JPH06165582A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速回転中の誘導電動機を緊急停止させるの
に、回生エネルギーを放電させる抵抗器や、電源回生等
を行なわず、直流制動以上の減速トルクを得ることので
きるインバータ装置を得る。 【構成】 高速回転中の誘導電動機１０を緊急停止させ
る必要が生じた場合に、絶対値整流回路１１の出力する
電流検出値Ｉが電流制限レベルＯc を越えずに、かつ、
直流リンク電圧検出器１３の出力するで直流リンク電圧
検出値Ｖdcが直流リンク電圧制限レベルＯv を越えない
場合には、インバータ出力アームを還流状態へ切り換え
ると同時に電圧位相の積算を停止する。そのため、誘導
電動機１０内部の磁束を一定に保ったまま減速トルクを
急峻に増加させる事ができ、かつインバータが過電流に
ならない限界電流を安定に流し続けることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は誘導電動機を電圧形ＰＷ
Ｍインバータで駆動するインバータ装置に係り、特に急
速停止制御を行うインバータ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、インバータ装置の急速停止制御法
には、誘導電動機に直流を印加する方式や、インバータ
の出力周波数を除々に減少させる方式があった。この直
流を印加する方式とは、以下の様な方式である。

【０００３】誘導電動機を電源から切りはなし、１次側
の端子ＶとＷとを結び、他の端子Ｕとの間に直流電圧を
加えて励磁すると、一次巻線によって作られていた回転
磁極に代って、固定した磁極ができる。そのため、誘導
電動機は回転電機子形交流発電機となる。その発生した
交流電力を巻線形回転子ならば、２次端子間に接続した
加減抵抗器で消費させ、また、かご形回転子ならばかご
形巻線内で消費させて、誘導電動機を制動する。

【０００４】これは、回転中の誘導電動機の１次巻線の
３つの端子のうち、任意の２つの端子の接続を電源に対
し入れ換えると、相回転の順序が反対になって、回転子
に働くトルクの方向は逆になるので、誘導電動機は、制
動されて、急速に減速するのである。

【０００５】また、インバータの出力周波数を除々に減
少させる方式とは、誘導電動機を電源に接続したまま、
インバータの出力周波数を除々に減少させて、同期速度
以上の速度で誘導電動機を運転し、誘導発電機として働
かせ、その発生した電力を電源に回生しながら制動する
方式である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】誘導電動機に直流を印
加する方式で高速回転中の誘導電動機を急速停止する場
合には、誘導電動機内部の磁束を低下させる必要があ
る。そのため、これに必要な時間は数百msecにもなり、
この間は誘導電動機はフリーラン状態となる無駄な時間
であった。また、高速回転時には十分な減速トルクが発
生しないという問題点も有った。

【０００７】また、インバータの出力周波数を除々に減
少させる方式で高速回転中の誘導電動機を急速停止する
場合には、回転エネルギーが電気エネルギーに変換され
て、インバータ直流リンク部のコンデンサに蓄積する。
そのため、電源回生機能やコンデンサの電荷を放電させ
る回路が無い場合には、過電圧となってしまう。これを
防ぐために過電圧となった場合に出力周波数を減少させ
ないような制御をしたとしても、電動機電流を高いレベ
ルで安定に流し続けることができないため十分な減速ト
ルクが得られない問題点があった。この従来のインバ−
タ装置により高速回転中の誘導電動機を緊急停止させた
時の計算機シュミレーションを図３は示している。図に
おいて電動機線電流が大きくなる前に直流リンク電流が
許容値に達しており、このため出力周波数の減少を停止
し出力周波数を維持するため十分な減速トルクが得られ
ていないのがわかる。

【０００８】このため、急速に停止する必要がある時に
は、構成の簡単なコンデンサ電荷放電回路を設けるのが
一般的である。しかし、この場合でも運転と急速停止を
繰り返すことで、インバータ装置内部の放電抵抗器の発
熱による盤内気温の上昇という不具合が生じる。

【０００９】そこで、本発明の目的は、誘導電動機を電
圧形ＰＷＭインバータで駆動するインバータ装置におい
て、高速回転中の誘導電動機を急速停止させる必要が生
じた場合に、電源回生機能やコンデンサの電荷を放電さ
せる回路を用いることなく、速やかに誘導電動機を減速
停止させるこのできるインバータ装置を提供するにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、誘導電動機を電圧形ＰＷＭインバータで駆動する
インバータ装置において、誘導電動機の減速開始後、イ
ンバータ出力電流の検出値が所定の電流制限値を越えて
いないことを判定する電流値判定手段と、前記検出値が
所定の電流制限値を越えていないと電流値判定手段が判
定すると、インバータ出力ＰＷＭ電圧の位相の進行を停
止する位相制御手段と、前記検出値が所定の電流制限値
を越えていないと電流値判定手段が判定すると、インバ
ータ出力アームを還流状態へ切換えるアーム切換手段
と、を有することを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】上記手段により、高速回転中の誘導電動機を緊
急停止させる必要が生じた場合でも、誘導電動機内部の
磁束を一定に保ったままで、減速トルクを急峻に増加さ
せる事ができ、かつインバータが過電流にならない限界
電流を安定に流し続けることで、誘導電動機の一次銅損
及び二次銅損を最大にでき、これにより回転エネルギー
を有効に消費させることが可能となり、大きな減速トル
クを発生できる。

【００１２】

【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。

【００１３】図１は実施例を示すインバータ装置におけ
る主回路の概略的構成図である。１は正側直流母線Ｐで
あり、２は負側直流母線Ｎである。３は主回路コンデン
サであり、主回路コンデンサ３は、直流母線ＰＮ間に配
置され、直流母線ＰＮ間の電圧を保持する働きを持つ。
４はＵ相正側主スイッチング素子、５はＵ相負側主スイ
ッチング素子、６はＶ相正側主スイッチング素子、７は
Ｖ相負側主スイッチング素子、８はＷ相正側主スイッチ
ング素子、９はＷ相負側主スイッチング素子、である。
Ｕ相正側主スイッチング素子４とＵ相負側主スイッチン
グ素子５、Ｖ相正側主スイッチング素子６とＶ相負側主
スイッチング素子７、Ｗ相正側主スイッチング素子８と
Ｗ相負側主スイッチング素子９は、相補的に動作し、片
方がオンの時はもう片方がオフとなる。１０は誘導電動
機であり、誘導電動機１０の端子電位は、正側直流母線
１または負側直流母線２のいずれかになる。

【００１４】１１は絶対値整流回路であり、絶対値整流
回路１１は、インバータの出力側即ち誘導電動機１０に
流れる電動機電流の各相電流を２相または３相で検出し
て、このうちの絶対値が最大なものを抽出し、これを電
流検出値Ｉとして出力する。

【００１５】１２は比較器であり、この比較器１２に入
力される電流制限レベルＯc と電流検出値Ｉを比較し、
電流検出値Ｉが電流制限レベルＯc を越えない場合に
は、比較器１２から電流低下信号Ｓ1 が出力される。な
お、電流制限レベルＯc は、インバータの過電流保護レ
ベルよりいく分低い値に設定する。

【００１６】１３は直流リンク電圧検出器であり、直流
リンク電圧検出値Ｖdcを出力する。１４は比較器であ
り、この比較器１２に入力される直流リンク電圧検出値
Ｖdcと直流リンク電圧制限レベルＯv を比較し、直流リ
ンク電圧検出値Ｖdcが直流リンク電圧制限レベルＯv を
越えない場合には比較器１４から電圧低下信号Ｓ2 が出
力される。

【００１７】１５はＡＮＤ回路であり、このＡＮＤ回路
１５に電流低下信号Ｓ1 と電圧低下信号Ｓ2 がともに出
力されている場合に還流状態切換信号Ｓ3 を出力する。
この還流状態切換信号Ｓ3 は制御回路１６に入力され
る。制御回路１６は、還流状態切換え信号Ｓ3 が入力さ
れない場合にはＰＷＭ信号を発生させて、主回路スイッ
チング素子４〜９を駆動している。還流状態切換信号Ｓ
3 が制御回路１６に入力されると、制御回路１６は、主
回路スイッチング素子４〜９のうち、正側のＵ相正側主
スイッチング素子４、Ｖ相正側主スイッチング素子６、
Ｗ相正側主スイッチング素子８、をオン、Ｕ相負側主ス
イッチング素子５、Ｖ相負側主スイッチング素子７、Ｗ
相負側主スイッチング素子９をオフして誘導電動機１０
の端子間を短絡させ、これと同時にＰＷＭ信号を発生す
るための位相角の進行を停止させる。これにより、誘導
電動機１０は零周波数でかつ、零電圧の状態となり、急
速に減速トルクが発生する。

【００１８】本実施例によれば、緊急停止指令が発生し
た場合、直流リンク電圧が過大でなく、電動機電流が過
大でない時は、インバータ出力を還流状態にし、ＰＷＭ
波形制御をその時点で停止させる。その後、電動機電流
が過大になった場合には、停止していたＰＷＭ波形制御
を再起させ、インバータ出力を通常状態に戻す。これら
の一連のシーケンスが減速中に繰り変えされることで、
強力な制動力が発生する。

【００１９】なお、本実施例においては、制御回路１６
は、主回路スイッチング素子４〜９のうち、正側の主回
路スイッチング素子４、６、８をオン、負側の主回路ス
イッチング素子５、７、９をオフして誘導電動機１０の
端子間を短絡させたが、逆に正側の主回路スイッチング
素子４、６、８をオフ、負側の主回路スイッチング素子
５、７、９をオンさせて誘導電動機１０の端子間を短絡
させても良い。

【００２０】図２は、本発明の実施例における高速回転
中の誘導電動機の緊急停止動作時の計算機シミュレーシ
ョン結果である。同図によれば、電動機線電流Ｉｕが許
容値以内におさえられ、かつ直流リンク電圧検出値Ｖdc
も許容以内に収まっている状態でも、急速に減速できる
ことがわかる。

【００２１】図３に示す従来のインバ−タ装置おける高
速回転中の誘導電動機の緊急停止動作時の計算機シミュ
レーション結果では１．２秒要した減速時間が、図２に
示す本発明の実施例では、０．３秒に低減している。

【００２２】本実施例によれば、電流検出値Ｉが電流制
限レベルＯc を越えずに、かつ、直流リンク電圧検出値
Ｖdcが直流リンク電圧制限レベルＯv を越えない場合に
は、インバータ出力アームを還流状態へ切り換えると同
時に電圧位相の積算を停止できることになる。そのた
め、高速回転中の誘導電動機の緊急停止動作時でも、誘
導電動機内部の磁束を一定に保ったまま減速トルクを急
峻に増加させる事ができ、かつインバータが過電流にな
らない限界電流を安定に流し続けることができる。ま
た、インバータが過電流にもならないので、誘導電動機
の一次銅損及び二次銅損を最大にでき、これにより回転
エネルギーを有効に消費させることが可能となり、大き
な減速トルクを発生できる。

【００２３】本発明は、誘導電動機速度が高速の場合に
は非常に有効であるが、電動機の回転速度が低い場合に
はあまり効果的ではない。そのため、本実施例におい
て、誘導電動機がある程度減速し、所定の回転速度以下
になった場合に、直流を電動機に印加する方式に切替え
る構成を付加することで、さらに減速を早めることがで
きる。

【００２４】また、従来のインバータ出力周波数を徐々
に減少させる方式を併用することにより、かなり減速し
た時点で直流リンク電圧の超過による還流状態からの復
帰が行われた場合の電流立ち上がりが緩和され、制御周
期を長くとっても過電流トリップにならないようにする
ことができる。また、回生放電抵抗器を併用すること
で、さらに高速に低減でき、モータの過熱や、振動が抑
止できる。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、誘導電動機を電圧形Ｐ
ＷＭインバータで駆動するインバータ装置において、高
速回転中の誘導電動機を緊急停止させる必要が生じた場
合でも、誘導電動機内部の磁束を一定に保ったままで、
減速トルクを急峻に増加させる事ができ、かつインバー
タが過電流にならない限界電流を安定に流し続けること
で、誘導電動機の一次銅損及び二次銅損を最大にでき、
これにより回転エネルギーを有効に消費させることが可
能となり、大きな減速トルクを発生できるというような
優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の主回路構成を示すブロック回
路図である。

【図２】本発明による実施例における高速回転中の誘導
電動機の緊急停止動作時の計算機シミュレーションを示
す図である。

【図３】従来のインバ−タ装置における高速回転中の誘
導電動機の緊急停止動作時の計算機シミュレーションを
示す図である。

【符号の説明】

１…正側直流母線Ｐ、 ２…負側直流母
線Ｎ、３…主回路コンデンサ、 ４…Ｕ相
正側スイッチング素子、５…Ｕ相負側スイッチング素
子、 ６…Ｖ相正側スイッチング素子、７…Ｖ相負
側スイッチング素子、 ８…Ｗ相正側スイッチング
素子、９…Ｗ相負側スイッチング素子、 １０…誘導
電動機、１１…絶対値整流回路、 １２…比
較器、１３…直流リンク電圧検出器、 １４…比較
器、１５…ＡＮＤ回路、 １６…制御回
路、Ｉ …電流検出値、 Ｏc …電流制
限レベル、Ｓ1 …電流低下信号、 Ｖdc…
直流電圧検出値 Ｏc …直流リンク電圧制限レベル、 Ｓ2 …電圧低下信
号 Ｓ3 …還流状態切換え信号、 Ｉu …電動機線電
流、Ｖdc…直流リンク電圧、 Ｎ…電動機速
度、Ｔ …電動機トルク。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘導電動機を電圧形ＰＷＭインバータで
   駆動するインバータ装置において、 誘導電動機の減速開始後、インバータ出力電流の検出値
   が所定の電流制限値を越えていないことを判定する電流
   値判定手段と、 前記検出値が所定の電流制限値を越えていないと電流値
   判定手段が判定すると、インバータ出力ＰＷＭ電圧の位
   相の進行を停止する位相制御手段と、 前記検出値が所定の電流制限値を越えていないと電流値
   判定手段が判定すると、インバータ出力アームを還流状
   態へ切換えるアーム切換手段と、を有することを特徴と
   するインバータ装置。
2. 【請求項２】 誘導電動機の減速開始後、誘導電動機の
   回転速度が所定の回転速度以下になったことを判定する
   速度判定手段と、 誘導電動機の回転速度が所定の回転速度以下になったと
   速度判定手段が判定すると、誘導電動機に直流を印加す
   る直流制動手段を有することを特徴とする請求項１記載
   のインバータ装置。