JP3374957B2 - 直流−交流電力変換装置 - Google Patents
直流−交流電力変換装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、インバータの直流
−交流変換動作により、任意の振幅、周波数の単相交流
電圧を負荷に供給し、または直流電力を単相交流電源に
回生する直流−交流電力変換装置に関する。
−交流変換動作により、任意の振幅、周波数の単相交流
電圧を負荷に供給し、または直流電力を単相交流電源に
回生する直流−交流電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１０は従来の直流−交流電力変換装置
を概念的に示したものであり、１００は直流電源、２０
０は昇圧チョッパ等の直流−直流コンバータ、３００は
平滑コンデンサ、４００は単相電圧形インバータ、５０
０は負荷としての単相交流電動機等の単相回路である。
この従来技術では、直流電源１００とコンバータ２００
との間で直流電力を授受することにより、平滑コンデン
サ３００の両端の直流電圧を所定の値に保ち、この直流
電圧を入力電圧とするインバータ４００により所定の振
幅、周波数を有する単相交流電圧を発生させて単相回路
５００に供給している。
を概念的に示したものであり、１００は直流電源、２０
０は昇圧チョッパ等の直流−直流コンバータ、３００は
平滑コンデンサ、４００は単相電圧形インバータ、５０
０は負荷としての単相交流電動機等の単相回路である。
この従来技術では、直流電源１００とコンバータ２００
との間で直流電力を授受することにより、平滑コンデン
サ３００の両端の直流電圧を所定の値に保ち、この直流
電圧を入力電圧とするインバータ４００により所定の振
幅、周波数を有する単相交流電圧を発生させて単相回路
５００に供給している。
【０００３】次に、図１１は、図１０の従来技術の具体
例を示す回路図である。図１１において、１０１は直流
電源、１０２はリアクトル、２０１は直流電源１０１の
電圧を所定の直流電圧に昇圧する昇圧チョッパ、３０１
は平滑コンデンサ、４０１は単相負荷５０１に単相交流
電圧を供給する単相電圧形インバータ（単相電圧形ＰＷ
Ｍインバータ）、Ｄはダイオード、Ｔｒ１〜Ｔｒ５はそ
れぞれ逆並列ダイオードが接続されたＩＧＢＴ等の自己
消弧形半導体スイッチング素子である。
例を示す回路図である。図１１において、１０１は直流
電源、１０２はリアクトル、２０１は直流電源１０１の
電圧を所定の直流電圧に昇圧する昇圧チョッパ、３０１
は平滑コンデンサ、４０１は単相負荷５０１に単相交流
電圧を供給する単相電圧形インバータ（単相電圧形ＰＷ
Ｍインバータ）、Ｄはダイオード、Ｔｒ１〜Ｔｒ５はそ
れぞれ逆並列ダイオードが接続されたＩＧＢＴ等の自己
消弧形半導体スイッチング素子である。
【０００４】上記構成において、昇圧チョッパ２０１
は、直流電源電圧をリアクトル１０２を介しスイッチン
グ素子Ｔｒ５によって短絡することにより、リアクトル
１０２にエネルギーを蓄える。そして、スイッチング素
子Ｔｒ５をオフすることにより、リアクトル１０２に蓄
積されたエネルギーを直流電源１０１のエネルギーと共
に平滑コンデンサ３０１に供給している。この結果、平
滑コンデンサ３０１の電圧は直流電源電圧よりも高い直
流電圧となる。
は、直流電源電圧をリアクトル１０２を介しスイッチン
グ素子Ｔｒ５によって短絡することにより、リアクトル
１０２にエネルギーを蓄える。そして、スイッチング素
子Ｔｒ５をオフすることにより、リアクトル１０２に蓄
積されたエネルギーを直流電源１０１のエネルギーと共
に平滑コンデンサ３０１に供給している。この結果、平
滑コンデンサ３０１の電圧は直流電源電圧よりも高い直
流電圧となる。
【０００５】一方、単相電圧形インバータ４０１の動作
は公知であるため説明を省略するが、４個のアームの導
通状態を制御することにより出力電圧を制御するための
２通りのスイッチングパターンと、上アームまたは下ア
ームをすべて導通させて出力電圧が零になるいわゆる零
電圧ベクトルと呼ばれる２通りのスイッチングパターン
とを選択できるようになっている。なお、平滑コンデン
サ３０１の容量を十分に大きくとることにより、昇圧チ
ョッパ２０１及びインバータ４０１のスイッチングをそ
れぞれ独立して自由に行うことが可能である。
は公知であるため説明を省略するが、４個のアームの導
通状態を制御することにより出力電圧を制御するための
２通りのスイッチングパターンと、上アームまたは下ア
ームをすべて導通させて出力電圧が零になるいわゆる零
電圧ベクトルと呼ばれる２通りのスイッチングパターン
とを選択できるようになっている。なお、平滑コンデン
サ３０１の容量を十分に大きくとることにより、昇圧チ
ョッパ２０１及びインバータ４０１のスイッチングをそ
れぞれ独立して自由に行うことが可能である。
【０００６】また、図１２は図１０の従来技術の別の具
体例を示す回路図である。この従来技術は、インバータ
４０１から出力される交流電力をリアクトル５０３を介
して単相交流電源５０２に回生するようにしたものであ
る。この従来技術において、インバータ４０１の入力側
直流電圧は、回生先である単相交流電源５０２の電源電
圧の最大値よりも大きい必要があり、これよりも直流電
源電圧が小さい場合には、昇圧チョッパ２０１を用いて
図１１と同様の動作で昇圧する必要がある。
体例を示す回路図である。この従来技術は、インバータ
４０１から出力される交流電力をリアクトル５０３を介
して単相交流電源５０２に回生するようにしたものであ
る。この従来技術において、インバータ４０１の入力側
直流電圧は、回生先である単相交流電源５０２の電源電
圧の最大値よりも大きい必要があり、これよりも直流電
源電圧が小さい場合には、昇圧チョッパ２０１を用いて
図１１と同様の動作で昇圧する必要がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】図１０の従来技術で
は、インバータ４００の入力側直流電圧を所定値に保つ
ために、コンバータ２００は半導体スイッチング素子を
備えなくてはならず、その分だけ回路構成の複雑化、装
置の大型化を招く原因となる。より具体的に説明する
と、図１０の具体例である図１１、図１２の従来技術で
は、装置全体で何れも自己消弧形半導体スイッチング素
子が５個必要であり、これらの駆動回路や駆動電源、制
御回路等を含めると回路構成が複雑かつ高価なものとな
る。また、昇圧チョッパ２０１の半導体スイッチング素
子に対する責務が大きいので、装置の小型化を阻害する
原因となっていた。
は、インバータ４００の入力側直流電圧を所定値に保つ
ために、コンバータ２００は半導体スイッチング素子を
備えなくてはならず、その分だけ回路構成の複雑化、装
置の大型化を招く原因となる。より具体的に説明する
と、図１０の具体例である図１１、図１２の従来技術で
は、装置全体で何れも自己消弧形半導体スイッチング素
子が５個必要であり、これらの駆動回路や駆動電源、制
御回路等を含めると回路構成が複雑かつ高価なものとな
る。また、昇圧チョッパ２０１の半導体スイッチング素
子に対する責務が大きいので、装置の小型化を阻害する
原因となっていた。
【０００８】そこで、本発明は、装置全体として半導体
スイッチング素子の数を少なくし、また、回路構成の簡
略化、装置の小型化、低コスト化を可能にした直流−交
流電力変換装置を提供しようとするものである。
スイッチング素子の数を少なくし、また、回路構成の簡
略化、装置の小型化、低コスト化を可能にした直流−交
流電力変換装置を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、半導体スイッチング素子の
動作により直流−交流電力変換を行って単相交流電圧を
出力する単相電圧形インバータと、このインバータの直
流入力端子間に接続された平滑コンデンサと、インバー
タの交流出力端子間に接続された単相負荷や単相交流電
源等の単相回路と、インバータの交流出力端子間に直列
接続され、かつ、相互の接続点の途中で極性が反転する
複数のダイオードからなるダイオード群と、このダイオ
ード群内部の極性反転点と平滑コンデンサの一端との間
に接続された直流電源とを備えている。そして、前記イ
ンバータを構成する半導体スイッチング素子のスイッチ
ング動作により、単相回路に交流電力を供給する。ま
た、インバータの特定のスイッチングパターンにより零
電圧ベクトルを出力させ、ダイオード群を介して直流電
源との間で直流電力を授受するものである。
め、請求項１記載の発明は、半導体スイッチング素子の
動作により直流−交流電力変換を行って単相交流電圧を
出力する単相電圧形インバータと、このインバータの直
流入力端子間に接続された平滑コンデンサと、インバー
タの交流出力端子間に接続された単相負荷や単相交流電
源等の単相回路と、インバータの交流出力端子間に直列
接続され、かつ、相互の接続点の途中で極性が反転する
複数のダイオードからなるダイオード群と、このダイオ
ード群内部の極性反転点と平滑コンデンサの一端との間
に接続された直流電源とを備えている。そして、前記イ
ンバータを構成する半導体スイッチング素子のスイッチ
ング動作により、単相回路に交流電力を供給する。ま
た、インバータの特定のスイッチングパターンにより零
電圧ベクトルを出力させ、ダイオード群を介して直流電
源との間で直流電力を授受するものである。
【００１０】ここで、図１は請求項１に記載した発明の
概念図である。図において、前記同様に１００は直流電
源、３００は平滑コンデンサ、４００は単相電圧形イン
バータ、５００はインバータ４００との間で交流電力を
授受する単相交流電動機、トランス、またはインダクタ
ンスを介した単相交流電源等の単相回路である。更に、
６００は複数のダイオードを内部の接続点で極性が反転
するように直列接続して構成されたダイオード群であ
り、このダイオード群６００の両端がインバータ４００
の交流出力端子に接続され、ダイオード群６００の内部
の極性反転点（仮想中性点）が直流電源１００の正極に
接続されている。なお、直流電源１００の負極はインバ
ータ４００の下アームと平滑コンデンサ３００との接続
点に接続されており、インバータ４００、ダイオード群
６００及び直流電源１００は、直流電源１００の電圧及
び電流が、インバータ４００の交流出力端子からダイオ
ード群６００を介して見たときに零相分（大きさが等し
く位相差がない成分）となるようにループ状に接続され
ている。
概念図である。図において、前記同様に１００は直流電
源、３００は平滑コンデンサ、４００は単相電圧形イン
バータ、５００はインバータ４００との間で交流電力を
授受する単相交流電動機、トランス、またはインダクタ
ンスを介した単相交流電源等の単相回路である。更に、
６００は複数のダイオードを内部の接続点で極性が反転
するように直列接続して構成されたダイオード群であ
り、このダイオード群６００の両端がインバータ４００
の交流出力端子に接続され、ダイオード群６００の内部
の極性反転点（仮想中性点）が直流電源１００の正極に
接続されている。なお、直流電源１００の負極はインバ
ータ４００の下アームと平滑コンデンサ３００との接続
点に接続されており、インバータ４００、ダイオード群
６００及び直流電源１００は、直流電源１００の電圧及
び電流が、インバータ４００の交流出力端子からダイオ
ード群６００を介して見たときに零相分（大きさが等し
く位相差がない成分）となるようにループ状に接続され
ている。
【００１１】上記構成において、インバータ４００と単
相回路５００との間の交流電力の授受は、インバータ４
００の線間電圧及び線間を流れる電流（負荷電流）によ
る電力の制御によって従来と同様に行われる。つまり、
単相回路５００が交流電動機等の単相負荷である場合に
は交流電力を供給して単相負荷が駆動される。また、単
相回路５００がリアクトルを介した単相交流電源である
場合、直流電源１００の直流電力がインバータ４００を
介して交流電力に変換され、単相交流電源に回生され
る。一方、インバータ４００と直流電源１００との間で
は、インバータ４００に零電圧ベクトルを出力させて零
相電圧、零相電流を制御することにより直流電力を授受
させる。すなわち、インバータ４００は、単相回路５０
０との間の交流電力の授受、直流電源１００との間の直
流電力の授受を時間分割で行い、直流電源１００との間
で直流電力を授受している時には、インバータ４００
が、直流−直流変換動作を行うチョッパの作用を実行す
る。その結果、図１０に示したような直流−直流コンバ
ータ２００が不要になり、このコンバータ２００を構成
する半導体スイッチング素子やその駆動回路等を削減す
ることができる。
相回路５００との間の交流電力の授受は、インバータ４
００の線間電圧及び線間を流れる電流（負荷電流）によ
る電力の制御によって従来と同様に行われる。つまり、
単相回路５００が交流電動機等の単相負荷である場合に
は交流電力を供給して単相負荷が駆動される。また、単
相回路５００がリアクトルを介した単相交流電源である
場合、直流電源１００の直流電力がインバータ４００を
介して交流電力に変換され、単相交流電源に回生され
る。一方、インバータ４００と直流電源１００との間で
は、インバータ４００に零電圧ベクトルを出力させて零
相電圧、零相電流を制御することにより直流電力を授受
させる。すなわち、インバータ４００は、単相回路５０
０との間の交流電力の授受、直流電源１００との間の直
流電力の授受を時間分割で行い、直流電源１００との間
で直流電力を授受している時には、インバータ４００
が、直流−直流変換動作を行うチョッパの作用を実行す
る。その結果、図１０に示したような直流−直流コンバ
ータ２００が不要になり、このコンバータ２００を構成
する半導体スイッチング素子やその駆動回路等を削減す
ることができる。
【００１２】以下の各発明は、上記請求項１に記載した
発明における単相回路５００やダイオード群６００、直
流電源１００を更に具体化したものである。まず、請求
項２記載の発明は、請求項１の発明における単相回路５
００が単相負荷となっている。すなわち、請求項２記載
の発明は、前記同様の単相電圧形インバータ及び平滑コ
ンデンサと、インバータの交流出力端子間に接続された
単相負荷と、インバータの交流出力端子間に直列接続さ
れ、かつ、相互の接続点の途中で極性が反転する２個の
ダイオードからなるダイオード群と、このダイオード群
の極性反転点に一端が接続されたリアクトルと、このリ
アクトルの他端と平滑コンデンサの一端との間に接続さ
れた直流電源とを備えている。そして、インバータのス
イッチング動作により、インバータが、単相負荷との間
で交流電力を授受し、かつ、零電圧ベクトルの出力によ
りダイオード群を介して直流電源との間で直流電力を授
受する。
発明における単相回路５００やダイオード群６００、直
流電源１００を更に具体化したものである。まず、請求
項２記載の発明は、請求項１の発明における単相回路５
００が単相負荷となっている。すなわち、請求項２記載
の発明は、前記同様の単相電圧形インバータ及び平滑コ
ンデンサと、インバータの交流出力端子間に接続された
単相負荷と、インバータの交流出力端子間に直列接続さ
れ、かつ、相互の接続点の途中で極性が反転する２個の
ダイオードからなるダイオード群と、このダイオード群
の極性反転点に一端が接続されたリアクトルと、このリ
アクトルの他端と平滑コンデンサの一端との間に接続さ
れた直流電源とを備えている。そして、インバータのス
イッチング動作により、インバータが、単相負荷との間
で交流電力を授受し、かつ、零電圧ベクトルの出力によ
りダイオード群を介して直流電源との間で直流電力を授
受する。
【００１３】請求項３記載の発明は、請求項１の発明に
おける単相回路５００が単相交流電源であり、インバー
タの動作により直流電源の電力を単相交流電源に回生す
る場合のものである。すなわち、請求項３記載の発明
は、前記同様の単相電圧形インバータ及び平滑コンデン
サと、インバータの交流出力端子間に第１のリアクトル
を介して接続された単相交流電源と、この単相交流電源
の両端子間に直列接続され、かつ、相互の接続点の途中
で極性が反転する２個のダイオードからなるダイオード
群と、このダイオード群の極性反転点に一端が接続され
た第２のリアクトルと、第２のリアクトルの他端と平滑
コンデンサの一端との間に接続された直流電源とを備え
ている。そして、インバータのスイッチング動作によ
り、インバータが、単相交流電源との間で交流電力を授
受して直流電源の電力を回生し、かつ、零電圧ベクトル
の出力時にダイオード群を介して直流電源との間で直流
電力を授受する。
おける単相回路５００が単相交流電源であり、インバー
タの動作により直流電源の電力を単相交流電源に回生す
る場合のものである。すなわち、請求項３記載の発明
は、前記同様の単相電圧形インバータ及び平滑コンデン
サと、インバータの交流出力端子間に第１のリアクトル
を介して接続された単相交流電源と、この単相交流電源
の両端子間に直列接続され、かつ、相互の接続点の途中
で極性が反転する２個のダイオードからなるダイオード
群と、このダイオード群の極性反転点に一端が接続され
た第２のリアクトルと、第２のリアクトルの他端と平滑
コンデンサの一端との間に接続された直流電源とを備え
ている。そして、インバータのスイッチング動作によ
り、インバータが、単相交流電源との間で交流電力を授
受して直流電源の電力を回生し、かつ、零電圧ベクトル
の出力時にダイオード群を介して直流電源との間で直流
電力を授受する。
【００１４】また、請求項４記載の発明も、請求項１の
発明における単相回路５００が単相交流電源であり、イ
ンバータの動作により直流電源の電力を単相交流電源に
回生する場合のものである。すなわち、請求項４記載の
発明は、前記同様の単相電圧形インバータ及び平滑コン
デンサと、インバータの一方の交流出力端子に一端が接
続された第１のリアクトルと、インバータの他方の交流
出力端子に一端が接続された第２のリアクトルと、これ
らの第１、第２のリアクトルの他端の間に接続された単
相交流電源と、単相交流電源の両端子間に直列接続さ
れ、かつ、相互の接続点の途中で極性が反転する２個の
ダイオードからなるダイオード群と、このダイオード群
の極性反転点と平滑コンデンサの一端との間に接続され
た直流電源とを備えている。そして、インバータのスイ
ッチング動作により、インバータが、単相交流電源との
間で交流電力を授受して直流電源の電力を回生し、か
つ、零電圧ベクトルの出力時にダイオード群を介して直
流電源との間で直流電力を授受する。
発明における単相回路５００が単相交流電源であり、イ
ンバータの動作により直流電源の電力を単相交流電源に
回生する場合のものである。すなわち、請求項４記載の
発明は、前記同様の単相電圧形インバータ及び平滑コン
デンサと、インバータの一方の交流出力端子に一端が接
続された第１のリアクトルと、インバータの他方の交流
出力端子に一端が接続された第２のリアクトルと、これ
らの第１、第２のリアクトルの他端の間に接続された単
相交流電源と、単相交流電源の両端子間に直列接続さ
れ、かつ、相互の接続点の途中で極性が反転する２個の
ダイオードからなるダイオード群と、このダイオード群
の極性反転点と平滑コンデンサの一端との間に接続され
た直流電源とを備えている。そして、インバータのスイ
ッチング動作により、インバータが、単相交流電源との
間で交流電力を授受して直流電源の電力を回生し、か
つ、零電圧ベクトルの出力時にダイオード群を介して直
流電源との間で直流電力を授受する。
【００１５】更に、請求項５記載の発明は、上記請求項
２，３または４記載の直流−交流電力変換装置におい
て、前記直流電源を、交流電源と整流回路とを組み合わ
せて構成したものである。
２，３または４記載の直流−交流電力変換装置におい
て、前記直流電源を、交流電源と整流回路とを組み合わ
せて構成したものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、図に沿って本発明の実施形
態を説明する。まず、図２は請求項２に記載した発明の
実施形態を示す回路図である。図において、１０１は直
流電源、１０２はリアクトル、３０１は平滑コンデン
サ、４０１はＩＧＢＴ等の自己消弧形半導体スイッチン
グ素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４と各スイッチング素子に逆並列さ
れたダイオードとからなる単相電圧形インバータ、５０
１はインバータ４０１の交流出力端子に接続された単相
交流電動機等の単相負荷、６０１はダイオードＤ１，Ｄ
２が逆極性で直列接続され、かつ、各ダイオードＤ１，
Ｄ２のカソードがインバータ４０１の交流出力端子に接
続されると共にアノード（ダイオードＤ１，Ｄ２の相互
接続点であり、極性反転点でもある）がリアクトル１０
２の一端に接続されたダイオード群である。ここで、直
流電源１０１の正極はリアクトル１０２の他端に接続さ
れ、負極はインバータ４０１の下アームと平滑コンデン
サ３０１との接続点に接続されている。
態を説明する。まず、図２は請求項２に記載した発明の
実施形態を示す回路図である。図において、１０１は直
流電源、１０２はリアクトル、３０１は平滑コンデン
サ、４０１はＩＧＢＴ等の自己消弧形半導体スイッチン
グ素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４と各スイッチング素子に逆並列さ
れたダイオードとからなる単相電圧形インバータ、５０
１はインバータ４０１の交流出力端子に接続された単相
交流電動機等の単相負荷、６０１はダイオードＤ１，Ｄ
２が逆極性で直列接続され、かつ、各ダイオードＤ１，
Ｄ２のカソードがインバータ４０１の交流出力端子に接
続されると共にアノード（ダイオードＤ１，Ｄ２の相互
接続点であり、極性反転点でもある）がリアクトル１０
２の一端に接続されたダイオード群である。ここで、直
流電源１０１の正極はリアクトル１０２の他端に接続さ
れ、負極はインバータ４０１の下アームと平滑コンデン
サ３０１との接続点に接続されている。
【００１７】本実施形態は、単相電圧形インバータ４０
１の零電圧ベクトルに着目したものである。すなわち、
単相電圧形インバータ４０１において零電圧ベクトルを
出力するには上アームをすべて導通させる場合と下アー
ムをすべて導通させる場合との２通りのスイッチングパ
ターンがあり、本実施形態ではこの自由度を利用する。
インバータ４０１から出力される零相電圧は線間電圧に
は現れないので、単相負荷５０１への交流電力供給には
影響しない。従って、正相分の等価回路は図３のように
なり、単相負荷５０１への電力供給に関しては従来と同
じインバータとして動作し、インバータ４０１の線間電
圧及び線間を流れる電流による電力の制御によって単相
負荷５０１との間で交流電力を授受する。なお、直流電
源１０１の電圧はインバータ４０１の交流出力端子から
ダイオード群６０１のダイオードＤ１，Ｄ２を介して見
ると零相電圧となり、零相電流は上記接続によってダイ
オード群６０１によりバイパスされ、単相負荷５０１に
は流れない。
１の零電圧ベクトルに着目したものである。すなわち、
単相電圧形インバータ４０１において零電圧ベクトルを
出力するには上アームをすべて導通させる場合と下アー
ムをすべて導通させる場合との２通りのスイッチングパ
ターンがあり、本実施形態ではこの自由度を利用する。
インバータ４０１から出力される零相電圧は線間電圧に
は現れないので、単相負荷５０１への交流電力供給には
影響しない。従って、正相分の等価回路は図３のように
なり、単相負荷５０１への電力供給に関しては従来と同
じインバータとして動作し、インバータ４０１の線間電
圧及び線間を流れる電流による電力の制御によって単相
負荷５０１との間で交流電力を授受する。なお、直流電
源１０１の電圧はインバータ４０１の交流出力端子から
ダイオード群６０１のダイオードＤ１，Ｄ２を介して見
ると零相電圧となり、零相電流は上記接続によってダイ
オード群６０１によりバイパスされ、単相負荷５０１に
は流れない。
【００１８】一方、零相分について考えると図４のよう
になり、図３におけるインバータ４０１の２アームはあ
たかも零電圧ベクトルの比でスイッチング動作する１つ
のアーム４０１’とみなすことができる。つまり、図１
１に示した従来の昇圧チョッパ２０１を、図２のインバ
ータ４０１による零相電圧の制御によって代用可能であ
る。なお、図４における６０１’は図２のダイオード群
６０１を等価的に示したダイオードである。
になり、図３におけるインバータ４０１の２アームはあ
たかも零電圧ベクトルの比でスイッチング動作する１つ
のアーム４０１’とみなすことができる。つまり、図１
１に示した従来の昇圧チョッパ２０１を、図２のインバ
ータ４０１による零相電圧の制御によって代用可能であ
る。なお、図４における６０１’は図２のダイオード群
６０１を等価的に示したダイオードである。
【００１９】従って、インバータ４０１のスイッチング
動作によって零電圧ベクトルを出力させることにより、
図１１の昇圧チョッパ２０１と同様の動作が可能であ
り、直流電源１０１とコンデンサ３０１との間で直流電
力を授受することができる。つまり、図２に示した回路
により実質的に図１１と同様な直流−交流電力変換装置
を実現することができるので、昇圧チョッパを構成する
半導体スイッチング素子の削減によって回路構成の簡略
化、小型化、低コスト化が可能になる。
動作によって零電圧ベクトルを出力させることにより、
図１１の昇圧チョッパ２０１と同様の動作が可能であ
り、直流電源１０１とコンデンサ３０１との間で直流電
力を授受することができる。つまり、図２に示した回路
により実質的に図１１と同様な直流−交流電力変換装置
を実現することができるので、昇圧チョッパを構成する
半導体スイッチング素子の削減によって回路構成の簡略
化、小型化、低コスト化が可能になる。
【００２０】図２におけるインバータ４０１はＰＷＭ制
御されるが、そのＰＷＭパルスは例えば図５に示す制御
回路によって作成される。すなわち図５において、直流
電圧指令Ｖdc *と直流電圧検出値Ｖdcとの偏差を加算器
７０１により求めて電圧制御器７０２に入力し、零相
（入力）電流指令ｉ 0 *を得る。また、この零相電流指令
ｉ0 *と零相電流検出値ｉ0との偏差を加算器７０３によ
り求めてその偏差を電流制御器７０４に入力する。一
方、インバータ４０１の出力電圧指令ｖout *を絶対値検
出器７０６に入力してその絶対値を求め、この絶対値を
加算器７０９により電流制御器７０４の出力から減算し
て零相電圧指令ｖo *を得る。出力電圧指令ｖout *と零相
電圧指令ｖo *とを加算器７０７により加算し、また、極
性反転器７０５にて出力電圧指令ｖout *の極性を反転さ
せた信号と零相電圧指令ｖo *とを加算器７０８により加
算した後、これらの加算結果をコンパレータ７１０，７
１１により三角波と比較し、直流電圧検出値Ｖdcを直流
電圧指令Ｖdc *に追従させるようなインバータ４０１の
スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４に対するＰＷＭパター
ンを得る。
御されるが、そのＰＷＭパルスは例えば図５に示す制御
回路によって作成される。すなわち図５において、直流
電圧指令Ｖdc *と直流電圧検出値Ｖdcとの偏差を加算器
７０１により求めて電圧制御器７０２に入力し、零相
（入力）電流指令ｉ 0 *を得る。また、この零相電流指令
ｉ0 *と零相電流検出値ｉ0との偏差を加算器７０３によ
り求めてその偏差を電流制御器７０４に入力する。一
方、インバータ４０１の出力電圧指令ｖout *を絶対値検
出器７０６に入力してその絶対値を求め、この絶対値を
加算器７０９により電流制御器７０４の出力から減算し
て零相電圧指令ｖo *を得る。出力電圧指令ｖout *と零相
電圧指令ｖo *とを加算器７０７により加算し、また、極
性反転器７０５にて出力電圧指令ｖout *の極性を反転さ
せた信号と零相電圧指令ｖo *とを加算器７０８により加
算した後、これらの加算結果をコンパレータ７１０，７
１１により三角波と比較し、直流電圧検出値Ｖdcを直流
電圧指令Ｖdc *に追従させるようなインバータ４０１の
スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４に対するＰＷＭパター
ンを得る。
【００２１】本実施形態において、直流電源１０１の正
極をインバータ４０１の上アームと平滑コンデンサ３０
１との接続点に接続する場合には、直流電源１０１の負
極をリアクトル１０２の一端に接続し、その他端をダイ
オードＤ１，Ｄ２のカソードどおしの接続点（極性反転
点）に接続してダイオードＤ１，Ｄ２のアノードをイン
バータ４０１の交流出力端子に各々接続すればよい。
極をインバータ４０１の上アームと平滑コンデンサ３０
１との接続点に接続する場合には、直流電源１０１の負
極をリアクトル１０２の一端に接続し、その他端をダイ
オードＤ１，Ｄ２のカソードどおしの接続点（極性反転
点）に接続してダイオードＤ１，Ｄ２のアノードをイン
バータ４０１の交流出力端子に各々接続すればよい。
【００２２】図６は、請求項３に記載した発明の実施形
態を示す回路図である。この実施形態は図１２の従来技
術に対応しており、インバータ４０１から出力された交
流電力を単相交流電源５０２に回生する場合のものであ
る。なお、その他の構成要素で図２の実施形態と同一の
ものには同一番号を付してある。本実施形態では、回生
電流波形を正弦波にするために、図７に示す制御回路を
用いる。すなわち、回生電流指令ｉr *と実際の回生電流
検出値ｉrとの偏差を加算器７１２により求め、この偏
差を電流制御器７１３に入力して出力電圧指令ｖout *を
得る。以下の制御演算の内容は、図５と同様である。
態を示す回路図である。この実施形態は図１２の従来技
術に対応しており、インバータ４０１から出力された交
流電力を単相交流電源５０２に回生する場合のものであ
る。なお、その他の構成要素で図２の実施形態と同一の
ものには同一番号を付してある。本実施形態では、回生
電流波形を正弦波にするために、図７に示す制御回路を
用いる。すなわち、回生電流指令ｉr *と実際の回生電流
検出値ｉrとの偏差を加算器７１２により求め、この偏
差を電流制御器７１３に入力して出力電圧指令ｖout *を
得る。以下の制御演算の内容は、図５と同様である。
【００２３】本実施形態の動作も図２の実施形態とほぼ
同様であり、インバータ４０１に零電圧ベクトルを出力
させることで図１２における昇圧チョッパ２０１の動作
を代用させ、直流電源１０１との間で直流電力を授受す
る。このとき、零相電流はダイオード群６０１によりバ
イパスされるため、単相交流電源５０２側に流れること
はない。電力回生時には、正弦波状の電流ｉrを流して
直流電源１０１の直流電力をインバータ４０１を介し単
相交流電源５０２へ回生する。
同様であり、インバータ４０１に零電圧ベクトルを出力
させることで図１２における昇圧チョッパ２０１の動作
を代用させ、直流電源１０１との間で直流電力を授受す
る。このとき、零相電流はダイオード群６０１によりバ
イパスされるため、単相交流電源５０２側に流れること
はない。電力回生時には、正弦波状の電流ｉrを流して
直流電源１０１の直流電力をインバータ４０１を介し単
相交流電源５０２へ回生する。
【００２４】本実施形態において、直流電源１０１の正
極をインバータ４０１の上アームと平滑コンデンサ３０
１との接続点に接続する場合には、直流電源１０１の負
極をリアクトル１０２の一端に接続し、その他端をダイ
オードＤ１，Ｄ２のカソードどおしの接続点（極性反転
点）に接続してダイオードＤ１，Ｄ２のアノードを単相
交流電源５０２の両端に各々接続すればよい。
極をインバータ４０１の上アームと平滑コンデンサ３０
１との接続点に接続する場合には、直流電源１０１の負
極をリアクトル１０２の一端に接続し、その他端をダイ
オードＤ１，Ｄ２のカソードどおしの接続点（極性反転
点）に接続してダイオードＤ１，Ｄ２のアノードを単相
交流電源５０２の両端に各々接続すればよい。
【００２５】図８は、請求項４に記載した発明の実施形
態を示す回路図である。この実施形態では、インバータ
４０１の交流出力端子と単相交流電源５０２の両端との
間に第１のリアクトル５０３、第２のリアクトル５０４
を挿入してある。この構成によると、図２または図６の
実施形態における直流リアクトル１０２に比べてリアク
トル５０３，５０４を流れる電流は小さくて済むので、
リアクトルの責務が軽減される。なお、制御方法は図２
または図６の実施形態と同様であるが、零相電流、回生
電流の指令を求めるためにリアクトル５０３，５０４を
流れる電流を検出し、正相分と零相分とに分離する必要
がある。
態を示す回路図である。この実施形態では、インバータ
４０１の交流出力端子と単相交流電源５０２の両端との
間に第１のリアクトル５０３、第２のリアクトル５０４
を挿入してある。この構成によると、図２または図６の
実施形態における直流リアクトル１０２に比べてリアク
トル５０３，５０４を流れる電流は小さくて済むので、
リアクトルの責務が軽減される。なお、制御方法は図２
または図６の実施形態と同様であるが、零相電流、回生
電流の指令を求めるためにリアクトル５０３，５０４を
流れる電流を検出し、正相分と零相分とに分離する必要
がある。
【００２６】本実施形態において、直流電源１０１の正
極をインバータ４０１の上アームと平滑コンデンサ３０
１との接続点に接続する場合には、直流電源１０１の負
極をダイオードＤ１，Ｄ２のカソードどおしの接続点
（極性反転点）に接続してダイオードＤ１，Ｄ２のアノ
ードを単相交流電源５０２の両端に各々接続すればよ
い。
極をインバータ４０１の上アームと平滑コンデンサ３０
１との接続点に接続する場合には、直流電源１０１の負
極をダイオードＤ１，Ｄ２のカソードどおしの接続点
（極性反転点）に接続してダイオードＤ１，Ｄ２のアノ
ードを単相交流電源５０２の両端に各々接続すればよ
い。
【００２７】図９は、請求項５に記載した発明の実施形
態を示す回路図である。この実施形態は、図２の実施形
態における直流電源１０１に代えて、単相交流電源５０
２とダイオードブリッジからなる単相全波整流回路５０
５との組み合わせを用いたものである。本実施形態の制
御回路として、図５における電圧制御器７０２の出力に
交流電源電圧と同期した正弦波の絶対値を掛けることに
より、交流入力電流を正弦波状に制御することが可能に
なる。図示されていないが、三相等の多相交流電源と全
波整流回路とを組み合わせて直流電源に置き換えること
もできる。本実施形態の単相または多相交流電源と整流
回路との組み合わせは、図２以外に図６、図８の実施形
態の直流電源１０１にも適用可能である。
態を示す回路図である。この実施形態は、図２の実施形
態における直流電源１０１に代えて、単相交流電源５０
２とダイオードブリッジからなる単相全波整流回路５０
５との組み合わせを用いたものである。本実施形態の制
御回路として、図５における電圧制御器７０２の出力に
交流電源電圧と同期した正弦波の絶対値を掛けることに
より、交流入力電流を正弦波状に制御することが可能に
なる。図示されていないが、三相等の多相交流電源と全
波整流回路とを組み合わせて直流電源に置き換えること
もできる。本実施形態の単相または多相交流電源と整流
回路との組み合わせは、図２以外に図６、図８の実施形
態の直流電源１０１にも適用可能である。
【００２８】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、単相電圧
形インバータの直流電圧を所定値にするための昇圧チョ
ッパ等の直流−直流コンバータを、インバータにより代
用することができる。このため、装置全体として半導体
スイッチング素子やその駆動回路、駆動電源等を削減す
ることができ、回路構成の簡略化、装置の小型化、低コ
スト化を図ることができる。
形インバータの直流電圧を所定値にするための昇圧チョ
ッパ等の直流−直流コンバータを、インバータにより代
用することができる。このため、装置全体として半導体
スイッチング素子やその駆動回路、駆動電源等を削減す
ることができ、回路構成の簡略化、装置の小型化、低コ
スト化を図ることができる。
【図１】請求項１に記載した発明の構成を示す概念図で
ある。
ある。
【図２】請求項２に記載した発明の実施形態を示す回路
図である。
図である。
【図３】図２の実施形態の正相分等価回路である。
【図４】図２の実施形態の零相分等価回路である。
【図５】図２の実施形態の制御回路図である。
【図６】請求項３に記載した発明の実施形態を示す回路
図である。
図である。
【図７】図６の実施形態の制御回路図である。
【図８】請求項４に記載した発明の実施形態を示す回路
図である。
図である。
【図９】請求項５に記載した発明の実施形態を示す回路
図である。
図である。
【図１０】従来技術を概念的に示した図である。
【図１１】従来技術を示す回路図である。
【図１２】従来技術を示す回路図である。
１００，１０１ 直流電源
１０２ リアクトル
３００，３０１ 平滑コンデンサ
４００，４０１ 単相電圧形インバータ
４０１’ アーム
５００ 単相回路
５０１ 単相負荷
５０２ 単相交流電源
５０３，５０４ リアクトル
６００，６０１ ダイオード群
６０１’ダイオード
７０１，７０３，７０７，７０８，７０９，７１２ 加
算器 ７０２ 電圧制御器 ７０４，７１３ 電流制御器 ７０５ 極性反転器 ７０６ 絶対値検出器 ７１０，７１１ コンパレータ Ｔｒ１〜Ｔｒ４ 自己消弧形半導体スイッチング素子 Ｄ１，Ｄ２ ダイオード
算器 ７０２ 電圧制御器 ７０４，７１３ 電流制御器 ７０５ 極性反転器 ７０６ 絶対値検出器 ７１０，７１１ コンパレータ Ｔｒ１〜Ｔｒ４ 自己消弧形半導体スイッチング素子 Ｄ１，Ｄ２ ダイオード
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02M 7/5387
H02M 1/08
Claims (5)
- 【請求項１】 半導体スイッチング素子の動作により直
流−交流電力変換を行って単相交流電圧を出力する単相
電圧形インバータと、このインバータの直流入力端子間
に接続された平滑コンデンサと、インバータの交流出力
端子間に接続された単相回路と、インバータの交流出力
端子間に直列接続され、かつ、相互の接続点の途中で極
性が反転する複数のダイオードからなるダイオード群
と、このダイオード群内部の極性反転点と平滑コンデン
サの一端との間に接続された直流電源とを備え、 時間分割により、前記インバータが、単相回路との間で
交流電力を授受し、かつ、零電圧ベクトルの出力時にダ
イオード群を介して直流電源との間で直流電力を授受す
ることを特徴とする直流−交流電力変換装置。 - 【請求項２】 半導体スイッチング素子の動作により直
流−交流電力変換を行って単相交流電圧を出力する単相
電圧形インバータと、このインバータの直流入力端子間
に接続された平滑コンデンサと、インバータの交流出力
端子間に接続された単相負荷と、インバータの交流出力
端子間に直列接続され、かつ、相互の接続点の途中で極
性が反転する２個のダイオードからなるダイオード群
と、このダイオード群の極性反転点に一端が接続された
リアクトルと、このリアクトルの他端と平滑コンデンサ
の一端との間に接続された直流電源とを備え、 時間分割により、前記インバータが、単相負荷との間で
交流電力を授受し、かつ、零電圧ベクトルの出力時にダ
イオード群を介して直流電源との間で直流電力を授受す
ることを特徴とする直流−交流電力変換装置。 - 【請求項３】 半導体スイッチング素子の動作により直
流−交流電力変換を行って単相交流電圧を出力する単相
電圧形インバータと、このインバータの直流入力端子間
に接続された平滑コンデンサと、インバータの交流出力
端子間に第１のリアクトルを介して接続された単相交流
電源と、この単相交流電源の両端子間に直列接続され、
かつ、相互の接続点の途中で極性が反転する２個のダイ
オードからなるダイオード群と、このダイオード群の極
性反転点に一端が接続された第２のリアクトルと、第２
のリアクトルの他端と平滑コンデンサの一端との間に接
続された直流電源とを備え、 時間分割により、前記インバータが、単相交流電源との
間で交流電力を授受して直流電源の電力を回生し、か
つ、零電圧ベクトルの出力時にダイオード群を介して直
流電源との間で直流電力を授受することを特徴とする直
流−交流電力変換装置。 - 【請求項４】 半導体スイッチング素子の動作により直
流−交流電力変換を行って単相交流電圧を出力する単相
電圧形インバータと、このインバータの直流入力端子間
に接続された平滑コンデンサと、インバータの一方の交
流出力端子に一端が接続された第１のリアクトルと、イ
ンバータの他方の交流出力端子に一端が接続された第２
のリアクトルと、これらの第１、第２のリアクトルの他
端の間に接続された単相交流電源と、単相交流電源の両
端子間に直列接続され、かつ、相互の接続点の途中で極
性が反転する２個のダイオードからなるダイオード群
と、このダイオード群の極性反転点と平滑コンデンサの
一端との間に接続された直流電源とを備え、 時間分割により、前記インバータが、単相交流電源との
間で交流電力を授受して直流電源の電力を回生し、か
つ、零電圧ベクトルの出力時にダイオード群を介して直
流電源との間で直流電力を授受することを特徴とする直
流−交流電力変換装置。 - 【請求項５】 請求項２，３または４記載の直流−交流
電力変換装置において、 前記直流電源を、交流電源と整流回路とを組み合わせて
構成したことを特徴とする直流−交流電力変換装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15639497A JP3374957B2 (ja) | 1997-06-13 | 1997-06-13 | 直流−交流電力変換装置 |
| DE19823917A DE19823917A1 (de) | 1997-06-03 | 1998-05-28 | Stromrichtervorrichtung |
| KR1019980020190A KR100533201B1 (ko) | 1997-06-03 | 1998-06-01 | 전력변환장치 |
| US09/089,724 US6137704A (en) | 1997-06-03 | 1998-06-03 | Power conversion apparatus utilizing zero-phase power supply device that provides zero-phase sequence components |
| CN98117254A CN1088282C (zh) | 1997-06-03 | 1998-06-03 | 电力变换装置 |
| US09/665,490 US6320775B1 (en) | 1997-06-03 | 2000-09-20 | Power conversion apparatus utilizing zero-phase power supply device that provides zero-phase sequence components |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15639497A JP3374957B2 (ja) | 1997-06-13 | 1997-06-13 | 直流−交流電力変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH118984A JPH118984A (ja) | 1999-01-12 |
| JP3374957B2 true JP3374957B2 (ja) | 2003-02-10 |
Family
ID=15626787
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15639497A Expired - Fee Related JP3374957B2 (ja) | 1997-06-03 | 1997-06-13 | 直流−交流電力変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3374957B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3716462A4 (en) * | 2017-11-22 | 2021-06-23 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation | POWER CONVERSION SYSTEM |
-
1997
- 1997-06-13 JP JP15639497A patent/JP3374957B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH118984A (ja) | 1999-01-12 |
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