JPH01234096A - 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

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、繊維機械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
圧が消滅してから復電、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、本発明の原理を第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Ｔ工ではスイッ
チＳ工が閉、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。

Ｉ。

ｅｃ＝−ｔ−Ｅｃ　　　　　　　　　　　（１）ｃ 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、 ｎ 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υい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Ｔ□は、式（２
）から、 Ｄ 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
流型なり期間が始まる。転流コンデンサの初期電圧はＶ
Ｍ　ｓｉｎφであり、また、さらに単純化のために転流
型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。

ｄｔ　　　　　　　　　　　　　　ｄｔｔｌ　ｕｖ＝　
２２　ＶＭ　　Ｓｉｎφｌｕ＋１ｖ＝Ｉｎ 上式（４）を整理すると、次式が得られる。

初期条件し＝＋０．ｉｕ＝■Ｄを用いて、式（５）％式
％（６） 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。

転流型なり時間Ｔ２は、ｌｕ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
１次式となる。

ｃ ここで、転流型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ｅＧ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８Ｃｔが−Ｅｃ、次回転流相に係るｅｃ、
が０９次４回転流相に係るｅｃ３が十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、初回転流相が十Ｅ’ｃまで充電されたとする
と、次回転流相は（Ｅ　ｃ＋　Ｅ　’ｃ）／　２　、次
々回転流相は（Ｅｃ　　Ｅ″Ｃ）／２に変化する。この
結果Ｅ’ｃ＜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１ｏ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Ｔ□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Ｓ
２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に点弧信号
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Ｔ□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７，８２
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、パルス移相器１３、電圧／周波数（Ｖ／
Ｆ）変換器１４、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１８，１
９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１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、パルス移相器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、ｔ□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をパルス移相器１３、電圧制御器１
１、リングカウンタ１５に伝える。パルス移相器１３は
直ちにその出力信号すを停止（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トを停止し、
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
相器１３、リングカウンタ１５は再びパルスの出力を開
始する（信号す、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で検出しく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りが信号選択器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
の信号り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■Ｓ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／Ｌ／スとされ、各々信号ＵＰ、ＶＰ、Ｗ
Ｐ、ＵＮ。

ＶＮ、ＷＮとなって出力される。これらのうち選択器２
１で、リングカウンタ１５の初回転流位相信号りに対応
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Ｔ□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）〜（市）等が知られて
いる。

（１）−次遅れ特性の演算器（ゲインが（１＋（ω／ω
Ｃ）２）となるため、周波数が低い程ゲインが高い） （ｉｌ）比較電圧ｖＳを作る電源ｖＣＣ及び−ＶｃｃＬ
、ニーＶｐ及び−ＶＰを用いる方法 （ｕｉ）Ｖｐを除算器を通し”（Ｖ　ｃｃ　／　Ｖ　Ｐ
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　２”ＶＭｓｉｎψ
が何ｖ以上であればよいか以外に、導通遅れ期間Ｔ０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。 第１図 １　゛電シ＃　　　　　　　　　　　　　１５：ツンク
゛カウソク２：ｉこシ乱器　　　　　　　　　　　１６
：イ亭電才４（土器４　　イ“）ｌ、−り　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　１７　：　電シたそ会
′３３暑鳴５：’ｔｆ力手片　　　　　　　　　　　　
２０１ｆ＄８＃８１１８ｇ９：／ｆｌンｆｌｏＷ仝器　
　　　　　　　　　　　　２１　　：（ｉｆ；ＪＨ八暑
ｉ第２図 Ｃｃｍｉｉ；毘コンテ゛ソサ 第３図 ５２．４！、　５１（ 第４図 第５図 寿＋　　ｔ２ 第６図 、２０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、電動機を負荷とする電流形インバータの点弧制御を
   停電回復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
   てなる電流形インバータの停電後の再始動装置。