JP2001069761A - Pulse width modulation control converter - Google Patents
Pulse width modulation control converterInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、インバータ装置等
の負荷に直流電力を供給するために、交流電力を直流電
力に変換するパルス幅変調制御式コンバータに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pulse width modulation control converter for converting AC power into DC power in order to supply DC power to a load such as an inverter device.
【0002】[0002]
【背景技術】従来より、誘導電動機の回転速度を負荷に
応じて調節する場合、あるいは、工作機械の刃等の炭素
鋼を焼き入れする等のために、誘導加熱を行う場合に
は、交流電力を出力するとともに、負荷に応じて、その
出力周波数が調節可能となったインバータ装置が利用さ
れている。インバータ装置は、電力会社が供給する交流
電力を利用するために、交流電力を直流電力に変換する
コンバータを備えたものが一般的である。インバータ装
置に設けられるコンバータには、トランジスタ等の自己
消弧素子で形成されたブリッジ回路と、ブリッジ回路で
整流した脈動分を含む直流電力を平滑する直流リアクト
ルと、ブリッジ回路の自己消弧素子を点弧制御する制御
回路が設けられている。このようなコンバータでは、特
公平8−221145号公報に示されるように、ブリッ
ジ回路の自己消弧素子を点弧制御するにあたり、ブリッ
ジ回路から出力される直流電圧パルスの幅を、出力すべ
き電力に応じて調節するPWM制御が採用できる。2. Description of the Related Art Conventionally, AC power has been used to adjust the rotational speed of an induction motor in accordance with a load, or to perform induction heating to quench carbon steel such as a blade of a machine tool. And an inverter device whose output frequency can be adjusted according to the load. In general, an inverter device includes a converter that converts AC power into DC power in order to use AC power supplied by a power company. The converter provided in the inverter device includes a bridge circuit formed of a self-extinguishing element such as a transistor, a DC reactor for smoothing DC power including pulsation rectified by the bridge circuit, and a self-extinguishing element of the bridge circuit. A control circuit for controlling ignition is provided. In such a converter, as disclosed in Japanese Patent Publication No. H8-221145, when the self-extinguishing element of the bridge circuit is controlled to fire, the width of the DC voltage pulse output from the bridge circuit is determined by the power to be output. PWM control that adjusts according to the following conditions can be adopted.
【0003】図4には、三相交流の整流にPWM制御を
適用したコンバータの一例が示されている。図4におい
て、コンバータ51は、三相交流を全波整流するブリッジ
回路52と、このブリッジ回路52で整流した電流を平滑す
る直流リアクトル53と、ブリッジ回路52の自己消弧素子
54を点弧制御するパルス幅制御回路55とを備えたものと
なっている。このうち、ブリッジ回路52は、三相交流の
各相の半波を整流するために、一次側のU〜W相の各々
と二次側の正極との間、および、一次側のU〜W相の各
々と二次側の負極との間のそれぞれに設けられた自己消
弧素子54を有している。これらの自己消弧素子54の各々
には、スイッチング動作による大きなサージ電圧が当該
自己消弧素子54に加わらないように、ブロッキングダイ
オード56が直列に接続されている。FIG. 4 shows an example of a converter in which PWM control is applied to rectification of three-phase alternating current. 4, a converter 51 includes a bridge circuit 52 for full-wave rectification of three-phase AC, a DC reactor 53 for smoothing the current rectified by the bridge circuit 52, and a self-extinguishing element of the bridge circuit 52.
And a pulse width control circuit 55 for controlling the firing of the pulse 54. Among these, the bridge circuit 52 is provided between each of the U-W phases on the primary side and the positive electrode on the secondary side, and U-W on the primary side in order to rectify the half-wave of each phase of the three-phase AC. There is a self-extinguishing element 54 provided between each of the phases and the negative electrode on the secondary side. Each of these self-extinguishing elements 54 is connected in series with a blocking diode 56 so that a large surge voltage due to the switching operation is not applied to the self-extinguishing element 54.
【0004】また、コンバータ51の出力側には、直流電
力を適宜な周波数の交流電流に逆変換するインバータ等
の負荷57が接続されている。そして、ブリッジ回路52の
出力端の間には、フリーホイリングダイオード58が接続
されている。ここで、コンバータ51に設けられた複数の
自己消弧素子54は、ブリッジ回路52で整流した電流i1が
直流リアクトル53を介して負荷57に供給される整流モー
ドと、フリーホイリングダイオード58および負荷57が閉
回路を形成し、この閉回路に直流リアクトル53の誘導電
流i2が循環する閉回路モードとが交互に繰り返されるよ
うに、スイッチングされる。[0004] The output side of the converter 51 is connected to a load 57 such as an inverter for inversely converting DC power into AC current of an appropriate frequency. A free-wheeling diode 58 is connected between the output terminals of the bridge circuit 52. Here, the plurality of self-extinguishing elements 54 provided in the converter 51 are provided in a rectifying mode in which the current i1 rectified by the bridge circuit 52 is supplied to the load 57 via the DC reactor 53, and in the free-wheeling diode 58 and the load. 57 forms a closed circuit, and switching is performed so that the closed circuit mode in which the induced current i2 of the DC reactor 53 circulates in the closed circuit is alternately repeated.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】このような動作を行う
コンバータ51では、フリーホイリングダイオード58に順
方向の電流i2が流れる閉回路モードから、フリーホイリ
ングダイオード58が逆阻止状態となる整流モードに移行
すると、整流モードに移行した瞬間に、フリーホイリン
グダイオード58に逆回復電流i3が瞬間的に流れる。する
と、フリーホイリングダイオード58に流れている電流の
向きが瞬時に逆方向に転じるので、電流の時間的変化分
であるdI/dtが大きくなり、フリーホイリングダイオー
ド58に大きな逆方向のサージ電圧が加わる。このフリー
ホイリングダイオード58に加わる逆サージ電圧を小さく
すべく、スナバ回路をフリーホイリングダイオード58に
並列接続しても、逆サージ電圧を小さくすることができ
ない。このため、電源電圧を上昇させることで、高出力
化しようとすると、フリーホイリングダイオード58の逆
耐圧性能が不足する、という問題がある。一方、逆耐圧
性能を確保しようとすると、直列接続されるフリーホイ
リングダイオード58の数を増やす必要があるが、フリー
ホイリングダイオード58の数を増やすと、その順方向抵
抗が増大し、コンバータ51の効率が低下する、という問
題が生じる。In the converter 51 performing such an operation, the rectification mode in which the free wheeling diode 58 enters the reverse blocking state from the closed circuit mode in which the forward current i2 flows through the free wheeling diode 58. , The reverse recovery current i3 instantaneously flows through the free-wheeling diode 58 at the moment of transition to the rectification mode. Then, the direction of the current flowing through the free-wheeling diode 58 is instantaneously changed to the opposite direction, so that dI / dt, which is a temporal change of the current, increases, and a large reverse surge voltage is applied to the free-wheeling diode 58. Is added. Even if a snubber circuit is connected in parallel with the free wheeling diode 58 in order to reduce the reverse surge voltage applied to the free wheeling diode 58, the reverse surge voltage cannot be reduced. For this reason, there is a problem that the reverse breakdown voltage performance of the free-wheeling diode 58 is insufficient when an attempt is made to increase the output by increasing the power supply voltage. On the other hand, in order to ensure the reverse withstand voltage performance, it is necessary to increase the number of the free-wheeling diodes 58 connected in series. The efficiency of the process is reduced.
【0006】本発明の目的は、効率を低下させずに、高
出力化が図れるようになるパルス幅変調制御式コンバー
タを提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a pulse width modulation control type converter capable of increasing the output without lowering the efficiency.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は、主要素子とし
て自己消弧素子を有するとともに交流電源からの交流電
力を整流するブリッジ方式の整流回路と、この整流回路
から出力されるパルス状に断続する電流を平滑して直流
電流にする直流リアクトルと、出力すべき電力に応じて
前記自己消弧素子の導通時間を制御するパルス幅制御回
路と、前記整流回路の出力の間に接続されたフリーホイ
リングダイオードとを備えたパルス幅変調制御式コンバ
ータであって、前記整流回路と前記フリーホイリングダ
イオードとの間に、前記フリーホイリングダイオードを
サージ電圧から保護するための保護用直流リアクトルが
接続されていることを特徴とする。このような本発明で
は、閉回路モードから整流モードに移行する際に、フリ
ーホイリングダイオードに瞬間的に流れる逆回復電流
を、保護用直流リアクトルが抑制するので、フリーホイ
リングダイオードに流れている電流の向きが瞬時に逆方
向に転じても、電流の時間的変化分であるdI/dtが従来
のように大きくならず、フリーホイリングダイオードに
加わる逆方向のサージ電圧が小さくなる。このため、高
出力化のために電源電圧を上昇させるにあたり、直列接
続されるフリーホイリングダイオードの数を増やす必要
がなく、電源電圧を上昇させ、高出力化を図るにあた
り、効率が低下することがない。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a bridge type rectifier circuit having a self-extinguishing element as a main element and rectifying AC power from an AC power supply, and a pulse-like intermittent output from the rectifier circuit. Reactor connected to the output of the rectifier circuit, a DC reactor for smoothing the current to be applied and a DC current, a pulse width control circuit for controlling the conduction time of the self-extinguishing element according to the power to be output, A pulse width modulation control type converter including a wheeling diode, wherein a protection DC reactor for protecting the free wheeling diode from a surge voltage is connected between the rectifier circuit and the free wheeling diode. It is characterized by having been done. In the present invention as described above, when shifting from the closed circuit mode to the rectification mode, the reverse recovery current flowing instantaneously through the free wheeling diode is suppressed by the protection DC reactor, so that the current flows through the free wheeling diode. Even if the direction of the current instantaneously changes to the opposite direction, dI / dt, which is the temporal change of the current, does not increase as in the related art, and the reverse surge voltage applied to the free-wheeling diode decreases. For this reason, it is not necessary to increase the number of free-wheeling diodes connected in series when increasing the power supply voltage to increase the output, and the efficiency decreases when increasing the power supply voltage and increasing the output. There is no.
【0008】以上において、前記フリーホイリングダイ
オードおよび前記整流回路を相互に接続するケーブルが
前記保護用直流リアクトルとなっていることが望まし
い。ここで、フリーホイリングダイオードは、通常、整
流回路の各素子を固定するとともに、これらの素子を電
気的に接続するブスバー(母線)に接続されるが、ブス
バーは、インダクタンスが小さい。そこで、上述のよう
に、フリーホイリングダイオードおよび整流回路との接
続に、適宜な長さのケーブルを用いれば、フリーホイリ
ングダイオードおよび整流回路との間に適当な大きさの
インダクタンスが形成され、このケーブルがリアクトル
となって、逆回復電流を抑制し、フリーホイリングダイ
オードに加わる逆方向のサージ電圧が小さくなる。In the above, it is desirable that the cable connecting the free wheeling diode and the rectifier circuit be the protective DC reactor. Here, the free-wheeling diode usually fixes each element of the rectifier circuit and is connected to a bus bar (bus) that electrically connects these elements. The bus bar has a small inductance. Therefore, as described above, if a cable of an appropriate length is used for connection with the free-wheeling diode and the rectifier circuit, an appropriate-sized inductance is formed between the free-wheeling diode and the rectifier circuit, This cable acts as a reactor to suppress the reverse recovery current and reduce the reverse surge voltage applied to the free-wheeling diode.
【0009】また、その出力側には、誘導加熱を行うた
めの高周波電力を発生するインバータ装置が接続されて
いることが好ましい。このような高周波電力を発生する
インバータ装置への電力をきめ細かに調節するには、コ
ンバータ側の自己消弧素子を高速でスイッチングさせる
必要がある。自己消弧素子を高速でスイッチングさせる
と、フリーホイリングダイオードに加わる逆方向のサー
ジ電圧も高くなる傾向にある。このような高周波電力を
発生するインバータ装置に直流電力を供給するコンバー
タに本発明を適用すれば、保護用直流リアクトルが逆回
復電流を抑制するので、フリーホイリングダイオードに
加わる逆方向のサージ電圧が小さくなり、コンバータの
高出力化が図れ、誘導加熱用の高周波電力を発生するイ
ンバータ装置も高出力化が図れるようになる。It is preferable that an inverter for generating high-frequency power for performing induction heating is connected to the output side. In order to finely adjust the power to the inverter device that generates such high-frequency power, it is necessary to switch the self-extinguishing element on the converter side at high speed. When the self-extinguishing element is switched at high speed, the reverse surge voltage applied to the free-wheeling diode tends to increase. If the present invention is applied to a converter that supplies DC power to an inverter device that generates such high-frequency power, the protective DC reactor suppresses the reverse recovery current, so that the reverse surge voltage applied to the free-wheeling diode is reduced. As a result, the output of the converter can be increased, and the output of the inverter device that generates high-frequency power for induction heating can be increased.
【0010】さらに、自己消弧素子は、IGBT(Insulated
Gate Bipolar mode Transistor)、MOSFET(MOS型電界効
果トランジスタ)およびGTO(Gate Turn Off Thyristo
r)のいずれかの高速スイッチング素子であることが望
ましい。このような高速スイッチング素子で整流回路を
形成すれば、負荷へ出力すべき電力に応じて自己消弧素
子の導通時間を細かく調節することができ、きめの細か
いパルス幅制御回路が可能となる。これにより、負荷に
とって常に最適な電力量が当該負荷に供給されるように
なる。Further, the self-extinguishing element is an IGBT (Insulated
Gate Bipolar mode Transistor, MOSFET (MOS field effect transistor) and GTO (Gate Turn Off Thyristo)
It is desirable to use any one of the high-speed switching elements of r). If a rectifier circuit is formed by such a high-speed switching element, the conduction time of the self-extinguishing element can be finely adjusted in accordance with the power to be output to the load, and a fine-grained pulse width control circuit becomes possible. Thereby, the optimal amount of power for the load is always supplied to the load.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態を図
面に基づいて説明する。図1には、本発明の実施形態に
係るコンバータ1が示されている。このコンバータ1
は、三相交流電源2から供給される三相交流電力を直流
電力に変換する電流型コンバータである。コンバータ1
の出力は、直流電力を交流電力に変換するインバータ装
置3に接続されている。これにより、コンバータ1が変
換した直流電力は、インバータ装置3で誘導加熱に必要
な高周波電力に変換されるようになっている。コンバー
タ1には、主要素子として複数の自己消弧素子4を有す
るとともに、これらの自己消弧素子4で交流電力を整流
するブリッジ方式の整流回路10と、この整流回路10から
出力されるとともに、パルス状に断続する電流を平滑し
て直流電流にする直流リアクトル20と、出力すべき電力
に応じて自己消弧素子4の導通時間を制御するパルス幅
制御回路30とが設けられている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a converter 1 according to an embodiment of the present invention. This converter 1
Is a current-type converter that converts three-phase AC power supplied from the three-phase AC power supply 2 into DC power. Converter 1
Is connected to an inverter device 3 that converts DC power into AC power. Thus, the DC power converted by the converter 1 is converted by the inverter device 3 into high-frequency power required for induction heating. The converter 1 has a plurality of self-extinguishing elements 4 as main elements, a bridge-type rectifying circuit 10 for rectifying AC power with these self-extinguishing elements 4, and an output from the rectifying circuit 10. There are provided a DC reactor 20 for smoothing a pulse-shaped intermittent current to make it a DC current, and a pulse width control circuit 30 for controlling the conduction time of the self-extinguishing element 4 according to the power to be output.
【0012】交流電源から供給される三相交流を直流に
整流するために、整流回路10の一次側のU相、V相およ
びW相の各々と、二次側の正極との間には、正極用自己
消弧素子4U+,4V+,4W+がそれぞれ設けられ、一次側の
U相、V相およびW相と二次側の負極との間に、負極用
自己消弧素子4U−,4V−,4W−がそれぞれ設けられてい
る。また、これらの自己消弧素子4をサージ電圧から保
護するために、各自己消弧素子4には、ブロッキングダ
イオード5が直列に接続されている。これらの自己消弧
素子4およびブロッキングダイオード5の接続および固
定は、当該整流回路10の導電路を形成するブスバー11に
より行われている。ここで、整流回路10の自己消弧素子
4としては、高速スイッチング素子である電力制御用の
IGBTが採用されている。In order to rectify the three-phase alternating current supplied from the AC power supply into direct current, between each of the U-phase, V-phase and W-phase on the primary side of the rectifier circuit 10 and the positive electrode on the secondary side, Positive electrode self-extinguishing elements 4U +, 4V +, 4W + are provided, respectively, and between the primary U-phase, V-phase, and W-phase and the secondary negative electrode, self-extinguishing elements 4U-, 4V-, 4W- are provided. In order to protect these self-extinguishing elements 4 from surge voltage, a blocking diode 5 is connected to each self-extinguishing element 4 in series. The connection and fixation of the self-extinguishing element 4 and the blocking diode 5 are performed by a bus bar 11 forming a conductive path of the rectifier circuit 10. Here, as the self-extinguishing element 4 of the rectifier circuit 10, an IGBT for power control, which is a high-speed switching element, is employed.
【0013】また、整流回路10の正極出力および負極出
力の間には、フリーホイリングダイオード6が接続され
ている。整流回路10およびフリーホイリングダイオード
6との接続には、ブスバー11よりもインダクタンスの大
きいケーブル7が用いられている。このケーブル7は、
フリーホイリングダイオード6をサージ電圧から保護す
るための保護用直流リアクトルとなっている。さらに、
整流回路10の交流入力部分には、自己消弧素子4のスイ
ッチング動作の際に発生する過電圧を吸収するコンデン
サ8と、自己消弧素子4のスイッチング動作の際に発生
する高周波電流、すなわち、キャリア波の高周波成分電
流の交流電源側への逆流を阻止する交流リアクトル9と
が接続されている。A free wheeling diode 6 is connected between the positive output and the negative output of the rectifier circuit 10. For connection to the rectifier circuit 10 and the free-wheeling diode 6, a cable 7 having a larger inductance than the bus bar 11 is used. This cable 7
It is a protective DC reactor for protecting the free wheeling diode 6 from surge voltage. further,
The AC input portion of the rectifier circuit 10 includes a capacitor 8 that absorbs an overvoltage generated during the switching operation of the self-extinguishing element 4, and a high-frequency current generated during the switching operation of the self-extinguishing element 4, ie, a carrier. An AC reactor 9 for preventing the high-frequency component current of the wave from flowing back to the AC power supply side is connected.
【0014】パルス幅制御回路30は、自己消弧素子4を
断続的に点弧するとともに、整流回路10から出力される
直流電圧パルスの幅を、出力すべき電力に応じて調節す
るパルス幅制御を行う制御手段である。パルス幅制御回
路30のパルス幅制御は、入力される三相交流電圧と、整
流回路10から出力される直流電圧とを検出・監視し、イ
ンバータ装置3への直流電圧が一定の値となるように、
整流回路10から出力される直流電圧パルスの幅を拡張す
る方式のものである。これにより、インバータ装置3の
消費電力が増大したために、コンバータ1の出力電流が
増え、その内部抵抗による電圧降下が大きくなり、イン
バータ装置3への出力電圧が低下しようとすると、直流
電圧パルスの幅が拡張され、当該出力電圧の低下が抑制
され、インバータ装置3へ供給される電力が増大するよ
うになっている。The pulse width control circuit 30 intermittently fires the self-extinguishing element 4 and adjusts the width of the DC voltage pulse output from the rectifier circuit 10 according to the power to be output. Control means for performing the following. The pulse width control of the pulse width control circuit 30 detects and monitors the input three-phase AC voltage and the DC voltage output from the rectifier circuit 10 so that the DC voltage to the inverter device 3 has a constant value. To
This is a method of expanding the width of the DC voltage pulse output from the rectifier circuit 10. As a result, the power consumption of the inverter device 3 increases, the output current of the converter 1 increases, the voltage drop due to the internal resistance increases, and when the output voltage to the inverter device 3 is about to decrease, the width of the DC voltage pulse is increased. Is extended, the decrease in the output voltage is suppressed, and the power supplied to the inverter device 3 is increased.
【0015】このパルス幅制御には、後述する整流モー
ドと閉回路モードとが設定されている。換言すれば、パ
ルス幅制御回路30は、整流モードおよび閉回路モードが
交互に繰り返されるように、自己消弧素子4のゲートに
与えるパルス状の制御信号であるキャリア波を発生し、
このキャリア波で自己消弧素子4を適宜点弧するものと
なっている。In this pulse width control, a rectification mode and a closed circuit mode described later are set. In other words, the pulse width control circuit 30 generates a carrier wave that is a pulse-like control signal to be applied to the gate of the self-extinguishing element 4 so that the rectification mode and the closed circuit mode are alternately repeated.
The self-extinguishing element 4 is appropriately fired by this carrier wave.
【0016】次に、本実施形態のコンバータ1の動作に
ついて説明する。ここで、交流電源2の出力電圧は、図
2に示されるように、位相が互いに120°ずつずれた
三相交流となっている。この三相出力電圧は、一周期T
を六等分した期間T1〜T6に注目すると、期間T1〜T6の各
々では、二つの相が同じ極性となり、残りの相が逆の極
性となっている。このため、逆極性となる一の相を基準
として、二つの相の各々について整流すれば、直流電力
が得られることが判る。また、期間T1,T3,T5における各
波形は、互いに同形状であり、期間T2,T4,T6における各
波形は、期間T1,T3,T5の各波形と正負が逆となっている
だけである。このため、期間T1におけるコンバータ1の
動作について説明し、期間T2〜T6における動作について
は、期間T1における動作と同様となるため説明を省略す
る。なお、期間T1,T3,T5の各波形は、互いに同形状であ
り、期間T2,T4,T6の各波形は、期間T1,T3,T5の各波形と
正負が逆ではあるが、やはり同形状であるので、ここで
は、期間T4における動作を説明し、期間T1〜T3,T5,T6
における動作については、期間T4と同様となるため説明
を省略する。Next, the operation of the converter 1 of the present embodiment will be described. Here, as shown in FIG. 2, the output voltage of the AC power supply 2 is a three-phase AC whose phases are shifted from each other by 120 °. This three-phase output voltage is one cycle T
When attention is paid to the periods T1 to T6 obtained by dividing into six equal parts, in each of the periods T1 to T6, the two phases have the same polarity and the remaining phases have the opposite polarities. Therefore, it can be understood that DC power can be obtained by rectifying each of the two phases with reference to one phase having the opposite polarity. Further, the waveforms in the periods T1, T3, and T5 have the same shape as each other, and the waveforms in the periods T2, T4, and T6 are only opposite in polarity to the waveforms of the periods T1, T3, and T5. . Therefore, the operation of converter 1 in period T1 will be described, and the operation in periods T2 to T6 will be the same as the operation in period T1, and a description thereof will be omitted. Note that the waveforms in the periods T1, T3, and T5 have the same shape as each other, and the waveforms in the periods T2, T4, and T6 have the same shape as the waveforms in the periods T1, T3, and T5, although they have opposite signs. Therefore, here, the operation in the period T4 will be described, and the periods T1 to T3, T5, T6
The operation in is the same as in the period T4, and thus the description is omitted.
【0017】コンバータ1に、図2に示されるように、
正弦波状に変化する三相交流電圧が加えられているとす
る。すると、期間T4では、V相の正極側の自己消弧素子
4V+が、当該期間T4の開始から完了までの間、導通状態
を維持する。この状態で、V相の負極側の自己消弧素子
4V−が導通されると、図3(A)に示されるように、整
流回路10およびインバータ装置3、ならびに、フリーホ
イリングダイオード6およびインバータ装置3が閉回路
を形成し、この閉回路に直流リアクトル20の誘導電流が
循環し、これにより、閉回路モードが行われる。ここ
で、インバータ装置3に流れる電流i4は、コンバータ1
側では、整流回路10に流れる電流i5およびフリーホイリ
ングダイオード6に流れる電流i6の二つに分流してい
る。As shown in FIG. 2, the converter 1
It is assumed that a three-phase AC voltage that changes in a sine wave shape is applied. Then, in the period T4, the self-extinguishing element on the V-phase positive electrode side
4V + maintains a conductive state from the start to the end of the period T4. In this state, the self-extinguishing element on the negative side of the V phase
When 4V- is conducted, as shown in FIG. 3A, the rectifier circuit 10 and the inverter device 3, and the free wheeling diode 6 and the inverter device 3 form a closed circuit, and the closed circuit has a direct current. The induction current of the reactor 20 circulates, whereby the closed circuit mode is performed. Here, the current i4 flowing through the inverter device 3 is
On the side, a current i5 flowing through the rectifier circuit 10 and a current i6 flowing through the freewheeling diode 6 are divided.
【0018】次に、U相の負極側の自己消弧素子4U−が
導通されると、図3(B)に示されるように、整流回路
10の自己消弧素子4V+および自己消弧素子4U−で整流さ
れた電流が直流リアクトル20を介してインバータ装置3
に流れ、これにより、第1整流モードが行われる。この
際、三相交流のV相の電圧は正となり、U相の電圧は負
となっているので、電流は、V相からU相へ流れる。続
いて、W相の負極側の自己消弧素子4W−が導通される
と、図3(C)に示されるように、整流回路10の自己消
弧素子4V+および自己消弧素子4W−で整流された電流が
直流リアクトル20を介してインバータ装置3に流れ、こ
れにより、第2整流モードが行われる。この際、三相交
流のV相の電圧は正となり、W相の電圧は負となってい
るので、電流は、V相からW相へ流れる。このような閉
回路モード、第1整流モードおよび第2整流モードは、
期間T4が終わるまで、交互に複数回繰り返される。Next, when the self-extinguishing element 4U- on the negative side of the U-phase is turned on, as shown in FIG.
The current rectified by the ten self-arc-extinguishing elements 4V + and the self-arc-extinguishing element 4U− is supplied to the inverter device 3 via the DC reactor 20.
, Whereby the first rectification mode is performed. At this time, the voltage of the V-phase of the three-phase AC is positive and the voltage of the U-phase is negative, so that the current flows from the V-phase to the U-phase. Subsequently, when the self-extinguishing element 4W− on the negative side of the W phase is turned on, the self-extinguishing element 4V + and the self-extinguishing element 4W− of the rectifier circuit 10 rectify as shown in FIG. The supplied current flows through the DC reactor 20 to the inverter device 3, whereby the second rectification mode is performed. At this time, the voltage of the V-phase of the three-phase AC is positive and the voltage of the W-phase is negative, so that the current flows from the V-phase to the W-phase. Such a closed circuit mode, the first rectification mode, and the second rectification mode include:
Until the period T4 ends, it is repeated alternately a plurality of times.
【0019】以上のようなコンバータ1の動作におい
て、フリーホイリングダイオード6に順方向の電流i6が
流れる閉回路モードから、フリーホイリングダイオード
6が逆阻止状態となる整流モードに移行する。すると、
整流モードに移行した瞬間に、フリーホイリングダイオ
ード6に逆回復電流i3が瞬間的に流れるが、この逆回復
電流i3は、保護用直流リアクトルであるケーブル7に抑
制されるので、瞬時に大きな電流とはならない。これに
より、フリーホイリングダイオードに流れている電流の
向きが瞬時に逆方向に転じても、電流の時間的変化分で
あるdI/dtが抑制され、フリーホイリングダイオード58
に大きな逆方向のサージ電圧が加わることがない。しか
も、閉回路モード時にインバータ装置3に流れる電流i4
が、整流回路10側の電流i5と、フリーホイリングダイオ
ード6側の電流i6とに分流され、閉回路モード時にフリ
ーホイリングダイオード6に流れる電流値が小さくなる
ので、この点からも、電流の時間的変化分であるdI/dt
が抑制される。In the operation of the converter 1 as described above, the mode shifts from the closed circuit mode in which the forward current i6 flows through the freewheeling diode 6 to the rectification mode in which the freewheeling diode 6 is in the reverse blocking state. Then
At the moment of the transition to the rectification mode, a reverse recovery current i3 flows instantaneously through the free-wheeling diode 6, but this reverse recovery current i3 is suppressed by the cable 7, which is a protective DC reactor. Does not. As a result, even if the direction of the current flowing through the free-wheeling diode is instantaneously changed to the opposite direction, dI / dt, which is a temporal change of the current, is suppressed, and the free-wheeling diode 58
No large reverse surge voltage is applied to the motor. Moreover, the current i4 flowing through the inverter device 3 in the closed circuit mode
Is divided into a current i5 on the rectifier circuit 10 side and a current i6 on the freewheeling diode 6 side, and the current value flowing through the freewheeling diode 6 in the closed circuit mode is reduced. DI / dt which is a temporal change
Is suppressed.
【0020】前述のような本実施形態によれば、次のよ
うな効果が得られる。すなわち、整流モードに移行した
瞬間に、フリーホイリングダイオード6に瞬間的に流れ
る逆回復電流i3を、保護用直流リアクトルであるケーブ
ル7で抑制したので、フリーホイリングダイオードに流
れている電流の向きが瞬時に逆方向に転じても、電流の
時間的変化分であるdI/dtが抑制され、フリーホイリン
グダイオード58に大きな逆方向のサージ電圧が加わるこ
とがない。このため、高出力化のために電源電圧を上昇
させても、直列接続されるフリーホイリングダイオード
6の数を増やす必要がなく、効率を低下させることな
く、コンバータ1の高出力化を図ることができる。According to the above-described embodiment, the following effects can be obtained. That is, at the moment of transition to the rectification mode, the reverse recovery current i3 flowing instantaneously through the free wheeling diode 6 is suppressed by the cable 7 which is a protection DC reactor. Instantaneously turns in the reverse direction, dI / dt, which is a temporal change of the current, is suppressed, and a large reverse surge voltage is not applied to the free-wheeling diode 58. For this reason, even if the power supply voltage is increased to increase the output, it is not necessary to increase the number of free-wheeling diodes 6 connected in series, and the output of the converter 1 can be increased without lowering the efficiency. Can be.
【0021】しかも、閉回路モード時にインバータ装置
3に流れる電流i4を、整流回路10側の電流i5と、フリー
ホイリングダイオード6側の電流i6とに分流し、閉回路
モード時にフリーホイリングダイオード6に流れる電流
値を小さくしたので、電流の時間的変化分であるdI/dt
が抑制され、この点からも、フリーホイリングダイオー
ド58に大きな逆方向のサージ電圧が加わることがなくな
り、効率を低下させることなく、コンバータ1の高出力
化を図ることができる。In addition, the current i4 flowing through the inverter device 3 in the closed circuit mode is divided into the current i5 on the rectifier circuit 10 side and the current i6 on the free wheeling diode 6 side. DI / dt, which is the temporal change of the current,
From this point, a large reverse surge voltage is not applied to the free-wheeling diode 58, and the output of the converter 1 can be increased without lowering the efficiency.
【0022】また、フリーホイリングダイオード6およ
び整流回路10を相互に接続するケーブル7を保護用直流
リアクトルとし、このケーブル7でフリーホイリングダ
イオード6をサージ電圧から保護するようにしたので、
保護用直流リアクトルを有していない通常のコンバータ
を容易に改造することができる。The cable 7 for connecting the free wheeling diode 6 and the rectifier circuit 10 to each other is a protective DC reactor, and the cable 7 protects the free wheeling diode 6 from surge voltage.
An ordinary converter having no protective DC reactor can be easily modified.
【0023】そして、コンバータ1の出力側に、誘導加
熱を行うための高周波電力を発生するインバータ装置3
を接続し、インバータ装置3への電力をきめ細かに調節
するために、コンバータ1側の自己消弧素子4を高速で
スイッチングしても、保護用直流リアクトルであるケー
ブル7が逆回復電流を抑制するので、フリーホイリング
ダイオード6に加わる逆方向のサージ電圧が小さくな
り、コンバータ1の高出力化が図れ、誘導加熱用の高周
波電力を発生するインバータ装置3も高出力化を図るこ
とができる。An inverter 3 for generating high-frequency power for performing induction heating is provided on the output side of the converter 1.
In order to finely adjust the power to the inverter device 3 even when the self-extinguishing element 4 on the converter 1 side is switched at a high speed, the cable 7 serving as the protection DC reactor suppresses the reverse recovery current. Therefore, the surge voltage in the reverse direction applied to the free-wheeling diode 6 is reduced, the output of the converter 1 can be increased, and the output of the inverter device 3 that generates high-frequency power for induction heating can be increased.
【0024】さらに、自己消弧素子4として、IGBT
を採用したので、インバータ装置3へ出力すべき電力に
応じて自己消弧素子4の導通時間を細かく調節すること
ができ、きめの細かいパルス幅制御が可能となり、イン
バータ装置3にとって常に最適な電力量を当該インバー
タ装置3に供給することができる。Further, as the self-extinguishing element 4, an IGBT
Is adopted, the conduction time of the self-extinguishing element 4 can be finely adjusted in accordance with the power to be output to the inverter device 3, fine pulse width control becomes possible, and the optimum power for the inverter device 3 is always obtained. The quantity can be supplied to the inverter device 3.
【0025】以上、本発明について好適な実施形態を挙
げて説明したが、本発明は、この実施形態に限られるも
のでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々
の改良並びに設計の変更が可能である。例えば、自己消
弧素子としては、IGBTに限らず、MOSFETおよ
びGTOのいずれでもよく、要するに、高速スイッチン
グ可能であり、かつ、導通時の直流抵抗値が小さい素子
であればよい。また、保護用直流リアクトルとしては、
ケーブルに限らず、コイル状に形成されたリアクトルで
もよく、保護用直流リアクトルの具体的な構成は、実施
にあたり適宜設定すればよい。Although the present invention has been described with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, and various improvements and design changes may be made without departing from the spirit of the present invention. It is possible. For example, the self-extinguishing element is not limited to the IGBT but may be any of a MOSFET and a GTO. In short, any element that can perform high-speed switching and has a small DC resistance value during conduction may be used. In addition, as a DC reactor for protection,
Not only the cable but also a coil-shaped reactor may be used, and a specific configuration of the protection DC reactor may be appropriately set in practice.
【0026】さらに、コンバータとしては、三相交流を
整流するものに限らず、単相交流を整流するものでもよ
い。また、コンバータとしては、出力インピーダンスが
比較的大きい電流型のものに限らず、出力インピーダン
スが比較的小さい電圧型コンバータでもよい。Further, the converter is not limited to a converter that rectifies a three-phase AC, but may be a converter that rectifies a single-phase AC. Further, the converter is not limited to a current type converter having a relatively large output impedance, but may be a voltage type converter having a relatively small output impedance.
【0027】[0027]
【発明の効果】上述のように本発明によれば、効率を低
下させずに、コンバータの高出力化を図ることができ
る。As described above, according to the present invention, it is possible to increase the output of the converter without lowering the efficiency.
【図1】本発明の実施の一形態に係るコンバータを示す
回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing a converter according to an embodiment of the present invention.
【図2】前記実施形態のコンバータの入力電圧波形を示
す図である。FIG. 2 is a diagram showing an input voltage waveform of the converter of the embodiment.
【図3】前記実施形態の動作を説明するための図であ
る。FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the embodiment.
【図4】従来例を示す図1に相当する図である。FIG. 4 is a diagram corresponding to FIG. 1 showing a conventional example.
1 コンバータ 2 三相交流電源 3 インバータ装置 4 自己消弧素子 5 ブロッキングダイオード 6 フリーホイリングダイオード 7 ケーブル 10 整流回路 20 直流リアクトル 30 パルス幅制御回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Converter 2 Three-phase AC power supply 3 Inverter device 4 Self-extinguishing element 5 Blocking diode 6 Free-wheeling diode 7 Cable 10 Rectifier circuit 20 DC reactor 30 Pulse width control circuit
フロントページの続き (72)発明者 加納 聡 神奈川県平塚市田村5893 高周波熱錬株式 会社内 Fターム(参考) 5H006 AA05 CA01 CB01 DB01 DC05Continuation of the front page (72) Inventor Satoshi Kano 5983 Tamura, Hiratsuka-shi, Kanagawa F-term smelting company F-term (reference) 5H006 AA05 CA01 CB01 DB01 DC05
Claims (4)
もに交流電源からの交流電力を整流するブリッジ方式の
整流回路と、この整流回路から出力されるパルス状に断
続する電流を平滑して直流電流にする直流リアクトル
と、出力すべき電力に応じて前記自己消弧素子の導通時
間を制御するパルス幅制御回路と、前記整流回路の出力
の間に接続されたフリーホイリングダイオードとを備え
たパルス幅変調制御式コンバータであって、 前記整流回路と前記フリーホイリングダイオードとの間
に、前記フリーホイリングダイオードをサージ電圧から
保護するための保護用直流リアクトルが接続されている
ことを特徴とするパルス幅変調制御式コンバータ。1. A bridge type rectifier circuit having a self-extinguishing element as a main element and rectifying AC power from an AC power supply, and a DC current smoothing a pulse-like intermittent current output from the rectifier circuit. A pulse width control circuit that controls the conduction time of the self-arc-extinguishing element according to the power to be output, and a free-wheeling diode connected between the outputs of the rectifier circuit. A width modulation control type converter, wherein a protection DC reactor for protecting the free wheeling diode from a surge voltage is connected between the rectifier circuit and the free wheeling diode. Pulse width modulation control converter.
バータにおいて、前記フリーホイリングダイオードおよ
び前記整流回路を相互に接続するケーブルが前記保護用
直流リアクトルとなっていることを特徴とするパルス幅
変調制御式コンバータ。2. The pulse width modulation control type converter according to claim 1, wherein a cable connecting the free-wheeling diode and the rectifier circuit to each other is the protective DC reactor. Width modulation control type converter.
変調制御式コンバータにおいて、その出力側には、誘導
加熱を行うための高周波電力を発生するインバータ装置
が接続されていることを特徴とするパルス幅変調制御式
コンバータ。3. The pulse width modulation control converter according to claim 1, wherein an inverter device for generating high frequency power for performing induction heating is connected to an output side of the converter. A pulse width modulation control converter.
のパルス幅変調制御式コンバータにおいて、前記自己消
弧素子は、IGBT、MOSFETおよびGTOのいず
れかの高速スイッチング素子であることを特徴とするパ
ルス幅変調制御式コンバータ。4. The pulse width modulation control converter according to claim 1, wherein said self-turn-off device is a high-speed switching device of any of IGBT, MOSFET and GTO. A pulse width modulation control converter.
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