(57)【要約】【課題】インバータ主回路の駆動時に突入電流抑制抵抗に並列に設けられたスイッチ手段が開放した場合、スイッチ手段の接点が過熱することを防止する。【解決手段】突入電流抑制抵抗１０及びリレー接点１１ｃの並列回路により構成した突入電流抑制回路２３を直流電源線７に介在させ、この突入電流抑制回路２３に対して、分流用抵抗３１及びリレー接点３２ｃの直列回路により構成した分流回路２４を並列に接続する。インバータ主回路６を駆動して電動機５の運転を行っている期間、制御回路２６はリレー接点３２ｃを閉路する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ主回路と、直流電源から前記インバータ主回路に至る一対の直流電源線の間に接続されたコンデンサと、前記直流電源から前記コンデンサに至る直流電源線に介在する突入電流抑制抵抗と、この突入電流抑制抵抗に対して並列に接続された第１のスイッチ手段と、電源投入時に前記第１のスイッチ手段を開路した状態とし、前記コンデンサへの突入電流が前記突入電流抑制抵抗により抑制されたのち前記第１のスイッチ手段を閉路するように制御する制御手段とを備えたインバータ装置において、
分流用抵抗と第２のスイッチ手段との直列回路が前記第１のスイッチ手段に対して並列に接続され、
前記制御手段は、少なくとも前記インバータ主回路の駆動時において前記第２のスイッチ手段を閉路するように制御することを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
前記コンデンサは、フィルムコンデンサであることを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
【請求項３】
前記分流用抵抗の抵抗値は、前記突入電流抑制抵抗の抵抗値以下に設定されていることを特徴とする請求項１又は２記載のインバータ装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記電源投入時に前記第２のスイッチ手段を開路した状態とすることを特徴とする請求項３記載のインバータ装置。
【請求項５】
前記第１のスイッチ手段と前記第２のスイッチ手段とは、相異なる駆動回路により駆動されることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載のインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電源からインバータ主回路に至る一対の直流電源線の間にコンデンサを備えたインバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のインバータ装置は、電源投入時に直流電源からコンデンサに流れ込む突入電流を抑制する回路を有している（例えば特許文献１参照）。図４は、突入電流を抑制する回路を備えたインバータ装置の構成の一例を示している。インバータ装置１は、遮断器２を介して交流電源３に接続される整流回路４、負荷である電動機５が接続されるインバータ主回路６、直流電源線７、８間に接続されたコンデンサ９、突入電流を抑制するための抵抗１０及びこの抵抗１０に対して接点が並列に接続されたリレー１１から構成されている。インバータ装置１は、電源投入時、コンデンサ９への突入電流が抵抗１０により抑制されたのち、リレー１１の接点を閉路し、インバータ主回路６を駆動するようになっている。
【特許文献１】特開平８−３０８２４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
インバータ主回路６の駆動時において、例えばリレー１１のコイルの断線によりリレー１１の接点が開放すると、接点間（固定接点と可動接点の間）にアークが発生する場合がある。特に、負荷電流が大きく、コンデンサ９がフィルムコンデンサなど小容量のものである場合、リレー１１の接点が開放するとコンデンサ９の電圧が急激に低下するので接点間の電圧が上昇してアークが消弧しにくくなる。
【０００４】
アーク電流が比較的小さい場合には、図５（ａ）に示すように抵抗１０側に分流することによりアークは消弧する。しかし、アーク電流が大きい場合には、図５（ｂ）に示すように、抵抗１０側に分流するだけではアークは消弧せず、リレー１１の接点間にアーク電流が流れ続けてしまい、最終的にはリレー１１の接点が過熱するおそれがある。この場合、抵抗１０の抵抗値を小さく設定し、抵抗１０への分流電流を増加させてアークを消弧し易くすることが考えられる。しかし、抵抗１０は、電源投入時における突入電流を抑制する目的を達成する上であまり小さい抵抗値に設定することはできない。
【０００５】
特許文献１に記載された回路は、リレー接点のインバータ主回路側にダイオードのカソードを接続するとともにコンデンサの陰極側にこのダイオードのアノードを接続し、リレー接点の開放時にリレーからインバータ主回路に至る電源線に介在する直流リアクトルに蓄えられたエネルギーをダイオードにより環流させてアークの発生を防止している。しかし、この回路は、上記直流リアクトルが介在する構成を前提とし且つコンデンサの充電中におけるリレー接点間で生じるアークを防止するものであり、前述したインバータ主回路の駆動時におけるリレー接点間のアークを消弧するものではない。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、インバータ主回路の駆動時に突入電流抑制抵抗に並列に設けられたスイッチ手段が開放した場合、スイッチ手段の接点が過熱することを防止できるインバータ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的を達成するために、本発明のインバータ装置は、インバータ主回路と、直流電源から前記インバータ主回路に至る一対の直流電源線の間に接続されたコンデンサと、前記直流電源から前記コンデンサに至る直流電源線に介在する突入電流抑制抵抗と、この突入電流抑制抵抗に対して並列に接続された第１のスイッチ手段と、電源投入時に前記第１のスイッチ手段を開路した状態とし、前記コンデンサへの突入電流が前記突入電流抑制抵抗により抑制されたのち前記第１のスイッチ手段を閉路するように制御する制御手段とを備えたインバータ装置において、分流用抵抗と第２のスイッチ手段との直列回路が前記第１のスイッチ手段に対して並列に接続され、前記制御手段は、少なくとも前記インバータ主回路の駆動時において前記第２のスイッチ手段を閉路するように制御することを特徴とする。
【０００８】
このように構成すれば、インバータ主回路を駆動して負荷に電力を供給しているとき、制御手段は第２のスイッチ手段を閉路する。何らかの原因により第１のスイッチ手段が開放し、その接点間にアークが発生した場合でも、突入電流抑制抵抗に加え分流用抵抗にも電流が流れることにより従来よりも速やかにアークが消弧する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のインバータ装置によれば、電源投入時にコンデンサへの突入電流を抑制するとともに、第１のスイッチ手段の接点間にアークが発生した場合、速やかにこのアークを消弧してスイッチ手段の過熱故障を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態について図１〜図３を参照しながら説明する。
図１は、インバータ装置の電気的構成を示しており、図４と同一の構成部分には同一符号を付している。インバータ装置２１の主回路部２２は、負荷である電動機５が接続されるインバータ主回路６、直流電源線７、８間に接続されるフィルムコンデンサ９、突入電流抑制回路２３及びこの突入電流抑制回路２３に対して並列に接続された分流回路２４から構成されている。この主回路部２２を制御するための制御部２５は、制御回路２６（制御手段に相当）、インバータ駆動回路２７及びリレー駆動回路２８、２９（駆動回路に相当）から構成されている。
【００１１】
直流電源３０は、交流電源３と、遮断器２（例えばＭＣＣＢ）を介して交流電源３に接続される整流回路４とから構成されている。整流回路４は、直流電源線７、８間に６つのダイオード（図１には２つのみ示す）を三相フルブリッジ接続して構成されており、インバータ主回路６は、直流電源線７、８間に６つのスイッチング素子例えばＩＧＢＴ（図１には２つのみ示す）を三相フルブリッジ接続して構成されている。ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ間には還流ダイオードが接続されている。また、ＩＧＢＴのゲートには、制御回路２６からインバータ駆動回路２７を介してゲート信号が与えられている。
【００１２】
突入電流抑制回路２３は、突入電流抑制抵抗１０と第１のリレー１１（第１のスイッチ手段に相当）のリレー接点１１ｃとの並列回路により構成されており、分流回路２４は、分流用抵抗３１と第２のリレー３２（第２のスイッチ手段に相当）のリレー接点３２ｃとの直列回路により構成されている。リレー１１、３２のリレーコイル１１ｘ、３２ｘは、それぞれ制御回路２６からの制御信号Ｓ１、Ｓ２に基づいてリレー駆動回路２８、２９により通断電が行われる。分流用抵抗３１の抵抗値は、突入電流抑制抵抗１０の抵抗値よりも小さい値に設定されている。
【００１３】
次に、本実施形態の作用について図２及び図３をも参照しながら説明する。
図２は、電源投入から電源停止までにおけるインバータ装置２１の遮断器２及び主回路部２２の動作波形図である。また、図３は、突入電流抑制回路２３及び分流回路２４の動作説明図であり、（ａ）は電源投入時、（ｂ）はインバータ駆動時にリレー接点１１ｃが開放した場合を示す。
【００１４】
図３（ａ）に示すように、制御回路２６は、電源投入時にリレー接点１１ｃ、３２ｃを何れも開放する（図２における時刻ｔ０）。これにより、分流回路２４は遮断され、整流回路４から出力される電流は、突入電流抑制抵抗１０を介してコンデンサ９に流れる。この突入電流抑制抵抗１０の抵抗値は、コンデンサ９に対する充電時間及び充電電流の各制限値に基づいて設定されているため、電源投入時における突入電流が抑制され且つ所望の時間内にコンデンサ９の充電が行われる。
【００１５】
その後、制御回路２６は、電圧検出回路（図示せず）により検出したコンデンサ９の電圧が所定のしきい値を超えると、リレー接点１１ｃを閉路する（図２における時刻ｔ１）。これにより、突入電流抑制抵抗１０の両端が短絡され、整流回路４から出力される電流はリレー接点１１ｃを介してインバータ主回路６に供給される。なお、このとき、突入電流抑制抵抗１０及び分流用抵抗３１に電流はほとんど流れない。
【００１６】
続いて、制御回路２６は、リレー接点３２ｃを閉路した後に、インバータ主回路６を駆動して電動機５を指令された回転速度に制御する。（図２における時刻ｔ２）。インバータ装置２１による運転を停止する場合、制御回路２６は、インバータ主回路６の駆動を停止し、その後、リレー接点３２ｃを開放する（図２における時刻ｔ３）。なお、この場合、第２のリレー３２を閉路状態のままとしてもよい。
【００１７】
インバータ装置２１による電動機５の運転時に、リレーコイル１１ｘの断線などによりリレー接点１１ｃが開放すると、リレー接点１１ｃ（固定接点と可動接点の間）にアークが発生し、インバータ装置２１の出力電流に応じたアーク電流が流れる。前述したように、分流用抵抗３１の抵抗値は、突入電流抑制抵抗１０の抵抗値に比べ小さく設定されている。従って、リレー接点１１ｃにアークが発生すると、図３（ｂ）に示すようにリレー接点１１ｃに流れる電流が分流用抵抗３１に分流し、発生したアークは急速に消弧する。
【００１８】
アークが消弧すると、直流電源線７に流れる電流は全て分流用抵抗３１に流れる。分流用抵抗３１の定格電力は、少なくともアークが消弧するまでの間分流電流を流せる値に設定されており、分流用抵抗３１はアークが消弧した後に流れ続ける分流電流によりオープン状態で故障する。つまり、分流用抵抗３１がヒューズの役割を果たし、整流回路４からインバータ主回路６への直流出力の供給が停止し、インバータ装置２１は運転を停止する。
【００１９】
以上説明した本実施形態によれば、次のような効果を奏する。
突入電流抑制抵抗１０及びリレー接点１１ｃの並列回路により構成した突入電流抑制回路２３を直流電源線７に設け、この突入電流抑制回路２３に対して、分流用抵抗３１及びリレー接点３２ｃの直列回路により構成した分流回路２４を並列に接続した。そして、インバータ主回路６を駆動させて電動機５の運転を行っているとき、リレー接点３２ｃを閉路するようにした。この構成によれば、リレー接点１１ｃが開いてアークが発生した時、分流用抵抗３１に電流が分流することによりアークが消弧し、リレー接点１１ｃの過熱を防止することができる。
【００２０】
コンデンサ９として小容量のフィルムコンデンサを使用した場合、運転中にリレー接点１１ｃが開放するとコンデンサ９の電圧が急激に低下し、リレー接点１１ｃに加わる電圧が上昇する。本実施形態のインバータ装置２１は、こうしたアークを消弧しにくい条件であっても、確実にアークを消弧することができる。
【００２１】
分流用抵抗３１の抵抗値を、突入電流抑制抵抗１０の抵抗値よりも小さい値に設定した。従って、上記アークの発生時、分流用抵抗３１により大きな分流電流が流れ、速やかにアークを消弧することができる。
【００２２】
制御回路２６は、電源投入時にはリレー接点３２ｃを開路するようにした。これにより、電源投入時に分流回路２４が遮断され、整流回路４から出力される電流は突入電流抑制抵抗１０を介してコンデンサ９に流れる。従って、電源投入時における突入電流を十分に抑制することができる。
【００２３】
リレーコイル１１ｘ、３２ｘへの通断電は、それぞれリレー駆動回路２８、２９により別系統にて行うようにした。このようにすれば、運転中にリレー駆動回路の故障に起因してリレー接点１１ｃ、３２ｃがともに開路する事態が極めて起こりにくくなり、リレー接点１１ｃの開放時における上記分流動作を確実に行わせることができる。
【００２４】
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した実施形態に限定されるものではなく、次のような変形又は拡張が可能である。
リレー駆動回路の信頼性を高めるとともに、リレー１１、３２を単一のリレー駆動回路で駆動してもよい。
電源投入時、コンデンサ９への突入電流を分流用抵抗３１により抑制可能であれば、リレー接点３２ｃを閉路していてもよい。
【００２５】
分流用抵抗３１の抵抗値は、突入電流抑制抵抗１０の抵抗値と等しく又は大きく設定してもよい。このように設定してもリレー接点１１ｃが開いてアークが発生すると分流用抵抗３１に分流電流が流れるので、従来の構成に比べてアークの消弧作用が大きくなる。また、この場合、突入電流抑制抵抗１０と分流用抵抗３１との両方に流れる分流電流によりアークを消弧できるように、突入電流抑制抵抗１０及び分流用抵抗３１の各抵抗値を設定すればよい。
【００２６】
電動機５は、誘導モータ、同期モータ、ブラシレスＤＣモータなどインバータにより駆動されるモータであればよい。また、インバータ装置２１の負荷としてはモータに限られない。
直流電源３０は、バッテリなどをインバータ主回路６に直接接続する構成であってもよい。
コンデンサ９は、フィルムコンデンサなど小容量のものに替えて、平滑用の電解コンデンサなど大容量のものを用いてもよい。この場合、リレー接点１１ｃに発生したアークを消弧し易くなる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態を示すインバータ装置の構成図
【図２】電源投入から電源停止までの動作波形図
【図３】突入電流抑制回路と分流用回路の動作説明図であり、（ａ）は電源投入時、（ｂ）は駆動時を示す図
【図４】従来技術を示す図１相当図
【図５】突入電流抑制回路に流れる電流経路であって、（ａ）はアーク電流が小さい場合、（ｂ）はアーク電流が大きい場合を示す図
【符号の説明】
【００２８】
図面中、６はインバータ主回路、７、８は直流電源線、９はコンデンサ（フィルムコンデンサ）、１０は突入電流抑制抵抗、１１は第１のリレー（第１のスイッチ手段）、２１はインバータ装置、２６は制御回路（制御手段）、２８、２９はリレー駆動回路（駆動回路）、３０は直流電源、３１は分流用抵抗、３２は第２のリレー（第２のスイッチ手段）を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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