JP2015111999A - Inverter circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インバータ回路に関する。 The present invention relates to an inverter circuit.
モータなどを制御するために用いられるインバータ回路は、ダイオードブリッジによって商用交流電圧を直流電圧に変換し、変換された直流電圧に残っている脈流を平滑コンデンサにより平滑化し、平滑化された直流電圧をインバータ部に入力して交流電圧とするように構成されている。 An inverter circuit used to control a motor or the like converts a commercial AC voltage into a DC voltage by a diode bridge, smoothes a pulsating current remaining in the converted DC voltage with a smoothing capacitor, and smoothes the DC voltage. Is input to the inverter unit to generate an AC voltage.
従来、モータなどに印加される交流電圧に残った脈流が、モータなどの制御に悪影響が出るのを防ぐため、インバータ部に入力される直流電圧に脈流の振幅がほとんど残っていない状態となるまで平滑化していた。このため、平滑コンデンサには、静電容量が大きく、体積が大きいものが用いられていた。 Conventionally, in order to prevent the pulsating flow remaining in the AC voltage applied to the motor or the like from adversely affecting the control of the motor or the like, there is almost no pulsating amplitude remaining in the DC voltage input to the inverter unit. It was smoothed until. For this reason, a smoothing capacitor having a large capacitance and a large volume has been used.
ところが、直流電圧に残っている脈流の振幅が大きくても、モータの制御に悪影響が出ないようにするスイッチング制御手法が開発され、平滑コンデンサの静電容量を従来ほど大きくしなくてもよくなっている。そこで、静電容量及び体積の大きい電解コンデンサから、静電容量及び体積の小さいセラミックコンデンサやフィルムコンデンサ等に置き換えることが行われている。 However, a switching control method has been developed that prevents the motor control from being adversely affected even if the amplitude of the pulsating current remaining in the DC voltage is large, and the capacitance of the smoothing capacitor does not have to be increased as much as in the past. It has become. Therefore, replacement of an electrolytic capacitor having a large capacitance and volume with a ceramic capacitor or a film capacitor having a small capacitance and volume has been performed.
特許文献1には、入力された三相交流電圧を直流電圧に整流するダイオードブリッジと、ダイオードブリッジにより変換された直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータ部と、ダイオードブリッジの一方の出力端と変換部の一方の入力端との間に接続されたインダクタLdcと、インバータ部の入力端間に接続されたコンデンサCdcとを有するLCフィルタと、インダクタLdcの両端電圧を検出する電圧検出部と、インバータ部を制御する制御部とを備え、制御部が、電圧検出部により検出されたインダクタLdcの両端電圧に基づいて、インバータ部の入出力電圧の伝達特性が一次遅れ系になるように、インバータ部を制御するインバータ装置が記載されている。
特許文献2には、ダイオード素子からなり商用周波数の交流系統の電圧を整流して直流母線に出力する整流回路、半導体スイッチング素子からなり前記直流母線の電圧を交流に変換して負荷に供給するインバータ、前記直流母線間に接続されたスイッチと抵抗器との直列体からなる電圧クランプ回路、および前記直流母線間に所定の過電圧を超える電圧が発生しないよう前記直流母線間の電圧が前記所定の過電圧に達したときまたはその恐れがあるとき平常時開路状態にある前記スイッチを閉路するスイッチ制御回路を備えた電力変換装置が記載されている。
特許文献3には、三相交流電源およびコンデンサに接続されるコンバータ回路の少なくとも2相の上下アームに設けられたスイッチング素子Trp、Ttp、Trn、Ttnのスイッチングと、開閉リレーの開閉とを制御する制御部は、コンバータ回路への通電開始後、突入電流を抑制可能となるまで、開閉リレーを閉状態とし、かつ、1相の前記上下アームが導通状態となり、かつ、残りの上下アームが非導通状態となるようにスイッチング素子Trp、Trn、Ttp、Ttnの各々のスイッチングを制御する電力変換回路が記載されている。
In
ところで、静電容量の小さい平滑コンデンサを用いた、いわゆるコンデンサレス(キャパシタレス)インバータ回路では、平滑コンデンサの静電容量が大きい場合には生じなかった問題が発生するようになった。すなわち、インバータ回路における直流電圧が印加される部分(DCリンク)に、過電圧又は過電流が発生するおそれが生じてきた。そして過電圧又は過電流により、インバータ回路が故障するおそれが生じてきた。
本発明の目的は、DCリンクにおける過電圧又は過電流の発生を抑制したインバータ回路を提供することにある。
By the way, in a so-called capacitor-less (capacitor-less) inverter circuit using a smoothing capacitor having a small electrostatic capacity, a problem that does not occur when the smoothing capacitor has a large electrostatic capacity has occurred. That is, overvoltage or overcurrent may occur in a portion (DC link) to which a DC voltage is applied in the inverter circuit. There has been a risk that the inverter circuit may fail due to overvoltage or overcurrent.
An object of the present invention is to provide an inverter circuit that suppresses occurrence of overvoltage or overcurrent in a DC link.
かかる目的のもと、本発明が適用されるインバータ回路は、入力された交流電圧を直流電圧に整流する整流部と、前記整流部から出力される直流電圧を平滑化する平滑化部と、を備える。また、インバータ回路は、負荷に接続され、前記平滑化部により平滑化された直流電圧を交流電圧に変換して当該負荷へ出力するインバータ部を備える。また、インバータ回路は、前記整流部と前記平滑化部との間に設けられ、前記平滑化部における直流電圧が印加されたDCリンクの過電圧又は過電流を抑制する抑制部を備える。 For this purpose, an inverter circuit to which the present invention is applied includes a rectifier that rectifies an input AC voltage into a DC voltage, and a smoothing unit that smoothes a DC voltage output from the rectifier. Prepare. The inverter circuit includes an inverter unit connected to a load and converting the DC voltage smoothed by the smoothing unit into an AC voltage and outputting the AC voltage to the load. The inverter circuit includes a suppressing unit that is provided between the rectifying unit and the smoothing unit and suppresses overvoltage or overcurrent of a DC link to which a DC voltage is applied in the smoothing unit.
このようなインバータ回路において、前記整流部は、一方の出力端子と、共通電位を設定する共通電位線に接続された他方の出力端子と、を備えることを特徴とすることができる。また、前記平滑化部は、一方の入力端子と、前記共通電位線に接続される他方の入力端子と、を備えることを特徴とすることができる。また、前記抑制部は、前記整流部の前記一方の出力端子と、前記平滑化部の前記一方の入力端子との間に設けられるDCリアクタと、当該DCリアクタと並列に設けられる抵抗とコンデンサとの直列回路と、を有することを特徴とすることができる。 In such an inverter circuit, the rectification unit may include one output terminal and the other output terminal connected to a common potential line for setting a common potential. The smoothing unit may include one input terminal and the other input terminal connected to the common potential line. The suppression unit includes a DC reactor provided between the one output terminal of the rectification unit and the one input terminal of the smoothing unit, and a resistor and a capacitor provided in parallel with the DC reactor. And a series circuit.
これにより、抑制部は、DCリアクタ、抵抗、コンデンサという受動部品で構成されているので、抑制部を廉価に構成することができる。
さらに、平滑部に小型で静電容量の小さいものを使用することで、インバータ回路を小型化することができる。
加えて、負荷によって発生された高調波電流を、抑制部に設けられたDCリアクタ及び抵抗とコンデンサとの直列回路によって抑制することができる。
Thereby, since the suppression part is comprised by passive components, such as a DC reactor, resistance, and a capacitor | condenser, a suppression part can be comprised cheaply.
Furthermore, the inverter circuit can be miniaturized by using a small smoothing portion with a small capacitance.
In addition, the harmonic current generated by the load can be suppressed by a DC reactor and a series circuit of a resistor and a capacitor provided in the suppression unit.
また、このようなインバータ回路において、前記平滑化部は、一方の入力端子と、共通電位線に接続された他方の入力端子と、を備えることを特徴とすることができる。また、前記抑制部は、前記平滑化部の前記一方の入力端子と前記共通電位線との間に設けられた、サージアブソーバと制御スイッチ素子との直列回路と、前記DCリンクの電圧が過電圧になった際に、当該過電圧を検知して、前記制御スイッチ素子をオンに設定する過電圧検出手段と、を有することを特徴とすることができる。 In such an inverter circuit, the smoothing unit may include one input terminal and the other input terminal connected to the common potential line. In addition, the suppression unit includes an overvoltage in a series circuit of a surge absorber and a control switch element provided between the one input terminal of the smoothing unit and the common potential line, and a voltage of the DC link. And an overvoltage detection means for detecting the overvoltage and setting the control switch element to ON.
これにより、インバータ回路が正常な状態のとき、抑制部による消費電力を削減することができる。 Thereby, when the inverter circuit is in a normal state, power consumption by the suppressing unit can be reduced.
また、サージアブソーバは、バリスタであることを特徴とすることができる。
これにより、瞬時電力の吸収が容易に行える。
The surge absorber may be a varistor.
Thereby, absorption of instantaneous electric power can be performed easily.
そして、前記抑制部におけるサージアブソーバであるバリスタは、放電開始電圧が、前記過電圧検出手段が過電圧として検出する前記DCリンクの電圧より、小さいことを特徴とすることができる。
これにより、過電圧が検出された際、過電圧の抑制が安定して行える。
And the varistor which is a surge absorber in the said suppression part can have a discharge start voltage smaller than the voltage of the said DC link which the said overvoltage detection means detects as an overvoltage.
Thereby, when an overvoltage is detected, the overvoltage can be stably suppressed.
そしてまた、このようなインバータ回路において、前記抑制部は、前記平滑化部に並列に接続された2つのコンデンサの直列回路と、前記入力された交流電圧の1相以外の他の相と前記整流部との間に設けられた第1のスイッチと、を備えることを特徴とすることができる。また、前記抑制部は、前記直列回路における前記2つのコンデンサの接続点と、前記入力された交流電圧の中性点に接続された、電流制限抵抗と第2のスイッチとの直列回路とを備えることを特徴とすることができる。 In such an inverter circuit, the suppression unit includes a series circuit of two capacitors connected in parallel to the smoothing unit, the other phase other than one phase of the input AC voltage, and the rectification. And a first switch provided between the first portion and the second portion. The suppression unit includes a connection point of the two capacitors in the series circuit, and a series circuit of a current limiting resistor and a second switch connected to a neutral point of the input AC voltage. Can be characterized.
これにより、第1のスイッチ及び第2のスイッチに入力される交流電圧の線間電圧より低い部品が使用できる。
加えて、負荷によって発生された高調波電流を、抑制部に設けられた2つのコンデンサの直流回路によって抑制することができる。
Thereby, components lower than the line voltage of the AC voltage input to the first switch and the second switch can be used.
In addition, the harmonic current generated by the load can be suppressed by the DC circuit of the two capacitors provided in the suppression unit.
さらにまた、前記抑制部は、前記平滑化部に並列に接続された2つのコンデンサの直列回路と、前記入力された交流電圧の相のうち、1相を除く他の相と前記整流部との間に設けられた第1のスイッチと、を備えることを特徴とすることができる。また、前記抑制部は、前記直列回路における前記2つのコンデンサの接続点と、前記第1のスイッチが設けられた交流電圧の1相とに接続された、電流制限抵抗と第2のスイッチとの直列回路とを備えることを特徴とすることができる。 Furthermore, the suppression unit includes a series circuit of two capacitors connected in parallel to the smoothing unit, and a phase other than one of the phases of the input AC voltage and the rectifying unit. And a first switch provided therebetween. Further, the suppression unit includes a current limiting resistor and a second switch connected to a connection point of the two capacitors in the series circuit and one phase of an AC voltage provided with the first switch. And a series circuit.
これにより、入力される交流電圧が三相3線式である場合にも適用できる。 Thereby, it is applicable also when the alternating voltage input is a three-phase three-wire system.
本発明によれば、DCリンクにおける過電圧又は過電流の発生を抑制したインバータ回路が提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the inverter circuit which suppressed generation | occurrence | production of the overvoltage or overcurrent in a DC link can be provided.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
まず、以下に示す複数の実施の形態に共通の事項を説明する。
本実施の形態で説明するインバータ回路は、例えばエアコンや冷蔵庫等の圧縮機に用いられるモータなどの負荷に電力を供給するために用いられる。すなわち、インバータ回路は、交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換(整流)し、その直流電圧を平滑化した後に、負荷を制御するのに適した交流電圧に変換する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
First, items common to the following embodiments will be described.
The inverter circuit described in this embodiment is used to supply power to a load such as a motor used in a compressor such as an air conditioner or a refrigerator. That is, the inverter circuit converts (rectifies) the AC voltage supplied from the AC power source into a DC voltage, smoothes the DC voltage, and then converts it to an AC voltage suitable for controlling the load.
図1は、本発明の実施の形態が適用されるインバータ回路100の一例を示す図である。
ここでは、交流電源は三相交流電源PSであるとし、モータなどの負荷も三相交流電圧で制御されるモータMであるとする。
インバータ回路100は、三相交流電源PSから供給される交流電圧を直流電圧に整流する整流部1と、整流部1から出力された直流電圧を平滑化する平滑化部2とを備える。また、インバータ回路100は、平滑化された直流電圧を三相交流電圧に変換して、モータMに供給するインバータ部3を備える。そして、インバータ回路100は、整流部1と平滑化部2との間に設けられた抑制部6を備える。抑制部6は、平滑化部2の直流電圧が印加されるDCリンク4における過電圧又は過電流の発生を抑制する。
FIG. 1 is a diagram showing an example of an
Here, the AC power supply is assumed to be a three-phase AC power supply PS, and the load such as a motor is assumed to be a motor M controlled by a three-phase AC voltage.
The
インバータ回路100において、整流部1、抑制部6、平滑化部2、インバータ部3の順に接続されている。すなわち、整流部1と抑制部6とは、端子P1、P2で接続されている。抑制部6と平滑化部2とは、端子P3、P4で接続されている。平滑化部2とインバータ部3とは、端子P5、P6で接続されている。後述するように、端子P2、P4、P6は、共通電位を供給する共通電位線5に接続されている。
ここで、端子P1は整流部1の一方の出力端子、端子P2は整流部1の他方の出力端子である。また、端子P3は平滑化部2の一方の入力端子、端子P4は平滑化部2の他方の入力端子である。
In the
Here, the terminal P1 is one output terminal of the rectifying
整流部1は、例えば6つの整流ダイオードDcから構成されるダイオードブリッジである。三相交流電源PSから供給される各相の交流電圧を直流電圧に整流するように、6つの整流ダイオードDcがブリッジ状に接続されている。
The rectifying
平滑化部2は、平滑コンデンサ(平滑キャパシタ)Csを備える。ここでは、静電容量及び体積が大きい電解コンデンサを用いず、静電容量及び体積が小さいセラミックコンデンサやフィルムコンデンサを用いている。インバータ回路100は、いわゆるコンデンサ(キャパシタ)レスである。
The smoothing
インバータ部3は、例えば6つのスイッチング回路を備える。各スイッチング回路は、スイッチング素子Stと、逆方向電流を流す帰還ダイオードDfとを備える。そして、インバータ部3は、各スイッチング回路におけるスイッチング素子Stのオン・オフの制御により、モータMに対して三相交流電圧を供給する。
インバータ部3は、平滑化部2から出力される直流電圧において、脈流の振幅が予め定められた値以上であっても、モータMに対してその脈流の影響が表れないように制御される。よって、平滑化部2から出力される直流電圧における脈流の振幅が大きくても、平滑化部2に電解コンデンサを用いた場合と同様なモータMの制御が実現できる。
なお、スイッチング素子Stには、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor))などを用いうる。
The
The
For example, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) can be used as the switching element St.
モータMは、例えばDCブラシレスモータである。なお、モータMは、他の三相交流モータであってもよい。
抑制部6については、後述する。以下の複数の実施の形態で説明する抑制部6は、それぞれを区別するため、抑制部6A、6Bなどと表記する。
The motor M is, for example, a DC brushless motor. The motor M may be another three-phase AC motor.
The suppressing
そして、平滑化部2における平滑コンデンサCsの一方の端子及び、この端子が接続された端子P2、P3の間など、直流電圧が印加される部分がDCリンク4である。なお、平滑コンデンサCsの他方の端子は、端子P2、P4、P6に接続された共通電位線5に接続されている。DCリンク4の電圧(DCリンク電圧)とは、共通電位線5の電位とDCリンク4の電位との差である。
The
[第1の実施の形態]
図2は、第1の実施の形態が適用されるインバータ回路100の一例を示す図である。
第1の実施の形態におけるインバータ回路100は、図1に示した抑制部6として抑制部6Aを備えている。抑制部6Aは、例えばモータMが緊急停止した際などに発生する誘導起電流によって、インバータ回路100が故障するのを抑制する。すなわち、モータMが緊急停止した際に発生する誘導起電流が、インバータ部3を構成する各スイッチング回路に流れる。これにより、DCリンク4の電圧が上昇する。この際、DCリンク4の電圧がスイッチング素子Stの破壊電圧以上の過電圧になると、スイッチング素子Stが破壊されるおそれがある。そこで、抑制部6Aは、モータMの緊急停止の際などに、DCリンク4が、過電圧となることを抑制する。
また、抑制部6Aは、電源電流における高調波電流成分を抑制する。
[First Embodiment]
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the
The
The suppressing
抑制部6Aは、DCリアクタLp、抵抗Rp、コンデンサCpを備える。DCリアクタLpは、端子P1と端子P3との間に接続されている。抵抗RpとコンデンサCpとは直列接続された直列回路であって、DCリアクタLpと並列接続されている。
The
例えば、平滑化部2における平滑コンデンサCsの静電容量は、1〜100μFが好ましく、ここでは40μFに設定されている。DCリアクタLpのインダクタンスは、1〜10mHが好ましく、ここでは2mHに設定されている。抵抗Rpの抵抗値は、5〜100Ωが好ましく、ここでは15Ωに設定されている。コンデンサCpの静電容量は、1〜100μFが好ましく、ここでは10μFに設定されている。
なお、抵抗Rpの抵抗値及びコンデンサCpの静電容量は、DCリンク4の電圧上昇が、スイッチング素子Stの破壊電圧を下回るように設定されればよい。
For example, the capacitance of the smoothing capacitor Cs in the
The resistance value of the resistor Rp and the capacitance of the capacitor Cp may be set so that the voltage increase of the
<DCリンク4の過電圧の抑制>
ここで、インバータ回路100における抑制部6Aにより、DCリンク4の過電圧が抑制されることを説明する。
図3は、第1の実施の形態が適用されないインバータ回路100を示す図である。
第1の実施の形態が適用されないインバータ回路100では、図2に示したインバータ回路100において、抑制部6Aの代わりにDCリアクタLdcを備えている。
なお、DCリアクタLdcのインダクタンスは2mHに設定されている。
他の構成は、図2に示したインバータ回路100と同様であるので、同じ符号を付して、説明を省略する。
<Suppression of overvoltage of
Here, it will be described that the overvoltage of the
FIG. 3 is a diagram illustrating an
In the
The inductance of the DC reactor Ldc is set to 2 mH.
Since the other configuration is the same as that of the
図4は、図2に示す第1の実施の形態が適用されるインバータ回路100と、図3に示す第1の実施の形態が適用されないインバータ回路100とを比較した図である。ここでは、モータMが緊急停止した際に、最もDCリンク4の電圧が大きくなる可能性がある最悪ケースについて、DCリンク4の電圧(DCリンク電圧)を示している。具体的には、モータMを5ms近傍において緊急停止させて、DCリンク4の電圧をシミュレーションした。なお、図4では、図3に示した第1の実施の形態が適用されないインバータ回路100を“DCリアクタLdcのみのインバータ回路”と表記する。
FIG. 4 is a diagram comparing the
図4に示すように、第1の実施の形態が適用されるインバータ回路100では、DCリンク電圧の上昇は873Vである。これに対し、第1の実施の形態が適用されないインバータ回路100(DCリアクタLdcのみのインバータ回路100)では、DCリンク電圧の上昇は、972Vである。すなわち、インバータ回路100の抑制部6Aは、DCリンク4の電圧上昇を100V程度抑制している。
As shown in FIG. 4, in the
図5は、第1の実施の形態が適用されるインバータ回路100の実機による実測結果を示す図である。図5の上部は、モータMの緊急停止の際における測定期間全体を、図5の下部は、上部の中央部においてDCリンク4の電圧が上昇している部分の拡大図である。図5では、実測されたDCリンク4の電圧(DCリンク電圧)及びDCリアクタLpを流れる電流(DCリアクタ電流)を示している。
図4に示したシミュレーション結果が、実際のインバータ回路100のDCリンク4の電圧(DCリンク電圧)の上昇を模擬できているか否かを、実機により確認した。
FIG. 5 is a diagram illustrating an actual measurement result of an
Whether or not the simulation result shown in FIG. 4 can simulate the increase in the voltage (DC link voltage) of the
図5は、最悪ケースを完全に実現したものではないが、モータMの緊急停止後におけるDCリンク4の電圧(DCリンク電圧)の上昇傾向をほぼ再現できている。すなわち、510VであったDCリンク電圧が、モータMの緊急停止後に、791Vに上昇している。
なお、この791Vは、シミュレーション結果で得られた873Vよりも低い。
Although the worst case is not completely realized in FIG. 5, the rising tendency of the voltage of the DC link 4 (DC link voltage) after the emergency stop of the motor M can be almost reproduced. That is, the DC link voltage that was 510 V has increased to 791 V after the emergency stop of the motor M.
This 791V is lower than 873V obtained from the simulation results.
以上説明したように、インバータ回路100に抑制部6Aを設けることにより、DCリンク4の過電圧の発生が抑制されている。
As described above, by providing the
<高調波電流の抑制>
次に、インバータ回路100における抑制部6Aが、モータMの負荷変動などにより発生する高調波電流を抑制できることを説明する。
図6は、インバータ回路100の3つのモデル(シミュレーションモデル)について、電源電流の周波数応答特性を示した図である。各シミュレーションモデルでは、図2に示していないEMI(Electro-Magnetic Interference)フィルタ7を加えるとともに、モータMを負荷電流源CCで代替させている。
EMIフィルタ7は、整流部1と抑制部6(抑制部6を備えない場合は、平滑化部2)との間に設けられ、DCリアクタLfとコンデンサCfとを備える。
ここでは、一例として、DCリアクタLfのリアクタンスは20μH、コンデンサCfの静電容量は1μFである。
なお、図6では、インバータ回路100の三相の内の一相のみ取り出して記載している。
<Suppression of harmonic current>
Next, it will be described that the suppressing
FIG. 6 is a diagram illustrating the frequency response characteristics of the power supply current for three models (simulation models) of the
The
Here, as an example, the reactance of the DC reactor Lf is 20 μH, and the capacitance of the capacitor Cf is 1 μF.
In FIG. 6, only one phase of the three phases of the
各シミュレーションモデルについて説明する。
第1のシミュレーションモデルは、第1の実施の形態が適用されるインバータ回路100から抑制部6Aを省略したものである。
第2のシミュレーションモデルは、第1の実施の形態が適用されるインバータ回路100の抑制部6Aの代わりに、DCリアクタLdcを設けたものである。すなわち、第2のシミュレーションモデルは、図3に示した第1の実施の形態が適用されないインバータ回路100に対応する。
第3のシミュレーションモデルは、図2に示した第1の実施の形態が適用されるインバータ回路100に対応する。
Each simulation model will be described.
The first simulation model is obtained by omitting the suppressing
In the second simulation model, a DC reactor Ldc is provided instead of the suppressing
The third simulation model corresponds to the
第1のシミュレーションモデルは、図6に示すように、抑制部6Aを備えていない。よって、EMIフィルタ7におけるDCリアクタLf及びコンデンサCfと、平滑コンデンサCsとでLC共振回路が構成される。上述したように、DCリアクタLfのリアクタンスは20μH、コンデンサCfの静電容量は1μF、平滑コンデンサCsの静電容量は、40μFである。したがって、共振周波数は5.56kHzとなる。
共振周波数が他のシミュレーションモデルに比べ高周波数帯域側になり、高調波電流成分のうち特に高周波数帯域のものが抑制できない。よって、例えば各国の高調波対策基準を満たすことができないおそれがある。
As shown in FIG. 6, the first simulation model does not include the
The resonance frequency is on the high frequency band side compared to other simulation models, and harmonic current components in particular in the high frequency band cannot be suppressed. Therefore, for example, there is a possibility that the harmonic countermeasure standards of each country cannot be satisfied.
第2のシミュレーションモデルは、第1の実施の形態が適用されるインバータ回路100の抑制部6Aの代わりに、DCリアクタLdcを設けている。よって、DCリアクタLdcと平滑コンデンサCsとでLC共振回路が構成される。上述したように、DCリアクタLdcのリアクタンスは2mH、平滑コンデンサCsの静電容量は40μFである。したがって、100〜1000Hzの帯域に共振周波数が発生する。
このことから、高調波電流の高周波数帯域成分は十分に抑えることができる。しかし、このLC共振回路の共振周波数において共振ピークが大きいために、高調波電流のうち低周波数帯域成分が増幅され、十分な高調波電流対策とならないおそれがある。
In the second simulation model, a DC reactor Ldc is provided instead of the suppressing
For this reason, the high frequency band component of the harmonic current can be sufficiently suppressed. However, since the resonance peak is large at the resonance frequency of the LC resonance circuit, the low frequency band component of the harmonic current is amplified, and there is a possibility that it is not a sufficient countermeasure against the harmonic current.
これらに対して、第3のシミュレーションモデルは、第1の実施の形態が適用されるインバータ回路100に対応し、抑制部6Aを備えている。これにより、DCリアクタLpと平滑コンデンサCsとによるLC共振回路の共振周波数における共振ピークが低減され、高調波電流のうち低周波数帯域成分が十分に低減される。
すなわち、負荷電流源CCが、高調波電流の発生源となる。そして、この高調波電流の高周波数帯域成分が平滑コンデンサCsにより、バイパスされる。この高調波電流の低周波数帯域成分がDCリアクタLpにより抑制される。さらに、平滑コンデンサCsとDCリアクタLpとのLC共振回路を流れる電流が、抵抗RpとコンデンサCpとの直列回路により低減される。
On the other hand, the third simulation model corresponds to the
That is, the load current source CC is a source of harmonic current. The high frequency band component of this harmonic current is bypassed by the smoothing capacitor Cs. The low frequency band component of this harmonic current is suppressed by the DC reactor Lp. Furthermore, the current flowing through the LC resonance circuit of the smoothing capacitor Cs and the DC reactor Lp is reduced by the series circuit of the resistor Rp and the capacitor Cp.
次に、各シミュレーションモデルにおける電源の電流波形について説明する。
図7は、第1のシミュレーションモデルにおける電源の電流波形を示す図である。図7(a)は第1のシミュレーションモデルを示す図、図7(b)は、電源電流と時間との関係を示す図である。
図7(b)に示す電源の電流波形には、図6に示した高周波数帯域の高調波が重畳している。
Next, the current waveform of the power supply in each simulation model will be described.
FIG. 7 is a diagram showing a current waveform of the power supply in the first simulation model. FIG. 7A is a diagram showing the first simulation model, and FIG. 7B is a diagram showing the relationship between the power supply current and time.
The harmonics in the high frequency band shown in FIG. 6 are superimposed on the current waveform of the power source shown in FIG.
図8は、第2のシミュレーションモデルにおける電源の電流波形を示す図である。図8(a)は第2のシミュレーションモデルを示す図、図8(b)は、電源電流と時間との関係を示す図である。
図8(b)に示す電源の電流波形には、図7に示した高周波数帯域の高調波は抑制されているが、図6に示した低周波数帯域の高調波が重畳している。しかも、低周波数帯域の高調波は、次に示す第3のシミュレーションモデルに比べて大きい。
FIG. 8 is a diagram illustrating a current waveform of a power supply in the second simulation model. FIG. 8A is a diagram showing the second simulation model, and FIG. 8B is a diagram showing the relationship between the power supply current and time.
The harmonics in the high frequency band shown in FIG. 7 are suppressed in the current waveform of the power source shown in FIG. 8B, but the harmonics in the low frequency band shown in FIG. 6 are superimposed. Moreover, the harmonics in the low frequency band are larger than those in the third simulation model shown below.
図9は、第1の実施の形態が適用されるインバータ回路100に対応する第3のシミュレーションモデルにおける電源の電流波形を示す図である。図9(a)は第3のシミュレーションモデルを示す図、図9(b)は、電源電流の時間との関係を示す図である。
図9(b)に示す電源の電流波形では、図8に比べ、低周波数帯域の高調波の振幅が低減されている。
FIG. 9 is a diagram showing a current waveform of the power supply in the third simulation model corresponding to the
In the current waveform of the power source shown in FIG. 9B, the amplitude of the harmonics in the low frequency band is reduced as compared with FIG.
以上説明したように、第1の実施の形態が適用されるインバータ回路100に対応する第3のシミュレーションモデルにおいて、電源電流における高調波電流が最も抑制されている。
As described above, in the third simulation model corresponding to the
次に、各シミュレーションモデルについて、電源高調波電流の指標であるTHC(Total Harmonic Current)及びPWHC(Partial Weighted Harmonic Current)を算出した結果を説明する。
THC及びPWHCは、それぞれ式(1)及び式(2)により算出される。
Next, the results of calculating THC (Total Harmonic Current) and PWHC (Partial Weighted Harmonic Current), which are indicators of the power supply harmonic current, for each simulation model will be described.
THC and PWHC are calculated by Equation (1) and Equation (2), respectively.
ここで、Ih:次数hにおける電流スペクトラム振幅、Iref:電源周波数(h=1)における電流スペクトラム振幅、電源周波数:50Hzである。 Here, Ih: current spectrum amplitude at order h, Iref: current spectrum amplitude at power supply frequency (h = 1), and power supply frequency: 50 Hz.
表1は、算出されたTHC、PWHCを示す表である。表1には、上記した3つのシミュレーションモデルについて、THC、PWHCを示している。 Table 1 shows the calculated THC and PWHC. Table 1 shows THC and PWHC for the above three simulation models.
第1のシミュレーションモデルでは、THCは最も小さい30.2%であるが、PWHCは最も大きい56.2%である。第2のシミュレーションモデルでは、THCは最も大きい39.0%であるが、PWHCは最も小さい50.0%である。これらに対し、第3のシミュレーションモデルでは、THCが31.8%と最も小さい値(30.2%)に近く且つPWHCが50.5%と最も小さい値(50.0%)に近い。
すなわち、第3のシミュレーションモデルに対応する第1の実施の形態が適用されるインバータ回路100は、電源電流における高調波電流をバランスよく抑制している。
In the first simulation model, THC is the smallest 30.2%, while PWHC is the largest 56.2%. In the second simulation model, THC is the largest 39.0%, while PWHC is the smallest 50.0%. On the other hand, in the third simulation model, THC is close to the smallest value (30.2%) as 31.8%, and PWHC is close to the smallest value (50.0%) as 50.5%.
That is, the
第1の実施の形態におけるインバータ回路100は、平滑化部2に静電容量が小さく、体積も小さい平滑コンデンサCsを使用して全体を小型化している。しかし、抑制部6Aは、モータMが緊急停止した際などに発生する誘導起電流によって、DCリンク4が過電圧になることを抑制する。よって、DCリンク4の電圧が、インバータ部3のスイッチング素子Stなどが破壊電圧を超えて上昇して、インバータ回路100が故障することが抑制される。
The
さらに、第1の実施の形態が適用されるインバータ回路100の抑制部6Aは、平滑コンデンサCsとDCリアクタLpとが構成するLC共振回路の共振ピークを低減する。これにより、電源電流における高調波電流を低減している。
Furthermore, the
加えて、抑制部6Aは、DCリアクタLpと、DCリアクタLpに並列接続された、抵抗RpとコンデンサCpとの直列回路により構成されている。すなわち、抑制部6Aは、受動回路(受動部品)のみで構成されている。よって、複雑な制御回路(制御ロジック)を用いることなく、モータMの緊急停止の際などに発生するDCリンク4の過電圧が抑制される。したがって、インバータ回路100を廉価に製造できる。
In addition, the suppressing
次に、第1の実施の形態が適用されるインバータ回路100の変形例について説明する。
上記においては、抑制部6Aは、主としてインバータ部3が破壊されることを抑制するものであった。しかし、その他の素子の破壊電圧に基づいて抑制部6Aを構成する抵抗Rpの抵抗値及びコンデンサCpの静電容量を設定してもよい。
Next, a modification of the
In the above, the
また、インバータ回路100の故障とは、インバータ部3が破壊されることだけを指すものではない。例えば、モータMが緊急停止した際に発生する誘導起電流により何らかの不具合が発生して、インバータ回路100が機能を十分に果たせなくなることを含む概念である。
Further, the failure of the
上記においては、抑制部6Aの抵抗Rpの抵抗値及びコンデンサCpの静電容量などのパラメータは、上記の故障を防止する観点から設定した。しかし、例えば、平滑コンデンサCsとDCリアクタLpとが構成するLC共振回路の共振ピークの抑制も勘案して設定してもよい。そして、DCリンク4の電圧とLC共振回路の共振ピークの双方について予め定められた重みづけを行いながら上記のパラメータを設定してもよい。
In the above, parameters such as the resistance value of the resistor Rp and the electrostatic capacity of the capacitor Cp of the suppressing
[第2の実施の形態]
第1の実施の形態が適用されるインバータ回路100における抑制部6Aは、DCリアクタLpと、DCリアクタLpに並列接続された、抵抗RpとコンデンサCpとの直列回路とにより構成されていた。この抑制部6Aにより、モータMの緊急停止の際などに発生するDCリンク4の過電圧を抑制した。
第2の実施の形態のインバータ回路100は、第1の実施の形態が適用されるインバータ回路100における抑制部6Aと異なる構成の抑制部6Bを備える。そして、抑制部6Bにより、モータMの緊急停止の際などに発生するDCリンク4の過電圧を抑制する。
[Second Embodiment]
The
The
図10は、第2の実施の形態が適用されるインバータ回路100の一例を示す図である。
第2の実施の形態が適用されるインバータ回路100は、図1の抑制部6として抑制部6Bを備えている。図1に示した第1の実施の形態が適用されるインバータ回路100と同じ部分は、同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分である抑制部6Bを説明する。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the
The
抑制部6Bは、サージアブソーバSAと、制御スイッチ素子Scと、過電圧検出手段の一例としての過電圧検出回路61とを備えている。サージアブソーバSAと制御スイッチ素子Scとは、直列に接続されている。サージアブソーバSA側が、端子P3(端子P1)に接続され、制御スイッチ素子Sc側が、端子P4(端子P2)に接続されている。
そして、過電圧検出回路61は、端子P3(端子P1)と端子P4(端子P2)との間に設けられ、DCリンク4の電圧を検出する。
The
The
サージアブソーバSAには、例えば酸化亜鉛を用いたバリスタやマイクロギャップなどを用い得る。バリスタは、予め定められた電圧(放電開始電圧)以上の電圧が印加されると、オフ状態からオン状態に移行し、瞬時に電流が流れ始める特性を有している。バリスタは、電力耐量(エネルギ耐量)が大きく、放電開始電圧以上になったときに、放電により瞬時に大きな電流が流れても、放電に伴う瞬時電力を吸収できる。
制御スイッチ素子Scは、例えばIGBTなどであって、制御ゲートGcに予め定められた電圧が印加されると、オフ状態からオン状態に移行する。
過電圧検出回路61は、DCリンク4の電圧が予め定められた検出電圧を超えたか否かを検出する。そして、DCリンク4の電圧が検出電圧を超えた場合に、制御スイッチ素子Scをオフ状態からオン状態に移行させる電圧を制御ゲートGcに供給する。
なお、サージアブソーバSAの放電開始電圧は、過電圧検出回路61の検出電圧より低く設定されている。
For the surge absorber SA, for example, a varistor using zinc oxide or a micro gap may be used. The varistor has a characteristic that when a voltage equal to or higher than a predetermined voltage (discharge start voltage) is applied, the varistor shifts from the off state to the on state and current starts to flow instantaneously. The varistor has a large power withstand capability (energy withstand capability), and can absorb the instantaneous power accompanying the discharge even if a large current flows instantaneously due to the discharge when the discharge start voltage is exceeded.
The control switch element Sc is, for example, an IGBT or the like, and shifts from an off state to an on state when a predetermined voltage is applied to the control gate Gc.
The
The discharge start voltage of the surge absorber SA is set lower than the detection voltage of the
抑制部6Bの動作を説明する。
インバータ回路100が正常に動作している場合には、DCリンク4の電圧は、過電圧検出回路61の検出電圧以下である。この場合、過電圧検出回路61は、制御スイッチ素子Scをオフ状態に維持する電圧を制御ゲートGcに供給する。制御スイッチ素子Scがオフ状態であるので、制御スイッチ素子Scに直列接続されたサージアブソーバSAには電流が流れない。
モータMの緊急停止の際などに、DCリンク4の電圧が上昇して検出電圧を超える。すると、過電圧検出回路61は、制御スイッチ素子Scがオフ状態からオン状態に移行させる電圧を制御ゲートGcに供給する。これにより、制御スイッチ素子Scがオン状態になって、制御スイッチ素子ScとサージアブソーバSAとの直列回路に、DCリンク4の電圧が印加される。このとき、DCリンク4の電圧は、制御スイッチ素子ScとサージアブソーバSAとで分圧される。オン状態の制御スイッチ素子Scの抵抗値はサージアブソーバSAの抵抗値に比べて小さい。よって、DCリンク4の電圧のほとんどは、サージアブソーバSAに印加される。
このとき、サージアブソーバSAに印加された電圧がサージアブソーバSAの放電開始電圧を超えているので、サージアブソーバSAは、オフ状態からオン状態に移行する。そして、DCリンク4から、サージアブソーバSA及び制御スイッチ素子Scを介して、共通電位線5に向かって電流が流れ、DCリンク4の電圧が低下する。
The operation of the
When the
During an emergency stop of the motor M, the voltage of the
At this time, since the voltage applied to the surge absorber SA exceeds the discharge start voltage of the surge absorber SA, the surge absorber SA shifts from the off state to the on state. Then, current flows from the
なお、DCリンク4の電圧が検出電圧以下になると、過電圧検出回路61は、制御スイッチ素子Scがオン状態からオフ状態に移行する電圧を制御ゲートGcに供給する。これにより、制御スイッチ素子Scがオン状態からオフ状態に移行し、サージアブソーバSAもオン状態からオフ状態に移行する。すると、DCリンク4から、サージアブソーバSA及び制御スイッチ素子Scを介して、共通電位線5に向かって流れる電流が遮断される。そして、DCリンク4の電圧が、抑制部6Bの影響を受けない状態になる。
すなわち、DCリンク4が検出電圧を超えると、抑制部6Bを動作させ、DCリンク4の電圧が検出電圧以下になると、抑制部6Bの動作を停止させている。
When the voltage of the
That is, when the
なお、サージアブソーバSAを用いないで、制御スイッチ素子ScをDCリンク4と共通電位線5との間に設けることが考えられる。しかし、DCリンク4が過電圧になって、制御スイッチ素子Scをオフ状態からオン状態に移行させると、瞬間的にDCリンク4から共通電位線5に大きな瞬時電力が流れる。制御スイッチ素子Scにこの瞬時電力を吸収させると、制御スイッチ素子Scは、安定動作領域を外れ、破壊されてしまうおそれがある。
It is conceivable that the control switch element Sc is provided between the
また、制御スイッチ素子Scを用いないで、サージアブソーバSAをDCリンク4と共通電位線5との間に設けることが考えられる。しかし、バリスタなどのサージアブソーバSAは、制御スイッチ素子Scに比べて、漏れ電流が大きい。このため、サージアブソーバSAは、オフ状態であっても電力を消費してしまう。
また、DCリンク4において抑制したい過電圧に対応した放電開始電圧のサージアブソーバSAを選択することが必要になる。例えば、三相交流電源PSの線間電圧が220Vである場合、正常な状態のDCリンク4の電圧は、約540Vである。この場合、DCリンク4の電圧が600Vになった時に、サージアブソーバSAを動作させようとすると、放電開始電圧が600VであるサージアブソーバSAを用いることになる。
It is also conceivable to provide the surge absorber SA between the
Further, it is necessary to select a surge absorber SA having a discharge start voltage corresponding to an overvoltage to be suppressed in the
そこで、第2の実施の形態が適用されるインバータ回路100では、サージアブソーバSAと制御スイッチ素子Scとの直列回路を用いている。正常な状態、すなわち、DCリンク4の電圧が検出電圧以下である場合には、サージアブソーバSAと制御スイッチ素子Scとの直列回路に電流が流れない。よって、正常な状態において、電力の消費が抑制される。
また、DCリンク4の電圧が検出電圧を超える場合に、制御スイッチ素子Scをオフ状態からオン状態に移行させて、サージアブソーバSAをオン状態にする。よって、サージアブソーバSAの放電開始電圧を、DCリンク4の過電圧を検出する検出電圧と別に設定することができる。例えば、過電圧検出回路61の検出電圧を600Vとする場合、放電開始電圧が検出電圧の600Vより低い450VのサージアブソーバSAが使用できる。放電開始電圧(450V)を、抑制部6Bを動作させる電圧(600V)より低く設定することで、確実にサージアブソーバSAを動作させることができる。
さらに、サージアブソーバSAは、瞬時電力を吸収する能力(電力耐量)が大きいため、瞬時電力により破壊されにくい。
Therefore, in the
When the voltage of the
Furthermore, since the surge absorber SA has a large ability to absorb instantaneous power (power withstand capability), it is difficult to be destroyed by the instantaneous power.
図11は、第2の実施の形態が適用されるインバータ回路100の抑制部6Bにおける過電圧検出回路61を一例で示す図である。
以下では、図10に示した第2の実施の形態が適用されるインバータ回路100と同じ部分は、同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分である抑制部6Bの過電圧検出回路61を説明する。
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of the
In the following, the same parts as those of the
過電圧検出回路61は、抵抗R1、R2、R3、R4、差動増幅器Op、pnpバイポーラトランジスタTr及び参照電源Vrefを備えている。
抵抗R1と抵抗R2とは、直列接続され、DCリンク4と共通電位線5との間に接続されている。
pnpバイポーラトランジスタTr、抵抗R3、抵抗R4は、この順に直列接続され、駆動電源Vddと共通電位線5との間に接続されている。
The
The resistor R1 and the resistor R2 are connected in series, and are connected between the
The pnp bipolar transistor Tr, the resistor R3, and the resistor R4 are connected in series in this order, and are connected between the drive power supply Vdd and the common potential line 5.
差動増幅器Opは、+入力端子、−入力端子、出力端子を備え、+入力端子の電圧と−入力端子の電圧との差に対応した電圧を出力端子から出力する。ここでは、差動増幅器Opの+入力端子は、抵抗R1と抵抗R2との接続点に接続され、−入力端子は参照電源Vrefの一方の端子に接続されている。そして、差動増幅器Opの出力端子は、pnpバイポーラトランジスタTrのベース端子に接続されている。
参照電源Vrefの他方の端子は、共通電位線5に接続されている。
駆動電源Vddの電圧は、例えばDC15Vである。そして、駆動電源Vddは、差動増幅器Opを駆動する電源としても用いられている。
また、参照電源Vrefの電圧は、例えばDC2.5Vである。
The differential amplifier Op includes a + input terminal, a − input terminal, and an output terminal, and outputs a voltage corresponding to the difference between the voltage at the + input terminal and the voltage at the − input terminal from the output terminal. Here, the + input terminal of the differential amplifier Op is connected to a connection point between the resistor R1 and the resistor R2, and the − input terminal is connected to one terminal of the reference power supply Vref. The output terminal of the differential amplifier Op is connected to the base terminal of the pnp bipolar transistor Tr.
The other terminal of the reference power supply Vref is connected to the common potential line 5.
The voltage of the drive power supply Vdd is, for example, DC 15V. The drive power supply Vdd is also used as a power supply for driving the differential amplifier Op.
The voltage of the reference power supply Vref is, for example, DC 2.5V.
過電圧検出回路61の動作を説明する。
抵抗R1と抵抗R2とで、DCリンク4の電圧を分圧する。分圧された電圧が差動増幅器Opの+入力端子に入力される。そして、差動増幅器Opによって、+入力端子の電圧であるDCリンク4の分圧された電圧と、−入力端子の電圧である参照電源Vrefの電圧とが比較される。すなわち、過電圧検出回路61の検出電圧は、抵抗R1と抵抗R2とで分圧された電圧で設定されている。
The operation of the
The voltage of the
まず、DCリンク4の電圧が検出電圧以下である場合、すなわち、インバータ回路100が正常な状態にある場合を説明する。この場合、抵抗R1と抵抗R2により分圧された電圧(差動増幅器Opの+入力端子の電圧)は、参照電源Vrefの電圧(差動増幅器Opの−入力端子の電圧)以下である。すると、差動増幅器Opは、pnpバイポーラトランジスタTrをオフ状態に維持する電圧を出力端子から出力する。pnpバイポーラトランジスタTrがオフ状態であると、制御スイッチ素子Scの制御ゲートGcは、共通電位線5の電位(共通電位)となる。よって、制御スイッチ素子Scは、オフ状態で、サージアブソーバSAはオフ状態である。
First, a case where the voltage of the
一方、DCリンク4の電圧が検出電圧を超えた場合、すなわち、インバータ回路100が異常な状態になった場合を説明する。この場合、抵抗R1と抵抗R2とにより分圧された電圧(差動増幅器Opの+入力端子の電圧)が参照電源Vrefの電圧(差動増幅器Opの−入力端子の電圧)を超える。すると、差動増幅器Opは、pnpバイポーラトランジスタTrをオフ状態からオン状態に移行する電圧を出力端子から出力する。これにより、pnpバイポーラトランジスタTrはオフ状態からオン状態に移行する。すると、制御スイッチ素子Scの制御ゲートGcは、駆動電源Vddの電圧を抵抗R3と抵抗R4とで分圧された電圧となる。この分圧された電圧は、制御スイッチ素子Scをオフ状態からオン状態に移行させる電圧になるように設定されている。よって、制御スイッチ素子Scがオフ状態からオン状態に移行し、サージアブソーバSAがオフ状態からオン状態に移行する。そして、DCリンク4から共通電位線5に向かって電流が流れる。これにより、DCリンク4の電圧が低下する。
On the other hand, a case where the voltage of the
そして、DCリンク4の電圧が、検出電圧以下になると、DCリンク4の抵抗R1と抵抗R2とで分圧された電圧(差動増幅器Opの+入力端子の電圧)が、参照電源Vrefの電圧以下に低下する。そして、差動増幅器Opの出力端子が、pnpバイポーラトランジスタTrをオン状態からオフ状態に移行させる電圧に移行する。これにより、pnpバイポーラトランジスタTrがオン状態からオフ状態に移行する。そして、制御ゲートGcが、制御スイッチ素子Scをオン状態からオフ状態に移行させる電圧に移行する。よって、制御スイッチ素子Scがオン状態からオフ状態に移行し、サージアブソーバSAがオン状態からオフ状態に移行する。
When the voltage of the
この過電圧検出回路61では、DCリンク4の電圧を分圧する抵抗R1、R2に高耐圧の部品を必要とする。しかし、差動増幅器Op、pnpバイポーラトランジスタTr、抵抗R3、R4には、低耐圧の汎用部品が使用できる。なお、制御スイッチ素子Scについても、低耐圧の汎用部品が使用できる。よって、インバータ回路100を廉価に製造できる。
In this
以上、差動増幅器Opを用いた過電圧検出回路61を説明した。過電圧検出回路61は、他の構成であってもよく、シャントレギュレータと呼ばれる回路などを使用してもよい。
The
図12は、第2の実施の形態が適用されるインバータ回路100におけるDCリンク4の電圧の一例を示す図である。図12の上部は、DCリンク4の電圧(DCリンク電圧)と時間との関係を示し、図12の下部は、制御ゲートGcの電圧(ゲート電圧)と時間との関係を示す。
図12において、12msの時点でモータMの緊急停止が発生している。その後、DCリンク電圧は、一旦急激に低下するが、その後、誘導起電流により上昇する。そして、DCリンク電圧が800Vを超えると(24msの時点)、過電圧検出回路61が働く。そして、過電圧検出回路61は、制御スイッチ素子Scをオフ状態からオン状態に移行させる電圧を制御ゲートGcに印加する。これにより、制御スイッチ素子Scがオフ状態からオン状態に移行するとともに、サージアブソーバSAもオフ状態からオン状態に移行する。そして、DCリンク4からサージアブソーバSA及び制御スイッチ素子Scを介して共通電位線5に電流が流れ、DCリンク電圧が低下する。
DCリンク電圧が低下すると(25msの時点)、過電圧検出回路61は、制御スイッチ素子Scをオン状態からオフ状態に移行させる電圧を制御ゲートGcに印加する。これにより、制御スイッチ素子Scがオン状態からオフ状態に移行するとともに、サージアブソーバSAもオン状態からオフ状態に移行する。
この場合、DCリンク電圧の最大値は840Vであった。
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a voltage of the
In FIG. 12, the emergency stop of the motor M has occurred at 12 ms. Thereafter, the DC link voltage once suddenly decreases but then increases due to the induced electromotive current. When the DC link voltage exceeds 800 V (at 24 ms), the
When the DC link voltage decreases (at the time of 25 ms), the
In this case, the maximum value of the DC link voltage was 840V.
図13は、第2の実施の形態が適用されないインバータ回路100におけるDCリンク4の電圧の一例を示す図である。第2の実施の形態が適用されないインバータ回路100は、図10(図11)に示すインバータ回路100において、抑制部6Bを備えない。
図12と同様に、12msの時点でモータMの緊急停止が発生している。その後、DCリンク電圧は、一旦急激に低下するが、その後、誘導起電流により上昇する。そして、最大値916Vに達した。
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of the voltage of the
Similar to FIG. 12, the emergency stop of the motor M occurs at 12 ms. Thereafter, the DC link voltage once suddenly decreases but then increases due to the induced electromotive current. The maximum value reached 916V.
以上説明したように、第2の実施の形態が適用されるインバータ回路100の抑制部6Bは、DCリンク4の過電圧の発生を抑制する。よって、インバータ回路100におけるインバータ部3のスイッチング素子Stなどが破壊電圧を超えて破壊されることによってインバータ回路100が故障することが抑制される。
なお、第2の実施の形態に第1の実施の形態を組み合わせて用いてもよい。
As described above, the suppressing
Note that the second embodiment may be used in combination with the first embodiment.
[第3の実施の形態]
第1の実施の形態におけるインバータ回路100の抑制部6A及び第2の実施の形態におけるインバータ回路100の抑制部6Bは、DCリンク4の過電圧の発生を抑制した。
第3の実施の形態におけるインバータ回路100の抑制部6は、インバータ回路100に電源を投入した際に、平滑コンデンサCsに流れ込む突入電流により発生する過電流を抑制する。
また、第3の実施の形態におけるインバータ回路100の抑制部6は、電源電流における高調波電流を抑制する。
[Third Embodiment]
The
The
Moreover, the
図14は、第3の実施の形態が適用されるインバータ回路100の一例を示す図である。
第3の実施の形態におけるインバータ回路100は、図1の抑制部6として抑制部6Cを備えている。図1に示した第1の実施の形態が適用されるインバータ回路100と同じ部分は、同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分である抑制部6Cを説明する。
なお、三相交流電源PSは三相4線式であるとし、三相をR相、S相、T相、中性点(中性線)をN相と表記する。また、整流部1の6つの整流ダイオードDcを整流ダイオードDc1〜Dc6と表記する。
FIG. 14 is a diagram illustrating an example of the
The
The three-phase AC power source PS is a three-phase four-wire system, and the three phases are denoted as R phase, S phase, T phase, and the neutral point (neutral line) as N phase. Further, the six rectifying diodes Dc of the rectifying
第3の実施の形態におけるインバータ回路100の抑制部6Cは、コンデンサC1、C2、スイッチSw1、Sw2、Sw3、電流制限抵抗R5を備えている。
コンデンサC1、C2は直列接続されて直列回路を構成し、一方の端子がDCリンク4に、他方の端子が共通電位線5に接続されている。そして、コンデンサC1、C2の接続点は、電流制限抵抗R5の一方の端子に接続されている。電流制限抵抗R5の他方の端子は、スイッチSw1の一方の端子に、スイッチSw1の他方の端子は、三相交流電源PSのN相に接続されている。
そして、三相交流のS相と整流部1との間にスイッチSw2、T相と整流部1との間にスイッチSw3を設けている。
一例として、三相交流電源PSの線間電圧は400V、平滑コンデンサCsの静電容量は40μF、コンデンサC1、C2の静電容量はそれぞれ0.22μFである。そして、電流制限抵抗R5の抵抗値は800Ωである。
ここで、スイッチSw1が第2のスイッチの一例であり、スイッチSw2、Sw3が第1のスイッチの一例である。
The
Capacitors C1 and C2 are connected in series to form a series circuit, with one terminal connected to
A switch Sw2 is provided between the S phase of the three-phase alternating current and the rectifying
As an example, the line voltage of the three-phase AC power source PS is 400 V, the smoothing capacitor Cs has a capacitance of 40 μF, and the capacitors C1 and C2 each have a capacitance of 0.22 μF. The resistance value of the current limiting resistor R5 is 800Ω.
Here, the switch Sw1 is an example of the second switch, and the switches Sw2 and Sw3 are examples of the first switch.
<突入電流により発生する過電流の抑制>
第3の実施の形態が適用されるインバータ回路100における突入電流によって発生する過電流の抑制について説明する。
インバータ回路100に電源を投入する際、スイッチSw1を閉(オン)にし、スイッチSw2、Sw3を開(オフ)にする。そして、三相交流電源PSをオンにする。
すると、三相交流電源PSのR相を介して、コンデンサC1、C2が充電される。すなわち、R相が正の位相のとき、整流ダイオードDc1を介して、コンデンサC1が充電される。一方、R相が負の位相のとき、整流ダイオードDc2を介して、コンデンサC2が充電される。すなわち、R相が正の位相のときには、整流ダイオードDc2が逆方向に接続されているので、三相交流電源PSのR相からは、コンデンサC1しか見えない。逆に、R相が負の位相のときには、整流ダイオードDc1が逆方向に接続されているので、三相交流電源PSのR相からは、コンデンサC2しか見えない。
そして、コンデンサC1が充電されているとき、コンデンサC2に蓄積された電荷により、平滑コンデンサCsが充電される。逆に、コンデンサC2が充電されているとき、コンデンサC1に蓄積された電荷により、平滑コンデンサCsが充電される。
<Suppression of overcurrent caused by inrush current>
The suppression of the overcurrent generated by the inrush current in the
When power is supplied to the
Then, the capacitors C1 and C2 are charged via the R phase of the three-phase AC power source PS. That is, when the R phase is a positive phase, the capacitor C1 is charged via the rectifier diode Dc1. On the other hand, when the R phase is a negative phase, the capacitor C2 is charged via the rectifier diode Dc2. That is, when the R phase is a positive phase, since the rectifier diode Dc2 is connected in the reverse direction, only the capacitor C1 can be seen from the R phase of the three-phase AC power supply PS. Conversely, when the R phase is a negative phase, since the rectifier diode Dc1 is connected in the reverse direction, only the capacitor C2 can be seen from the R phase of the three-phase AC power supply PS.
When the capacitor C1 is charged, the smoothing capacitor Cs is charged by the charge accumulated in the capacitor C2. Conversely, when the capacitor C2 is being charged, the smoothing capacitor Cs is charged by the electric charge accumulated in the capacitor C1.
そして、平滑コンデンサCsが予め定められた電圧に充電された後、スイッチSw1を開(オフ)にするとともに、スイッチSw2、Sw3を閉(オン)にする。
なお、三相交流電源PSをオンにしてから、予め定められた時間の経過後に、スイッチSw1を開(オフ)にするとともに、スイッチSw2、Sw3を閉(オン)にしてもよい。
これにより、インバータ回路100は、通常の動作状態に移行する。
After the smoothing capacitor Cs is charged to a predetermined voltage, the switch Sw1 is opened (off) and the switches Sw2 and Sw3 are closed (on).
Note that the switch Sw1 may be opened (off) and the switches Sw2 and Sw3 may be closed (on) after a predetermined time has elapsed since the three-phase AC power supply PS is turned on.
Thereby, the
第3の実施の形態が適用されるインバータ回路100では、三相交流電源PSのR相により、コンデンサC1、C2を交互に充電する。そして、充電したコンデンサC1、C2に蓄積された電荷により、平滑コンデンサCsを徐々に充電する。この繰り返しにより、平滑コンデンサCsが充電される。
すなわち、スイッチSw1と電流制限抵抗R5とで構成される回路は充電回路である。
In the
That is, the circuit constituted by the switch Sw1 and the current limiting resistor R5 is a charging circuit.
一方、インバータ回路100が抑制部6Cを備えない場合では、三相交流電源PSをオンにすると、平滑コンデンサCsを充電する電流が流れる。この電流は、突入電流と呼ばれ、平滑コンデンサCsの静電容量が大きいほど大きい。突入電流が大きいと、整流部1の整流ダイオードDcが破壊されるおそれがある。したがって、整流部1の整流ダイオードDcを破壊するおそれがある電流を、過電流として抑制することが求められる。
On the other hand, when the
これに対して、第3の実施の形態におけるインバータ回路100では、コンデンサC1、C2の静電容量を、平滑コンデンサCsの静電容量より小さく設定している。そして、電流制限抵抗R5を設けている。このことで、三相交流電源PSのR相からインバータ回路100に流れ込む突入電流を小さく抑えている。よって、整流部1の整流ダイオードDcが過電流によって破壊されることを抑制し、これにより、インバータ回路100が故障することが抑制される。
On the other hand, in the
なお、コンデンサC1、C2の代わりに、平滑コンデンサCsを2つのコンデンサの直列回路とすることが考えられる。しかし、2つのコンデンサのそれぞれの静電容量は、平滑コンデンサCsの2倍となり、大型化してしまう。また、三相交流電源PSのR相から、2つのコンデンサのそれぞれに大きな突入電流が流れることになる。 Instead of the capacitors C1 and C2, a smoothing capacitor Cs can be considered as a series circuit of two capacitors. However, the capacitance of each of the two capacitors is twice that of the smoothing capacitor Cs, resulting in an increase in size. In addition, a large inrush current flows through each of the two capacitors from the R phase of the three-phase AC power supply PS.
さらに、三相交流電源PSは線間電圧が400Vである場合、N相とR相、S相、T相との間は230Vである。よって、スイッチSw1、Sw2、Sw3には、400Vに対応する高価で大型のリレーではなく、200V系に広く使用されている廉価で小型のリレーが適用できる。よって、インバータ回路100を廉価且つ小型にできる。
また、平滑コンデンサCsを2つのコンデンサの直列回路とする場合に比べ、静電容量が小さいコンデンサC1、C2を用いるので、インバータ回路100を小型にできる。
Furthermore, when the line voltage is 400V, the three-phase AC power supply PS is 230V between the N phase, the R phase, the S phase, and the T phase. Therefore, an inexpensive and small relay widely used in the 200V system can be applied to the switches Sw1, Sw2 and Sw3, not an expensive and large relay corresponding to 400V. Therefore, the
Further, since the capacitors C1 and C2 having small capacitances are used as compared with the case where the smoothing capacitor Cs is a series circuit of two capacitors, the
<高調波電流の抑制>
第1の実施の形態が適用されるインバータ回路100は、電源電流における高調波電流が抑制できることを説明した。
第3の実施の形態が適用されるインバータ回路100でも、電源電流における高調波電流が抑制されることを説明する。インバータ回路100の抑制部6CにおけるコンデンサC1、C2の直列回路は、平滑コンデンサCsと並列に設けられている。よって、コンデンサC1、C2も平滑コンデンサCsと同様に平滑コンデンサとして機能する。
<Suppression of harmonic current>
It has been described that the
It will be described that the harmonic current in the power supply current is suppressed even in the
図15は、第3の実施の形態が適用されるインバータ回路100に対する電源電流を示す図である。図15(a)は、第3の実施の形態が適用されるインバータ回路100、図15(b)は、第3の実施の形態が適用されないインバータ回路100に対する電源電流である。
図15(a)の第3の実施の形態が適用されるインバータ回路100は、図14に示したインバータ回路100である。ここでは、平滑コンデンサCsの静電容量は10μF、コンデンサC1、C2の静電容量はそれぞれ20μFである。つまり、平滑コンデンサCsとコンデンサC1、C2とを合計した静電容量は20μFである。そして、電流制限抵抗R5は25Ωである。
一方、図15(b)の第3の実施の形態が適用されないインバータ回路100は、図14に示したインバータ回路100から抑制部6Cを除いたものである。そして、平滑コンデンサCsの静電容量は20μFである。
すなわち、DCリンク4における静電容量は、いずれにおいても20μFで同じである。
なお、第3の実施の形態が適用されるインバータ回路100及び第3の実施の形態が適用されないインバータ回路100は、整流部1と抑制部6との間にDCリアクタを備える。このDCリアクタのリアクタンスは75μHである。
FIG. 15 is a diagram showing a power supply current for the
The
On the other hand, the
That is, the capacitance in the
The
図15(a)の電源電流と図15(b)の電源電流とを比較すると、図15(a)の方が、図15(b)に比べ、電源電流の振幅における変動が少ない。 Comparing the power supply current in FIG. 15A and the power supply current in FIG. 15B, the fluctuation in the amplitude of the power supply current is smaller in FIG. 15A than in FIG. 15B.
表2は、高調波電流スペクトラム振幅Ihを電源周波数(h=1)における電流スペクトラム振幅Irefで除した値(Ih/Iref)を示す表である。ここでは、第3の実施の形態が適用されるインバータ回路100と、第3の実施の形態が適用されないインバータ回路100とを示している。なお、表2には、THC及びPWHCも示している。
Table 2 shows a value (Ih / Iref) obtained by dividing the harmonic current spectrum amplitude Ih by the current spectrum amplitude Iref at the power supply frequency (h = 1). Here, an
第3の実施の形態が適用されるインバータ回路100は、第3の実施の形態が適用されないインバータ回路100に比べ、I5/Iref、I11/Iref、I13/Irefが改善している。よって、THC及びPWHCが改善している。
すなわち、DCリンク4における静電容量は同じであるが、コンデンサC1、C2の直列回路を平滑コンデンサCsに並列に配置した場合の方が、THCなどが改善する。
The
That is, although the electrostatic capacity in the
<第3の実施の形態が適用されるインバータ回路100の変形例>
次に、第3の実施の形態が適用されるインバータ回路100の変形例を説明する。
図14に示したインバータ回路100は、三相4線式の三相交流電源PSに接続されていた。変形例のインバータ回路100は、三相3線式の三相交流電源PSに接続されている。
図16は、第3の実施の形態が適用されるインバータ回路100の変形例を示す図である。
変形例のインバータ回路100では、三相交流電源PSのS相にスイッチSw1が接続されている。そして、N相を用いていない。
一例として、三相交流電源PSの線間電圧は200V、平滑コンデンサCsの静電容量は40μF、コンデンサC1、C2の静電容量はそれぞれ0.22μFである。そして、電流制限抵抗R5は800Ωである。
<Modification of
Next, a modification of the
The
FIG. 16 is a diagram illustrating a modification of the
In the
As an example, the line voltage of the three-phase AC power supply PS is 200 V, the capacitance of the smoothing capacitor Cs is 40 μF, and the capacitances of the capacitors C1 and C2 are each 0.22 μF. The current limiting resistor R5 is 800Ω.
インバータ回路100に電源を投入する際、スイッチSw1を閉(オン)とし、スイッチSw2、Sw3を開(オフ)とする。そして、三相交流電源PSをオンにする。すると、R相とS相との線間電圧が正の位相のとき、コンデンサC1が充電され、R相とS相との線間電圧が負の位相のとき、コンデンサC2が充電される。その後の動作は、図14に示した三相4線式のインバータ回路100と同様であるので。説明を省略する。
When power is supplied to the
なお、スイッチSw1は、スイッチSw2が設けられたS相又はスイッチSw3が設けられたT相のいずれかに接続されることが必要である。図16から分かるように、スイッチSw1をR相に接続しても、コンデンサC1、C2には電圧が印加されない。 The switch Sw1 needs to be connected to either the S phase provided with the switch Sw2 or the T phase provided with the switch Sw3. As can be seen from FIG. 16, even when the switch Sw1 is connected to the R phase, no voltage is applied to the capacitors C1 and C2.
図16に示した第3の実施の形態が適用されるインバータ回路100の変形例においても、抑制部6は、インバータ回路100に電源を投入した際の過電流を抑制する。これにより、インバータ回路100が故障することが抑制される。また、抑制部6は、電源電流における高調波電流を抑制する。
Also in the modification of the
以上、第3の実施の形態が適用されるインバータ回路100を説明した。図14に示した第3の実施の形態が適用されるインバータ回路100の整流部1と抑制部6の間に、図3に示したDCリアクタLdcを用いてもよい。さらに、第1の実施の形態又は第2の実施の形態と組み合わせて用いてもよい。図16に示した第3の実施の形態が適用されるインバータ回路100の変形例においても同様である。
The
第1の実施の形態から第3の実施の形態において、インバータ回路100の負荷を、モータMとしたが、他の負荷であってもよい。なお、誘導性の負荷(リアクタンスの要素が大きい負荷)の場合に効果が大きい。
さらに、第1の実施の形態から第3の実施の形態において、三相の場合を説明したが、単相の交流電源と単相のモータなどの負荷とを接続するインバータ回路100に、抑制部6A、6B、6Cを適用しても構わない。
In the first to third embodiments, the load of the
Furthermore, in the first to third embodiments, the three-phase case has been described. However, the
第1の実施の形態から第3の実施の形態において、インバータ回路100には、上記したリアクタンス、静電容量、抵抗値の素子が用いられているので、小型に構成することができる。
In the first to third embodiments, the
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な変形や実施の形態の組み合わせを行っても構わない。 In addition, various modifications and combinations of embodiments may be performed without departing from the spirit of the present invention.
1…整流部、2…平滑化部、3…インバータ部、4…DCリンク、5…共通電位線、6、6A、6B、6C…抑制部、7…EMIフィルタ、61…過電圧検出回路、100…インバータ回路、C1、C2、Cf、Cp、Cp…コンデンサ、CC…負荷電流源、Cs…平滑コンデンサ、Dc、Dc1〜Dc6…整流ダイオード、Df…帰還ダイオード、Ldc、Lf、Lp…DCリアクタ、M…モータ、Op…差動増幅器、PS…三相交流電源、R1、R2、R3、R4、Rp…抵抗、R5…電流制限抵抗、SA…サージアブソーバ、Sc…制御スイッチ素子、St…スイッチング素子、Sw1、Sw2、Sw3、Sw4…スイッチ、Tr…pnpバイポーラトランジスタ、Vdd…駆動電源、Vref…参照電源
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記整流部から出力される直流電圧を平滑化する平滑化部と、
負荷に接続され、前記平滑化部により平滑化された直流電圧を交流電圧に変換して当該負荷へ出力するインバータ部と、
前記整流部と前記平滑化部との間に設けられ、前記平滑化部における直流電圧が印加されたDCリンクの過電圧又は過電流を抑制する抑制部と
を備えるインバータ回路。 A rectifier that rectifies the input AC voltage into a DC voltage;
A smoothing unit that smoothes a DC voltage output from the rectifying unit;
An inverter unit connected to a load and converting the DC voltage smoothed by the smoothing unit into an AC voltage and outputting the AC voltage;
An inverter circuit provided between the said rectification | straightening part and the said smoothing part, and the suppression part which suppresses the overvoltage or overcurrent of the DC link to which the DC voltage in the said smoothing part was applied.
前記平滑化部は、一方の入力端子と、前記共通電位線に接続される他方の入力端子と、を備え、
前記抑制部は、
前記整流部の前記一方の出力端子と、前記平滑化部の前記一方の入力端子との間に設けられるDCリアクタと、当該DCリアクタと並列に設けられる抵抗とコンデンサとの直列回路と、を有する
ことを特徴とする請求項1に記載のインバータ回路。 The rectifying unit includes one output terminal and the other output terminal connected to a common potential line that sets a common potential.
The smoothing unit includes one input terminal and the other input terminal connected to the common potential line,
The suppressor is
A DC reactor provided between the one output terminal of the rectifying unit and the one input terminal of the smoothing unit; and a series circuit of a resistor and a capacitor provided in parallel with the DC reactor. The inverter circuit according to claim 1.
前記抑制部は、
前記平滑化部の前記一方の入力端子と前記共通電位線との間に設けられた、サージアブソーバと制御スイッチ素子との直列回路と、
前記DCリンクの電圧が過電圧になった際に、当該過電圧を検知して、前記制御スイッチ素子をオンに設定する過電圧検出手段と、を有する
ことを特徴とする請求項1に記載のインバータ回路。 The smoothing unit includes one input terminal and the other input terminal connected to the common potential line,
The suppressor is
A series circuit of a surge absorber and a control switch element provided between the one input terminal of the smoothing unit and the common potential line;
2. The inverter circuit according to claim 1, further comprising an overvoltage detection unit configured to detect the overvoltage and set the control switch element to be on when the voltage of the DC link becomes an overvoltage.
前記入力された交流電圧の1相以外の他の相と前記整流部との間に設けられた第1のスイッチと、
前記直列回路における前記2つのコンデンサの接続点と、前記入力された交流電圧の中性点に接続された、電流制限抵抗と第2のスイッチとの直列回路と
を備えることを特徴とする請求項1に記載のインバータ回路。 The suppression unit includes a series circuit of two capacitors connected in parallel to the smoothing unit;
A first switch provided between a phase other than one phase of the input AC voltage and the rectifying unit;
The connection circuit of the two capacitors in the series circuit, and a series circuit of a current limiting resistor and a second switch connected to a neutral point of the input AC voltage. The inverter circuit according to 1.
前記入力された交流電圧の相のうち、1相を除く他の相と前記整流部との間に設けられた第1のスイッチと、
前記直列回路における前記2つのコンデンサの接続点と、前記第1のスイッチが設けられた交流電圧の1相とに接続された、電流制限抵抗と第2のスイッチとの直列回路と
を備えることを特徴とする請求項1に記載のインバータ回路。 The suppression unit includes a series circuit of two capacitors connected in parallel to the smoothing unit;
A first switch provided between the rectification unit and a phase other than one phase of the input AC voltage phase;
A series circuit of a current limiting resistor and a second switch connected to a connection point of the two capacitors in the series circuit and one phase of an AC voltage provided with the first switch. The inverter circuit according to claim 1.
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