JPH0783602B2 - 電圧型インバ−タ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は電圧型インバータ装置における充電回路の改良
に関するものであり、特に電源異常等による充電回路の
誤動作から、速断ヒューズ及びコンデンサを保護するこ
とのできる電圧型インバータ装置に関するものである。

（従来の技術） 大電力トランジスタやこれを制御する駆動技術の進歩
又、エネルギー危機と省エネルギー、省設備容量の要求
により、一般産業設備や家電製品、車両、昇降機等にイ
ンバータが広く普及して来ている。これらの多くは主回
路に平滑用のコンデンサを備えた電圧型インバータであ
る。ところで、電圧型インバータは主回路に大きなコン
デンサを有している為に起動時電源をそのまま投入した
のでは負荷のインピーダンスは非常に小さい為、瞬時に
大きな突入電流が流れ、整流器や速断ヒューズを溶断す
る。

このような不具合いを防止するために、一般に交流側、
あるいは直流側にコンデンサ予備充電回路を備え、一度
制限回路を通して充電し、充電完了後にこの充電回路を
主コンタクタにより短絡したり、あるいは切り離して通
常のインバータ運転に入るようにしている。第２図を参
照して交流側に予備充電回路を設けた従来回路例を説明
する。

図中１は３相交流電源、2aは予備充電用コンタクタ２の
励磁コイル、3aは主コンタクタ３の励磁コイル、４は主
コンタクタ３の主接点であり、５は予備充電用コンタク
タ２の主接点である。６は予備充電用コンタクタ２の主
接点５に直列に接続され、コンデンサへの突入電流を制
御する制限抵抗、７は主コンタクタ３の主接点４に直列
接続された速断ヒューズであって、前記予備充電用コン
タクタ２の主接点５経路も速断ヒューズ７を介して出力
側へと導かれる。８は速断ヒューズ７を介して得た交流
電源出力にて動作する交流タイマであり、９は速断ヒュ
ーズ７を介して３相交流電源１の出力を全波整流する３
相ブリッジ形の整流器、10は平滑コンデンサであって、
この整流器９の整流出力を平滑するためのものである。
11はこの平滑コンデンサ10の電荷を放電する為の放電抵
抗であり、常閉接点16を介して平滑コンデンサ10に並列
接続されている。また12は図示しない運転準備指令の常
開接点であり、13は安全回路の常開接点であって、これ
らは予備充電用コンタクタの励磁コイル2aと直列接続さ
れ、直流母線17a,17b間に接続される。また14は交流タ
イマ８の常開接点であり、主コンタクタの励磁コイル3a
と直列接続され、前記安全回路13の常開接点13を介して
直流母線17a,17b間に接続される。また、15は予備充電
用コンタクタ２の常開接点であり、タイマ８のオンオフ
を行うための接点として用いられている。

尚、前記常閉接点16は同じく予備充電用コンタクタ２の
常閉接点である。

このような構成において、今、安全回路が確立して常開
接点が閉じ、ついで運転準備指令が発令されて運転準備
指令用の常開接点12が閉じると予備充電用コンタクタの
励磁コイル2aが付勢され、予備充電用コンタクタ２の主
接点５が入る。すると３相交流電源１の出力は制限抵抗
６、速断ヒューズ７を介して整流器９に入り、整流され
て後、平滑コンデンサ10に印加される。これにより平滑
コンデンサ10は制限抵抗６による電流値で充電される。
また、交流タイマ８は、予備充電用コンタクタ動作開始
と同時にカウントを開始しあらかじめ設定した充電時間
経過すると動作して自己の常開接点14を閉じる。従っ
て、主コンタクタ３の励磁回路が閉じられ、その励磁コ
イル3aが付勢されるので主コンタクタ３が動作する。そ
して、主コンタクタ３は動作すると予備充電回路は短絡
され、（または切り離しを行い）その後、インバータ運
転モードに入ってゆく。ところで、第３図（ａ）に示す
ように運転中に３相交流電源１の地絡事故や電圧低下な
どの故障が発生した際に場合によっては予備充電用コン
タクタ２が先にオフし、主コンタクタ３がオフする前に
第３図（ｂ）に示すように電源が復帰することが考えら
れる（第３図（ｃ），（ｄ）参照）。この時平滑コンデ
ンサ10はオフした予備充電用コンタクタ２の常閉接点16
により、放電抵抗11を通して放電を始め、コンデンサ電
圧が低下する（第３図（ｅ））。これから主コンタクタ
３が動作したままの状態で、電源が回復すると、予備充
電回路が正常に動作することなく、電源回路側（速断ヒ
ューズ後段側の回路）には次式で与えられる突入電流が
流れる。

（但し、V_p：電源電圧、R:電源内部抵抗、V_c：コンデン
サ端子電圧、c:コンデンサ容量）そしてこのとき、平滑
コンデンサ10のコンデンサ電圧が十分低下していると、
この時の突入電流で（第３図（ｆ）参照）、速断ヒュー
ズ７やコンデンサ10を破壊してしまう場合がある（第３
図（ｇ）参照）。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来の予備充電回路は電源に異常が生じ、す
ぐに回復した場合において、予備充電回路が正常に動作
しなくなることがある。この場合、電源異常の間に平滑
コンデンサの放電による電圧低下が生じ、保持電流の違
いなどにより、もし、主コンタクタを介しての充電経路
が生きていた場合にはこの経路を辿って、充電電圧の小
さくなったコンデンサに突入電流が流れ、これによって
速断ヒューズを溶断したり、コンデンサを破壊してしま
うことがあった。

そこでこの発明の目的とするところは、電源の比較的短
い時間内における停電や電圧低下等によって生じる予備
充電回路の動作異常を防止でき、どのような状態でも必
ず正常手順を以って動作するようにして突入電流による
回路の破壊防止を図ることができるようにした電圧型イ
ンバータ装置を提供することにある。

［発明の構成］ （問題点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、外部から供給される
交流電源出力を受けて直流に変換する電圧型インバータ
主回路に、上記交流電源を電源とするとともに始動操作
時自己保持して動作を開始し上記主回路の平滑用コンデ
ンサを予備充電する予備充電回路と、この予備充電回路
による予備充電終了時に動作してこの予備充電回路を電
気的に分離するとともに上記主回路に上記交流電源出力
を供給する自己保持形の開閉スイッチ回路と、インバー
タ装置の停止時に上記平滑用コンデンサの放電を行う放
電回路とを備えた電圧型インバータ装置において、上記
平滑用コンデンサの放電回路には上記開閉スイッチ回路
が動作中は該放電回路を開路する手段を設けた構成とす
る。

（作用） このような構成において装置を起動すると、まずはじめ
に上記交流電源として自己保持して動作を開始する予備
充電回路が動作を開始し、上記主回路の平滑用コンデン
サを予備充電する。そして、この予備充電回路による予
備充電が終了すると自己保持形の開閉スイッチ回路が動
作してこの予備充電回路を電気的に分離するとともに上
記主回路に上記交流電源出力を供給する。これにより、
インバータ装置は運転を開始する。このような状態で上
記交流電源が異常を来たしたとする。これにより、自己
保持形の予備充電回路と開閉スイッチ回路は共に自己保
持を解かれるので、インバータ装置は停止状態となり、
上記平滑用コンデンサの放電回路は該コンデンサの放電
を開始する。そして、異常が回復した時は再起動操作す
ることで、上記正規の手順を踏んで平滑用コンデンサの
充電を行った後、インバータ動作を開始するので、コン
デンサの充電前に電源投入した場合のように突入電流発
生を抑止できる。また、インバータ装置の運転中に上記
交流電源が異常を来たし、すぐに復帰したような場合に
保持電流の違いから予備充電回路のみが自己保持を解か
れたとする。このような場合には従来は放電回路が作動
して電源復帰と同時に突入電流発生を招くことがあった
が本装置では開閉スイッチ回路が動作している時は放電
回路は開路状態にあるので放電回路を通してのコンデン
サの放電は行われず、コンデンサ電圧を維持する。その
ため、交流電源の短時間での異常発生の後に電源復帰し
た場合での突入電流発生を防止出来る。従って、突入電
流発生による装置の損傷を防止でき高い信頼性が得られ
るようになる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について第１図を参照して説明
する。図において、第２図のものと同一符号を付したも
のは同一物を示しており、１は３相交流電源、2aは予備
充電用コンタクタ２の励磁コイル3aは主コンタクタ３の
励磁コイル、４は主コンタクタ３の主接点であり、５は
予備充電用コンタクタ２の主接点である。６は予備充電
用コンタクタ２の主接点５に直列に接続され、コンデン
サ10への突入電流を制限する制限抵抗、７は主コンタク
タ３の主接点４に直列接続された速断ヒューズであっ
て、前記予備充電用コンタクタ２の主接点５経路も速断
ヒューズ７を介して出力側へと導かれる。８は速断ヒュ
ーズ７を介して得た交流電源出力にて動作する交流タイ
マであり、９は速断ヒューズ７を介して３相交流電源１
の出力を全波整流する３相ブリッジ形の整流器、10は平
滑コンデンサであって、この整流器９の整流出力を平滑
するためのものである。11はこの平滑コンデンサ10の電
荷を放電する為の放電抵抗であり、予備充電用コンタク
タ２の常閉接点16を介して平滑コンデンサ10に並列接続
されている。また12は図示しない運転準備指令の常開接
点であり、13は安全回路の常開接点であって、これらは
予備充電用コンタクタの励磁コイル2aと直列接続され、
直流母線17a,17b間に接続される。また14は交流タイマ
８の常開接点であり、主コンタクタの励磁コイル3aと直
列接続され、前記安全回路13の常開接点13を介して直流
母線17a,17b間に接続される。また15は予備充電用コン
タクタ２の常開接点であり、交流タイマ８のオンオフを
行うための接点として用いられている。交流タイマ８は
オンされると設定カウント値に達するまでカウントを進
め、自己の接点14を作動させる。

また、18は主コンタクタ３の常閉接点であり、放電回路
である予備充電用コンタクタ２の常閉接点16と放電抵抗
11の直列回路に直列接続してある。

このような本予備充電回路の基本的構成については従来
例と同じであるが、本装置においては平滑コンデンサ10
の放電回路であるこの平滑コンデンサ10に並列接続され
てた予備充電用コンタクタ２の常閉接点16と平滑コンデ
ンサ10の電荷を放電するための放電抵抗11よりなる直列
回路に更に主コンタクタ３の常閉接点18を直列接続し、
主コンタクタ３が動作すれば放電回路を開くことができ
るようにした点が異なる。予備充電動作及び主コンタク
タの投入条件については、第２図で説明したものと同様
である。

このような構成において、今、安全回路が確認され、運
転準備指令が発令されて常開接点12が閉じると、予備充
電用コンタクタ２の励磁コイル2aが付勢され、その主接
点５が閉じる。これにより主接点５に接続されている。
制限抵抗６を通して３相交流電源１の出力が流れ、整流
器９により整流されて後、平滑コンデンサ10に与えられ
てこれを充電する。尚、このとき予備充電用コンタクタ
２の常閉接点16は開となり、放電回路を開き、また予備
充電用コンタクタ２の常開接点15を閉じる。一方、交流
タイマ８は常開接点15の閉路によってカウントを開始
し、予め設定された値をカウントした時点で自己の接点
を作動させる。すなわち交流タイマ８は平滑コンデンサ
10の充電時間に見合った時間経過して充電が完了するの
を待ち、動作する。第２図にて説明したように主コンタ
クタ３は交流タイマ８が動作すると動作し、予備充電回
路を短絡する。今、運転中に例えば、電源系統の異常に
より電圧が落ちたとする。この場合、コンタクタ2,3は
ともにオフすることになるが、コンタクタの保持電流の
違いから、予備充電用コンタクタ２が先にオフして主コ
ンタクタ３がオフする前に、電源が復帰することが考え
られる。この場合でも、主回路の平滑コンデンサ10は主
コンタクタ３がオフしていないので、主コンタクタ３の
常閉接点18が開いた状態にあるから、放電回路が形成さ
れずに、平滑コンデンサ10は充電電荷を保持した状態に
保たれる。従って、電源が正常状態に復帰しても、平滑
コンデンサ10の端子電圧が高い為に平滑コンデンサ10へ
の突入電流は流れず、速断ヒューズ７を溶断したり、突
入電流によるコンデンサ破壊の心配がない。又、電源異
常の時間が長く続いた場合には、主コンタクタ３がオフ
するのでその常閉接点18も閉じ、オフとなっている予備
充電用コンタクタ２の常閉接点16も閉路状態にあるわけ
であるから、放電回路が形成されることになり、この放
電回路により平滑コンデンサ10は放電を開始する。この
時、放電の途中で電源が復帰しても、主コンタクタ３は
予備充電回路が動作し、すなわち、予備充電用コンタク
タ２が動作し交流タイマ８が動作した後でないと投入さ
れず、従って、正常動作となることから、突入電流を招
くことはない。そのため速断ヒューズの溶断、あるいは
ヒューズが設けられていないシステムでは、平滑コンデ
ンサへの突入電流などによる故障等を防ぐことが出来
る。

このように本装置は、外部から供給される交流電源出力
を受けて直流に変換する電圧型インバータ主回路に、上
記交流電源を電源とするとともに始動操作時自己保持し
て動作を開始し上記主回路の平滑用コンデンサを予備充
電する予備充電回路と、この予備充電回路による予備充
電終了時に動作してこの予備充電回路を電気的に分離す
るととに上記主回路に上記交流電源出力を供給する自己
保持形の開閉スイッチ回路と、インバータ装置の停止時
に上記平滑用コンデンサの放電を行う放電回路とを備え
て起動時には予備充電回路によりコンデンサの充電を行
って後、インバータ運転を開始するようにして突入電流
発生を抑制するようにした電圧型インバータ装置におい
て、上記平滑用コンデンサの放電回路には上記開閉スイ
ッチ回路が動作中は該放電回路を開路する手段を設けた
構成としたものである。

そしてこのような装置の運転中に上記交流電源が異常を
来たし、直ぐに回復したような場合に保持電流の違いか
ら予備充電回路のみが自己保持を解かれたとしても本装
置では開閉スイッチ回路が動作している時は放電回路は
開路状態に保持し、放電回路によるコンデンサの放電は
行われず、コンデンサ電圧を維持することが出来るもの
である。そのため、交流電源の短時間での異常発生の後
に回復した場合での突入電流発生を防止出来るから、従
来のように放電回路が作動してコンデンサ電位を低下さ
せ、電源復帰と同時に突入電流発生を招くと云う危険が
無くなり、従って、交流電源の短時間での異常における
回復後の突入電流発生を防止出来る。従って、突入電流
発生による装置の損傷を防止でき高い信頼性が得られる
ようになる。

尚、本発明は上記し、且つ、図面に示す実施例に限定す
ること無くその要旨を変更しない範囲内で適宜変形して
実施し得るものである。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、交流電源の短時間
での異常発生の後に電源復帰した場合での誤動作とそれ
による突入電流発生を防止出来るようになり、従って、
突入電流発生による装置の損傷を防止でき高信頼性と安
全性を確保出来る等の特徴を有する電圧形インバータ装
置を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す要部構成回路図、第２
図は従来例を説明するための要部構成回路図、第３図は
その作用を説明するためのタイムチャートである。 １……３相交流電源、２……予備充電用コンタクタ、2a
……予備充電用コンタクタの励磁コイル、３……主コン
タクタ、3a……主コンタクタの励磁コイル、４……主コ
ンタクタの主接点、５……予備充電用コンタクタの主接
点、６……制限抵抗、７……速断ヒューズ、８……交流
タイマ、９……整流器、10……平滑コンデンサ、11……
放電抵抗、12……主回路投入指令接点、13……安全回路
確認信号接点、14……交流タイマの常開接点、15……予
備充電用コンタクタの常開接点、16……予備充電用コン
タクタの常閉接点、17a,17b……直流母線、18……主コ
ンタクタの常閉接点。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外部から供給される交流電源出力を直流に
   変換する電圧型インバータ主回路に、上記交流電源を電
   源とするとともに始動操作時自己保持して動作を開始
   し、上記主回路の平滑用コンデンサを予備充電する予備
   充電回路と、この予備充電回路による予備充電終了時に
   動作してこの予備充電回路を電気的に分離するとともに
   上記主回路に上記交流電源出力を供給する自己保持形の
   開閉スイッチ手段と、インバータ装置の停止時に上記平
   滑用コンデンサの放電を行う放電回路とを備えた電圧型
   インバータ装置において、 上記開閉スイッチ手段は上記主回路への電源供給路を開
   閉する主回路スイッチと、この主回路スイッチと連動す
   ると共に主回路スイッチと逆の動作をする補助スイッチ
   とを有する構成とすると共に、上記平滑用コンデンサの
   放電回路には上記補助スイッチを直列接続する構成と
   し、かつ、上記予備充電回路に連動して予備充電回路の
   自己保持中は開路する予備充電回路連動スイッチ手段を
   上記直列回路に直列に接続して構成したことを特徴とす
   る電圧型インバータ装置。