JP2006296110A - Unit inverter device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、複数台のインバータを並列運転するとき、その出力電流のバランスを維持することが可能なユニットインバータ装置に関する。 The present invention relates to a unit inverter device capable of maintaining a balance of output currents when a plurality of inverters are operated in parallel.
図3に従来の装置構成例を示す。図3において、101は直流電源、102A,102B,102Cはデッドタイム生成およびスイッチング素子のゲート駆動を行なう駆動回路、
103A,103B,103Cはインバータ主回路、104A〜106Cは電流検出器、107はPWM(パルス幅変調)波形発生回路、108は電流バランス回路をそれぞれ示している。
FIG. 3 shows a conventional apparatus configuration example. In FIG. 3, 101 is a DC power source, 102A, 102B, and 102C are drive circuits for generating dead time and driving the gates of the switching elements,
図3ではインバータを複数台並列接続した構成としているが、これは下記1)〜3)の目的を達成するためである。
1)電力容量が互いに異なる負荷に対応する際、インバータの並列数で容量を調整することにより、容量の異なるインバータの設計,製作を不要とする。
2)装置設置後の容量変更を容易にする。
3)メンテナンスや故障の際、対象となるインバータのみを停止させることで、電力供給を継続できるようにする。
FIG. 3 shows a configuration in which a plurality of inverters are connected in parallel, in order to achieve the following objects 1) to 3).
1) When dealing with loads having different power capacities, it is unnecessary to design and manufacture inverters having different capacities by adjusting the capacities by the number of parallel inverters.
2) Facilitates capacity change after installation.
3) In the event of maintenance or failure, the power supply can be continued by stopping only the target inverter.
このような装置では、共通の制御装置からのPWM信号により各インバータを駆動するが、インバータ内のスイッチング素子の特性のばらつき等により電流アンバランスが生じる。アンバランスがあると、インバータの台数分の容量を確保できないばかりか、はなはだしい場合は、或るインバータに電流が集中して過電流で停止→他のインバータの電流分担増加→別のインバータが過電流で停止→さらに電流分担増加という現象を起こし、装置全体の停止を招くおそれもある。 In such a device, each inverter is driven by a PWM signal from a common control device, but current imbalance occurs due to variations in characteristics of switching elements in the inverter. If there is an imbalance, not only the capacity for the number of inverters can be secured, but also in extreme cases, current concentrates in one inverter and stops at overcurrent → Increase in current sharing of other inverter → Another inverter overcurrent In this case, the phenomenon of stopping → further increasing the current sharing may occur, which may cause the entire apparatus to stop.
電流バランス制御回路108は、上記のような過電流による停止を防止するために設けられるもので、その具体的な構成例を図4に示す。これは例えば特許文献1に示されているもので、201は加算器、202は割算器、203〜205は偏差検出回路、206〜208は偏差制御アンプ、209はパルス幅調整回路である。
3台のインバータの各相電流IuA,IuB,IuCについて、201,202によってその平均値を算出し、203〜205によって各インバータの電流平均値との差を演算する。これを206〜208で増幅した後、209に入力する。
The current
The average values of the phase currents IuA, IuB, and IuC of the three inverters are calculated by 201 and 202, and the difference from the current average value of each inverter is calculated by 203 to 205. This is amplified by 206 to 208 and then input to 209.
回路209は、例えばインバータAの電流偏差が正の場合には、正の電圧を出力するパルス幅を短く、負の電圧を出力するパルス幅を長くするよう、インバータAに伝達するPWM信号を補正することにより、電流アンバランスを抑制する。図4はU相電流分のみ示したが、他のV相,W相についても同様に電流バランス制御回路を設けるものとする。
調整されたパルスに対し、さらに102A,102B,102Cにより、正側スイッチング素子,負側スイッチング素子の同時オンによる直流短絡を防止するためのオフ期間、いわゆるデッドタイムを付加している。
For example, when the current deviation of the inverter A is positive, the
Further, 102A, 102B, and 102C are added to the adjusted pulse, so-called dead time, that is, an off period for preventing a DC short-circuit due to simultaneous ON of the positive side switching element and the negative side switching element.
図3の方式では、次のような問題がある。
1)制御装置内部に、インバータ数に対応したバランス制御回路が必要であるが、インバータ数は最小1から容量によっては数十に及ぶこともあり得る。このため、制御装置の共通化が困難である。
2)バランス制御回路数を超えて、インバータを増設することができない。この場合は、制御装置を交換することが必要となる。
3)並列数が多い場合、各インバータから制御装置に接続される電流検出信号線の数が多くなる。インバータを多数並列する場合、信号線が多くなりすぎ、装置の大型化につながる。
The method shown in FIG. 3 has the following problems.
1) A balance control circuit corresponding to the number of inverters is required inside the control device, but the number of inverters may range from a minimum of 1 to several tens depending on the capacity. For this reason, it is difficult to share a control device.
2) The number of inverters cannot be increased beyond the number of balance control circuits. In this case, it is necessary to replace the control device.
3) When the parallel number is large, the number of current detection signal lines connected from each inverter to the control device increases. When a large number of inverters are arranged in parallel, the number of signal lines increases, leading to an increase in the size of the apparatus.
したがって、この発明の課題は、インバータ設置数に関係なく制御装置を共通化でき、設置数の変更等を容易にすることにある。 Accordingly, an object of the present invention is to make it possible to share a control device regardless of the number of inverters installed, and to easily change the number of installed devices.
このような課題を解決するため、この発明では、半導体スイッチング素子により構成される電圧形インバータユニットを複数台備え、各ユニットの交流出力部を並列接続し、共通の制御装置により各ユニット内の前記半導体スイッチング素子にスイッチング指令を与えるユニットインバータ装置において、
各ユニットの内部に、その交流出力電流を検出する電流検出器と、この電流検出器の出力に接続された抵抗と、この抵抗の両端電圧を検出する差電圧検出器とを設け、前記抵抗の一端を全てのユニットで共通接続して前記制御装置に導入するとともに、前記差電圧に応じた時間だけオン指令を遅らせて前記半導体スイッチング素子に伝達する可変オンディレイ回路を設けたことを特徴とする。
In order to solve such a problem, in the present invention, a plurality of voltage-type inverter units each including a semiconductor switching element are provided, the AC output units of each unit are connected in parallel, and the unit in each unit is connected by a common control device. In a unit inverter device that gives a switching command to a semiconductor switching element,
Each unit is provided with a current detector for detecting the AC output current, a resistor connected to the output of the current detector, and a differential voltage detector for detecting a voltage across the resistor. One end is commonly connected to all units and introduced into the control device, and a variable on-delay circuit for delaying an on command by a time corresponding to the differential voltage and transmitting the command to the semiconductor switching element is provided. .
この発明によれば、インバータの並列台数に関わらず制御回路を共通化できるようにする。また、台数の増設,削除等の変更を容易にする。 According to the present invention, a control circuit can be shared regardless of the number of inverters in parallel. In addition, it is easy to change the number of units added or deleted.
図1はこの発明の実施の形態を示す構成図である。
図1において、1は直流電源、2〜4はインバータユニット、5A〜10Aは半導体スイッチング素子、11A〜13Aは電流検出器、14A〜16Aは抵抗、17A〜19Aはスイッチ、20A〜22Aは差動増幅器、23A〜25Aは符号反転器、26A〜31Aは可変オンディレイ回路(単に、可変オンディレイとも言う)である。この可変オンディレイと半導体スイッチング素子との間には、図示されないゲート駆動回路が設けられる。32はインバータユニット2〜4に共通に設けられる制御装置である。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, 1 is a DC power source, 2 to 4 are inverter units, 5A to 10A are semiconductor switching elements, 11A to 13A are current detectors, 14A to 16A are resistors, 17A to 19A are switches, and 20A to 22A are differentials. Amplifiers, 23A to 25A are sign inverters, and 26A to 31A are variable on-delay circuits (also simply referred to as variable on-delays). A gate drive circuit (not shown) is provided between the variable on-delay and the semiconductor switching element. A
各相の交流電流は検出器11A〜13Aにて検出され、電流値に比例する電圧に変換される。これを抵抗14A〜16Aを介して、他のユニットの同一の電流検出線と、共通接続線にて接続する。共通接続線は各ユニットを渡るように配線するため、制御装置32に接続される数はユニット数が増えても増加しない。また、点線で示すように最初のユニットと最後のユニットを別の共通接続線で接続し、ループを作ることで接続を保ったまま任意のユニットを取り外すことができる。
The alternating current of each phase is detected by the
各ユニットの抵抗値を同じにし、共通接続線の電圧を検出する検出器に入力インピーダンスの充分大きいものを用いれば、共通接続線の電圧は各ユニット内電圧の平均値となる。図2にその原理を示す。検出器Dの入力インピーダンスZi=∞として、電圧V1〜Vnの平均値を得る例である。これにより、抵抗14A〜16Aの両端電圧は、ユニット各相電流の平均値に対する偏差に比例する値となるので、両端電圧を差動増幅器20A〜22Aで測定し、偏差信号として用いる。
If the resistance value of each unit is made the same, and a detector having a sufficiently large input impedance is used as a detector for detecting the voltage of the common connection line, the voltage of the common connection line becomes an average value of the voltage in each unit. FIG. 2 shows the principle. In this example, the average value of the voltages V1 to Vn is obtained with the input impedance Zi = ∞ of the detector D. As a result, the voltages at both ends of the
可変オンディレイ26A〜31Aは、入力される偏差信号が大きいほど、遅延時間を大きくする。正側半導体スイッチ5A〜7Aはオン時に交流出力端に正の電圧を発生させ、正方向に電流を増加させる。一方、負側半導体スイッチ8A〜10Aはオン時に交流出力端に負の電圧を発生させ、負方向に電流を増加させる。したがって、スイッチ5A〜7Aにつながるオンディレイ26A,28A,30Aには偏差信号をそのまま入力して、偏差が正のときに5A〜7Aのオンを遅らせ、正方向の電流を抑制する。また、スイッチ8A〜10Aにつながるオンディレイ27A,29A,31Aには符号反転器23A〜25Aを介して偏差信号を入力し、偏差が負のときに8A〜10Aのオンを遅らせ、負方向の電流を抑制する。
The variable on delays 26 </ b> A to 31 </ b> A increase the delay time as the input deviation signal increases. When the positive semiconductor switches 5A to 7A are turned on, a positive voltage is generated at the AC output terminal, and the current is increased in the positive direction. On the other hand, the negative-side semiconductor switches 8A to 10A generate a negative voltage at the AC output terminal when turned on, and increase the current in the negative direction. Therefore, the deviation signal is inputted as it is to the on
制御装置32に接続される交流電流検出信号線は、上述のように共通接続線(=電流平均値信号線)のみであり、ユニット電流の平均値に基いて制御を行なう。入力される電圧のレベルは、平均値が伝達されるのでユニット数が変わっても同じである。したがって、制御装置のハードウエアはユニット数に関わらず共通のものを使用できる。
The AC current detection signal line connected to the
スイッチ17A〜19Aはユニット内電流検出信号線の、共通接続線への接続/非接続を選択するものである。すなわち、故障やメンテナンス等で或るユニットを停止させる場合、これらのスイッチをオフすることで、そのユニットの電流検出値を平均値演算から除くことができる。また、スイッチに半導体スイッチ(アナログスイッチ等)を用い、制御装置よりオン/オフ指令を与えることで、インバータの運転/停止とスイッチのオン/オフを充分小さい時間差で行なうことができる。これにより、例えば他のユニットを運転したまま或るユニットを停止し、装置から取り外し、メンテナンス後に再度取り付けて再起動する作業等が可能となる。
The
制御装置32は、予め最低限確保すべきデッドタイム(固定デッドタイム)を含んだ信号を、各ユニットに与える。ユニット内のオンディレイでさらに遅延(可変デッドタイム)があるので、半導体スイッチ端でのデッドタイムは(固定デッドタイム+可変デッドタイム)となる。
なお、正側,負側半導体スイッチの同時オンによる直流電源短絡を避けるため、オフタイミングに対するディレイは設けないこととする。
The
It should be noted that no delay with respect to the off timing is provided in order to avoid a DC power supply short circuit due to simultaneous turn-on of the positive and negative semiconductor switches.
1…直流電源、2〜4…インバータユニット、5A〜10A…半導体スイッチング素子、11A〜13A…電流検出器、14A〜16A…抵抗、17A〜19A…スイッチ、20A〜22A…差動増幅器、23A〜25A…符号反転器、26A〜31A…可変オンディレイ回路、32…制御装置。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
各ユニットの内部に、その交流出力電流を検出する電流検出器と、この電流検出器の出力に接続された抵抗と、この抵抗の両端電圧を検出する差電圧検出器とを設け、前記抵抗の一端を全てのユニットで共通接続して前記制御装置に導入するとともに、前記差電圧に応じた時間だけオン指令を遅らせて前記半導体スイッチング素子に伝達する可変オンディレイ回路を設けたことを特徴とするユニットインバータ装置。 In a unit inverter device comprising a plurality of voltage source inverter units constituted by semiconductor switching elements, connecting AC output units of each unit in parallel, and giving a switching command to the semiconductor switching elements in each unit by a common control device,
Each unit is provided with a current detector for detecting the AC output current, a resistor connected to the output of the current detector, and a differential voltage detector for detecting a voltage across the resistor. One end is commonly connected to all units and introduced into the control device, and a variable on-delay circuit for delaying an on command by a time corresponding to the differential voltage and transmitting the command to the semiconductor switching element is provided. Unit inverter device.
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