JP2645720B2 - 電流形インバータの停電後の再始動方法および装置 - Google Patents

電流形インバータの停電後の再始動方法および装置

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JP2645720B2 JP63060016A JP6001688A JP2645720B2 JP 2645720 B2 JP2645720 B2 JP 2645720B2 JP 63060016 A JP63060016 A JP 63060016A JP 6001688 A JP6001688 A JP 6001688A JP 2645720 B2 JP2645720 B2 JP 2645720B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電流形インバータの停電後の再始動方法お
よび装置に係り、特に負荷電動機の残留電圧が残ってい
る状態で再始動を行うに好適なものに関する。
〔従来の技術〕
従来は、特開昭59−14392号公報に記載のように下記
の再始動が知られている。
一般に、繊維機器や上下水道等に用いられるインバー
タ駆動の電動機は、数秒以内の停電が生じても運転を接
続し、電源回復(復電)後は直ちに指定された運転状態
に復帰することが要求される場合が多い。なお、この場
合、かかる制御を行うインバータ装置自体も安全に保護
されるように配慮することは勿論である。そこで、瞬停
検出後直ちにインバータ運転を停止させるとともに、転
流コンデンサの電荷を保持しておき、停電時には停止し
たときと同一のサイリスタから通電を開始して再スター
トする。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は、停電時間が比較的長く電動機の残留
電圧を消滅してから復電、再始動するような場合には好
適であるが、停電時間が短く電動機の残留電圧が大きい
ときに復電すると、正常に再始動できなくなる場合が生
じる。これは、再始動時のインバータ出力電流、電圧位
相と電動機の残留電圧位相とが一致しないために引き起
こされるものであり、これによって転流失敗等が生じる
という問題があった。
例えば、再始動時の初回転流相に係る点弧位相と電動
機の残留電圧位相との位相関係によっては、次回転流相
に係る転流コンデンサの充電電圧が不足することが生
じ、これによって必要な逆バイアス時間を確保できずに
転流失敗することがある。
本発明の目的は、負荷電動機の残留電圧による転流失
敗を防止することができる電流形インバータの停電後の
再始動方法および装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明の再始動方法は、
電動機を負荷とし停電信号に基づいて停止されている電
流形インバータの点弧制御を停電回復信号に基づいて再
開するに際し、初回転流相に係る負荷電動機の端子電圧
の位相を検出し、当該初回転流相に係る電流が少なくと
も前記電圧の位相より遅れ位相となる点弧位相にて点弧
制御を再開することとした。
また、本発明に係る再始動装置は、電動機を負荷とす
る電流形インバータの点弧制御を停電信号により停止す
るとともに、停電回復信号に基づいて再開する点弧制御
手段を有してなる電流インバータ停電後の再始動装置に
おいて、前記電動機の端子電圧の位相を表わす物理量を
検出する位相検出手段と、該検出された物理量のうち再
始動時の初回転流相に係るものが所定値に一致したこと
を検出して前記点弧手段に点弧再開指令を出力する再始
動タイミング決定手段を設けたものである。
〔作用〕
まず、発明の原理を第2図〜第4図を用いて説明す
る。第2図はU相からV相への転流等価回路を示し、第
3図は転流時の動作波形を示している。
それらの図に示すように、導通遅れ期間T1ではスイッ
チS1が閉、S2が開であり、転流コンデンサCCは直流電流
IDで定電流充電される。このとき、転流コンデンサ電圧
eCは、次式で表わされる。
ここで、ECは転流コンデンサの転流前の充電電圧であ
る。サイリスタを逆バイアスする時間TCは、上式と転流
コンデンサ電圧が零になるという条件から、 と求まる。この逆バイアス時間TCはサイリスタのターン
オフ時間より長くないとサイリスタはターンオフできず
転流失敗となる。このため転流コンデンサCCの転流前充
電々圧CCはその時の電流IDに応じた所定値以上の値を必
要とする。
なお、導通遅れ期間は、転流コンデンサがさらに充電
され、端子UV間の電圧υuvに等しくなるまで続く。図に
示すように、この時点の電圧位相をφ、また端子間電圧
の実行値をVMとすると、導通遅れ時間T1は、式(2)か
ら、 と求まる。
一方、転流コンデンサCCの電圧eCが電動機の端子U,V
間の電圧υUVを越えると、スイッチS2が閉じ転流重なり
期間が始まる。転流コンデンサの初期電圧はVM sinφで
あり、また、さらに単純化のために転流重なり期間中の
電動機電圧の変化を無視するものとすると、このときの
電圧、電流の関係式は、次の諸式(4)のようになる。
iu+iv=ID 上式(4)を整理すると、次式が得られる。
初期条件t=+0,iu=IDを用いて、式(5)を解く
と、 となる。また、転流コンデンサ電圧eCは、次のように表
わされる。
転流重なり時間T2は、iuが零になるまでの時間である
から、式(6)から となる。また、このときの転流コンデンサの充電電圧
は、次式となる。
ここで、転流重なり期間の始まる位相φは、近似的に
は電動機の力率角に相当する。
式(9)における転流コンデンサの充電々圧ECは次回
の転流に使用される。このため、停電時間が長く電動機
の残留電圧がなければ第2項は0となり、 が所定値以上であれば転流は持続される。しかし、停電
時間が短かいか、電動機の残留電圧の減衰時定数が長い
場合には第2項を無視できず、sinφが負の場合は残留
電圧がない場合に比べ、転流しにくい状態になる。
このことを、第4図により具体的に説明する。同図は
転流コンデンサ電圧eCの転流による推移を示している。
3相の各転流コンデンサは初回転流前には初回転流相に
係るeC1が−EC,次回転流相に係るeC2が0,次々回転流相
に係るeC3が+ECに充電されている(説明の都合上第3
図と極性を逆にしている)。転流の結果、初回転流相が
+ECまで充電されたとすると、次回転流相は−(EC
E′)/2、次々回転流相は(EC−E′)/2に変化す
る。この結果E′<ECとなると次回転流時は、式
(2)に示す逆バイアス時間TCを十分長くするために、
初回より直流電流IDを減らさなくてはならない。しか
し、これをくり返せば、ついには運転不可能となってし
まうことになる。
以上の転流動作から、残留電圧がある場合にあっても
確実に転流可能とするためには、初回転流のタイミング
が重要であり、導通遅れ時間T1の終了時期が、第3図又
は第4図(a),(c)に示すように、電動機端子電圧
の位相よりも遅れ領域になるように制御してやる必要が
あることが判る。つまり、第3図に示すように、転流に
かかるスイッチS2の電流立上り位相が、端子間電圧υuv
の位相に対して遅れ領域になるタイミングでスイッチS2
に点信号の出力を再開すれば、第4図(a),(c)に
示すように十分な充電電圧Ecを確保することができるの
である。
しかして、本発明装置によれば、電動機の端子電圧の
位相を表わす物理量のうち再始動時の初回転流相に係る
ものが所定値に一致したときに点弧再開指令が出力され
て電波形インバータが再始動される。
上記所定値は予め導通遅れ時間T1を考慮し、初回転流
相に係る電流位相が対応する端子電圧の位相よりも遅れ
位相となる値に設定する。
また、電圧位相を表わす物理量としては、位相そのも
のの他、瞬時電圧υuv等のレベルや瞬時電圧υuv等の零
点からの時間などを適用することができる。
〔実施例〕
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
第1図に本発明を適用してなる一実施例の電流形イン
バータ装置の全体構成図を示す。
図示のように本実施例の電流形インバータ装置は、交
流電源1、整流器2、直流リアクトル3、インバータ
4、誘導機などの交流電動機5、交流器6、変成器7,8,
周波数指令器9、指令変換器10、電圧調整器11、電流調
整器12、パルス位相器13、電圧/周波数(V/F)変換器1
4、リングカウンタ15、停電検出器16、電流検出器17、
電流・電圧の波形整形回路18,19を含んでなり、これら
は従来と同一機能・構成のものである。
本発明の特徴部分に対応するものは、変成器8の2次
側に接続され、端子電圧の位相を検出し、検出位相が所
定値に一致したときに信号を出力する位相検出器20と、
リングカウンタ15から入力される初回転流相を示す信号
に基づいて前記位相検出器20の出力信号を選択して、再
始動のタイミング信号をリングカウンタ15に出力する信
号選択器21である。なお、位相検出器20の一部と信号選
択器21とにより再始動タイミング決定手段が形成されて
いる。
以下、動作とともに説明する。
通常状態においては、電動機電流の大きさは電圧調整
器11の出力として得られる信号cと電流変成器6とその
整形回路18により検出される電流信号eとを比較し、そ
の結果を電流調整器12で演算し、パルス位相器13を介し
て整流器2の位相制御を行うことにより制御される。一
方電動機周波数は周波数指令器9から指令変換器10を介
して得られる周波数指令をV/F変換器14、リングカウン
タ15を介してインバータ4へ与え、その点弧周期を制御
することにより制御される。
停電時と停電回復時の動作を第5図を参照して説明す
る。いま、t1時に交流電源1が停電すると電圧変成器7
の2次電圧が零になるので、停電検出器16はこれを検出
しその出力信号aをパルス移送器13、電圧制御器11、リ
ングカウンタ15に伝える。パルス移送器13は直ちにその
出力信号bを停止(サプレスと呼ぶ)し、電圧制御器11
はその出力信号cを電流零相当のレベルとし、リングカ
ウンタ15はその出力信号dを停止(サプレスと呼ぶ)す
るとともにパルスのカウンタを停止し、そのときの転流
相の状態を保持する。
この状態でt2時に交流電源1の停電が回復すると、電
圧変成器7を介して停電検出器16に所定の電圧が印加さ
れ、その出力信号aが停電回復信号となり、パルス移送
器13、リングカウンタ15は再びパルスの出力を開始する
(信号b,d)。電圧制御器11の出力信号cは一旦所定の
電流値まで上昇し、さらに徐々に増加する指令となる。
しかし、一般には転流を行うには所定の電流レベルが必
要なため転流は、変流器6、波形整形回路18を介して得
られる信号eが所定値まで上昇したことを電流検出器17
で検出し(t3時)、その検出信号fをリングカウンタ15
に伝えた後のt4時に再開される(信号d‘)。この転流
再始動のタイミングが適切でないと、前述した転流失敗
等になるのである。従来はt3時に再開していたのであ
る。
ここで、本実施例の再始動について説明する。停電発
生t1時後、リングカウンタ15から転流再開に係る初回転
流相を示す状態信号hが信号選択器21に伝えられる。一
方電動機5の端子電圧が変成器8を介して位相検出器20
に与えられ、その電圧位相が予め設定された所定値にな
ったことを示す検出信号gが信号選択器21に伝えられ
る。信号選択器21はこれらの信号のうち、リングカウン
タ15からの信号hに従って初回転流相に対応するものを
選択し、リングカウンタ15に伝える(信号g)。リング
カウンタ15は信号選択器21の出力信号gが入力されたt4
時に転流を再開する。
第6図に位相検出器20の具体的構成の一例を示し、第
7図にその動作波形を示す。変成器8を介して伝えられ
た電動機電圧の瞬時値は各相毎に比較器101により所定
レベルVsと比較され、さらに微分器102により増大方向
(所定位相によっては減方向に設定する)のものが所定
幅のパルスとされ、各々信号UP,VP,WP,UN,VN,WNとなっ
て出力される。これらのうち選択器21で、リングカウン
タ15の初回転流位相信号hに対応する1つの信号が選択
される。選択器21はマルチプレクサと呼ばれるIC等で構
成できる。比較電圧Vsは導通遅れ時間T1を考慮して決め
られ、通常O〜Vp相当の間となる。この場合Vpは電動機
電圧によらず一定値にした(正規化と呼ぶ)方が、Vsの
設定精度が上昇する。その方法としては次の(i)〜
(iii)等が知られている。
(i)一次遅れ特性の演算器(ゲインが となるため、周波数が低い程ゲインが高い) (ii)比較電圧Vsを作る電源Vcc及び−VccにVp及び−Vp
を用いる方法 (iii)Vpを除算器を通してVcc/Vpを作り、さらに乗算
器で元の信号と乗算を行いそのピークをVccに合わせる
方法 また、上記Vsによる方法に代え、電動機電圧の零点か
らタイマを用いて所定時間後に信号UP等を出したり、そ
の時間を電圧波形の周期に比例して可変とし所定電気角
後に信号を出したりする方法もある。精度及び周波数の
違いによる設定の許容範囲に応じて選択する必要がある
ことはいうまでもない。
すなわち、前記(9)式の第2項の21/2VMsinψが何
V以上であればよいか以外に、導通遅れ期間T1の補正
(周波数によらず時間一定のため電気角は反比例)を、
実際の残留電圧及び周波数の範囲で実現するのに適切な
方法を選択することになる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、電動機を負荷
とし停電信号に基づいて停止されている電流形インバー
タの点弧制御を停電回復信号に基づいて再開するに際
し、初回転流相に係る負荷電動機の端子電圧の位相を検
出し、当該初回転流相に係る電流が少なくとも前記電圧
の位相より遅れ位相となる点弧位相にて点弧を再開する
ようにしたことから、瞬停回復後の自動再始動を電動機
の残留電圧がある場合でも転流失敗なく行えるので、停
電時間が短かいか、電動機の残留電圧の減衰時定数が長
い場合であっても円滑に再始動を行える効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る一実施例装置のブロック構成図、
第2図、第3図および第4図は本発明の原理についての
動作説明図、第5図は第1図実施例の動作説明図、第6
図は第1図実施例の要部具体例の構成図、第7図は第6
図の動作説明図である。 4……インバータ、5……電動機、 15……リングカウンタ、16……停電検出器、 20……位相検出器、21……信号選択器。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電動機を負荷とし、停電信号に基づいて停
    止されている電流形インバータの点弧制御を停電回復信
    号に基づいて再開するに際し、初回転流相に係る負荷電
    動機の端子電圧の位相を検出し、当該初回転流相に係る
    電流が少なくとも前記電圧の位相より遅れ位相となる点
    弧位相にて点弧を再開するようにした電流形インバータ
    の停電後の再始動方法。
  2. 【請求項2】電動機を負荷とする電流形インバータの点
    弧制御を停電信号により停止するとともに、停電回復信
    号に基づいて再開する点弧制御手段を有してなる電流イ
    ンバータの停電後の再始動装置において、前記電動機の
    端子電圧の位相を表わす物理量を検出する位相検出手段
    と、該検出された物理量のうち再始動時の初回転流相に
    係るものが所定値に一致したことを検出して前記点弧手
    段に点弧再開指令を出力する再始動タイミング決定手段
    を設けてなる電流形インバータの停電後の再始動装置。
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