JP2552001B2 - 周波数変換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、コンバータ部とインバータ部とで形成さ
れる直流回路に並列に接続された大容量コンデンサを備
え、インバータ部でパルス幅変調制御を行って任意の電
圧と周波数を持った交流電源を得る周波数変換装置に関
するものである。

［従来の技術］ 従来、テレビジョン、ラジオ放送機器や情報処理装
置、あるいは交流モータなどに供給する交流電源の供給
手段として、交流電源を任意の電圧と周波数に制御する
ことができる周波数変換装置が使用されている。

例えば、第２図は、「エレクトロニック・コンポーネ
ンツ・アンド・アプリケーションズ（ELECTRONIC COMP
ONENTS AND APPLICATIONS）、VOL.3、NO.1、1980年11
月号、６頁〜16頁の“アナログ・コントロール・システ
ム・フォー・エー・シー・モータ・ウイズ・ピー・ダブ
リュ・エム・バリアブル・スピード・ドライブ”ダブリ
ュ・ビー・ローシンク著（“Analogue control syste
m for a,c,motor with PWM variable speed dri
ve"W.B.ROSINK）」におけるfig4で示された回路図を具
体化した従来例の周波数変換装置の回路図である。

第２図において、（１）は電気接点であるコンタク
ト、（２）は交流電源からの交流電圧を所定の電圧に変
圧する入力トランス、（３）は交流電圧を直流電圧に変
換するダイオード（31）〜（36）で構成されたコンバー
タ部、（４）はコンバータ部（３）と後述のインバータ
部（５）とで形成される直流回路に並列に接続された大
容量コンデンサ（ここでは大容量フィルタコンデンサを
使用）、（５）はインバータ部である。このインバータ
部（５）は、トランジスタ（51）〜（56）と、フライホ
イーリングダイオード（61）〜（66）とで構成されたト
ランジスタインバータが使われている。そして、（10
1）は突入電流を防止する限流抵抗、（102）は限流抵抗
短絡スイッチである。

また、第２図の左端のR,S,Tは、３相交流電源の各相
を示したものであり、交流電源がここから供給される。
そして、同図の右端のU,V,Wは、インバータで駆動制御
される３相交流モータの各相を示したものである。

次にその動作について説明する。

まず、主回路であるインバータ部（５）の起動に先立
って、限流抵抗短絡スイッチ（102）を開極した状態で
コンタクト（１）を投入する。交流電源から入力された
各相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）の交流電圧は、入力トランス
（２）で所定の電圧に変圧され、ダイオード（31）〜
（36）で構成されたコンバータ部（３）で直流に整流さ
れる。

ここで、突入電流がインバータ部（５）に入るのを防
止するため、限流抵抗（101）を介して大容量コンデン
サ（４）を定格値まで充電する。これを初期充電とい
い、この大容量コンデンサ（４）は、整流された直流電
圧波形を平滑にする働きがある。

次に、大容量コンデンサ（４）が定格値まで充電され
たのを例えば、接続された電圧計などで確認した後、限
流抵抗短絡スイッチ（102）を投入する。これにより、
トランジスタ（51）〜（56）にベース信号が与えられ
て、インバータ部（５）が運転を開始する。

このインバータ部（５）では、パルス幅変調（以下、
PWMと称する）手段が採用され、交流電圧の半サイクル
の間に数個のパルスを発生させて、各パルスの幅に差を
もたせることにより、交流出力を正弦波に近づけてい
る。この手段で電圧調整を行う場合は、各パルスの幅を
変化させて行っている。

上記のようなインバータ部（５）の運転時の負荷電流
は、限流抵抗短絡スイッチ（102）を通って流れる。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の周波数変換装置は、上記したように、限流抵抗
（101）を介して大容量コンデンサ（４）の初期充電を
行い、充電後にインバータ部（５）へ平滑された直流電
圧を入力するため、限流抵抗短絡スイッチ（102）が使
われている。

ところが、この限流抵抗短絡スイッチ（102）を使う
と、装置自体が大型かつ高価になってしまうという問題
点があった。

この発明は、上記のような問題点を解消することを課
題としてなされたもので、小型で、安価な初期充電回路
を備えた周波数変換装置を提供することを目的としてい
る。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る周波数変換装置は、制御電源にコンバ
ータ部の入力端子の任意の一相と、インバータ部の出力
端子の任意の一相とをそれぞれ断続させる切換手段と、
前記制御電源から大容量コンデンサに流れ込む電流を制
限する限流手段と、を含んだ初期充電回路を備えて前記
大容量コンデンサへの初期充電を行うことを特徴とす
る。

［作用］ この発明に係る周波数変換装置においては、インバー
タ部を起動する前に、切換手段と限流手段とを含む本発
明の初期充電回路を用いて大容量コンデンサの初期充電
を切換手段の切換により行うようにしたため、制御電源
の電流供給により、突入電流を効果的に防止できると共
に、従来の初期充電の際に用いられていた大型で高価な
限流抵抗短絡スイッチが不要となり、小型かつ安価な装
置とすることが可能になった。

［実施例］ 以下図面に基づいて、この発明に係る周波数変換装置
の好適な実施例について説明する。

第１図はこの発明に係る周波数変換装置の一実施例を
示す回路図である。ここで、第２図に示した従来例と同
一の部材については、同一の符号を付し、重複説明を省
略する。

この実施例の特徴的なことは、第１図に示すように、
制御電源（８）を電源とした初期充電回路（７）を具備
している点である。この実施例では、スイッチ（71）
と、電気の流れを制限する限流抵抗手段（ここでは絶縁
トランスの巻線抵抗を用いた）（72）とにより、初期充
電回路が構成されている。そして、そのスイッチ（71）
の一端は、コンバータ部（３）のＲ相に、他端はインバ
ータ部（５）のＵ相に接続されて単相整流器を構成して
いる。ここでは、Ｒ相とＵ相を使って制御電源（８）と
の接続を行ったが、これに限定されず、コンバータ部
（３）の任意の一相とインバータ部（５）の任意の一相
とが接続されていればよい。

次に、この実施例における動作について説明する。こ
の周波数変換装置の主回路であるインバータ部（５）の
起動に先立って、制御電源（８）より絶縁トランス（7
2）を介してスイッチ（71）を投入し、大容量フィルタ
コンデンサ（４）の初期充電を行う。第１図では、コン
バータ部（３）内の２個のダイオード（31），（34）と
インバータ部（５）内の２個のフライホイーリングダイ
オード（61），（64）とで単相整流器が構成され、大容
量フィルタコンデンサ（４）の初期充電を行うことがで
きる。

この初期充電回路に用いられる絶縁トランス（72）の
巻線インピーダンスは、大部分が抵抗分であり、またそ
の抵抗値も大きいので、小型のもので良く、充分な限流
効果を有している。

また、スイッチ（71）は、主回路と制御電源（８）と
の断続を行うものであればよく、接触による機械的なス
イッチ、あるいは半導体を用いたスイッチを問わない。
このため、従来のような大型で高価な限流抵抗短絡スイ
ッチを用いずに済むため、周波数変換装置が小型化でき
るとともに、安価とすることができた。

次に、大容量フィルタコンデンサ（４）の定格値まで
の充電の完了を、ここでは電圧計を用いて計測して確認
後、スイッチ（71）を開極する。このように、大容量コ
ンデンサ（４）の初期充電が完了すると初期充電回路
（７）が主回路から切り離される。そして、コンタクト
（１）が投入されると、交流電源から各相（Ｒ相、Ｓ
相、Ｔ相）に交流電圧が入力され、入力トランス（２）
を介して所定の電圧に変圧される。そして、変圧された
交流電圧は、コンバータ部（３）で直流電圧に整流さ
れ、さらに充電された大容量コンデンサ（４）によって
直流電圧が平滑化される。この平滑な直流電圧をインバ
ータ部（５）に入力して、従来例と同様な動作に従って
インバータ部（５）を起動し、制御された交流電源のＵ
相、Ｖ相、Ｗ相を出力する。

なお、上記実施例では、大容量フィルタコンデンサ
（４）の充電完了の確認やスイッチ（71）の開極および
コンタクト（１）の投入は、前述したように、手動で行
うこともできるが、自動制御手段を用いて該スイッチ
（71）、コンタクト（１）の一連の動作を自動的に行な
うことも可能である。

また、大容量フィルタコンデンサ（４）の初期充電回
路（７）において、保護ヒューズを省略し、限流抵抗手
段（72）として絶縁トランスの巻線抵抗を用いたが、必
要に応じて保護ヒューズや、抵抗を設けて構成すること
も可能である。この場合も、上記と同様の好適な効果が
得られる。

さらに、この実施例では、トランジスタインバータを
用いて説明したが、これ以外の半導体を用いたものであ
ってもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明に係る周波数変換装置
は、制御電源を電源とする初期充電回路を用いて大容量
コンデンサの初期充電を行ったので、小型のスイッチと
小型の限流手段による初期充電回路で初期充電が行える
ようになり、装置の小型化とともに、安価に構成するこ
とが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る周波数変換装置の一実施例を示
す回路図、第２図は従来例の装置の回路図である。 第１図において、（１）はコンタクト、（２）は入力ト
ランス、（３）はコンバータ部、（４）は大容量コンデ
ンサ、（５）はインバータ部、（７）は初期充電回路、
（71）はスイッチ、（72）は限流抵抗手段、（８）は制
御電源である。 尚、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】整流素子がブリッジ型に接続され、入力端
   子に入力される交流電圧を直流電圧に変換するコンバー
   タ部と、該コンバータ部で変換された直流電圧を平滑化
   する大容量コンデンサと、スイッチング素子とこれとは
   逆方向に電流を流す整流素子との並列接続である構成単
   位がブリッジ型に接続され、大容量コンデンサで平滑化
   された直流電圧を交流可変電圧に変換して出力端子から
   出力するインバータ部とを有する周波数変換装置におい
   て、 制御電源に前記コンバータ部の前記入力端子の任意の一
   相と、前記インバータ部の前記出力端子の任意の一相と
   をそれぞれ断続させる切換手段と、 前記制御電源から前記大容量コンデンサに流れ込む電流
   を制限する限流手段と、 を含んだ初期充電回路を備えて前記大容量コンデンサへ
   の初期充電を行うことを特徴とする周波数変換装置。