JPH01234061A - インバータ装置の制御方法 - 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〕 この発明は、直流電源とは絶縁された交流を出力するイ
ンパーク装置の制御方法に関する。

〔従来の技術〕

第５図は直流電源とは絶縁された交流を出力するインバ
ータ装置の従来例を示した主回路接続口である。

この第５図において、符号１なる交流電源は、電圧変動
と周波数変動とがある程度許容されている商用電源であ
って、この交流電源１からの交流をサイリスタ整流器２
で定電圧の直流に変換し、平滑リアクトル３Ｌと平滑コ
ンデンサ３Ｃとにより、このサイリスク整流器２が出力
する直流を平滑して第１インバータ　１０に与える。

第１インバータ　１０　は、半導体スイッチ素子として
の電界効果トランジスタ（以下ではＦＥＴと略記する）
と、これに逆並列接続されるダイオードとにより形成さ
れるアームを単相ブリッジ接続することで構成されてお
り、各アームを順次オン・オフ動作させることにより、
この第１インバータ１０に入力された直流を交流に変換
して絶縁変圧器４へ供給するのであるが、この第１イン
バータ１０が出力する交流の周波数を高くするほど、絶
縁変圧器４を小形化することができる。

この絶縁変圧器４により、直流側とは絶縁された交流は
、ダイオードの単相ブリッジ接続で構成されたダイオー
ド整流器５により、再び直流に変換され、この直流に含
まれているリップル分を平滑リアクトル６Ｌと平滑コン
デンサ６Ｃとで構成されている平滑回路により吸収・除
去したのち、第２インバータ３０により再び交流に変換
し、負荷７にこの交流を供給する。

ここで第２インバータ３０　は、半導体スイッチ素子と
してのＦＥＴと、二〇ＦＥＴに逆並列接続されたダイオ
ードとでアームを形成し、このアームを単相ブリッジ接
続しているのであるが、たとえばパルス幅変調制御によ
りこれらＦＥＴをオン・オフ動作させることで、負荷７
に与える交流の電圧と周波数とを所望値に制御すること
ができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、第５図に示す従来例回路で構成されて、負荷
へ供給する交流を直流電源側と絶縁するようにしている
インバータ装置は、上述したように、直流電源を交流に
変換したのちに絶縁し、再度直流に変換してから第２イ
ンバータで所望の交流を出力させるようにしていること
がら、絶縁後のダイオード整流器５の出力直流を平滑す
る必要があり、そのために大容量の平滑リアクトル６Ｌ
ならびに平滑コンデンサ６Ｃを設置しなければならず、
装置が大形になる不都合があった。

そこでこの発明の目的は、直流電源とは絶縁された交流
を直流に変換する整流器の出力を平滑する回路を不要に
し、その次段に設けたインバータから所望の電圧と周波
数の交流を取出せるよう番こすることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、この発明の制御方法は、
半導体スイッチ素子と、これに逆並列接続されたダイオ
ードとで形成されたアームをブリッジ接続することで、
第１変換手段と第２変換手段ならびに第３変換手段を別
個に構成し、前記第１変換手段は各相ごとにその上側ア
ームと下側アームとが同時にオフとなる期間を有し、か
つ各相間の動作に重なり期間がないように点弧パルスを
与えて、当１亥第１変換手段に入力される直流を交流に
変換し、この交流を絶縁変圧器で絶縁して前記第２変換
手段に与え、この第２変換手段は前記第１変換手段への
点弧パルスに同期した点弧パルスにより、絶縁された交
流入力を直流に変換して前記第３変換手段へ出力し、こ
の第３変換手段は前記第１変換手段の点弧パルスに同期
してパルス幅変調された点弧パルスにより、直流入力を
交流に変換して出力するものとする。

〔作用〕

この発明は、第１インバータが出力する交流を絶縁後に
直流に変換する整流器を、半導体スイッチ素子と、これ
に逆並列接続されたダイオードとでなるアームのブリッ
ジ接続で構成し、この半導体スイッチ素子への点弧パル
ス、ならびに次段の第２インバータを構成している半導
体スイッチ素子への点弧パルスを、第１インバータの半
導体スイッチ素子用点弧、パルスに同期させるようにす
ることで、前記整流器が出力する直流を平滑することな
く第２インバータへ与えるようにして、前記整流器直流
出力用平滑回路を省略できるようにしたものである。ま
た第１インバータは出力電圧発生期間中の有効電力と無
効電力を処理するさいに使用するのであって、環流モー
ドは必要でないことから、この第１インバータの点弧パ
ルスを簡略化している。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例を示した主回路接続図であり、
第２図は第１図に示す実施例回路における各変換手段の
動作の実施例をあられしたタイムチャートであり、この
第１図と第２図により、本発明の内容を以下に記載する
。

この第１図において、符号ｌなる交流電源は、電圧変動
と周波数変動とがある程度許容されている商用電源であ
って、この交流電源１からの交流をサイリスク整流器２
で定電圧の直流に変換し、平滑リアクトル３Ｌと平滑コ
ンデンサ３Ｃとにより、このサイリスク整流器２が出力
する直流を平滑して、第１変換手段としての第１インバ
ータ１０へ人力させているのは、第５図において既述の
従来例回路の場合と同じである。

第１インバータ　１０　は、半導体スインチ素子として
の４個のＦ　Ｅ　Ｔ　１１．１２．１３．１４　を単相
ブリッジ接続することで構成されているが、これらのＦ
　ＥＴ　１１．１２．１３．１４　には、それぞれ別個
のダイオードが逆並列接続されている。この第１インバ
ータ　ｌＯは直流電源すなわちサイリスク整流器２から
の平滑された直流を入力し、これを高い周波数の交流に
変換して絶縁変圧器４の１次側に印加するので、この絶
縁変圧器４の２次側からは直流電源側とは絶縁された交
流を取出すことができるので、これを第２変換手段とし
てのトランジスタ整流器２０に与えて再び直流に変換す
る。

このトランジスタ整流器２０　は、半導体スイッチ素子
としての４個のトランジスタ２１．２２．２３゜２４の
それぞれにダイオードを逆並列接続したものを単相ブリ
ンジ接続することで構成され、このトランジスタ整流器
２０に人力される交流を直流に変換して、この直流を第
３変換手段としての第２インバータ３０に入力させてい
る。

第２インバータ３０　も、半導体スイッチ素子としての
４個のＦ　Ｅ　７３１．３２．３３．３４のそれぞれに
ダイオードを逆並列接続したものを単相ブリッジ接続す
ることで構成され、この第２インバータ３０に入力され
る直流を、所望の電圧と周波数の交流に変換して負荷７
に供給するので、この負荷７には、サイリスク整流器２
が出力する直流とは絶縁された交流を給電できる。ここ
で符号４Ｉ　は負荷７へ出力する交流電圧を検出する計
器用変圧器であり、また符号４０は第１インバータ　１
０　とトランジスタ整流器２０および第２インバータ３
０へ適切なタイミングで点弧パルスを与えるパルス分配
回路である。

このパルス分配回路４０の働きにより、この第１図に示
すインバータ装置は、第２図のタイムチ十−トに示す動
作をなす。すなわち、第２図（イ）は第１インバータ　
ｌＯの出力電圧、第２図（ロ）はトランジスタ整流器２
０の出力電圧、第２図（ハ）は第２インバータ３０の出
力電圧、第２図（ニ）は第２インバータ３０の出力電流
をそれぞれがあられしており、第２図（ホ）は第１イン
バータ　１０を構成する４個のＦ　ＥＴ　１１．１２．
１３および１４の動作、第２１（へ）はトランジスタ整
流器２０を構成する４個のトランジスタ２１．２２．２
３および２４の動作、第２図（ト）は第２インバータ３
０を構成する４個のＦ　Ｅ　Ｔ　３１．３２．３３およ
び３４の動作をそれぞれがあられしている。

この第２図であきらかなように、第１インバータ　１０
の第１相を構成している上側のＦＥＴＩＩと下側のＦＥ
Ｔ１３　とでは両者が交互にオンとオフとを繰返すので
あるが、この両者が同時にオフとなる期間が存在してい
る。また第２相を構成している上側のＦＥＴ１２　と下
側のＦＥＴ１４についても同様な相対関係で交互にオン
とオフとを繰返す。さらに第１相上側のＦＥＴＩＩ　と
第２相下ｌのＦＥＴ１４　とは同時にオンとなり、第２
相上側のＦＥＴ１２と第１相下側のＦＥＴ１３　も両者
同時にオンとなる点弧パルスが与えられるようになって
いる（第２図（ホ）参照）。その結果、第１インバータ
は出力電圧が零となる期間のない高周波数の交流を出力
することとなる　（第２図（イ）参照）。

トランジスタ整流器２０を構成しているトランジスタ２
１．２２．２３．２４への点弧パルスは、絶縁変圧器４
の極性に応じて、換言すれば第１インバータ　１０を構
成しているＦ　Ｅ　Ｔ　１１．１２．１３．１４への点
弧パルスに同期して与えられるのであって、これらのト
ランジスタ２１．２２．２３．２４　のオン・オフ動作
は、第１インバータ　１０が電圧を出している期間内に
完了する　（第２図（へ）参照）。さらに第２インパー
ク３０を構成しているＦＥＴ３１゜３２、３３．３４へ
の点弧パルスも第１インバータ１０を構成しているＦ　
Ｅ　Ｔ　１１．１２．１３．１４　の点弧パルスに同期
しており、この第２インバータ３０の電圧発生区間は、
トランジスタ整流器２０の各トランジスタ２１．２２．
２３．２４　に点弧信号が与えられている間に完了する
。この第２インバータ３０は第２図（ト）に示すように
、ＦＥＴ３１　とＦＥＴ３３　とは基本周波数でのスイ
ッチング動作であるが、ＦＥＴ３２とＦＥＴ３４　とは
パルス幅変調動作となっている。

なお、第１図に記載されているスナバコンデンサ５Ｌ　
５２は、このインバータ装置が動作するさいに、原理的
には必要のないコンデンサであって、削除しても差支え
ないものであるが、スナバ用として実用されるものであ
る。従ってこのスナバコンデンサ５１．５２が接続され
ている場合、サイリスク整流器２０が出力する直流電圧
は保持されることになる。よって絶縁変圧器４のリセン
トエネルギーは直流電圧側へは行かないものとして第１
インバータ　１０の出力電圧を画いている　（第２図（
イ）参照）、また、トランジスタ整流器２０の波形は、
絶縁変圧器４の】次側電圧に対応したものとなっている
。

第１インバータ１０　とトランジスタ整流器２０および
第２インバータ３ｏが上述の関係を保って動作すること
により、第１インバータ１ｏを回ってトランジスタ整流
器２０の各トランジスタ間の短絡モードは無くなるし、
第２インバータ３ｏが環流モードになってからトランジ
スタ整流器２゜のトランジスタをオフさせるようにして
いるので、このトランジスタのはね上り電圧を小さな値
に抑制することができる。

第３図は第２図の実施例タイムチャートにおけるＡなる
期間を拡大してあられしたタイムチャートであって、第
３図（イ）は第１インバータ　１ｏの出力電圧、第３図
（ロ）はトランジスタ整流２Ｓ２゜の出力電圧、第３図
（ハ）は第２インバータ３ｏの出力電圧、第３図（ニ）
は第１インバータ　１０を構成しているＦ　ＥＴ　１１
．１２．１３．１４の動作、第３図（ホ）はトランジス
タ整流器２０を構成しているトランジスタ２１．２２．
２３．２４　の動作、第３図（へ）は第２インバータ３
ｏを構成しているＦＥＴ３１、３２．３３．３４の動作
をそれぞれがあられしている。

この第３図であきらかなように、第１インバータ　１０
　とトランジスタ整流器２０および第２インバータ３０
を構成している各スイッチ素子のオン・オフ動作の速度
、あるいは回路振動などを考慮して、各スイッチ素子間
にτ１〜τ、の時間を確保するようにしている。

第４図は第１図に示す実施例回路における各変換手段の
動作の第２の実施例をあられしたタイムチャートであっ
て、この第４図に示している（イ）。

（ロ）、（ハ）、（ニ）、（ホ）、（へ）、（ト）は、
前述した第２図で説明済みのものと同じである。

この第４図においては、（ト）に示すように、第２イン
バータ３０を構成しているＦＥＴ３１　とＦＥＴ３３　
とは、第１インバータｌＯあるいはトランジスタ整流器
２０　と同期した点弧パルスにより動作しており、ＦＥ
Ｔ３２　とＦＥＴ３４　とがパルス幅変調動作となって
いる。

要するに環流モードを構成できるインバータ回路用点弧
パルスを与えて動作させるのであれば、パルス幅変調波
形をどのようにして作成するかについて制限されること
はない、さらにこれら第１インバータ　１０　と第２イ
ンバータ３０、およびトランジスタ整流器・２０を構成
する半導体スイッチ素子についても、可制御素子であれ
ばよいことは勿論である。

（発明の効果〕 この発明によれば、直流を交流に変換する第１インバー
タの出力を絶縁したのち、整流器で直流に変換し、第２
インバータでこの直流を再び交流に変換して出力するよ
うにしているインバータ装置において、前記整流器と第
２インバータへの点弧パルスを第１インパークへの点弧
パルスと同期させ、かつこの第１インバータが電圧を出
力している期間中に整流器を構成している半導体スイッ
チ素子はそのオン・オフ動作を完了し、この整流器に点
弧信号が与えられている間に第２インバータは電圧発生
区間を完了するように制ｉＴＱ　Ｌでいるので、整流器
の直流出力側に平滑回路を設置する必要がなくなり、当
該インバータ装置を小形軽量化できる効果を得る。さら
に、当該インバータ装置が出力電圧発生朋間中における
有効電力と無効電力の処理は、第２インバータと整流器
、第１インバータおよびこの第１インバータの直流電源
により行われるし、出力電圧を発生していない期間での
電流は、第２インバータにより環流モードが構成される
ので、第１インバータや整流器がスインチング動作した
ときのはね上り電圧を小さく抑制できる効果も合わせて
有する。さらに整′ａ器の直流出力側にスナバ用として
小容量のコンデンサを接続することで、絶縁変圧器駆動
時に生しる回路振動に起因したはね上り電圧も抑制でき
る効果を発揮することとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示した主回路接続図、第２図
は第１図に示す実施例回路における各変換手段の動作の
実施例をあられしたタイムチャート、第３図は第２図の
実施例タイムチャートにおけるＡなる期間を拡大してあ
られしたタイムチャート、第４図は第１図に示す実施例
回路における各変換手段の動作の第２の実施例をあられ
したタイムチャートであり、第５図は直流電源とは絶縁
された交流を出力するインバータ装置の従来例を示した
主回路接続図である。 １・・・交流電源、２・・・サイリスク整流器、３Ｃ。 ６Ｃ・・・平滑コンデンサ、３Ｌ、６Ｌ・・・平滑リア
クトル、４・・・絶縁変圧器、５・・・ダイオード整流
器、７・・・負荷、１０・・・第１変換手段としての第
１インバータ、１１．１２．１３．１４・・・半導体ス
イッチ素子としてのＦＥＴ、２０・・・第２変換手段と
してのトランジスタ整流器、２Ｌ　２２．２３．２４川
半導体スインチ素子としての１−ランリスク、３０・・
・第３変換手段としての第２インバータ、３１．３２．
３３．３４・・・半導体スイッチ素子としてのＦＥＴ、
、４０・・・パルス分配回路、第　３　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）半導体スイッチ素子と、これに逆並列接続されたダ
   イオードとで形成されたアームをブリッジ接続すること
   で、第１変換手段と第２変換手段ならびに第３変換手段
   を別個に構成し、前記第１変換手段は各相ごとにその上
   側アームと下側アームとが同時にオフとなる期間を有し
   、かつ各相間の動作に重なり期間がないように点弧パル
   スを与えて、当該第１変換手段に入力される直流を交流
   に変換し、この交流を絶縁変圧器で絶縁して前記第２変
   換手段に与え、この第２変換手段は前記第１変換手段へ
   の点弧パルスに同期した点弧パルスにより、絶縁された
   交流入力を直流に変換して前記第３変換手段へ出力し、
   この第３変換手段は前記第１変換手段の点弧パルスに同
   期してパルス幅変調された点弧パルスにより、直流入力
   を交流に変換して出力することを特徴とするインバータ
   装置の制御方法。