JPH11206146A - 電力変換装置の制御装置 - Google Patents

電力変換装置の制御装置

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JPH11206146A
JPH11206146A JP10001100A JP110098A JPH11206146A JP H11206146 A JPH11206146 A JP H11206146A JP 10001100 A JP10001100 A JP 10001100A JP 110098 A JP110098 A JP 110098A JP H11206146 A JPH11206146 A JP H11206146A
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JP
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short
signal
level
circuit
circuit prevention
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JP10001100A
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Naoki Inoue
尚起 井上
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/42Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
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    • H02M7/48Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
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    • H02M7/517Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only with special starting equipment
    • HELECTRICITY
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  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スイッチング素子3等を非導通状態から導通
状態に遷移させる際に、直流電源2からスイッチング素
子3等を通じて三相モータ1のコイルに流れる大きな過
渡電流を抑制する手段がないため、三相モータ1の消費
電流が増大するなどの課題があった。 【解決手段】 タイマー21からタイミング信号が出力
されると、導通状態にあるスイッチング素子4を非導通
状態に遷移させる一方、NAND回路23が短絡防止信
号の出力を停止するまで、非導通状態にあるスイッチン
グ素子3を断続的に導通状態に遷移させたのち、そのス
イッチング素子3を導通状態に保持するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、三相モータに電
力を供給する電力変換装置のスイッチング素子を制御す
る電力変換装置の制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図7は従来の電力変換装置の制御装置が
制御する電力変換装置等の主回路を示す回路図であり、
図において、1は三相モータ、2は直流電源、3はU相
回路における正相側のスイッチング素子、4はU相回路
における逆相側のスイッチング素子、5はV相回路にお
ける正相側のスイッチング素子、6はV相回路における
逆相側のスイッチング素子、7はW相回路における正相
側のスイッチング素子、8はW相回路における逆相側の
スイッチング素子、9は制御装置10から出力された制
御信号にしたがってスイッチング素子3〜8を制御する
インタフェース回路、10は電力変換装置の制御装置で
ある。
【0003】また、図8は従来の電力変換装置の制御装
置を示す構成図であり、図において、11は図示せぬ速
度制御回路からスイッチング素子3,4の制御指令を受
けると時間の計測を開始するとともに、Hレベルの信号
を出力し、計測時間が設定時間T1に到達するとLレベ
ルの信号を出力するタイマー、12はタイマー11から
出力される信号の信号レベルがHレベルからLレベルに
移行すると、パルス幅がT2のパルス信号(T2は短絡
防止時間に相当する)を出力する短絡防止用タイマー、
13はタイマー11から出力される信号の信号レベルが
HレベルからLレベルに移行すると、出力信号の信号レ
ベルを反転するフリップフロップである。
【0004】また、14は短絡防止用タイマー12から
出力される信号の信号レベルがHレベルからLレベルに
移行する際に、フリップフロップ13のQ端子から出力
される信号の信号レベルと異なる信号レベルに出力信号
の信号レベルを反転するフリップフロップ、15はフリ
ップフロップ14から出力される信号の信号レベルがH
レベルからLレベルに移行すると、出力信号の信号レベ
ルをHレベルからLレベルに移行し、フリップフロップ
13のQ端子から出力される信号の信号レベルがHレベ
ルからLレベルに移行すると、出力信号の信号レベルを
LレベルからHレベルに移行するNAND回路、16は
短絡防止用タイマー12から出力される信号の信号レベ
ルがHレベルからLレベルに移行する際に、フリップフ
ロップ13のQB端子から出力される信号の信号レベル
と異なる信号レベルに出力信号の信号レベルを反転する
フリップフロップ、17はフリップフロップ16から出
力される信号の信号レベルがHレベルからLレベルに移
行すると、出力信号の信号レベルをHレベルからLレベ
ルに移行し、フリップフロップ13のQB端子から出力
される信号の信号レベルがHレベルからLレベルに移行
すると、出力信号の信号レベルをLレベルからHレベル
に移行するNAND回路、18はU相の正相側端子、1
9はU相の逆相側端子である。なお、V相及びW相の回
路構成は、上述したU相の回路構成と同様であるため説
明を省略する。
【0005】次に動作について説明する。まず、三相モ
ータ1を駆動する場合、その三相モータ1に交流電力を
供給する必要があるが、特に三相モータ1の回転速度を
広範囲に制御する必要がある場合には、一旦、交流電力
を直流電力に変換した後、その直流電力を所望の交流電
力に変換する電力変換装置(図7では、交流電力を直流
電力に変換する部分は省略している)を使用することが
ある。
【0006】電力変換装置を使用する場合、スイッチン
グ素子3〜8の点弧角を適宜制御することにより所望の
交流電力を三相モータ1に供給することができるが、例
えば、U相における正相側のスイッチング素子3と逆相
側のスイッチング素子4を同時に導通状態にすると、直
流電源2を無負荷の状態で短絡することになるため、直
流電源2からスイッチング素子3,4を通じてグランド
に大電流が流れ、スイッチング素子3,4等の損傷を招
くことがある。
【0007】そこで、正相側のスイッチング素子3と逆
相側のスイッチング素子4が同時に導通状態になるのを
防止するため(説明の便宜上、U相の回路を例にとって
説明する)、まず、タイマー11が、図9に示すよう
に、A時点において、図示せぬ速度制御回路からスイッ
チング素子3,4の制御指令を受けると、時間の計測を
開始するとともに、Hレベルの信号を出力し、計測時間
が設定時間T1に到達するとLレベルの信号を出力する
(図9の例では、B時点において、計測時間が設定時間
T1に到達している)。
【0008】そして、B時点において、タイマー11の
出力信号がHレベルからLレベルに移行すると、短絡防
止用タイマー12は、その立ち下がりをトリガとして、
短絡防止時間T2に相当するパルス幅のパルス信号を出
力する。また、フリップフロップ13も同様に、その立
ち下がりをトリガとして、出力信号の信号レベルを反転
する(図9の例では、Q端子から出力する信号の信号レ
ベルをLレベルからHレベルに移行し、QB端子から出
力する信号の信号レベルをHレベルからLレベルに移行
している)。
【0009】また、NAND回路17は、B時点におい
て、フリップフロップ13のQB端子から出力される信
号の信号レベルがHレベルからLレベルに移行するの
で、その立ち下がりをトリガとして、出力信号の信号レ
ベルをLレベルからHレベルに移行する。これにより、
B時点において、Hレベルの信号がU相の逆相側端子1
9からインタフェース回路9に出力されるので、A時点
の前から導通状態であったスイッチング素子4が、B時
点において非導通状態に遷移することになる。
【0010】そして、B時点において、短絡防止用タイ
マー12からパルス信号が出力されると、そのパルス信
号の信号レベルがHレベルからLレベルに移行するC時
点において、フリップフロップ14は、その立ち下がり
をトリガとして、出力信号の信号レベルをHレベルから
Lレベルに移行する。また、C時点において、フリップ
フロップ16も同様に、その立ち下がりをトリガとし
て、出力信号の信号レベルをLレベルからHレベルに移
行する。
【0011】そして、C時点において、フリップフロッ
プ14から出力される信号の信号レベルがHレベルから
Lレベルに移行すると、NAND回路15は、その立ち
下がりをトリガとして、出力信号の信号レベルをHレベ
ルからLレベルに移行する。これにより、C時点におい
て、Lレベルの信号がU相の正相側端子18からインタ
フェース回路9に出力されるので、A時点の前から非導
通状態であったスイッチング素子3が、C時点において
導通状態に遷移することになる。
【0012】以下、タイマー11が図示せぬ速度制御回
路からスイッチング素子3,4の制御指令を受けるごと
に、同様の原理で、スイッチング素子3,4のスイッチ
ング状態が制御されることになるが、図9からも明らか
なように、B時点からC時点に移行する短絡防止時間T
2では、スイッチング素子3とスイッチング素子4が共
に非導通状態になるため、スイッチング状態を切り替え
る際に発生する可能性がある電源短絡(スイッチング素
子3とスイッチング素子4が同時に導通状態になる状
態)の発生が防止される。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】従来の電力変換装置の
制御装置は以上のように構成されているので、スイッチ
ング素子3等を制御する際に発生する可能性がある電源
短絡の発生を防止することができるが、スイッチング素
子3等を非導通状態から導通状態に遷移させる際に、直
流電源2からスイッチング素子3等を通じて三相モータ
1のコイルに流れる大きな過渡電流を抑制する手段がな
いため、三相モータ1の消費電流が増大するなどの課題
があった。
【0014】なお、スイッチング素子3等の導通時間を
制御することにより、三相モータ1のコイルに流れる電
流を制御する技術が特開平1−99493号公報及び特
開平6−38539号公報に示されているが、スイッチ
ング素子3等を非導通状態から導通状態に遷移させる際
に発生する過渡電流を抑制する技術については開示され
ていない。
【0015】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、スイッチング素子を非導通状態か
ら導通状態に遷移させるとき、三相モータのコイルに流
れる過渡電流を抑制することができる電力変換装置の制
御装置を得ることを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】この発明に係る電力変換
装置の制御装置は、指令手段からタイミング信号が出力
されると、電源と直列に接続された正相側又は逆相側の
スイッチング素子のうち、導通状態のスイッチング素子
を非導通状態に遷移させる一方、短絡防止手段が短絡防
止信号の出力を停止するまで、非導通状態のスイッチン
グ素子を断続的に導通状態に遷移させたのち、そのスイ
ッチング素子を導通状態に保持するようにしたものであ
る。
【0017】この発明に係る電力変換装置の制御装置
は、予め設定された短絡防止時間を経過するまで、信号
レベルが周期的に反転する信号を短絡防止信号として出
力する論理回路を用いて短絡防止手段を構成し、その短
絡防止信号の信号レベルが反転するごとに、スイッチン
グ素子の極性を反転させるようにしたものである。
【0018】この発明に係る電力変換装置の制御装置
は、短絡防止手段が出力する短絡防止信号の反転周期を
選択する選択手段を設けるようにしたものである。
【0019】この発明に係る電力変換装置の制御装置
は、短絡防止手段が出力する短絡防止信号の反転周期を
タイマーを用いて設定するようにしたものである。
【0020】この発明に係る電力変換装置の制御装置
は、短絡防止手段が出力する短絡防止信号のデューティ
比をパルス幅変調タイマーを用いて設定するようにした
ものである。
【0021】この発明に係る電力変換装置の制御装置
は、短絡防止時間を設定する設定手段を設けるようにし
たものである。
【0022】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態1.図1はこの発明の実施の形態1による電
力変換装置の制御装置を示す構成図であり、図におい
て、21は図示せぬ速度制御回路からスイッチング素子
3,4の制御指令を受けると、設定時間T1に相当する
パルス幅のタイミング信号を出力するタイマー(指令手
段)、22はタイマー21から出力される信号の信号レ
ベルがHレベルからLレベルに移行すると、短絡防止時
間T2に相当するパルス幅のパルス信号を出力する短絡
防止用タイマー(短絡防止手段)、23は短絡防止用タ
イマー22から出力される信号がHレベルのとき、短絡
防止信号としてクロック信号が2分周された分周信号f
2を反転して出力するNAND回路(短絡防止手段)、
24はタイマー21から出力される信号の信号レベルが
HレベルからLレベルに移行すると、出力信号の信号レ
ベルを反転するフリップフロップ(制御手段)である。
【0023】また、25はフリップフロップ24のQ端
子から出力される信号の信号レベルがHレベルからLレ
ベルに移行すると、出力信号の信号レベルをLレベルか
らHレベルに移行する一方、フリップフロップ24のQ
端子から出力される信号の信号レベルがLレベルからH
レベルに移行すると、NAND回路23から出力される
信号を反転して出力するNAND回路(制御手段)、2
6はフリップフロップ24のQB端子から出力される信
号の信号レベルがHレベルからLレベルに移行すると、
出力信号の信号レベルをLレベルからHレベルに移行す
る一方、フリップフロップ24のQB端子から出力され
る信号の信号レベルがLレベルからHレベルに移行する
と、NAND回路23から出力される信号を反転して出
力するNAND回路(制御手段)、27はU相の正相側
端子、28はU相の逆相側端子である。なお、V相及び
W相の回路構成は、上述したU相の回路構成と同様であ
るため説明を省略する。
【0024】次に動作について説明する。まず、タイマ
ー21が、図2に示すように、A時点において、図示せ
ぬ速度制御回路からスイッチング素子3,4の制御指令
を受けると、設定時間T1に相当するパルス幅のタイミ
ング信号を出力する。
【0025】そして、B時点において、タイマー21の
出力信号がHレベルからLレベルに移行すると、短絡防
止用タイマー22は、その立ち下がりをトリガとして、
短絡防止時間T2に相当するパルス幅のパルス信号を出
力する。また、フリップフロップ24も同様に、その立
ち下がりをトリガとして、出力信号の信号レベルを反転
する(図2の例では、Q端子から出力する信号の信号レ
ベルをLレベルからHレベルに移行し、QB端子から出
力する信号の信号レベルをHレベルからLレベルに移行
している)。
【0026】そして、NAND回路26は、B時点にお
いて、フリップフロップ24のQB端子から出力される
信号の信号レベルがHレベルからLレベルに移行するの
で、その立ち下がりをトリガとして、出力信号の信号レ
ベルをLレベルからHレベルに移行する。これにより、
B時点において、Hレベルの信号がU相の逆相側端子2
8からインタフェース回路9に出力されるので、A時点
の前から導通状態であったスイッチング素子4が、B時
点において非導通状態に遷移することになる。
【0027】また、B時点において、短絡防止用タイマ
ー22からパルス信号が出力されると、NAND回路2
3は、短絡防止用タイマー22が出力するパルス信号が
立ち下がるC時点まで、短絡防止信号として、クロック
信号が2分周された分周信号f2を反転して出力し、C
時点以降は、Hレベルの信号を出力する。
【0028】そして、NAND回路25は、B時点にお
いて、フリップフロップ24のQ端子から出力される信
号の信号レベルがLレベルからHレベルに移行するの
で、NAND回路23から出力される信号を反転して出
力する。これにより、B時点からC時点までは、Hレベ
ルの信号とLレベルの信号が交互にU相の正相側端子2
7からインタフェース回路9に出力され、C時点以降
は、Lレベルの信号が連続的にU相の正相側端子27か
らインタフェース回路9に出力されるので、A時点の前
から非導通状態であったスイッチング素子3が、B時点
からC時点までは断続的に導通状態に遷移し、C時点以
降は、導通状態を保持することになる。
【0029】以下、タイマー21が図示せぬ速度制御回
路からスイッチング素子3,4の制御指令を受けるごと
に、同様の原理で、スイッチング素子3,4のスイッチ
ング状態が制御されることになるが、図2からも明らか
なように、B時点からC時点までの短絡防止時間T2で
は、スイッチング素子4が非導通状態に保持されるた
め、スイッチング状態を切り替える際に発生する可能性
がある電源短絡(スイッチング素子3とスイッチング素
子4が同時に導通状態になる状態)の発生が防止され
る。一方、B時点からC時点までの短絡防止時間T2で
は、スイッチング素子3が断続的に導通状態に遷移する
ので、直流電源2からスイッチング素子3を通じて三相
モータ1のコイルに電流が緩やかに流れることになる。
従って、C時点において、スイッチング素子3が導通状
態に保持されても、三相モータ1のコイルに大きな過渡
電流が流れることはない。
【0030】以上で明らかなように、この実施の形態1
によれば、タイマー21からタイミング信号が出力され
ると、導通状態にあるスイッチング素子4を非導通状態
に遷移させる一方、NAND回路23が短絡防止信号の
出力を停止するまで、非導通状態にあるスイッチング素
子3を断続的に導通状態に遷移させたのち、そのスイッ
チング素子3を導通状態に保持するように構成したの
で、電源短絡の発生を防止しつつ、スイッチング素子3
を非導通状態から導通状態に遷移させるとき、三相モー
タ1のコイルに大きな過渡電流が流れることがなく、三
相モータ1の消費電流を低減することができる効果を奏
する。
【0031】実施の形態2.上記実施の形態1では、N
AND回路23が、常に、クロック信号が2分周された
分周信号f2を入力するものについて示したが、図3に
示すように、選択ビット29に格納する値に応じて、ク
ロック信号が2分周された分周信号f2またはクロック
信号が4分周された分周信号f4の何れか一方を選択す
るスイッチ(選択手段)30を設けるようにしてもよ
い。これにより、三相モータ1の仕様に応じて、スイッ
チング素子を非導通状態から導通状態に遷移させる際に
三相モータ1のコイルに流れる電流を調整することがで
きる効果を奏する。
【0032】実施の形態3.上記実施の形態2では、ス
イッチ30を用いて分周信号を選択するものについて示
したが、図4に示すように、NAND回路23が出力す
る短絡防止信号の反転周期をタイマー31を用いて設定
するようにしてもよい。これにより、三相モータ1の仕
様に応じて、スイッチング素子を非導通状態から導通状
態に遷移させる際に三相モータ1のコイルに流れる電流
をきめ細かく調整することができる効果を奏する。
【0033】実施の形態4.上記実施の形態3では、N
AND回路23が出力する短絡防止信号の反転周期をタ
イマー31を用いて設定するものについて示したが、図
5に示すように、NAND回路23が出力する短絡防止
信号のデューティ比をパルス幅変調タイマー32を用い
て設定するようにしてもよい。これにより、上記実施の
形態3よりも、更にきめ細かく三相モータ1のコイルに
流れる電流を調整することができる効果を奏する。
【0034】実施の形態5.上記実施の形態1から実施
の形態4では、予め設定された短絡防止時間T2を変更
することなく、固定して使用されるものについて示した
が、図6に示すように、必要に応じて、短絡防止時間T
2を設定する設定器(設定手段)33を設け、短絡防止
時間T2の変更を許容するようにしてもよい。これによ
り、三相モータ1の仕様に応じて、短絡防止時間T2を
設定することができる効果を奏する。
【0035】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、指令
手段からタイミング信号が出力されると、電源と直列に
接続された正相側又は逆相側のスイッチング素子のう
ち、導通状態のスイッチング素子を非導通状態に遷移さ
せる一方、短絡防止手段が短絡防止信号の出力を停止す
るまで、非導通状態のスイッチング素子を断続的に導通
状態に遷移させたのち、そのスイッチング素子を導通状
態に保持するように構成したので、電源短絡の発生を防
止しつつ、スイッチング素子を非導通状態から導通状態
に遷移させるとき、三相モータのコイルに大きな過渡電
流が流れることがなく、三相モータの消費電流を低減す
ることができる効果がある。
【0036】この発明によれば、予め設定された短絡防
止時間を経過するまで、信号レベルが周期的に反転する
信号を短絡防止信号として出力する論理回路を用いて短
絡防止手段を構成し、その短絡防止信号の信号レベルが
反転するごとに、スイッチング素子の極性を反転させる
ように構成したので、装置構成を複雑にすることなく、
三相モータの消費電流を低減することができる効果があ
る。
【0037】この発明によれば、短絡防止手段が出力す
る短絡防止信号の反転周期を選択する選択手段を設ける
ように構成したので、三相モータの仕様に応じて、スイ
ッチング素子を非導通状態から導通状態に遷移させる際
に三相モータのコイルに流れる電流を調整することがで
きる効果がある。
【0038】この発明によれば、短絡防止手段が出力す
る短絡防止信号の反転周期をタイマーを用いて設定する
ように構成したので、三相モータの仕様に応じて、スイ
ッチング素子を非導通状態から導通状態に遷移させる際
に三相モータのコイルに流れる電流をきめ細かく調整す
ることができる効果がある。
【0039】この発明によれば、短絡防止手段が出力す
る短絡防止信号のデューティ比をパルス幅変調タイマー
を用いて設定するように構成したので、更にきめ細かく
三相モータのコイルに流れる電流を調整することができ
る効果がある。
【0040】この発明によれば、短絡防止時間を設定す
る設定手段を設けるように構成したので、三相モータの
仕様に応じて、短絡防止時間を設定することができる効
果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1による電力変換装置
の制御装置を示す構成図である。
【図2】 各種信号の波形を示す波形図である。
【図3】 この発明の実施の形態2による電力変換装置
の制御装置を示す構成図である。
【図4】 この発明の実施の形態3による電力変換装置
の制御装置を示す構成図である。
【図5】 この発明の実施の形態4による電力変換装置
の制御装置を示す構成図である。
【図6】 この発明の実施の形態5による電力変換装置
の制御装置を示す構成図である。
【図7】 従来の電力変換装置の制御装置が制御する電
力変換装置等の主回路を示す回路図である。
【図8】 従来の電力変換装置の制御装置を示す構成図
である。
【図9】 各種信号の波形を示す波形図である。
【符号の説明】
21 タイマー(指令手段)、22 短絡防止用タイマ
ー(短絡防止手段)、23 NAND回路(短絡防止手
段)、24 フリップフロップ(制御手段)、25,2
6 NAND回路(制御手段)、30 スイッチ(選択
手段)、31タイマー、32 パルス幅変調タイマー、
33 設定器(設定手段)。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 三相モータに電力を供給する電力変換装
    置を構成するスイッチング素子の極性を反転させる際
    に、その旨を指令するタイミング信号を出力する指令手
    段と、上記指令手段からタイミング信号が出力される
    と、予め設定された短絡防止時間を経過するまで短絡防
    止信号を出力する短絡防止手段と、上記指令手段からタ
    イミング信号が出力されると、電源と直列に接続された
    正相側又は逆相側のスイッチング素子のうち、導通状態
    のスイッチング素子を非導通状態に遷移させる一方、上
    記短絡防止手段が短絡防止信号の出力を停止するまで、
    非導通状態のスイッチング素子を断続的に導通状態に遷
    移させたのち、そのスイッチング素子を導通状態に保持
    する制御手段とを備えた電力変換装置の制御装置。
  2. 【請求項2】 予め設定された短絡防止時間を経過する
    まで、信号レベルが周期的に反転する信号を短絡防止信
    号として出力する論理回路を用いて短絡防止手段を構成
    し、制御手段はその短絡防止信号の信号レベルが反転す
    るごとに、スイッチング素子の極性を反転させることを
    特徴とする請求項1記載の電力変換装置の制御装置。
  3. 【請求項3】 短絡防止手段が出力する短絡防止信号の
    反転周期を選択する選択手段を設けたことを特徴とする
    請求項2記載の電力変換装置の制御装置。
  4. 【請求項4】 短絡防止手段が出力する短絡防止信号の
    反転周期をタイマーを用いて設定することを特徴とする
    請求項2記載の電力変換装置の制御装置。
  5. 【請求項5】 短絡防止手段が出力する短絡防止信号の
    デューティ比をパルス幅変調タイマーを用いて設定する
    ことを特徴とする請求項2記載の電力変換装置の制御装
    置。
  6. 【請求項6】 短絡防止時間を設定する設定手段を設け
    たことを特徴とする請求項1から請求項5のうちのいず
    れか1項記載の電力変換装置の制御装置。
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