JP2966148B2 - 電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置

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JP2966148B2
JP2966148B2 JP3174913A JP17491391A JP2966148B2 JP 2966148 B2 JP2966148 B2 JP 2966148B2 JP 3174913 A JP3174913 A JP 3174913A JP 17491391 A JP17491391 A JP 17491391A JP 2966148 B2 JP2966148 B2 JP 2966148B2
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voltage
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章 川口
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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、自己消弧形半導体素
子のターンオフ時に、アノードリアクトルの電圧を一定
範囲に保ち、そのエネルギの一部を例えば交流電源に回
生すると共にスナバ回路過電圧を抑え、そのロスを低減
する電力変換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】この発明の技術に関係する従来技術とし
て、図6に、抵抗によりアノードリアクトルのエネルギ
を消費する電力変換装置の一構成例を示す。図6は、自
己消弧形半導体素子(以下単に、GTOと記す)を用い
て、インバータを構成した例である。
【0003】アノ―ドリアクトル(以下単にALと記
す)1aには、抵抗35aとダイオード2aの直列回路
が、並列に接続されている。抵抗35aが接続されたA
L1aの一端は直流電源21の正側に接続されている。
AL1aの他端は、GTO11aのアノードに接続され
ている。GTO11aには、ダイオード12aが逆並列
に接続されている。GTO11aには更にスナバ回路1
3aが並列に接続されている。GTO11aのカソード
は出力端子22a、及びGTO11bのアノードに接続
されている。GTO11bにも、11aと同様にダイオ
ード12bが逆並列に接続されており、又、スナバ回路
13bが並列に接続されている。GTO11bのカソー
ドは、直流電源21の負側に接続されている。
【0004】AL1b、抵抗35b、ダイオ―ド2b、
GTO11c,11d、ダイオ―ド12c,12d、ス
ナバ回路13c,13dより成るもう一方の2ア―ムも
同様に構成されているので説明を省略する。
【0005】GTO11aがターンオフすると、それま
でAL1aを流れていた電流は減少を始め、その電流変
化率に比例した電圧がAL1aの両端に生じる。この電
圧によりダイオード2aがターンオンし、ダイオード2
a、抵抗35a、AL1aの経路で循環電流が流れる。
この循環電流により、AL1aに蓄積されていたエネル
ギは、抵抗35aで消費される。抵抗35aにより、A
L1aの両端の電圧は、その上昇が抑制されGTO11
a,11b及びその他の主回路に、過電圧が加わること
が防がれる。他のア―ムの動作も同様である。
【0006】図7は、スナバ回路13の一構成例であ
る。スナバコンデンサ51とスナバ抵抗52を直列接続
し、更にスナバ抵抗52に図示極性のスナバダイオード
53を並列接続して構成している。スナバ回路13の端
子AはGTO11のアノードに、端子BはGTO11の
カソードに接続される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の電
力変換装置には、下記のような欠点があった。
【0008】図6は、AL1のエネルギを抵抗35で消
費してしまう回路である。GTO11の遮断の回数(ス
イッチング周波数)が多くなると、抵抗35で消費され
るエネルギが大きくなり、装置全体の効率を低下させて
しまう。また、遮断電流が大きいと、AL1の両端に現
われる電圧が遮断電流に比例して大きくなり、このため
スナバ回路13の電圧が上昇し、GTO11aに過渡的
に過電圧が印加されると共に、スナバ回路13のロスも
大きくなる。
【0009】本発明は上記の欠点を除去するためになさ
れたもので、ALのエネルギを抵抗で消費してしまうこ
とく、又、スナバ回路のロスを低減し、損失が少なく小
形で安価かつ信頼性の高い電力変換装置を提供すること
を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成すために、少くとも直流電源の正極側に接続される自
己消弧形半導体素子に直列にアノ―ドリアクトルを接続
して成る電力変換装置において、前記アノ―ドリアクト
ルに並列接続される電圧抑制回路と、該アノ―ドリアク
トルの両端に直流入力端子が接続される回生用インバー
タと、この回生用インバータから出力される交流電力を
絶縁トランスを介して回生される交流電源を具備し、且
つ前記前記電圧抑制回路と回生用インバータは、前記ア
ノ―ドリアクトルの端子電圧を所定の範囲に保つ機能を
備えたことを特徴とするものである。
【0011】
【作用】前述のように、構成することにより、ALに蓄
積された電磁エネルギを、ダイオ―ドを介して回生用イ
ンバータの直流電源に回生し、絶縁トランスを介して交
流電源へ回生する。インバ―タによる回生が不可能或い
は能力低下した時は、電圧抑制回路によりALの両端の
電圧を一定値以下に保つ。
【0012】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1の構成図を参
照して説明する。
【0013】AL1aの一端は直流電源21の正側に接
続されている。又、この端子は、電圧抑制回路3a、回
生用インバータ4aに接続されている。AL1aの他端
は自己消弧形半導体素子11aのアノ―ドに接続されて
いる。又、この端子は、ダイオ―ド2aのアノ―ドに接
続されている。ダイオ―ド2aのカソードは電圧抑制回
路3a回生用インバ―タ4aの前記と違う端子に接続さ
れている。回生用インバ―タ4aの交流出力は絶縁トラ
ンス5aを介して交流電源6に接続されている。上記以
外の構成は、図6と同じ構成であるので説明は省略す
る。
【0014】図2は本実施例で使用される回生用インバ
―タ4a,4bの一構成例である。入力端子Pは、分圧
器41b、フィルタコンデンサ42、自己消弧形半導体
素子43b,43dのコレクタに接続されている。分圧
器41bの他端は、制御回路46、分圧器41aに接続
されている。制御回路46には、さらに、同期電源4
5、電流検出器44が接続されてる。制御回路46の出
力は、自己消弧形半導体素子43a〜43dのゲ―トに
接続されている。自己消弧形半導体素子43bのエミッ
タは、自己消弧形半導体素子43aのコレクタ及び電流
検出器44に接続されている。電流検出器44の他端
は、交流出力端子ACのU端子に接続されている。自己
消弧形半導体素子43dのエミッタは自己消弧形半導体
素子43cのコレクタ及び交流出力端子ACのX端子に
接続されている。入力端子Nは、前記分圧器41aの他
端、前記フィルタコンデンサの他端、自己消弧形半導体
素子43a,43cのエミッタに接続されている。図3
は、本実施例で使用される電圧抑制回路3a,3bの一
構成例である。
【0015】入力端子Pには、分圧器31b、抵抗3
5、及びコンデンサ37が接続されている。分圧器31
bの他端は、電圧比較器32、分圧器31aに接続され
ている。電圧比較器32には、更に基準電圧33が接続
されている。電圧比較器32の出力は、ゲ―ト制御回路
34に接続されている。ゲ―ト制御回路34は、自己消
弧形半導体素子36のゲ―トに接続されている。自己消
弧形半導体素子36のコレクタは、前記抵抗35の他端
に接続されている。入力端子Nは前記分圧器31aの他
端、自己消弧形半導体素子36のエミッタ、前記コンデ
ンサ37の他端に接続されている。
【0016】次に図1を参照して本発明の動作を説明す
る。自己消弧形半導体素子11aがタ―ンオフすると、
図6と同様に、それまでAL1aを流れていた電流が減
少を始め、AL1aの両端に電圧が生じる。この電圧が
回生用インバ―タ4aにより一定範囲内に保たれている
電圧ERを超えるとダイオ―ド2aがタ―ンオンし、電
流が回生用インバ―タ4aに流れる。AL1aの両端の
電圧は、回生用インバ―タ4aにより一定範囲内に保た
れているので、AL1aを流れる電流は、一定の変化率
で減少していく。このとき、AL1aに蓄えられていた
エネルギは、回生用インバ―タ4aにより絶縁トランス
5aを介して交流電源6へ回生される。交流電源6が瞬
時電圧低下や停電等で、回生用インバ―タ4が正常に動
作できなくなったときには、電圧抑制回路3が直流電圧
ERを一定値以下に保ち、電力変換装置としては運転を
正常に維持する。
【0017】次に、図2を参照して、回生用インバ―タ
4の動作を説明する。図2において、入力端子P,N間
の電圧ERは、分圧器41a,41bにより分圧され制
御回路46に入力される。制御回路46では、P,N端
子間の電圧ER及び同期電源45より、P,N端子間の
電圧ERが一定値となるように電力演算を行い、出力電
流指令を演算し、電流検出器44により検出される出力
電流が出力電流指令と一致するように、自己消弧形半導
体素子43a〜43dのゲ―トを制御する。
【0018】次に、図3を参照して電圧抑制回路3の動
作を説明する。図3において、入力端子P,Nの間の電
圧ERは、分圧器31a,31bにより分圧され電圧比
較器32に入力される。電圧比較器32で、入力電圧
は、基準電圧33と比較され、入力電圧が基準電圧より
高い場合、自己消弧形半導体素子36をタ―ンオンさせ
入力端子P,N間を抵抗35により短絡する。入力端子
P,N間の電圧ERが基準電圧よりも低くなると、自己
消弧形半導体素子36をタ―ンオフする。電圧比較器3
2は、ヒステリシス特性を有してもよい。本装置によ
り、入力端子P,N間の電圧ERは、基準電圧以下に抑
制される。
【0019】基準電圧33は、回生用インバ―タ4によ
り一定値制御される直流電圧より高い値に設定する。そ
うすることにより常時は電圧抑制回路3は、動作せず、
回生用インバ―タ4だけを動作させる。交流電源6の電
圧低下時等、回生用インバ―タ4だけでは、直流電圧を
一定値に保てなくなったときに直流電圧が上昇し電圧抑
制回路3が動作する。又、電圧抑制回路3は、回生用イ
ンバ―タ4の故障時に直流電圧が過度に上昇することを
防止する保護的動作を行わせることもできる。このよう
にして、電圧抑制回路3、回生用インバ―タ4により、
電圧ERが一定範囲内に保たれているのでAL1の電流
は一定の変化率で減少する。このことにより、AL1の
エネルギの回生が速やかに行われ、遮断電流の大きさに
よらず自己消弧形半導体素子11aのオフ時の過電圧を
抑制できる。又、AL1に蓄積された電磁エネルギが回
生されるためロスが低減される。
【0020】交流電源の瞬時電圧低下等は発生確率が低
く、又、継続時間も短いため、回生用インバ―タ4が正
常に動作できず、電圧抑制回路3が動作しても電力変換
装置としての効率を損なうことはなく、電圧抑制回路3
を具備することで、電力変換装置の運転が継続でき、信
頼性を向上できる。図4は、ALを分散配置した本発明
の他の実施例を示す構成図である。
【0021】AL1a,1bは直流電源21の正側、負
側にそれぞれ接続されている。又、同時に電圧抑制回路
3a,3b、回生用インバ―タ4a,4bにそれぞれ接
続されている。回生用インバ―タ4a,4bの交流側出
力は、絶縁トランス5a,5bを介して交流電源6に接
続されている。AL1a,1bの他端は、自己消弧形半
導体素子11aのアノ―ド、11bのカソ―ド、ダイオ
―ド2aのアノ―ド、2bのカソ―ドにそれぞれ接続さ
れている。自己消弧形半導体素子11a、11bには、
ダイオ―ド12a,12bが逆並列に、スナナバ回路1
3a,13bが並列に接続されている。自己消弧形半導
体素子11aのカソ―ドは、自己消弧形半導体素子11
bのアノ―ドに接続され、出力22に接続されている。
本発明はALの分散のされ方(配置、分散数等)によら
ず応用することが可能である。図5は、図1における回
生用インバ―タを共通とした、本発明の更に他の実施例
を示す構成図である。
【0022】AL1a、自己消弧形半導体素子11a,
11b、ダイオ―ド12a,12b、スナバ回路13
a.13bより成る2ア―ムの構成は、図1と同一であ
り、説明を省略する。AL1b、自己消弧形半導体素子
11c,11d、ダイオ―ド12c,12d、スナバ回
路13c.13dより成るもう一方の2ア―ムの構成も
図1と同一であり、説明を省略する。
【0023】AL1a,1bはダイオ―ド2a,2bを
介して、電圧抑制回路3a,3bにそれぞれ接続されて
いる。電圧抑制回路3a,3bは、同一の回生用インバ
―タ4に並列に接続されている。
【0024】本実施例のように、同一電位に接続された
ALについては、回生用インバ―タを共通とし、装置の
小形化を図ることができる。本実施例では、2ア―ム2
組構成の単相ブリッジ回路に対する構成例を説明した
が、3組以上のブリッジ回路、又は、多重ブリッジ回路
に対しても同様の構成ができる。又、図4のように、A
Lが分散配置された場合でも、同一電位に接続されたA
Lについては、同様な構成が可能である。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、ALの配置構成に
よらず適用することができ、ALに蓄積された電磁エネ
ルギは回生用インバータを介して交流電源へ回生できる
ため、ロスを低減でき、信頼性の高い電力変換装置を提
供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す電力変換装置の構成
図。
【図2】図1の回生用インバ―タの具体的一例を示す構
成図。
【図3】図1の電圧抑制回路の具体的一例を示す構成
図。
【図4】本発明の他の実施例を示す電力変換装置の構成
図。
【図5】本発明の更に別の実施例を示す電力変換装置の
構成図。
【図6】従来の電力変換装置の構成図。
【図7】スナバ回路の構成図。
【符号の説明】
1,1a〜1d …アノ―ドリアクトル―ド 2,2a〜2d …ダイオ―ド 4,4a〜4d …回生用インバ―タ 5,5a〜5d …絶縁トランス 6 …交流電源 11,11a〜11d…自己消弧形半導体素子 12,12a〜12d…ダイオ―ド 13,13a〜13d…スナバ回路 21a,21b …直流電源 22,22a〜22b…出力端子 31a,31b …分圧器 32 …電圧比較器 33 …電圧基準 34 …ゲ―ト制御回路 35 …抵抗 36 …自己消弧形半導体素子 37 …コンデンサ 41a,41b …分圧器 42 …フィルタコンデンサ 43a〜43d …自己消弧形半導体素子 44 …電流検出器 45 …同期電源 46 …制御回路 51 …スナバコンデンサ 52 …スナバ抵抗 53 …スナバダイオ―ド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H02M 7/42 - 7/98

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少くとも直流電源の正極側に接続される
    自己消弧形半導体素子に直列にアノ―ドリアクトルを接
    続して成る電力変換装置において、前記アノ―ドリアク
    トルに並列接続される電圧抑制回路と、該アノ―ドリア
    クトルの両端に直流入力端子が接続される回生用インバ
    ータと、この回生用インバータから出力される交流電力
    を絶縁トランスを介して回生される交流電源を具備し、
    且つ前記前記電圧抑制回路と回生用インバータは、前記
    アノ―ドリアクトルの端子電圧を所定の範囲に保つ機能
    を備えたことを特徴とする電力変換装置。
JP3174913A 1991-07-16 1991-07-16 電力変換装置 Expired - Lifetime JP2966148B2 (ja)

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