JP2004032998A

JP2004032998A - Inverter device

Info

Publication number: JP2004032998A
Application number: JP2003310205A
Authority: JP
Inventors: Makoto Tachikawa; 立川　真
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-09-02
Filing date: 2003-09-02
Publication date: 2004-01-29

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inverter device for performing an initial charge of a main circuit capacitor (a smoothing capacitor) at a low cost and with a good electric power efficiency. <P>SOLUTION: A third winding is provided in a main transformer 2 installed at an input side of the inverter device 30 and a commercial power supply 1 is applied onto the smoothing capacitor C of the inverter device 30 via the third winding to perform the initial charge. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

　本発明は多重インバータ装置を含むインバータ装置の主回路コンデンサ（平滑コンデンサ）を初期充電するインバータ装置に関する。 The present invention relates to an inverter device for initially charging a main circuit capacitor (smoothing capacitor) of an inverter device including a multiplex inverter device.

　従来のインバータ装置について特開２０００−５０６３６号公報に記載されている一例構成を図８、図９に示す。 FIGS. 8 and 9 show an example configuration of a conventional inverter device described in JP-A-2000-50636.

　図８、９では初期充電をするにあたり、ユニットセル３１〜３９内の初期充電用サイリスターや初期充電用リレーを制御して平滑コンデンサ３２を初期充電している。すなわち、主開閉器１１が投入されると、最初に電流制限抵抗器Ｒ1３を介して平滑コンデンサ３２を充電する。Ｃ・Ｒの数倍の時間が経過すれば十分な電圧になっており、その後にサイリスター１４（又はリレー）をオンする。この場合、各ユニットセル３１〜３９で初充電制御を実施している。 In FIGS. 8 and 9, in performing the initial charging, the smoothing capacitor 32 is initially charged by controlling the initial charging thyristor and the initial charging relay in the unit cells 31 to 39. That is, when the main switch 11 is turned on, first, the smoothing capacitor 32 is charged via the current limiting resistor R13. When a time several times as long as C · R elapses, the voltage becomes sufficient, and then the thyristor 14 (or relay) is turned on. In this case, initial charge control is performed in each of the unit cells 31 to 39.

　従来技術は、常にユニットセルの員数倍のコスト（主回路の部品代と配線費用と制御回路の部品代と配線費用）がかかり、特に多重インバータではユニットセルの数が多いので、その負担が大きくなるという問題点を有する。例えば、図８、９に示した多重インバータの場合はユニットセルが９台あるので、９倍のコストがかかることとなり、大きなコスト負担となる。 The conventional technology always costs as many as the number of unit cells (component cost and wiring cost of the main circuit and component cost and wiring cost of the control circuit). Especially, in the case of a multiplex inverter, the number of unit cells is large, so the burden is large. Problem. For example, in the case of the multiplex inverter shown in FIGS. 8 and 9, since there are nine unit cells, the cost is increased nine times and the cost is large.

　また、サイリスターでは電圧降下による損失が発生するので変わりにリレーを用いることになるがリレーではユニットセル内に実装する寸法上の困難さがあり、装置全体が大型化するという問題点もある。サイ Also, a thyristor causes a loss due to a voltage drop, so a relay is used instead. However, the relay has a dimensional difficulty in mounting in a unit cell, and also has a problem that the whole device becomes large.

　本発明の目的は主回路コンデンサ（平滑コンデンサ）の初期充電を抵コストで、かつ電力効率の良く行えるインバータ装置を提供することにある。目的 An object of the present invention is to provide an inverter device that can perform initial charging of a main circuit capacitor (smoothing capacitor) at low cost and with high power efficiency.

　本発明の特徴とするところは、インバータ装置の入力側に設置される主トランスに第３の巻線を設け、商用電源を第３の巻線を経由してインバータ装置の平滑コンデンサに印加して初期充電をするようにしたことにある。 A feature of the present invention is that a third winding is provided on a main transformer installed on the input side of the inverter device, and commercial power is applied to the smoothing capacitor of the inverter device via the third winding. The reason is that initial charging is performed.

　以上述べたように本発明によれば各ユニットセル内の初期充電制御用サイリスターを削除できるので、そのサイリスター素子の電圧降下から発生する電力損失分を削除できるので装置全体の効率を向上でき、かつ装置のトータル配線工数を低減でき、装置全体のコストを低減できる。本発明は特に多重インバータ装置に用いるとその効率が顕著になる。 As described above, according to the present invention, the initial charge control thyristor in each unit cell can be eliminated, so that the power loss generated from the voltage drop of the thyristor element can be eliminated, so that the efficiency of the entire device can be improved, and The total wiring man-hour of the device can be reduced, and the cost of the entire device can be reduced. When the present invention is used in a multiplex inverter device, its efficiency becomes remarkable.

　図１に本発明の一実施例を示し、図２にインバータユニット３０の一例を示す。 FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows an example of the inverter unit 30.

　図１、図２に示す一実施例を図３のタイムチャートを用いて詳細に説明する。一 One embodiment shown in FIGS. 1 and 2 will be described in detail with reference to the time chart of FIG.

　図１は請求項１に対応する実施例で、商用交流電源１、主開閉器１１、補助開閉器１２、電流制限抵抗器（Ｒ）１３、３相入力側主トランス２と３相インバータユニット３０、及び３相交流電動機（ＡＣＭ）４から構成されている。 FIG. 1 shows an embodiment corresponding to claim 1, wherein a commercial AC power supply 1, a main switch 11, an auxiliary switch 12, a current limiting resistor (R) 13, a three-phase input side main transformer 2 and a three-phase inverter unit 30. , And a three-phase AC motor (ACM) 4.

　３相インバータユニット３０の詳細を図２に示す。 FIG. 2 shows details of the three-phase inverter unit 30.

　３相インバータユニット３０は３相交流電源１０３を可変周波数３相電圧１０４に変換し出力する。即ち、最初に３相交流電源１０３を３相全波ダイオード整流器３１で直流電圧（Ｖｄｃ）１０５に変換しその直流電圧（Ｖｄｃ）１０５をコンデンサ（Ｃ）３２で平滑する。 (3) The three-phase inverter unit 30 converts the three-phase AC power 103 into a variable frequency three-phase voltage 104 and outputs it. That is, first, the three-phase AC power supply 103 is converted into a DC voltage (Vdc) 105 by the three-phase full-wave diode rectifier 31, and the DC voltage (Vdc) 105 is smoothed by the capacitor (C) 32.

　コンデンサ（Ｃ）３２で平滑された直流電圧（Ｖｄｃ）１０５はトランジスタインバータ３３で３相可変周波数出力電圧１０４に変換され出力され、電動機（ＡＣＭ）４はその出力電圧で可変速度で駆動する。 The DC voltage (Vdc) 105 smoothed by the capacitor (C) 32 is converted into a three-phase variable frequency output voltage 104 by the transistor inverter 33 and output, and the motor (ACM) 4 is driven at a variable speed by the output voltage.

　このような３相インバータユニット３０における平滑コンデンサ（Ｃ）３２の初期充電について図３のタイムチャートを用いて説明する。 (4) Initial charging of the smoothing capacitor (C) 32 in the three-phase inverter unit 30 will be described with reference to a time chart of FIG.

　初期充電は３相インバータ３０を運転開始させる前に予め平滑コンデンサ３２に電圧を蓄電させておくことであり、この操作をしないで主開閉器１１をオンすると無電圧の平滑コンデンサ（Ｃ）３２で商用交流電源１を短絡することとなり過大な電流が流れて機器を破損するのを防止するためである。 The initial charging is to store the voltage in the smoothing capacitor 32 in advance before the operation of the three-phase inverter 30 is started. If the main switch 11 is turned on without performing this operation, the smoothing capacitor (C) 32 with no voltage is used. This is to prevent the commercial AC power supply 1 from being short-circuited, causing an excessive current to flow and damaging the equipment.

　主開閉器１１をオン開始させる時刻をｔ１とする。このｔ1以前時刻ｔ０に補助開閉器１２をオン開始させる。これによって主トランス２の３次巻線に電源電圧を印加し、２次出力巻線経由で３相インバータユニット３０内のコンデンサ（Ｃ）３２に直流電圧（Ｖｄｃ）１０５を充電する。この時電流制限抵抗器（Ｒ）１３によって平滑コンデンサ（Ｃ）３２に流入する電流が制限されるので、過大に電流が流れることを抑制できる。通常運転状態ではこの第３の巻線は使用されず、電流制限抵抗器（Ｒ）１３による抵抗損失を発生しない。時刻 The time when the main switch 11 is turned on is set to t1. At time t0 before this time t1, the auxiliary switch 12 is turned on. As a result, the power supply voltage is applied to the tertiary winding of the main transformer 2 and the capacitor (C) 32 in the three-phase inverter unit 30 is charged with the DC voltage (Vdc) 105 via the secondary output winding. At this time, the current flowing into the smoothing capacitor (C) 32 is limited by the current limiting resistor (R) 13, so that an excessive current can be suppressed. In the normal operation state, the third winding is not used, and no resistance loss due to the current limiting resistor (R) 13 occurs.

　図４に本発明を多重インバータに適用した実施例を示し、図５にインバータユニット３０の一例を示す。図４、５は請求項２に対応する実施を示す。 FIG. 4 shows an embodiment in which the present invention is applied to a multiplex inverter, and FIG. 5 shows an example of the inverter unit 30. 4 and 5 show an implementation corresponding to claim 2. FIG.

　図４、図５に示す一実施例を図３のタイムチャートを用いて詳細に説明する。一 One embodiment shown in FIGS. 4 and 5 will be described in detail with reference to the time chart of FIG.

　図４において、多重インバータは商用交流電源１、主開閉器１１、補助開閉器１２、電流制限抵抗器（Ｒ）１３、３相入力主トランス２と３相インバータユニット３０、及び３相交流電動機（ＡＣＭ）４から構成されている。 In FIG. 4, the multiplex inverter includes a commercial AC power supply 1, a main switch 11, an auxiliary switch 12, a current limiting resistor (R) 13, a three-phase input main transformer 2, a three-phase inverter unit 30, and a three-phase AC motor ( ACM) 4.

　３相インバータユニット３０のユニットセル４１〜４９の詳細を図５に示す。 FIG. 5 shows details of the unit cells 41 to 49 of the three-phase inverter unit 30.

　３相インバータユニット３０は３相交流電源１０３を可変周波数３相電圧１０４に変換し出力する。３相交流電源１０３を各ユニットセル４１〜４９内の３相全波ダイオード整流器３１で直流電圧（Ｖｄｃ）１０５に変換し、その直流電圧（Ｖｄｃ）１０５をコンデンサ（Ｃ）３２で平滑する。平滑された直流電圧（Ｖｄｃ）１０５は各ユニットセルインバータ４１〜４９で更に単相可変周波数電圧（Ｕ１１〜１３、Ｖ１１〜１３、Ｗ１１〜１３）１０６に変換され、その後で単相可変周波数電圧を直列接続加算した３相可変交流電圧１０４として出力され、３相交流電動機（ＡＣＭ）４を駆動する。 (3) The three-phase inverter unit 30 converts the three-phase AC power 103 into a variable frequency three-phase voltage 104 and outputs it. The three-phase AC power supply 103 is converted into a DC voltage (Vdc) 105 by the three-phase full-wave diode rectifier 31 in each of the unit cells 41 to 49, and the DC voltage (Vdc) 105 is smoothed by the capacitor (C) 32. The smoothed DC voltage (Vdc) 105 is further converted into single-phase variable frequency voltages (U11-13, V11-13, W11-13) 106 by the unit cell inverters 41-49, and thereafter the single-phase variable frequency voltages are converted. It is output as a three-phase variable AC voltage 104 added in series and drives a three-phase AC motor (ACM) 4.

　図１の実施例は１段のインバータであるが、図３の実施例では１相当たり３段の多重構成となっているので高電圧の３相可変交流出力電圧１０４を得ることができる。 Although the embodiment of FIG. 1 is a one-stage inverter, the embodiment of FIG. 3 has a three-stage multiplex configuration per phase, so that a high-voltage three-phase variable AC output voltage 104 can be obtained.

　多重インバータにおいても平滑コンデンサ（Ｃ）３２に初期充電を必要とすることは図１と同じである。つまり、３相入力主トランス２の１次巻線から見れば全てのインバータは並列に挿入されているからである。も Even in a multiplex inverter, the smoothing capacitor (C) 32 needs to be initially charged as in FIG. That is, when viewed from the primary winding of the three-phase input main transformer 2, all inverters are inserted in parallel.

　３相インバータを運転開始させる前に予め平滑コンデンサ３２に電圧を蓄電させる操作をしないで主開閉器１１をオンすると無電圧の平滑コンデンサ（Ｃ）３２で商用交流電源１を短絡することとなって、過大な電流が流れて機器を破損する場合がある。 If the main switch 11 is turned on without the operation of storing the voltage in the smoothing capacitor 32 before starting the operation of the three-phase inverter, the commercial AC power supply 1 is short-circuited by the non-voltage smoothing capacitor (C) 32. In such a case, an excessive current may flow to damage the equipment.

　図６でその平滑コンデンサ（Ｃ）３２に初期充電させる動作を説明する。
　主開閉器１１をオン開始させる時間をｔ１とする。このｔ1以前のｔ０に補助開閉器をオン開始させる。これによって主トランス２の３次巻線を介して、２次巻線から３相インバータユニット３０のユニットセル４１〜４９内のコンデンサ（Ｃ）３２に直流電圧（Ｖｄｃ）１０５を充電する。この時、電流制限抵抗器１３Ｒによって平滑コンデンサ（Ｃ）３２に流入する電流が制限され、過大電流が流れるのを防止する。 The operation of initially charging the smoothing capacitor (C) 32 will be described with reference to FIG.
The time at which the main switch 11 is turned on is defined as t1. At t0 before this t1, the auxiliary switch is turned on. Thereby, the DC voltage (Vdc) 105 is charged from the secondary winding to the capacitor (C) 32 in the unit cells 41 to 49 of the three-phase inverter unit 30 via the tertiary winding of the main transformer 2. At this time, the current flowing into the smoothing capacitor (C) 32 is limited by the current limiting resistor 13R, and an excessive current is prevented from flowing.

　図７に本発明の一般的な多重インバータへの適用した実施例を示す。図７は請求項３に対応する実施例である。 FIG. 7 shows an embodiment in which the present invention is applied to a general multiplex inverter. FIG. 7 shows an embodiment corresponding to the third aspect.

　図７においては初期充電する電源が商用電源ではなく、別の任意の交流電源３となっている。この場合は３相入力主トランス２の第３の巻線の巻数比を所定の値に変更することによって容易に初期充電の機能を得ることができる。また、電流制限抵抗Ｒ１３は、抵抗以外でも電流を制限できる機能のものであれば良く、例えばインダクタンスやアクテブ電流制限器や更には大きめに設定された第３次巻線の短絡リアクタンスを用いることができる。 In FIG. 7, the power source to be initially charged is not the commercial power source but another arbitrary AC power source 3. In this case, the initial charging function can be easily obtained by changing the turns ratio of the third winding of the three-phase input main transformer 2 to a predetermined value. The current limiting resistor R13 may have any function other than the resistor as long as it can limit the current. For example, it is possible to use an inductance, an active current limiter, or a short-circuit reactance of a tertiary winding set larger. it can.

　このようにして初期充電を行うのであるが、各ユニットセル内の初期充電制御用サイリスターを削除できるので、そのサイリスター素子の電圧降下から発生する電力損失分を削除できるので装置全体の効率を向上でき、かつ装置のトータル配線工数を低減でき、装置全体のコストを低減できる。 Initial charging is performed in this manner. However, since the initial charge control thyristor in each unit cell can be eliminated, the power loss generated from the voltage drop of the thyristor element can be eliminated, so that the efficiency of the entire apparatus can be improved. In addition, the total wiring man-hour of the apparatus can be reduced, and the cost of the entire apparatus can be reduced.

　また、各ユニットセル内の初期充電制御用サイリスター又は初期充電制御用リレーを削除できるので、そのサイリスターまたはリレー部分の主回路とサイリスターゲートのオン／オフゲート配線またはリレーのオン／オフ用コイル配線を削除できるので配線工数が下げられる。 Further, since the thyristor for initial charge control or the relay for initial charge control in each unit cell can be deleted, the main circuit of the thyristor or relay part and the thyristor gate on / off gate wiring or the relay on / off coil wiring are provided. Wiring man-hours can be reduced because they can be deleted.

　さらに、各ユニットセル内の初期充電制御用サイリスター素子又は初期充電制御用リレーを削除できるので、その部品代を節約できる。 Furthermore, since the initial charge control thyristor element or the initial charge control relay in each unit cell can be eliminated, the cost of parts can be reduced.

本発明の一実施例を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of the present invention. 図１の実施例におけるユニットインバータセルの一例構成図である。FIG. 2 is an example configuration diagram of a unit inverter cell in the embodiment of FIG. 1. 図１の実施例の動作を説明するためのタイムチャートである。3 is a time chart for explaining the operation of the embodiment of FIG. 本発明の他の実施例を示す構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram showing another embodiment of the present invention. 図４の実施例におけるユニットインバータセルの一例構成図である。FIG. 5 is an example configuration diagram of a unit inverter cell in the embodiment of FIG. 図４の実施例の動作を説明するためのタイムチャートである。5 is a time chart for explaining the operation of the embodiment in FIG. 本発明の他の実施例を示す構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram showing another embodiment of the present invention. 従来装置の一例構成図である。It is an example block diagram of a conventional apparatus. 従来装置のユニットインバータセルの一例構成図である。It is an example block diagram of the unit inverter cell of the conventional apparatus.

Explanation of reference numerals

１…商用交流電源
２…３相入力側主トランス
３…別の任意交流電源
４…３相交流電動機（ＡＣＭ）
１１…主開閉器
１２…補助開閉器
１３…電流制限抵抗器（Ｒ）
３０…３相インバータユニット
３１…３相全波ダイオード整流器
３２…コンデンサ（Ｃ）
３３…トランジスタインバータ
４１〜４９…ユニットセル
１０３…３相交流電源
１０４…可変周波数３相電圧
１０５…直流電圧（Ｖｄｃ）
１０６…単相可変周波数電圧 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Commercial AC power supply 2 ... 3-phase input side main transformer 3 ... Another arbitrary AC power supply 4 ... 3-phase AC motor (ACM)
11 main switch 12 auxiliary switch 13 current limiting resistor (R)
30 ... three-phase inverter unit 31 ... three-phase full-wave diode rectifier 32 ... capacitor (C)
33 ... transistor inverters 41-49 ... unit cell 103 ... 3-phase AC power supply 104 ... variable frequency 3-phase voltage 105 ... DC voltage (Vdc)
106: Single-phase variable frequency voltage

Claims

In an inverter device that generates a predetermined variable frequency power supply from a commercial power supply, a third winding is provided on a main transformer installed on the input side of the inverter device, and the commercial power supply is supplied via the third winding. An inverter device, wherein an initial charge is performed by applying the voltage to a smoothing capacitor of the inverter device.

In a multiplex inverter device for connecting an input main transformer having a plurality of (n-phase xm stages) secondary windings and n-stage unit inverter cells to output n-phase variable frequency power from a commercial power supply, A third winding is provided on the input side main transformer, and the commercial power is applied to the main circuit capacitor of the unit inverter cell via the third winding to perform initial charging. Inverter device.

In an inverter apparatus for generating a predetermined variable frequency power supply from a commercial power supply or an arbitrary frequency power supply, a third winding is provided on a main transformer installed on the input side of the inverter apparatus, and the commercial power supply or the arbitrary frequency power supply or An inverter device, wherein another power source is applied to a main circuit capacitor of the inverter device via the third winding to perform initial charging.