JPH1023757A - インバータ制御装置 - Google Patents

インバータ制御装置

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JPH1023757A
JPH1023757A JP8175041A JP17504196A JPH1023757A JP H1023757 A JPH1023757 A JP H1023757A JP 8175041 A JP8175041 A JP 8175041A JP 17504196 A JP17504196 A JP 17504196A JP H1023757 A JPH1023757 A JP H1023757A
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inverter
power
load
reactive power
power supply
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JP8175041A
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Masahisa Asaoka
正久 浅岡
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 補助電源と切換えて、又は補助電源と並列で
負荷に電力供給するCVCF型のインバータにおいて、
一斉負荷起動時に負荷の有効電力及び無効電力を補助電
源と分担できるようにすることで負荷の一斉起動kVA
よりもインバータ容量を低減でき、しかも装置を安価に
して運転効率を向上させる。 【解決手段】 起動制御回路20は、一斉負荷起動時に
補助電源2とインバータ1を並列運転した後に負荷開閉
器52Lを投入し、負荷起動完了後に補助電源2を停止
してインバータ1をCVCF運転に切り換えるように制
御する。また、一斉負荷起動時の負荷4の有効電力PL
及び無効電力QLを検出し、インバータ1の有効電力P
及び無効電力Qの分担率Sが所定値になるように制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、直流電力を交流
電力に変換し、この交流電力と予め備えた補助電源から
の交流電力とを切り替えて、又は交流電源と補助電源と
を並列運転して負荷に交流電力を供給するCVCF型の
インバータ制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図2は例えば特開平3−273867号
公報に示された従来のCVCF(定電圧・定周波数)型
のインバータ制御装置の構成図である。図において、1
は直流電源3からバッテリ10を通して入力した直流電
力を交流電力に変換して出力するインバータ1、TRは
インバータ1の出力電圧を昇圧し、開閉器52I、負荷
開閉器52Lを介して負荷4に供給するトランス、2は
バッテリ10の保有電気量の不足時に交流電力を開閉器
52G,52Lを介して負荷4に供給する補助電源であ
る。
【0003】11はインバータ1の出力電圧(負荷電
圧)を検出する電圧センサ、5はインバータ1の出力電
圧を設定する電圧設定回路、6は電圧設定回路5で設定
されたインバータ1の出力電圧と電圧センサ11で検出
されたインバータ1の出力電圧との偏差に基づいてゲー
トロジック回路7でPWMパルス幅を制御し、インバー
タ1の出力電圧を一定に制御する電圧制御回路、8はP
WM基本波の基準パルス周波数を設定する基準周波数回
路、9は基準周波数回路8より入力された基準パルス信
号に従ってゲートロジック回路でPWM基本波を制御
し、インバータ1の出力電圧の周波数を50Hz、或い
は60Hzに制御する周波数制御回路である。
【0004】次に、図2に示した従来のインバータ制御
装置の動作について説明する。インバータ1は直流電源
3からの直流電力をバッテリ10を通して入力し、交流
電力に変換した後にトランスTRで昇圧して負荷4に供
給する。補助電源2は、直流電源3の都合等によってバ
ッテリ10の保有電気量が不足した場合等に開閉器52
I,52Gを切り換え、インバータ1の出力に代えて負
荷4に交流電力を供給したり、インバータ1の出力と並
列に負荷4に電力を供給する。
【0005】電圧制御回路6は電圧設定回路5で設定さ
れた電圧設定値と電圧センサ11で検出されたインバー
タ1の出力電圧(負荷電圧)とを比較し、ゲートロジッ
ク回路7でPWMパルス幅を制御してインバータ1の出
力電圧を一定に制御する。
【0006】基準周波数回路8では水晶発信器等の発振
周波数を分周して所要周波数F0〔Hz〕(50Hzま
たは60Hz)の基準パルス信号を発生し周波数制御回
路9に出力する。周波数制御回路9は基準周波数回路8
より入力された基準パルス信号に従ってPWM基本波の
周波数を制御してインバータ1の出力電圧の周波数を5
0Hzまたは60Hzに制御する。この結果、定電圧、
定周波数(CVCF)の交流電力を負荷4に供給するこ
とができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来のCVCF型のイ
ンバータ制御装置は以上のように構成されているので、
負荷開閉器52Lの投入時(一斉負荷起動時)はインバ
ータ1をCVCF運転した後に、負荷開閉器52Lを投
入して負荷4の起動を行う。
【0008】しかし、負荷4にモータ、変圧器等の誘導
性負荷が接続されている場合には投入時に負荷4の定格
電流の10〜20倍程度の起動突入電流又は励磁突入電
流が数サイクルの間流れる。また、特に負荷4がモータ
の場合には定格電流の3〜6倍程度の起動電流が数秒間
流れるのは周知である。
【0009】従って、負荷開閉器52Lの投入により全
ての負荷4が一斉に起動開始することで、一斉起動時の
電流によってインバータ1の過電流保護装置が動作する
のを阻止したり、またはインバータ1の著しい出力電圧
低下の発生によりモータ負荷の起動不可能を阻止するた
め、負荷4の起動電流を考慮してインバータ1の容量を
十分に大きくするか、負荷4を複数の負荷開閉器52L
で分割して負荷起動時に負荷4を順次投入する等の対策
が必要であるため装置全体が高価という問題点がある。
【0010】しかし、複数の負荷4の一斉起動開始を見
込んでインバータ1の容量を大きくすると、定常運転で
のインバータ1の負荷率が低くなるため運転効率が低下
する等の問題点もある。
【0011】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、一斉負荷起動時に起きるモータ
又は変圧器等の負荷の有効電力及び無効電力を補助電源
と分担することができるインバータ制御装置を得ること
を目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係るイ
ンバータ制御装置は、直流電源と、この直流電源に並列
に接続されたバッテリと、前記直流電源及びバッテリか
らの直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記
バッテリの保有電気量が不足した場合にこのバッテリに
代えて、前記インバータと共に負荷に交流電力を供給す
る補助電源と、一斉負荷起動時に前記補助電源と前記イ
ンバータとを並列運転した後に、交流電力を前記負荷に
送る負荷開閉器を投入し、負荷起動完了後に前記補助電
源を停止して前記インバータを定電圧定周波数運転に切
り換えるように制御する起動制御手段とを備えたもので
ある。
【0013】請求項2の発明に係るインバータ制御装置
は、請求項1において起動制御手段が一斉負荷起動時に
負荷の有効電力及び無効電力を検出し、インバータと補
助電源の有効電力及び無効電力の分担率が所定値になる
ように前記インバータの有効電力及び無効電力を制御す
るようにしたものである。
【0014】請求項3の発明に係るインバータ制御装置
は、請求項1において起動制御手段が負荷起動時に負荷
の有効電力及び無効電力を検出し、補助電源の有効電力
及び無効電力が一定になるようにインバータの有効電力
及び無効電力を制御するようにしたものである。
【0015】請求項4の発明に係るインバータ制御装置
は、請求項1においてインバータを複数台で構成した場
合に、起動制御手段が負荷起動時に負荷の有効電力及び
無効電力を検出し、この検出結果に基づき前記各インバ
ータの有効電力設定値及び無効電力設定値を一括して制
御し、前記各インバータと前記補助電源の有効電力及び
無効電力の分担率が所定値になるように、又は前記補助
電源の有効電力と無効電力が一定値になるように前記各
インバータの有効電力と無効電力を制御するようにした
ものである。
【0016】請求項5の発明に係るインバータ制御装置
は、請求項2ないし4においてインバータの有効電力を
有効電力設定値に一致するように制御する有効電力制御
手段と、前記インバータの無効電力を無効電力設定値に
一致するように制御する無効電力制御手段とを備え、起
動制御手段が、一斉負荷起動時及び、前記インバータと
補助電源との定常並列運転時動作開始時に、前記有効電
力制御手段と無効電力制御手段との制御ゲイン及び制御
時定数を切り換えて制御するようにしたものである。
【0017】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.以下、この発明の一実施の形態を図につ
いて説明する。図1は本実施の形態に係るインバータ制
御装置の構成図である。尚、図中、図2と同一符号は同
一または相当部分を示す。図において、11は変成器P
T1の出力より補助電源2の出力電圧を検出する電圧セ
ンサ、12aは変流器CT1によるインバータ出力電流
検出値と変成器PT2によるインバータ出力電圧検出値
に基づいてインバータ出力有効電力Pを検出する電力セ
ンサ、15aは変流器CT1によるインバータ出力電流
検出値と変成器PT2によるインバータ出力電圧検出値
に基づいてインバータ出力無効電力Qを検出する無効電
力センサ、12bは変成器PT2によるインバータ出力
電圧検出値と変流器CT2による負荷電流検出値に基づ
いて負荷有効電力PLを検出する電力センサ、15bは
変成器PT2によるインバータ出力電圧検出値と変流器
CT2による負荷電流検出値に基づいて負荷無効電力Q
Lを検出する無効電力センサである。
【0018】13は電力センサ12bによって検出され
た負荷有効電力PLに基づいて有効電力設定値Pref
を設定する有効電力設定回路、14は有効電力制御回路
であり、この有効電力制御回路14は電力センサ12a
で検出されたインバータ出力有効電力Pと有効電力設定
回路13で設定された有効電力設定値Prefと比較
し、インバータ出力有効電力Pを有効電力設定値Pre
fに一致するように制御する。
【0019】16は無効電力センサ15bによって検出
された負荷無効電力QLに基づいて無効電力設定値Qr
efを設定する無効電力設定回路、17は無効電力制御
回路であり、この無効電力制御回路17は無効電力セン
サ15aで検出されたインバータ出力無効電力Qと無効
電力設定回路16で設定された無効電力設定値Qref
と比較し、インバータ出力無効電力Qを無効電力設定値
Qrefに一致するように制御する。
【0020】18は補助電源2の位相とインバータ出力
電圧との位相差を検出する位相差センサ、19はインバ
ータ出力電圧の位相を補助電源2の位相に追従させる位
相制御回路(PLL回路)、20は起動制御手段として
の起動制御回路であり、この起動制御回路20は電力セ
ンサ12b及び無効電力センサ15bによる負荷4の有
効電力PL及び無効電力QLを検出し、この検出結果に
基づきインバータ1の有効電力設定値Pref及び無効
電力設定値Qrefを制御する。
【0021】また、起動制御回路20は負荷起動時に補
助電源開閉器52G、負荷開閉器52L、制御スイッチ
S1〜S3の開閉制御を行う。
【0022】次に動作について説明する。インバータ1
のCVCF運転時には、電圧制御回路6おいて電圧設定
回路5の電圧設定値と電圧センサ11で検出されたイン
バータ1の出力電圧とを比較し、ゲートロジック回路7
でPWMパルス幅を制御してインバータ1の出力電圧
を、また、周波数制御回路9で基準周波数回路8より入
力された基準パルス信号に従ってPWM基本波の周波数
を制御して出力周波数をそれぞれ一定に制御するのは従
来装置と同様である。だが、本実施の形態では起動制御
回路20によって以下の(1)〜(12)の手順でイン
バータ制御を行い、補助電源2をインバータ1と並列運
転した後に負荷開閉器52Lを投入し、負荷起動完了後
に補助電源2の運転を停止してインバータ1単体による
CVCF運転に切換える。
【0023】(1) 起動制御回路20により制御スイ
ツチS1およびS2をB側に、制御スイツチS3をA側
に切換えて図2と同様の回路構成にし、前述同様の制御
方法によりインバータ1をCVCF運転をする。 (2) 補助電源2を起動し、補助電源電圧が確立した
段階で制御スイツチS3をB側に切換えて、インバータ
1の出力電圧を補助電源2の電圧に追従制御する。(位
相は自然一致するのを待つ。)
【0024】(3) インバータ1と補助電源2の電圧
・位相が一致すれば制御スイツチS1をA側に切換え、
位相差センサ18と位相制御回路19によってインバー
タ1の位相を補助電源2の位相に追従制御すると共に補
助電源開閉器52Gを投入して補助電源2とインバータ
1を並列運転し、制御スイツチS2をA側に切換える。 (4) 負荷開閉器52Lを投入し負荷4の起動を行
う。 (5) 電力センサ12b及び無効電力センサ15bに
て負荷の有効電力PL及び無効電力QLを検出し、起動
制御回路20に入力する。
【0025】(6) 起動制御回路20は有効電力PL
及び無効電力QLとインバータ1の分担率S[%]から
下記の式にて有効電力設定値Prefを有効電力設定回
路13に、また無効電力設定値Qrefを無効電力設定
回路16に出力して設定する。
【0026】Pref=PL×S/100 Qref=QL×S/100
【0027】(7) 有効電力制御回路14は有効電力
設定値Prefと電力センサ12aで検出されたインバ
ータ出力有効電力Pを比較し、インバータ出力有効電力
Pを有効電力設定値Prefに一致するように制御す
る。
【0028】(8) 無効電力制御回路17は無効電力
設定値Qrefと無効電力センサ15aで検出されたイ
ンバータ出力無効電力Qを比較し、インバータ出力無効
電力Qを無効電力設定値Qrefに一致するように制御
する。 (9) 上記の制御によって負荷有効電力PL、負荷無
効電力QLの分担率S[%]の電力をインバータ1が分
担し、補助電源が100−S[%]の電力を分担する。 (10) 起動制御回路20は、負荷開閉器52Lを投
入T秒後(Tは負荷起動完了時間より長い時間)に有効
電力設定値Prefを負荷有効電力PLに、無効電力設
定値Qrefを負荷無効電力QLに制御して負荷有効電
力PL、負荷無効電力QLの全ての電力をインバータ1
が分担するように制御する。
【0029】(11) 補助電源開閉器52Gを開放す
ると共に、制御スイッチS1及びS2をB側に、制御ス
イッチS3をA側に切換えて、インバータ1を元のCV
CF運転制御する。 (12) 補助電源2の運転を停止する。
【0030】以上のように、この実施の形態によれば負
荷起動時にインバータ1と補助電源2を並列運転制御し
て負荷4の有効電力PL及び無効電力QLを両者で分担
できるように構成したので、負荷の起動kVA:PVA
に対してインバータ1の容量QI[kVA]を、QI>
PVAからQI>PVA×S/100(S<100)に
低減させることができるので、インバータ1を安価にで
き、運転効率を向上させる効果がある。
【0031】また、この実施の形態では負荷有効電力P
Lと負荷無効電力QLを同じ分担率で制御するものとし
たが、負荷有効電力PLと負荷無効電力QLの分担率を
別に制御してもよい。前述のようにモータ、変圧器等の
負荷起動時には数サイクルの間、かなり大きな負荷無効
電力QLが発生するが、補助電源2がディーゼル発電機
であるような場合には、ある程度の電圧降下を許容すれ
ば比較的大きな起動時の負荷無効電力QLを吸収でき
る。
【0032】このため、無効電力分担率<有効電力分担
率とし,補助電源2の無効電力分担率が大きくなるよう
に制御すれば、負荷起動時にインバータ1と補助電源2
を並列運転制御してかなり大きな負荷無効電力QLを両
者で分担でき、インバータ1の容量を更に低減できる効
果がある。
【0033】実施の形態2.なお、上記実施の形態1で
は負荷有効電力PL及び負荷無効電力QLのS[%]を
インバータ1が分担するように制御するものとしたが、
補助電源3の負荷率が一定になるように制御してもよ
い。
【0034】この場合には前述(6)において、起動制
御回路20は負荷有効電力PL及び負荷無効電力QLと
補助電源3の負荷率αG[%]から下記の式にて有効電
力設定値Pref及び無効電力設定値Qrefを制御す
る。
【0035】 Pref=PL−QG×cosθ×αG/100 Qref=QL一QG×cosθ×tanθ×αG/1
00 (QG:補助電源容量[kVA]、cosθ:補助電源
の定格力率)
【0036】これによって、実施の形態1と同様の効果
を奏する。また、補助電源2がディーゼル発電機である
ような場合には有効電力P、無効電力Qの変化によって
周波数、電圧が変化するが、本実施の形態では負荷4の
有効電力PL、無効電力QLが変化した場合でも、補助
電源2の有効電力P、無効電力Qを一定に制御できるの
で、周波数、電圧変化を低減できる効果がある。
【0037】実施の形態3.なお、実施の形態1、2で
はインバータ1が1台の場合について説明したが、イン
バータ1が複数台であってもよく、この場合には起動制
御回路20は一つで各インバータ1を共通に制御する。
前述(6)において、負荷有効電力PL及び負荷無効電
力QLとインバータ1の分担率S[%]、インバータ台
数Nから下記の式にて有効電力設定値Pref及び無効
電力設定値Qrefを制御する。
【0038】Pref=PL×S/(100×N) Qref=QL×S/(100×N)
【0039】または、負荷有効電力PL及び負荷無効電
力QLと補助電源2の負荷率αG[%]、インバータ台
数Nから下記の式にて有効電力設定値Pref及び無効
電力設定値Qrefを制御する。
【0040】Pref=(PL一QG×cosθ×αG
/100)/N Qref=(QL−QG×cosθ×tanθ×αG/
100)/N
【0041】これによって、一つの起動制御回路20で
複数のインバータ1を制御でき、個々に制御するよりも
シンプルな回路構成で実施の形態1または2と同様の効
果を奏する。
【0042】実施の形態4.負荷起動時にはモータの起
動突流、変圧器の励磁突流等もインバータ1で分担制御
しなければならないため高速制御を必要とする。しか
し、負荷起動時の過渡変化終了後に行うインバータ1と
補助電源2との定常並列運転時に、インバータ1を高速
で制御すると制御結果が不安定になり易い。このため、
起動制御回路20は負荷起動時(52L投入からT秒
間)に有効電力制御回路14と無効電力制御回路17の
ゲイン及び時定数を切換えて有効電力設定回路13に設
定された有効電力設定値Pref及び、無効電力設定回
路16に設定された無効電力設定値Qrefに高速に一
致するように制御してもよい。
【0043】これによって、前記実施の形態と同様の効
果を奏すると共に、インバータ1と補助電源2との定常
並列運転時にはより安定したインバータ制御を行える。
【0044】
【発明の効果】請求項1の発明によれば、直流電源と、
この直流電源に並列に接続されたバッテリと、前記直流
電源及びバッテリからの直流電力を交流電力に変換する
インバータと、前記バッテリの保有電気量が不足した場
合にこのバッテリに代えて、前記インバータと共に負荷
に交流電力を供給する補助電源と、一斉負荷起動時に前
記補助電源と前記インバータとを並列運転した後に、交
流電力を前記負荷に送る負荷開閉器を投入し、負荷起動
完了後に前記補助電源を停止して前記インバータを定電
圧定周波数運転に切り換えるように制御する起動制御手
段とを備えたので、一斉負荷起動時にインバータと補助
電源を並列運転制御して負荷の有効電力及び無効電力を
両者で分担できるため、インバータを安価にできると共
に運転効率を向上させることができるという効果があ
る。
【0045】請求項2の発明によれば、請求項1におい
て起動制御手段が一斉負荷起動時に負荷の有効電力及び
無効電力を検出し、インバータと補助電源の有効電力及
び無効電力の分担率が所定値になるように前記インバー
タの有効電力及び無効電力を制御するようにしたので、
負荷起動時にインバータと補助電源を並列運転制御して
大きな負荷の無効電力を両者で分担できるため、インバ
ータ容量を低減できるという効果がある。
【0046】請求項3の発明によれば、請求項1におい
て起動制御手段が負荷起動時に負荷の有効電力及び無効
電力を検出し、補助電源の有効電力及び無効電力が一定
になるようにインバータの有効電力及び無効電力を制御
するようにしたので、負荷の有効電力及び無効電力が変
化しても、補助電源の有効電力及び無効電力を一定に制
御できるので、周波数、電圧変化を低減できるという効
果がある。
【0047】請求項4の発明によれば、請求項1におい
てインバータを複数台で構成した場合に、起動制御手段
が負荷起動時に負荷の有効電力及び無効電力を検出し、
この検出結果に基づき前記各インバータの有効電力設定
値及び無効電力設定値を一括して制御し、前記各インバ
ータと前記補助電源の有効電力及び無効電力の分担率が
所定値になるように、又は前記補助電源の有効電力と無
効電力が一定値になるように前記各インバータの有効電
力と無効電力を制御するようにしたので、一つ起動制御
手段で複数のインバータを制御可能な装置を提供できる
という効果がある。
【0048】請求項5の発明によれば、請求項2ないし
4においてインバータの有効電力を有効電力設定値に一
致するように制御する有効電力制御手段と、前記インバ
ータの無効電力を無効電力設定値に一致するように制御
する無効電力制御手段とを備え、起動制御手段が、一斉
負荷起動時及び、前記インバータと補助電源との定常並
列運転時動作開始時に、前記有効電力制御手段と無効電
力制御手段との制御ゲイン及び制御時定数を切り換えて
制御するようにしたので、インバータを補助電源との定
常並列運転時に、インバータをより安定して制御できる
という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1に係るインバータ制
御装置の構成図である。
【図2】 従来のインバータ制御装置の構成図である。
【符号の説明】
1 インバータ、2 補助電源、3 直流電源、4 負
荷、12a,12b電力センサ、13 有効電力設定回
路、14 有効電力制御回路、15a,15b 無効電
力センサ、16 無効電力設定回路、17 無効電力制
御回路、20起動制御回路。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流電源と、 この直流電源に並列に接続されたバッテリと、 前記バッテリからの直流電力を交流電力に変換するイン
    バータと、 前記バッテリの保有電気量が不足した場合にこのバッテ
    リに代えて、前記インバータと共に負荷に交流電力を供
    給する補助電源と、 一斉負荷起動時に前記補助電源と前記インバータとを並
    列運転した後に、交流電力を前記負荷に送る負荷開閉器
    を投入し、負荷起動完了後に前記補助電源を停止して前
    記インバータを定電圧定周波数運転に切り換えるように
    制御する起動制御手段とを備えたことを特徴とするイン
    バータ制御装置。
  2. 【請求項2】 起動制御手段は、一斉負荷起動時に負荷
    の有効電力及び無効電力を検出し、インバータと補助電
    源の有効電力及び無効電力の分担率が所定値になるよう
    に前記インバータの有効電力及び無効電力を制御するよ
    うにしたことを特徴とする請求項1に記載のインバータ
    制御装置。
  3. 【請求項3】 起動制御手段は、負荷起動時に負荷の有
    効電力及び無効電力を検出し、補助電源の有効電力及び
    無効電力が一定になるようにインバータの有効電力及び
    無効電力を制御するようにしたことを特徴とする請求項
    1に記載のインバータ制御装置。
  4. 【請求項4】 インバータを複数台で構成した場合に、
    起動制御手段は負荷起動時に負荷の有効電力及び無効電
    力を検出し、この検出結果に基づき前記各インバータの
    有効電力設定値及び無効電力設定値を一括して制御し、
    前記各インバータと前記補助電源の有効電力及び無効電
    力の分担率が所定値になるように、又は前記補助電源の
    有効電力と無効電力が一定値になるように前記各インバ
    ータの有効電力と無効電力を制御するようにしたことを
    特徴とする請求項1に記載のインバータ制御装置。
  5. 【請求項5】 インバータの有効電力を有効電力設定値
    に一致するように制御する有効電力制御手段と、前記イ
    ンバータの無効電力を無効電力設定値に一致するように
    制御する無効電力制御手段とを備え、起動制御手段は、
    一斉負荷起動時及び、前記インバータと補助電源との定
    常並列運転時に、前記有効電力制御手段と無効電力制御
    手段との制御ゲイン及び制御時定数を切り換えて制御す
    るようにしたことを特徴とする請求項2ないし4のいず
    れかに記載のインバータ制御装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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