JP3364090B2 - 主インバータ装置および補機装置 - Google Patents

主インバータ装置および補機装置

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JP3364090B2
JP3364090B2 JP22241696A JP22241696A JP3364090B2 JP 3364090 B2 JP3364090 B2 JP 3364090B2 JP 22241696 A JP22241696 A JP 22241696A JP 22241696 A JP22241696 A JP 22241696A JP 3364090 B2 JP3364090 B2 JP 3364090B2
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inverter
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裕 河島
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、大容量電圧型の主
インバータ装置の直流中間平滑コンデンサのプリチャー
ジ装置、さらには冷却ファン駆動用電動機の制御装置等
の補機装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来装置を図と図により説明する。
【0003】図に示すように、高電圧入力電源は、高
電圧の大容量のスイッチ9、圧トランス2および、大
容量の主インバータ装置24を経て、図示しない大容量
の主電動機に接続されている。
【0004】そして主インバータ装置24は、整流器2
1、限流抵抗器27、限流抵抗器27をバイパスするバ
イパススイッチ28、平滑コンデンサ22および図示し
ない主インバータにより構成されている。
【0005】また低電圧入力電源は、スイッチ6を経て
主インバータ装置24用の冷却ファン用電動機7に接続
されている。
【0006】以上にて、主インバータ装置24の始動
時、スイッチ9がオンすると、高電圧入力電源から降圧
トランス2、整流器21、限流抵抗器27を経て、平滑
コンデンサ22はプリチャージされる。
【0007】プリチャージが完了すると、バイパススイ
ッチ28をオンにして限流抵抗器27をバイパスする。
そして、図示しない主インバータにより主インバータ装
置24に接続された図示しない主電動機の起動・運転を
開始する。また、スイッチ6がオンし、冷却ファン用電
動機7が作動する。
【0008】この場合、図に示すように、平滑コンデ
ンサ22の電圧は指数関数的に変化するとともに、充電
電流はスイッチ9がオンの時に大きなピーク電流が流
れ、次第に減少していく。
【0009】そして、平滑コンデンサ22の電圧が、定
格電圧になった時、プリチャージは完了する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の装置は次の
ような問題点があった。 (1) 従来の平滑コンデンサ22へのプリチャージ
は、主電動機用の整流器21と平滑コンデンサ22との
間に限流抵抗器27を一時的に介在させる限流機構を採
用している。この限流抵抗器27はあまり大きな抵抗値
のものを採用できない(大きくするとプリチャージ時間
が長くなる)ため、平滑コンデンサ22が充電されてい
ない初期状態では、大きなピーク電流が流れる(図
照)。
【0011】従って、限流抵抗器27はピーク電流に合
わせたものとし、バイパススイッチ28もわざわざバイ
パスのために主電動機の定格電流以上の大容量のものを
準備する必要があり、不経済であった。また、平滑コン
デンサ22の電圧は指数関数的に上昇するため、プリチ
ャージが完了するのに時間がかかった。 (2) 限流抵抗器27により消費される電力損失が大
きいため(図参照)、小容量電源による緊急時のバッ
クアップが困難である。また、発熱に対する冷却も必要
である。 (3) 主インバータおよびその制御装置の確認テスト
は、平滑コンデンサ22に充電された電気のみで行うこ
とができる。そして、平滑コンデンサ22への電気の充
電は、主スイッチ9をオンして行われる。しかしなが
ら、万が一制御装置、主インバータ等に何らかのトラブ
ルがあった場合、高電圧が接続されているため、大電流
が流れ大事故に至る可能性がある。 (4) 冷却ファン用電動機7は、3相誘導電動機を採
用しているが、商用電源周波数により回転数が異なるた
め、所定の冷却能力をみたすように、商用電源周波数に
応じてファンおよび冷却ファン用電動機7を変更する必
要がある。 (5) または、冷却ファン用電動機7等を変更しない
で過剰能力条件で使用する場合は、大容量の主インバー
タ装置24が要求する冷却能力とは無関係に最大能力で
運転されるため、動力の過剰消費やファンの軸受寿命が
短くなる。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため次の手段を講ずる
【0013】(1) 平滑コンデンサと冷却ファン用電
動機とを有する主インバータ装置用の補機装置におい
て、上記平滑コンデンサに接続されうる整流器と、上記
整流器に接続された昇圧トランスと、他の出力端が上記
冷却ファン用電動機に接続されうるとともに一出力端が
上記昇圧トランスに接続された切換スイッチと、上記切
換スイッチに接続された補機用インバータ装置と、上記
平滑コンデンサへ一定電流充電すべく上記補機用インバ
ータ装置を制御する一定電流制御器と、上記冷却ファン
用電動機を回転数制御すべく上記補機用インバータ装置
を制御する補機用周波数制御器と、上記切換スイッチを
制御する切換スイッチ制御器と、を備えてなることを特
徴とする主インバータ装置用の補機装置。
【0014】以上において、始動時、切スイッチ制御
器により切スイッチは昇圧トランス側につながれる。
そして一定電流制御器により、予め定められた増加する
周波数増加で、かつ一定電流となるよう補機用インバー
タ装置を制御する。補機用インバータ装置からの定電流
出力は昇圧トランスを経て整流器で整流され、平滑コン
デンサはプリチャージされる。このようにして平滑コン
デンサは大きなピーク電流が流れることなく一定電流で
充電される。
【0015】プリチャージ完了後、冷却ファン用電動機
を制御する場合、先ず切換スイッチは切換スイッチ制御
器により他の端子側に切換えられる。
【0016】その後、補機周波数制御器は、必要冷却
負荷に応じた補機インバータ装置の必要周波数制御
(スイッチング)信号を演算し、補機インバータにこの
必要周波数制御信号を送信する。補機インバータでは、
この必要周波数制御信号に基づき冷却ファン用電動機へ
必要電力を供給する。
【0017】このようにして冷却ファン用電動機は、補
周波数制御器からの必要周波数制御信号に応じて
転数制御される。 () 上記昇圧トランスと上記切換スイッチとの間
に、交流リアクトルを介装したことを特徴とする上記
(1)に記載の主インバータ装置用の補機装置。
【0018】以上において、交流リアクトルにより、補
機用インバータ装置1からの昇圧トランスへの入力電流
の過大なピークが抑制される。 () 整流器と平滑コンデンサと主インバータとより
なり主電動機を駆動する主インバータ装置と、上記主イ
ンバータを制御する主周波数制御器と、上記平滑コンデ
ンサに充電電流を給電する整流器と、上記整流器に接続
された昇圧トランスと、上記主インバータ装置を冷却す
る冷却ファン用電動機と、一出力端が上記昇圧トランス
に接続されるとともに他の出力端が上記冷却ファン用電
動機に接続された切換スイッチと、上記切換スイッチに
接続された補機用インバータ装置と、上記主電動機の起
動前に上記平滑コンデンサへ一定電流で充電すべく上記
補機用インバータ装置を制御する一定電流制御器と、上
記主電動機の運転に合わせて上記冷却ファン用電動機を
回転数制御すべく上記補機用インバータ装置を制御する
補機用周波数制御器と、上記切換スイッチを制御する切
換スイッチ制御器と、を備えてなることを特徴とする主
インバータ装置および補機装置。
【0019】以上において、プリチャージ完了後、主周
波数制御器では主電動機の目標回転数および電圧に応じ
た交流を出力するため、主インバータの制御信号を演算
し、主インバータに送る。主インバータはこの制御信号
に応じて作動する。
【0020】その他は上記()とほぼ同様である。 () 上記昇圧トランスと上記切換スイッチとの間
に、交流リアクトルを介装したことを特徴とする上記
)に記載の主インバータ装置および補機装置。
【0021】以上における作用は上記()と同様であ
る。
【0022】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図1、図
、図3により説明する。
【0023】図1に示すように、高電圧入力電源は、主
スイッチ9、圧トランス2および大容量の主インバー
タ装置24を経て、大容量の主電動機25に接続されて
いる。主インバータ装置24は、整流器21、平滑コン
デンサ22および主インバータ23、平滑コンデンサ2
2の電圧を検出する電圧計26により構成されている。
【0024】また、低電圧入力電源は、補機スイッチ1
0を経て小容量の電圧型の補機用インバータ装置1に接
続されている。なお補機用インバータ装置1は、整流
器、平滑コンデンサおよび補機インバータにより構成さ
れている。
【0025】図1に示すように、補機用インバータ装置
1と交流リアクトル3との間に切換スイッチ8が挿入さ
れている。そして切換スイッチ8の一出力端aは交流リ
アクトル3に接続され、充電用の昇圧トランス4、充電
用の整流器5を順次経て、主インバータ装置24の平滑
コンデンサ22に送られるとともに、他の出力端bは冷
却ファン用電動機7に接続されている。さらに補機用イ
ンバータ装置1を冷却ファン用電動機7用としても使用
するための補機用周波数制御器33が設けられている。
【0026】なお交流リアクトル3は、電圧型の補機
インバータ装置1の出力電流ピークが過大になる事を抑
制するために設置されるが、通常の昇圧トランス4の1
次及び2次巻線間の洩れリアクタンスを利用する場合
は、交流リアクトル3を省略しても良い。
【0027】また制御装置は、主制御装置30aと補機
用制御装置30bとに分割されており、主制御装置30
aには、主インバータ装置24を制御する主周波数制御
器31と主スイッチ9を制御する主スイッチ制御器34
が組み込まれている。一方補機用制御装置30bには、
補機用インバータ装置1を制御する一定電流制御器3
2、補機用周波数制御器33、補機スイッチ10を制御
する補機スイッチ制御器36および切換スイッチ8を制
御する切換スイッチ制御器35が組み込まれている。な
お、図1において、各制御器間の線は、結線ではなく、
制御の流れを示している。
【0028】この一定電流制御器32では、充電電流が
一定となるように、交流リアクトル3、充電用の昇圧ト
ランス4、充電用の整流器5等の諸定数を考慮の上、単
位時間当たりの電圧増加量、即ち周波数増加量が予めプ
ロブラムされている。そして一定電流制御器32による
制御が開始されると、時間とともに、周波数が一定の値
で増加するように制御され、それに応じて電圧が一定の
値で増加していく。
【0029】またインバータの制御は、交流半サイクル
の間で複数のパルス状出力を作り出して電圧の大きさ等
を制御するPWM(パルス幅変調)方式が採用されてお
り、電圧と電流の比が一定となるように制御している。
【0030】なお、これに限定されるものではなく、た
とえば充電用の整流器5に電流計を設けて、その電流計
の計測信号をフィーバック信号として、時間とともに
周波数および電圧を一定の値で増加するように制御して
も良い。
【0031】主周波数制御器31では、主電動機25の
目標回転数および電圧に応じた主インバータ23の制御
(スイッチング)信号を演算し、主インバータ装置24
にこの制御信号を送信する。
【0032】主インバータ装置24では、圧トランス
2から入力された電力が、整流器21及び平滑コンデン
サ22にて整流、平滑された後、主インバータ23によ
り、主周波数制御器31からの制御信号に基づき主電
動機25へ必要電力を供給する。このようにして主電動
機25は目標回転数で制御される。
【0033】なお、主スイッチ制御器34では、主スイ
ッチ9のオン・オフ制御を行う。
【0034】上述の構成において、主電動機25を起動
する場合、まず全てのスイッチ9、10がオフであるこ
とを確認する。また、上述の構成において、主電動機2
5の起動前のプリチャージについては、切換スイッチ8
を切換スイッチ制御器35により、一出力端a側に切り
換えておく。
【0035】つぎに、補機スイッチ制御器36により補
機スイッチ10をオンにする。
【0036】補機スイッチ10がオンされると、一定電
流制御器32では、平滑コンデンサ22を一定電流で充
電すべく補機用インバータ装置1の制御(スイッチン
グ)信号を演算し、補機用インバータ装置1にこの制御
信号を送信する。補機用インバータ装置1では、この制
御信号に基づき交流リアクトル3を介して平滑コンデン
サ22へ必要電力を供給する。このようにして平滑コン
デンサ22へのプリチャージが行われる。
【0037】この場合図2に示すように、補機用インバ
ータ装置1の出力周波数・電圧は上昇するように制御さ
れ、平滑コンデンサ22の電圧は、時間に比例して上昇
していく。この場合、補機用インバータ装置1、昇圧ト
ランス4および整流器5を流れる充電電流は一定値に保
持される。
【0038】一方、主インバータ装置24には、平滑コ
ンデンサ22の電圧を検出する電圧計26が接続され、
平滑コンデンサ22の電圧が目標電圧に達したか否かを
判定しており、目標電圧にした時点で一定電流制御器
32による制御は終了し、プリチャージが完了する。
【0039】なお、これに限定されるものではなく、周
波数、作業時間でもって判定しても良い。
【0040】この場合、図2に示すように、従来例にお
ける限流抵抗等による損失は無く、昇圧トランス4、整
流器等のごくわすかな損失のみであり、一定に低く押
さえられている。
【0041】そしてプリチャージが完了すると、冷却フ
ァン用電動機7を制御する場合、先ず切換スイッチ8は
スイッチ制御器35により一端子b側に切換え、次に、
主周波数制御器31にて主インバータ装置24を制御
し、主電動機25の起動を開始する。
【0042】その後、補機周波数制御器33では、主周
波数制御器31から冷却目標信号(主インバータ23の
周波数信号、主インバータ23の電流信号、主インバー
タ23の出力信号、または主インバータ23等の計測温
度信号等に基づく)を受信し、この冷却目標信号に応じ
た補機用インバータ装置1の必要周波数制御(スイッチ
ング)信号を演算し、補機用インバータ装置1の補機イ
ンバータにこの必要周波数制御信号を送信する。補機イ
ンバータでは、この必要周波数制御信号に基づき冷却フ
ァン用電動機7へ必要電力を供給する。
【0043】このようにして冷却ファン用電動機7は、
主周波数制御器31からの冷却目標信号に応じて制御さ
れる。
【0044】以上のようにして、平滑コンデンサ22の
プリチャージが一定電流で、且つ低損失の条件で実施さ
れるので、設備費の低減が図れる。プリチャージに必要
な総電力や最大電力が低減できるので、低圧入力電源
としては、非常用電源装置等が使用でき、プリチャージ
が容易になる。
【0045】また、主インバータ装置24およびその制
御装置の確認テストを行う時は、上述の低電圧入力電源
に接続された充電装置により平滑コンデンサ22に充電
して、この充電された少量の電力のみで確認テストを行
うことができるので大事故に至る可能性が無くなるとと
もに、高電圧の大容量の主スイッチ9をオン・オフする
ことなく、何回も繰り返し確認テストを安全に行うこと
ができる。
【0046】なお、この充電電圧は100%に限らず、
例えば50パーセントでもよい。
【0047】さらに、従来のものでは、限流抵抗器27
およびバイパススイッチ28は、高電圧用かつ主電動機
25と同程度の電流容量のものが配設されており、かな
りのスペースを占有していたが、これらが不要となるた
め、省スペース化が行える。
【0048】次に、各装置の作動及び起動方法を図
より説明する。
【0049】まず、主電動機25を始動させる前(主ス
イッチ9をオンする前)に、主スイッチ9及び補機スイ
ッチ10がオフであることを確認する(ステップ
1)。
【0050】そして、主周波数制御器31から、主電動
機25の起動準備指令信号を、補機スイッチ制御器36
にて受信する(ステップ2)。
【0051】補機スイッチ制御器36では、起動準備指
令信号を受信し、補機スイッチ10を補機スイッチ制御
器36により投入する(ステップS3)とともに、切換
スイッチ制御器35を介して切換スイッチ8をプリチャ
ージ側(一端子a側)へ切換える(ステップS4)。
【0052】そして、平滑コンデンサ22を一定電流充
電(電圧上昇率一定、周波数上昇率一定制御)すべく、
一定電流制御器32から補機インバータ装置1へ制御
信号(インバータのスイッチング信号)を送信する(ス
テップS5)。
【0053】このようにして、補機インバータ装置1
からの出力は、交流リアクトル3、充電用昇圧トランス
4、充電用整流器5を順次経て平滑コンデンサ22に送
られる。これにより平滑コンデンサ22は、図2に示す
ように一定の充電電流、一定の電圧上昇率、一定の周波
数上昇率でプリチャージされる(ステップS6)。
【0054】一方、主インバータ装置24には、平滑コ
ンデンサ22の電圧を検出する電圧計26が接続されて
おり、平滑コンデンサ22の電圧が目標(または定格)
電圧に達たか否かを判定(ステップS7)し、プリチ
ャージが完了する(ステップS8)と、切換スイッチ制
御器35により切換スイッチ8は他出力端b側に切換る
(ステップS10)。
【0055】これに並行して、プリチャージ完了の信号
が一定電流制御器32から主周波数制御器31へ送信さ
れ、その後主スイッチ制御器34により主スイッチ9が
入る(ステップS9)。
【0056】このようにして、主電動機25の起動準備
は完了する(ステップS11)。
【0057】起動準備が完了すると、主周波数制御器3
1から主電動機25の周波数制御信号が主インバータ装
置24へ送信される(ステップS12)。そして主イン
バータ装置24は主電動機25を駆動する(ステップS
13)。
【0058】これに並行して、補機用周波数制御器33
では、主周波数制御器31から冷却目標信号を受信し、
冷却目標信号に応じた周波数および電圧を演算し、補機
インバータ装置1の制御(スイッチング)信号を演算
し、補機インバータ装置1にこの制御信号を送信する
(ステップS14)。
【0059】補機インバータ装置1では、この制御信
号に基づき冷却ファン用電動機7へ必要電力を供給す
る。このようにして冷却ファン用電動機7は目標周波数
で制御される(ステップS15)。
【0060】なお、上述のものは、各ステップ間の推移
を全て自動で行われる場合を示したが、これに限定され
るものではなく、各制御器間の全てまたは一部を手動
で行うようにしてもよい。
【0061】なお、各制御器31、32、33、34、
35、36の組み込み形態については、これに限定され
るものではなく、例えば、主周波数御器31は主イン
バータ装置24に組み込み、一定電流制御器32と補機
用周波数制御器33と切換スイッチ制御器35とを補機
インバータ装置1に組み込むとともに、スイッチ制
御器34、補機スイッチ制御器36は別の電源装置に組
み込むようにしてもよい。
【0062】さらに、整流器5と昇圧トランス4と補機
用インバータ装置1と一定電流制御器32とを、一体の
補機ユニットとし(さらには切換スイッチ8、切換スイ
ッチ制御器35、一定電流制御器32をも追加)、この
補機ユニットを既設の主インバータ装置に追設するよう
にすることも可能である。
【0063】また、上述の実施の形態において、スイッ
チとは、断路器、ヒューズ、ヒューズ付き断路器、コン
タクター、遮断器、真空遮断器等の総称であり、適用場
所に応じて適宜選別して設置されるものである。さらに
切換スイッチとは、出力端が3個の切換式のもの、2個
のスイッチを並設したもの等が使用できる。
【0064】以上のようにして、平滑コンデンサ22の
プリチャージが一定電流で、且つ低損失の条件で実施さ
れるので、設備費の低減が図れる。プリチャージに必要
な総電力や最大電力が低減できるので、入力電源として
は、小容量の低圧電源または非常用電源装置等が使用で
き、プリチャージが容易になる。
【0065】冷却ファン用電動機7は商用電源条件とは
無関係になるので、冷却ファン及び冷却ファン用電動機
7の設計の標準化が図れる。また冷却ファン用電動機7
は必要冷却能力に応じた回転を行うので省エネルギー及
び軸受の長寿命化が図れる。
【0066】さらに補機インバータ装置1の1台でプ
リチャージと冷却の両者に共用されるので、設備費の低
減が図れる。
【0067】
【発明の効果】以上に説明した通り本発明は次の効果を
奏する。 (1) 主インバータ装置の平滑コンデンサのプリチャ
ージを一定電流で、且つ低損失の条件で実施できるの
で、設備費の低減が図れる。 (2) プリチャージに必要な総電力や最大電力を低減
でき、非常用電源装置等からのプリチャージが容易にな
る。 (3) 冷却は従来のように商用電源で駆動しないの
で、冷却ファンの設計の標準化が図れる。 (4) 冷却ファン電動機は必要冷却能力に応じた回
転数制御されるので、省エネルギー及び軸受の長寿命化
が図れる。 (5) 主インバータ装置およびその制御装置の確認テ
ストを行う時は、上述の充電装置により平滑コンデンサ
に充電して、この充電された少量の電力のみで確認テス
トを行うことができるので大事故に至る可能性が無くな
るとともに、高電圧の大容量の主スイッチをオン・オフ
することなく、何回も繰り返し確認テストを安全に行う
ことができる。 (6) 従来のものでは、限流抵抗器およびバイパスス
イッチは、高電圧用のものが配設されており、かなりの
スペースを占有していたが、これらが不要となるため、
省スペース化が行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の構成系統図である。
【図2】図1に示す実施の形態の作用説明図である。
【図3】図1に示す実施の形態の処理フロー図である。
【図4】従来例の構成系統図である。
【図5】図4に示す従来例の作用説明図である。
【符号の説明】
1 補機用インバータ装置 2 降圧トランス 3 交流リアクトル 4 充電用の昇圧トランス 5 充電用の整流器 6 スイッチ 7 冷却ファン用電動機 8 切換スイッチ 9 主スイッチ 10 補機スイッチ 21 整流器 22 平滑コンデンサ 23 主インバータ 24 主インバータ装置 25 主電動機 26 電圧計 27 限流抵抗器 28 バイパススイッチ30a 主制御装置 30b 補機用制御装置 31 主周波数制御器 32 一定電流制御器 33 補機用周波数制御器 34 主スイッチ制御器 35 切換スイッチ制御器 36 補機スイッチ制御器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02P 5/408 - 5/412 H02P 7/628 - 7/632 H02P 21/00 H02M 7/42 - 7/98 H02P 5/46 - 5/52 H02P 7/67 - 7/80

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平滑コンデンサと冷却ファン用電動機
    有する主インバータ装置用の補機装置において、上記
    平滑コンデンサに接続されうる整流器と、上記整流器に
    接続された昇圧トランスと、他の出力端が上記冷却ファ
    ン用電動機に接続されうるとともに一出力端が上記昇圧
    トランスに接続された切換スイッチと、上記切換スイッ
    チに接続された補機用インバータ装置と、上記平滑コン
    デンサへ一定電流充電すべく上記補機用インバータ装置
    を制御する一定電流制御器と、上記冷却ファン用電動機
    を回転数制御すべく上記補機用インバータ装置を制御す
    る補機用周波数制御器と、上記切換スイッチを制御する
    切換スイッチ制御器と、を備えてなることを特徴とする
    主インバータ装置用の補機装置。
  2. 【請求項2】 上記昇圧トランスと上記切換スイッチと
    の間に、交流リアクトルを介装したことを特徴とする請
    求項1に記載の主インバータ装置用の補機装置。
  3. 【請求項3】 整流器と平滑コンデンサと主インバータ
    とよりなり主電動機を駆動する主インバータ装置と、上
    記主インバータを制御する主周波数制御器と、上記平滑
    コンデンサに充電電流を給電する整流器と、上記整流器
    に接続された昇圧トランスと、上記主インバータ装置を
    冷却する冷却ファン用電動機と、一出力端が上記昇圧ト
    ランスに接続されるとともに他の出力端が上記冷却ファ
    ン用電動機に接続された切換スイッチと、上記切換スイ
    ッチに接続された補機用インバータ装置と、上記主電動
    機の起動前に上記平滑コンデンサへ一定電流で充電すべ
    く上記補機用インバータ装置を制御する一定電流制御器
    と、上記主電動機の運転に合わせて上記冷却ファン用電
    動機を回転数制御すべく上記補機用インバータ装置を制
    御する補機用周波数制御器と、上記切換スイッチを制御
    する切換スイッチ制御器と、を備えてなることを特徴と
    する主インバータ装置および補機装置。
  4. 【請求項4】 上記昇圧トランスと上記切換スイッチと
    の間に、交流リアクトルを介装したことを特徴とする請
    求項に記載の主インバータ装置および補機装置。
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