JPS61285080A - 電流形インバ−タの転流失敗検知装置 - 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】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は、電流形インバータの転流失敗を検知する装
置に関する。

〔従来技術とその問題点〕

可変周波数の交流電力を出力するインバータを使用して
交流電動機にこの電力を供給して可変速運転させること
は広く行われているが、このような可変周波数交流電力
を出力するインバータは電流形と電圧形との２つに大別
される。

電流形インバータで交流電動機を駆動する場合、この電
動機がカ行運転あるいは回生運転のいずれの場合であっ
ても当該電流形インバータの直流側電流の極性は変化し
ないという特徴がある。それ故交流電源からの交流電力
を整流器により直流電力に変換したのち、この直流電力
を電流形インバータにより可変周波数交流電力に変換し
て交流電動機を可変速運転させるようにしている電流形
インバータ装置では、交流電源に接続されている整流器
としてサイリスタなどの半導体スイッチ素子で構成され
る純ブリツジ回路を１組用意してあけば、回路の接続替
えをすることなしに交流電動機のカ行運転と回生運転と
をさせることができる。

第４図は従来から使用されている電流形インバータ装置
の主回路接続図であって、交流電源２からの交流電力を
サイリスタの純ブリツジ接続で構成されている整流回路
３により直流電力に変換していわゆる直流中間回路に出
力する。この直流電力は直流リアクトル４により平滑化
されたのち電流形インバータ５に与えられ、この電流形
インバータ５から出力される可変周波数交流電力により
誘導電動機７を所望速度で運転させ・る。

この第４図に図示の電流形インバータ５はサイリスタと
ダイオードとが直列接続されているアームで構成されて
いる。すなわちアームＵはサイリス７７５Ｕｓとダイオ
ード５ＵＤとの直列回路であり同様にアームＶはサイリ
スタ５ｖＳとダイオード５ＶＤで、アームＷはサイリス
タ５ＷＳとダイオード５ＷＤ、アームＸはサイリスタ５
ＸＳとダイオード５ＸＤ、アームＹはサイリスタ５ＹＳ
とダイオード５ＹＤ、そしてアーム２はサイリスタ５Ｚ
Ｓとダイオード５ＺＤとでそれぞれ構成されているので
、このような符号５で図示の電流形インバータは直列ダ
イオード形と称され、現在では最も多く使用されている
回路である。この回路ではアームＵ、　　Ｖ、　Ｗの直
列接続されているサイリスタとダイオードとの中間に転
流コンデンサ６Ｐが、またアームｘ、ｙ、ｚのサイリス
タとダイオードとの中間１こは転流コンデンサ６Ｎが接
続されていて、この転流コンデンサ６Ｐ、６Ｎにより強
制転流動作が行われる。この転流動作は本発明とは無関
係であるから、その説明は省略する。

第５図は電流形インバータの動作を示すダイヤグラムで
あって、第５図（イ）はインバータ入力側である直流中
間回路電流の波形、第５図（０）はインバータが出力す
るＲ相電流の波形、第５図（ハ）は同じくＳ相電流の波
形、第５図に）も同じくＴ相電流の波形、第５図（ホ）
は１サイクルを６等分した期間を、第５図（へ）は１サ
イクル中にどのアームが導通しているかをそれぞれがあ
られしている。

第４図に示す電流形インバータ装置において、直流中間
回路に設置されている直流リアクトル４のインダクタン
スが十分に大きければこの直流中間回路に流れる電流は
第５図（イ）に示すようにほとんど干清な波形となる一
方、電流形インバータ５が出力する交流側各相の電流す
なわち誘導電動機７に入力する電流の波形は第５図（Ｏ
）、（ハ）、に）に示すように矩形波状となる。この電
流形インバータ５が出力する交流の１サイクルを期間Ａ
１から期間へ６までに６等分すると（第５図（ホ）参照
）、各期間毎に導通しているアームが異なる（第５図（
へ）参照）。たとえば期間Ａ２においてはアームＵとア
ーム２が導通しているのでこのときに流れる電流の経路
は直流中間回路正極側→アームＵ（すなわちサイリスタ
５Ｕ８とダイオード５ＵＤ）→誘導電動機７→アームＺ
（すなわちダイオード５ＺＤとサイリスタ５Ｚ８）→直
流中間回路負極側であってＳ相には電流は流れずＲ相と
Ｔ相には同じ電流が反対方向に流れる。この期間Ａ２か
ら期間Ａ３に切換わるさいにアーム２はそのまま導通を
続けるがアームＵの導通は遮断され新たにアームＶが導
通を開始するいわゆる転流が行われる。

ｌサイクルがＡ１〜Ａ６の期間に６分割され、各期間ご
とに導通アームが切換わる、すなわち転流が行われるの
であるが、いずれの期間においても電流形インバータ５
の同一相の上下アーム（たとえばＲ相のアームＵとアー
ムＸ）が同時に導通状態となることはないので、直流中
間回路からこのインバータ５に流入した電流は必ず負荷
である誘導電動機７を流れてから直流側へ戻るようにな
っている。

１！流形インバータ５は上述せる転流動作により導通ア
ームが次々に切換わって誘導電動機７に交流電流を流す
のであるが、このようなインバータには転流失敗の可能
性が常に存在することに留意しなければならない。転流
失敗とは導通しているアームが適切な時期に遮断されて
新たなアームが導通するべきであるにも拘らず、この切
換−えが行われずに従前のアームがそのまま導通を続け
ることである。第４図に図示の直列ダイオード方式の電
流形インバータ５の場合についていうならば、１つの転
流動作を完了するのに必要な時間が電流や負荷電動機誘
起電圧の大きさによって変化下るのでたとえば電流が小
さいとこの時間が長くなる特性がある。それ故１つの転
流動作が完了する以前に次の転流動作を行わせようとす
ると、転流動作に必要な諸条件が満足されていないため
に転流失敗を生ずることとなる。すなわち直列ダイオー
ド方式電流形インバータでは、素子故障などの他に電流
の過小による転流時間の増加やサイリスクの誤点弧によ
る不正転流などの要因で転流失敗が発生する。

第６図は電流形インバータの転流失敗状況を示すダイヤ
グラムであって、第６図（イ）はインバータが出力する
几相電流の波形、第６図（０）は同じくＳ相電流の波形
、第６図（ハ）も同じくＴ相電流の波形、第６図（ロ）
はｌサイクルを６等分した期間、第６図（（ホ）は導通
アームをそれぞれがあられしているのであるが、この第
６図においては期間Ａ２から期間Ａ３への切換わりのと
きに転流失敗が発生した場合を示している。すなわち期
間Ａ２において導通していたアームＵが期間人、にはア
ームＶに切換わるべきであるにも拘らず転流失敗により
そのま才導通を続ける場合を図示しているのであるが、
転流失敗が発生するとその後は他アームへの転流条件が
満足されなくなるので、図示のように転流失敗したアー
ムはそのまま導通を続けることとなる。

第６図において、転流失敗により期間Ａ３以降において
もアームＵは導通を続けており、それにも拘らず期間Ａ
４とＡ５にはアームＸがこの転流失敗とは無関係に導通
するのでこの期間は同一相の上下アーム（すなわちＲ相
を形成するアームＵとアームＸ）が同時に導通すること
になって直流中間回路がこのインバータにより短絡され
るので、直流側からの電流は誘導電動機７には流れない
。

直流中間回路には直流リアクトル４が挿入されていてこ
の短絡時の電流急増を抑制する。またこの直流中間回路
電流は電流調節器により所定値に制御されるのが一般的
であるから、このようなインバータによる直流側短絡が
直ちに直流中間回路の温電流をひき＄こすことにはなら
ないが、転流失敗により誘導電動機７に流れる電流は第
６図に図示のように不正なものとなり、正しい運転は行
えない。

上述のような不都合を生ずる転流失敗を零にするための
努力は種々なされているけれども、転流失敗の危険性は
依然として存在する。そこで転流失敗が発生すればでき
るだけ早く回路の動作を停止させることが必要であり、
そのためには確実でかつ素早く動作できる電流形インバ
ータの転流失敗検知装置が望まれているのであるが、こ
のような要望にこたえられる検知装置が存在していなか
った。

〔発明の目的〕

この発明は、電流形インバータ運転中に転流失敗を生じ
たとき、これを確実にかつ素早く検知することができる
電流形インバータの転流失敗検知装置を提供することを
目的とする。

〔発明の要点〕

この発明は、電流形インバータで転流失敗が発生すれば
直流側回路が必ずこのインバータで短絡される期間があ
ることに着目したものであって、通常運転中は当該電流
形インバータの交流各相の出力電流瞬時値のうちの最大
のものとインバータ直流側電流とは常に等しいものが、
転流失敗によりインバータの同一相上下アームが同時に
導通している期間では、上記両電流が等しくならないこ
とを検出し、これをもって転流失敗と判定しようとする
ものである。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の原理を示す回路図である。この第１図
において、電流形インバータ５は直流の供給を受けて交
流に変換して誘導電動機７を可変連転させるのであるが
、この交流各相の電流を交流検出器１２により検出して
高位優先回路１３に入力させる。高位優先回路１３は入
力される各相電流のうちで瞬時値が正で最大のものを選
゛択して減算器１４へ出力する。一方電流形インバータ
５の直流側入力電流が直流電流検出器１１で検出される
ので、減算器１４においてこの直流検出電流と高位優先
回路１３から出力される電流との差分が演算される。符
号１５はコンパレータであって、減算器１４から出力さ
れる差電流の大きさが所定値以下のときは論理零を出力
して当該電流形インバータ５が正常に運転中であること
を表示しているが、上述の差電流が所定値以上になると
コンパレータ１５の出力は論理１に変化してインバータ
に転流失敗が発生したことを警報する。なおこの第１図
における符号６Ｐと６Ｎはそれぞれ電流形インバータ５
を強制転流させるための転流コンデンサである。またこ
の電流形インバータ５の直流側には既述の８４図と同様
に交ｉｔ源２、整流回路３、直流リアクトル４が備えら
れているのであるが、これらは本発明に直接的な関係は
ないのでその図示は省略している。

第２図は第１図に示す本発明の原理回路の動作をあられ
すダイヤグラムであって、第２図（イ）はインバータ入
力側である直流中間回路電流の波形、第２図（ロ）はイ
ンバータが出力するＲ相電流の波形、第２図ｅ→は同じ
くＳ相電流波形、第２図に）も同じくＴ相電流の波形、
第２図（ホ）は高位優先回路１３の出力電流波形、第２
図（へ）はコンパレータ１５へ入力する差電流の波形を
それぞれがあられしている。

この第２図において、時刻ｔ。に転流失敗を生じたとす
ると（この時刻１ｏは既述の第６図にセける期間Ａ２か
ら期間人、への切換え時期に対応するので、転流失敗番
こよりアームＵが導通を継続する）、時刻ｔ１から時刻
ｔ２までの間（これは第６図では期間Ａ４　トＡｓ　　
に対応する）はインバータ５のｉ流側がこのインバータ
の上下アームにより短絡されるので、直流側から供給さ
れる電流は負荷である誘導電動機７には流れない（Ｒ，
８゜Ｔ各相電流はすべて零である）。それ故この時刻ｔ
１以前には直流中間回路電流と同じ値の電流を出力して
いた高位優先回路１３は、この時刻ｔ１からｔ２　まで
の期間のみはその出方が零となる。

よってそれまで零であった減算器１４が出力する差電流
は大きな値に変化するので、コンパレータ１５がこの零
でない差電流を検出して転流失敗を検知する。

第３図は本発明の実施例を示す回路図であって、この第
３図に図示の主回路と電流検出場所は前述の第１図の場
合と全く同じである。すなわち電流形インバータ５の直
流側回路電流は分流器２１により検出され、絶縁増幅器
２２により所望レベルの電圧信号に絶縁・増幅されて減
算回路２６に与えられる。−力覚流形インバータ５から
出力されて誘導電動機７を所望速度で運転させるための
交流電流は変流器２３により検出され、この変流器２３
の２次側を短絡する抵抗２４により電圧信号に変換され
て高位優先回路としての全波整流回路２５に印加される
ので、この全波整流回路２５からは入力される各相電流
の瞬時値のうちの最大のものが減算回路２６に出力され
る。

演算増幅器で構成されている減算回路２６からは入力さ
れる両電流に対応する信号の差分が出力されるので、同
様に演算増幅器で構成されているコンパレータ２７がこ
の入力される差電流の大きさから電流形インバータ５に
転流失敗を生じたか否かを判定する。なお符号６Ｐ、６
Ｎは転流コンデンサである。

〔発明の効果〕

この発明によれば、電流形インバータの直流側電流と交
流側電流とを検出し、交流側各相電流の瞬時値の高位優
先をとったものと直流電流との間に差を生じたならば転
流失敗と判断するようにしているので、電流形インバー
タの転流失敗を確実にかつ素早く検知することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を示す回路図であり、第２図は第
１図に示す本発明の原理回路の動作をあられすダイヤグ
ラム、第３図は本発明の実施例を示す回路図である。第
４図は従来から使用されている電流形インバータ装置の
主回路接続図であり、第５図は電流形インバータの動作
を示すダイヤグラム、第６図は電流形インバータの転流
失敗状況を示すダイヤグラムである。 ２・・・交流電源、３・・・整流回路、４・・・直列リ
アクトル、５・・・電流形インバータ、５ＵＳ、５ＶＳ
。 ５ＷＳ、５Ｘ８，５Ｙ８，５Ｚ８．−、＋イＩＪ、ｌ、
５ＵＤ、５ＶＤ、５ＷＤ、５ＸＤ、５ＹＤ、５ＺＤ・・
・ダイオード、６Ｐ、６Ｎ・・・転流コンデンサ、７・
・・誘導電動機、１３・・・高位優先回路、１４・・・
減算！、１５・・・コンパレータ、２１・・・ｌｆｌ、
２２・・・絶縁増１は器、２３・・・変流器、２４・・
・抵抗、２５・・・高位優先回路としての全波整流回路
、２６・・・減算。あ、２７　、”　＝Ｉ　ｙ　ｔ４ウ
一７　　　　　　　６「耘邊矢暖 第２図 Ｊ３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電流形インバータの交流側各相の電流を検出する手段と
   、この交流各相電流の瞬時値のうちの最高値のものを選
   択して出力する高位優先手段と、前記流形インバータの
   直流側電流を検出する手段と、この直流電流と前記高位
   優先手段出力電流との差を演算する手段と、この演算結
   果が所定値以上のときに警報する手段とで構成されてい
   る電流形インバータの転流失敗検知装置。