を行なう運転指令回路、１３は運転指令回路よ
り再始動指令信号を受けて出力期間のしだいに長くなる
再始動パターン信号を出力する再始動パターン発生器、
１４は再始動パターン発生器１３の再始動パターン信号
と、点弧パターン発生器９の点弧パターン信号とのＡＮ
Ｄ信号をドライブ回路１０に出力するＡＮＤ回路、１５
は再始動補償回路であり、停電中に低下してしまう誘導
電動機４の回転数に合わせて再始動時にインバータ装置
より給電される交流電力の出力周波数を補償するもので
ある。

さらに詳しく説明すると、運転指令回路１２は三相交流
電源Ｒ，Ｓ．Ｔの出力電圧を受けて電圧信号を得るため
の整流回路１２１、電圧信号がとだえたことを検出し運
転停止指令信号を出力する停電検出回路１２２、電圧信
号が再び回復したことを検出し再始動指令信号を出力す
る復電検出回路１２３、運転停止指令信号によりセツト
され再始動指令信号によりリセツトされるタイマ比較回
路１２４、ＡＮＤ回路１２５により構成される。すなわ
ち、タイマ比較回路１２４はタイマ部１２４ａで停電時
間を測定し、この測定結果があらかじめ定めた再始動運
転可能時間範囲内かどうかを比較部１２４ｂで比較し、
範囲内ならばＡＮＤ回路１２５を通して再始動指令信号
を再始動パターン発生器１３に出力し、逆に範囲外であ
れば再始動操作を行なわない、あるいは誘導電動機４の
停止後にインバータ装置の始動操作を行なうよう必要な
指令信号を発するものである。再始動補償回路１５はＧ
Ｄ^２設定ボリユーム１６を備え、停電期間中の誘導電動
機の運転速度の変化予測を行なう予測回路１５１、予測
回路１５１の予測速度より速度設定ボリユームにより設
定した設定速度まで出力周波数指令信号を誘導電動機４
の加速特性に合わせて回復してゆく第２ランプ回路１５
２を備える。すなわち、再始動補償回路１５内の予測回
路１５１は横軸に停電時間ｔ，縦軸に運転速度ｖを取つ
た場合、誘導電動機４の慣性運転により変化する運転速
度に対応するパターン発生器を備えており、運転指令回
路１２より再始動指令信号が入力された時、タイマ比較
回路１２４ｂより出力されるタイマ信号（停電時間に対
応した信号）を入力し、停電時間に応じて変化したと予
測される運転速度に対応する運転速度信号を第２ランプ
回路１５２に出力するものである。再始動パターン発生
器１３はランプ回路１３１、三角波発生回路１３２、演
算回路１３３を備えるものであり、演算回路１３３によ
り両回路１３１，１３２の出力信号を突き合わせ、ラン
プ回路１３１の出力信号より三角波発生回路１３２の出
力信号が小さな時、ハイレベル信号Ｈ、ランプ回路１３
１の出力信号より三角波発生回路１３２の出力信号が大
きなときローレベル信号Ｌのパルス状の再始動パターン
信号を発生するものである。そして、この再始動パター
ン信号はＡＮＤ回路１４に入力され、点弧パターン発生
器９よりの点弧パターン信号とのＡＮＤ期間だけ、ドラ
イブ回路１０に出力されるものである。

第２図により実施例の信号処理過程をさらに詳しく説明
すると、図中Ｐ_１は点弧パターン発生器９により発生す
る点弧パターン信号の一例を示すものであり、この点弧
パターン信号Ｐ_１と再始動パターン発生器１３より出力
されるしだいに出力期間Ｑの長くなる再始動パターン信
号Ｐ_２はＡＮＤ回路１４に入力される。結局両信号
Ｐ_１，Ｐ_２が共に入力されている期間だけ、信号Ｐ_２が
ＡＮＤ回路１４よりドライブ回路１０に入力され、イン
バータ装置の運転が行なわれる。このとき、再始動運転
開始時に誘導電動機の慣性運転による運転位相と、イン
バータ装置の交流出力位相が最も大きく（相対的に電気
角で１８０゜）開いて非同期運転が開始されたと考えた
場合、インバータ部のスイツチング素子のドライブ信号
が消滅しても誘導電動機４の持つ逆起電力と時定数の関
係により第３図に示すように出力電流の消滅遅れ時間Ｑ
_２が生じるから、再始動パターン信号Ｐ_２の非出力期間
Ｑ_１は消滅遅れ時間Ｑ_２以上に取らなければならない。
勿論、誘導電動機４が同期に引き込まれるに従い、消滅
遅れ時間Ｑ_２は減少してゆくものである。

さて、このように構成したインバータ装置の運転動作を
簡単に説明する。例えば運転開始スイツチＳ_０を押す
と、運転指令回路１２は接点Ｓ_１を閉じる。これにより
インバータ装置の運転が開始される。インバータ装置の
運転中に、停電が生じると、停電検出回路１２２はこれ
を検出し、タイマ比較回路１２４をセツトする。これと
同時に運転指令回路１２は運転停止指令信号により、接
点Ｓ_１を開く。また、必要があればドライブ回路10の入
力信号を絶ち、誘導電動機４をフリーランの状態とす
る。このような状態において、電源の復電を復電検出回
路１２３が検出し、再始動指令信号が発せられると、タ
イマー比較回路１２４はリセツトされ、停電時間が再始
動可能範囲かどうか判断する。再始動可能であると判断
した場合、運転指令回路１２は、再始動指令信号と共に
停電時間データを再始動補償回路１５に出力する。また
運転指令回路１２は接点Ｓ_２を閉じると共に、再始動パ
ターン発生器１３に再始動指令信号を出力する。これに
より再始動補償回路１５は誘導電動機４が慣性運転によ
り低下したと予測される運転速度より、速度設定ボリユ
ーム６で設定した目標速度までゆるやかに回復する出力
周波数指令信号を電圧−周波数コンバータ８に出力す
る。これにより、すでに第２図、第３図で詳しく説明し
た通り、インバータ装置より、スイツチング素子を破壊
するほど出力電流が成長することのない断続的な交流電
力が誘導電動機４に供給される。したがつて、誘導電動
機４はしだいに正常な運転に引き込まれてゆき再始動が
行なわれる。

詳しくは説明しなかつたが、ＧＤ^２設定ボリユーム１６
は誘導電動機４に連結した負荷機械の慣性モーメントの
大きさをセツトするものであり、予測回路１５１内の乗
数（図中に示したグラフの傾き）を加減するものであ
る。また、誘導電動機４に速度発電機が取り付けられて
いる場合は、この測定結果を基に目標速度まで出力周波
数指令信号が回復するようランプ回路を設けることがで
きる。なお、誘導電動機４の端子間の逆起電圧から慣性
運転速度を測定し、この測定結果を利用することも可能
であり、単純には、再始動時の運転開始速度をあらかじ
めある値に決めて置くこともできるものである。

前記の実施例において、点弧パターン信号の非出力期間
を一時的に広げる手段として、再始動パターン発生器１
３を用意したが、この他にも再始動時にのみ有効となる
点弧パターン信号の発生手段を設けることにより本発明
を実施することができる。例えば点弧パターン発生器９
の三角波発生回路、および正弦波発生回路を次のように
構成すると良い。すなわち、再始動時は三角波の繰返し
周期を長く、再始動操作が進むにつれて通常の繰返し周
期に戻るよう三角波発生回路を構成し、また、再始動時
は正弦波発生回路の正弦波波形を適当な値でクリツプ
し、再始動操作完了時には正弦波に戻るように工夫する
ことにより同様な再始動運転を行なうことができる。こ
れを第４図によつて、さらに簡単に説明すると、(a)は
再始動開始時の各発生回路の出力波形、(b)は再始動完
了時の出力波形であり、ｃは三角波発生回路の出力波
形、ｄは正弦波発生回路の出力波形、ｅは前者二つの信
号の組み合わせにより得られる点弧パターン信号であ
る。

前記実施例においてはハードロジツクで本発明を実施し
た例について説明したが、近年ではコンピユータ制御に
よるインバータ装置も多数提案されている。したがつて
この場合は、通常の制御プログラムの外に第２図ですで
に説明したようなパターン出力が得られるパターン発生
プログラム（パターンテーブル）を用意し、再始動時
に、このパターン発成プログラムと通常の点弧制御プロ
グラムから必要なスイツチング素子の点弧信号が得られ
るようメインプログラムを構成することができる。な
お、この場合は、何度か続けて再始動が行なわれたと
き、電源異常、あるいは運転異常として何らかのアラー
ムを出力するように構成することもできる。

なお、前記実施例では停電による再始動運転について説
明したが、これは一時的な電路異常，転流失敗などで交
流変換を中断したような場合の再始動運転にも利用でき
るものである。また、実施例においては電圧形のＰＷＭ
制御を行なうインバータ装置に本発明を実施したものに
ついて説明したが、これは電流形のインバータ装置で
も、あるいはＰＷＭ制御方式，サイクロコンバータ方式
のインバータ装置でも実施することができるものであ
る。

〔発明の効果〕

以上の説明で明らかなように、本発明は、点弧パターン
信号の非出力期間がインバータの出力電圧位相とこのイ
ンバータの出力に接続された交流電動機の残留磁気によ
る逆起電力の電圧位相が同期していない再始動時の非同
期運転の際に生じるインバータ出力電流の消滅遅れ時間
以上になるように、点弧パターン信号の出力期間をしだ
いに長くし、この点弧パターン信号を基にインバータ装
置の再始動運転を行なうものであるから、インバータ部
を構成するスイツチング素子を介して逆起電力による閉
ループができてしまうのを防ぐことができ、スイツチン
グ素子を破戒することなく安全・確実に再始動運転を行
なうことができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一つの実施例を説明するためのブロツ
ク図、第２図，第３図は実施例の動作を説明するための
タイムチヤート、第４図は本発明の他の実施例を説明す
るための波形図である。 ２……インバータ部、９……点弧パターン発生器、 １２……運転指令回路、１３……再始動パターン発生
器、 Ｐ_１……点弧パターン信号、Ｑ_１……非出力期間、 Ｑ_２……消滅遅れ時間。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流電力を入力し該直流電力を交流電力に
   変換して交流電動機に供給する複数個のスイッチング素
   子を備えたインバータ部と、 前記各スイッチング素子の導通、非導通を制御する為の
   点弧パターン信号を発生する点弧パターン発生手段と、 前記インバータ部で正常な電力変換を行なえない異常状
   態が正常状態に復帰したことに応じて、前記インバータ
   部の再始動指令信号を前記点弧パターン発生手段へ出力
   する運転指令回路を備え、 前記点弧パターン発生手段は、 前記再始動指令信号に応答し、該応答の初期に於いて定
   常時の点弧パターン信号出力期間より短く、その後次第
   に出力期間が長くなるように前記点弧パターン信号を出
   力し、これにより前記点弧パターン信号の非出力期間
   を、前記インバータ部の出力電圧位相と前記交流電動機
   の残留電圧位相が同期していない非同期運転の際に生じ
   る前記インバータ部の出力電流の消滅遅れ時間以上にす
   ることを特徴とするインバータ装置。
2. 【請求項２】前記点弧パターン発生手段は、 定常時の点弧パターン信号を出力する定常点弧パターン
   発生手段と、 前記再始動指令信号に応答し、該応答の初期に於いて定
   常時の点弧パターン信号出力期間より短くその後次第に
   出力期間が長くなる再始動パターン信号を出力する再始
   動パターン発生手段と、 前記点弧パターン発生手段の出力と前記再始動パターン
   発生手段の出力の論理積をとり前記点弧パターン信号と
   する手段を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のインバータ装置。