JP3961817B2 - Double voltage inverter device - Google Patents

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JP3961817B2 JP2001352618A JP2001352618A JP3961817B2 JP 3961817 B2 JP3961817 B2 JP 3961817B2 JP 2001352618 A JP2001352618 A JP 2001352618A JP 2001352618 A JP2001352618 A JP 2001352618A JP 3961817 B2 JP3961817 B2 JP 3961817B2
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Description

【0001】
本発明は、運転の安定化を図った倍電圧インバータ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、誘導加熱炉の高周波電源としてサイリスタインバータ装置が広く使用されている。このサイリスタインバータ装置は図4に示すように構成されている。図において1は三相交流電力を直流電力に変換する整流器、2は直流リアクトル、3から6はサイリスタ、7はコンデンサ、8は負荷コイルである。前記直流リアクトル2は直流電流を平滑化するとともに、電流を持続させようとする働きをもつものである。またサイリスタ3と6および4と5のペアが交互にオンすることによりコンデンサ7と負荷コイル8に交流電力が供給される。
【0003】
このインバータとしての動作を説明すると、サイリスタ3〜6は自己消弧能力がないので、負荷側に設けられたコンデンサ7によってオフさせる。即ち、サイリスタ3と6がオンの状態で、コンデンサ7が図示の極性になっているとき、サイリスタ4と5をオンすると、コンデンサ7の電荷がサイリスタ5と6を介して放電し、サイリスタ6の電流が0になると、サイリスタ6はオフに転ずる。
【0004】
またサイリスタ4と3のパスでもコンデンサ7の電荷が放電することにより、サイリスタ3が同様にオフに転ずる。またサイリスタ4と5がオンの状態では、コンデンサ7の極性は図示とは逆の極性に転ずる。次いでサイリスタ3と6をオンすると、同様にサイリスタ4と5がオフする。このようにコンデンサ7の作用によりサイリスタは交互にオンオフしてインバータとしての動作が行われる。
【0005】
サイリスタは電流が0になった後、所定の時間逆電圧が印加され続けないと、サイリスタが完全にはオフ能力を回復しない。したがって、この逆電圧時間を確保することがこの種のインバータではもっとも重要である。一般にこの逆電圧時間を転流余裕角あるいは転流余裕時間と呼ぶ。この角度あるいは時間は電圧に対する電流の進み角あるいは進み時間に等しい。厳密にいうと重なり時間を加味しなければならないが、本質的なものではないので説明を省略する。図5はインバータの出力側の電圧と電流波形を示したものである。電流は電圧に対してある所定の角度γあるいは時間進んでいることが重要である。
【0006】
負荷コイルの代表例としては誘導炉があるが、これは金属材料を誘導炉に投入してから溶解が完了して、溶湯をすべて取り出すまでのプロセスにおいては、誘導炉のインピーダンスが大きく変化する。このインピーダンスの変化に拘らずインバータは、必要な転流余裕角あるいは時間を常に確保することが重要である。そのため、負荷電圧あるいは電流を検出して電流と電圧の位相が一定の角度あるいは時間になるように、周波数を自動調整している。
【0007】
例えば周波数が上がると、コンデンサ電流が増加し、負荷コイル電流が減少するので、位相が進むことになる。周波数が下がると、逆に位相が遅れる。この位相特性を図に表したのが図6である。横軸が周波数f、縦軸は位相θで0より上が遅れ、下が進みである。
【0008】
負荷の状況によって位相特性がAからBに変化すると、位相特性曲線と、目標とする位相レベルに設定した所定値θ 0 との交点の周波数がf A からf B に移動し、インバータの周波数が変化する。これを実現する制御回路としては、例えばPLL( フェーズロック回路) が使われる。
【0009】
次に倍電圧方式インバータについて説明する。図7は、従来からある倍電圧方式インバータである。実際には、図4のコンデンサ7が二つに分割されたものと等価である。図7において、11はインバータ、71と72はコンデンサで、その容量はそれぞれC1 およびC2とする。8は負荷コイルで、誘導炉などの誘導性負荷である。V1 はインバータ出力電圧、V2 は誘導負荷電圧である。
【0010】
この回路が倍電圧となる原理を説明する。C1 ≒C2=2C、負荷コイル8のインダクタンスと抵抗をそれぞれL、Rとすると、共振角周波数ωはおおよそ式1で表される。
【0011】
【式1】
【0012】
図8はC1 、C2、LおよびRの関係を示すベクトル図である。この図から式2、式3が導かれ、V2 ≒2V1 の関係が成り立つ。
【0013】
【式2】
【0014】
【式3】
【0015】
倍電圧方式インバータ装置は変圧器を使用することなくインバータ電圧を2倍近くに高めることができるので、経済的にも変圧器不用によるコストメリットだけではなく、変圧器からの騒音が減り、軽量化が図れるなどのメリットがある。それにも拘らず、実際にはほとんど使われていないのが実状で、その原因はインバータが安定に動作しないことにあると考えられる。確かに、誘導炉で加熱溶解中に突然周波数が異常に低下する現象が発生することがある。そこでなぜ周波数が異常に低下するのかその原因について検討した。
【0016】
図7の回路で、インバータ11から負荷側を眺めたインピーダンスZは、C2、L、Rの直列回路とC1 の合成インピーダンスとなる。周波数が非常に低くなると、直列回路インピーダンスは、式4で表される。
【0017】
【式4】
【0018】
この関係から1/ωC1 との合成インピーダンスはほぼ1/ωCとなり、容量性リアクタンスを呈する。一方周波数が非常に高くなるとC2と負荷コイルの直列インピーダンスはほぼωLとなり、これと1/ωC1 との合成インピーダンスはωL>>1/ωC1 より、ほぼ1/ωC1 になり、これも容量性リアクタンスを呈する。
【0019】
したがって共振周波数付近は、多くの場合、容量性から誘導性リアクタンスを呈するが、負荷が重くなると、即ちRが増加すると図9に示すように、位相がある進みの値より小さくならない状況が現れる。その結果、位相特性曲線と、目標とする位相レベルに設定した所定値θ 0 との交点の周波数に、サイリスタインバータの周波数を制御するゲート信号を作成するが、位相をある所定値θ0 にしようとしたとき、Aの場合にはfA という周波数が存在するが、Bの場合には存在せず、その結果、Bの特性を示す負荷ではインバータが動作できない。このように突然不安定になる原因が知られていなかったために、その対策がなされず、従来は倍電圧インバータ装置が広く使われていなかったものと考えられる。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題を改善し、如何なる負荷条件でも安定して運転でき、特に加熱溶解中に突然周波数が異常に低下する誘導炉に好適な倍電圧インバータ装置を提供するものである。
【0021】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1記載の倍電圧インバータ装置は、サイリスタインバータの第1および第2出力端子と並列に接続された第1コンデンサと、前記第1出力端子に一端が接続された第2コンデンサと、該第2コンデンサの他端と前記第2出力端子の間に直列に接続された誘導負荷とからなる倍電圧インバータ装置において、インバータ出力電圧信号のインバータ電圧とインバータ電流とから得られる位相特性曲線と、目標とする位相レベルに設定した所定値との交点の周波数に、サイリスタインバータの周波数を制御するゲート信号を作成する第1ゲート信号発生器と、誘導負荷電圧信号の負荷電圧とインバータ電流とから得られる位相特性曲線と、目標とする位相レベルに設定した所定値との交点の周波数に、サイリスタインバータの周波数を制御するゲート信号を作成する第2ゲート信号発生器と、該二つのゲート信号発生器の出力のうちいずれか周波数の高い方のゲート信号を選択するか、または出力のある一方のゲート信号をサイリスタに出力する選択回路とを設けたことを特徴とするものである。
【0022】
本発明の請求項2記載の倍電圧インバータ装置は、位相特性曲線と、目標とする位相レベルに設定した所定値との交点の周波数に、サイリスタインバータの周波数を制御するゲート信号を作成する第1および第2ゲート信号発生器において、目標とする位相レベルに設定した所定値を、それぞれのゲート信号発生器で、異なる値に設定したことを特徴とするものである。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の一形態を図1ないし図3を参照して詳細に説明する。図1において倍電圧インバータ装置は、インバータ11の第1出力端子91および第2出力端子92と並列に接続された容量C1 の第1コンデンサ71と、前記第1出力端子91に一端が接続された第2コンデンサ72と、該第2コンデンサ72の他端と前記第2出力端子92との間に直列に接続された誘導負荷となる負荷コイル8とから構成されている。
【0024】
またコンデンサ71の両側にはインバータ電圧検出用変圧器20が接続され、ここでインバータ出力電圧V1 を測定するようになっている。また負荷コイル8の両側には負荷電圧検出用変圧器21が接続され、ここで誘導負荷電圧V2 を測定するようになっている。またインバータ電圧検出用変圧器20には、インバータ出力電圧信号を入力としてサイリスタのゲート信号を作成する第1ゲート信号発生器22が接続されている。また負荷電圧検出用変圧器21には誘導負荷電圧信号を入力としてサイリスタのゲート信号を作成する第2ゲート信号発生器23が接続されている。前記第1ゲート信号発生器22は、図2(A)に示すように、インバータ出力電圧信号のインバータ電圧とインバータ電流とから得られる位相特性曲線θ 1 と、目標とする位相レベルに設定した所定値θ A0 との交点の周波数f A1 に、サイリスタインバータ11の周波数を制御するゲート信号を作成するものである。また第2ゲート信号発生器23は、誘導負荷電圧信号の負荷電圧とインバータ電流とから得られる位相特性曲線θ2、目標とする位相レベルに設定した所定値θ B0 との交点の周波数f B1 に、サイリスタインバータ11の周波数を制御するゲート信号を作成するものである
【0025】
更にこれら第1ゲート信号発生器22と第2ゲート信号発生器23は選択回路24に接続されている。この選択回路24は、前記第1および第2ゲート信号発生器22、23の出力のうちいずれか周波数の高い方のゲート信号を選択するか、または出力のある一方のゲート信号をサイリスタに出力するようになっている。また選択回路24は、サイリスタ3、6とサイリスタ4、5にゲート信号を交互に出力するゲート信号分配器25が接続され、更にパルス増幅器26が接続されて、サイリスタ3〜6にゲート信号を出力するようになっている。なお27は始動回路で、これは図1に限らず図4や図7においても必要なものである。
【0026】
上記構成の倍電圧インバータ装置の動作について説明する。インバータ11の始動に先立って、サイリスタ3と5をオンして直流を短絡して、直流リアクトル2の電流をまず立ち上げる。次いでサイリスタ3と6をオンして、サイリスタ5をオフして直流短絡を解除し、それによりインバータ11の動作を開始させる。ここでサイリスタ3と6をオンしてサイリスタ5をオフさせるためには、コンデンサ71と72が図示極性に充電していることが必要である。そのコンデンサ71と72を充電するための回路が始動回路27である。
【0027】
第1および第2ゲート信号発生器22と23はインバータ電圧検出用変圧器20あるいは負荷電圧検出用変圧器21の波形から、サイリスタゲート信号を作るための回路である。ここではインバータ電圧検出用変圧器20あるいは負荷電圧検出用変圧器21から与えられる正弦波状の波形が0を横切る時点から波高値に達する時点の1/4周期波形から共振波形の半周期を割り出して、次にオンすべきサイリスタのゲート信号を作り出す回路である。
【0028】
周波数異常の原因は前述のようにインバータ電圧と電流の位相が目標とする位相レベルに設定した所定値になり得ない負荷状況にも拘らず、所定値になるような信号を発生させようとすることによる。したがって、このような場合は位相を目標とする位相レベルに設定した所定値に制御する回路を一時的に止めて他の回路を用いるか、所定値そのものの値を変更するしかないことは明らかである。
【0029】
そこで本発明では、負荷電圧検出用変圧器21と第2ゲート信号発生器23からの信号でバックアップ信号を作っている。図2の位相特性を基に詳細に説明する。図2(A)と(B)はインバータ出力電圧V1 とIとの位相をθ1 、誘導負荷電圧V2 とIとの位相をθ2 としたときのθ1 とθ2 の周波数特性を描いたものである。図2(A)は負荷が比較的軽いときのもので、θ1 曲線と目標とする位相レベルに設定した所定値θA0の直線との交点が存在し, θ1=θA0となる周波数fA1でインバータは運転する。
【0030】
図2(B)は負荷が重いときのもので、θ1 =θA0を満たす周波数が存在しない。一方、θ2 =θB0なる周波数は、図2(A)ではfB1となり、図2(B)ではfB2となる。ここでfB1<fA1である。逆にいうとfB1は位相が0になる周波数でなくても、fB1<fA1となる周波数となるような位相θB0を選ぶ。
【0031】
ここで、図2(A)の場合にfB1<fA1ということは、第1ゲート信号発生器22からパルスが出た後、やや遅れて他方の第2ゲート信号発生器23からパルスが出るのではなく、fA1からのみパルスが出ることに留意すべきである。その理由は、第1ゲート信号発生器22のパルスでインバータが動くということは、インバータの周波数はfA1となりfB1にはならないからである。次に図2(B)では、第1ゲート信号発生器22からのパルスはなく、第2ゲート信号発生器23からのパルスのみでインバータが駆動される。したがって選択回路24は二つの入力を切り換えているというより、どちらの信号も出力できるオア回路、あるいはどちらか早い方のパルスで動作する優先回路である。
【0032】
以上の説明から分かるように、通常の運転状態ではインバータ電圧とインバータ電流との位相θ1 が目標とする位相レベルに設定した所定値θA0となるような周波数で運転されるが、負荷が重くなりθ1=θA0を満たす周波数が取り得ない状態になると、負荷電圧とインバータ電流との位相θ2 =θB0を満たす周波数fB2に移行する。このときθ1 >θA0であるからインバータの転流には支障ない。
【0033】
次に始動の場合について説明する。前述のように第1ゲート信号発生器22と23においては、その入力波形は、必ず1/4周期が取り出せるような波形である必要がある。ところがインバータを始動したときに現れる電圧波形は、図3に示すような波形となる。これから分かるように、a のインバータ電圧波形は単調増加(あるいは減少)波形で波高値が得られず、したがって1/4周期を見つけることができない。他方bの負荷電圧波形では波高値が存在する。これから、始動の際には負荷電圧検出用変圧器21からの信号を利用すれば、第2ゲート信号発生器23でゲート信号を作り出すことができる。始動時は通常より大きな位相となるように設定し、始動が終了後はその位相差が徐々に0程度になるように設定すると、自動的に第1ゲート信号発生器22の作るパルスに移ることができる。
【0034】
なおゲート信号発生器は、前述の回路には限定されず、例えばPLL 回路を用いることもできる。また、ゲート信号発生器は完全に二つに分かれていなくても、インバータ電圧信号と負荷電圧信号の入力部分は別としても、位相の大きさを決める部分を共用する構成でもよい。またマイクロコンピュータを使う場合は、ゲート信号発生器という具体的な回路は存在しないが、プログラムに同一の思想が含まれる場合は、本発明に含まれる。
【0035】
【発明の効果】
以上説明した如く本発明に係る請求項1記載の倍電圧インバータ装置によれば、インバータのゲート信号の基準を作り出す回路を2種類設けて、二つのゲート信号発生器のいずれか早い周波数のパルスを優先する回路を用いているので、負荷状態の変化に応じて一方のパルスから他方のパルスへの切換が滑らかに行われ、始動から定常まで、また軽負荷から重負荷の領域まで安定な運転を行なうことができる。この結果、倍電圧方式インバータのもつ利点、即ち昇圧変圧器を使わずに昇圧可能なこと、変圧器不用に伴う軽量化、低騒音化、コスト低減を活かすことができた。
【0036】
また請求項2記載の倍電圧インバータ装置によれば、インバータのゲート信号の基準を作り出す第1および第2ゲート信号発生器を2個設けて、それぞれの位相の目標とする位相レベルに設定した所定値を異なる値に設定することにより、何れか少なくとも一方からゲート信号を確実に発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態による倍電圧インバータ装置を示す回路構成図である。
【図2】(A)は倍電圧回路の各部電圧とインバータ電流間の位相・周波数特性を示す波形図、(B)は高負荷状態を示す波形図である。
【図3】始動時のインバータ電圧と負荷電圧の波形図である。
【図4】従来技術のインバータ装置の主回路構成図である。
【図5】インバータ電圧と電流波形の関係を示す波形図である。
【図6】図4の回路におけるインバータ電圧・電流間の位相・周波数特性図である。
【図7】倍電圧インバータ回路を示す回路構成図である。
【図8】倍電圧となる理由を示すベクトル図である。
【図9】倍電圧インバータ回路におけるインバータ電圧・電流間の位相・周波数特性を示す波形図である。
【符号の説明】
1 整流器
2 直流リアクトル
3 サイリスタ
4 サイリスタ
5 サイリスタ
6 サイリスタ
7 コンデンサ
71 コンデンサ
72 コンデンサ
8 負荷コイル
11 インバータ
20 インバータ電圧検出用変圧器
21 負荷電圧検出用変圧器
22 第1ゲート信号発生器
23 第2ゲート信号発生器
24 選択回路
25 ゲート信号分配器
26 パルス増幅器
27 始動回路
V1 インバータ出力電圧
V2 誘導負荷電圧
91 第1出力端子
92 第2出力端子
[0001]
The present invention relates to a voltage doubler inverter device that stabilizes operation.
[0002]
[Prior art]
In general, thyristor inverter devices are widely used as high-frequency power sources for induction heating furnaces. This thyristor inverter device is configured as shown in FIG. In the figure, 1 is a rectifier that converts three-phase AC power into DC power, 2 is a DC reactor, 3 to 6 are thyristors, 7 is a capacitor, and 8 is a load coil. The DC reactor 2 functions to smooth the DC current and to maintain the current. Further, alternating power is supplied to the capacitor 7 and the load coil 8 by alternately turning on the pair of thyristors 3 and 6 and 4 and 5.
[0003]
The operation as this inverter will be described. Since the thyristors 3 to 6 do not have a self-extinguishing capability, they are turned off by the capacitor 7 provided on the load side. That is, when the thyristors 3 and 6 are turned on and the capacitor 7 has the polarity shown in the figure, when the thyristors 4 and 5 are turned on, the charge of the capacitor 7 is discharged through the thyristors 5 and 6. When the current becomes zero, the thyristor 6 turns off.
[0004]
In the path of thyristors 4 and 3 as well, the charge of capacitor 7 is discharged, so that thyristor 3 similarly turns off. When the thyristors 4 and 5 are on, the polarity of the capacitor 7 changes to the opposite polarity to that shown in the figure. Next, when the thyristors 3 and 6 are turned on, the thyristors 4 and 5 are similarly turned off. In this way, the thyristor is alternately turned on and off by the action of the capacitor 7 and the operation as an inverter is performed.
[0005]
If the reverse voltage is not applied for a predetermined time after the current becomes zero, the thyristor does not completely recover the off capability. Therefore, securing this reverse voltage time is most important in this type of inverter. In general, this reverse voltage time is called a commutation margin angle or a commutation margin time. This angle or time is equal to the current advance angle or lead time with respect to the voltage. Strictly speaking, the overlap time must be taken into account, but since it is not essential, the description is omitted. FIG. 5 shows voltage and current waveforms on the output side of the inverter. It is important that the current is advanced by a certain angle γ or time with respect to the voltage.
[0006]
A typical example of the load coil is an induction furnace. In this process, the impedance of the induction furnace changes greatly in the process from when the metal material is put into the induction furnace until the melting is completed and all the molten metal is taken out. Regardless of this change in impedance, it is important for the inverter to always ensure the necessary commutation margin angle or time. For this reason, the load voltage or current is detected, and the frequency is automatically adjusted so that the phase of the current and voltage becomes a constant angle or time.
[0007]
For example, when the frequency increases, the capacitor current increases and the load coil current decreases, so the phase advances. Conversely, when the frequency drops, the phase is delayed. This phase characteristic is shown in FIG. The horizontal axis is the frequency f, and the vertical axis is the phase θ.
[0008]
When the phase characteristic changes from A to B depending on the load condition, the frequency of the intersection of the phase characteristic curve and the predetermined value θ 0 set to the target phase level moves from f A to f B , and the inverter frequency changes. Change . For example, a PLL (phase lock circuit) is used as a control circuit for realizing this.
[0009]
Next, the voltage doubler inverter will be described. FIG. 7 shows a conventional voltage doubler inverter. Actually, this is equivalent to the capacitor 7 of FIG. In FIG. 7, 11 is an inverter, 71 and 72 are capacitors, and their capacities are C1 and C2, respectively. A load coil 8 is an inductive load such as an induction furnace. V1 is an inverter output voltage and V2 is an inductive load voltage.
[0010]
The principle that this circuit doubles the voltage will be described. When C1≈C2 = 2C and the inductance and resistance of the load coil 8 are L and R, respectively, the resonance angular frequency ω is approximately expressed by Equation 1.
[0011]
[Formula 1]
[0012]
FIG. 8 is a vector diagram showing the relationship between C1, C2, L and R. Expressions 2 and 3 are derived from this figure, and the relationship of V2≈2V1 is established.
[0013]
[Formula 2]
[0014]
[Formula 3]
[0015]
Since the voltage doubler inverter device can increase the inverter voltage nearly twice without using a transformer, it is not only economically cost-effective but also reduces noise from the transformer and reduces weight. There are merits such as being able to plan. Nevertheless, the actual situation is that it is rarely used, and the cause is thought to be that the inverter does not operate stably. Certainly, a phenomenon may occur in which the frequency suddenly decreases abnormally during melting in an induction furnace. Therefore, the reason why the frequency drops abnormally was investigated.
[0016]
In the circuit of FIG. 7, the impedance Z as viewed from the inverter 11 to the load side is the combined impedance of the series circuit of C2, L, R and C1. When the frequency becomes very low, the series circuit impedance is expressed by Equation 4.
[0017]
[Formula 4]
[0018]
From this relationship, the combined impedance with 1 / ωC1 is approximately 1 / ωC, and exhibits capacitive reactance. On the other hand, when the frequency becomes very high, the series impedance of C2 and the load coil becomes almost ωL, and the combined impedance of this and 1 / ωC1 becomes almost 1 / ωC1 from ωL >> 1 / ωC1, which also reduces the capacitive reactance. Present.
[0019]
Therefore, in the vicinity of the resonance frequency, inductive reactance is exhibited from the capacitive in many cases. However, when the load becomes heavy, that is, when R increases, a situation in which the phase does not become smaller than a certain advance value appears as shown in FIG. As a result, a gate signal for controlling the frequency of the thyristor inverter is created at the frequency of the intersection of the phase characteristic curve and the predetermined value θ 0 set to the target phase level, but the phase is set to the predetermined value θ 0. In the case of A, a frequency of fA exists, but in the case of B, it does not exist. As a result, the inverter cannot operate with a load showing the characteristic of B. Thus, since the cause of sudden instability was not known, the countermeasure was not taken and it is thought that the voltage doubler inverter device was not widely used conventionally.
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention improves the above problems and provides a voltage doubler inverter device suitable for an induction furnace that can be stably operated under any load condition and that has an abnormally low frequency suddenly during heating and melting.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
The voltage doubler inverter device according to claim 1 of the present invention includes a first capacitor connected in parallel to the first and second output terminals of the thyristor inverter, a second capacitor having one end connected to the first output terminal, In the voltage doubler inverter device comprising an inductive load connected in series between the other end of the second capacitor and the second output terminal, a phase characteristic curve obtained from the inverter voltage and inverter current of the inverter output voltage signal And a first gate signal generator for creating a gate signal for controlling the frequency of the thyristor inverter at the frequency of the intersection with the predetermined value set at the target phase level, the load voltage of the inductive load voltage signal and the inverter current The frequency of the thyristor inverter at the frequency of the intersection of the phase characteristic curve obtained from A second gate signal generator to create a control gate signal, the two select gate signal having a higher or frequency of the output of the gate signal generators, or thyristors one of the gate signal of the output And a selection circuit for outputting the signal.
[0022]
According to a second aspect of the present invention, the voltage doubler inverter device generates a gate signal for controlling the frequency of the thyristor inverter at the frequency of the intersection of the phase characteristic curve and the predetermined value set at the target phase level. In the second gate signal generator, the predetermined value set to the target phase level is set to a different value in each gate signal generator.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In FIG. 1, the voltage doubler inverter device has a first capacitor 71 having a capacity C 1 connected in parallel with the first output terminal 91 and the second output terminal 92 of the inverter 11, and one end connected to the first output terminal 91. A second capacitor 72 and a load coil 8 serving as an inductive load connected in series between the other end of the second capacitor 72 and the second output terminal 92 are configured.
[0024]
Further, an inverter voltage detecting transformer 20 is connected to both sides of the capacitor 71, and the inverter output voltage V1 is measured here. A load voltage detecting transformer 21 is connected to both sides of the load coil 8, and the inductive load voltage V2 is measured here. The inverter voltage detection transformer 20 is connected to a first gate signal generator 22 for generating a thyristor gate signal by using an inverter output voltage signal as an input. The load voltage detecting transformer 21 is connected to a second gate signal generator 23 that receives an inductive load voltage signal and generates a thyristor gate signal. As shown in FIG. 2A, the first gate signal generator 22 has a phase characteristic curve θ 1 obtained from the inverter voltage and inverter current of the inverter output voltage signal, and a predetermined phase level set to a target phase level. A gate signal for controlling the frequency of the thyristor inverter 11 is created at the frequency f A1 at the intersection with the value θ A0 . Further, the second gate signal generator 23 sets the frequency f B1 at the intersection of the phase characteristic curve θ2 obtained from the load voltage of the inductive load voltage signal and the inverter current and the predetermined value θ B0 set to the target phase level. A gate signal for controlling the frequency of the thyristor inverter 11 is created .
[0025]
Further, the first gate signal generator 22 and the second gate signal generator 23 are connected to a selection circuit 24. The selection circuit 24 selects one of the outputs of the first and second gate signal generators 22 and 23, whichever has the higher frequency, or outputs one of the output gate signals to the thyristor. It is like that. In the selection circuit 24, a gate signal distributor 25 that alternately outputs gate signals is connected to the thyristors 3 and 6 and the thyristors 4 and 5, and a pulse amplifier 26 is further connected to output the gate signals to the thyristors 3 to 6. It is supposed to be. Reference numeral 27 denotes a starting circuit, which is necessary not only in FIG. 1 but also in FIG. 4 and FIG.
[0026]
The operation of the voltage doubler inverter having the above configuration will be described. Prior to starting the inverter 11, the thyristors 3 and 5 are turned on to short-circuit the direct current, and the current of the direct-current reactor 2 is first raised. Next, the thyristors 3 and 6 are turned on, the thyristor 5 is turned off, the DC short circuit is released, and thereby the operation of the inverter 11 is started. Here, in order to turn on the thyristors 3 and 6 and turn off the thyristor 5, it is necessary that the capacitors 71 and 72 are charged to the illustrated polarity. A circuit for charging the capacitors 71 and 72 is a starting circuit 27.
[0027]
The first and second gate signal generators 22 and 23 are circuits for generating a thyristor gate signal from the waveform of the inverter voltage detection transformer 20 or the load voltage detection transformer 21. Here, the half period of the resonance waveform is calculated from the quarter period waveform from the time when the sinusoidal waveform given from the inverter voltage detection transformer 20 or the load voltage detection transformer 21 crosses 0 to the peak value. This is a circuit for generating the gate signal of the thyristor to be turned on next.
[0028]
As described above, the cause of the frequency abnormality is to generate a signal that has a predetermined value regardless of the load situation in which the phase of the inverter voltage and current cannot be the predetermined value set to the target phase level. It depends. Therefore, in such a case, it is clear that the circuit that controls the phase to the predetermined phase level set to the target phase level is temporarily stopped and another circuit is used, or the value of the predetermined value itself can only be changed. is there.
[0029]
Therefore, in the present invention, a backup signal is made from the signals from the load voltage detecting transformer 21 and the second gate signal generator 23. This will be described in detail based on the phase characteristics shown in FIG. FIGS. 2A and 2B depict the frequency characteristics of θ1 and θ2 when the phase of the inverter output voltages V1 and I is θ1, and the phase of the inductive load voltage V2 and I is θ2. Fig. 2 (A) shows the case when the load is relatively light. There is an intersection between the θ1 curve and the straight line of the predetermined value θA0 set at the target phase level, and the inverter operates at a frequency fA1 where θ1 = θA0. To do.
[0030]
FIG. 2B shows a case where the load is heavy, and there is no frequency satisfying θ1 = θA0. On the other hand, the frequency θ2 = θB0 is fB1 in FIG. 2A and fB2 in FIG. 2B. Here, fB1 <fA1. In other words, even if fB1 is not a frequency at which the phase becomes 0, a phase θB0 is selected so that the frequency becomes fB1 <fA1.
[0031]
Here, in the case of FIG. 2A, fB1 <fA1 means that after a pulse is output from the first gate signal generator 22, a pulse is output from the other second gate signal generator 23 with a slight delay. Note that the pulse comes out only from fA1. The reason is that the inverter is moved by the pulse of the first gate signal generator 22 because the frequency of the inverter is fA1 and not fB1. Next, in FIG. 2B, there is no pulse from the first gate signal generator 22, and the inverter is driven only by the pulse from the second gate signal generator 23. Therefore, the selection circuit 24 is an OR circuit that can output either signal rather than switching between two inputs, or a priority circuit that operates with the earlier pulse.
[0032]
As can be seen from the above description, in the normal operation state, the inverter is operated at a frequency at which the phase θ1 of the inverter voltage and the inverter current becomes the predetermined value θA0 set to the target phase level, but the load becomes heavy and θ1 When the frequency satisfying = θA0 cannot be obtained, the phase shifts to the frequency fB2 satisfying the phase θ2 = θB0 between the load voltage and the inverter current. At this time, since θ1> θA0, there is no problem in the commutation of the inverter.
[0033]
Next, the case of starting will be described. As described above, in the first gate signal generators 22 and 23, the input waveform must be such that a quarter period can be extracted. However, the voltage waveform that appears when the inverter is started is as shown in FIG. As can be seen, the inverter voltage waveform of a is a monotonically increasing (or decreasing) waveform, and the peak value cannot be obtained, and therefore a quarter period cannot be found. On the other hand, a peak value exists in the load voltage waveform of b. From this, the gate signal can be generated by the second gate signal generator 23 if the signal from the load voltage detecting transformer 21 is used at the time of starting. When starting, the phase is set so as to be larger than normal, and after starting, when the phase difference is set to gradually become about 0, it automatically shifts to the pulse generated by the first gate signal generator 22. Can do.
[0034]
The gate signal generator is not limited to the above-described circuit, and for example, a PLL circuit can be used. Even if the gate signal generator is not completely divided into two parts, a part for determining the magnitude of the phase may be shared apart from the input part of the inverter voltage signal and the load voltage signal. When a microcomputer is used, there is no specific circuit called a gate signal generator. However, when the same idea is included in a program, it is included in the present invention.
[0035]
【The invention's effect】
As described above, according to the voltage doubler inverter device of the first aspect of the present invention, two types of circuits for generating a reference for the gate signal of the inverter are provided, and the pulse of the faster frequency of the two gate signal generators is provided. Since the priority circuit is used, switching from one pulse to the other is smoothly performed according to changes in the load state, and stable operation from start to steady and from light load to heavy load is possible. Can be done. As a result, it has been possible to take advantage of the advantages of the voltage doubler inverter, that is, boosting without using a step-up transformer, weight reduction, noise reduction, and cost reduction associated with the transformer not being used.
[0036]
Further, according to the voltage doubler inverter device according to claim 2, two first and second gate signal generators for generating a reference for the gate signal of the inverter are provided, and the predetermined phase level set to the target phase level of each phase is provided. By setting the values to different values, it is possible to reliably generate the gate signal from at least one of them.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing a voltage doubler inverter device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2A is a waveform diagram showing a phase / frequency characteristic between each voltage of the voltage doubler circuit and an inverter current, and FIG. 2B is a waveform diagram showing a high load state.
FIG. 3 is a waveform diagram of an inverter voltage and a load voltage at start-up.
FIG. 4 is a main circuit configuration diagram of a conventional inverter device.
FIG. 5 is a waveform diagram showing a relationship between an inverter voltage and a current waveform.
6 is a phase / frequency characteristic diagram between inverter voltages and currents in the circuit of FIG. 4;
FIG. 7 is a circuit configuration diagram showing a voltage doubler inverter circuit.
FIG. 8 is a vector diagram showing the reason for double voltage.
FIG. 9 is a waveform diagram showing phase / frequency characteristics between inverter voltage and current in a voltage doubler inverter circuit.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rectifier 2 DC reactor 3 Thyristor 4 Thyristor 5 Thyristor 6 Thyristor 7 Capacitor 71 Capacitor 72 Capacitor 8 Load coil 11 Inverter 20 Inverter voltage detection transformer 21 Load voltage detection transformer 22 1st gate signal generator 23 2nd gate signal Generator 24 Selection circuit 25 Gate signal distributor 26 Pulse amplifier 27 Start circuit V1 Inverter output voltage V2 Inductive load voltage 91 First output terminal 92 Second output terminal

Claims (2)

サイリスタインバータの第1および第2出力端子と並列に接続された第1コンデンサと、前記第1出力端子に一端が接続された第2コンデンサと、該第2コンデンサの他端と前記第2出力端子の間に直列に接続された誘導負荷とからなる倍電圧インバータ装置において、インバータ出力電圧信号のインバータ電圧とインバータ電流とから得られる位相特性曲線と、目標とする位相レベルに設定した所定値との交点の周波数に、サイリスタインバータの周波数を制御するゲート信号を作成する第1ゲート信号発生器と、誘導負荷電圧信号の負荷電圧とインバータ電流とから得られる位相特性曲線と、目標とする位相レベルに設定した所定値との交点の周波数に、サイリスタインバータの周波数を制御するゲート信号を作成する第2ゲート信号発生器と、該二つのゲート信号発生器の出力のうちいずれか周波数の高い方のゲート信号を選択するか、または出力のある一方のゲート信号をサイリスタに出力する選択回路とを設けたことを特徴とする倍電圧インバータ装置。A first capacitor connected in parallel to the first and second output terminals of the thyristor inverter; a second capacitor having one end connected to the first output terminal; the other end of the second capacitor; and the second output terminal In a voltage doubler inverter device comprising an inductive load connected in series between the phase voltage curve obtained from the inverter voltage and inverter current of the inverter output voltage signal , and a predetermined value set to the target phase level A first gate signal generator for creating a gate signal for controlling the frequency of the thyristor inverter at the frequency of the intersection, a phase characteristic curve obtained from the load voltage of the inductive load voltage signal and the inverter current, and a target phase level the frequency of the intersection of the set to a predetermined value, the second gate signal onset to create a gate signal for controlling the frequency of the thyristor inverter And a selection circuit that selects one of the outputs of the two gate signal generators, whichever has the higher frequency, or outputs one of the output gate signals to the thyristor. A voltage doubler inverter device. 位相特性曲線と、目標とする位相レベルに設定した所定値との交点の周波数に、サイリスタインバータの周波数を制御するゲート信号を作成する第1および第2ゲート信号発生器において、目標とする位相レベルに設定した所定値を、それぞれのゲート信号発生器で、異なる値に設定したことを特徴とする請求項1記載の倍電圧インバータ装置。 In the first and second gate signal generators for generating a gate signal for controlling the frequency of the thyristor inverter at the frequency of the intersection of the phase characteristic curve and the predetermined value set to the target phase level, the target phase level 2. The voltage doubler inverter device according to claim 1 , wherein the predetermined value set in (1) is set to a different value in each gate signal generator.
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