JPS6389021A - インバ−タの保護装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明はｔ像装置【力率調整可能なノやルス１福変！’
４（ｐｗＭ）方式のインバータを配置し、昇圧制御し”
（ｌ］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℃、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℃制御されるため力率が低下し、
Ｎ、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℃、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恵め、
電源容量が大きくなり、ｗＬ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、この棹の制御装竹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′ｒｉ、三相線導電動機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け直流電源母線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″５ｒ：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＠流電圧検出器９の検出信号９ａ
と電圧基準設定器１ノの電圧基準信号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１
０息と交流母線１に接続きれた交流電圧検出器１３の電
圧信号１３息が入力される電流基準指令装置、ノ４はこ
の電流基準指令袋ｆｆ１１２の電流制御基準信号１２凰
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♂１ｊ御器である。そしｃ１
６はこの［光制御器１４から出力される電圧指令値１４
ｈが入力さ几るＰＷＭ制御装置で、このｐｗｒｖｔ　！
ＩＩ御装置１６はインバータ装ｆｕ　２’ｔスイツチン
グ制御するものである。

さて、第４図におい王、可変電圧可変周波数制御装置５
は、例えばＧＴＲ−？　ＧＴＯ等の自己消弧可能なスイ
ッチング素子を用いた）９ルス幅変１４　（ＰＷｈｉ　
）制ａ（ＩＫエリ、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エリ、浸れた制御を行
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−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、ｉｌＩ流電源母線６
の電圧および交流電源母線１の電流を次の工うにして力
制御を行なうものである。

例えば、第４図中の電圧設定器１）の電圧基準信号１１
ｍ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１
０はその偏差出力１０ｍを、交＠［源母線１に設けられ
た電圧検出器１３の電圧信号１３ａとともに電流基準指
令袋ｆｌ１２に入力する。この電流基準指令袋Ｒ１２で
は、偏差出力１０ｈ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
１２１に変換し、この電流制御基準信号１２＆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１
５ｈをｔ光制御器１４に入力する。

この電流制御器１４では電流信号１５１が入力されるこ
とによりＰＷＭ制御装置１６に電圧指令値１４１を出力
し、この信号を受けＣＰＷＭ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１２凰を交流電源母線１の
相電圧の位相に同期した正弦波基準とし℃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１３ｍは、正弦波塞りとし℃使用され
、電圧制御器１０の出力１０＆は電流制御基準信号１２
ａの振＠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
１１＆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１１１【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１３＆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１２ｍ
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℃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、本発明は次のように構成する
。すなわち、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、その信号に基づき、交流を直流に
変換する力率調整可能な・ぐ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
滑コンデンサを備え、直流出力電圧が設定電圧になるよ
りに制御するインバータ装置におい工、上記交流電源各
相電圧を検出してそれぞれ二値化し、その７４ターンに
より上記交流電源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離す操作装置
とを備える。

（作用） このような構成におい℃、検出装置は交流電源の各相電
圧を検出し、これを所定レイルをしきい値とし℃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℃そのノンターンを監視する。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又
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、電圧し々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、本発明全図面に示す一実施例を参照し℃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り、
電動機とし℃特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、＠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℃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、１
像間期検出装置１７と、ｖ１礎接触器３を解放する電磁
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をもとて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、同期ずれ検出時には交
流ｔａ接触器３の励磁回路１８に接触器のオフ指令信号
１７ｍ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１９に一１９Ｃ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￥Ｍ、源が３相
の場合を想定している）１．’（７Ａ〜２０Ｃは各６０
°位相遅れ回路１９に〜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Φ ″Ｈ”またＬ”に変換してロジック信号２０ｈ〜２０ｃ
として出力するロジック検出回路、２）はヒユーズＲＯ
Ｍ　（Ｒ出し専用メモリ）であり、上記ロジック信号２
０＆〜２０ｃがその下位アドレス（ＡＯ−Ａ２）に、ま
た後述する分周回路２５がらの分周信号２５ｈ〜２５ｄ
が上位アドレス（Ａ３〜Ａ６）に接続され℃おり、その
アドレス信号に対応するアドレスに記憶し′Ｃある電圧
清報及び同期ずれ情報をそれぞれ電圧信号２１＆〜２１
ｅ及び、同期ずれ検出信号１７＆として出力する（なお
ここでＡＯ−Ａ６はＡＯ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、Ｒ
ＯＭ　２　Ｊのデータ出力端子Ｄ４の出力信号である。

２２は電圧信号２１ｈ〜２１ｃを加算する加算器、２３
＃′ｉその加算信号２２ｍを平滑する電圧平滑回路、２
４ばこの平滑電圧信号２３ａを受けて、それを電圧に見
合うパルス周波数の信号２４ａＫ変換する電圧発振回路
（Ｖ、　Ｃ，Ｏ回路）、２５は上記ｔ４ルス信号２４１
を分周して１６’８　’　４　’Ｌの分周信号２５＆〜
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℃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”ｚ
１２等分した場合でのＵ、Ｖ、Ｗ各相の電圧し々ルを２
値化したデータとし℃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ビツトに対応させ
、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℃発生させたＶ、Ｃ，Ｏ回路２
４の・ぐルス信号２４ａを分周回路２５で分周した出力
で上位の４ビツト分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′Ｃある。このときＵ、Ｖ、
Ｗ各相は下位の３ビツ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番目のデータピッ）（Ｄ４）には上記１
２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℃それ以上の分局が進まないようにしである
。

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又は下位より４ビツト
目のデータビット（Ｄ３）に異常報知データ″Ｈ＃を格
納し℃、正常なアドレス領域以外のアドレスの指定とな
ったときに異常報知データ″Ｈ”がＤ３より出力される
ようにし′Ｃある。

次に上記構成の本装置の作用につい℃説明する。

第１図に示す本装置において、特に本発明て係る［像間
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℃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Ｚ９Ａ〜１９Ｃに入力されると、ここで６０°
、位相が遅らされ、その信号は口・ノック検出回路２０
１〜２０Ｃに与えられてレイルにより論理″Ｈ”信号か
″Ｌ″信号に変換され℃出力信号２０ａ〜２０ｅとなる
。この状態を示すのが第３図（６）、〜（ｑ）の図であ
る。ロジック検出回路２０に〜２０Ｃの出力信号２０ａ
　〜２０　ｃ　＃：ｉＲＯＭ　２１の下位アドレスの指
定に用いられ、またＲＯＭ、？Ｊの上位アドレスは分周
回路２５の出力にエリ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ＤＯ−Ｄ２の出力
データ（［圧信号）２１ａ〜２１ｃを加算しその信号２
２１を電圧平滑回路２３に与える。電圧平滑回路２３は
上記信号２２＆を平滑し、電圧発振回路（以下、Ｖ、Ｃ
，Ｏと称する）２４に信号２３ｍを与える。

Ｖ、Ｃ，Ｏ，？４は、その電圧２３ｈに見合った周波数
の方形波・９ルスを出力する。ここで、Ｖ、Ｃ，Ｑ２４
はその入力電圧に対応した周波数の・ぐルス（第３図（
１））を発生するもので入力電圧が一定ならは一定の周
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、ｏ２４からの出
力パルス信号２４ａは一定の周波数の・々ルスになる。

分周回路２５はこのパルス信号２４１を受けてこれを分
周し、分局信号２５ａ〜２５ｄを発生する。すなわち、
・母ルス信号２４畠が一定の周波数に落ち着くとパルス
信号２４＆に対し、第３図（２）〜（５）のよりなΣ’
４’８’百の分周した分局信号を発生する。ところで。

前記ロジック信号２０＆〜２０ｃ及び分局信号２５＆〜
２５ｄはＲＯＭ　２１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２１＆〜２１ｅを
出力する。すなわち、ＲＯＭは前記分周信号２５＆〜２
５ｄ及び分周器クリア出力２５ｄで決定されるアドレス
モード＠′Ｏ＃〜″１１”に対し℃、ＲＯＭ　２１の下
位アドレスにセットされた２０ｈのデータがｒＬＪかｒ
ＦＩＪによって、Ｄ。

のデータライン、すなわち、信号２１ａｌＣは第３図α
１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２０ｈがｒＬＪＱ時、点線は信号２０ａが「
Ｈ」の時の出力状態全示すものである。

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ｒＬＪかｒＨＪに工っ℃信号２１ｂ。

２１ｃＫは第３図α℃及びα■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１０′〜１１１”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〜２０ａが第３図（７）〜（９）
のような状態にあるとすると）、前述の如（ＲＯＭ２）
はセットされているので、出力信号２１ａ〜２１ｃは第
３図αゆ〜α→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２２＊＃−ｊ：第３図
αりのようになる。そして、その信号ｚｚ＊ｆｉ電圧平
滑回路２３を通して、一定の電圧２３＆としてＶ、Ｃ，
０２４Ｋ与えられ、Ｖ、０．０２４より一定の周波数の
出力信号２４ｍ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２５ｍ〜、？５ｄが出力され
ることになり、アドレスモードはＭＯ”〜″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℃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ＲＯＭ　２　ＪのＤ３のデータは“Ｌ′であり、
このデータを信号１７＆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℃、たとえば第１図の装置において、インバ−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２０に〜２０Ｃ通過後の出力が正
常な場合のデータ・ｆターンとならなくなった際、例え
ば、２０ｈ〜２０ｃがすべて″Ｈ”とかすぺ′″Ｃ″Ｌ
＃となるとＲＯＭ　２１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＃とじであるのでＲＯＭのＤ３の出力である信
号１７ｍはＨ”となる。すなわち、前述の如くＲＯＭ２
７は各アドレスモードに対し℃、電圧信号Ｕ、Ｖ、Ｗ（
これは、ロジック検出回路２０に〜２０Ｃ全通してＲＯ
Ｍ２７の下位側アドレスＡＯ−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２０　ａ　〜２０　ｅが第３図（
７）　〜（９）よりずれた時は、ＲＯＭ　２１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１７＆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℃同期状
態がずれたり、電圧異常等が生じたとき、イン・ぐ−夕
装ａ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、υい℃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
可能なノヤルス幅変調方式（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℃
、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℃、制御中、電源同期信号
がｉ源の位相に対し℃同期ずれを起した場合でも、また
電源に異常が生じた場合でも制御異常とみなし、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ノＩ１１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行全付加したイ
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全示すタイミング
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、１９に〜１９Ｃ・・・６０°位相遅れ回路
、２０に〜２０Ｃ・・・ロノノク検出回路、２１・・・
ＲＯＭ、２２・・・加算器、２３・・・電圧平滑回路、
２４・・・電圧発振回路、２５・・・分局回路。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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、その信号に基づき、交流を直流に交換する力
   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
   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
   してそれぞれ二値化し、そのパターンにより上記交流電
   源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。