JP2006340466A

JP2006340466A - Ｐｗｍコンバータ制御装置

Info

Publication number: JP2006340466A
Application number: JP2005160815A
Authority: JP
Inventors: Toshihisa Toyoda; 敏久豊田; Tsutomu Oyama; 勉大山
Original assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Priority date: 2005-06-01
Filing date: 2005-06-01
Publication date: 2006-12-14

Abstract

【課題】ユーザによる配線作業を簡素化したＰＷＭコンバータ制御装置を提供する。
【解決手段】コンバータ制御装置１０は、インバータ２０から回生電力が印加される平滑コンデンサ１３と、この平滑コンデンサ１３に並列接続されたＰＷＭコンバータ主回路１１と、このＰＷＭコンバータ主回路１１で逆変換された回生電力を各相電圧毎に三相交流電源１側に返還するための入力フィルタ２と、この入力フィルタ２と三相交流電源１との間で各相毎に設けられた第１のスイッチ手段６とを備えている。インバータ２０は、電源端子２０Ｒ，２０Ｓ，２０Ｔ側に電磁接触器７１〜７３を備え、三相交流電源１が印加されてコンバータ制御装置１０から出力される第１のスイッチ手段６の投入信号により、電磁接触器７１〜７３をオフすると同時に、第１のスイッチ手段６の電磁接触器６１〜６３をオンする。
【選択図】図１

Description

本発明は、交流電源の交流電力を直流電力に変換して負荷となるインバータに給電するとともに、このインバータを介して接続された誘導電動機の減速時の回生電力を逆変換するＰＷＭコンバータ制御装置に関する。

ＰＷＭコンバータ制御装置には、交流電源の交流電力を整流器により直流電力に変換してインバータなどの負荷に直流電力として給電する駆動手段と電源回生手段とを有するものがある。この電源回生手段では、リアクトルと組み合わされて、パルス幅変調（以下、ＰＷＭという。）制御方式により高力率で高調波電流が抑制された電流を交流電源に対して電源回生することができる。

図２は、従来のＰＷＭコンバータ制御装置の一例を示す回路構成図である。
図２において、１は三相交流電源、２は入力フィルタ、３は昇圧用の交流リアクトル、４は充電回路、１０はコンバータ制御装置であって、これらは電源回生手段を構成している。また、三相交流電源１は、電磁接触器６１〜６３からなる第１のスイッチ手段６を介して入力フィルタ２と接続され、これらの電磁接触器６１〜６３がオンすることによって、逆変換された回生電力が三相交流電源１側に返還される。

入力フィルタ２は、リアクトルＬ１〜Ｌ３と抵抗Ｒ１〜Ｒ３とコンデンサＣ１〜Ｃ３からなり、三相交流電源１に回生される電流周波数を調整している。充電回路４は、それぞれ充電抵抗器を構成する抵抗Ｒ４〜Ｒ６と電磁接触器４１〜４３の並列回路からなり、入力フィルタ２と充電回路４とが、昇圧用の交流リアクトル３の各リアクトルＬ４〜Ｌ６を介して互いに接続されている。

駆動手段を構成するコンバータ制御装置１０は、ＰＷＭコンバータ主回路１１と直流ヒューズ１２と平滑コンデンサ１３とを含み、交流端子１４，１６にはそれぞれ交流ヒューズ５１，５２を介して充電回路４が接続されるとともに、交流端子１５には充電回路４の抵抗Ｒ５と電磁接触器４２が直接接続されている。このコンバータ制御装置１０は、ＩＧＢＴなどの半導体スイッチング素子とそれに逆並列接続された還流ダイオードからなるＵ相、Ｖ相、およびＷ相のＰＷＭコンバータ主回路１１と、直流ヒューズ１２、平滑コンデンサ１３によって構成される。また、コンバータ制御装置１０の直流端子１７，１８には負荷となるインバータ２０が接続されている。なお、コンバータ制御装置１０は図示しないＰＷＭ制御回路も備えている。

インバータ２０は、ダイオードＤ１〜Ｄ６で構成される整流回路２１、直流ヒューズ２２、平滑コンデンサ２３、インバータ用充電回路２４、およびインバータ主回路２５によって構成されている。整流回路２１では、電源端子２０Ｒ，２０Ｓ，２０Ｔから供給される交流電源が直流電力に変換される。また、整流回路２１の直流側には大容量の平滑コンデンサ２３が接続され、整流回路２１から出力される直流電力に含まれているリプル分を抑制するようにしている。さらに、この平滑コンデンサ２３と整流回路２１との間には、充電抵抗Ｒ７とこれを短絡する短絡スイッチＳ２４とからなるインバータ用充電回路２４が挿入され、短絡スイッチＳ２４がオフの状態で平滑コンデンサ２３に電圧を印加することにより、過大な充電電流が突入するのを抑制するように構成されている。

平滑コンデンサ２３の直流電圧は、直流ヒューズ２２を介してインバータ主回路２５に供給されている。このインバータ主回路２５では、ＩＧＢＴなどの半導体スイッチング素子とそれに逆並列接続された還流ダイオードからなるスイッチ回路Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２およびＺ１，Ｚ２が三相ブリッジ接続され、交流側の出力端子となる交流端子２０Ｘ，２０Ｙ，２０Ｚには、誘導電動機などのモータ２６がインバータ２０の負荷として接続されている。なお、インバータ２０の平滑コンデンサ２３は、直流端子２７，２８を介してコンバータ制御装置１０の直流端子１７，１８に接続されている。

以上のように構成されたＰＷＭコンバータ制御装置では、三相交流電源１の投入時には充電回路４の電磁接触器４１〜４３がオフ（開）状態となって、抵抗Ｒ４〜Ｒ６を介して充電時の突入電流が抑制され、平滑コンデンサ１３，２３が充電される。

平滑コンデンサ１３が所定の充電レベルを超えると、コンバータ制御装置１０では充電回路４の電磁接触器４１〜４３に対する投入信号が出力され、これらの電磁接触器４１〜４３がオン（閉）状態となる。これにより、充電回路４の抵抗Ｒ４〜Ｒ６がバイパスされるようになって、初期充電動作が完了する。

こうした従来のＰＷＭコンバータ制御装置については、下記の特許文献１に記載がある。この特許文献１では、電力変換装置の直流中間電圧を外乱に対抗して高い応答性で制御するために、充電抵抗とこれを短絡する短絡スイッチを、コンバータの交流入力側に設置して、インバータ装置の始動の際に平滑コンデンサに過大な充電電流が流入するのを防ぐようにしている。
特開２００４−１５３９７８号公報（段落番号［００１５］〜［００２３］および図２）

従来のＰＷＭコンバータ制御装置では、インバータ装置を構成する整流器の複数台を並列に接続したり、あるいはインバータの複数台を並列に接続したりすることもあるので、充電時定数が当初とは異なった値になってしまうことがある。しかも、入力フィルタ２や昇圧用の交流リアクトル３、あるいは交流ヒューズ５１，５２や充電回路４を接続するのに、ユーザが配線作業を行うことが多く、場合によっては主回路配線作業で配線ケーブルの相順を間違えて誤配線することがあった。

その結果、ＰＷＭコンバータ制御装置が正常に動作しなかったり、交流電源の相順と異なる電力を交流電源側に回生したりするおそれがあり、ＰＷＭコンバータ制御装置の故障や、同じ電源系統につながる他の機器に悪影響を及ぼすという問題があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、コンバータ制御装置の入力回路に必要な充電回路を削除することによって、ユーザによる配線作業を簡素化したＰＷＭコンバータ制御装置を提供することを目的とする。

本発明では、上記問題を解決するために、交流電源の交流電力を直流電力に変換して負荷となるインバータに給電するとともに、前記インバータを介して接続された誘導電動機の減速時の回生電力を逆変換するＰＷＭコンバータ制御装置において、前記負荷から回生電力が印加される平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサに並列接続されたＰＷＭコンバータ主回路と、前記ＰＷＭコンバータ主回路で逆変換された前記回生電力を各相電圧毎に前記交流電源側に返還するための入力フィルタ手段と、前記入力フィルタ手段と前記交流電源との間で各相毎に設けられた第１のスイッチ手段と、を備え、前記第１のスイッチ手段をオフにした後に、前記負荷となるインバータと前記交流電源との間で各相毎に設けられた第２のスイッチ手段をオンすることによって、前記インバータの直流出力側に設けた充電抵抗を介して前記平滑コンデンサを初期充電するようにしたことを特徴とするＰＷＭコンバータ制御装置が提供される。

本発明のＰＷＭコンバータ制御装置によれば、第１のスイッチ手段をオフにした後に、負荷となるインバータと交流電源との間で各相毎に設けられた第２のスイッチ手段をオンすることによって、インバータの直流出力側に設けた充電抵抗を介して平滑コンデンサを初期充電するようにした。これによって、負荷として接続されたインバータに内蔵している充電抵抗器を流用して、コンバータ制御装置とインバータとの平滑コンデンサを、それぞれ同時に初期充電することができ、コンバータ制御装置に必須とされていた突入電流抑制用の充電抵抗器を削除できる。

以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の形態に係るＰＷＭコンバータ制御装置を示す回路図である。
ここでは、図２の従来装置と同じ回路構成部分には同一の符号を付して、主として図２のものとの相違点について説明する。

図１のように、コンバータ制御装置１０の電源回生手段としては、充電回路４を備えていない。したがって、コンバータ制御装置１０の交流端子１４，１６は交流ヒューズ５１，５２だけを介して、それぞれ昇圧用の交流リアクトル３の各リアクトルＬ４，Ｌ６に接続され、また交流端子１５はリアクトルＬ５に直接接続されている。また、第２のスイッチ手段７を介して三相交流電源１の交流電力がインバータ２０の電源端子２０Ｒ，２０Ｓ，２０Ｔに供給される。そして、この第２のスイッチ手段７の電磁接触器７１〜７３が、電磁接触器６１〜６３からなる第１のスイッチ手段６と連携して動作するように構成されている。

つぎに、上記構成のＰＷＭコンバータ制御装置の動作について説明する。三相交流電源１の投入時には、まず第１のスイッチ手段６の各電磁接触器６１〜６３をオフ（開）するとともに、第２のスイッチ手段７の電磁接触器７１〜７３をオン（閉）する。これにより、インバータ２０の整流回路２１からインバータ用充電回路２４の充電抵抗Ｒ７を介して、充電時の突入電流を抑制しながらインバータ２０側の平滑コンデンサ２３が充電される。同時に、コンバータ制御装置１０の平滑コンデンサ１３にも直流電圧が印加されて、その初期充電が行われる。

その後、コンバータ制御装置１０の平滑コンデンサ１３が充電レベルを超えると、コンバータ制御装置１０から充電回路制御用の投入信号が出力されて初期充電動作が完了する。そして、このときの投入信号によって電磁接触器７１〜７３がオフ（開）されると同時に、第１のスイッチ手段６の各電磁接触器６１〜６３がオン（閉）される。ここでは、第１のスイッチ手段６の電磁接触器６１〜６３と第２のスイッチ手段７の電磁接触器７１〜７３とは、インタロック回路によって両方が同時にオン（閉）状態とならないことを条件としている。

このように、コンバータ制御装置１０の負荷として接続されるインバータ２０が、電源端子２０Ｒ，２０Ｓ，２０Ｔ側に電磁接触器７１〜７３を備え、コンバータ制御装置１０が、インバータ２０から回生電力が印加される平滑コンデンサ１３と、この平滑コンデンサ１３に並列接続されたＰＷＭコンバータ主回路１１と、このＰＷＭコンバータ主回路１１で逆変換された回生電力を各相電圧毎に三相交流電源１側に返還するための入力フィルタ２と、この入力フィルタ２と三相交流電源１との間で各相毎に設けられた第１のスイッチ手段６とを備えている。そして、初期充電動作では、三相交流電源１が印加されてコンバータ制御装置１０から出力される電磁接触器６１〜６３への投入信号により、電磁接触器７１〜７３をオフすると同時に、ＰＷＭコンバータ制御装置の電磁接触器６１〜６３をオンすることで充電動作が完了する。

すなわち、第１のスイッチ手段６をオフにした後に、負荷となるインバータ２０と三相交流電源１との間で各相毎に設けられた第２のスイッチ手段７をオンすることによって、インバータ２０の直流出力側に設けたインバータ用充電回路２４を介して平滑コンデンサ１３を初期充電する。したがって、コンバータ制御装置１０の入力回路には、従来のような抵抗Ｒ４〜Ｒ６と電磁接触器４１〜４３からなる充電回路４が不要となる。

こうして従来のＰＷＭコンバータ制御装置に必須であった充電回路を削除することが可能となり、誤配線や充電動作の不具合によるトラブルが防止できる。また、コストダウンやユーザーによる配線作業の簡素化という、ＰＷＭコンバータ制御装置についての市場要求に対応できる。

実施の形態に係るＰＷＭコンバータ制御装置を示す回路図である。従来のＰＷＭコンバータ制御装置の一例を示す回路構成図である。

符号の説明

１三相交流電源
２入力フィルタ
３昇圧用の交流リアクトル
４充電回路
６第１のスイッチ手段
７第２のスイッチ手段
１０コンバータ制御装置
１１ＰＷＭコンバータ主回路
１２直流ヒューズ
１３平滑コンデンサ
１４〜１６交流端子
１７，１８直流端子
２０インバータ
２０Ｒ，２０Ｓ，２０Ｔ電源端子
２０Ｘ，２０Ｙ，２０Ｚ交流端子
２１整流回路
２２直流ヒューズ
２３平滑コンデンサ
２４インバータ用充電回路
２５インバータ主回路
２６モータ
２７，２８直流端子
４１〜４３，６１〜６３，７１〜７３電磁接触器
５１，５２交流ヒューズ
Ｄ１〜Ｄ６ダイオード
Ｒ１〜Ｒ７抵抗
Ｓ２４短絡スイッチ

Claims

交流電源の交流電力を直流電力に変換して負荷となるインバータに給電するとともに、前記インバータを介して接続された誘導電動機の減速時の回生電力を逆変換するＰＷＭコンバータ制御装置において、
前記負荷から回生電力が印加される平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサに並列接続されたＰＷＭコンバータ主回路と、
前記ＰＷＭコンバータ主回路で逆変換された前記回生電力を各相電圧毎に前記交流電源側に返還するための入力フィルタ手段と、
前記入力フィルタ手段と前記交流電源との間で各相毎に設けられた第１のスイッチ手段と、
を備え、
前記第１のスイッチ手段をオフにした後に、前記負荷となるインバータと前記交流電源との間で各相毎に設けられた第２のスイッチ手段をオンすることによって、前記インバータの直流出力側に設けた充電抵抗を介して前記平滑コンデンサを初期充電するようにしたことを特徴とするＰＷＭコンバータ制御装置。
前記第１のスイッチ手段は、前記第２のスイッチ手段と同時にはオンしないように構成されていることを特徴とする請求項１記載のＰＷＭコンバータ制御装置。