(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源回路と、複数のスイッチング素子と逆並列接続ダイオードとを持ち前記直流電源回路と並列接続されてモータを駆動制御するインバータ主回路と、このインバータ主回路の前記複数のスイッチング素子を点弧制御するインバータ制御回路と、前記インバータ主回路の正負端子間に接続された抵抗器とスイッチング手段との直列回路からなる減速時の回生エネルギーを該抵抗器で放電する回生処理回路と、を有するインバータ装置において、
前記直流電源回路と前記回生処理回路との間を常開接点を持つスイッチで接続するとともに、前記回生処理回路の前記スイッチング手段のゲート電極と前記インバータ主回路の正極側との間を常閉接点を持つスイッチで、かつ、前記ゲート電極と前記インバータ制御回路との間を常開接点を持つスイッチで接続し、運転時には前記スイッチング手段をインバータ制御回路で制御し、非常停止時には、前記回生処理回路を前記直流電源回路から切り離すとともに、前記常閉接点の作動により前記スイッチング手段を強制的にオンにすることを特徴とするインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、界磁中に配設した電機子巻線をインバータで給電してモータを駆動制御するものにおいて、停電時や非常時に確実にモータを停止させるインバータ装置の制動回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、永久磁石形交流モータや直流モータの駆動制御回路においては、インバータやサーボアンプにより電流制御をして増速・減速制御をしていた。しかしながら、停電時、断線時、或いはインバータやサーボアンプの故障により電流制御ができない場合には、機械的ブレーキを併用するか、電気的な制動をかけてモータを停止させていた。
図２は、発電制動ブレーキ回路を内蔵した従来のインバータ装置を示している。３相の交流電源１に接続された整流ダイオード２の３相ブリッジ回路の正極側３と負極側４との間に平滑コンデンサ５が接続されて直流電源回路６を形成している。この場合、正極側３と平滑コンデンサ５との間には、充電抵抗器７と短絡スイッチ８を備えた充電電流抑制回路９が設けてある。直流電源回路としては、交流を整流する形式の他、燃料電池や蓄電池等の電池類であっても良い。直流電源回路６と並列に、３相のインバータ主回路１０が接続されている。このインバータ主回路１０は、例えばＩＧＢＴやパワートランジスタからなるスイッチング素子１１と、これと逆並列に接続されたダイオード１２との組を各相２組有し、それらの接続点はインバータモータ１３の電機子巻線に接続されている。インバータ主回路１０の各スイッチング素子１１のゲート回路はインバータ制御回路１４に導かれている。インバータ主回路１０の正極側１５と負極側１６との間には、抵抗器１７とスイッチング手段１８の直列回路が接続され、このスイッチング手段１８のゲート電極とインバータ主回路１０の負極側１６の間には安定化抵抗器１９が接続され、このゲート電極とインバータ制御回路１４との間にはゲート抵抗器２０が接続されて、回生処理回路２１が形成されている。インバータモータ１３の各相の電機子巻線は、発電制動ブレーキ回路２７の整流器２８のブリッジに接続されている。整流器ブリッジと電流制限抵抗器２９とサイリスタ３０とは閉回路接続されて、サイリスタ３０はインバータ制御回路１４によって制御される。
この従来の駆動制御回路において、交流電源１が接続されると、整流ダイオード２から電流を供給された充電抵抗器７は平滑コンデンサ５を充電する。充電が完了すると短絡スイッチ８が作動し、充電抵抗器７を短絡して充電を制限する。この時、直流電源回路６は健全な直流電流を出力し、インバータ主回路１０に通電可能となる。この状態でインバータ制御回路１４は、インバータ主回路１０のスイッチング素子１１を適当な位相で点弧制御してインバータモータ１３を駆動制御している。そして駆動中に、スイッチング素子１１の点弧制御では追いつけない程度の大幅な或いは急激な減速を必要とする時は、インバータ制御回路１４は、ゲート抵抗器２０に通電して回生処理回路２１のスイッチング手段１８を点弧させて導通させてやり、慣性エネルギーによってインバータモータ１３の電機子巻線に発電された電力を逆並列接続ダイオード１２、抵抗器１７、スイッチング手段１８を介して流すことにより、発熱消費させて必要なだけの制動をかけて減速している。
また、駆動運転中に、突然、交流電源１が停電した場合やインバータ主回路１０に故障が発生した場合には、その状態をインバータ制御回路１４が検出し、インバータ主回路１０への点弧信号を停止してインバータ主回路１０を停止するとともに、インバータ制御回路１４は、発電制動ブレーキ回路２７のサイリスタ３０を点弧してサイリスタ３０を導通させる。すると、界磁中で相対回転する電機子巻線に発電された電力は、整流器２８、電流制限抵抗器２９、サイリスタ３０、整流器２８と流れて、電流制限抵抗器２９で発熱消費され、ブレーキが掛かり、インバータモータ１３が停止する。この際、サイリスタ３０は、一度オンするとサイリスタ３０を流れる電流が保持電流以下になるまでオンし続けるため、交流電源１が停電していてもブレーキを作動し続けることができる。また、サイリスタ３０の点弧は、停電直後であれば、コンデンサ充電電流の放電によって行うことができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
以上の通り、従来のインバータモータの駆動制御においては、複数個の整流器、電流制限抵抗器、サイリスタ等を用いた専用のブレーキ回路を必要としていたため駆動制御回路の寸法が大きくなり、費用高となっていた。
また、特開平７−９９７８４号公報には、平滑用コンデンサへの初期充電電流の抑制用抵抗と、モータの制動制御時における前記コンデンサに蓄積されたモータ回生電力を熱消費させるための抵抗とを共用一本化させて、インバータ装置全体の小型化・低廉化を図ったものはあるが、これはいずれも正常運転時に使用する抵抗の共用一本化であり、停電時あるいは非常停止時に対する措置として考慮されたものではなく、したがって停電時あるいは非常停止時には依然として上記の従来の発電制動ブレーキ回路２７を使用することが必要であった。
本発明は、上記の不都合に鑑み、専用のブレーキ回路を設けることなく、停電時あるいは非常停止時等に有効にブレーキを掛けることができるインバータ装置の制動回路を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、請求項１記載のインバータ装置の発明は、直流電源回路と、複数のスイッチング素子と逆並列接続ダイオードとを持ち前記直流電源回路と並列接続されてモータを駆動制御するインバータ主回路と、このインバータ主回路の前記複数のスイッチング素子を点弧制御するインバータ制御回路と、前記インバータ主回路の正負端子間に接続された抵抗器とスイッチング手段との直列回路からなる減速時の回生エネルギーを該抵抗器で放電する回生処理回路と、を有するインバータ装置において、前記直流電源回路と前記回生処理回路との間を常開接点を持つスイッチで接続するとともに、前記回生処理回路の前記スイッチング手段のゲート電極と前記インバータ主回路の正極側との間を常閉接点を持つスイッチで、かつ、前記ゲート電極と前記インバータ制御回路との間を常開接点を持つスイッチで接続し、運転時には前記スイッチング手段をインバータ制御回路で制御し、非常停止時には、前記回生処理回路を前記直流電源回路から切り離すとともに、前記常閉接点の作動により前記スイッチング手段を強制的にオンにすることを特徴としている。
以上の構成により、インバータモータの非常停止時には、インバータ主回路の正極側と既存の回生処理回路のスイッチング手段のゲート電極との間を強制的にオンにして回生停止制動をかけるようにしたので、従来のようなサイリスタや発熱抵抗器、整流ダイオード等を用いた専用の回生停止制動回路を別途設ける必要が無くなり、その分、装置全体が小型化でき、価格低減できるものとなる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
次に、図１によってこの発明の実施の形態を説明する。説明に当たって、図２と同一部分は同一符号で示している。
３相の交流電源１に接続された整流ダイオード２の３相ブリッジ回路の正極側３と負極側４とには平滑コンデンサ５が接続されて直流電源回路６を形成している。この場合も、正極側３と平滑コンデンサ５との間には、充電抵抗器７と短絡スイッチ８を備えた充電電流抑制回路９が設けてある。
直流電源回路６と並列に、３相のインバータ主回路１０が接続されている。このインバータ主回路１０は、例えばＩＧＢＴやパワートランジスタからなるスイッチング素子１１と、これと逆並列に接続されたダイオード１２との組を各相２組有し、それらの接続点はインバータモータ１３の電機子巻線に接続されている。インバータ主回路１０の各スイッチング素子１１のゲート回路はインバータ制御回路１４に導かれている。インバータ主回路１０の正極側１５と負極側１６とには、抵抗器１７とスイッチング手段１８の直列回路が接続され、このスイッチング手段１８のゲート電極とインバータ主回路１０の負極側１６の間には安定化抵抗器１９が接続され、このゲート電極とインバータ制御回路１４との間にはゲート抵抗器２０が接続されて、回生処理回路２１が形成されている。ここで、スイッチング手段１８のゲート電極とゲート抵抗器２０との間には切り換え開閉器２２が介設されており、ゲート抵抗器２０は切り換え開閉器２２の常開接点ａに接続され、したがって通常のインバータモータ１３の運転時にはスイッチング手段１８のゲート電極に接続されている。切り換え開閉器２２の常閉接点ｂには、定電圧ダイオード２３のカソードが接続され、この定電圧ダイオード２３のアノードは、抵抗器２４を介してインバータ主回路１０の正極側１５に接続される。したがって停電や非常停止時などの電流が来なくなったとき、常閉接点によりスイッチング手段１８のゲート電極にはインバータ主回路１０の正極側１５からの電流が定電圧ダイオード２３と抵抗器２４を介して流れ込み、強制的にスイッチング手段１８をオンにすることとなる。スイッチング手段１８がオンになれば、これと直列接続されている抵抗器１７にインバータ主回路１０から送られてくる回生エネルギがここで消費されるので、インバータモータ１３に急速に制動がかかることとなる。
また、この発明によれば、直流電源回路６とインバータ主回路１０との間に、この場合正極側３と１５の間に、常開接点を有する開閉器２５が設けられている。したがってこの開閉器２５は、正常なインバータモータ１３の駆動運転中は閉路され、停電などの非常停止時には自動的に開路するので、直流電源回路６からのエネルギが抵抗器１７とスイッチング手段１８の直列回路に流れ込む危険性はなくなる。
【０００６】
図１は、この様な構成の発明によるインバータ装置の非常停止状態を表わしている。インバータ装置を運転する場合は、先ず交流電源１を投入すると、整流ダイオード２で整流された電流は充電抵抗器７を介して平滑コンデンサ５に充電される。充電が完了して平滑コンデンサ５の端子間電圧が確立すると、短絡スイッチ８が閉路して過充電を阻止する。かくして直流電源回路６が立ち上がると、常開接点である開閉器２５を介して、電源電圧はインバータ主回路１０に印加される。インバータ制御回路１４はインバータ主回路１０のスイッチング素子１１を点弧制御してインバータモータ１３を駆動制御する。そして駆動運転中減速が必要な場合は、インバータ制御回路１４は切り換え開閉器２２の常開接点ａを介してスイッチング手段１８を導通させて、必要な時間だけ逆並列接続ダイオード１２からの回生電流を抵抗器１７に流して制動をかけて減速する。
インバータモータ１３の回転中に、交流電源１が停電した場合や電源遮断故障を起こした場合、インバータ制御回路１４は先ずインバータ主回路１０にゲートブロック信号を出力し、インバータ主回路１０を停止させるとともに開閉器２５は自動的に開路となり直流電源回路６とインバータ主回路の間を断路する。また、切り換え開閉器２２も常閉接点ｂ側に切り換わる。この時、インバータ主回路１０は停止しているが、インバータモータ１３の回転子は慣性で回転を続行しているため、界磁と鎖交する電機子巻線には誘起電圧が発生する。この誘起電圧は逆並列接続ダイオード１２で整流されて、抵抗器２４、定電圧ダイオード２３に流れ、スイッチング手段１８のゲートに点弧電圧を供給してスイッチング手段１８を導通させる。すると、逆並列接続ダイオード１２を流れる電流が抵抗器１７に流入して、スイッチング手段１８、インバータ主回路１０の負極側１６を介して閉回路を形成して流れ、抵抗器１７で発熱消費されて、インバータモータ１３の回転子を制動して停止させる。スイッチング手段１８にサイリスタ等のいったん導通したら保持電流以下になるまで導通を維持する性質の素子を用いれば、停電時であっても回生制動は続行されるので好ましい。
なお、上記の説明において、直流電源回路６は、交流電源１を整流平滑する例を示したが、この他、太陽電池、燃料電池、蓄電池他等の電池類を用いることができる。また、インバータモータ１３は、回転電機子型であっても良いし、回転界磁型であっても良い。更に、界磁は永久磁石式の他、界磁巻線に直流励磁する形式としても良い。さらに、開閉器２５や切り換え開閉器２２を常開接点等で構成したが、電流を検知することにより自動的にオン・オフする半導体スイッチで構成してもよい。
【０００７】
【発明の効果】
以上の通りこの発明によれば、複数のスイッチング素子と逆並列接続ダイオードとを備えるインバータ主回路と並列に、抵抗器とスイッチング手段との直列回路からなる既存の回生処理回路を接続してなるものにおいて、停電時などに、インバータ主回路の正極側と前記回生処理回路のスイッチング手段のゲート電極との間に抵抗器と定電圧ダイオードとの直列回路を接続し、回生電圧によって回生処理回路のスイッチング手段を強制的に点弧して回生停止制動をかけるようにしたので、サイリスタや発熱抵抗器、整流ダイオード等を用いた専用の回生停止制動回路を設ける必要が無くなり、その分制御回路が小型化でき、価格低減できるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるインバータ装置の回路図である。
【図２】従来のインバータ装置の回路図である。
【符号の説明】
１  交流電源
２  整流ダイオード
３  ３相ブリッジ回路の正極側
４  ３相ブリッジ回路の負極側
５  平滑コンデンサ
６  直流電源回路
７  充電抵抗器
８  短絡スイッチ
９  充電電流抑制回路
１０  インバータ主回路
１１  スイッチング素子
１２  ダイオード
１３  インバータモータ
１４  インバータ制御回路
１５  インバータ主回路の正極側
１６  インバータ主回路の負極側
１７  抵抗器
１８  スイッチング手段
１９  安定化抵抗器
２０  ゲート抵抗器
２１  回生処理回路
２２  切り換え開閉器
２３  定電圧ダイオード
２４  抵抗器
２５  開閉器
【図１】
0004126510.tif 000002
【図２】
0004126510.tif 000003