JP3374624B2 - 2重化電流形gtoインバータの導通制御方法及び2重化電流形gtoインバータの回路構成 - Google Patents

2重化電流形gtoインバータの導通制御方法及び2重化電流形gtoインバータの回路構成

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JP3374624B2 JP30743395A JP30743395A JP3374624B2 JP 3374624 B2 JP3374624 B2 JP 3374624B2 JP 30743395 A JP30743395 A JP 30743395A JP 30743395 A JP30743395 A JP 30743395A JP 3374624 B2 JP3374624 B2 JP 3374624B2
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  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、2台のインバータ
により2重化をしても順変換器(直流電源)が1台で済
むように工夫した、2重化電流形GTOインバータの導
通制御方法及び2重化電流形GTOインバータの回路構
成に関するものである。
【0002】
【従来の技術】電流形インバータは出力インピーダンス
が大きく電流源として動作し、出力電流の瞬時値と周波
数を可変制御する。このためインバータの転流失敗や負
荷短絡に対しても事故電流を制限でき、信頼性の高い保
護ができる。この点から電流形インバータは、過酷な加
減速運転や4象限運転が要求される誘導電動機の運転に
多用されている。
【0003】GTO(ゲートターンオフ)サイリスタを
インバータ主回路スイッチ素子とした電流形GTOイン
バータは、GTOサイリスタが自己消弧能力を有するこ
とから転流回路が不要となる。しかし、誘導電動機など
リアクタンス成分を持つ負荷を駆動する場合には、負荷
のリアクタンス分による転流サージ電圧による過大電圧
がGTOサイリスタに加わることがある。
【0004】そこでGTOサイリスタを保護するため上
述した転流サージ電圧を吸収処理するものとして、図9
に示す処理回路(無効電力処理回路7を含む回路)を本
願出願人は既に提案している(特開昭62−17398
9号公報)。同図において、サイリスタのゲート位相制
御により順変換器1から出力された直流出力は、直流リ
アクトル2A,2Bを通して平滑直流電流id にされ
る。この平滑直流電流i d がインバータ本体3によって
交流電流に変換されて、負荷となる誘導電動機4に供給
される。インバータ本体3は、主回路スイッチ素子とし
てGTOサイリスタG1 〜G6 を用いたブリッジ構成と
なっている。各サイリスタは導通期間が電気角120度
幅としてG1 ,G2 ,G3 ,G4 ,G5 ,G6 の導通順
序で60度毎に点弧され、交流電流として120度幅の
矩形波交流が取出される。
【0005】このインバータ動作において、1周期中に
6回の転流が行われる。この転流毎に各サイリスタアー
ムに現われる転流サージ電圧を吸収するため及び無効電
力を電源に回生するために、フライホイール回路5と、
このフライホイール回路5に接続された無効電力処理回
路7が設けられる。フライホイール回路5は、ダイオー
ドD1 〜D6 を用いたブリッジ構成となっており、その
交流側が、インバータ本体3のU,V,Wの各相に接続
されている。
【0006】無効電力処理回路7の主回路は、フライホ
イール回路5の直流側に接続されたコンデンサC1 と、
一対のGTOサイリスタG7 ,C8 とから構成される。
GTOサイリスタG7 ,G8 はコンデンサC1 を間にし
て直列接続されている。しかもコンデンサC1 の正極側
に接続されたGTOサイリスタG7 は、そのアノードが
コンデンサC1 に接続され、そのカソードが順変換器1
の直流側正極に接続されている。またコンデンサC1
負極側に接続されたGTOサイリスタG8 は、そのカソ
ードがコンデンサC1 に接続され、そのアノードが順変
換器1の直流側負極に接続されている。
【0007】この主回路構成において、GTOサイリス
タG7 ,G8 は、インバータ本体3の転流動作の都度点
弧制御されて直流側への無効電力の回生を行う。この回
生は電動機4の力行時及び回生時共に同様に行われる。
このGTOサイリスタG7 ,G8 の点弧によるコンデン
サC1 から直流側への放電期間中における放電電流は、
平滑直流電流id で抑えられる。
【0008】また、この放電時には順変換器1の各サイ
リスタには逆電圧がかかってその消弧が起きる。そこ
で、順変換器1の各サイリスタの点弧制御においては、
各サイリスタに必要とされる導通期間中ゲートパルス
(幅広のゲートパルス)を与え続け、無効電力処理回路
7側からの放電終了時にゲートパルスで再点弧するよう
にしておく。
【0009】このような主回路と制御回路による動作を
以下に詳細に説明する。
【0010】(1)転流動作 インバータ本体3を6ステップで駆動するとき、インバ
ータ本体3では1周期中に6回の転流が行われる。各転
流は同様に行われる。そこで、ここでは上側アームのU
相からV相(GTOサイリスタG1 からG3 )への転流
について説明する。図10に示す単流期間にGTOサイ
リスタG1 をオフすると同時にGTOサイリスタG3
ゲート信号を印加すると、まずGTOサイリスタG1
流れていた直流電流はそのスナバ回路(図示しない)に
移って該スナバ回路のコンデンサを充電する。このコン
デンサ電圧が無効電力処理回路7のコンデンサC1 の電
圧と等しくなると、直流電流がGTOサイリスタG3
移り、図11に示す転流重なり期間になる。
【0011】GTOサイリスタG3 に移った電流は負荷
インダクタンスのためにV相のほかにダイオードD3
コンデンサC1 →ダイオードD4 →U相へと分流する。
従って、UV相間に発生する過渡電圧はコンデンサC1
の電圧に制限される。また、ダイオードD4 が導通する
と、ダイオードD2 にはUW相間の電圧がかかり、ダイ
オードD2 も導通する。但し、電動機4のすべりが小さ
く、力率が悪いときにはダイオードD2 は逆バイアスと
なり、導通状態とはならない。
【0012】転流重なり期間でU相電流の減少と共にV
相電流が増加しV相の電流が、平滑直流電流id に達す
ると再び単流期間になる。
【0013】(2)放電動作 インバータ本体3での転流中に充電されたコンデンサC
1 の電荷はGTOサイリスタG7 ,G8 の点弧によって
直流側に放電される。このGTOサイリスタG 7 ,G8
は1周期に6度すなわち各転流の直前に放電を行う。こ
の放電中、順変換器1の各サイリスタはコンデンサC1
の電圧によって逆バイアスとなって消弧する。一方、放
電電流ic は平滑直流電流id と同じ大きさになる。
【0014】そして、放電終了時には順変換器1の各サ
イリスタにはそれに必要な期間ゲートパルスが与え続け
られていることから、再点弧で順変換を行う。
【0015】従って、GTOサイリスタG7 ,G8 によ
る放電電流ic は平滑直流電流idで抑えられる。しか
も電動機4の加減速運転による力行時,回生時共に同じ
動作で放電を得ることができる。なお、回生時には順変
換器1の出力電圧ed の平均値が負になれば良く、瞬時
的に電圧ed が正になっても何ら問題はない。
【0016】ここで一般論に戻り説明すると、電流形イ
ンバータの多重化技術はすでに実用化されている。この
電流形インバータの多重化技術とは、複数台の電流形イ
ンバータの出力側を並列接続し、各電流形インバータの
出力電流相互の位相をずらすように運転する技術であ
る。このようにすることにより、出力容量が増大し、出
力電流波形は正弦波近似の多段の階段波に改善され、更
に高調波電流成分を減少させることができるというメリ
ットがある。
【0017】図12は、第1の電流形インバータINV
1と第2の電流形インバータINV2の出力側を並列接
続し、両者の運転位相をθずらして2重化した一例を示
す。更に詳述すると、電流形インバータINV1は、G
TOサイリスタG11,G12,G13,G14,G15,G16
用いたブリッジ構成となっており、電流形インバータI
NV2は、GTOサイリスタG21,G22,G23,G24
25,G26を用いたブリッジ構成となっている。そして
両インバータINV1,INV2の出力により1台の誘
導電動機4を駆動する。なおVS1 ,VS2 は直流電源
(コンバータ等)である。
【0018】両電流形インバータINV1,INV2の
各GTOサイリスタは、図13に示すタイミングで導通
するよう制御される。つまり各GTOサイリスタの導通
期間は電気角で120度幅である。そして電流形インバ
ータINV1では、G11,G 12,G13,G14,G15,G
16の順で60°の位相差をもって順に点弧され、電流形
インバータINV2ではG21,G22,G23,G24
25,G26の順で60°の位相差をもって順に点弧され
る。しかも運転位相がθずれている。
【0019】図13に示すタイミングで導通制御した場
合において、電流形インバータINV1のU相の電流i
u1と、電流形インバータINV2のU相の電流iu2と、
誘導電動機4のU相の電流iu (=iu1+iu2)と、誘
導電動機4のUV相間の電圧Vuvは、図14に示すよう
になる。
【0020】図12に示す例では、電流形インバータI
NV1,INV2のインバータ入力直流電圧V1 ,V2
と電動機電圧EM との関係は次式(1)(2)で示され
る。つまり、インバータ動作を、モータ電圧(ほぼ正弦
波となる)から見ると、サイリスタレオナードのコンバ
ータ電圧と同等となり、ゲート位相関係より(1)
(2)式が求まる。 V1 =1.35EM cos (φ−θ/2) …(1) V2 =1.35EM cos (φ+θ/2) …(2) 但し θ:力率角
【0021】一般に誘導電動機4は遅れ力率の負荷とな
り、上記電圧V1 ,V2 は等しくならない。したがって
2台の直流電源(コンバータ)VS1 ,VS2 は別々に
制御しなくてはならず、また直流電源VS1 ,VS2
容量分担も等しくない。かかる考察からわかるように、
1台の誘導電動機4を、2重化したインバータINV
1,INV2で駆動する場合には、2台の直流電源(コ
ンバータ)VS1 ,VS 2 を必要としていた。
【0022】
【発明が解決しようとする課題】本願出願人が先に出願
した回路(図9に示す回路)を用いて2重化し、1台の
誘導電動機4を駆動しようとしたときには、図12の回
路を基に一般論として考察したことからも理解されるよ
うに、2台のインバータ本体3のみならず、2台の順変
換器1、2台の無効電力処理回路7、2台のフライホイ
ール回路5も必要となり、回路構成が複雑となる。
【0023】本発明は、上記従来技術に鑑み、2台の電
流形GTOインバータにより2重化した場合において、
直流電源(順変換器)が1台で済み、また無効電力処理
回路も1台で済む、2重化電流形GTOサイリスタの導
通制御方法及び2重化電流形GTOインバータの回路構
成を提供するものである。
【0024】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明は、GTOサイリスタをブリッジ構成してなり、平滑
直流電流が入力されている場合に、あらかじめ決めた導
通順序に沿い前記GTOサイリスタに順次位相をずらし
てゲートパルスを入力して導通させることにより交流電
流を出力する第1の電流形インバータと、GTOサイリ
スタをブリッジ構成してなり、平滑直流電流が入力され
ている場合に、あらかじめ決めた導通順序に沿い前記G
TOサイリスタに順次位相をずらしてゲートパルスを入
力して導通させることにより交流電流を出力し、しか
も、出力側が第1の電流形インバータの出力側と並列接
続されている第2の電流形インバータと、でなる2重化
インバータを導通制御する方法において、ゲートパルス
として、あらかじめ設定した基本導通角にあらかじめ設
定した位相角を加えたパルス幅となっている長幅ゲート
パルスと、前記基本導通角から前記位相角を引いたパル
ス幅となっている短幅ゲートパルスを用い、第1の電流
形インバータに対しては、前記導通順序により次々と決
まるGTOサイリスタに対し、位相をずらして長幅ゲー
トパルスを2回入力したら次は短幅ゲートパルスを2回
入力するというパターンの繰り返しで長幅ゲートパルス
及び短幅ゲートパルスを入力し、第2の電流形インバー
タに対しては、前記導通順序により次々と決まるGTO
サイリスタに対し、位相をずらして短幅ゲートパルスを
2回入力したら次は長幅ゲートパルスを2回入力すると
いうパターンの繰り返しで短幅ゲートパルス及び長幅ゲ
ートパルスを入力し、更に第1の電流形インバータの各
GTOサイリスタと第2の電流形インバータの各GTO
サイリスタとを、各相とアームの上・下において同一の
ものどうしで一対一に対応させ、第1の電流形インバー
タの対応しているGTOサイリスタに長幅ゲートパルス
または短幅ゲートパルスの一方のゲートパルスを入力し
ているときには第2の電流形インバータの対応している
GTOサイリスタに長幅ゲートパルスまたは短幅ゲート
パルスの他方のゲートパルスを入力し、しかも第1の電
流形インバータの対応しているGTOサイリスタに入力
するゲートパルスの中央の位相と第2の電流形インバー
タの対応しているサイリスタに入力するゲートパルスの
中央の位相を一致させることを特徴とする。
【0025】また本発明は、GTOサイリスタをブリッ
ジ構成してなり、平滑直流電流が入力されている場合
に、あらかじめ決めた導通順序に沿い前記GTOサイリ
スタに順次位相をずらしてゲートパルスを入力して導通
させることにより交流電流を出力する第1の電流形イン
バータと、GTOサイリスタをブリッジ構成してなり、
平滑直流電流が入力されている場合に、あらかじめ決め
た導通順序に沿い前記GTOサイリスタに順次位相をず
らしてゲートパルスを入力して導通させることにより交
流電流を出力し、しかも、出力側が第1の電流形インバ
ータの出力側と並列接続されている第2の電流形インバ
ータと、前記平滑直流電流を供給するため、直流リアク
トルを介して第1の電流形インバータ及び第2の電流形
インバータに接続された1台の順変換器と、ゲートパル
スとして、あらかじめ設定した基本導通角にあらかじめ
設定した位相角を加えたパルス幅となっている長幅ゲー
トパルスと、前記基本導通角から前記位相角を引いたパ
ルス幅となっている短幅ゲートパルスを生成するゲート
制御回路とで構成され、このゲート制御回路は、第1の
電流形インバータに対しては、前記導通順序により次々
と決まるGTOサイリスタに対し、位相をずらして長幅
ゲートパルスを2回入力したら次は短幅ゲートパルスを
2回入力するというパターンの繰り返しで長幅ゲートパ
ルス及び短幅ゲートパルスを入力し、第2の電流形イン
バータに対しては、前記導通順序により次々と決まるG
TOサイリスタに対し、位相をずらして短幅ゲートパル
スを2回入力したら次は長幅ゲートパルスを2回入力す
るというパターンの繰り返しで短幅ゲートパルス及び長
幅ゲートパルスを入力し、更に第1の電流形インバータ
の各GTOサイリスタと第2の電流形インバータの各G
TOサイリスタとを、各相とアームの上・下において同
一のものどうしで一対一に対応させ、第1の電流形イン
バータの対応しているGTOサイリスタに長幅ゲートパ
ルスまたは短幅ゲートパルスの一方のゲートパルスを入
力しているときには第2の電流形インバータの対応して
いるGTOサイリスタに長幅ゲートパルスまたは短幅ゲ
ートパルスの他方のゲートパルスを入力し、しかも第1
の電流形インバータの対応しているGTOサイリスタに
入力するゲートパルスの中央の位相と第2の電流形イン
バータの対応しているサイリスタに入力するゲートパル
スの中央の位相を一致させることを特徴とする。
【0026】また本発明は、GTOサイリスタをブリッ
ジ構成してなり、平滑直流電流が入力されている場合
に、あらかじめ決めた導通順序に沿い前記GTOサイリ
スタに順次位相をずらしてゲートパルスを入力して導通
させることにより交流電流を出力する第1の電流形イン
バータと、GTOサイリスタをブリッジ構成してなり、
平滑直流電流が入力されている場合に、あらかじめ決め
た導通順序に沿い前記GTOサイリスタに順次位相をず
らしてゲートパルスを入力して導通させることにより交
流電流を出力し、しかも、出力側が第1の電流形インバ
ータの出力側と並列接続されている第2の電流形インバ
ータと、前記平滑直流電流を供給するため、直流リアク
トルを介して第1の電流形インバータ及び第2の電流形
インバータに接続された1台の順変換器と、ダイオード
をブリッジ構成してなると共に交流側が第1の電流形イ
ンバータの出力側に接続されており、転流時に生じる転
流サージを整流する1台のフライホイール回路と、整流
された転流サージを蓄積し蓄積したエネルギーを前記順
変換器に回生する1台の無効電力処理回路と、ゲートパ
ルスとして、あらかじめ設定した基本導通角にあらかじ
め設定した位相角を加えたパルス幅となっている長幅ゲ
ートパルスと、前記基本導通角から前記位相角を引いた
パルス幅となっている短幅ゲートパルスを生成するゲー
ト制御回路とで構成され、このゲート制御回路は、第1
の電流形インバータに対しては、前記導通順序により次
々と決まるGTOサイリスタに対し、位相をずらして長
幅ゲートパルスを2回入力したら次は短幅ゲートパルス
を2回入力するというパターンの繰り返しで長幅ゲート
パルス及び短幅ゲートパルスを入力し、第2の電流形イ
ンバータに対しては、前記導通順序により次々と決まる
GTOサイリスタに対し、位相をずらして短幅ゲートパ
ルスを2回入力したら次は長幅ゲートパルスを2回入力
するというパターンの繰り返しで短幅ゲートパルス及び
長幅ゲートパルスを入力し、更に第1の電流形インバー
タの各GTOサイリスタと第2の電流形インバータの各
GTOサイリスタとを、各相とアームの上・下において
同一のものどうしで一対一に対応させ、第1の電流形イ
ンバータの対応しているGTOサイリスタに長幅ゲート
パルスまたは短幅ゲートパルスの一方のゲートパルスを
入力しているときには第2の電流形インバータの対応し
ているGTOサイリスタに長幅ゲートパルスまたは短幅
ゲートパルスの他方のゲートパルスを入力し、しかも第
1の電流形インバータの対応しているGTOサイリスタ
に入力するゲートパルスの中央の位相と第2の電流形イ
ンバータの対応しているサイリスタに入力するゲートパ
ルスの中央の位相を一致させることを特徴とする。
【0027】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。なお従来技術と同一機能をはたす部分には同一符
号を付して説明する。
【0028】図1は本実施の形態に係る2重化電流形G
TOインバータの回路構成を示す。同図に示すように、
GTOサイリスタG11〜G16によりブリッジ構成した第
1の電流形インバータINV1と、GTOサイリスタG
21〜G26によりブリッジ構成した第2の電流形インバー
タINV2の出力側を並列接続して2重化しており、2
重化した電流により誘導電動機4を駆動する。
【0029】インバータINV1,INV2の各GTO
サイリスタG11〜G16,G21〜G26は、ゲート制御回路
10から出力されるゲートパルスにより導通制御され
る。この導通制御手法の詳細は後述するがこの導通制御
手法が本発明のポイントであり、この導通制御をするこ
とにより、順変換器1,無効電力処理回路7及びフライ
ホイール回路5がそれぞれ1台で済むようになった(理
由は後述する)。
【0030】順変換器1は、図9に示す従来のものと同
じ構成となっている。即ちサイリスタをブリッジ構成し
たものである。そして各サイリスタに必要とされる導通
期間中、ゲート制御回路10からゲートパルスが与え続
けられる。このため、無効電力処理回路7から放電が行
なわれているときにはサイリスタは一括消弧されるもの
の、無効電力処理回路7の放電が終了するとサイリスタ
はゲートパルスにより再点弧される。
【0031】順変換器1から出力された直流出力は、直
流リアクトル2A,2B,2C,2Dを通して平滑直流
電流id にされ、この平滑直流電流id が電流形インバ
ータINV1,INV2に供給される。
【0032】フライホイール回路5は、図9に示す従来
のものと同じ構成となっている。即ちフライホイール回
路5は、ダイオードD1 〜D6 を用いたブリッジ構成と
なっており、その交流側が、電流形インバータINV1
のU,V,Wの各相に接続されている。
【0033】無効電力処理回路7は、図9に示す従来の
ものと同じ構成となっている。即ち無効電力処理回路7
は、フライホイール回路5の直流側に接続されたコンデ
ンサC1 と、一対のGTOサイリスタG7 ,G8 とで構
成されている。GTOサイリスタG7 ,G8 はコンデン
サC1 を間にして直列接続されている。しかもコンデン
サC1 の正極側に接続されたGTOサイリスタG7 は、
そのアノードがコンデンサC1 に接続され、そのカソー
ドが順変換器1の直流側正極に接続されている。またコ
ンデンサC1 の負極側に接続されたGTOサイリスタG
8 は、そのカソードがコンデンサC1 に接続され、その
アノードが順変換器1の直流側負極に接続されている。
そしてGTOサイリスタG7 ,G8 は、順変換器(コン
バータ)1をPWM制御するために、順変換器1のサイ
リスタを消弧させるように放電を行う。
【0034】ここで、ゲート制御回路12により電流形
インバータINV1,INV2を導通制御する手法を、
図1及びGTOサイリスタの導通期間を示す図2を参照
しつつ説明する。
【0035】ゲート制御回路10は、電流形インバータ
INV1,INV2のGTOサイリスタG11〜G16,G
21〜G26を導通制御するため、パルス幅がπ/3+θと
なっている長幅ゲートパルスPL と、パルス幅がπ/3
−θとなっている短幅ゲートパルスPS を出力する。な
おθは電流形インバータINV1,INV2の運転位相
のずれに相当する角度であり、具体的にはθ=15°と
した。
【0036】第1の電流形インバータINV1について
は、GTOサイリスタG11,G12,G13,G14,G15
16の導通順序で点弧するように、ゲート制御回路10
はゲートパルスを出力する。しかも位相をずらして長幅
ゲートパルスPL を2回出力したら、次は位相をずらし
て短幅ゲートパルスPS を2回出力し、その次に再び位
相をずらして長幅ゲートパルスPL を2回出力するとい
うパターンでゲートパルスPL ,PS を出力する。した
がってGTOサイリスタG11〜G16の導通期間は、下に
示すパターンを繰り返す(図2参照)。 G11,G12 … 導通期間長い G13,G14 … 導通期間短い G15,G16 … 導通期間長い G11,G12 … 導通期間短い G13,G14 … 導通期間長い G15,G16 … 導通期間短い
【0037】第2の電流形インバータINV2について
は、GTOサイリスタG21,G22,G23,G24,G25
26の導通順序で点弧するように、ゲート制御回路10
はゲートパルスを出力する。しかも位相をずらして短幅
ゲートパルスPS を2回出力したら、次は位相をずらし
て長幅ゲートパルスPL を2回出力し、その次に再び位
相をずらして短幅ゲートパルスPS を2回出力するとい
うパターンでゲートパルスPS ,PL を出力する。した
がってGTOサイリスタG21〜G26の導通期間は、下に
示すパターンを繰り返す(図2参照)。 G21,G22 … 導通期間短い G23,G24 … 導通期間長い G25,G26 … 導通期間短い G21,G22 … 導通期間長い G23,G24 … 導通期間短い G25,G26 … 導通期間長い
【0038】更に、電流形インバータINV1,INV
2における、U,V,Wの各相のそれぞれの上・下アー
ムに備えたGTOを一対一に対応させて、次のような制
御をしている。つまり U相の上アームに備えているGTOサイリスタG11
とGTOサイリスタG 21とを対応させ、 W相の下アームに備えているGTOサイリスタG12
とGTOサイリスタG 22とを対応させ、 V相の上アームに備えているGTOサイリスタG13
とGTOサイリスタG 23とを対応させ、 U相の下アームに備えているGTOサイリスタG14
とGTOサイリスタG 24とを対応させ、 W相の上アームに備えているGTOサイリスタG15
とGTOサイリスタG 25とを対応させ、 V相の下アームに備えているGTOサイリスタG16
とGTOサイリスタG 26とを対応させる。
【0039】そして、電流形インバータINV1の対応
するGTO(例えばG11)に長幅パルスPL を入力して
いるときには、電流形インバータINV2の対応するG
TO(例えばG21)には短幅パルスPS を入力し、且つ
INV1側のGTO(例えばG11)に入力する長幅パル
スPL とINV2側のGTO(例えばG21)に入力する
短幅パルスPS との中央の位相を一致させる。同様に、
電流形インバータINV1の対応するGTO(例えばG
13)に短幅パルスPS を入力しているときには、電流形
インバータINV2の対応するGTO(例えばG23)に
は長幅パルスP L を入力し、且つINV1側のGTO
(例えばG13)に入力する短幅パルスPSとINV2側
のGTO(例えばG23)に入力する長幅パルスPL との
中央の位相を一致させる(図2参照)。
【0040】図2に示すような導通制御をしているた
め、電流形インバータINV1のU相に流れる電流
u1、電流形インバータINV2のU相に流れる電流i
u2と、誘導電動機4のU相に流れる電流iu (=iu1
u2)は、図3に示す波形となる。V相,W相の電流
は、U相の電流に対して2/3π,4/3π位相がずれ
るだけでU相と同じ波形となる。このときインバータI
NV1,INV2の出力周波数は100[Hz]になって
いる。
【0041】電流波形が図3に示すようになるので、イ
ンバータINV1のインバータ入力直流電圧V1 と、イ
ンバータINV2のインバータ入力直流電圧V2 が等し
くなる。つまり、電流iu1,iu2の基本波位相が同相と
なり、また同様にV相及びW相においても各相電流の基
本波位相が同相となるため、平均電圧として入力直流電
圧V1 ,V2 が等しくなる。
【0042】このようにインバータ入力直流電圧V1
2 が等しくなるので、直流電源となる順変換器1は1
台で済み、更にフライホイール回路5や無効電力処理回
路7も1台で済む。このため回路構成が簡単になる。つ
まりインバータを2重化したにもかかわらず直流電源
(順変換器)等は1台で済むようになるのである。
【0043】なお上述した例では長幅ゲートパルスPL
のパルス幅をπ/3+θ、短幅ゲートパルスPS のパル
ス幅をπ/3−θとしてインバータ出力を100Hzとし
たが、長幅ゲートパルスPL 及び短幅ゲートパルスPS
のパルス幅をそれぞれ2π/3+θ,2π/3−θとし
て、インバータ出力を50Hzにすることもできる。
【0044】次にインバータの転流動作を、図4〜図8
に示すモード1〜モード5を参照して説明する。具体例
として電流形インバータINV1のU相からV相への転
流動作を、電流形インバータINV2の転流をふまえて
以下に順に説明する。なおGTOサイリスタをG11〜G
16,G21〜G26で示すと共に、各GTOサイリスタに並
列に備えたスナバ回路は図示していないが、動作してい
るスナバ回路は各サイリスタに並列なラインとして簡単
に示している。また図4〜図8においてインバータIN
V1による電流の経路は波線で示し、インバータINV
2による電流の経路は太線で示している。
【0045】図4に示すモード1においては、インバー
タINV1ではG11,G16の単流状態になっており、イ
ンバータINV2ではG21の導通時に、G26のスナバ回
路と、G22に電流が流れ出したところである。ここでG
16にオフ信号(ゲートパルスをオフにすること)を、G
12にオン信号(ゲートパルスをオンにすること)を加え
る。しかしG12には電流はすぐに流れず、まずG16のス
ナバ回路に電流が流れだす。この期間ではG16のスナバ
回路の電圧VCS16が、インバータ電圧VVWよりも低いた
め、G12には電流が流れない。
【0046】スナバ回路電圧VCS16がインバータ電圧V
VWに達すると、図5に示すモード2になる。このとき、
U相電流は減少しV相電流は増加する。この期間での転
流エネルギーはスナバ回路のみで処理されているため、
スナバコンデンサに蓄えられたエネルギーはすべて損失
となり、効率が低下するので、スナバコンデンサの容量
は小さくしている。
【0047】ここでG11にオフ信号を加え、G13にオン
信号を加えると、G11のスナバ回路に電流が流れだし、
すぐにはG13には電流は流れない。この状態が図6に示
すモード3である。モード3において、G11のスナバ回
路の電圧VCS11が無効電力処理回路7のコンデンサC1
のコンデンサ電圧EC に達すると、G11のスナバ回路に
流れる電流は零となり、無効電力処理回路7が導通す
る。この期間において、インバータ電圧VUVはコンデン
サ電圧EC に抑制され、且つ、転流エネルギーは無効電
力処理回路7のコンデンサC1 に蓄積される。
【0048】次にG21にオフ信号を加え、同時にG23
オン信号を加えると、図7に示すモード4になる。
【0049】モード4においてG21からG23へ電流の流
れが移りU相電流が零になると、図8に示すモード5に
なり転流は終了する。
【0050】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、2
台の電流形GTOインバータを2重化しても、各インバ
ータの導通状態を特殊なパターンで制御することによ
り、一方のインバータのU,V,W相の電流の基本波位
相と、他方のインバータのU,V,W相の電流の基本波
位相を同相にすることができ、各インバータそれぞれの
インバータ入力直流電圧を等しくすることができる。こ
のため、順変換器は1台で済み、回路構成が簡単にな
る。
【0051】また、フライホイール回路や無効電力処理
回路も1台で済み、回路構成が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る2重化電流形GTO
インバータの回路構成を示す回路図。
【図2】本実施の形態における導通制御状態を示す説明
図。
【図3】本実施の形態における電流波形を示す波形図。
【図4】本実施の形態における転流動作を示す回路図。
【図5】本実施の形態における転流動作を示す回路図。
【図6】本実施の形態における転流動作を示す回路図。
【図7】本実施の形態における転流動作を示す回路図。
【図8】本実施の形態における転流動作を示す回路図。
【図9】先に提案したインバータ回路構成を示す回路
図。
【図10】先に提案したインバータ回路構成の転流動作
を示す回路図。
【図11】先に提案したインバータ回路構成の転流動作
を示す回路図。
【図12】一般的な2重化インバータを示す回路図。
【図13】一般的な2重化インバータの導通制御状態を
示す説明図。
【図14】一般的な2重化インバータの電流,電圧波形
を示す波形図。
【符号の説明】
1 順変換器 2A,2B,2C,2D 直流リアクトル 3 インバータ本体 4 誘導電動機 5 フライホイール回路 7 無効電力処理回路 10 ゲート制御回路 id 平滑直流電流 ic 放電電流 ed 出力電圧 VS1 ,VS2 直流電源 INV1,INV2 電流形インバータ V1 ,V2 インバータ入力直流電圧 PL 長幅ゲートパルス PS 短幅ゲートパルス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H02J 3/38 H02J 3/38 G (72)発明者 鈴木 俊昭 東京都品川区大崎二丁目1番17号 株式 会社 明電舎内 (72)発明者 山田 哲夫 東京都品川区大崎二丁目1番17号 株式 会社 明電舎内 (56)参考文献 特開 平4−123209(JP,A) 特開 平5−336754(JP,A) 特開 平6−169572(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 7/48 H02M 7/515 H02P 7/63 H02J 3/18 H02J 3/38

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 GTOサイリスタをブリッジ構成してな
    り、平滑直流電流が入力されている場合に、あらかじめ
    決めた導通順序に沿い前記GTOサイリスタに順次位相
    をずらしてゲートパルスを入力して導通させることによ
    り交流電流を出力する第1の電流形インバータと、 GTOサイリスタをブリッジ構成してなり、平滑直流電
    流が入力されている場合に、あらかじめ決めた導通順序
    に沿い前記GTOサイリスタに順次位相をずらしてゲー
    トパルスを入力して導通させることにより交流電流を出
    力し、しかも、出力側が第1の電流形インバータの出力
    側と並列接続されている第2の電流形インバータと、で
    なる2重化インバータを導通制御する方法において、 ゲートパルスとして、あらかじめ設定した基本導通角に
    あらかじめ設定した位相角を加えたパルス幅となってい
    る長幅ゲートパルスと、前記基本導通角から前記位相角
    を引いたパルス幅となっている短幅ゲートパルスを用
    い、 第1の電流形インバータに対しては、前記導通順序によ
    り次々と決まるGTOサイリスタに対し、位相をずらし
    て長幅ゲートパルスを2回入力したら次は短幅ゲートパ
    ルスを2回入力するというパターンの繰り返しで長幅ゲ
    ートパルス及び短幅ゲートパルスを入力し、 第2の電流形インバータに対しては、前記導通順序によ
    り次々と決まるGTOサイリスタに対し、位相をずらし
    て短幅ゲートパルスを2回入力したら次は長幅ゲートパ
    ルスを2回入力するというパターンの繰り返しで短幅ゲ
    ートパルス及び長幅ゲートパルスを入力し、 更に第1の電流形インバータの各GTOサイリスタと第
    2の電流形インバータの各GTOサイリスタとを、各相
    とアームの上・下において同一のものどうしで一対一に
    対応させ、第1の電流形インバータの対応しているGT
    Oサイリスタに長幅ゲートパルスまたは短幅ゲートパル
    スの一方のゲートパルスを入力しているときには第2の
    電流形インバータの対応しているGTOサイリスタに長
    幅ゲートパルスまたは短幅ゲートパルスの他方のゲート
    パルスを入力し、しかも第1の電流形インバータの対応
    しているGTOサイリスタに入力するゲートパルスの中
    央の位相と第2の電流形インバータの対応しているサイ
    リスタに入力するゲートパルスの中央の位相を一致させ
    ることを特徴とする2重化電流形GTOインバータの導
    通制御方法。
  2. 【請求項2】 GTOサイリスタをブリッジ構成してな
    り、平滑直流電流が入力されている場合に、あらかじめ
    決めた導通順序に沿い前記GTOサイリスタに順次位相
    をずらしてゲートパルスを入力して導通させることによ
    り交流電流を出力する第1の電流形インバータと、 GTOサイリスタをブリッジ構成してなり、平滑直流電
    流が入力されている場合に、あらかじめ決めた導通順序
    に沿い前記GTOサイリスタに順次位相をずらしてゲー
    トパルスを入力して導通させることにより交流電流を出
    力し、しかも、出力側が第1の電流形インバータの出力
    側と並列接続されている第2の電流形インバータと、 前記平滑直流電流を供給するため、直流リアクトルを介
    して第1の電流形インバータ及び第2の電流形インバー
    タに接続された1台の順変換器と、 ゲートパルスとして、あらかじめ設定した基本導通角に
    あらかじめ設定した位相角を加えたパルス幅となってい
    る長幅ゲートパルスと、前記基本導通角から前記位相角
    を引いたパルス幅となっている短幅ゲートパルスを生成
    するゲート制御回路とで構成され、 このゲート制御回路は、第1の電流形インバータに対し
    ては、前記導通順序により次々と決まるGTOサイリス
    タに対し、位相をずらして長幅ゲートパルスを2回入力
    したら次は短幅ゲートパルスを2回入力するというパタ
    ーンの繰り返しで長幅ゲートパルス及び短幅ゲートパル
    スを入力し、 第2の電流形インバータに対しては、前記導通順序によ
    り次々と決まるGTOサイリスタに対し、位相をずらし
    て短幅ゲートパルスを2回入力したら次は長幅ゲートパ
    ルスを2回入力するというパターンの繰り返しで短幅ゲ
    ートパルス及び長幅ゲートパルスを入力し、 更に第1の電流形インバータの各GTOサイリスタと第
    2の電流形インバータの各GTOサイリスタとを、各相
    とアームの上・下において同一のものどうしで一対一に
    対応させ、第1の電流形インバータの対応しているGT
    Oサイリスタに長幅ゲートパルスまたは短幅ゲートパル
    スの一方のゲートパルスを入力しているときには第2の
    電流形インバータの対応しているGTOサイリスタに長
    幅ゲートパルスまたは短幅ゲートパルスの他方のゲート
    パルスを入力し、しかも第1の電流形インバータの対応
    しているGTOサイリスタに入力するゲートパルスの中
    央の位相と第2の電流形インバータの対応しているサイ
    リスタに入力するゲートパルスの中央の位相を一致させ
    ることを特徴とする2重化電流形GTOインバータの回
    路構成。
  3. 【請求項3】 GTOサイリスタをブリッジ構成してな
    り、平滑直流電流が入力されている場合に、あらかじめ
    決めた導通順序に沿い前記GTOサイリスタに順次位相
    をずらしてゲートパルスを入力して導通させることによ
    り交流電流を出力する第1の電流形インバータと、 GTOサイリスタをブリッジ構成してなり、平滑直流電
    流が入力されている場合に、あらかじめ決めた導通順序
    に沿い前記GTOサイリスタに順次位相をずらしてゲー
    トパルスを入力して導通させることにより交流電流を出
    力し、しかも、出力側が第1の電流形インバータの出力
    側と並列接続されている第2の電流形インバータと、 前記平滑直流電流を供給するため、直流リアクトルを介
    して第1の電流形インバータ及び第2の電流形インバー
    タに接続された1台の順変換器と、 ダイオードをブリッジ構成してなると共に交流側が第1
    の電流形インバータの出力側に接続されており、転流時
    に生じる転流サージを整流する1台のフライホイール回
    路と、 整流された転流サージを蓄積し蓄積したエネルギーを前
    記順変換器に回生する1台の無効電力処理回路と、 ゲートパルスとして、あらかじめ設定した基本導通角に
    あらかじめ設定した位相角を加えたパルス幅となってい
    る長幅ゲートパルスと、前記基本導通角から前記位相角
    を引いたパルス幅となっている短幅ゲートパルスを生成
    するゲート制御回路とで構成され、 このゲート制御回路は、第1の電流形インバータに対し
    ては、前記導通順序により次々と決まるGTOサイリス
    タに対し、位相をずらして長幅ゲートパルスを2回入力
    したら次は短幅ゲートパルスを2回入力するというパタ
    ーンの繰り返しで長幅ゲートパルス及び短幅ゲートパル
    スを入力し、 第2の電流形インバータに対しては、前記導通順序によ
    り次々と決まるGTOサイリスタに対し、位相をずらし
    て短幅ゲートパルスを2回入力したら次は長幅ゲートパ
    ルスを2回入力するというパターンの繰り返しで短幅ゲ
    ートパルス及び長幅ゲートパルスを入力し、 更に第1の電流形インバータの各GTOサイリスタと第
    2の電流形インバータの各GTOサイリスタとを、各相
    とアームの上・下において同一のものどうしで一対一に
    対応させ、第1の電流形インバータの対応しているGT
    Oサイリスタに長幅ゲートパルスまたは短幅ゲートパル
    スの一方のゲートパルスを入力しているときには第2の
    電流形インバータの対応しているGTOサイリスタに長
    幅ゲートパルスまたは短幅ゲートパルスの他方のゲート
    パルスを入力し、しかも第1の電流形インバータの対応
    しているGTOサイリスタに入力するゲートパルスの中
    央の位相と第2の電流形インバータの対応しているサイ
    リスタに入力するゲートパルスの中央の位相を一致させ
    ることを特徴とする2重化電流形GTOインバータの回
    路構成。
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