JP3164738B2 - 高出力インバータ装置 - Google Patents

高出力インバータ装置

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明伸 奥井
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は直列多重接続が可能なイ
ンバータ装置に広く適用可能なものであり、インバータ
装置に使用されるスイッチング素子の利用効率を最大限
に引き出し、高出力化を図ると同時に連続的な出力制御
を行うことが可能なインバータ装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】図5は従来の技術において、目標出力電
圧が最大変調率以上にならないよう制限を加えた場合の
PWM制御原理を示したものである。スイッチング素子
固有の特性やインバータ回路の保護上の制限からある、
ある一定時間内以下(Tmin ;最小オン・オフ時間)で
高速にスイッチング素子を開閉することができない。こ
のため、一般のインバータ等では図5に示すように出力
目標値EC1(9)を制限したり、PWM制御での変調信
号(キャリア信号)Csiga(8a),Csigb(8b)の
周波数を下げたりするなどして素子の制限を回避するの
が一般的である。
【0003】スイッチング素子の利用効率を上げるPW
M制御方式として、単純にスイッチング素子のパルス数
を減らし、最終的に1パルスの方形波出力で高い電圧を
得る制御方式が考案されている。
【0004】スイッチング素子の利用効率を低減させる
ことなく、PWM制御を行う方法として、三相3線のイ
ンバータ装置では、出力波形が対称正弦波であることを
前提として、三相個々のインバータ装置のPWM制御を
電気角60度区間ごとに順次停止するよう目標出力制御
信号を定め(1.0に固定する)、残りの二相で線間電
圧を制御するといったことも考えられている(文献;平
成4年電気学会全国大会講演論文集〔5,528〕「L
SM駆動用PWMインバータの出力電圧向上に関する検
討」)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】素子を保護するために
は、PWM制御上許される範囲に出力を制限することが
必要であり、この制限は大容量器ほど大きくなるため、
コストパフォーマンスは著しく低下させる。
【0006】素子の利用率を上げる目的でPWM制御の
変調周波数を下げて行けば、ある程度、素子の利用効率
の改善は図れるが、変調周波数の低下に比例して制御性
能が低減すると同時に、出力高調波の増加や波形歪とい
った欠点が顕著に現れる。
【0007】同様に、パルス数を減らし高出力を得ると
いう方式も、制御性能を著しく低減させると同時に、波
形歪や高調波を増加させるといった欠点がある。
【0008】三相3線のインバータで各相60度ごとに
PWM制御を停止するという方式は、60度区間を規定
することが難しく、その出力波形が非正弦波の場合には
全く適用できない。
【0009】さらに負荷回路が三相4線式のインバータ
装置や単相インバータ装置では線間電圧を制御するとい
ったことが原理的にできないため、前記の従来技術は実
現不可能である。
【0010】上述の課題を解決するために、本発明の請
求項1は、複数のPWM(パルス幅変調)インバータ・
ユニットによって直列に多重化されたインバータ装置に
おいて、前記各インバータ・ユニットのいずれかがスイ
ッチング素子の制約から決まるPWM制御上可能な最大
変調率に達したとき、前記インバータ・ユニットごとに
行われているPWM制御を順次最大出力振幅値を与える
制御点で固定させて最大電圧を出力するとともに、前記
最大出力振幅値に達していない前記インバータ・ユニッ
トに対して総合目標出力(多重インバータ全体で出力し
ようとする目標出力値)に応じた出力制御を行うことに
よって、連続的な出力制御を行うことを特徴とする高出
力インバータ装置を提供する。また請求項2の発明は、
前記連続的な出力制御が、PWM制御であることを特徴
とする請求項1に記載の高出力インバータ装置を提供す
る。
【0011】
【作用】PWM制御を一時的に停止しスイッチング素子
を導通状態に保つことで素子の利用効率を最大限に引き
出すことが可能となり、結果的に出力容量を増加させる
ことができる。
【0012】多重接続されたインバータ群のうち、幾つ
かのインバータ・ユニットがPWM制御を行うため、P
WM制御を停止しているインバータ・ユニットが存在し
ても、多重インバータ装置全体として連続的な出力制御
を行うことができる。
【0013】
【実施例】図1は多重インバータの主回路構成例を示し
たものである。インバータ・ユニット(1)はどのよう
な方式のPWMインバータでもよく、出力変圧器(2)
が接続できて、かつ図1に示すように多重化が行えれば
よい。
【0014】図2は、インバータ・ユニット(1)の1
例としてフルブリッジインバータのPWM制御原理を示
したものである。フルブリッジインバータを構成するス
イッチング素子(6)のSW1、SW2、SW3、SW
4は2種類のキャリア信号Csiga(8a),Csigb(8
b)と目標出力制御信号EC1(9)を比較することでオ
ン・オフ制御を行う。このとき目標出力制御信号(9)
がスイッチング素子(6)の最小オン・オフ時間Tmin
(10)の制限から決まる最大変調率aL (7)を越え
ると、それ以上短い時間Tmin (10)以下でスイッチ
ングができないため、目標出力制御信号が最大変調率以
上になった領域(11)でスイッチング素子をオン状態
に保つことで、高い電圧出力が得られるようにする。
【0015】図3は個々のインバータ・ユニットの目標
出力制御信号の制御方式を示している。インバータ全体
ので目標出力制御信号EC (9e)が最大変調率Mu×
L(13a)に達した段階で第1番目のインバー・タ
ユニット(INV−1)の目標出力制御信号EC1(9
a)を1.0に保ち常時スイッチング素子をオン状態に
することで最大の出力電圧を得ることができる。残りの
インバータはインバータ全体の目標出力制御信号が所定
の値EC(9e)になるよう、目標出力制御信号を均等に
分担して制御を行うEC2(9b)、EC3(9c),EC4
(9d)。
【0016】さらに、残りのインバータ((Mu−1)
台)の目標出力制御信号が最大変調率1+(Mu−1)
×aL (13b)に達した段階で、第2番目のインバー
タ・ユニット(INV−2)の目標出力制御信号E
C2(9b)を1.0に固定すると同時に、残りのインバ
ータ・ユニットで全体の目標出力制御信号が所定の値E
C(9e)になるように均等に制御信号を分担する。こ
うして最大変調率に順次達した段階で1台づつインバー
タ・ユニットの変調率を1.0に固定すると同時に残り
のインバータで目標出力制御信号どうりに出力が得られ
るよう制御して行く。
【0017】
【発明の効果】以上のように,インバータを制御するこ
とで、従来のような最大変調率以下で制御された場合に
比べ、図4のように多重化数Mu に応じて、数1に定義
する出力増加率を1.1倍から2倍程度に上げることが
可能である。
【0018】
【数1】
【0019】このインバータ装置は単相構成で連続的な
出力制御が行えるため、三相インバータでは、負荷回路
は三相3線でも三相4線でも構成可能である。
【0020】このインバータ装置はスイチング素子を停
止させることで高出力化を図るため、PWM(パルス幅
変調)制御の変調周波数を高くしてもスイッチング素子
の利用効率を低減させることなく制御することが可能で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】出力変圧器を用いてインバータ・ユニットを直
列多重接続したインバータ装置の構成図である。
【図2】本発明の高出力インバータ装置におけるインバ
ータ・ユニットのPWM制御の1実施例でフルブリッジ
インバータを用いた場合の説明図である。
【図3】本発明に従って、総合目標出力に応じた出力制
御を行う場合のインバータ・ユニットの制御過程を示し
た説明図である。
【図4】本発明によって総合目標出力に応じた出力制御
を行った場合と、総合目標出力を最大変調率で制御した
場合とを出力増加率という観点から評価した図である。
【図5】従来の技術におけるPWM制御で、目標出力信
号を最大変調率に制限した場合の説明図である。
【符号の説明】
1…インバータ・ユニット INV−1 …第1番目のインバータ・ユニット INV−2 …第2番目のインバータ・ユニット INV−Mu…第Mu番目のインバータ・ユニット 2…出力変圧器 3…整流装置 4…負荷 5…フリーホイーリングダイオード 6…スイッチング素子 SW1,SW2,SW3,SW4…各スイッチング素子 7…スイッチング素子の最小オン・オフ時間に相当する
最大変調率 8a‥キャリア信号a 8b‥キャリア信号b 9…インバータ・ユニットの目標出力制御信号(EC
|1.0|) 9a…INV−1の目標出力制御信号 9b…INV−2の目標出力制御信号 9c…INV−3の目標出力制御信号 9d…INV−4の目標出力制御信号 9e…多重インバータ全体の総合目標出力制御信号 10…スイッチング素子の最小オン・オフ時間 11…目標出力制御信号を1.0に固定しスイッチング
素子をオン状態に保つ領域 12…インバータ・ユニット1台の出力電圧 13a…多重インバータ全体(Mu台)の総合目標出力
制御制御信号がインバータの総合最大変調率(Mu×a
L )に達する点 13b…残りの多重インバータ全体(Mu−1)の総合
目標出力制御制御信号が総合最大変調率((Mu−1)
×aL )に達する点 13c…残りの多重インバータ全体(Mu−2)の総合
目標出力制御制御信号が総合最大変調率((Mu−2)
×aL )に達する点 13d…残りの多重インバータ全体(Mu−3)の総合
目標出力制御制御信号が総合最大変調率((Mu−3)
×aL )に達する点 14…目標出力制御信号を最大変調率に固定し、スイッ
チング素子の最小オン・オフ時間を確保する制御領域

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数のPWM(パルス幅変調)インバー
    タ・ユニットによって直列に多重化されたインバータ装
    置において、前記各インバータ・ユニットのいずれかが スイッチング
    素子の制約から決まるPWM制御上可能な最大変調率
    達したとき前記インバータ・ユニットごとに行われて
    いるPWM制御を順次最大出力振幅値を与える制御点で
    固定させて最大電圧を出力するとともに、前記最大出力
    振幅値に達していない前記インバータ・ユニットに対し
    総合目標出力(多重インバータ全体で出力しようとす
    る目標出力値)に応じた出力制御を行うことによって
    連続的な出力制御を行うことを特徴とする高出力インバ
    ータ装置。
  2. 【請求項2】 前記連続的な出力制御は、PWM制御で
    あることを特徴とする請求項1に記載の高出力インバー
    タ装置。
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