JPH0785622B2

JPH0785622B2 - インバ−タの保護装置

Info

Publication number: JPH0785622B2
Application number: JP61231773A
Authority: JP
Inventors: 厚飯島; 俊夫門倉
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-09-30
Filing date: 1986-09-30
Publication date: 1995-09-13
Anticipated expiration: 2010-09-13
Also published as: JPS6389021A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は電源装置に力率調整可能なパルス幅変調（PW
M）方式のインバータを配置し、昇圧制御して直流電圧
を一定に制御するインバータの保護装置に関するもので
ある。

（従来の技術）一般に、サイリスタレオナード装置やサイクロコンバー
タ装置等の電動機制御装置において、電圧調整を位相制
御によって行なう方式では、電源電圧に対する制御電流
が位相制御角だけ遅れて制御されるため力率が低下し、
電源は制御装置に対し無効電力を供給しなければならな
い。従って、このような制御装置では電源容量は無効電
力容量を加算した値に設定しなければならないため、電
源容量が大きくなり、電源設備に多大な費用が必要とな
る等の欠点がある。

そこで、近年では上記のような問題点を改善するため
に、力率の良好な電動機制御装置が種々提案されてい
る。第４図は、この種の制御装置の一構成例を示す回路
図である。第４図において、１は交流電源母線、２はこ
の交流電源母線１に交流入力端子が電磁接触器３および
リアクトル４を介して接続されたインバータ装置、５は
このインバータ装置２の直流出力端子に直流電源母線６
を介して接続された可変電圧可変周波数制御装置で、こ
の可変電圧可変周波数制御装置５は三相誘導電動機７を
制御する電力変換装置として設けられたものである。８
は直流電源母線６に接続された平滑コンデンサであり、
電圧形インバータの主回路を構成している。さらに９
は、直流電源母線６に接続された直流電圧検出器であ
る。一方、10は直流電圧検出器９の検出信号9aと電圧基
準設定器11の電圧基準信号11aが入力される電圧制御
器、12はこの電圧制御器10の出力信号10aと交流母線１
に接続された交流電圧検出器13の電圧信号13aが入力さ
れる電流基準指令装置、14はこの電流基準指令装置12の
電流制御基準信号12aと交流電源母線１に設けられた電
流検出器15の電流信号15aが入力される電流制御器であ
る。そして16はこの電流制御器14から出力される電圧指
令値14aが入力されるPWM制御装置で、このPWM制御装置1
6はインバータ装置２をスイッチング制御するものであ
る。

さて、第４図において、可変電圧可変周波数制御装置５
は、例えばGTRやGTO等の自己消弧可能なスイッチング素
子を用いたパルス幅変調（PWM）制御により、電流を正
弦波状に制御する正弦波電流制御方法や誘導電動機７の
励磁電流成分とトルク成分を制御するベクトル制御方法
等により、優れた制御を行なうことが可能である。さら
に、インバータ装置２も上記と同様、GTRやGTO等自己消
弧可能なスイッチング素子を用いたインバータ装置であ
り、このインバータ装置２は負荷の運転状態に応じて、
直流電源母線６の電圧および交流電源母線１の電流を次
のようにして制御を行なうものである。

例えば、第４図中の電圧設定器11の電圧基準信号11aと
直流電源母線６に設けられた電圧検出器９の検出信号9a
が電圧制御器10に入力されると、電圧制御器10はその偏
差出力10aを、交流電源母線１に設けられた電圧検出器1
3の電圧信号13aとともに電流基準指令装置12に入力す
る。この電流基準指令装置12では、偏差出力10aに基づ
き、交流電源母線１の相電圧の位相に同期したインバー
タ装置２の電流制御基準信号12aに変換し、この電流制
御基準信号12aと交流電源母線１に設けられた電流検出
器15からの電流信号15aを電流制御器14に入力する。こ
の電流制御器14では電流信号15aが入力されることによ
りPWM制御装置16に電圧指令値14aを出力し、この信号を
受けてPWM制御装置16はインバータ装置２のスイッチン
グ制御を行なう。

このように電流制御基準信号12aを交流電源母線１の相
電圧の位相に同期した正弦波基準として各相の電流を制
御することにより、力率の良い運転が可能となる。この
場合、電圧信号13aは、正弦波基準として使用され、電
圧制御器10の出力10aは電流制御基準信号12aの振幅を決
定する。また検出器、制御器等は交流電源母線１の相数
に応じて、異なった構成となる。インバータ装置２は、
交流電源母線１に設けられた電磁接触器３の投入によ
り、直流電源母線６の平滑コンデンサ８を充電した後、
制御を開始し、リアクトル４とインバータ装置２の昇圧
作用により、電圧設定器11の電圧基準信号11aの値に制
御され、その後、負荷の運転状態に応じて、直流電源母
線６の電圧が電圧基準信号11aに追従するように、交流
電源母線１の電流が制御される。

（発明が解決しようとする問題点）ところで、第４図に示すような電動機制御装置におい
て、インバータ装置２の運転中に、電圧検出器13の異常
等により電圧信号13aが交流電源母線１の相電圧の位相
に対して同期ずれを起すと、電流制御基準信号12aもそ
の結果、上記相電圧の位相に同期しなくなる。この状態
でインバータ装置２の制御を継続すると、その動作モー
ドによっては、インバータ装置２を構成するスイッチン
グ素子に過電流が流れ、装置を破壊する危険性がある。
従って、この状態で制御を継続するのは、システム全体
の制御上好ましくない。

そこでこの発明の目的とするところは、交流電源母線の
相電圧の位相に対して同期した電圧信号が同期ずれを起
した場合においても全体の制御装置を保護することがで
きるようにしたインバータの保護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、本発明は交流電源より電磁接
触器を介して入力される電源に同期をとり、その電源同
期信号に基づき交流を直流に変換する力率調整可能なパ
ルス幅変調方式のインバータ装置と、このインバータ装
置の直流出力を平滑する平滑コンデンサとを備え、直流
出力電圧が設定電圧になるように制御するインバータ装
置において、上記交流電源各相電圧を検出する電圧検出
器と、この電圧検出器により検出された交流電源各相電
圧をそれぞれ二値化し、そのパターンが交流電源母線の
相電圧の位相差に同期していないパターンのとき前記電
圧検出器の異常を検出する検出装置と、この検出装置の
異常検出出力により上記電磁接触器を開放操作して、上
記インバータ装置を交流電源より切り離す操作装置とを
備える。

（作用）このような構成において、検出装置は交流電源の各相電
圧を検出し、これを所定レベルをしきい値として二値化
するとともにこの二値化された各相電圧のデータを並列
的に見てそのパターンを監視する。そして、各相間に同
期ずれや電圧異常などが生じると該パターンが異常を呈
するのでこのパターンが異常を呈したとき異常検出出力
を出す。この異常検出出力により操作装置が作動してイ
ンバータ装置の交流電源をしゃ断する。

従って、交流電源の相電圧の同期がずれた場合でも、ま
た、電圧レベルの異常に対してもこれを検知して運転中
のインバータ装置を保護することができるようになる。

（実施例）以下、本発明を図面に示す一実施例を参照して説明す
る。第１図は本発明の一実施例を示すブロック図であ
る、電動機として時に誘導機を用いた場合の駆動制御装
置の構成例を示すものである。本装置は基本的構成は第
４図で説明した従来のものと同じである。従って、第１
図において、第４図と同一部分には同一符号を付してそ
の説明を省略し、異なる部分について説明する。

第１図に示すように、本装置は第４図の構成に対し、電
源同期検出装置17と、電磁接触器３を開放する電磁接触
器励磁回路18を付加したものである。これらのうち、電
源同期検出装置17は交流電圧検出器13の出力である電圧
信号13aをもとに交流電源母線の相電圧の位相に対する
同期ずれを検出し、同期ずれを検出時には交流電磁接触
器３の励磁回路18に接触器のオフ指令信号17aを与え
る。

第２図は上記電源同期検出装置17の構成の詳細を示した
回路構成図である。図中19A〜19Cは電圧検出器13からの
各相電圧信号を60゜遅らせて出力する60゜位相遅れ回路
（尚、ここでは交流母線電源が３相の場合を想定してい
る）、20A〜20Cは各60゜位相遅れ回路19A〜19Cに対応し
て設けられ、その対応する回路の出力する60゜位相遅れ
電圧信号をそのレベルにより論理“H"または“L"に変換
してロジック信号20a〜20cとして出力するロジック検出
回路、21はヒューズROM（読出し専用メモリ）であり、
上記ロジック信号20a〜20cがその下位アドレス（A0〜A
2）に、また後述する分周回路25からの分周信号25a〜25
dが上位アドレス（A3〜A6）に接続されており、そのア
ドレス信号に対応するアドレスに記憶してある電圧情報
及び同期ずれ情報をそれぞれ電圧信号21a〜21c及び、同
期ずれ検出信号17aとして出力する（なおここでA0〜A6
はA0が最下位アドレスをA6が最上位アドレスを示す）。
また信号21dは電気角180゜を12分周にとどめる為の分周
期クリア出力であり、ROM21のデータ出力端子D4の出力
信号である。22は電圧信号21a〜21cを加算する加算器、
23はその加算信号22aを平滑する電圧平滑回路、24はこ
の平滑電圧信号23aを受けて、それを電圧に見合うパル
ス周波数の信号24aに変換する電圧発振回路（V.C.O回
路）、25は上記パルス信号24aを分周して1/16,1/8,1/4,
1/2の分周信号25a〜25dを発生する分周回路である。

また、第３図は電圧検出信号が電源母線電圧の位相に同
期している場合の、第２図の各要素の出力状態を示すタ
イミング図である。

上記のROM21には電源母線の位相に対して電圧異常や同
期ずれのない場合におけるしかも電気角180゜を12等分
した場合でのU,V,W各相の電圧レベルを２値化したデー
タとしてこのときとり得るU,V,Wの各相の２値化データ
をアドレスの下位３ビットに対応させ、且つ、上記の電
圧異常や同期ずれのない場合における一定電圧の入力下
において発生させたV.C.O回路24のパルス信号24aを分周
回路25で分周した出力で上位の４ビット分A3〜A6のアド
レスを指定した場合での各指定可能アドレスに対し、上
記U,V,W各相の電圧レベルの２値化データの上記12等分
した各区間毎に対応するものを格納してある。このとき
U,V,W各相は下位の３ビット分のデータビット位置のそ
れぞれ一つに対応させて格納する。また下位から５番目
のデータビット（D4）には上記12等分の最後の区間対応
アドレスにおいて分周回路25にリセット信号を与えるた
めのリセットデータ“H"が格納され、これによって分周
回路25は電源母線の異常や同期ずれのない限り（正常な
限り）12分周でリセット操作されてそれ以上の分周が進
まないようにしてある。

また、異常時に対処するために上記の正常時に指定可能
なアドレス以外のアドレスにおいては下位より４ビット
目のデータビット（D3）に異常報知データ“H"を格納し
て、正常なアドレス領域以外のアドレスの指定となった
とき異常報知データ“H"がD3より出力されるようにして
ある。

次に上記構成の本装置の作用について説明する。

第１図に示す本装置において、特に本発明に係る電源同
期検出装置17の作用を第２図、第３図を用いて説明す
る。なお第１図において、他の要素についての作用の説
明はすでに詳しく述べているので、ここでは省略する。

さて第２図において、交流電圧検出器13により検出され
たU,V,W各相の電圧信号U,V,Wが60゜位相遅れ回路19A〜1
9Cに入力されると、ここで60゜、位相が遅らされ、その
信号はロジック検出回路20A〜20Cに与えられてレベルに
より論理“H"信号か“L"信号に変換されて出力信号20a
〜20cとなる。この状態を示すのが第３図（６），〜
（９）の図である。ロジック検出回路20A〜20Cの出力信
号20a〜20cはROM21の下位アドレスの指定に用いられ、
またROM21の上位アドレスは分周回路25の出力により指
定されていてこの指定アドレスの記憶データが読出され
ると、加算器22はROM21からのデータのうち、データ出
力端子D0〜D2の出力データ（電圧信号）21a〜21cを加算
してその信号22aを電圧平滑回路23に与える。電圧平滑
回路23は上記信号22aを平滑し、電圧発振回路（以下、
V.C.Oと称する）24に信号23aを与える。V.C.O24は、そ
の電圧23aに見合った周波数の方形波パルスを出力す
る。ここで、V.C.O24はその入力電圧に対応した周波数
のパルス（第３図（１））を発生するもので入力電圧が
一定ならば一定の周波数のパルスを出力する。すなわち
電圧平滑回路23からの出力が一定に落ち付くと、V.C.O2
4からの出力パルス信号24aは一定の周波数のパルスにな
る。分周回路25はこのパルス信号24aを受けてこれを分
周し、分周信号25a〜25dを発生する。すなわち、パルス
信号24aが一定の周波数に落ち着くとパルス信号24aに対
し、第３図（２）〜（５）のような1/2,1/4,1/8,1/16の
分周した分周信号を発生する。ところで、前記ロジック
信号20a〜20c及び分周信号25a〜25dはROM21のアドレス
ラインに接続されており、このアドレス信号により電圧
信号21a〜21cを出力する。すなわち、ROMは前記分周信
号25a〜25d及び分周器クリア出力25dで決定されるアド
レスモード“0"〜“11"に対して、ROM21の下位アドレス
にセットされた20aのデータが「Ｌ」か「Ｈ」によっ
て、D0のデータライン、すなわち、信号21aには第３図
（10）のような信号を出力する様にROMはセットされて
いる。第３図（10）の図において実線は上記各モードに
おいて、信号20aが「Ｌ」の時、点線は信号20aが「Ｈ」
の時の出力状態を示すものである。また同様に、前記各
アドレスモードにより20b,20cのデータが「Ｌ」か
「Ｈ」によって信号21b,21cには第３図（11）及び（1
2）のような信号を出力する様ROMはセットされている。
さて、上記アドレスモード“0"〜“11"において、電圧
信号U,V,Wが第３図（６）の様な状態にあるとすると
（すなわち、ロジック信号20a〜20cが第３図（７）〜
（９）のような状態にあるとすると）、前述の如くROM2
1はセットされているので、出力信号21a〜21cは第３図
（14）〜（16）のような出力波形となる。また加算器22
で加算された信号22aは第３図（17）のようになる。そ
して、その信号22aは電圧平滑回路23を通して、一定の
電圧23aとしてV.C.O24に与えられ、V.C.O24より一定の
周波数の出力信号24aが出力されて分周回路25に与えら
れる結果、前述の如き分周信号25a〜25dが出力されるこ
とになり、アドレスモードは“0"〜“11"まで進むと
“0"に戻る。この状態は、電圧検出信号が交流電源母線
の相電圧の位相差に同期していることを意味している。
従って、異常時のアドレス領域の指定は成されないので
ROM21のD3のデータは“L"であり、このデータを信号17a
として受ける電磁接触器励磁回路18はオフのままで電磁
接触器３は開かない。

さて、たとえば第１図の装置において、インバータ装置
２の運転中に電圧検出器13等の異常により第２図の電圧
信号U,V,Wが異常となったり、その信号が交流電源母線
の相電圧の位相に対して同期状態がずれて各相の電圧値
のロジック回路20A〜20C通過後の出力が正常な場合のデ
ータパターンとならなくなった際、例えば、20a〜20cが
すべて“H"とかすべて“L"となるとROM21の指定可能ア
ドレスが正常時以外の領域に対応することになり、この
領域にはD3のデータが“H"としてあるのでROMのD3の出
力である信号17aは“H"となる。すなわち、前述の如くR
OM21は各アドレスモードに対して、電圧信号U,V,W（こ
れは、ロジック検出回路20A〜20Cを通してROM21の下位
側アドレスA0〜A2の指定に用いられる。）がどのような
状態にあるかにより、その信号が母線電源に同期してい
るか認識できるかたちとなるので、この場合すなわち、
信号20a〜20cが第３図（７）〜（９）よりずれた時は、
ROM21のD3のデータ出力ラインよりの出力信号17aが
「Ｈ」となる。そして、この信号17aが第１図の電磁接
触器励磁回路18に与えられ、電磁接触器３をオフさせ、
電源側インバータ装置２を主回路より切り離す。

以上の結果、交流母線の各相電圧の位相に対して同期状
態がずれたり、電圧異常等が生じたとき、インバータ装
置の交流電源をしゃ断することができ、これによって、
インバータ装置の保護、ひいてはシステム全体の保護を
図ることができるようになる。

［発明の効果］以上述べたように本発明によれば、電源装置に力率調整
可能なパルス幅変調方式（PWM方式）のインバータを配
置し、交流電源母線の相電圧に同期した信号を得て、直
流母線電圧を運転の状態に関係なく一定に制御するよう
なインバータ装置において、制御中、電源同期信号が電
源の位相に対して同期ずれを起した場合に電圧検出器の
異常とみなし、交流電源側の電磁接触器をオフさせるこ
とにより電源側のインバータ装置を主回路より切り離す
ことができ、電源側のインバータ装置およびシステム全
体の制御装置を適切に保護することのできるインバータ
の保護装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す保護装置を付加したイ
ンバータ装置の構成図、第２図は、本発明の主要部分を
占める電源同期検出装置の詳細を示す回路構成図、第３
図は電源同期検出装置の動作の詳細を示すタイミング
図、第４図は従来のインバータ装置の構成を示す図であ
る。１……交流電源母線、２……インバータ装置、３……電
磁接触器、４……リアクトル、５……可変電圧可変周波
数制御装置、７……電動機、８……平滑コンデンサ、９
……直流電圧検出器、10……電圧制御器、11……基準設
定器、12……電流基準指令装置、13……交流電圧検出
器、14……電流制御器、15……電流検出器、16……PWM
制御装置、17……電源同期検出装置、18……電磁接触器
励磁回路、19A〜19C……60゜位相遅れ回路、20A〜20C…
…ロジック検出回路、21……ROM、22……加算器、23…
…電圧平滑回路、24……電圧発振回路、25……分周回
路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流電源より電磁接触器を介して入力され
る電源に同期をとり、その電源同期信号に基づき交流を
直流に変換する力率調整可能なパルス幅変調方式のイン
バータ装置と、このインバータ装置の直流出力を平滑す
る平滑コンデンサとを備え、直流出力電圧が設定電圧に
なるように制御するインバータ装置において、上記交流電源各相電圧を検出する電圧検出器と、この電
圧検出器により検出された交流電源各相電圧をそれぞれ
二値化し、そのパターンが交流電源母線の相電圧の位相
差に同期していないパターンのとき前記電圧検出器の異
常を検出する検出装置と、この検出装置の異常検出出力
により上記電磁接触器を開放操作して、上記インバータ
装置を交流電源より切り離す操作装置とを備えたことを
特徴とするインバータの保護装置。