JP3408522B2 - 交流ネットワークに正弦波電流を供給するためのインバータ - Google Patents
交流ネットワークに正弦波電流を供給するためのインバータInfo
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Description
ネットワーク又は公共の電力供給ネットワークに供給す
るためのインバータに関する。
スイッチは、ほとんど独占的に、図1に図示された3相
交流ブリッジの構成で存在する。そのようなインバータ
は、直流/電圧の供給源から、位相U,V及びWの多相
の交流を生成する。図1に図示された適当な複数のダイ
オードを有する電力スイッチT1乃至T6の逆並列接続
の長所によって、動作の4象限モードが可能であり、従
って、そのようなインバータ回路は、高度に汎用性のあ
る方法で用いることもできる。
回路に対する欠点は、2つのスイッチ、例えばT1及び
T2の時間的に交差する短絡の場合に極めて高いエネル
ギーの流れが発生することであり、このことは通常イン
バータの全体の破壊を引き起こし、あるいは炎を噴出さ
せることがあり、従って、ついには装置に接続された全
ての部品の破壊に至る。別の欠点は、直流電圧の増大に
対して、各部品は常に増大する性能を持たねばならない
ことであり、このことは、複数の非常に高価な部品を用
いるときのみ可能である。
久能力を改善し、それと同時に上記の欠点を取り除き、
特に、高価な個別部品に対する必要を可能な限り取り除
くことにある。
的は、請求項1乃至3のうちの1つに記載の特徴を有す
るインバータによって達成される。有利な複数の展開が
従属する複数の請求項において示される。
るために用いるものとするただ単一の回路又はスイッチ
ユニットを実現することに基づいている。ゆえに、正弦
波発振の正の半波発振を生成するために、正弦波電流の
負の部分を生成するためのものとは裏返しの構成の回路
又はスイッチユニットが用いられる。この結果、正弦波
電流の正の半波発振と、また負の半波発振とを生成する
ための複数のスイッチユニットは、互いに分離され、か
つ、共通の電流タッピングのみを介して互いに接続さ
れ、そのとき、各スイッチ部は電流タッピング経路にお
けるスイッチによって他のものに対して保護されている
ため、あるスイッチ部における電流の生成は、他のスイ
ッチ部において間接的影響を引き起こすことがない。
半波発振に分割することは、負と正の半波発振のための
2つのスイッチ部への直流電圧供給を分配する可能性を
与える。ゆえに、複数のインバータの正の半波発振を生
成する部分は、例えばUd1=660ボルトの直流電圧
によって操作でき、また、正弦波直流の負の半波発振を
生成する複数のインバータのスイッチ部は、例えばU
d2=660ボルトの直流電圧によって操作できる。従
って、そのとき、全体の直流電圧は、個別の直流電圧の
2倍、すなわち、1320ボルトである。そのことは結
果的に、660Vの直流電圧のためだけに設計された部
品を使っているときに、インバータ全体の出力パワーを
倍にする。
トの出力インダクタンスは、例えば、部分的な直流電圧
Ud1のみを有し、直流電圧Ud1及びUd2全体を持
たない正の電流成分のときに動作する。また、このこと
は結果的に、材料とコストに関して節約をもたらす。単
一のスイッチユニットによって正弦波電流の半波発振を
生成することの利点によって、異なる半波発振のための
複数のスイッチユニットは、空間に関して互いに遠く離
して配置することもでき、このことは、全体的に、イン
バータとスイッチユニットの全ての部品との安全性及び
信頼性を改善し、また、必要とする空間に関して、それ
を配置することを非常に簡易化する。本発明に係るイン
バータの構成に特有の利点は、出力チョークのインダク
タンスと、従って、その目的のために必要とされる部品
のコストとを半分にできることである。
例を参照し、以下により詳細に記述される。
交流のネットワーク電流の正の成分を生成するための、
横方向に分岐する回路又はスイッチユニット1を図示す
る。スイッチユニット1は、例えばIGBT(isolated
gate bipolar transistor;絶縁ゲート型バイポーラト
ランジスタ)又はGTO(gate turn off thyristor;
ゲートターンオフサイリスタ)である第1のスイッチと
してのパワートランジスタT1と、直流電圧端子に対し
て電力スイッチT1と直列に接続されているダイオード
D1とを備える。出力電流のための電流タッピングは、
電力スイッチT1とダイオードD1との間に設けられ
る。それに代わって、出力インダクタL1と直列に接続
されている第2のスイッチS1が、電流タッピングに配
置される。図3は、図2に図示された回路と相反する構
造を有する、交流又は3相交流のネットワーク電流の負
の成分を生成するためのスイッチユニットの回路図を、
必要とされる基本原理に関して図示する。
チユニット1及び2に関する正弦波出力電流のタイミン
グチャートである。そこにはさらに、時間に関して電力
スイッチT1及びT2のスイッチをオンにする動作又は
経過と、同じく、電流タッピングに配置されたスイッチ
S1及びS2のオン/オフの動作又は経過とが図示され
ている。正弦波電流の正の半波形の間は(図4の上
左)、電力スイッチT1のみが、指示された周期的なモ
ードでオン及びオフに切り換えられ、その間、電力スイ
ッチT2はその相においてオフにされている。正弦波電
流の正の半波形の生成の間は、電流タッピングに配置さ
れたスイッチS1はオンにされ(閉じられ)、同じ時間
の間、負の半波形のための電流タッピングにおける他の
スイッチS2はオフにされている(開かれている)。
「鋸歯波」正弦波電流は、電力スイッチT1のスイッチ
ング状態をオン及びオフにすることに関する周期的操作
と、ダイオードD1の影響とによって生成される。正弦
波電流の負の半波形の生成の間は、状態は、正弦波電流
の正の半波形の生成に対して正確に逆である。負の半波
形の生成においてスイッチS1はオフにされ、その間、
電力スイッチT2が操作の指示された周期的なモードに
おいてオン及びオフに切り換えられ、スイッチS2は常
にオンにされている。正弦波波形の電流が最大値である
領域において、電力スイッチT1及びT2はそれぞれ、
より低い電流レベルの領域、特にゼロを通過する領域よ
りも、より長い時間だけオンに切り換えられている。
た複数のスイッチユニットの相互接続を示し、3相交流
を生成するための本発明に係るインバータを構成する。
上記図示された回路の間の違いは、図6において、出力
電流の負の半波発振を生成するための複数のスイッチ部
が、出力電流の正の半波発振のための複数のスイッチ部
から分離して配置されたことである。また、この点で、
分離した配置は、複数のスイッチ部が、互いに異なる空
間にあることと、それらの共通の電流タッピングのみを
介して接続されることとを意味することができる。正の
半波形を生成するための複数のスイッチユニットは、直
流電圧端子+Ud1及び−Ud1に接続されている。正
弦波電流の負の半波形を生成するための複数のスイッチ
部は、直流電圧端子+Ud2及び−Ud2に接続されて
いる。
イッチの逆並列接続の利点によって、動作の4象限モー
ドを可能にし、従って、スイッチ手段として高度に汎用
性のある方法で用いることができる公知のインバータの
回路図であるが、しかしながら、T1及びT2のような
2つのスイッチが時間的に交差する短絡の場合には、結
果的にインバータ全体の破壊をもたらすことがあり、ま
た、あるいは発火の原因となることがあり、結果的にそ
こに接続された装置の全ての部品の完全な破壊をもたら
す、堅固な短絡が発生する非常に高い危険性を伴う。出
力電流の正の半波形を生成するために、公知のインバー
タは、スイッチT1及びT2が連続的にオン及びオフに
切り換えられることを準備する。半波形に対して、この
ことは、半波形の時間中にT1及びT2が連続的に複数
回だけオン及びオフに切り換えられることを意味し、こ
のことは、すでに、統計的な観点から、図5及び図6に
それぞれ図示された本発明に係る構造と比較して、短絡
の確率を著しく増大させる。
る、出力電流の正の半波発振のためのスイッチ部と、出
力電流の負の半波発振のためのスイッチ部との相互接続
を図示する。
離された分岐、すなわち個別のスイッチユニットの相互
接続における − 図5乃至図7を参照 − 正及び負の交
差した分岐 − 図2乃至図7を参照 − の利点によって
防がれる。それにも関わらず、異なるスイッチ部におけ
る複数の電力スイッチの不完全なスイッチ動作が発生す
るならば、それらは相互に減結合され、かつ、インダク
タL1’乃至L6’,L1乃至L6を介して保護される
だけでなく、電流タッピングに配置されたスイッチS1
乃至S6が、1つの分岐が他方において間接的影響を有
することを、それらが逆の関係でオン及びオフに切り換
えられることによって防ぐという事実の利点によって、
短絡は最終的に不可能にされる。図2乃至図7に図示さ
れた、説明されたインバータの構成は、非常に高レベル
のパワーを伴うインバータを構成することを可能にす
る。2つの相互結合されたスイッチユニットの電流タッ
ピングの間の減結合チョークL1’乃至L6’は、同時
に、高周波チョークとして、また、dU/dtを減少さ
せるためのフィルタとして用いることができる。それに
よって、スプリアス発射は電力スイッチT1乃至T6の
直後で、すでに抜本的に減少されている。
風力エネルギー変換器か、又は電気的な直流電流を生成
する他の発電所(例えば太陽熱発電所)に好適である。
風力エネルギー変換器の場合は、発電所は通常は直流電
流を生成するか、又は、発電所は交流を生成するが、し
かしながら、次にそれを上述のインバータを介してネッ
トワークの電流/電圧に変換できるように、上記交流は
整流されなければならない。それぞれゼロを通過すると
きにおける(正の半波形に関する)電力スイッチT1及
び(負の半波形に関する)T2がオン/オフに切り換え
られる頻度が、電流が最大である領域におけるよりも非
常に高いならば、出力電流に関して正確な正弦波の波形
を提供することは有利である。電流が最大である頻度に
おいて、電力スイッチT1及びT2それぞれがオン/オ
フに切り換えられる頻度は、数百Hz(例えば、100
乃至600Hzの範囲)である。ゼロを通過する領域に
おいて、複数の電力スイッチがオン/オフに切り換えら
れる頻度は、数kHz(例えば、5乃至18kHz)で
ある。 [図面の簡単な説明]
る。
ッチ部を示す図である。
ッチ部を示す図である。
1,T2,S2に関する正弦波出力電流のタイミングチ
ャートである。
ある。
図示された複数のスイッチ部の相互接続の基本原理を図
示する回路図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 交流ネットワークに正弦波電流を供給す
るためのインバータにおいて、 (a)直列接続された第1のスイッチと第1のダイオー
ドを有し、上記第1のスイッチと上記第1のダイオード
との間に第1の電流タッピングを有し、ネットワーク電
流の正の部分を生成する第1のスイッチユニットと、 (b)上記第1の電流タッピングに接続され、ネットワ
ーク電流の正の部分の生成の時間中に閉じられる第2の
スイッチと、 (c)上記第2のスイッチと直列接続された第1の減結
合インダクタと、 (d)上記第1のスイッチユニットと並列接続され、直
列接続された第3のスイッチと第2のダイオードを有
し、上記第3のスイッチと上記第2のダイオードとの間
に第2の電流タッピングを有し、ネットワーク電流の負
の部分を生成する第2のスイッチユニットと、 (e)上記第2の電流タッピングに接続され、ネットワ
ーク電流の負の部分の生成の時間中に閉じられる第4の
スイッチと、 (f)上記第4のスイッチと直列接続された第2の減結
合インダクタと、 (g)ネットワーク電流の正の部分の生成の時間中に上
記第2のスイッチを閉じかつ上記第4のスイッチを開
き、ネットワーク電流の負の部分の生成の時間中に上記
第4のスイッチを閉じかつ上記第2のスイッチを開く制
御手段とを備え、 上記正弦波電流のゼロ通過領域の近傍における上記第1
及び第3のスイッチのそれぞれのスイッチングオン/オ
フ周波数は、上記正弦波電流の電流最大領域の近傍にお
けるそれよりも高く設定されたことを特徴とする交流ネ
ットワークに正弦波電流を供給するためのインバータ。 - 【請求項2】 3相電流を生成するために、それぞれ互
いに接続された少なくとも3つの第1のスイッチユニッ
ト及び3つの第2のスイッチユニットを備えたことを特
徴とする請求項1記載のインバータ。 - 【請求項3】 3相電流ネットワークの単相(U,V,
W)の電流を供給するために、複数の第1及び第2のス
イッチユニットは、それらの電流タッピングを介して互
いに接続されたことを特徴とする請求項1又は2記載の
インバータ。 - 【請求項4】 請求項1乃至3のうちの1つに記載のイ
ンバータを有し、電気的な直流電流を生成する、風力エ
ネルギー変換器、又は他の発電装置。
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