JPS586391B2 - インバ−タソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はインバータ装置の改良に関し、特に高周波変
調インバータ装置の新規な改良された制御装置を提供す
るものである。

出力電圧又は出力電流を制御するインバータ装置におい
て、インバータ自体の半導体スイッチをその出力周波数
以上の周波数でオンーオフ制御する、いわゆる高周波変
調方式がある。

この方式は、別途チョツパや可変電圧整流器などの出力
調整手段を要しないので簡単である。

しかるに、この高周波変調方式においては、出力の変調
周波リツプルが問題である。

この発明は、インバータ装置の正側又は負側の直流電路
に、電流検出器を設けることによって特性の改善をはか
ったインバータ装置を提供することを目的とする。

更に詳述すれば、この発明は、上記変調周波リップルを
軽減するための新規な変調制御方式を提供することを目
的とする。

更に特に、交流電動機（パルスモータを含む）の速度制
御に適した簡単なインバータ装置を提供することを目的
とする。

第１図は、この発明の一実施例を示す接続図で、図にお
いて、直流電源１の端子間に並列接続され各組が２個の
半導体スイッチ２ａ〜２ｆを有する複数組ノ半導体スイ
ッチ接続体によってプリツジインバータを形成する。

夫々の直列接続点Ｒ，Ｓ，Ｔは交流負荷４例えば交流電
動機に接続される。

この他、半導体スイッチ２ａ〜２ｆに対応して、夫々負
荷電流の別の通路（帰還あるいは還流通路）を形成する
ダイオード３ａ〜３ｆを設けて、主回路を形成する。

更に、第１図の実施例では、直流電源の正端子側Ｐと半
導体スイッチ２ａ，２ｃ，２ｅの直流入力端子との間に
直列に平滑リアクトル９を接続している。

出力周波数の周期で順次に導通制御するための第１信号
発生器５は例えばパルス列信号Ｐによりトリガされるリ
ングカウンタであって、夫々の出力ａ−ｆは大々上記半
導体スイッチ２ａ〜２ｆの導通期間とその順序を決定す
る。

この発明の一実施例では、第１信号発生器の奇数番出力
信号ａ，ｃ，ｅは夫々直接的に正側半導体スイッチ２ａ
，２ｃ，２ｅの導通期間を決定する。

その期間は夫々例えば１／３周期づつ導通させ且つ１／
３周期づつ位相差を持つ。

又は１／２周期づつ導通させ且つ１／３周期づつ位相差
を持つ。

或いは又５／１２周期づつ導通させ且つ１／３周期づつ
位相差を持つ。

いずれにしても、実用的には３相ブリッジ結線インバー
タでは実用的には１／３〜１／２周期づつ導通させ、１
／３周期の位相を持たせる。

他方、負側半導体スイッチ２ｂ，２ｄ，２ｆは第１信号
発生器５の偶数番出力信号ｂ，ｄ，ｆの夫々と第２信号
発生器６の導通信号Ｘとを夫々論埋積要素γｂ，γｄ，
γｆを介して各々論理積により導通制御する。

上記偶数番出力信号ｂ，ｄ，ｆは夫々前記奇数番出力信
号ａ，ｃ，ｅと同じ導通時間巾を有し、位相差が１／６
周期だけづれたものである。

他方第２信号発生器６は第２の周期で導通非導通指令を
行うためのもので、少なくとも導通非導通両信号を周期
的に発生する場合（例えば、出力電圧を直流電源電圧以
内に制御する場合）、実質的に出力周期即ち第１信号発
生器５０周期より短い周期で作動する。

但し、平滑リアクトル９が大きい場合、逆に長い周期と
なる場合もある。

そして、出力電圧を零にする場合は非導通指令を継続し
て発生し、出力電圧を最大にする場合は導通指令を継続
して発生する。

上記第２の導通制御信号を発生する第２信号発生器６は
、例えばパルス巾変調器やコンパレータを用いたオンー
オフ制御器など任意の時間比制御手段を用いることがで
きる。

そして、例えば出力電流を制御する場合であれば、第１
図実施例のように正側共通直流入力電路に設けた入力電
流検出器８により人力電流を検出して、上記第２信号発
生器のオン時間又はオフ時間を制御すればよい。

さて、上記実施例において、更に詳細な動作の説明を行
う。

１／３周期通電制御の場合 第１信号発生器５が１７３周期間の導通信号を出す場合
、即ち、負荷４に主として１２０°の通電巾の給電を行
う場合、正側半導体スイッチ２ａ，２ｅ，２ｃの内のい
づれか一つが必ず通電し、負側半導体スイッチ２ｂ，２
ｄ，２ｆの内いづれか一つが必ず第２信号発生器により
オンーオフ制御される。

今、半導体スイッチ２ａが通電し半導体スイッチ２ｂが
ＯＮ−ＯＦＦ制御される１／６周期の回路状態を示すと
第２図ａのようになっている。

即ち、第１信号発生器５の出力はａとｂとが導通指令状
態にあり、半導体スイッチ２ａは通電、半導体スイッチ
２ｂが第２信号Ｘに応動してオン−オフ（パルス巾変調
）制御している。

そして、負荷４の内Ｒ相４ＲとＴ相４Ｔが給電されてい
る１半導体スイッチ２ｂがオンの時実線ｉｏｎの矢印の
如く給電し、半導体スイッチ２ｂがオフの時点線ｉｏｆ
ｆの矢印の如くダイオード３ｂを通って、第２信号発生
器６のオンーオフ信号Ｘに応動して出力電流■（又は出
力電圧）が制御される。

又、他の半導体スイッチが作動し、他の相又は他の極性
の給電の場合も同様に、第２図ａの如き回路状態が順次
の半導体スイッチと順次の負荷とによって形成される。

以上、１／３周期通電制御における、動作波形図を第５
図に示す。

同図イ，口は第１信号ａ−ｆの夫々の導通指令期間を示
し、ハは第２信号Ｘのオンーオフ指令を示し、二〜トは
Ｒ相の半導体スイッチ２ａ，２ｄ及びダイオード３ｄ，
３ａの夫々が通電している区間を示したものである。

同じ《チはＲ相の負荷電圧、すなわち各半導体スイッチ
２ａ〜２ｆを通じて給電している時のみにＲ相４Ｒの巻
線間にあらわれる電圧で、この電圧は第２信号Ｘに同期
している。

又点線で示した波形は重なり期間ｔｕ中の電圧で、これ
は平滑リアクトルを通らないダイオードの通電で電圧が
決まるので高い負荷端子電圧となる。

１／２周期通電制御の場合 第１信号発生器５が１／２周期間の導通信号を出す場合
、即ちａ−ｆの６個の出力信号の内常に３つの出力信号
が導通指令で他の３つの出力信号が非導通指令を出し、
且つこれらの状態が１／６周期毎に順次循環する場合で
ある。

この場合、正側半導体スイッチ２ａ，２ｃ，２ｅの内の
２つと負側半導体スイッチ２ｂ，２ｄ，２ｆの内の１つ
が通電する第４状態と、正側半導体スイッチの内０１つ
と負側半導体スイッチの内の２つが通ｉｔる第２状態と
に分けられる。

前記第１状態の代表例として、半導体スイッチ２ａと２
ｃが通電し、半導体スイッチ２ｂがオンーオフ制御され
ている場合を、第２図ｂに示す。

この場合、入力電流Ｉは半導体スイッチ２ａと２０とを
介して夫々負荷４Ｒと４８とに分流し、負荷４Ｔに合流
して流れる。

他方第２信号発生器６の出力信号Ｘがオン指令であれば
半導体スイッチ２ｂを介して直流電源１がら給電され、
オフ指令であればダイオード３ｂを通って還流する。

即ち負荷４Ｒと４８との並列体と負荷４Ｔとの直列体が
総合されて前記第２図ａと同様にオンーオフ制御される
。

上記第１状態の次に来る前記第２状態即ち、第１信号発
生器５の出力信号ｂ，ｃ，ｄが導通指令で、他が非導通
指令の時の回路状態を第２図Ｃに示す。

第２図ｂの状態から第２図Ｃの状態へ移行した直後の重
り期間中は、鎖線のダイオード３ａと３ｆとが通電し、
重り電流ｉｕが流れる。

この重り期間が終了すればダイオード３ａ，３ｆは非導
通状態となる。

上記重り期間中に、負荷４Ｓの電流はＩ／２から■に増
加し、且つ負荷４Ｒの電流は正のＩ／２に変り、更に負
荷４Ｔの電流は■からＩ／２に減少する。

しかして、半導体スイッチ２ｂと２ｄとが共に、第２信
号Ｘによりオンーオフ制御され、出力電圧又は出力電流
が制御される。

この場合、負荷４Ｔと４Ｒとの直列体と負荷４Ｓとの直
列体が総合されて、第２図ａと同様の制御が行われる。

前記第２図ｂにおいては、出力端子ＲとＳとが同電位で
あり、第２図Ｃでは出力端子ＲとＴとが同電位に制御さ
れる訳である。

５／１２周期通電制御の場合 これは、第１信号発生器の出力信号の内、順次につらな
る２つの出力信号が導通指令を出す第１区間と順次につ
らなる３つの出力信号が導通指令を出す第２区間とが交
互に現れる場合である。

即ち、各々の出力信号は５／１２周期たけ導通指令を出
し、夫々の出力信号が１／６周期づつ位相差を持つ。

このような制御を行った場合は、第２図３つの回路状態
が夫々順次に現われる。

例えば第２図ａ→第２図ｂ→第２図ａにて第１信号ｂと
Ｃとが導通指令状態→第２図Ｃ・・・・・・・・・のよ
うにモードが遷移する。

以上第１図実施例において、他の通電制御の場合も、前
記第２図ａ〜Ｃで表わした、回路状態が（その符号が順
次に入れ代るだけで）現れ、夫々の回路状態において、
第２信号Ｘにより出力を制御できる。

２ さて、第１図実施例で明らかなように、この発明に
よれば、第２図ａの場合で言えば、トランジスタ２ｂが
オフとなったとき直ちに回路電流を遮断するのではな《
、ダイオード３ｂを通る電流路を形成させるようにして
いるため、出力電圧瞬時値が全電圧印加状態と零電圧状
態（還流状態）とである。

これに対し、従来のトランジスタオフ時に回路電流を遮
断するようなインバータの制御法においては、正の全電
圧状態と負の全電圧状態とからなり、その時間比率によ
って出力電圧制御されていた。

従って、この発明の方が出力電圧リップルが小さく、ひ
いては出力電流リップルが小さい。

更に又、高周波でオンーオフ制御する半導体スイッチが
片側だけでよい。

更に、常時高周波でオンーオフ制御する半導体スイッチ
数は１つ（又は２つ）でスイッチング回数が少ないので
スイッチング損失が小さい。

特に、半導体スイッチ２としてサイリスクを用いる場合
は、転流損失が少なくなり、この効果は極めて太きい。

同様にサイリスタ消弧手段も簡単化出来る。

又、片側高周波オンーオフ制御なので、他方の低周波導
通制御（第１信号周期制御）側は高周波オンーオフ制御
しないので、その半導体スイッチの共通人力直流電路に
平滑リアクトルを設けることが出来る。

従って、より一層出力リップルを小さくしたり、逆に高
周波スイッチング回数を軽減することができる。

従来の交流出力側に交流平滑リアクトルを設ける方式で
は，力率低下や出力低下を生じ、平滑を行うにも限度が
あった。

この発明では、直流平滑リアクトル９を任意に大きくで
きる。

従って、交流出力周波数に制約されず、任意の周波数の
第２信号でオンーオフ制御できる。

これらのことを換言すれば、第２信号によるオンーオフ
制御は、見かけ上独立な直流チョツパを直流入力側に設
けたものと同一の作用効果を持っており、しかも、イン
バータ用半導体スイッチを利用してその作用を兼用させ
、機能集積を実現している。

第３図はこの発明の他の一実施例を示す回路接続図で、
非変調側半導体スイッチをサイリスタにし、変調側半導
体スイッチをトランジスタにしたー実施例である。

図において、２１ａ，２１ｃ）２１ｏはサイリスク、２
２ａ，２２ｏ，２２ｏはダイオード、２３は消弧コンデ
ンサである。

このように、半導体スイッチとして、高速スイッチ用と
低速スイッチ用とに夫々に応じて使い分けることができ
る。

第４図は、この発明の他の一実施例を示す図で、変調側
半導体スイッチ２１ｄ７２ｌｂ７２１ｆに対して共通の
チョツパ２４を設け、これを第２信号Ｘでオンーオフ制
御するものである。

この場合半導体スイッチ２ｘｂ）２１ｄ，２ｉｆに対す
るチョッパ２４の直列接続関係が、論理積要素７０作用
を持つ。

又、半導体スイッチ２１ｂｙ２．ｄｐ２１ｆがサイリス
タである時、チョッパ２４を一旦オフにし、こさにより
それらサイリスタの消弧を行うことができる。

論理否定ＡＮＤ要素１０及び単安定ＯＲ要素１１、パル
ス微分要素１２は、上記消弧を行うためのもので、サイ
リスタ２ｌｂ）２．ｄ２、ｆ相互間で転流を行うべき時
、即ち第１信号発生器５の出力ｂ，ｄ，ｆ間で出力信号
が転移する毎に微分要素１２で決まる所定短時間だけチ
ョッパ２４をオフにするものである。

以上のように、この発明によれば、直列接続された半導
体スイッチの直列接続体を複数組有し、これを直流電源
の正負入力端子間に並列接続し、上記半導体スイッチの
直列接続点を交流出力端子とするブリッジ接続半導体ス
イッチ装置において、上記正端子側半導体スイッチ又は
上記負端子側半導体スイッチの内、いずれか一方を周期
的に順次に導通制御し交流出力周波数を決定づける第１
信号を発生する第１信号発生器と、上記第１信号で導通
制御される半導体スイッチ群の電流の和が流れる直流電
路に設けられた電流検出手段と、この電流検出手段を介
して上記第１信号で導通制御される半導体スイッチにそ
れぞれ逆並列接続された第１のダイオード群と、上記半
導体スイッチの他方にそれぞれ逆並列接続された第２の
ダイオード群と、上記電流検出手段によって検出した直
流入力電流に応じてパルス幅変調制御の第２信号を発生
する第２信号発生器と、上記第１信号と第２信号の論埋
積信号により、上記半導体スイッチの他方を導通制御す
る論理回路とを設けることによって、出力電圧のリツプ
ルが小さい高周波変調を行なうことができる。

更に直流入力電路に電流検出手段を入れることにより、
１つの電流検出手段で交流負荷電流に応答しかつ連続し
た電流の検出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す接続図、第２図は第
１図の動作を説明するための部分状態回路図、第３図、
第４図は夫々この発明の他の夫々の一実施例を示す接続
図、第５図はこの発明の動作波形例を示す図である。 図中、同一符号は同一部分を示す。 図において、１は直流電源、２は半導体スイッチ、３は
ダイオード、４は負荷である。 ５は第１周期の第１信号発生器、６は第２信号（ｏｎ〜
ｏｆｆ変調信号）発生器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 直列接続された半導体スイッチの直列接続体を複数
   組有し、これを直流電源の正負入力端子間に並列接続し
   、上記半導体スイッチの直列接続点を交流出力端子とす
   るブリッジ接続半導体スイッチ装置において、上記正端
   子側半導体スイッチ又は上記負端子側半導体スイッチの
   内、いずれか一方を周期的に順次に導通制御し交流出力
   周波数を決定づける第１信号を発生する第１信号発生器
   と、上記第１信号で導通制御される半導体スイッチ群の
   電流の和が流れる直流電路に設けられた電流検出手段と
   、この電流検出手段を介して上記第１信号で導通制御さ
   れる半導体スイッチにそれぞれ逆並列接続された第１の
   ダイオード群と、上記半導体スイッチの他方にそれぞれ
   逆並列接続された第２のダイオード群と、上記電流検出
   手段によって検出した直流入力電流に応じてパルス幅変
   調制御の第２信号を発生する第２信号発生器と、上記第
   １信号と第２信号の論理積信号により上記半導体スイッ
   チの他方を導通制御する論理回路とを備えたことを特徴
   とするインバータ装置。