JP2001238462A - 高周波化スイチング回路付き高圧多重インバータ装置 - Google Patents

高周波化スイチング回路付き高圧多重インバータ装置

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JP2001238462A
JP2001238462A JP2000052084A JP2000052084A JP2001238462A JP 2001238462 A JP2001238462 A JP 2001238462A JP 2000052084 A JP2000052084 A JP 2000052084A JP 2000052084 A JP2000052084 A JP 2000052084A JP 2001238462 A JP2001238462 A JP 2001238462A
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power
voltage
frequency
transformer
switching circuit
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Akira Mishima
彰 三島
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 トランスおよび平滑コンデンサーの容量を大
幅に小型化し、小型、大容量の高圧多重インバータ装置
を安価に提供することにある。 【解決手段】 電源5から供給された交流電力をトラン
ス3の一次側から供給し、かつ、トランスの二次側に出
力された交流電力を平滑するためのコンデンサーを含む
平滑回路を介して低電圧を出力する小容量インバータユ
ニット2を複数接続し、高電圧を出力する高圧多重イン
バータ装置において、電源5とトランス3の1次側の間
に平滑回路7とスイチング回路8を挿入し、電源5から
供給された商業周波数の交流電力を平滑回路7によって
直流電力に変換し、スイチング回路8によって商業周波
数より高い高周波数の交流電力に変換し、この高周波数
の交流電力をトランス3の一次側から入力する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、可変周波数の交流
電力を出力するインバータ装置に係り、特に、出力電圧
を高電圧化する高周波化スイチング回路付き高圧多重イ
ンバータ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、可変周波数の交流電力を出力
するためのインバータ装置において、出力電圧を高電圧
化する方法としては、例えば特開平7−288983号
公報において論じられている。これは、図7で示される
以下の構成をとる。すなわち、直流電源1に並列接続さ
れた小容量インバータユニット2の出力端をトランス3
の1次側に接続し、複数の小容量インバータユニット2
の交流小電力出力をまとめてトランス3の2次側から交
流大電力として出力し、モータ4を駆動する。このと
き、トランス3の一次側から入力され、小容量インバー
タ2によって作られた交流小電力の周波数を変更するこ
とにより、モータ4を可変速駆動する。しかし、この従
来技術では、小容量インバータユニット2から出力され
る交流電力が可変周波数であるため、モータ4の低速回
転時には、トランス3の1次側から入力される周波数が
低くなるため、大容量のトランスが必要であった。ま
た、第二の例として、図8に示す構成の高圧多重インバ
ータがあげられる。すなわち、商業周波数の交流電源5
から供給された交流電力をトランス3の一次側から入力
し、2次側に平滑コンデンサー6を介して接続された複
数の小容量インバータユニット2に供給する。小容量イ
ンバータユニット2の出力端を直列に接続することによ
り、小容量インバータユニット2によって作られた可変
周波数の交流小電力を一つにまとめ、モータ4を可変速
駆動する。しかし、この従来技術では、電源5の商業周
波数によりトランス3および平滑コンデンサー6の容量
が決まるため、小型化が困難であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、複
数の小型インバータを接続するためのトランスおよび平
滑コンデンサーが装置の価格および容積に対して占める
割合が非常に大きくなり、小型低価格化という点で限界
があった。
【0004】本発明の課題は、トランスおよび平滑コン
デンサーの容量を大幅に小型化し、小型、大容量の高圧
多重インバータ装置を安価に提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、商業周波数の交流電力を平滑回路によりいったん直
流電力に変換したのち、スイチング回路により高周波の
交流電力に変換し、トランスの1次側から入力される交
流電力の周波数を高くする周波数変換回路を電源とトラ
ンスの一次側に挿入する。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を用いて説明する。図1は、本発明の第1の実施形
態による高周波化スイチング回路付き高圧多重インバー
タ装置を示す。図1において、商業周波数の電源5とト
ランス3の1次側の間に平滑回路7とスイチング回路8
からなる周波数変換回路を挿入する。商業周波数の交流
電源5から供給された交流電力を平滑回路7によって直
流電力に変換し、スイチング回路8によって商業周波数
より高い高周波数の交流電力に変換する。この変換され
た高周波数の交流電力をトランス3の一次側から入力
し、2次側に接続された複数の小容量インバータユニッ
ト2に供給する。小容量インバータユニット2の出力端
を直列に接続し、小容量インバータユニット2によって
作られた可変周波数の交流小電力を一つにまとめて交流
大電力とし、モータ4を可変速駆動する。ここで、図8
の高圧多重インバータの回路構成例において、電源5の
商業交流の周波数が50Hzであったとする。このとき
トランス3のインダクタンスLとすると、トランス3の
2次側に出力される電圧EはLと周波数に比例する。 E∝L×50Hz 本実施形態は、図8の回路構成の電源5とトランス3の
1次側の間に平滑回路7とスイチング回路8を挿入する
ため、電源5の50Hzの交流電力は平滑回路7により
いったん直流電力に変換され、更にスイチング回路8に
より周波数ωの交流電力に変換される。このとき2次側
に出力される電圧Eは、 E∝L×ω となる。ωが電源5の周波数50Hzより高ければ、よ
り小さい容量のトランス3のLの値で図8の構成と同等
の電圧を得ることができる。また、小容量インバータ用
の平滑コンデンサー6に対して必要な容量も周波数ωに
比例するので、上記と同様の効果が得られる。
【0007】図2は、本発明の第2の実施形態を示す。
図2において、三相の商業交流電源5から供給される電
力をダイオード整流器9と一次側平滑コンデンサー10
からなる平滑回路7を使用して直流電力に変換する。こ
の一次側平滑コンデンサー10に蓄えられた直流電力を
ダブルエンデッド・フルブリッジ方式のスイッチング回
路8を用いて高周波数のパルス状の交流電力に変換し、
トランス3の一次側に入力する。トランス3の二次側に
は、ダイオード整流器11、平滑コンデンサー6、2層
2レベルインバータ12からなる小容量インバータユニ
ット2が複数接続される。これらの小容量インバータユ
ニット2はUVW層の三相を構成するための三つのグル
ープに分けられ、それぞれ直列に接続され、個々の小容
量インバータユニット2の出力電圧を重畳して大電圧の
三相交流を発生する。電圧一定PWM制御コントローラ
13は、ダブルエンデッド・フルブリッジ方式スイッチ
ング回路8をPWM制御し、その出力PWMパルス幅
は、小容量インバータユニット2用の平滑コンデンサー
6の電圧が負荷状態に拘らず一定となるように調整する
(図3a)。また、三相インバータ用PWM制御コント
ローラ14は、小容量インバータユニット2の出力パル
ス幅を調整し、全ユニットで負荷状態に応じた三相交流
を生成するようになっている(図3b)。このとき一次
側の電圧一定PWM制御コントローラ13と2次側の三
相インバータ用PWM制御コントローラ14は、基本的
には独立に制御される。
【0008】図4は、本発明の第3の実施形態を示す。
図4において、二相または三相の商業交流電源5から供
給される電力をダイオード整流器9で整流する。ダイオ
ード整流器9にダブルエンデッド・フルブリッジ方式の
スイッチング回路8を接続し、高周波数のパルス状の交
流電力に変換し、トランス3の一次側に入力する。トラ
ンス3の二次側には、ダイオード整流器11、平滑コン
デンサー6、更に昇降圧用リアクトル15を介して2層
2レベルインバータ12からなる小容量インバータユニ
ット2を複数接続する。これらの小容量インバータユニ
ット2はUVW層の三相を構成するための三つのグルー
プに分けられ、それぞれ直列に接続され、個々の小容量
インバータユニット2の出力電圧を重畳して大電圧の三
相交流を発生する。本実施形態は、図2の第2の実施形
態と異なり、平滑コンデンサー10を接続しない状態
で、ダブルエンデッド・フルブリッジ方式のスイッチン
グ回路8の制御を力率改善および高調波抑制PAM制御
コントローラ16で行うので、ダブルエンデッド・フル
ブリッジ方式のスイッチング回路8を力率改善、高調波
抑制のためのアクティブフィルタとしても利用できる。
更に、力率改善および高調波抑制PAM制御コントロー
ラ16と三相インバータ用PAM制御コントローラ17
は互いに協調し、小容量インバータユニット2の電圧出
力パルス幅および高さをPAM制御により調整し、全ユ
ニットで負荷状態に応じた三相交流を生成するようにな
っている(図5)。本実施形態によれば、トランス3お
よび二次側コンデンサー6の容量低減のみでなく、小容
量インバータユニット2のスイチング回数を、第2の実
施形態(PWM制御)の場合に比べ、大幅に削減するこ
とが可能となる。これにより、インバータ全体の変換効
率向上による省エネ効果や、二次側小型インバータユニ
ット2のスイチング素子の負担の軽減による製品寿命の
増大、出力の増加が実現できる。
【0009】図6は、本発明の第4の実施形態を示す。
図2に示す第2の実施形態において、商業交流電源5と
して電力系統の電圧3300Vまたは6600Vの電力
をそのまま使用しようとした場合、ダブルエンデッド・
フルブリッジ方式のスイッチング回路8のスイチング素
子として高い耐圧の素子を使用しなければならない。こ
れを避けるため、一次側平滑コンデンサー10を直列に
複数接続し、商業交流電源5の電圧を分圧した後、分圧
された直流電力をダブルエンデッド・フルブリッジ方式
のスイッチング回路8で高周波数化し、トランスの一次
側から入力する。本実施形態によれば、電力系統の電力
を降圧することなく、そのまま使用することが可能とな
り、工場内の電力配電の設備の低価格化が実現できる。
【0010】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
商業周波数の交流電力を平滑回路によりいったん直流電
力に変換したのち、スイチング回路により高周波の交流
電力に変換し、トランスの1次側から入力される交流電
力の周波数を高くするので、トランスおよび小容量イン
バータ用の平滑コンデンサーの大幅な小型化が可能とな
る。また、小型のトランスと複数の低電圧を出力する小
容量インバータを組み合わせることにより、小型で高性
能な高電圧インバータを容易に実現することが可能であ
り、技術的に困難で信頼性が低い高耐圧素子を利用せ
ず、高圧用インバータを安価に実現できる。ひいては、
大容量誘導モータの可変速運転を安価に実現し、産業機
器の省エネルギー化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態による高周波化スイチ
ング回路付き高圧多重インバータ装置
【図2】本発明の第2の実施形態
【図3】本発明の第2の実施形態における出力波形図
【図4】本発明の第3の実施形態
【図5】本発明の第3の実施形態における出力波形図
【図6】本発明の第4の実施形態
【図7】従来の高圧多重インバータ装置
【図8】従来の高圧多重インバータ装置
【符号の説明】
1…直流電源、2…小容量インバータユニット、3…ト
ランス、4…誘導モータ、5…商業交流電源、6…小容
量インバータ用の平滑コンデンサー、7…平滑回路、8
…スイチング回路、9…ダイオード整流器、10…一次
側平滑コンデンサー、11…小容量インバータ用のダイ
オード整流器、12…小容量インバータ用の2層2レベ
ルインバータ、13…電圧一定PWM制御コントロー
ラ、14…三相インバータ用PWM制御コントローラ、
15…昇降圧用リアクトル、16…力率改善および高調
波抑制PAM制御コントローラ、17…三相インバータ
用PAM制御コントローラ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電源から供給された交流電力をトランス
    の一次側に入力し、かつ、前記トランスの二次側に低電
    圧を出力する小容量インバータユニットを前記トランス
    を介して複数接続し、高電圧を出力する高圧多重インバ
    ータ装置において、前記トランスの一次側に周波数変換
    回路を挿入し、前記電源からの交流電力の周波数を高周
    波数に変換することを特徴とする高周波化スイチング回
    路付き高圧多重インバータ装置。
  2. 【請求項2】 電源から供給された交流電力をトランス
    の一次側から供給し、かつ、前記トランスの二次側に出
    力された交流電力を平滑するためのコンデンサーを含む
    平滑回路を介して低電圧を出力する小容量インバータユ
    ニットを複数接続し、高電圧を出力する高圧多重インバ
    ータ装置において、前記トランスの一次側に周波数変換
    回路を挿入し、前記電源からの交流電力の周波数を高周
    波数に変換することを特徴とする高周波化スイチング回
    路付き高圧多重インバータ装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または請求項2において、前記
    周波数変換回路は、前記電源から供給された交流電力を
    直流電力に変換する整流器と平滑コンデンサーからなる
    平滑回路を有し、前記平滑コンデンサーを直列に複数接
    続し、前記電源の電圧を分圧した後、分圧された直流電
    力を高周波数に変換することを特徴とする高周波化スイ
    チング回路付き高圧多重インバータ装置。
  4. 【請求項4】 請求項1から請求項3のいずれかにおい
    て、前記周波数変換回路の出力PWMパルス幅を低電圧
    を出力する小容量インバータユニットに設けた平滑コン
    デンサーの電圧が負荷状態に拘らず一定となるように調
    整する電圧一定PWM制御コントローラを有することを
    特徴とする高周波化スイチング回路付き高圧多重インバ
    ータ装置。
  5. 【請求項5】 請求項1または請求項2のいずれかにお
    いて、前記周波数変換回路の周波数を可変制御すること
    により、前記トランスの2次側に出力される電圧値を可
    変するPAM制御コントローラを有することを特徴とす
    る高周波化スイチング回路付き高圧多重インバータ装
    置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004064830A (ja) * 2002-07-25 2004-02-26 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置
JP2006238615A (ja) * 2005-02-25 2006-09-07 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置
JP2012044838A (ja) * 2010-08-23 2012-03-01 Sanken Electric Co Ltd インバータ回路

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