JPS5886873A - インバ−タの瞬停制御装置 - 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、商用交流電源が停電した場合においても運転
を一１続できるインバータの瞬停制御装置に関する。

コ）従来技術 近年インバータによる交流電動機の制御が広く採用され
ているが、＊に電圧形インバータにおいて、交流電動機
を運転中に交流制御電源に瞬停が発生しインバータ馨一
度停止させると。

復電後に交流電動機が回転中に再起動する場合は、交流
電動機の逆起電力と位相、’ｒｔＦＥｖ合わせてインバ
ータを起動しないと、過大電流が流れてインバータの再
起動が失敗する。

そこで、従来は瞬停時もインバータの運転ｌ継続する方
法として、第１図のように回路構成する手段が採用され
ていゐ。

インバータ主回路は、交流電Ｉｆ／かも加えられる交流
を整流器コ（コンバタ）により直流に変換し、コンデン
サＪを経て平滑にして、イン＋鉢 バータプリ、ジ亭により直流かも交流に再度変換して交
流電動機！に電力が供給される。

そして、インバータの制御回路とインバータブリッジ駆
動回路の電源電圧は、交流電源ｌより変圧器６ケ介して
加えられる。変圧１８４に与えられた交流電圧は整流器
りにより直流電圧に変換し、大容量コンデｙｔｔに電荷
な蓄える。

トランジスタ！、リアクトル１０　、コンデンサ１１゜
ダイオードｌコから成るチ１ツバ回路と電圧制御回路／
、７により定電圧回路を構成する。インバータ制御回路
／４１の出力によりパルストランス／ｊ’７トランジス
タ／ＡＫより駆動し、ベース駆動回路／りによりインバ
ータブリッジ４ｔヲ駆動する。

七のインバータ制御回路ｌダの詳細図の一例を第１図に
示す、可変抵抗と定電源からなる周波数設定器１００に
よりインバータ周波数を設定する。演算増幅器ｉｏコ、
　１０：ｌ　、　１０ダ、抵抗１０／　。

ｉｏｔ　、　ｉｏｔ　、　ｉｏｔ　、　ｉｏｔ、コンデ
ンサ／ｌＯ１可変抵抗ｉｏｓにより周知の加減速制限回
路を構成し、可使抵抗１０１により周波数変化率を調整
する。この加減遠制＠回路出力は周波数基準ｆ“となり
、電圧→周波数便換器／／／によりインバータ周波数に
比例した周波数を波形合成回路／’／コに入力し、−１
三角波発生器／／３によりパルス幅変Ｗｊ４（ＰＷＭ）
用三角波を発生し、前記加減速制限回路出力をインバー
タ電圧基準として、比較器／＃により前記三角波と比較
しパルス幅変調出力を波形合成回路／／ココへ力する。

この波形合成回路／／コからはインバータ周波数とパル
ス幅変調出力を合成し、インバータブリッジ駆動信号を
出力する。

仁のようなインバータ回路ではインパータブリッジの通
電時間を制御するパルス幅変ｔ１４によりインバータ出
力の電圧と周波数を同時に制御し、一般にその電圧Ｖと
周波数１の比をｆｉ３Ｆ一定に制御することがらｖ／ｙ
制御と言う。

このようなインバータにより交流電動機を運転している
システムで瞬停が発生した場合ｋ。

交流電動機を停止させないで継続運転させる要求がある
１例えば、このシステムを上水道のポンプに使用した場
合に、瞬停によりポンプの回転を一度止めると、パイプ
に付着していた汚物が、水の逆流により、はがれ落ち水
が濁る不具合が発生する。したがって、瞬停でも交流電
動機を継続運転することが望まれる。

従来の第１図の装置では、瞬停時におけゐ制・御電源は
コンデンサｔに蓄えられた電荷を適用する。

この動作を第３図のタイムチャートで表わす。

時刻ｔｌｌにおいて停電が発生すると（交流電源電圧Ｖ
、。がオンからオフへ）、コンデンサ電圧Ｖ。ｌはチ１
ツバ回路を経て放電降圧するが、その電荷を利用する制
御電源電圧Ｖ。、は一定に保たれている１時刻１．で復
電すると（交流電源電圧’ＡＯがオフからオフへ）、コ
ンデンす電圧Ｖ。は回復するので短時間の瞬停では制御
電源電圧Ｖ。、は便化せず、インバータを継続運転する
ことができる。

Ｊ）従来接衝の問題点 ところがこの従来方式の欠坐は、Ｗ４停時間が長くなる
とコンデンサ電圧ｖ０龜が低下し、Ｖｏ８くｖ。１１と
なると制御電源電圧Ｖ’ｌｌは低下して制御回路が正常
に動作しなくなることである。

このため、従来は瞬停時間は一般にθ、５秒以下ｋｌｌ
ｌ隈し、それ以上の瞬停はインバータを停止させるよう
なインターロックを設けていた。

また、交流１淵ｌが完全に零になっている時間が長いと
インバータ主回路の平滑コンデンサＪの電圧も下り、負
荷の交流電動機Ｓが税調してしまうので、交流電源電圧
は５０９６以上保っていることを条件としたり、資金停
電はｏ、ｉ秒以下と云う制限をつけている。したがって
、このような瞬停制御を行なうには大容量のコンデンサ
Ｊを必要とし装置が大形になる欠点があった。

さらに、瞬停時間が長くなりてもこれに対応して制御可
能にするには、インバータ制御１１回路の瞬停制御用の
コンデンサｔは非常に大きな数十万μＦ８１度の容量が
必要となり、インバータ主回路とコンデンサｔを収納す
る装置の大きさが同等になり、装置全体が大形化し高価
格になり実用的には不可能という欠点があった。′亭）
発明の目的 ここにおいて１本発明は上述の従来装置の欠点を払拭す
るため罠なされたもので、瞬停時間が比較的に長くなっ
ても制御可能な小形でかつ経済的なインバータの瞬停制
御装置Ｖ提供することを、その目的とする。

Ｓ）発明の構成 本発明は、インバータ主回路における平滑コンデンサ３
を勢容量の一個の直列接続したコンデンサとし、その接
続した一個のコンデンサの中性点とインバータの出力線
のｌ相の融の間の電圧を、インバータ制御電源とするよ
うに構成した装置である。

４）発明の実施例 先スハルス輻変ｐｌＫついて触れておく、第ダ図−）　
、　（ｂ）はそのパルスＩｉｌ’Ｔｈの動作波形を示す
。

パルス幅変調用三角波ａｔと電圧基準の。

（Ｕ相）と比較器で比較し、この出力により第１図のイ
ンパータプリッジダのスイッチ素子（トランジスタ）＊
／、＋コｔオン、オフさせると。

負荷端子υ相と、整流器コおよびコンデンサＪで形成さ
れ為直流電源の中性点との間の電圧はｖＴＪ−０となる
。同様に負荷端子Ｖ相と前記中性点との間の電圧はマフ
−０となるので、Ｕ−４端子間の電圧はＶ。−７の波形
となる。電圧基準ｅｒｊの大きさを可蜜とすることで実
効電圧を変化させると、電圧Ｖ。−ｖ　ｆｉ波形はその
電圧のピーク値は蜜らずＫＴＩＩ流側電圧と同じ波高値
の電圧が出力されるが、そのパルスの幅が変化して出力
電圧の平均値が変る。これからその制御をパルス幅変調
制御と呼ぶ、さらに、電圧基準ｅｏの大きさが零になっ
た場合すなわち出力電圧零のときの電圧Ｖ。−０は第参
図〜）Ｋ表わす上下対称波形となる。

本発明はインバータ出力端子と直流電圧中性点の間の電
圧が、インバータ出力電圧やその周波数にほとんど影響
を受けず、常にスイッチングする交蒲波形であることを
利用するものである。

図面において同一符号は同一もしくは相轟部分を示す。

第３図は本発明の一実施例の構成を表わすブロック図、
第４図はその一部の詳細図である。

交流電源ｌの電圧を変圧器６により絶−して停電検出回
路ａ７に接続すゐ、一方、インバータ制御回路のｖｉａ
は、交流１源ｌから切排すレーＪコのａ接声Ｊコ１，３
コ３ｖ通って！圧器易の一次側に接続し、インバータ主
回路の曹流儒電圧なコンデンサコム、ＪＢＫより中性点
Ｊ００　ｖｋ作り、この中性点ＪＯＯとインバータ出力
端子の７つのたとえばυ相１間の電圧を切換リレー３ａ
のｂ接点Ｊココ、Ｊコ参を通して変圧６易の一次側の別
のタップに供給するようＫＩＩ続する。

変圧６易の二次巻ｍＫ整流器Ｊｊ　ａ　１ｊｔ接続し直
流へ費換し、さらにコンデンサコ／１で平滑にし、定電
圧回路ｎＫより安定化した制御電源電圧をインバータ制
御ＩＤ回路ｌ参〇１１Ｃ供給する。

変圧器ムの前記二次巻線に接続された電圧検ａｌ１回路
ＪｊＫより電圧を検出しインバータ制御回路ｌ参〇へ与
えるとともに、レベル検出器２デを介してその出力と起
動信号１１Ｔの有無の条件な論理積回路Ｊ０により論理
積をとり、リレーＪｌｖオン（その一点Ｊ／／は）Ｉ！
点である）させる、このため運転準備の場合は起動信号
８Ｔの条件が入力されていないので、リレーＪ／はオフ
し切換リレーココがオンして変圧器ムには交流電源ｌが
接続される。

次に起動信号８テが入力されると、インバータは起動す
ると同時にリレーｓｉがオンするので。

゛　　切換リレー３１はオフし、使臣ロムにはコンデン
。

す３ム、ＪＢの中性点ｓｅａとインバータ出力端子８間
の電圧が供給される。乙の電圧は交流電源ｌに比較して
電圧のピーク値が約％となるから、変圧器−の一次側の
電圧の低いタップに接続し、習圧器易の二次電圧は切換
リレーＪＪのオンオフに関らず変化しないようｋしてい
る。

このような接続により、インバータ運転中の制御電源電
圧は交流電源ｌに直接的に卑見られゐのではなく、イン
バータ出力から得るようにされている。停電検串回路コ
クにより瞬停を検出し、電圧検出回路コによりインバー
タ主回路の直流側電圧に比例した電圧を検出し、その停
電中のインバータの周波数を制御し、負荷の交流電動機
！の回生エネルギーによりイン／＜−タ主回路面流儒電
圧かはｙ一定になろように制御する− そして、イ゛ンバータブリッジダの土偶の２つのアーム
を構成するトランジスタ釘１Ｑ、釘は。

それぞれ変圧ロムの二次巻！！＆Ｃ接続された整流ａａ
ｂ、コンデンサＪ／　ｂ、整流器コｃ、コンデンサコ／
ａ、整流器計ｄ、コンデンサコ／ｄからなる直流電源か
ら直流電圧が供給される駆動回路Ｊ４１ｔｌ、３０．μ
ｄＫより、インバータ制御回路ｌ＃Ｏの信号を受けて、
駆ｉされる− さらにインバータプリッジダの下側の３つのアームＶ構
成するトランジスタ←、ダ６．偏は。

賢圧器ムの二次巻ＩＩに接続された整流器Ｊｊｅ。

コンデンサコｌｅからなる直流電源から直流電圧が供給
さ′れる駆動回路μ・により、インバータ制御回路ｌ参
〇の信号を受けて、ｍ動される。

第６図は、この実施例の停電検出回路コク、電圧検出回
路コ、インバータ制御回路ｉ＋ｏの詳細を示すブロック
図である。

変圧器６により交流電源ｌの電圧を検出し。

その検出電圧は整流器４りＱ、”：１ンデンサ２７１゜
抵抗コクＪｖ介して整流されかつフィルタをかけられ、
レベル検出器−ｆＪＫより交流電源ｌが停電または異常
に低下したことを検出したときＫは、スイッチ駆動回路
／／’ｌを動作させ、その駆動される接点のスイッチｔ
ｉｅがオンすると演算増幅器ｉｏコの出力は零となり、
積分回路を構成する演算増幅器ｉｏＪの出力はホールド
状態となり、インバータ周波数基準ｆ６もホールド状態
となる。

一方、インバータ運転中はインバータ出力端子（Ｕ相）
と直流側中性点ＳＯｏ間電圧電圧圧器ムを介して電圧検
出回路に加わり、整流・コ１０゜コンデンサ、２ｔ／　
、抵抗コｔコの構成からそのピーク電圧値、′ｔｌ−検
出し、インバータ制御回路ｌ参〇１１Ｃおいて電圧基準
値／２０と抵抗／／？　、　／Ｊ／により比較し、その
誤差Ｗ＊＠器ｔｉｔ’ｌｋ経て増幅して、停電時に動作
する接点／／Ａｖ通して抵抗ｌココにより演算増幅器／
１７．７に入力している。それにより、インバータ主回
路の直流側電圧が降下すると、インバータ周波数を低下
させ、交流電動機Ｉの回転エネルギーｖ：７ンデンサ３
ム、、７！ＩＫ回生させることＫより、コンデンサ電圧
、Ｊ）の電圧を上昇８せて、コンデンサ電圧すなわちコ
ンデンサ中性点とインバータ比力間電圧（制御電圧）の
ピーク値を一定に保つように制御丁ゐ。

この回路の動作極性を考究してみると１周波数設定器１
００の出力ｆＲは（→であり１周波数を上昇させる場合
は増幅器ｉｏ−の出力は←）となり、増幅器１０３の出
力は（→の方向に変化し、増幅器１０亭の出力は（−）
の極性でインバータ周波数基準で１を出力する。

定常時は、１８波数設定器出力ｆ１とインバータ局波数
基ｆｌｋｆ”の和は零となり、゛増幅器１０２の出力は
零で積分回路出力である増幅器ｉｏ、ｙの出力は蕾化し
ない状態で保持している。

いま、停電時は、接点ｌｌｊがオンすることにより増幅
器１０Ｊの出力は強制的に零となり、インバータ直流側
電圧制御回路（増幅器ｔｉｔ　。

１１Ｍ、１０参）が動作し、電圧検出回路Ｘのコンデン
サコ１／の電圧が基型電源ｉＪｏで設定した値より低下
すると増幅器／／１の出力は←）となり。

その出力は接点／／４を経て増幅器ｌＯ３へ与えられ、
増幅器／Ｉｔの出力は（＋）となり、増幅器ｔＯＳの出
方を下げるので周波数基準で”の大きさは低下し、イン
バータ周波数を下げる。すると交流電動機ｊのエネルギ
ーは回生し、直流側コンデンサ３ム、ＪＢ’＠充電して
電圧が上昇する。

このようにして、停電中のインバーメ直流側電圧つまり
これに比例した変圧器ムの出力ピーク電圧が一定に保た
れる。

次に、インバータの起動時を考えてみる。起動信号ＢＴ
ｋ−受け、電圧検出回路コの電圧検出価゛が正常範囲な
らばレベル検出器コツが出力され。

その両者で論理積回路／ＪＪの出力ｖＯ１この一方の出
力により駆動回路ｌコ４Ｉｖ動作させ、スイッチノコｊ
Ｋより周ｔＩｊｌ＃３Ｉ設定器１０Ｏに（−υの信号を
与えインバータＭＩｔｆＩ数を上昇させると同時Ｋ。

論理積回路ｌコＪの他方の出力により論理積回路ｌコ１
を介してインバータブリッジ参のスイッチ駆動信号を出
力してインバータを運転状態とする。

しかし、インバータ周波数ｌ下げて交流電動機！のエネ
ルギーを回生じ、電動機速度が零近くまで低下すると、
インバータの直流偵ｔａ庄が低下するので、電圧検出回
路λｇの電圧をレベル検出器コツで検出し、論理積回路
ｌコＪの出方が止みインバータな停止する。

これと同時に、第３図のリレー３１がオフする・この状
態で交流電源が復′＃ｉすれば、リレー３λはオンでそ
の接点Ｊコｌ、３コ３が図示のように変圧６為に接続さ
れ、インバータ起動待期となり、起動信号８？が入って
いれば自動的に起動するととＫなる。

第７図は、この起動の状態を示すタイムチャートである
。

時点ｔ、において、起動信号８ＴがオンするとリレーＪ
コがオフしく時点１．）て変圧器ムの一次電圧Ｖ、は交
流電ＩＩ／から、インバータ出力線の１つと中性点３０
０間の電圧忙切換わる。

それと同時に１周波数基＃ｆ”が上昇し電動機Ｓは加速
する１時点ｔ、においてインバータは設定周波数まで上
昇し１時点ｔ４で瞬停が発生し、停電検出回路コアがオ
フに’ｆＥると前述のごとくインバータ直流＠電圧ｖ０
が一定となるよう周波数基準ｆ”を下げ、負衝電動機の
回転エネルギーな回生する。この回生エネルギーはイン
バータの制御回路ｉｏｏ　Ｋ使用するのみであるので、
インバータ容筒°のｌ−程度であるから回生エネルギー
は僅かで充分である。

時点ｔ、で俵電すると、インバータ周波数基準で”は設
定値に向けて上昇し１時点ｔ、で正常値Ｋａｌ帰するこ
とＫなる。

このよ、うにして、第３図のインバータを制御する回路
や駆動する回路の電源は、インバータ駆動中はインバー
タ出力線の１つとコンデンサ中性点ｓｏｏ間の電圧を利
用しているので、停電中も電動機の回転エネルギーが存
在する限り運転を継続し、０１１１［後は自動的に設定
された周波数まで加速する。

なお、この実施例のインバータブリッジ参のトランジス
タのベース駆動回路コＩＩ　’ｂ　ｘ　２１１　ｅの一
例を第５図に示す。

コンデンサー／ｂから直流電圧を受け、インバータ制御
回路ｌダθからホトカブラ２００によりオン信号な得る
と、抵抗コダ／に１！圧が発生し、トランジスタλに３
をオンさせ、抵抗４幡によりベース電流を制限する。抵
抗評ダはインバータブリッジ参のトランジスタ件のペー
ス・エミッタ間に接続しである。

り）発明の費形例 しかして、第ｊ図、＃６図におけるインバータ出力と中
性点３００間の電圧検出回路コは、第９図に表わすよう
に、インバータの直、流＠電圧ｖ１ｉ圧検出器３１１１
Ｃより検出して制御する方法でも作用は同じである。

さらｌＩＣ１％１０図に示すように従来回路（第１図）
の制御電源電圧として、第３図のリレー３−を介して変
圧器２４１１Ｃ供給し、この変圧器−６σノ二次＠に整
流器り、コンデンサｌ／を接続して直流電源電圧を得て
、第Ｓ図と同様な制御により停電中も制御電源電圧を保
って運転することも可能である。

また１以上はＪ相インバータについて説明したが、イン
バータの相数や使用素子には関係なく適用可能なことは
説明するまでもない、なお。

変圧器ムは単相でなく多相でも同様である。

なお、第３図では禁圧器ムの電源電圧を供給するリレー
３．２はインバータ運転中は、常にインバータ側（イン
バータａ′″１力線とコンデンサ中性点３００間電圧）
Ｋ切換えているが、交流電源ｌが停電したときのみイン
バータ９１４に切換えて。

それ以外の制御は第３図と同様な制御をすることも可能
である。

ｔ）発明の効果 以上説明したように１本発明によれば、停電中はｊＩ荷
の交流電動機のエネルギーを回生し、インバータ直流側
電圧ｖｎｒ一定になるよう制御し、インバータ運転中ま
たは交流電源停電中はインバータを制御する回路電源を
インバー！出力線の７つとコンデンサ中性点間電圧から
得るよう、交流電源から切換えて使用することにより、
瞬時停電中も制御回路に電力な供給して。

インバータの運転継続が簡単な要素の追加でしかも小形
で経済的に実現できる。

さらに、長時間の停電では電動機が停止した場合も復電
後自動再起動が可能であり、信頼性の高い、従来にない
高性能なインバータの瞬停制御装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

ｗ、１図は従来製蓋のプル２ク図、第一図はその制御回
路の詳細図、第３図はその動作説明図。 第ダ図＆Ｌ）　、　（ｂ）はパルス幅変調インバータの
出力波形の説明図、第Ｓ図は本発明の一実施例の構成を
示すブロック図１ｗ、１図はその制御回路の詳細図、第
７図はこの実施例の動作を示すタイムチャー）、　ＩＩ
ＩＥ＆’図はこの実施例のベース駆動回路の詳細図、第
９図および第１０図は本発明の他の実施例の路線図であ
る。 ｌ・・・交流電源、コ・・・整流器（コンバー／）。 、７．．７Ａ、、７Ｂ・・・コンデンサ、ダ・・・イン
バーメプリッジｓ！・・・交流電動機、６．コロ・・・
変圧器。 ｉｏ、ｔダＯ・・・インバータ制御回路、コク・・・停
電検出回路、コ・・・電圧検出回路、コ９・・・レベル
検出器。 ３θ１０．論理積回路、３／、３コ・・・リレー、グｌ
Ｓ−ダ６・・・スイッチ素子。 出願人代理人　　猪　　股　　　　　清馬１図 ｒ４ 帛２図 尾３図 篤４図 （５） （６） 馬５図 壓６図 苓７図 晴間−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、交流電源と、それからの交流を直流へ変換するコン
   バータと、この；ンバータの出力端に直流＠端子が接続
   され負荷の交流電動機が交流側端子に接続されたインバ
   ータとを設けた装置において、前記コンバータの出力ｍ
   Ｋ並列に等容量のコンデンヤ１個を直列接続し。 その直列接続された中性点と前記交流側端子のｌっとの
   間の電圧をインバータの制御電源電圧としたことを４Ｉ
   ｌ＆とするインバータの瞬停制御装置。 コ、前記中性点と前記交流側端子の１つとの間の電圧が
   低下したときあるいはインバータ停止中は前記交流電源
   からインバータの制御電源電圧なとり、インバータ起動
   後は前記中性点と前記交流ｌｌ１１ｍ子の１つとの間の
   電圧をインバータの制御電源電圧とする切換回路を具備
   したことＶｅ像とする特許請求の範囲第７項記載のイン
   バータの瞬停制御装置。 Ｊ、前記交流電源の低下を検知する停電検出回路を設け
   、これにより瞬停を検出し、インバータ馬波数を下げる
   仁とによｔハ前記コンデンサ間の電圧か嫌ｙ一定になる
   ように前記交流電動機から電力な回生するように構成し
   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
   ータの瞬停、制御装置。