JP3195809U - Inverter generator - Google Patents
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Abstract
【課題】インバータの動作時に突発的に発生するサージ電圧を抑え、インバータが不調を来したり、絶縁破壊を生じて破損することを防止できるインバータ発電機を提供する。【解決手段】インバータ発電機のインバータ20と並列に抵抗R、コンデンサCおよびダイオードDの組合せからなるスナバ回路42を接続し、インバータ20から突発的に生じるサージ電圧をスナバ回路により吸収して低減させる。ここでコンデンサCは、サージ電圧を吸収して、突出するスパイクの高さを抑制する。また抵抗Rは、サージ電圧による素子の発熱を抑制する。ダイオードDの順方向端をコンデンサCを介してマイナス側に接続する理由は、マイナス側はアース側であるので、サージ電圧を積極的に抑制する必要に乏しいからである。【選択図】図3An inverter generator that suppresses a surge voltage suddenly generated during operation of an inverter and prevents the inverter from malfunctioning or causing breakdown due to dielectric breakdown is provided. A snubber circuit comprising a combination of a resistor R, a capacitor C and a diode D is connected in parallel with an inverter 20 of an inverter generator, and a surge voltage suddenly generated from the inverter 20 is absorbed by the snubber circuit and reduced. . Here, the capacitor C absorbs the surge voltage and suppresses the height of the protruding spike. The resistor R suppresses heat generation of the element due to the surge voltage. The reason why the forward end of the diode D is connected to the negative side via the capacitor C is that the negative side is the ground side, and therefore it is not necessary to actively suppress the surge voltage. [Selection] Figure 3
Description
この考案は、インバータ発電機に関するものであって、更に詳細には、該インバータ発電機に内蔵したインバータが直流を交流に変換する際に発生するサージ電圧を適切に吸収して、該サージ電圧に起因して前記インバータに不調や破壊を来すのを未然に防止し得るようにしたものである。 The present invention relates to an inverter generator, and more specifically, appropriately absorbs a surge voltage generated when an inverter built in the inverter generator converts a direct current into an alternating current. Therefore, it is possible to prevent the inverter from malfunctioning or being destroyed.
電力会社の電力供給系統から独立して電力を得る自家発電には、多数の形式が知られている。何れの自家発電形式であっても、その供給電力に接続される負荷が電灯や電熱ヒータのような発熱体の場合は、該電力に規定の電圧と電流が確保されていれば足り、電源周波数の変動は一般に問題視されない。 Many forms of in-house power generation that obtains power independently from the power supply system of the power company are known. Regardless of the type of in-house power generation, if the load connected to the supplied power is a heating element such as an electric light or an electric heater, it is sufficient if the specified voltage and current are secured for the power, and the power frequency Variations in are generally not considered a problem.
しかし、供給電力に接続される負荷がパルスモータ等の回転機器や、蛍光灯その他パソコン等の場合は、電源周波数に変動がなく安定なことが要求される。例えば、最近のモータの回転制御の多くは電源周波数に依存するため、該周波数は正確で変動のないことが必要である。この要請に応えて、据え付け型の自家発電機や可搬式の発電機として、三相発電機で発電した三相交流をコンバータで直流に一旦変換した後、この直流をインバータで三相交流または単相交流に変換するインバータ発電機が実用化されている。前記インバータは、直流を断続的に入切して交流化する転流制御回路を有し、該回路で直流のオン−オフ(スイッチング)を所定の周期で実行することで、所望周波数の交流が得られるものである。そして、正確で安定した周波数を得るために、基準正弦波を使用したパルス幅変調(PWM)制御が一般に援用されている。 However, when the load connected to the supplied power is a rotating device such as a pulse motor, a fluorescent lamp or other personal computer, it is required that the power supply frequency does not vary and is stable. For example, since many of the recent motor rotation controls depend on the power supply frequency, the frequency needs to be accurate and unaltered. In response to this request, as a stationary private generator or portable generator, the converter converts the three-phase alternating current generated by the three-phase generator into direct current with a converter, and then converts this direct current into three-phase alternating current or single Inverter generators that convert to phase alternating current have been put into practical use. The inverter has a commutation control circuit that intermittently turns on and off direct current to turn it into alternating current, and the circuit performs on / off (switching) of the direct current at a predetermined cycle, so that alternating current at a desired frequency is generated. It is obtained. In order to obtain an accurate and stable frequency, pulse width modulation (PWM) control using a reference sine wave is generally used.
本考案は、インバータ発電機の主要部をなすインバータの稼動時に瞬発するサージ電圧を吸収する回路に関するものであるので、先ずインバータ発電機の基本構成を説明する。図1において参照符号10は、120度の位相角で配置した3つの電機子巻線U、V、Wを有する三相発電機を示している。この三相発電機10は、エンジン等の回転源(図示せず)により駆動されて三相交流を発電する。
The present invention relates to a circuit that absorbs a surge voltage that occurs instantaneously during operation of the inverter that constitutes the main part of the inverter generator. First, the basic configuration of the inverter generator will be described. In FIG. 1,
三相発電機10からの三相交流は、サイリスタやトライアック等の整流素子を備えたコンバータ14に入力され、該コンバータ14で直流に変換される。変換後の直流は、電解コンデンサ15で平滑された後に、下流側に設けたインバータ20で単相交流に変換される。該インバータ20は、例えばIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)やパワーMOSFET等の自己消弧形スイッチング素子からなり、そのゲートを駆動して直流のオフおよびオン(スイッチング)を行うことで、該直流を単相交流に変換する。得られた単相交流は、前記インバータ20に直列接続した各正弦波出力フィルタ30を介して、U1相端およびV1相端に出力される。
Three-phase alternating current from the three-
前記三相発電機10、コンバータ14およびインバータ20の各電気要素は、制御ユニット35に内蔵した各種回路によって電気的な制御がなされる。すなわち前記制御ユニット35における電源回路41は、前記三相発電機10のU相およびO相に接続して交流電源の供給を受け、該電源回路41で電圧降下および直流交換を行った後、該制御ユニット35の各種回路へ直流電源の供給を行う。また直流電圧制御回路37は、前記コンバータ14で交流から直流に変換された際の直流電圧を一定範囲に制御するものである。この直流電圧制御回路37は、前記コンバータ14で変換された直流の電圧を所望の値に設定するための抵抗(直流電圧設定抵抗)を基板中に備えている。
The electric elements of the three-
前記インバータ20に内蔵した自己消弧形スイッチング素子のゲートは、インバータ駆動回路22により駆動される。例えば、インバータ駆動回路22はパルス幅変調(PWM)回路を備え、正弦波用のデータ信号から作られた基準周波数の正弦波と、搬送波(三角波)とが重畳された合成信号の入力を受け、ここでパルス幅変調されたパルスが前記自己消弧形スイッチング素子のゲートを開閉駆動して転流制御を行う。また、図1において基準正弦波信号回路26は、基準となる所望周波数の正弦波を作り出すのに必要なデータ信号を発生するものである。この基準正弦波信号回路26からの正弦波作成用のデータ信号は、該回路26に接続している正弦波変換回路24へ入力される。この正弦波変換回路24は、前記データ信号を使用して所望の基準正弦波を発生する。そして該基準正弦波は、搬送波発生回路31が発生する搬送波(三角波で、前記基準正弦波より高い周波数に設定してある)と出力比較されて、重畳的な合成信号を形成し、該合成信号が前記インバータ駆動回路22へ入力される。なお、前記基準正弦波信号回路26では、基準正弦波を設定する電圧を所望の値に設定するための抵抗(基準正弦波電圧設定抵抗)を基板中に備えており、この抵抗はモジュールとしての交換が可能になっている。また、符号39は電圧フィードバック回路を示し、この電圧フィードバック回路39は前記U1相端およびV1相端に出力された単相交流の電圧を検出して、その検出値を前記インバータ駆動回路22へフィードバックするものである。
The gate of the self-extinguishing switching element built in the
図1の三相発電機10は、単独の電機子巻線U、V、Wを備えていて、最終的に単相交流を出力するものであった。これに対して、図2に示すインバータ発電機の三相発電機10は、マスター電機子巻線10aとスレーブ電機子巻線10bとを有して、最終的に三相交流を出力するもので、それ以外の基本構成は、図1のインバータ発電機と同じである。但し、コンバータは、前記マスター巻線10aが発電した三相交流を直流に変換する第1コンバータ16と、前記スレーブ巻線10bが発電した三相交流を直流に変換する第2コンバータ18とから構成される。これら第1および第2コンバータ16、18からの各直流は、前記インバータ20において単相交流に変換される。得られた単相交流は、各正弦波出力フィルタ30を介してU1相端、V1相端およびW1相端に出力される。
The three-
なお図2のインバータ発電機は、U1相、V1相およびW1相の出力端を有するが、交流出力は三相でなく単相になっている。すなわちインバータ20から出力される交流は単相であって、この単相交流はU1相端およびV1相端に出力される。従って、図示のW1相端は中性点0になっている。これはインバータ20が内蔵する自己消弧形スイッチング素子を二相分だけとして、前記インバータ駆動回路22による該スイッチング素子のゲート制御を二相分についてのみ行うようにしたからである。なお、図2に示すインバータ発電機に関して、前記電源回路41、直流電圧制御回路37および電圧フィードバック回路39が前記制御ユニット35に内蔵されていることは、図1に示すインバータ発電機の構成と同じである。
The inverter generator of FIG. 2 has U1, V1 and W1 phase output ends, but the AC output is not single phase but single phase. That is, the alternating current output from the
図1および図2に示したインバータ発電機は、エンジン等の回転源により駆動される三相交流発電機が発電した三相交流をコンバータで直流に変換した後に、インバータにより直流から交流への変換を行うと共に、前記制御ユニットで前記インバータおよびコンバータへの適切な電気的制御を行うことで、正確で安定した所要周波数の単相交流が得られる点で極めて優れている。 The inverter generator shown in FIGS. 1 and 2 converts the three-phase alternating current generated by the three-phase alternating current generator driven by a rotation source such as an engine into direct current with a converter, and then converts the direct current into alternating current with the inverter. In addition, by performing appropriate electrical control to the inverter and the converter with the control unit, it is extremely excellent in that a single-phase alternating current with an accurate and stable frequency can be obtained.
しかし図1および図2に示すインバータ発電機では、その運転中に前記インバータ20に大きなサージ電圧が往々にして突発的に発生する。このサージ電圧は、前記インバータ20で変換される交流に関して、該交流波形のプラス側およびマイナス側の何れにもスパイクとして不定期に瞬発する。前記サージ電圧は、その値が殊にプラス側に高く生じたり、また頻繁に発生したりすると、前記インバータ20の不調を来たし、更には該インバータ20を損傷することがある。そこで高いサージ電圧が生じても、前記インバータ20に不調や絶縁破壊を来さないように、該インバータ20の耐圧容量が大きいものを使用することが考えられる。しかし、耐圧容量の大きいものは単価が嵩んだり、寸法が大きくなったりする難点がある。
However, in the inverter generator shown in FIGS. 1 and 2, a large surge voltage is often suddenly generated in the
本考案は、前述したサージ電圧によるインバータの不調という欠点を解決するべく提案されたものであって、インバータ発電機の前記インバータにスナバ回路を並列に接続することによって、該インバータに突発的に生ずるサージ電圧を該スナバ回路で吸収するようにしたものである。 The present invention has been proposed in order to solve the above-described drawback of the malfunction of the inverter due to the surge voltage, and suddenly occurs in the inverter by connecting a snubber circuit in parallel to the inverter of the inverter generator. The surge voltage is absorbed by the snubber circuit.
前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、本願の請求項1に係るインバータ発電機は、回転源により駆動されて三相交流を発電する三相発電機と、前記三相発電機が発電した三相交流を直流に変換するコンバータと、該コンバータからの直流を単相交流に変換するインバータと、これら三相発電機、コンバータおよびインバータを電気制御する制御ユニットとからなるインバータ発電機において、前記インバータと並列に、コンデンサ、抵抗およびダイオードからなるスナバ回路を接続したことを要旨とする。 In order to overcome the above problems and achieve an intended object, an inverter generator according to claim 1 of the present application is a three-phase generator driven by a rotation source to generate a three-phase alternating current, and the three-phase generator. An inverter generator comprising a converter that converts three-phase alternating current generated by DC into direct current, an inverter that converts direct current from the converter into single-phase alternating current, and a control unit that electrically controls the three-phase generator, the converter and the inverter In the present invention, a snubber circuit including a capacitor, a resistor, and a diode is connected in parallel with the inverter.
同じく前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、本願の請求項2に係るインバータ発電機において前記スナバ回路は、前記抵抗と前記ダイオードとを並列に接続すると共に、前記ダイオードの順方向端部に前記コンデンサの一端を直列に接続することで構成され、前記ダイオードの逆方向端部は前記インバータのプラス側に接続されると共に、前記コンデンサの他端が該インバータのマイナス側に接続されることを要旨とする。 Similarly, in order to overcome the above-mentioned problem and achieve the intended purpose, in the inverter generator according to claim 2 of the present application, the snubber circuit connects the resistor and the diode in parallel and forwards the diode. One end of the capacitor is connected in series to the end, the reverse end of the diode is connected to the plus side of the inverter, and the other end of the capacitor is connected to the minus side of the inverter. This is the gist.
更に前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、本願の請求項3に係るインバータ発電機において前記スナバ回路は、前記インバータに近接して設けられると共に、該スナバ回路を構成する前記抵抗のリード線を延長させて冷却効率を向上させるようになっていることを要旨とする。
以上の請求項1〜3に係る考案によれば、直流を交流に変換するインバータの稼動中に発生するサージ電圧を、該インバータに並列接続したスナバ回路が吸収するので、該インバータの不調や損傷を来すことがない。またサージ電圧は大きな振幅を有するパルス性のスパイク(尖頭電圧)として表れるので、これを吸収することで電気的なノイズの低減にも資するものである。
Furthermore, in order to overcome the above-mentioned problems and achieve the intended purpose, in the inverter generator according to
According to the above claims 1 to 3, the snubber circuit connected in parallel to the inverter absorbs the surge voltage generated during operation of the inverter that converts direct current to alternating current. Never come. Further, since the surge voltage appears as a pulsed spike (peak voltage) having a large amplitude, absorption of the surge voltage contributes to reduction of electrical noise.
本考案に係るインバータ発電機によれば、インバータから発生するサージ電圧を、該インバータに並列接続したスナバ回路が吸収して低減する。このため、インバータに不調や損傷を来すことがない。またサージ電圧はパルス性のスパイクとして表れるが、これを吸収することで外部へノイズを放出することが抑制される。 According to the inverter generator according to the present invention, the surge voltage generated from the inverter is absorbed and reduced by the snubber circuit connected in parallel to the inverter. For this reason, there is no malfunction or damage to the inverter. Moreover, although the surge voltage appears as a pulsed spike, the noise is suppressed from being released by absorbing this surge voltage.
本考案は、インバータ発電機の制御ユニットにおいて、三相交流をコンバータで変換した直流をインバータ(スイッチング素子)で単相交流に変換するに際し、該インバータで突発するパルス性のサージ電圧を吸収し得るようスナバ回路を設けたものである。この考案が実施されるインバータ発電機および制御ユニットは、図1および図2で説明した通りのものであるから、既述の構成については説明を省略し、インバータにスナバ回路を並列に接続する構成に関してのみ説明する。また、この説明は、図1の単相二線式および図2の単相三線式の何れにも該当するものである。 The present invention can absorb a pulsed surge voltage suddenly generated by an inverter when a direct current obtained by converting a three-phase alternating current with a converter is converted into a single-phase alternating current with an inverter (switching element) in a control unit of the inverter generator. A snubber circuit is provided. Since the inverter generator and the control unit in which this device is implemented are as described in FIGS. 1 and 2, the description of the above-described configuration is omitted, and a configuration in which a snubber circuit is connected in parallel to the inverter. Only will be described. This description corresponds to both the single-phase two-wire system in FIG. 1 and the single-phase three-wire system in FIG.
図1および図2に示すインバータ発電機の回路図において、前記インバータ20には図3に示すスナバ回路42が並列に接続されている。すなわち図1の前記インバータ20は、上流側の前記コンバータ16に2本の結線20a,20bで接続されているが、ここで前記結線20aの極性はプラスであり、また前記結線20bの極性はマイナスである。また図2に示すインバータ20は、上流側の第1コンバータ16および第2コンバータ18に2本の結線20a,20bで接続されている。この図2に示す結線の極性も、前記結線20aはプラスであり、また前記結線20bはマイナスである。
In the circuit diagram of the inverter generator shown in FIGS. 1 and 2, a
ここにスナバ回路とは、特定の電気回路を流れる電流に瞬間的に定常状態を超えて発生するパルス性の電圧(サージ電圧という)を吸収して抑制するものであって、電圧スパイク抑制回路のことである。また、インバータは所謂スイッチング素子であって、入力された直流を所定の周期でオフ(閉)およびオン(開)の切換動作を行うことで交流に変換して出力する回路素子である。このようにインバータは、直流をオン・オフするスイッチング動作を行うために、スイッチ遮断時(オフ)に過渡的なパルス性の前記サージ電圧を生ずる。そこで、前記インバータのスイッチング動作時に突発するサージ電圧を前記スナバ回路により吸収して押さえ込むことを本考案は企図している。 Here, the snubber circuit is a circuit that absorbs and suppresses a pulsed voltage (called a surge voltage) that instantaneously exceeds a steady state in a current flowing through a specific electric circuit. That is. The inverter is a so-called switching element, and is a circuit element that converts an input direct current into an alternating current by performing an off (closed) and on (open) switching operation at a predetermined cycle. As described above, the inverter performs a switching operation for turning on / off the direct current, so that the surge voltage having a transient pulse characteristic is generated when the switch is cut off (off). Therefore, the present invention contemplates that the surge voltage suddenly generated during the switching operation of the inverter is absorbed and suppressed by the snubber circuit.
本考案では、インバータ発電機の前記インバータ20と並列に前記スナバ回路42が接続されるが、該スナバ回路42の内容および該インバータ20への接続極性は、図3に示す通りである。すなわちスナバ回路42は、抵抗Rと、コンデンサCとダイオードDとの組合せからなり、図3に示すように、前記抵抗Rと前記ダイオードDとを並列に接続すると共に、前記ダイオードDの順方向端部に前記コンデンサCの一端を直列に接続することで構成される。そして前記ダイオードDの逆方向端部は、前記インバータ20のプラス側に接続されると共に、前記コンデンサCの他端が該インバータ20のマイナス側に接続されている。
In the present invention, the
ここで前記コンデンサCは、サージ電圧を吸収して、該サージ電圧が突出するスパイクの高さを抑制する。また抵抗Rは、サージ電圧による素子の発熱を抑制するものである。更に前記抵抗Rと並列に前記ダイオードDを接続し、かつ該ダイオードDの順方向端が前記コンデンサCを介して前記インバータ20のマイナス側に接続するよう構成したことで、前記結線20aのプラス側から前記結線20bのマイナス側へのみ電流が流れることになる。これによりプラス側に発生するサージ電圧を前記コンデンサCで吸収し、該サージ電圧を低く抑制することができる。なお、前記結線20bのマイナス側はアース側であるので、サージ電圧を積極的に抑制する必要に乏しい。
Here, the capacitor C absorbs the surge voltage and suppresses the height of the spike from which the surge voltage protrudes. The resistor R suppresses heat generation of the element due to a surge voltage. Further, the diode D is connected in parallel with the resistor R, and the forward end of the diode D is connected to the negative side of the
前記スナバ回路42を前記インバータ20に並列接続するに際して、該インバータ20を構成する例えばIGBT素子に近接して該スナバ回路42における前記ダイオードDおよびコンデンサCを設置すると共に、前記抵抗Rは両端のリード線を極力長く延在させることで、該抵抗Rの放熱冷却を促進するのが好ましい。また、前記スナバ回路42はサージ電圧の吸収に伴い発熱するものであるから、その設置位置はインバータ発電機筐体内で冷却風が良く流れる個所に設置することが推奨される。
When the
10 三相発電機,14 コンバータ,20 インバータ,35 制御ユニット,
42 スナバ回路,C コンデンサ,D ダイオード,R 抵抗
10 three-phase generator, 14 converter, 20 inverter, 35 control unit,
42 Snubber circuit, C capacitor, D diode, R resistance
Claims (3)
前記インバータ(20)と並列に、コンデンサ(C)、抵抗(R)およびダイオード(D)からなるスナバ回路(42)を接続した
ことを特徴とするインバータ発電機。 A three-phase generator (10) driven by a rotation source to generate a three-phase alternating current, a converter (14) for converting the three-phase alternating current generated by the three-phase generator (10) into a direct current, and the converter (14 Inverter generator comprising an inverter (20) that converts direct current from a single-phase alternating current into a single-phase alternating current, and a control unit (35) that electrically controls these three-phase generator (10), converter (14), and inverter (20) In
An inverter generator comprising a snubber circuit (42) comprising a capacitor (C), a resistor (R), and a diode (D) in parallel with the inverter (20).
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