(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相交流電源からの交流電力を直流電力に変換する整流回路と、前記直流電力を可変周波数の交流電力に変換して交流電動機を駆動するインバータ回路とを備えた電力変換装置において、前記整流回路制御用の駆動信号を生成する第１の制御手段と、前記インバータ回路制御用の駆動信号を生成する第２の制御手段と、前記インバータ回路の出力多相交流電流を各相ごとに検出する電流検出手段と、前記交流電動機の位相を検出する位相検出手段と、前記交流電動機の最低速度のしきい値と最高速度のしきい値間を結ぶ速度に対する電流制限レベルの関数から速度指令に対する電流制限レベルを算出する算出手段と、この算出手段で算出した速度指令に対する電流制限レベルと前記電流検出手段で検出した前記インバータ回路の出力多相交流電流とを各相毎に比較する比較手段とを備え、前記多相交流電源が装置運転を継続できないレベルまで低下した場合を含む異常時に、前記第１の制御手段で前記整流回路を停止させ、前記第２の制御手段で前記インバータ回路を停止させ、前記多相交流電源が所定レベルまで復電したときを含む正常時に、この正常時に復帰する直前に前記位相検出手段で検出した前記交流電動機の位相に基づいて装置を始動し、定常運転になるまで前記比較手段により前記電流検出手段で検出した前記インバータ回路の出力多相交流電流と前記算出手段で算出した前記交流電動機の速度指令に対する電流制限レベルとを各相毎に比較し、出力交流電流が前記電流制限レベルを超えた相に対する前記インバータ回路への駆動信号を一定時間ブロックするようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
多相交流電源からの交流電力を直流電力に変換する整流回路と、前記直流電力を可変周波数の交流電力に変換して交流電動機を駆動するインバータ回路とを備えた電力変換装置において、前記整流回路制御用の駆動信号を生成する第１の制御手段と、前記インバータ回路制御用の駆動信号を生成する第２の制御手段と、前記インバータ回路の出力多相交流電流を各相ごとに検出する電流検出手段と、前記交流電動機の位相を検出する位相検出手段と、前記交流電動機の最低速度のしきい値と最高速度のしきい値間を結ぶ速度に対する電流制限レベルの関数から速度指令に対する電流制限レベルを算出する算出手段と、この算出手段で算出した速度指令に対する電流制限レベルと前記電流検出手段で検出した前記インバータ回路の出力多相交流電流とを各相毎に比較する比較手段とを備えるとともに、少なくとも前記位相検出手段、前記算出手段及び前記比較手段を含む制御系を２系統有し、そのうちの一方の制御系が運転中のとき、他方の制御系は待機し、運転中の一方の制御系が故障を含む異常で運転を継続できなくなった時、前記第１の制御手段で前記整流回路を停止させ、前記第２の制御手段で前記インバータ回路を停止させ、待機側の他方の制御系に制御を切り替える時に、この切り替え直前に前記位相検出手段で検出した前記交流電動機の位相に基づいて装置を始動し、定常運転になるまで前記比較手段により前記電流検出手段で検出した前記インバータ回路の出力多相交流電流と前記算出手段で算出した前記交流電動機の速度指令に対する電流制限レベルとを各相毎に比較し、出力交流電流が前記電流制限レベルを超えた相に対する前記インバータ回路への駆動信号を一定時間ブロックするようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
前記インバータ回路に中性点クランプ型インバータ回路を使用してなることを特徴とする請求項１又は２記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記インバータ回路の出力多相交流電流と前記交流電動機の速度指令に対する電流制限レベルとを各相毎に比較し、出力交流電流が前記電流制限レベルを超えた相に対する前記インバータ回路への駆動信号を一定時間ブロックするのに代えて、当該駆動信号を一定時間相電圧が零電圧になるようにしたことを特徴とする請求項３記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流電圧を交流電圧に変換する電圧型インバータ等の電力変換装置に係り、特に再始動時等に発生する出力電流が過電流になるのを防止するための効果的な保護機能を備えた電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
瞬停又は制御切替えによる再始動時、インバータ回路の出力電流が過電流レベルに達して運転を停止する恐れがある。そのため、従来から出力電流が過電流レベルに達しないように、様々な手法がとられている。
【０００３】
図４は、その代表的な第１の従来技術を示している。図４において、主回路部１０は、３相交流電源２０からの交流電力を直流電力に変換する整流回路１１、平滑用の直流コンデンサ１２、平滑された直流電圧を任意の周波数の交流電圧に変換し、負荷である交流電動機３０を駆動するインバータ回路１３から構成されている。瞬停又は運転系で故障が起きると、ゲート制御装置３１が整流回路１１を停止させ、ゲート制御装置３２がインバータ回路１３を停止させる。瞬停及び制御切替え中は、整流回路１１、インバータ回路１３を停止させる。位相検出装置３４が交流電動機３０の位相を検出し、検出した位相に基づいて再始動時のインバータ回路１３の周波数指令値を算出する。復電又は制御切替えが完了すると整流回路１１とインバータ回路１３を始動させる。このとき、電流監視部の電流監視レベル５０を過電流検出レベル５１から電流制限レベル４９に下げる。そして、電流検出器４７で検出したインバータ回路１３の出力電流と電流制限レベル４９を比較装置３５で比較を行い、電流制限レベル４９に達した場合はインバータ回路１３へのゲートパルスを一定時間ゲートブロックして、再始動時のインバータ回路１３の出力電流を抑制する。そして、再始動してから一定時間経過後、電流監視レベル５０を電流制限レベル４９から過電流検出レベル５１に上げるようになっている。
【０００４】
図５は、第２の従来技術を示している。この従来技術では、瞬停又は故障が起きると、ゲート制御装置３１が整流回路１１を停止させ、ゲート制御装置３３がインバータ回路１３を停止させる。瞬停又は制御切替え中は、整流回路１１、インバータ回路１３を停止させる。位相検出装置３４が交流電動機３０の位相を検出し、検出した位相に基づいて再始動時のインバータ回路１３の周波数指令値を算出する。復電又は制御切替えが完了すると整流回路１１とインバータ回路１３を始動させる。このとき、インバータ回路１３の出力電流と電流制限レベル４９を比較装置３６で相毎に比較を行い、電流制限レベル４９に達した相のみをゲート制御装置３３で一定時間ゲートブロックをして、再始動時のインバータ回路１３の出力電流を抑制するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上が従来の再始動時の出力電流を抑制する方法である。第１の従来技術では、電流監視レベルが電流制限レベルのときは出力電流が過電流になることを抑制することができるが、電流監視レベルを電流制限レベルから過電流検出レベルに上げたときに、過電流を検出する恐れがある。この原因は、出力電流を電流制限レベルで抑制しているとき、インバータ回路をゲートブロックによりインバータの位相指令値と交流電動機の位相がずれ、その状態で電流制限レベルから過電流検出レベルに上げると、そのずれを補正するために電流が流れ込むために生じる。したがって、この現象を防ぐには出力電流の抑制方法を位相に対して外乱にならない方法に変更する必要がある。
【０００６】
そして、第２の従来技術では、出力電流が電流制限レベルに達した場合、インバータ回路の全相をゲートブロックするのではなく、相毎に出力電流を監視し、電流制限レベルに達した相のみをゲートブロックして、位相に対して外乱にならないようにしている。しかし、出力電流を電流制限レベルで抑えて過電流になることを防止することができるが、電流制限レベルを高速域で調整して全速度域で固定にして用いるため、必要以上に高い電流制限レベルになってインバータ回路の出力電流や整流回路への入力電流が過大に流れる。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、インバータ回路の出力交流電流が実負荷に対して過大に流れることを防ぎ、それにより整流回路への入力電流の立上がり及びその大きさを抑制することができる電力変換装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、多相交流電源からの交流電力を直流電力に変換する整流回路と、前記直流電力を可変周波数の交流電力に変換して交流電動機を駆動するインバータ回路とを備えた電力変換装置において、前記整流回路制御用の駆動信号を生成する第１の制御手段と、前記インバータ回路制御用の駆動信号を生成する第２の制御手段と、前記インバータ回路の出力多相交流電流を各相ごとに検出する電流検出手段と、前記交流電動機の位相を検出する位相検出手段と、前記交流電動機の最低速度のしきい値と最高速度のしきい値間を結ぶ速度に対する電流制限レベルの関数から速度指令に対する電流制限レベルを算出する算出手段と、この算出手段で算出した速度指令に対する電流制限レベルと前記電流検出手段で検出した前記インバータ回路の出力多相交流電流とを各相毎に比較する比較手段とを備え、前記多相交流電源が装置運転を継続できないレベルまで低下した場合を含む異常時に、前記第１の制御手段で前記整流回路を停止させ、前記第２の制御手段で前記インバータ回路を停止させ、前記多相交流電源が所定レベルまで復電したときを含む正常時に、この正常時に復帰する直前に前記位相検出手段で検出した前記交流電動機の位相に基づいて装置を始動し、定常運転になるまで前記比較手段により前記電流検出手段で検出した前記インバータ回路の出力多相交流電流と前記算出手段で算出した前記交流電動機の速度指令に対する電流制限レベルとを各相毎に比較し、出力交流電流が前記電流制限レベルを超えた相に対する前記インバータ回路への駆動信号を一定時間ブロックするようにしたことを要旨とする。この構成により、速度指令に対する電流制限レベルが必要以上に高く設定されることがなく、インバータ回路の出力交流電流が実負荷に対して過大に流れることが防止され、それにより整流回路への入力電流の立上がり及びその大きさを抑制することが可能となる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、多相交流電源からの交流電力を直流電力に変換する整流回路と、前記直流電力を可変周波数の交流電力に変換して交流電動機を駆動するインバータ回路とを備えた電力変換装置において、前記整流回路制御用の駆動信号を生成する第１の制御手段と、前記インバータ回路制御用の駆動信号を生成する第２の制御手段と、前記インバータ回路の出力多相交流電流を各相ごとに検出する電流検出手段と、前記交流電動機の位相を検出する位相検出手段と、前記交流電動機の最低速度のしきい値と最高速度のしきい値間を結ぶ速度に対する電流制限レベルの関数から速度指令に対する電流制限レベルを算出する算出手段と、この算出手段で算出した速度指令に対する電流制限レベルと前記電流検出手段で検出した前記インバータ回路の出力多相交流電流とを各相毎に比較する比較手段とを備えるとともに、少なくとも前記位相検出手段、前記算出手段及び前記比較手段を含む制御系を２系統有し、そのうちの一方の制御系が運転中のとき、他方の制御系は待機し、運転中の一方の制御系が故障を含む異常で運転を継続できなくなった時、前記第１の制御手段で前記整流回路を停止させ、前記第２の制御手段で前記インバータ回路を停止させ、待機側の他方の制御系に制御を切り替える時に、この切り替え直前に前記位相検出手段で検出した前記交流電動機の位相に基づいて装置を始動し、定常運転になるまで前記比較手段により前記電流検出手段で検出した前記インバータ回路の出力多相交流電流と前記算出手段で算出した前記交流電動機の速度指令に対する電流制限レベルとを各相毎に比較し、出力交流電流が前記電流制限レベルを超えた相に対する前記インバータ回路への駆動信号を一定時間ブロックするようにしたことを要旨とする。この構成により、制御系を２系統持ち、運転中の一方の制御系に故障等が発生して待機側の他方の制御系に制御を切り替える際においても、インバータ回路の出力交流電流が実負荷に対して過大に流れることが防止され、それにより整流回路への入力電流の立上がり及びその大きさを抑制することが可能となる。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の電力変換装置において、前記インバータ回路に中性点クランプ型インバータ回路を使用したことを要旨とする。この構成により、高調波の抑制等を図った中性点クランプ型インバータ回路を適用した場合においても、そのインバータ回路の出力交流電流が実負荷に対して過大に流れることが防止され、それにより整流回路への入力電流の立上がり及びその大きさを抑制することが可能となる。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の電力変換装置において、前記インバータ回路の出力多相交流電流と前記交流電動機の速度指令に対する電流制限レベルとを各相毎に比較し、出力交流電流が前記電流制限レベルを超えた相に対する前記インバータ回路への駆動信号を一定時間ブロックするのに代えて、当該駆動信号を一定時間相電圧が零電圧になるようにしたことを要旨とする。この構成により、インバータ回路に中性点クランプ型インバータ回路を使用したときは、出力交流電流が電流制限レベルを超えた相に対し、一定時間相電圧が零電圧になるようにしても、そのインバータ回路の出力交流電流が実負荷に対して過大に流れることを防止することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１及び図２は、本発明の第１の実施の形態を示す図である。なお、図１及び後述する第２の実施の形態を示す図３において前記図４における構成要素と同一ないし均等のものは、前記と同一符号を以って示す。まず、図１を用いて本実施の形態の電力変換装置の構成を説明する。主回路部１０Ａは、３相交流電源（多相交流電源）２０からの交流電力を直流電力に変換する整流回路１１、平滑用の直流コンデンサ１２、平滑された直流電圧を任意の周波数の交流電圧に変換し、負荷である交流電動機３０を駆動するインバータ回路１３から構成されている。整流回路１１は、第１の制御手段としてのゲート制御装置４１からのゲートパルス（駆動信号）で制御され、インバータ回路１３は、第２の制御手段としてのゲート制御装置４２からのゲートパルス（駆動信号）で制御されるようになっている。４７は、インバータ回路１３の出力３相交流電流を各相毎に検出す電流検出手段としての電流検出器、４３は、交流電動機３０の位相を検出する位相検出手段としての位相検出装置、４４は、交流電動機３０の最低速度のしきい値と最高速度のしきい値間を結ぶ速度に対する電流制限レベルの関数から速度指令に対する電流制限レベルを算出する算出手段としての算出装置であり、この算出装置４４で算出した速度指令４８に対する電流制限レベル４５と電流検出器４７で検出したインバータ回路１３の出力３相交流電流とが比較手段としての比較装置４６で各相毎に比較されるようになっている。
【００１４】
次に、図２を用いて動作を説明する。瞬停又は運転系で故障が起きると、ゲート制御装置４１が整流回路１１を停止させ、ゲート制御装置４２がインバータ回路１３を停止させる。瞬停又は制御切替え中は位相検出装置４８で交流電動機３０の位相を検出し、検出した位相に基づいて再始動時のインバータ回路１３の周波数指令値を算出する。復電又は制御切替えが完了すると、整流回路１１とインバータ回路１３を始動させる。このとき、インバータ回路１３の出力３相交流電流と算出装置４４により速度に対する電流制限レベルの関数から算出した電流制限レベル４５を比較装置４６で相毎に比較を行い、電流制限レベル４５に達した相のみをゲート制御装置４２で一定時間ゲートブロックをして、インバータ回路１３の出力交流電流が実負荷に対して過大に流れることを防ぎ、それにより整流回路１１への入力電流の立上がり及びその大きさを抑制する。したがって電力変換装置を停止することなく、運転を継続できる。
【００１５】
図３には、本発明の第２の実施の形態を示す。図３において、主回路部１０Ｂは、３相交流電源２０からの交流電力を直流電力に変換する整流回路１１、平滑用の正側直流コンデンサ１５と負側直流コンデンサ１６、平滑された直流電圧を任意の周波数の交流電圧に変換し、負荷である交流電動機３０を駆動する中性点クランプ型インバータ回路１４から構成され、再始動時の中性点クランプ型インバータ回路１４からの出力交流電流を抑制するようになっている。瞬停又は運転系で故障が起きると、ゲート制御装置４１が整流回路１１を停止させ、ゲート制御装置４２が中性点クランプ型インバータ回路１４を停止させる。瞬停又は制御切替え中は位相検出装置４３で交流電動機３０の位相を検出し、検出した位相に基づいて再始動時の中性点クランプ型インバータ回路１４の周波数指令値を算出する。復電又は制御切替えが完了すると、整流回路１１と中性点クランプ型インバータ回路１４を始動させる。このとき、中性点クランプ型インバータ回路１４の出力交流電流と算出装置４４により速度に対する電流制限レベルの関数から算出した電流制限レベル４５を比較装置４６で相毎に比較を行い、電流制限レベル４５に達した相のみをゲート制御装置４２で一定時間ゲートブロック又は零電圧出力になるようにし、中性点クランプ型インバータ回路１４の出力交流電流が実負荷に対して過大に流れることを防ぎ、それにより整流回路１１への入力電流の立上がり及びその大きさを抑制する。
【００１６】
本発明の第３の実施の形態として、上記第１の実施の形態又は第２の実施の形態における少なくとも位相検出装置、算出装置及び比較装置を含む制御系を２系統持ち、運転中の一方の制御系に故障等が発生して待機側の他方の制御系に制御を切り替える際においても、上記と略同様の作用、効果を得ることができる。即ち、２系統の制御系のうちの一方の制御系が運転中のとき、他方の制御系は待機し、運転中の一方の制御系が故障等で運転を継続できなくなった時、第１のゲート制御装置で整流回路を停止させ、第２のゲート制御装置でインバータ回路を停止させ、待機側の他方の制御系に制御を切り替える時に、この切り替え直前に位相検出装置で検出した交流電動機の位相に基づいて整流回路及びインバータ回路を始動する。そして定常運転になるまで比較装置によりインバータ回路の出力３相交流電流と算出装置で算出した交流電動機の速度指令に対する電流制限レベルとを各相毎に比較し、出力交流電流が電流制限レベルを超えた相に対するインバータ回路へのゲートパルスを一定時間ブロックする。これにより、インバータ回路の出力交流電流が実負荷に対して過大に流れることを防ぎ、それにより整流回路への入力電流の立上がり及びその大きさを抑制することができる。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、故障等から復帰した再始動の際、又は制御系を２系統持つ場合に、その制御系を切替える際において、交流電動機の最低速度のしきい値と最高速度のしきい値間を結ぶ速度に対する電流制限レベルの関数から速度指令に対する電流制限レベルを算出することで、インバータ回路の出力交流電流が実負荷に対して過大に流れることを防ぎ、それにより整流回路への入力電流の立上がり及びその大きさを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である電力変換装置のブロック図である。
【図２】上記第１の実施の形態の作用を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】本発明の第２の実施の形態のブロック図である。
【図４】第１の従来技術のブロック図である。
【図５】第２の従来技術のブロック図である。
【符号の説明】
１１  整流回路
１３  インバータ回路
１４  中性点クランプ型インバータ回路
２０  ３相交流電源
３０  交流電動機
４１  ゲート制御装置（第１の制御手段）
４２  ゲート制御装置（第２の制御手段）
４３  位相検出装置（位相検出手段）
４４  算出装置（算出手段）
４６  比較装置（比較手段）
４７  電流検出器（電流検出手段）
【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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