JP2777491B2 - 相間リアクトル多重インバータ - Google Patents

相間リアクトル多重インバータ

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、大容量モータを駆動
する大容量インバータの構成方法の一つである相間リア
クトル多重インバータの改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図2は例えば特開昭63−287371
号公報に示された従来の「相関リアクトル多重式PWM
インバータ」の主回路構成図であり、図において、1は
平滑コンデンサ、2a〜7aと2b〜7bはインバータ
主回路スイッチング素子、8a〜13aと8b〜13b
はフライホイールダイオード、20,21,22は2つ
のインバータの各相出力間に置かれる中間出力用タップ
付の相間リアクトル、30a〜32aと30b〜32b
は各インバータの各3相出力電流を検出するための電流
センサ、40は負荷である。
【0003】図3は説明を簡単にするために図2の1相
分の回路を抜き出したもので、iuaとiubはインバータ
INV,aおよびインバータINV,bのそれぞれ
相の出力電流検出値、iucは各インバータINV,a、
INV,bのu相の出力相間を流れる循環電流、iu は
2つのインバータINV,aとINV,bのu相総合出
力電流である。Ed は平滑コンデンサ電圧を表わす。
【0004】次に動作について説明する。図2におい
て、3相の動作は同一なので説明を簡単にするため図3
のu相1相分についてのみ説明する。図3のように2つ
のインバータINV,aとINV,bの同一相であるu
相出力は、それぞれ相間リアクトル20で結合され、両
インバータ出力電圧差を相間リアクトル20にて分担し
両インバータINV,a、INV,b間に流れる循環電
流iucを抑制する。
【0005】また、2つのインバータの総合出力電流i
u は、20の中点タップより出力される。各インバータ
INV,a、INV,bの各々の出力電流iuaとiubと
iuc、iu 間には次式の関係が成立する。
【0006】 iu =iua+iub (1) iuc=iua−iub (2) 上式より仮にiuc≒0とできたと仮定するなら iua≒iub (3) が成立することは明らかであり、(1),(3)両式より iua≒iub=1/2iu (4) となることがわかり、両インバータINV,a、IN
V,bの出力電流がバランスよく総出力電流を半分づつ
分担することとなる。
【0007】ただし、この結果はiuc≒0を仮定してい
るが、実際には外部より制御をかけて2つのインバータ
の出力電圧差を定常的に極力等しくしないと、この仮定
を満足できない。故に従来のこの種の多重インバータで
は、各インバータINV,a、INV,bの対応相の出
力電流を例えば図3では、30aと30bの電流センサ
にてiua,iubとして検出する。
【0008】そして、(1)式によって総合出力電流i
u を求め、その指令値iu*とつき合わせて電流をコント
ロールするよう電流コントローラ出力から各インバータ
INV,a、INV,bに共通のu相電圧指令Vu*を発
生しつつ、(2)式によってiucを求めiucを零にする
方向に各インバータINV,a、INV,bの各u相電
圧微小変化値ΔVu*を発生して各インバータの最終段の
相電圧指令Vua* ,Vub* を発生してiuc≒0の制御を
実施するようにしている。その時、以下(5)式、
(6)式が成立している。
【0009】
【数1】
【0010】
【数2】
【0011】
【発明が解決しようとする課題】従来の相間リアクトル
多重式インバータは以上のように電流制御が行われてい
るため、2つのインバータの各相出力全てに電流センサ
を設けねばならなかった。そのことは、各インバータは
単体では出力の零相分電流が無視できるということと、
iu +iv +iw =0の関係から3相インバータの2相
電流のみで3相電流を表現できるということから、2相
分のみの電流センサがあれば出力電流制御ができ、従っ
て一般に標準的には電流センサは2相分のみしか設けな
いという実状から反してコスト高を招き、且つ、余分な
寸法を必要とすると共に、標準化を阻害する等の問題が
あった。
【0012】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、相間リアクトル多重を実施した
からといって各インバータの出力全てに電流センサを設
けずに、従来の3相インバータ単体と同様に各インバー
タ出力相2相分のみ各々電流センサを設ければよい相間
リアクトル多重インバータを得ることを目的とする。
【0013】そしてさらにこの装置の過電流保護方法を
提供し、また万一片方のインバータが故障時にもう一方
のインバータのみで運転継続できる冗長性のあるこの装
置にみあったシステムを提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係る相
間リアクトル多重インバータは、2台のインバータの各
共通相の出力端子問にそれぞれ相関リアクトルを接続
し、これら相間リアクトルの中問点より並列多重されて
3相出力を得る相関リアクトル多重インバータにおい
て、これら2台のインバータにそれぞれ出力電流制御機
能を持たすと共に、上記複数の相関リアクトルの内、
つ相間リアクトルに関してその両端と対応する各出力端
子間にそれぞれ電流センサを接続し、他の各相関リアク
トルに関してはその一端と対応する出力端子間に電流セ
ンサを接続したものである。
【0015】請求項1の発明に係る相間リアクトル多重
インバータは、電流センサが接続されていない相におけ
る相間リアクトルの一端を流れる相電流を、他のインバ
ータの上記該当相に接続された電流センサ出力を代用し
て算出することで、3相電流から2相へ変換された2相
電流と零相分電流を演算し、該演算結果より上記2・台
のインバータの各相問を循環する循環電流を算出し、該
循環電流算出値により上記循環環電流を抑制するもので
ある。
【0016】請求項3の発明に係る相間リアクトル多重
インバータは、請求項2において、循環電流算出値と各
インバータの出力電流検出値から各インバータの各3相
出力電流を算出し、該3相電流算出値により上記各イン
バータの各相出力過電流を判定し、上記各インバータを
保護するものである。
【0017】請求項4の発明に係る相間リアクトル多重
インバータは、請求項1において、2台のインバータの
うち、何れか一方に故障が発生した時に、故障したイン
バータの主回路スイッチング素子の点弧信号をブロック
し、健全なインバータの相の出力端子に接続された電流
センサに従って健全インバータに電流制御及び過電流保
護を施し、運転を継続するものである。
【0018】
【作用】請求項1の発明における相間リアクトル多重イ
ンバータは、2つのインバータの各相の出力電流検出値
は、各相の総合出力電流の総和が0である関係と、一方
のインバータの所定相の相電流は他方のインバータの該
当相に接続された電流センサの電流検出値で代用できる
ことから各インバータの各相すべてに電流センサを用い
る必要がない。
【0019】請求項2の発明における相間リアクトル多
重インバータは、請求項1の発明にて算出された各相出
力電流検出値より、2台のインバータ各相間を流れる循
環電流を算出して、該循環電流算出値により該循環電流
を抑制制御を実施する。
【0020】請求項3の発明における相間リアクトル多
重インバータは、各インバータの総合出力電流制御と各
相循環電流制御は各インバータ出力相電流算出値によっ
てなされ、過電流保護も同様に各インバータの出力相電
流検出値と各インバータを構成するスイッチング素子を
保護するのに十分な電流レベルとを比較することによっ
て実施される。
【0021】請求項4の発明における相間リアクトル多
重インバータは、片方のインバータの故障に対し残りの
健全なインバータで運転を継続させる冗長システムを採
用する場合は、各インバータ出力電流の算出を中止し、
健全なインバータの2相分の電流センサ検出値のみで出
力電流制御を実施し、且つ健全なインバータの過電流保
護に用いられる出力電流値も電流センサ検出値2相分で
3相分を演算して保護を継続する。
【0022】
【実施例】実施例1. 以下、この発明の一実施例を図について説明する。図1
において、1は平滑コンデンサ、2a〜7aと2b〜7
bはインバータ主回路スイッチング素子、8a〜13a
と8b〜13bはフライホイールダイオード、20,2
1,22は、2つのインバータの各相出力間に置かれる
中間出力用タップ付の相間リアトクル、30a,30
b,31a,32bは電流センサ、40は負荷である。
【0023】次に動作について説明する。図1におい
て、u相出力はINV,aとINV,b共に電流センサ
30a,30bが設置されるが、v相はINV,a側の
31aのみ、w相はINV,b側の32bのみ設置され
る。ここで各電流センサの出力電流検出値を30aはi
ua、30bはiub、31aはIva、32bはiwbとす
る。また電流センサの無い出力相の電流をIuv,a側は
iwa、INV,b側はivbとそれぞれ規定する。
【0024】ここで各相の総合出力電流を図1のように
iu ,iv ,iw とすると、 iu +iv +iw =0 (7) が成立する。ただし、ここでは iua+iva+iwa≠0,iub+ivb+iwb≠0 (8) なので注意が必要である。
【0025】次にこれらの電流検出値を用いて、下式に
より3相から2相へ等価変換することを考える。
【数3】
【0026】今、各相の循環電流をiuc,ivc,iwcと
すると(2)式と同様に以下の式に示される。
【0027】
【数4】
【0028】また(1)式と同様各相総合出力電流i
u ,iv ,iw は以下の式にて示される。
【0029】
【数5】
【0030】(2),(10),(11),(1),
(12),(13)式よりiua,iub,iva,ivb,i
wa,iwbは以下の式にて示される。
【数6】
【0031】ここで(14),(16),(18)式と
(15),(17),(19)式をそれぞれ(9)式に
代入して、3相→2相変換(零相分を含む)を行うこと
を考える。ところが、図1のようにINV,aのw相、
INV,bのv相には電流センサが無いので、(18)
式、(17)式はそのまま(9)式に用いることができ
ない。そこで(18)式の代わりに(19)式を、(1
7)式の代わりに(16)式を用いて変換することを考
える。
【0032】まず、INV,a側を変換すると以下の如
く示される。
【数7】
【0033】次にINV,b側は以下の如く示される。
【0034】
【数8】
【0035】上式により零相分電流の関係から
【数9】 同様に、
【0036】
【数10】
【0037】ここで単純に考えるとivcとiwcを分離不
能であることに気がつく。これらを分離するために、電
流制御で用いる電流指令値と電流センサの検出値の差に
ついて考える。
【0038】(17),(18)式は、各インバータI
NV,a、INV,bの電流センサの無い相の出力電流
で当然検出値ではない。しかしながら(16),(1
9)式は検出値として利用できるため、各インバータI
NV,a、INV,bの該相電流指令値をそれぞれiva
* ,iwb* とするとivc,iwcは以下の式にて示され
る。
【0039】 iva* −iva=1/2ivc (24) iwb* −iwb=1/2iwc (25) ∴ivc= 2(iva* −iva) (26) iwc=−2(iwb* −iwb) (27)
【0040】iucは(2)式でも(22)式でもどちら
を利用しても良い。以上のように、(2)又は(22)
式、(26),(27)式にて各相の循環電流を検出
し、その抑制制御を従来例と同様に実施可能である。
【0041】実施例2. 又、各インバータ毎の該各出力電流の独立した制御は、
(20),(21)式に例えば(22),(26),
(27)式を代入して以下の如く示す。
【0042】
【数11】
【0043】
【数12】
【0044】で各インバータの零相分を含む2相電流が
得られ、こをれ更に回転座標系へ変換して2相回転座標
上で直流量として電流制御をかけることも可能である。
また、この時の各インバータINV,a、INV,bの
過電流検出は各相毎に実施されるべきで、(28),8
29)式をそれぞれ(9)式の逆変換を実施している各
3相電流に変換して以下の如く示す。
【0045】
【数13】
【0046】
【数14】
【0047】(30),(31)式で求められた各相電
流と各相毎に独立に主回路素子を保護し得るある電流保
護レベルとを比較することで、過電流検出が実施される
ことになる。
【0048】実施例3. 更に、片方のインバータの何らかの故障発生時に故障発
生前は上記の様な出力電流の算出及び保護が実施されて
いるが、一旦故障発生しても残りの健全なインバータの
単独運転に切り替えられて運転継続するような冗長シス
テムが組まれる場合、切替の瞬間に例えば図1のIN
V,aが健全インバータと仮定すると、下式の電流算出
式にて電流制御が継続されることになる。
【0049】 iua,ivaは電流センサ出力値にて既知。 iwa=−(iua+iva) (32) ∵iua+iva+iwa=0 (33)
【0050】
【数15】
【0051】なお、上記実施例では、u相を共通電流セ
ンサ設置相として示したが、v相、w相が共通設置相で
あっても良い。
【0052】
【発明の効果】以上のように、この第1の発明によれ
ば、2つのインバータの各相の出力電流検出値は、各相
の総合出力電流の総和が0である関係と、一方のインバ
ータの所定相の相電流は他方のインバータの該当相に接
続された電流センサの電流検出値で代用できることから
各インバータの各相すべてに電流センサを用いる必要が
ないため、装置の小形化、低コスト化、標準化に寄与で
きる相間リアクトル多重インバータが得られる効果があ
る。
【0053】また、この第2の発明によれば、電流セン
サを全出力側に設けずとも2台のインバータ各相間を流
れる循環電流を算出することができるため、循環電流抑
制制御を実施するに当たっても装置構成が簡易化される
効果がある。
【0054】また、この第3の発明によれば、算出循環
電流と各インバータの検出出力電流値から各インバータ
の各3相出力電流を算出し、該算出値により各インバー
タの各相出力過電流を判定することで、確実な過電流保
護を行える効果がある。
【0055】また、この第4の発明によれば冗長シス
テムを構築する際も、スムーズに健全側のインバータで
運転ができるようになるため信頼性の高いインバータシ
ステムを提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例による相間リアクトル多重
インバータの主回路図である。
【図2】従来の相間リアクトル多重インバータの主回路
図である。
【図3】従来の相間リアクトル多重インバータの1相分
主回路図である。
【符号の説明】
1 平滑コンデンサ 2a〜7a インバータ主回路スイッチン
グ素子 2b〜7b インバータ主回路スイッチン
グ素子 8a〜13a フライホイールダイオード 8b〜13b フライホイールダイオード 20〜22 相間リアクトル 30a〜32b 出力電流センサ 40 負荷 INV,a、INV,b インバータ

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2台のインバータの各共通相の出力端子
    問にそれぞれ相関リアクトルを接続し、これら相間リア
    クトルの中問点より並列多重されて3相出力を得る相関
    リアクトル多重インバータにおいて、これら2台のイン
    バータにそれぞれ出力電流制御機能を持たすと共に、上
    記複数の相関リアクトルの内、1つ相間リアクトルに関
    してその両端と対応する各出力端子間にそれぞれ電流セ
    ンサを接続し、他の各相関リアクトルに関してはその一
    端と対応する出力端子間に電流センサを接続したことを
    特徴とする相間リアクトル多重インバータ。
  2. 【請求項2】 電流センサが接続されていない相におけ
    る相間リアクトルの一端を流れる相電流を、他のインバ
    ータの上記該当相に接続された電流センサ出力を代用し
    て算出することで、3相電流から2相へ変換された2相
    電流と零相分電流を演算し、該演算結果より上記2・台
    のインバータの各相問を循環する循環電流を算出し、該
    循環電流算出値により上記循環環電流を抑制することを
    特徴とする請求項1に記載の相間リアクトル多重インバ
    ータ。
  3. 【請求項3】 循環電流算出値と各インバータの出力電
    流検出値から各インバータの各3相出力電流を算出し、
    該3相電流算出値により上記各インバータの各相出力過
    電流を判定し、上記各インバータを保護することを特徴
    とする請求項2に記載の相間リアクトル多重インバー
    タ。
  4. 【請求項4】 2台のインバータのうち、何れか一方に
    故障が発生した時に、故障したインバータの主回路スイ
    ッチング素子の点弧信号をブロックし、健全なインバー
    タの相の出力端子に接続された電流センサに従って健全
    インバータに電流制御及び過電流保護を施し、運転を継
    続することを特徴とする請求項1に記載の相間リアクト
    ル多重インバータ。
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