JP3614257B2

JP3614257B2 - インバータの並列制御装置

Info

Publication number: JP3614257B2
Application number: JP26938196A
Authority: JP
Inventors: 一樹森田
Original assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Current assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Priority date: 1996-09-19
Filing date: 1996-09-19
Publication date: 2005-01-26
Anticipated expiration: 2016-09-19
Also published as: JPH1094259A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータの大容量化を図るために出力電流不平衡抑制制御機能を設けて、複数のインバータを並列に接続して運転するためのインバータの並列制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から採用されているインバータの並列制御装置の構成図を図３に示す。これは、共通の入力電源１に複数のインバータ１０１，２０１，〜，ｎ０１（ただし、ｎは２以上の自然数）を接続し、各インバータの出力をリアクトル１０２，２０２，〜，ｎ０２を介して並列接続している。そして、並列接続された複数のインバータ１０１，２０１，〜，ｎ０１のうちいづれか１台のインバータ、たとえばインバータ１０１に、ＰＷＭ制御信号を生成するＰＷＭ制御信号発生器６を設け、その出力であるＰＷＭ制御信号７及びＰＷＭ制御信号８にて並列接続された各インバータ１０１，２０１，〜，ｎ０１の正側スイッチング素子１５１，２５１，〜，ｎ５１及び負側スイッチング素子１５２，２５２，〜，ｎ５２をそれぞれドライブし、インバータを並列運転するものであった。
以上のような構成とすることにより、各スイッチング素子１５１，２５１，〜，ｎ５１及び各スイッチング素子１５２，２５２，〜，ｎ５２のターンオン時間、ターンオフ時間、オン抵抗値等の特性バラツキに起因して発生する各インバータ間の出力電流不平衡を出力リアクトル１０２，２０２，〜，ｎ０２にて抑制し、インバータの出力容量をインバータの並列数倍にしようとするものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
出力リアクトルは当然のことながらインダクタンス成分であるので、交流電流に対してのみ不平衡を抑制する作用がある。しかし、電動機駆動用のインバータの場合は低周波数の交流や直流で運転する場合もあり、出力リアクトルのみで電流不平衡を抑制するにはリアクトルが大形化するばかりか、特に直流運転の場合は抑制作用はまったく働かず、各インバータの出力電流分担は大きくくずれ、並列インバータの出力容量が低下したり、場合によっては１台のインバータに並列全負荷電流が流れ、インバータを破損させてしまう恐れがあった。
本発明は、以上の欠点を解決するためになされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
共通の入力電源１を持つ複数のインバータ１０１，２０１，〜，ｎ０１（ただし、ｎは２以上の自然数とする）の出力をリアクトル１０２，２０２，〜，ｎ０２を介して並列接続するインバータ装置において、それぞれのインバータに、インバータから出力の方向へ電流が流れた時に二次電流が端子１１２，２１２，〜，ｎ１２から流出し端子１１３，２１３，〜，ｎ１３から流入する変流器１１１，２１１，〜，ｎ１１を備え、変流器１１１，２１１，〜，（ｎ−１）１１の端子１１３，２１３，〜，（ｎ−１）１３と変流器２１１，３１１，〜，ｎ１１の端子２１２，３１２，〜，ｎ１２間を短絡線１２，２３，〜，（ｎ−１）ｎにて接続し、変流器１１１の端子１１２と変流器ｎ１１の端子ｎ１３間を短絡線ｎ１にて接続し、変流器１１１，２１１，〜，ｎ１１の端子１１２，２１２，〜，ｎ１２と端子１１３，２１３，〜，ｎ１３間に抵抗１２１，２２１，〜，ｎ２１を接続し、該抵抗に流れる電流を検出するための変流器１２２，２２２，〜，ｎ２２と、該変流器にて検出した電流を増幅し前記抵抗に流れる電流の向きが前記変流器１１１，２１１，〜，ｎ１１の端子１１２，２１２，〜，ｎ１２から端子１１３，２１３，〜，ｎ１３の方向であったときに負の極性で電圧出力する電流／電圧変換増幅器１３１，２３１，〜，ｎ３１を具備し、前記インバータのうちいづれか１台のインバータたとえば、インバータ１０１には、短絡線ｎ１に流れる電流を検出する変流器２と、変流器２の出力をインバータの全台数倍する掛け算器３と、基準となる電流指令値４から掛け算器３の掛け算結果を減算する減算器５と、減算器５の減算結果によりＰＷＭ制御信号を生成するＰＷＭ制御信号発生器６を備える。
【０００５】
さらに、前記電流／電圧変換増幅器の出力値の正負極性を判別し、極性に応じて出力先を切り替える極性判別器１４１，２４１，〜，ｎ４１を備え、電流／電圧変換増幅器１３１，２３１，〜，ｎ３１の出力値が負であれば当該インバータの正側スイッチング素子１５１，２５１，〜，ｎ５１に印加されるＰＷＭ制御信号のオンパルス幅を電流／電圧変換増幅器の出力量に応じて短くするパルス幅補正回路１６１，２６１，〜，ｎ６１と、電流／電圧変換増幅器の出力値が正であれば当該インバータの負側スイッチング素子１５２，２５２，〜，ｎ５２に印加されるＰＷＭ制御信号のオンパルス幅を電流／電圧変換増幅器の出力量に応じて短くするパルス幅補正回路１６２，２６２，〜，ｎ６２を備える。
本発明は、以上の構成からなるインバータの並列制御装置である。
【０００６】
本発明によるインバータの並列制御装置によれば、並列接続された複数のインバータ１０１，２０１，〜，ｎ０１の各々において各インバータの出力電流平均値とおのおのの出力電流値の偏差（不平衡電流値）を変流器１２２，２２２，〜，ｎ２２にて直接検出でき、この偏差（不平衡電流値）が零となるようにスイッチング素子１５１，２５１，〜，ｎ５１及びスイッチング素子１５２，２５２，〜，ｎ５２に印加されるＰＷＭ制御信号７及びＰＷＭ制御信号８のオンパルス幅を短くする制御をパルス幅補正回路１６１，２６１，〜，ｎ６１及びパルス幅補正回路１６２，２６２，〜，ｎ６２にて自動的に行うので、各インバータの出力電流不平衡が抑制でき、出力リアクトルの小形化が可能となり、さらに出力容量の低下も防げる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図を用いて説明する。図１は、インバータｎ台を並列接続した本発明の適用例であり、その動作の詳細を図２に示す並列数２の場合について説明する。
図２の如く、共通の入力電源１に２台のインバータ１０１、２０１を接続し、各インバータの出力をリアクトル１０２、２０２を介して並列接続し、各インバータには、インバータから出力の方向へ電流が流れた時に２次電流が端子１１２、２１２から流出し、端子１１３、２１３から流入する変流器１１１、２１１を備え、変流器１１１の端子１１３と変流器２１１の端子２１２間を短絡線１２にて接続し、さらに変流器１１１の端子１１２と変流器２１１の端子２１３間を短絡線２１にて接続する。すなわち、変流器１１１と変流器２１１の２次側をリング状に直列接続する。
【０００８】
さらに変流器１１１、２１１の端子１１２、２１２と端子１１３、２１３間に抵抗１２１、２２１を接続し、抵抗１２１、２２１に流れる電流すなわち各インバータの出力電流の平均値とおのおのの出力電流値の偏差（不平衡電流値）を検出するための変流器１２２、２２２と、変流器１２２、２２２にて検出した電流を増幅し、前記抵抗１２１、２２１に流れる電流の向きが変流器１１１、２１１の端子１１２、２１２から端子１１３、２１３の方向であったときに負の極性で電圧出力する電流／電圧変換増幅器１３１、２３１を備え、並列接続された２台のインバータ１０１、２０１のうちいづれか１台、たとえばインバータ１０１に、短絡線２１に流れる電流すなわち各インバータの出力電流の平均値を検出する変流器２と、変流器２の出力をインバータの台数倍（２倍）し各インバータの合計出力電流値を出力する掛け算器３と、基準となる電流指令値４から掛け算器３の掛け算結果を減算し合計出力電流の偏差量を出力する減算器５と、前記減算器５の減算結果である合計出力電流偏差量によりＰＷＭ制御信号を生成するＰＷＭ制御信号発生器６を備える。
【０００９】
さらに、電流／電圧変換増幅器１３１、２３１の出力値の正負極性を判別し、極性に応じて出力先を切り替える極性判別器１４１、２４１を備え、電流／電圧変換増幅器１３１、２３１の出力値が負であれば当該インバータの正側スイッチング素子１５１、２５１に印可されるＰＷＭ制御信号７のオンパルス幅を電流／電圧変換増幅器１３１、２３１の出力量に応じて短くするパルス幅補正回路１６１、２６１と、電流／電圧変換増幅器１３１、２３１の出力値が正であれば当該インバータの負側スイッチング素子１５２、２５２に印可されるＰＷＭ制御信号８のオンパルス幅を電流／電圧変換増幅器１３１、２３１の出力量に応じて短くするパルス幅補正回路１６２、２６２にて構成する。
【００１０】
以上のような構成とする事により、２台のインバータ１０１、２０１の各々において２台のインバータの出力電流平均値とおのおのの出力電流値との偏差（不平衡電流値）を変流器１２２、２２２にて直接検出し、この偏差量を電流／電圧変換増幅器１３１、２３１にて増幅する。この電流／電圧変換増幅器１３１、２３１の出力結果を用いて出力電流値の偏差を零にすべく出力電流不平衡抑制制御を行う。以下、インバータ１０１に着目して出力電流不平衡抑制制御の詳細について説明する。
【００１１】
出力電流がインバータ１０１から負荷側へ流れるモードでは正側スイッチング素子１５１あるいは負側スイッチング素子１５２と並列に接続されている還流ダイオードのいづれかに電流が流れている。ここで、インバータ１０１内に設置される電流／電圧変換増幅器１３１の出力値が負極性である時は２台のインバータ１０１、２０１の出力電流平均値よりインバータ１０１の出力電流値が大きい場合であり、正側スイッチング素子１５１に電流が流れている時は正側スイッチング素子１５１に印加されるＰＷＭ制御信号７のオンパルス幅を短くすればインバータ１０１の出力電流を減らせるため出力電流不平衡が解消される。
【００１２】
また、負側スイッチング素子１５２と並列に接続されている還流ダイオードに電流が流れている時は、ＰＷＭ制御信号７及びＰＷＭ制御信号８を操作しても出力電流に何等変化はない。逆に、インバータ１０１内に設置される電流／電圧変換増幅器１３１の出力値が正極性である時は２台のインバータ１０１、２０１の出力電流平均値よりインバータ１０１の出力電流値が小さい場合であり、正側スイッチング素子１５１に電流が流れている時に正側スイッチング素子１５１に印加されるＰＷＭ制御信号７のオンパルス幅を短くすると、インバータ１０１の出力電流が更に小さくなってしまうため出力電流不平衡が更に大きくなる。また、負側スイッチング素子１５２と並列に接続されている還流ダイオードに電流が流れている時は、ＰＷＭ制御信号７及びＰＷＭ制御信号８を操作しても出力電流に何等変化はない。従って、電流／電圧変換増幅器１３１の出力値が正極性である時は正側スイッチング素子１５１に印加されるＰＷＭ制御信号７は操作しないようにする。
【００１３】
一方、出力電流が負荷側からインバータ１０１へ流れるモードでは負側スイッチング素子１５２あるいは正側スイッチング素子１５１と並列に接続されている還流ダイオードのいづれかに電流が流れている。ここで、インバータ１０１内に設置される電流／電圧変換増幅器１３１の出力値が正極性である時は２台のインバータ１０１、２０１の出力電流平均値よりインバータ１０１の出力電流値が大きい場合であり、負側スイッチング素子１５２に電流が流れている時は負側スイッチング素子１５２に印加されるＰＷＭ制御信号８のオンパルス幅を短くすればインバータ１０１の出力電流を減らせるため出力電流不平衡が解消される。
【００１４】
また、正側スイッチング素子１５１と並列に接続されている還流ダイオードに電流が流れている時は、ＰＷＭ制御信号７及びＰＷＭ制御信号８を操作しても出力電流に何等変化はない。逆に、インバータ１０１内に設置される電流／電圧変換増幅器１３１の出力値が負極性である時は２台のインバータ１０１、２０１の出力電流平均値よりインバータ１０１の出力電流値が小さい場合であり、負側スイッチング素子１５２に電流が流れている時に負側スイッチング素子１５２に印加されるＰＷＭ制御信号８のオンパルス幅を短くすると、インバータ１０１の出力電流が更に小さくなってしまうため出力電流不平衡が更に大きくなる。また、正側スイッチング素子１５１と並列に接続されている還流ダイオードに電流が流れている時は、ＰＷＭ制御信号７及びＰＷＭ制御信号８を操作しても出力電流に何等変化はない。従って、電流／電圧変換増幅器１３１の出力値が負極性である時は負側スイッチング素子１５２に印加されるＰＷＭ制御信号８は操作しないようにする。
【００１５】
以上の如く、スイッチング素子に印加されるＰＷＭ制御信号のオンパルス幅を短くする制御をパルス幅補正回路にて自動的に行うことにより、各インバータの出力電流不平衡が抑制でき、出力リアクトルの小形化が可能となり、さらに出力容量の低下も防げる。
【００１６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、並列接続された複数のインバータの各々において各インバータの出力電流平均値からおのおのの出力電流値の偏差（不平衡電流値）を検出し、この偏差が零となるようにスイッチング素子に印加されるＰＷＭ制御信号のオンパルス幅を短くする制御をパルス幅補正回路にて自動的に行うことができる。特に本発明によれば、各インバータの出力電流平均値からおのおのの出力電流値の偏差（不平衡電流値）を変流器にて直接検出するので、演算増幅器等を用いた加減算回路にて偏差を検出する方式に比べて非常に検出誤差を小さくでき、さらに回路構成が極めて簡素になる。
【００１７】
以上説明した不平衡電流抑制制御の作用により、各インバータの出力電流不平衡が抑制でき、出力リアクトルの小形化が可能となる。特に直流運転の場合は出力リアクトルによる出力電流不平衡抑制作用はまったく働かないので、本発明による出力電流不平衡抑制制御が極めて有効となり、各インバータの出力電流分担が大きくくずれ、並列インバータの出力容量が低下したり、場合によっては１台のインバータに並列全負荷電流が流れインバータを破損してしまう恐れがなくなる。その結果、インバータの出力容量をインバータの並列数倍にする事ができ、インバータの大容量化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】図２はインバータ２台並列の場合の本発明の実施例である。
【図３】図５は、従来のインバータ並列接続の場合の構成図である。
【符号の説明】
１入力電源
２変流器
３掛け算器
４電流指令値
５減算器
６ＰＷＭ制御信号発生器
７ＰＷＭ制御信号
８ＰＷＭ制御信号
１２〜（ｎ−１）ｎ短絡線
ｎ１短絡線
１０１〜ｎ０１インバータ
１０２〜ｎ０２リアクトル
１１１〜ｎ１１変流器
１１２〜ｎ１２変流器の２次側端子
１１３〜ｎ１３変流器の２次側端子
１２１〜ｎ２１抵抗
１２２〜ｎ２２変流器
１３１〜ｎ３１電流／電圧変換増幅器
１４１〜ｎ４１極性判別器
１５１〜ｎ５１正側スイッチング素子
１５２〜ｎ５２負側スイッチング素子
１６１〜ｎ６１パルス幅補正回路
１６２〜ｎ６２パルス幅補正回路

Claims

共通の入力電源（１）を持つ複数のインバータ（１０１，２０１，〜，ｎ０１）（ただし、ｎは２以上の自然数）の出力をリアクトル（１０２，２０２，〜，ｎ０２）を介して並列接続するインバータの並列制御装置において、前記インバータ（１０１，２０１，〜，ｎ０１）のそれぞれに、インバータから出力の方向へ電流が流れた時に二次電流が端子（１１２，２１２，〜，ｎ１２）から流出し、端子（１１３，２１３，〜，ｎ１３）から流入する変流器（１１１，２１１，〜，ｎ１１）を備え、前記変流器（１１１，２１１，〜，（ｎ−１）１１）の端子（１１３，２１３，〜，（ｎ−１）１３）と前記変流器（２１１，３１１，〜，ｎ１１）の端子（２１２，３１２，〜，ｎ１２）間を短絡線（１２，２３，〜，（ｎ−１）ｎ）にて接続し、前記変流器（１１１）の端子（１１２）と前記変流器（ｎ１１）の端子（ｎ１３）間を短絡線（ｎ１）にて接続し、前記変流器（１１１，２１１，〜，ｎ１１）の端子（１１２，２１２，〜，ｎ１２）と端子（１１３，２１３，〜，ｎ１３）間に抵抗（１２１，２２１，〜，ｎ２１）を接続し、該抵抗（１２１，２２１，〜，ｎ２１）に流れる電流を検出するための変流器（１２２，２２２，〜，ｎ２２）と、該変流器（１２２，２２２，〜，ｎ２２）にて検出した電流を増幅し前記抵抗（１２１，２２１，〜，ｎ２１）に流れる電流の向きが前記変流器（１１１，２１１，〜，ｎ１１）の端子（１１２，２１２，〜，ｎ１２）から端子（１１３，２１３，〜，ｎ１３）の方向であったときに負の極性で電圧出力する電流／電圧変換増幅器（１３１，２３１，〜，ｎ３１）を具備し、前記インバータ（１０１，２０１，〜，ｎ０１）のうちいづれか１台のインバータには、該インバータに接続される前記短絡線の電流を検出する変流器（２）と、該変流器（２）の出力をインバータの全台数倍する掛け算器（３）と、基準となる電流指令値（４）から前記掛け算器（３）の掛け算結果を減算する減算器（５）と、前記減算器（５）の減算結果によりＰＷＭ制御信号を生成するＰＷＭ制御信号発生器（６）を備え、前記電流／電圧変換増幅器（１３１，２３１，〜，ｎ３１）の出力値の正負極性を判別し、極性に応じて出力先を切り替える極性判別器（１４１，２４１，〜，ｎ４１）を備え、前記電流／電圧変換増幅器（１３１，２３１，〜，ｎ３１）の出力値が負であれば当該インバータの正側スイッチング素子（１５１，２５１，〜，ｎ５１）に印加されるＰＷＭ制御信号（７）のオンパルス幅を前記電流／電圧変換増幅器（１３１，２３１，〜，ｎ３１）の出力量に応じて短くするパルス幅補正回路（１６１，２６１，〜，ｎ６１）と、前記電流／電圧変換増幅器（１３１，２３１，〜，ｎ３１）の出力値が正であれば当該インバータの負側スイッチング素子（１５２，２５２，〜，ｎ５２）に印加されるＰＷＭ制御信号（８）のオンパルス幅を前記電流／電圧変換増幅器（１３１，２３１，〜，ｎ３１）の出力量に応じて短くするパルス幅補正回路（１６２，２６２，〜，ｎ６２）を具備したことを特徴とするインバータの並列制御装置。