JP2544522B2 - 電力回生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明インバータ装置の負荷で
ある交流電動機を回生制動すべく、上記インバータ装置
の直流回路部に接続される電力回生装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】図４はインバータ装置に接続された従来
の電力回生装置を示す構成図である。図において、１は
商用周波の交流電源、２は任意の電圧および周波数の交
流を出力する汎用のインバータ装置３はインバータ装置
２の負荷としての誘導電動機、４は誘導電動機３の制動
時におけるその制動エネルギーを交流電源１に回生する
電力回生装置であり、通常は汎用のインバータ装置２と
は独立したケースに収納され、インバータ装置２の直流
回路部に配線にて接続される。

【０００３】インバータ装置２において、５は交流電源
１から供給される商用周波数の交流を直流に変換する変
換器としてのダイオードブリッジ、６は電流制限用の抵
抗器、７は平滑用の電解コンデンサ、８はコンタクタ接
点であり、コンデンサ７の初期充電時には開状態にあ
り、抵抗器６を通してコンデンサ７を充電し、充電完了
後に閉となり、抵抗器６を短絡するもの、９はインバー
タブリッジであり、直流入力を交流に逆変換して誘導電
動機３に所定の電圧および周波数の交流を供給するよう
に構成されている。

【０００４】電力回生装置４において、10は電流制限用
の抵抗器、11は交流リアクトル、12はトランジスタブリ
ッジであり、スイッチング素子としてのトランジスタ12
aと環流用ダイオード12bを並列接続したアームを６組組
合せて構成されている。13は交流電源１の位相を検出す
る位相検出回路、14はインバーター２が回生状態にある
か否かを判別する回生状態判別手段、15は回生状態判別
手段14の出力に基づいてトランジスタブリッジ12を制御
する制御手段である。制御手段15はトランジスタブリッ
ジ12を変換器として動作させる場合には、交流電源１と
同期をとってトランジスタ12aをオンオフさせるので、
力率はほぼ１になるような位相で回生運転を行なう。

【０００５】次に動作について説明する。交流電源１か
ら供給される交流はダイオードブリッジ５にて直流に変
換され、最初は制限抵抗６を通してコンデンサ７を充電
し、充電完了後は接点８を閉じて上記制限抵抗６を介さ
ずに通電してコンデンサ７で平滑にし、インバータブリ
ッジ９で所定の電圧及び周波数の交流に逆変換し、負荷
である誘導電動機３へ供給する。なお、交流電源１から
は電力回生装置４を介して、即ち、抵抗器10、交流リア
クトル11を介してトランジスタブリッジ12に供給され、
トランジスタブリッジ12における環流ダイオード12bに
より、直流に変換され、インバータ装置２のコンデンサ
７を充電する。即ち、通常のインバータ装置２による誘
導電動機３の運転時においては電力回生装置４のトラン
ジスタブリッジ12はダイオードブリッジ５と共に順変換
器として動作する。

【０００６】一方、交流電動機３からのエネルギーを回
生して制動をかける場合にはインバータブリッジ９が順
変換器として動作し、回生電力はコンデンサ７を充電す
る。コンデンサ７の端子電圧が上昇したことを回生判別
手段14により検出してトランジスタブリッジ12を逆変換
器として動作させ、交流電源１に電力を回生する。この
場合交流リアクトル11はトランジスタブリッジ12を位相
制御する場合の電流変化率を制限するために用いられ
る。即ち、交流電源１の急変等による過電流を防ぐ上で
効果がある。また抵抗10は電流のピーク値を制限するた
めに用いられる。

【０００７】上記従来例は誘導電動機３の制動時にその
エネルギーを電源１に回生するものてあるが、そのほか
の誘導電動機３の制動方法としては、例えば特開昭６３
−４８１７６、実開平１−１４３２９６公報等に示され
た直流電力消費形の制動方法、即ち、インバータ装置に
おける直流回路のP.N端子間の電圧上昇を検出して、こ
の電圧が所定電圧以上に上昇したら、P.N端子間に接続
した抵抗器に電流を流して制動時のエネルギーをジュー
ル熱として、消費することにより制動力を得る方法があ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の電力回生装置４
は以上のように構成されているので、汎用インバータの
オプションとして外部に外付される場合において、イン
バータ装置２の直流回路部の端子PNにおいて誤配線、即
ち、正負極を逆接続された場合、トランジスタブリッジ
12の環流ダイオード12bにより正負極間が短絡され、容
易に破壊されてしまう危険があるという問題点があっ
た。即ち、上記のような回路構成では、P.N逆接続に対
する保護機能を有しておらず、オプション化にあたって
は、本問題点の解決が大きな課題であった。

【０００９】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、外付とした電力回生装置をイン
バータ装置に誤配線しても破壊されることのない電力回
生制動装置付インバータ装置を得ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係わる電力
回生装置は、交流電源からの入力を直流に変換して出力
すると共に、上記直流出力側から逆に入力される直流を
交流に逆変換して上記交流電源に回生可能にスイッチン
グ素子とダイオ−ドを並列接続したア−ムをブリッジ構
成した変換回路と、上記変換回路の直流出力側に挿入さ
れ、初期に開状態にある開閉手段と、上記開閉手段の上
記変換回路側及び上記直流出力側それぞれの直流電圧を
検出し、これらの電圧値が所定値以上であると共に極性
一致により、開状態にある上記開閉手段を閉にする信号
を出力する開閉信号出力手段とを備えたものである。

【００１１】また、第２の発明に係わる電力回生装置
は、請求項１に記載の電力回生装置において、変換回路
の直流側と開閉手段間の正負極間に挿入され、直流を平
滑にするコンデンサを備え、交流電源から入力される交
流を直流に変換するコンバータ部及び上記直流を交流に
逆変換して交流電動機に出力するインバータ部とを備え
たインバータ装置における上記インバータ部の直流入力
側に接続可能に構成したものである。

【００１２】

【作用】第１の発明における変換回路は交流電源から入
力される交流を直流に変換して出力し、電力回生時には
上記直流出力側から逆に入力される直流をブリッジ構成
されたスイッチング素子を制御することにより交流に逆
変換して上記交流電源に回生するのに先立ち、開閉信号
出力手段は初期に開状態にある開閉手段のコンデンサ側
及び上記直流出力側の直流電圧を検出し、これらの電圧
値が所定値以上であり、かつ極性一致により上記開閉手
段を開から閉にする信号を出力する。

【００１３】また、第２の発明における直流入出力端子
はインバータ装置における上記インバータ部の直流入力
側に接続され、交流電動機の力行時にはコンデンサによ
り平滑にされた直流を供給し、制動時にはその制動エネ
ルギーを上記コンデンサをバッファとして上記交流電源
に回生する。

【００１４】

【実施例】実施例１． 第１及び第２の発明の一実施例を図１〜図３により説明
する。図１はインバータ装置及び電力回生装置の回路図
であり、上記電力回生装置はその回路部を外付タイプの
ケースに収納され、インバータ装置に接続したものであ
る。図２は図１に示した電力回生装置における開閉信号
出力手段としてのコンタクタ投入判断回路の回路図、図
３は電力回生装置とインバ−タ装置の操作及び誤接続の
説明図である。図中、従来例と同じ符号で示されたもの
は従来例のそれと同一もしくは同等なものを示す。

【００１５】図１において、4Aは電力回生装置であり、
この電力回生装置4Aにおいて、16は後述の電解コンデン
サ17の充電電流を押制するための制限抵抗器、17は回生
制御装置の直流側に配設された平滑用の電解コンデン
サ、18aはその制限抵抗16を並列に接続されるコンタク
タ接点、18b、18cはそれぞれ、電解コンデンサ17の正極
Ｐ、負極Ｎと直流側入力との間に挿入されたコンタクタ
接点であり、コンタクタ接点18a〜18cは同時に開閉され
るように同一のコンタクタにて構成される。また、19は
コンタクタ接点18a〜18cの投入時期を判断するための開
閉信号出力手段としてのコンタクタ投入判断回路であ
り、38はコンタクタ投入信号である。

【００１６】次の動作について説明する。回生制御方式
は図４に示した従来例と全く同一のため、ここでは、そ
の電源投入時のインバータ装置２の回路と回生制御装置
４の接続シーケンスに着目して説明する。交流電源１が
投入されると、インバータ装置２のダイオードブリッジ
５を通して直流に変換され、初期充電用の制限抵抗６を
通してコンデンサ７を充電し、充電完了後接点８を閉じ
るところまでは従来と同一である。一方、回生制御装置
側もコンデンサ17を充電するために、トランジスタブリ
ッジ12の環流ダイオード11bが順交換器として動作し、
制限抵抗16を介してコンデンサ17を充電する。但し、こ
の時コンタクタ接点18a、18b、18cは開状態にあり、イ
ンバ−タ装置2の直流回路部と、回生制御装置4は切離さ
れた状態にある。

【００１７】次に、コンタクタ18a、18b、18cの投入条
件について説明する。図２において、7はインバ−タ装
置2側の電解コンデンサ17は回生制御装置の電解コンデ
ンサ、30a〜30c及び32a〜32cは分圧抵抗、31及び33は絶
縁アンプ、34はコンパレ−タ、35は負入力に対する零ク
ランプ回路、36は演算素子（ＣＰＵ）である。37は逆接
続警報ランプとしてのＬＥＤ、39はＬＥＤ37の保護抵抗
器である。また、38はコンタクタ接点18a〜18cを開閉す
るコンタクタ信号である。

【００１８】基本的に同一の交流電源1によりコンデン
サ7及び17を充電しているため、その直流電圧は同一と
なるはずであり、両方の電圧の一致をもって、コンタク
タ投入信号38を出力すればいいがより安全を図るため
に、正負極逆接続を検出するための下記3条件を満足す
るときのみコンタクタを投入する。

【００１９】即ち、■ 絶縁アンプ31の出力が、入力規
定電圧の最小値のピーク値以上あること。（例えば、AC
180VとするとAC180×√2＝255V以上あること） ■ 絶縁アンプ33の出力が同様に入力規定電圧の最小値
のピーク値以上あること。 ■ 絶縁アンプ33の出力が負電圧を出力していないこと
（コンパレータ34により判断）である。

【００２０】上記３条件を満足したときに、ある一定時
間（インバータ充電時定数以上）経過後演算素子36はコ
ンタクタ投入信号38を出力する。ちなみに、絶縁アンプ
33は正負入力に対し、正負出力を行なうものであり、そ
のため、コンパレータ34のレアレンスは負値であると共
に、負入力時に、演算素子36に負入力が入らぬよう零Ｖ
にクランプするクランプ回路35を必要とする。

【００２１】上記のようにコンタクタ投入判断回路19を
設けたことにより、例えば図３のごとく交流電源１とイ
ンバータ装置２、電力回生装置４間のそれぞれにノーヒ
ューズブレーカ22、23が設けられ、これ等のブレーカ2
3、23の投入が同時でなく、相前後したとしてもコンデ
ンサ７及び17が充電完了するまではコンタクタ接点18a
〜18cは閉とはならない。即ち、ブレーカ22及び23の一
方が投入されなければコンタクタ接点18a〜18cは開状態
を保持する。

【００２２】また、図３に示すごとくインバータ装置２
の直流回路部のP.Nと電力回生装置４の直流入出力端子P
_２、N₂間の配線20a、20bにおいて極性を間違い逆接続し
た場合においても、コンタクタ投入判別回路19における
コンパレータ34が動作し、その入力を監視している演算
素子36が逆接続を検出し、警報ランプ（ＬＥＤ）37を点
灯して異常を警報すると共に、コンタクタ投入信号38を
出力しないようにして、コンタクタ接点18a〜18cの開状
態を保持する。

【００２３】図２に示したコンタクタ投入判断回路19に
おいて、31、33共に絶縁アンプにて実現したが、絶縁ア
ンプ31はフォトカプラであってもよい。一方、絶縁アン
プ33の方をフォトカプラにするとコンタクタが投入され
るまで、Ｎ側電位がインバータ側の負極電位にて規定さ
れてしまう回路構成となり具合が悪い。また、投入条件
としてコンパレータ34により負入力を判断しているが、
この条件がなく、31、33の一致のみで逆接続を判断しよ
うとすると図３のようにインバータと回生制御装置の交
流電源投入順序が同時でない場合、つまり時間的遅れが
ある場合も逆接続と誤判断してしまう可能性があり、好
ましくない。

【００２４】以上のように、電力回生制御装置は、その
直流側に電解コンデンサ17を有し、その電解コンデンサ
17を直流一交流変換器であるトランジスタブリッジ12と
の間にコンタクタ接点18aと抵抗器16の並列回路からな
る突入電流抑制回路を介挿し、一方、電解コンデンサ17
との直流端子P₂、N₂間の正負極両方にコンタクタ接点18
b、18cを有することにより、直流側の逆接続の保護と検
出を可能としている。

【００２５】更に、電解コンデンサ17がインバータ装置
２のコンデンサ７と並列に追加された構成となるため、
直流側配線によるハネ上り電圧を低減し、インバータ力
行運転時のリップル電流の低減、さらには瞬停耐量の向
上も期待できる。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、第１の発明によれば、交
流電源から入力される交流を直流に変換して出力し、電
力回生時には直流電源側から逆に入力される直流を交流
に逆変換して交流電源に出力する変換回路の直流側に、
初期に開状態にある開閉手段を備えると共に、上記開閉
手段の両側の直流電圧を検出し、これらの電圧値が所定
値以上で、かつ極性一致により開状態にある上記開閉手
段を閉にする信号を出力する開閉信号出力手段を備えた
ので、上記直流側を直流電源に接続する場合において、
極性に対する誤結線から上記変換回路を保護できるもの
が得られる効果がある。

【００２７】また、第２の発明によれば、第１の発明の
電力回生装置において、平滑コンデンサを備えると共
に、インバータ装置におけるインバータ部の直流入力側
と接続可能に構成したので、上記インバータ装置に電力
回生機能を容易に付加できると共に、上記平滑コンデン
サの存在により、上記インバータ装置のリップル電流を
低減できるものが得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１及び第２の発明の一実施例による電力回生
装置及びインバータ装置の回路図である。

【図２】図１に示した電力回生装置における直流電圧検
出比較手段としてのコンタクタ投入判断回路の回路図で
ある。

【図３】電力回生装置とインバータ装置の操作及び誤接
続の説明図である。

【図４】従来の電力回生装置及び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 インバータ装置 ３ 誘導電動機 ４ 電力回生装置 ６、１０、１６ 抵抗器 ７、１７ 電解コンデンサ ９、１２ トランジスタブリッジ １３ 位相検出回路 １４ 回生判別回路 １５ トランジスタブリッジ制御回路 １９ コンタクタ投入判断回路

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源からの入力を直流に変換して出
   力すると共に、上記直流出力側から逆に入力される直流
   を交流に逆変換して上記交流電源に回生可能にスイッチ
   ング素子とダイオ−ドを並列接続したア−ムをブリッジ
   構成した変換回路と、上記変換回路の直流出力側に挿入
   され、初期に開状態にある開閉手段と、上記開閉手段の
   上記変換回路側及び上記直流出力側それぞれの直流電圧
   を検出し、これらの電圧値が所定値以上であると共に極
   性一致により、開状態にある上記開閉手段を閉にする信
   号を出力する開閉信号出力手段とを備えたことを特徴と
   する電力回生装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の電力回生装置におい
   て、変換回路の直流側と開閉手段間の正負極間に挿入さ
   れ、直流を平滑にするコンデンサを備え、交流電源から
   入力される交流を直流に変換するコンバータ部及び上記
   直流を交流に逆変換して交流電動機に出力するインバー
   タ部を備えたインバータ装置における上記インバータ部
   の直流入力側に接続可能に構成したことを特徴とする電
   力回生装置。