JPH09182450A - インバ−タ装置の過電圧保護回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】入力電源電圧検出器およびその出力側基準発生
器を設けることなく回生電力を消費する抵抗器通電のス
イッチング素子駆動を行い得るインバ−タ装置の過電圧
保護回路を提供するものである。 【解決手段】直流充電部の電圧を検出する電圧検出器
と、電圧検出器出力の一次遅れを得る演算する一次遅れ
器と、電圧検出器出力と一次遅れ器とを入力とする差動
増幅器と、差動増幅器出力と予め設定される基準値とを
比較する比較器とを備え、比較器出力によりスイッチン
グ素子駆動を行うようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インバータ装置に
よる誘導電動機駆動における減速もしくは停止時に発生
する回生電力を抵抗器に通電し熱変換させることによ
り、インバータ装置が回生電力により過電圧となること
を保護するインバータ装置の過電圧保護回路に、関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】図３は従来技術の説明のため示し、１は
ＰＷＭインバ−タ、２は入力電源、３は誘導電動機（以
下単に電動機という）、４は過電圧保護回路である。す
なわち、ＰＷＭインバ−タ１が入力電源２を得て電動機
３を駆動する例であって、過電圧保護回路４を備えてイ
ンバータ装置が回生電力により過電圧となることを保護
する機能を有している。ＰＷＭインバ−タ１において
は、11はインバータ装置に供給される三相交流を直流に
平滑する直流平滑部、12は直流平滑部11にて平滑された
電力を充電する直流充電部、13は任意の三相交流電力を
電動機３に供給する交流電力出力部である。

【０００３】また、過電圧保護回路４にて、41はスイッ
チング素子42により交流電力出力部13の入力側に接続さ
れて回生電力を消費する抵抗器、43は直流充電部12の電
圧を検出する電圧検出器，44はＰＷＭインバ−タ１の入
力電源電圧を検出する電圧検出器、45は電圧検出器44出
力に比例する基準値を与える基準値発生器、46は比較器
である。過電圧保護回路４においては、比較器46にて基
準値発生器45出力と電圧検出器43出力が比較され、直流
充電部12の電圧が基準値より大きい場合に、スイッチン
グ素子42は直流充電部12の電力を抵抗器２へ流すように
効用される。

【０００４】ここで、回生電力の発生について説明す
る。電動機３の駆動において減速または停止しようとす
る場合あるいは負荷機により回されるような場合に、電
動機３は発電領域に入るため電力の流れが逆向きに運動
エネルギーが回生電力となって、電動機側からインバー
タ装置側に流入される。このとき、直流充電部12に電力
が充電されてその電圧が上昇する。直流充電部12の電圧
はインバータ装置を構成する各部に印加されているが、
特にインバータ部である交流電力出力部13に使用される
スイッチング素子の耐電圧を越えると、そのスイッチン
グ素子を破損する恐れがあるため直流充電部12の電圧は
正確に制御される必要がある。したがって、回生電力を
消費する過電圧保護回路４が必要とされている。

【０００５】そして基準値発生器45は、電圧検出器44出
力を得て入力電源電圧のレベルにあわせて過電圧保護回
路４の動作レベルを制御するために、設けられている。
なお、この発生器を設けない場合、過電圧保護回路４は
動作レベルが予め一定値に設定される。そのときの動作
レベルは入力電源電圧の変動を考慮して設定されるた
め、実際に過電圧保護回路４が動作する電圧は、電動機
３の定格電圧の１２０％程度に設定される。この状況で
の回生運転時には電動機が過励磁状態で運転されること
になって、電動機の制御特性が劣化したり，過電圧保護
回路の動作により直流充電部12の電圧脈動が大きくなっ
て更に電動機の制御特性が悪くなることがあるため、過
電圧保護回路４の動作レベルを入力電源電圧にあわせて
変更する機能が必要になっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このようにかかる従来
技術において、インバータ装置の過電圧保護回路は、入
力電源電圧の変動に合わせて、過電圧保護回路の動作レ
ベルを変更する機能が必要である。そのため、インバー
タ装置の入力電源電圧を検出する回路が具備されるもの
となっている。さらに、入力電源電圧の検出を三相で行
わず単相で行うと、直流充電部の電圧と入力電源電圧検
出器出力との間に、矛盾が生じる場合がある。例えば入
力電源電圧を検出している相の電圧だけが電源アンバラ
ンス等で低下していると、その検出レベルはインバータ
装置の直流充電部の電圧より低く評価されることにな
る。この場合、過電圧保護回路はインバータ装置が回生
運転されていないにも拘らず過電圧保護動作を行うこと
になり、回生電力消費を行う抵抗器に常時電力が通電さ
れて抵抗器の過熱を招くことになる。

【０００７】しかして本発明の目的とするところは、入
力電源電圧検出器およびその出力側基準値発生器を設け
ることなく、簡便な構成で抵抗器通電のスイッチング素
子駆動を行い得るインバータ装置の過電圧保護回路を提
供する、ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上述したような
点に鑑みなされたものであって、つぎの如くである。 （イ） インバータ装置の直流充電部に回生される電力
を消費する抵抗器と、抵抗器へ回生電力を通電させるス
イッチング素子とを直列接続し、この直列回路を直流充
電部に並列に接続されるように構成する。 （ロ） 回生電力を通電する期間を制御するスイッチン
グ素子は、直流充電部の電圧を検出する電圧検出器の出
力を一次遅れ器に入力し、一次遅れ演算により得られた
信号出力と電圧検出器の出力とを差動増幅器に入力し、
差動増幅器の出力と予め設定される基準値とを比較器に
て比較し、比較器の出力信号により動作するように構成
して成る。

【０００９】かかる解決手段により、入力電源電圧を検
出して比較基準値を設定する必要がなく、入力電源電圧
検出器およびその出力側基準値発生器が不要となる。こ
れは、直流充電部の電圧検出器出力を直接入力する経路
と、一旦一次遅れ器を介して一次遅れ信号となった直流
充電部の電圧信号とを入力する差動増幅器で構成する
と、直接入力する信号と一次遅れ信号との差分が、定常
状態すなわち負荷等を駆動している状態ではインバータ
装置から電動機側に電力が供給されるため、発生するこ
とがない。しかし、電動機を減速または停止する場合あ
るいは負荷機より回されるような場合には電動機が回生
状態になり、電動機側からインバータ装置へ回生電力が
流入して二つの信号に差分が生じる。この場合、直流充
電部の電圧検出値を直接入力する側のみ電圧が上昇する
ことになる。さらに、この差分を比較器にて予め設定さ
れる基準値と比較することにより、スイッチング素子を
制御する信号が得られる。したがって、得られた信号に
よりスイッチング素子が駆動され、抵抗器に回生電力を
通電し熱となって消費されることになる。

【００１０】

【発明の実施の形態】具体的な実施形態例は、つぎの如
く構成されたものである。すなわち、直流充電部の電圧
を検出する電圧検出器と、電圧検出器出力の一次遅れを
演算する一次遅れ器と、電圧検出器出力と一次遅れ器出
力とを入力とする差動増幅器とを具備するとともに、差
動増幅器出力と予め設定される基準値とを比較するよう
に比較器の入力信号を構成し、比較器出力を用いて回生
電力消費を行う抵抗器に直列接続されるスイッチング素
子を制御するようにしてなる。さらに、本発明を実施例
図面を参照して、詳細説明する。

【００１１】

【実施例】図１は本発明の一実施例の要部構成を図３に
類して示したものであって、４’は過電圧保護回路であ
る。過電圧保護回路４’においては、43’は電圧検出
器、46’は比較器、47は一次遅れ器、48は差動増幅器、
49は設定基準器である。すなわち、特に、一次遅れ器47
は直流充電部12の直流電圧ＶDCを検出する電圧検出器4
3’による検出値の一次遅れ演算を行う。差動増幅器48
は電圧検出器43’出力と一次遅れ器47出力の信号Ｓａを
入力として信号Ｓｂを発生し、設定基準器49は予め設定
される基準値Ｓｃを発生するものであって、比較器46’
にはこれら信号Ｓｂと基準値Ｓｃとが与えられるように
構成されている。

【００１２】いま、ＰＷＭインバータ１が力行状態で運
転されているとき、差動増幅器48各々の入力には差分が
生じないため、信号Ｓｂは零のままとなって基準値Ｓｃ
と比較される。ここで、信号Ｓｂが基準値Ｓｃと比較し
て小であれば、抵抗器41へ回生電力を通電するスイッチ
ング素子42を動作させる必要がなく、比較器46’からは
スイッチング素子42の駆動信号Ｓｄは出力されない。つ
ぎに、ＰＷＭインバータ１が回生状態で運転されるとき
には、直流充電部12の直流電圧ＶDCが急上昇する。した
がって、電圧検出器43’出力も急上昇する。一方、電圧
検出器43’出力に対して一次遅れ器47出力の信号Ｓａは
急激には上昇せず、ほぼ一定値に保持されている。その
ため、差動増幅器48入力に差分が生じて信号Ｓｂは、零
でなくなる。よって、よって、信号Ｓｂが基準値Ｓｃと
比較して大となるとき、比較器46’による駆動信号Ｓ
ｄがスイッチング素子42に与えられ、抵抗器41に回生電
力が通電されて消費されることになる。これは、図２の
如く示される。

【００１３】図２は図１の各部動作信号レベルを示すも
のであって、ＰＷＭインバータ１が回生状態で運転され
る様子を表している。図２においては、時刻Ｔ0 からＰ
ＷＭインバータ１が回生状態になり、直流充電部12の直
流電圧ＶDCが上昇している。このとき、一次遅れ器47出
力の信号Ｓａがほぼ一定値であるため、差動増幅器48出
力の信号Ｓｂは直流電圧ＶDCの検出値にあわせて上昇
し、時刻Ｔ1 で予め設定される設定基準器49出力の基準
値Ｓｃより大となる。ここで、比較器46’はスイッチン
グ素子42の駆動信号Ｓｄを出力する。したがって、抵抗
器41に回生電力が通電される期間（Ｔ1 −Ｔ2 ）、直流
電圧ＶDCは上昇せず逆に電力が消費されるために、力行
状態時の電圧値に向かって減少する。時刻Ｔ2 では、直
流電圧ＶDCが一定値以下になって比較器46’出力は自動
的に停止され、スイッチング素子42は抵抗器41への通電
を停止する。比較器46’では、動作するレベルと動作を
停止するレベルにヒステリシス電圧を、設けている。こ
れは、スイッチング素子42の動作周期には限界があるた
めである。つぎに時刻Ｔ2 となったとき、ＰＷＭインバ
ータ１が回生状態であれば図示のように再び直流電圧Ｖ
DCが上昇し、前述の期間（Ｔ1 −Ｔ2 ）の動作を、期間
（Ｔ3 −Ｔ4 ），（Ｔ5 −Ｔ6 ），（Ｔ7 −Ｔ8 ）で繰
り返すことになる。時刻Ｔ8 以降は、回生状態から力行
状態へ移行するときの直流充電部12の直流電圧ＶDCが通
常運転レベルへ自然減少する様子を示している。

【００１４】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、イ
ンバータ装置の直流充電部の電圧検出値と比較するため
の基準値を入力電源電圧に比例させて発生するための回
路と入力電源電圧検出器が除去され、回路故障によるト
ラブルの減少，配線作業ミスの低減等より、保護動作の
信頼性が向上された簡便な構成の装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例を示す回路図である。

【図２】図２は図１の各部動作信号レベルを示す波形図
である。

【図３】図３は従来技術の説明のため示した回路図であ
る。

【符号の説明】

１ ＰＷＭインバ−タ 11 直流平滑部 12 直流充電部 13 交流電力出力部 ２ 入力電源 ３ 誘導電動機（電動機） ４ 過電圧保護回路 ４’ 過電圧保護回路 41 抵抗器 42 スイッチング素子 43 電圧検出器 43’ 電圧検出器 44 電圧検出器 45 基準値発生器 46 比較器 46’ 比較器 47 一次遅れ器 48 差動増幅器 49 設定基準器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スイッチング素子を用いて回生電力を直
   流充電部に並列接続される抵抗器に通電し、インバータ
   装置が回生電力により過電圧となることを保護するイン
   バータ装置の過電圧保護回路において、前記直流充電部
   の電圧を検出する電圧検出器と、該電圧検出器出力の一
   次遅れを演算する一次遅れ器と、電圧検出器出力と一次
   遅れ器出力とを入力とする差動増幅器とを具備するとと
   もに、該差動増幅器出力と予め設定される基準値とを比
   較するように比較器の入力信号を構成し、該比較器出力
   を用いて前記スイッチング素子を制御するようにしたこ
   とを特徴とするインバータ装置の過電圧保護回路。