JPS58112498A - インバ−タ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は電圧形インバータにおいて、特に過′ゼ圧保護
を行なうと共に短時間にて減速動作を行ない得るように
したインバータ装置に則するものである。

発明の技術的背景 従来、交流電動機の可変速運転を電圧形インバータで行
なう場合、減速時には電動機は回′−Ｌ制動となり負荷
ＧＤ２が大きく、かつ急速な減速を行なうＬＪＲ合慨動
機側からインバーター１１１１　Ｋ大きな電気エネルギ
ーが帰還されて、イン・々−夕の主回眸コンデンサの端
子雪圧が上昇する。このため、インバータの過電圧保護
として当該主１０１路コンデンサの端子電圧を検出する
装置を備え、その検出レベル以上に電圧が上昇した場合
には自動的に減速動作を停止するような方法が多く採用
されている。

第１図は、この種の従来の［１工圧形インバータ装置の
構成をプロ、り的に示したもので、本装置は主回路部Ｉ
と制御回路部１１より構成される。

−まず主回路部Ｉは、商用電源を入力としこれを直流に
変換する整流器部１と、この整流された電圧を平滑する
コンデンサ２と、制御回路部■からの信号により順次半
導体素子を順次スイッチングして交流を得るインバータ
部３と、こめインバータ部３からの交流出力が供給され
る負荷としての交流電動機４とからなる。ここで、イン
バータ部３は半導体スイッチング素子としての６ケのト
ランジスタ３０１と６ケのダイオード３０２より成る。

一方、制御回路部■において１１は周波数設定器であり
、その出力信号ａは加減速制限回路１２に入力される。

この加減速制限回路１２は、例えば、当該の回路の出力
信号すを与える積分器と、この積分器の出力信号と周波
数設定器１１の出力信号ａとを比較して積分器の入力信
号を与える比較器とから構成され結果的に出力信号すは
入力信号ａの変化に対してあらかじめ定められた勾配に
て追従して出力される。この入出力の電圧信号ａ、ｂの
時間ｔに対する変化の関係を示すと第２図のようになる
。この加減速１１ｔｌ＋限回路１２の出力信号すは、電
圧制御回路１３と電圧周波数変換回路（ＶＦＣ）　Ｉ　
４に夫々与えられる。電圧制御回路１３けイン・々−夕
の出力電圧を決める為のものであり、電圧・周波数変換
回路１４はインバータの出力周波数を決める為の回路で
ある。ここで、電圧制御回路１３の入出力の電圧信号の
関係を示すと第３図のようになる。図中、Ｇ−１は本師
】路のダインが１であることを示し、この場合には入力
＝出力となる。同様［Ｇ＝２はダインが２であることを
示し、入力市、圧すに対して２倍の大きさの出力電圧Ｃ
となる。なお、本回路１３は信号の最大をＩＯＶに制限
している為、Ｇ＝２の場合入力が５ｖ〜ｌ０ＶＯ間の出
力は１（）■一定となる。また、電圧・周波数変換回路
１４は一種のアナログ・デジタル変挽回路であり、入力
信号すに比例した周波数の・ぐルスを出力する。

つぎに、電圧制御回路１３の出力信号は、電圧・周波数
変換回路１４の出カッ々ルスと共に変調回路１５に傅か
れる。この変調回路１５はイア　／Ｓ　　ｐ部３の・ぐ
ルス幅変調制御を行なう為の個々のトランジスタの制御
パルスを形成するものでおる。イン・９−夕部３の出力
事１圧の基本波同波数は電圧−周波数変換器１４の出力
・ぐルスの周波数、したがって加減速制限回路１２の出
力信号に比例する。一方、インノ々−タｓ３の出力電圧
はトランジスタのオン・オフ制御によって決まり、個々
の・ぐルスの幅は電圧制御回路１３の出力信号Ｃによっ
て決定される。そして、変調回路１５の出力信号はペー
スドライブ回路１６に入力され、このペースドライブ回
路１６はトランジスタの特性劾見合ったペース電圧、５
− ペース電流で、トランジスタをスイッチング動作させる
ためのものである。

かようにして、交流電動機４は可変周波数電源で運転が
可能である。ところで、上述の如き電圧形インバータに
より交流電動機４を運転中、周波数設定器１ノで急に減
速指令を入力した場合υこは、市動磯の固定子周波数ｆ
１イ回転子回転周波数ｆ２となり、交流電動機４が発電
機動作となって、回転子につながれているＧＤ２０回転
エネルギーが電気エネルギーに変換され、インバ−タ部
３のダイオード３０２を介してコンデンサ２に回生され
る。このコンデンサ２に回生されたエネルギーは、結果
としてコンデンサ２の端子電圧の上昇をもたらし、そし
てこの時電動機４負荷ＧＤ２が大きく、かつ短時間に減
速した場合には、コンデンサ２電圧が急激に増大すると
いう結果を引起こすことになる。従って、このように制
動時の速度指令パターンが不適切な場合には電圧上昇が
非常に大であり、半導体素子の破壊を招く危険性がある
。

６− そこで、一般には第１図に示す如くコンデンサ２の電圧
を検出する′電圧検出回路１７の出力信号と、コンデン
サ電圧の所定の上限値を設定する設宇器１８の出力信号
とをヒステリンス特性を持つ比較器１９に導き、これに
よりコンデンサ′「［圧の覧視を行なうようにしている
。そして、制御中にコンデンサ２の電圧が所定の一ヒ限
（１Ｍを越えた時には比較器２３が動作して出力信号Ｖ
ＣＯＭを送出し、この出力信号ｖｃｏＭにより周波数指
令値がホールドされる。この周波数指令値のホールドは
、例えば上記加減速制限回路１２内の積分器の入力を強
制的に零にすることにより行なうことができる。したが
って、比較器１９の出力信号ｖｃｏＭが発生している間
は減速指令は中断される。

一方、コンデンサ電圧が正常師、囲に低下すると比較器
１９の出力信号ｖｃｏ−がなくなってホールド作用が解
除され、盾波数指令値は再び所定のｉ４ターンにて低下
していく。そして、再びコンデンサ２の電圧が所定の上
限値を越えれば、上述同様の動作が繰り返し行なわれる
。

第４図は、かかる具体的な動作例をタイムチャート図に
て示したものである。図において、■、は周波数設定器
１１の出力信号、ｖｃはコンデンサ２の端子電圧、ｖｂ
は加減速制限回路１２の出力信号、ｖｃｏＭは比較器１
９の出力信号の時間経過を夫々示している。

いま、時点ｔｏで周波数設定器１１の出力信号ｖａがｒ
ｏ」ＶＣ落されて停止が指令されたとする。

これにより、加減制限回路１２の出力７１８号Ｖ。

は所定の勾配で「０」に回って低下し始め、交流電動機
４は発電動作に移行し、旧制エネルギーによりコンデン
サ２の充電が行なわれる。そして、この充電重圧ｖｃが
上限値ＶＩＫ達する時点ｔｌで、比較器２３の出力信号
Ｖ、。つが反転し、これによって加減速入力制限回路１
２の出力信号ｖ５がその直前の値にホールドされる。こ
れにより、電動機４からコンデンサ２への回生エネルギ
ーが低下し、充電されたエネルギーは主に電動機の銅損
として消費される為、コンデンサ電圧ｖｃは減少してい
く。つぎに、時点ｔ２でコンデンサ電圧ｖｃが下限値ｖ
２に達すると、加減速制限回路１２のホールド動作が解
除されてその出力信号ｖｂの低下動作が再開される。こ
れにより、再びコンデンサ電圧Ｖ。が上昇していき、時
ａ　ｔ　３で再び上限値ｖｌに達すると、加減速制限回
路１２の出力信号Ｖｂのホールド動作が行なわれる。以
下、同様の動作にて電動機４は制動、惰行を繰り返しな
がら停止に至る。

背景技術の問題点 然乍ら、上述した様な機能を有するインバータ装置にお
いて、過電圧保護を行なった場合は、速時間の他に惰行
時間を自動的に追加して、回生されたエネルギーを消費
しながら減速していくことになる。従って、電動機４を
短時間で減速させたいような場合には、このような過電
圧保護手段を備えたインバータ装置では不十分である。

９− 発明の目的 本発明は上記のような従来技術の持つ問題点を解消する
ために成されたもので、その目的は装置の過電圧保護を
確実に行なうと共に短時間に減速動作を完了させること
ができるインバータ装前金僅供することにある。

発明の概要 上記目的を達成するために本発明では、商用甫、源を入
力しこれを直流に変換する整流器部と、この整流器部か
らの直流を平滑するコンデンサと、半導体スイッチング
素子を順次スイッチングして上記直流を交流に変喫し交
流′に動機等の負荷に供給するインバータ部より成る主
回路部、周波数設定器と、この周波数設定器からの出力
信号を入力としその変化に対して予め定められた勾配に
て追従出力する加減速制限回路とこの加減速制限回路か
らの出力信号に基づいてインバータ出力電圧を決定する
と共にそのゲインを可変可能な電圧制御回路と、上記加
減速制限回路からの出力信号に一鳩づいてイン・９−夕
出力周１０− 各出力を基に上記インバータ部の半導体スイ、。

チング素子を順次スイッチング制御する回路と、上記コ
ンデンサの電圧を検出しその大きさが所定値以上である
ことを条件に、上記加減速制限回路の出力をホールドす
ると共に上記電圧制御回路のゲインを高める過電圧保護
回路より成る制御回路部からインバータ装置を構成し、
コンデンサ電圧が所定値以上に達した時、制動のだめの
インバータの周波数低下動作を一時的に中断させると共
に電圧制御回路出力のダインを高めることを特徴とする
。

発明の実施例 まず、一般に前述したインバータ装置において、回生制
動により、コンデンサに貯えられるエネルギーＮと、電
動機が発電機動作となって回生されるエネルギーＷｏの
関係は次式にて表わされる。

Δｗ＝ｗ、　−ｗ、　−ｗＬ　　　・・−・−・・・・
・・・−・−・・−・−・・・・　ｉｌｌとこで、Ｗｌ
、！は電動機内で損失するエネルギー、ＷＬけ電動機端
子からコンデンサ端子の間で損失するエネルギーである
。上式かられかるように、コンデンサに貯えられるエネ
ルギーを減らすには電動機内で損失するエネルギーＷ１
４と、電動機−コンデンサ間の損失ＷＬを増やせばよい
ことになる。

本発明はかかる原理に基づいたものであり、電圧制御回
路１３に対しては比較器１９からの出力信号Ｖ。ＯＭを
与えそのケ゛インを高めることができるようにするもの
である。

以下、上記原理に基づく本発明を第５図に示す一実施例
について説明する。なお、図において第１図と同一部分
には同一符号を付してその説明を省略する。つまり、第
５図は前記比較器１９σ）出力を加減速制限回路１２に
入力すると）Ｌノ 共に、電圧制御回路ノへも、入力するようにしたもので
ある。ここで、電圧制御回路２１は加減速制御回路１２
からの出力信号電圧ｖｂｖＣより、あらかじめ設定され
たダインの直圧Ｖ。を出力する他に、比較’４５１９か
らの出力信号ｖｃｏ４によりそのゲインを可変（高める
）し得るようにしている。

第６図は、上記電圧制御回路２１の構成例を示すもので
、図示の様に演算増幅器ＯＡ２個の入力抵抗ＲＩ　　ｒ
　Ｒ２の一方に比較器１９からの信号ＶＣＯＭがあると
きに閉路するスイッチＳｗを設けることにより、簡単に
実現することができる。すなわち、スイッチＳＷが開時
の電圧制御ンは、 となり、閉時よりもアンプのゲインを高めることが可能
である。

かかる如くインバータ装置を構成することにより、比較
器１９の出力信号が発生し電動機４が制動運転から惰行
運転に移行した時に、電圧？Ｉｔｌｌ　ｗＪ回路２１の
ディンが高められることにより、電動機４の端子電圧が
高められることになる。

そして、この時周波数は加減速制限回路１２の１３− 出力１ｇ号すがクランプされており一定である。

従って、この時は電動機４の磁束密度が増加することに
なり、電動機４鉄損が増加すると共に励磁電流増加から
銅損の増加となる。これらの損失を１曽加させることに
よってコンデンサ２に貯えられたエネルギーを早く消費
することにより、惰行時間が短かくなり電動機４は再び
制動状態となる。なお、その他の作用については前述し
た従来と同様で、ちるので説明を省略する。

このように、商用電源を入力しこれを直流に変換する整
流器部１と、この整流器部１がらの直流を平滑するコン
デンサ２と、半導体スイッチング素子３０１．３０２を
順次スイッチングして上記直流を交流に変換し交流電動
機に供給するインバータ部３より成る主回路部１１周波
数設定器１１と、この周波数設定器１１からの出力信号
を入力としてその変化に対して予め定められた勾配にて
追従用力する加減速制限回路１２とこの加減速制限回路
１２からの出力信号に基づいてインバータ出力電圧を決
定すると共１４− にそのゲインを可変可能な電圧制御［ｉ１路２１と、上
記加減速制限回路１２からの出力信号に基づ路１４およ
び１風圧１ｊ制御回路２１からの各出力を基に上記イン
バータ部３０半導体スイッチング素子３０１，３０２ｆ
順次スイッチング制御するｆ調およびペースドライブ回
路１５．１６と、上ｄ１シコンデンサ２の電圧を検出し
その大きさが所定の上限値以上であることを条件に、上
記加減速制限回路１２の出力をホールドすると共に上記
電圧制御回路２１のゲインを高める車圧検出回路１７．
設定器１８および比較器１９から構成された、過電圧保
瞳回路より成る制御回路部１１からインバータ装置を構
成したものである。

従って、イン・ぐ−夕装置の制動時の過電圧検出による
惰行運転時の電動機４１員失全増加させ得るため、惰行
時間を大幅に短かくして甑めて短時間に減速動作を完了
し連応性に富んだ運転が１ＪＴ能となると共に、イン・
々−タ装置を過電圧から確実に保護することができるも
のである。

発明の詳細 な説明したように本発明によれば、装置の過電圧保護を
確実に行ない得ると共に極めて短時間に減速動作を完了
させることができる信頼性の高いインバータ装置が提供
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電圧形イン・々−タ装置を示すブロック
図、第２図は加減速制限回路の動作を説明するための図
、第３図は電圧制御回路の動作を説明するための図、第
４図は＠１図における動作波形図、第５関は本発明の電
圧形インバータ装置を示すブロック図、＄６図は第５図
における電圧制御回路の構成図を示すものである。 １・・・整流器部、２・・・コンデンサ、３・・・イン
バータ部、３０１・・・トランジスタ、３ｏ２・・・ダ
イオード、４・・・交流電動機、１）・・・周波数設定
器、１２・・・加減速制限回路、１３・・・電圧制御回
路、１４・・・電圧・周波数変換回路、１５・・・変調
回路、１６・・・ペースドライブ回路、１７・・・電圧
検出回路、１８・・・電圧設定器、１９・・・比較器、
２１・・・電圧制御回路。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦１７− 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 商用電源を入力しこれを直流に変換する整流器部と、こ
   の整流器部からの直流を平滑するコンデンサと、半導体
   スイッチング素子を順次スイッチングして前記直流を交
   流に変換し交流電動機等の負荷に供給するインバータ部
   より成る主回路部、周波数設定器と、この周波数設定器
   からの出力信号を入力としその変化に対して予め定めら
   れた勾配にて追従出力する加減速制限回路と、この加減
   速制限回路からの出力信号に基づいてイン・ぐ−タ出力
   電圧を決宇すると共にそのｒインを可変可能な電圧制御
   回路と、前記加減速制限回路からの出力信号に基づいて
   イン制御回路からの各出力を基に前記インバータ部の半
   導体スイッチング素子を順次スイッチング制御する回路
   と、前記コンデンサの重圧を検出し、その大きさが所定
   値以上であることを条件に、前記加減速制限回路の出力
   をホールドすると共、つ に前記電圧制御回路のｒインを高虜る過′離圧保護回路
   より成る制御回路部から構成したことを特徴とするイン
   バータ装置。