JP4609102B2 - 直列多重インバータ装置 - Google Patents
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Description
本発明は、直列多重インバータ装置に係り、特に回生制御を可能とした多重インバータ装置に関するものである。
３．３ｋＶないし６．６ｋＶの高圧を直接受電して交流電動機を制御する場合、直列多重インバータ装置が使用される。一般に、この直列多重インバータ装置は、ファンやポンプ等の可変速制御に用いられるために回生制御を必要としない。
図４は直列多重インバータ装置の主回路構成図で、Ｔｒは多重巻線の三相変圧器により構成された入力トランスで、電源の降圧と絶縁の作用をする。Ｕ１〜Ｕ６、Ｖ１〜Ｖ６、Ｗ１〜Ｗ６はそれぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相用の単相インバータユニットで、各相の単相インバータユニットをそれぞれ直列接続して多重構成にされる。ＨＣＴは電流検出器、Ｍは交流電動機である。
図４は直列多重インバータ装置の主回路構成図で、Ｔｒは多重巻線の三相変圧器により構成された入力トランスで、電源の降圧と絶縁の作用をする。Ｕ１〜Ｕ６、Ｖ１〜Ｖ６、Ｗ１〜Ｗ６はそれぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相用の単相インバータユニットで、各相の単相インバータユニットをそれぞれ直列接続して多重構成にされる。ＨＣＴは電流検出器、Ｍは交流電動機である。
図５は単相インバータユニットの回路構成図で、回生制御を必要としないことから各単相インバータユニットの順変換部はダイオード整流回路で構成されている。すなわち、入力トランスＴｒからＬ１，Ｌ２，Ｌ３を介して入力される三相の電力はダイオードＤよりなる順変換部ＣＶにて全波整流器されて電解コンデンサＣによって平滑された後、単相の逆変換部ＩＶにより単相交流に変換される。なお、Ｆはフューズ、ＭＣは予備充電回路である。
このように構成された直列多重インバータ装置は、回生制御ができない構成となっているが、高圧電動機の用途拡大などの要望によって、直列多重インバータ装置においても回生機能の付加要望が生じてきており、そのようなものとしては特許文献１のようなものが公知となっている。この特許文献１のものは、多重インバータ装置を構成する各相の単相インバータユニットのうち、少なくとも各相一つユニット直流部に回生電力を消費する制動抵抗を設けて回生エネルギーを消費させたものである。
特開２００１−２３８４５５号公報
特許文献１のものは、回生は可能となっているが、直列多重された各単相インバータユニットの直流電圧がアンバランスとなって直流電圧を制御することが困難となっている。
よって本発明が目的とするところは、直流電圧のアンバランス調整をも可能とした回生機能付の多重インバータを提供することにある。
本発明の第１は、順変換部及び逆変換部を有する単相インバータユニットを複数直列に接続し、各単相インバータユニットの順変換部には入力トランスを介してそれぞれ交流電力を入力するよう構成した直列多重インバータ装置において、
前記各単相インバータユニットを構成する順変換部のダイオードと逆並列にそれぞれ自己消弧形半導体スイッチング素子を接続して１２０°通流コンバータとし、且つこの１２０°通流コンバータの交流入力側に電圧検出回路を接続し、この電圧検出回路によって検出された電圧を共通のコントローラに送出し、コントローラはこの入力電圧に同期した１２０°通流幅信号を生成して前記各単相インバータユニットの各自己消弧形半導体スイッチング素子を制御するよう構成したことを特徴としたものである。
前記各単相インバータユニットを構成する順変換部のダイオードと逆並列にそれぞれ自己消弧形半導体スイッチング素子を接続して１２０°通流コンバータとし、且つこの１２０°通流コンバータの交流入力側に電圧検出回路を接続し、この電圧検出回路によって検出された電圧を共通のコントローラに送出し、コントローラはこの入力電圧に同期した１２０°通流幅信号を生成して前記各単相インバータユニットの各自己消弧形半導体スイッチング素子を制御するよう構成したことを特徴としたものである。
本発明の第２は、前記入力トランスの交流電源側に電圧検出回路を設け、この電圧検出回路にて検出された電圧を前記コントローラに出力し、コントローラにて入力電圧に同期した１２０°通流幅信号を生成して前記各単相インバータユニットの各自己消弧形半導体スイッチング素子を制御するよう構成したことを特徴としたものである。
本発明の第３は、順変換部及び逆変換部を有する単相インバータユニットを複数直列に接続し、各単相インバータユニットの順変換部には入力トランスを介してそれぞれ交流電力を入力するよう構成した直列多重インバータ装置において、
前記各単相インバータユニットを構成する順変換部のダイオードと逆並列にそれぞれ自己消弧形半導体スイッチング素子を接続すると共に、この順変換部の交流入力側に電流検出回路を接続し、この電流検出回路によって検出された電流を共通のＰＷＭコントローラに送出しPWMコントローラはこの入力電流に基づいて前記各単相インバータユニットの直流電圧を一定に制御する信号を生成して各単相インバータユニットの各自己消弧形半導体スイッチング素子を制御するよう構成したことを特徴としたものである。
前記各単相インバータユニットを構成する順変換部のダイオードと逆並列にそれぞれ自己消弧形半導体スイッチング素子を接続すると共に、この順変換部の交流入力側に電流検出回路を接続し、この電流検出回路によって検出された電流を共通のＰＷＭコントローラに送出しPWMコントローラはこの入力電流に基づいて前記各単相インバータユニットの直流電圧を一定に制御する信号を生成して各単相インバータユニットの各自己消弧形半導体スイッチング素子を制御するよう構成したことを特徴としたものである。
以上のとおり、本発明によれば、直列多重インバータ装置において回生が可能となるものである。また、単相インバータユニットの順変換部を１２０°通流コンバータとして構成することにより、各単相インバータユニットの出力電圧のばらつきによる三相電圧のアンバランス調整が可能となるものである。更に、順変換部の交流入力側で検出した電流信号に基づいてＰＷＭ信号を生成し、自己消弧形半導体スイッチング素子を制御して直流電圧制御を可能としたことにより、制御の安定性を確保しながら回生が可能となるものである。
本発明は、直列多重インバータ装置の各単相インバータユニットを構成する順変換部に、各ダイオードと逆並列に自己消弧能力を有する半導体スイッチング素子を設け、この半導体スイッチング素子を設けて回生を可能としたものである。また、半導体スイッチング素子をＰＷＭ制御することによって直流電圧を一定にすることができる。
図１は、本発明の第1の実施例を示す単相インバータユニットの構成図である。
順変換部ＣＶは、Ｄ１〜Ｄ６よりなるダイオードとそれぞれ逆並列に自己消弧能力を有する半導体スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６で構成される。この半導体スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６としては、ここでの順変換部はＩＧＢＴが使用されて１２０°通流コンバータとなっている。１は計器用変圧器ＰＴ等により検出された電圧と所定の設定値との誤差電圧値を検出する電圧検出回路で、この電圧検出回路は各単相インバータユニットの交流入力側に設けられる。２は各単相インバータユニット共通のコントローラで、ＩＧＢＴを１２０°通流で制御するためのゲート信号を生成して各順変換部ＣＶのＩＧＢＴに出力する。他は図４及び図５と同様に構成される。
順変換部ＣＶは、Ｄ１〜Ｄ６よりなるダイオードとそれぞれ逆並列に自己消弧能力を有する半導体スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６で構成される。この半導体スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６としては、ここでの順変換部はＩＧＢＴが使用されて１２０°通流コンバータとなっている。１は計器用変圧器ＰＴ等により検出された電圧と所定の設定値との誤差電圧値を検出する電圧検出回路で、この電圧検出回路は各単相インバータユニットの交流入力側に設けられる。２は各単相インバータユニット共通のコントローラで、ＩＧＢＴを１２０°通流で制御するためのゲート信号を生成して各順変換部ＣＶのＩＧＢＴに出力する。他は図４及び図５と同様に構成される。
図１の単相インバータユニットは、直列多重インバータ装置に接続される電動機の力行時には、順変換部ＣＶのダイオードＤ１〜Ｄ６によって直流に変換され、電解コンデンサＣによって平滑された後に逆変換部ＩＶにより単相の交流に変換され、多重接続された入力側と出力側の各単相インバータユニットにそれぞれ出力される。
一方、コントローラ２では電圧検出部１により検出された三相交流電圧に同期した信号に基づいて１２０°の通流幅信号が生成され、順変換部の各ＩＧＢＴのゲートに出力するよう構成されている。このために電動機が回生状態となったときには、電動機において発生した電圧は逆変換部ＩＶのダイオードを通して一旦直流に変換され、且つコンデンサCにより平滑された後に順変換部ＣＶのＩＧＢＴによって三相交流に逆変換されて交流電源側に回生される。
したがって、この実施例によれば順変換部にＩＧＢＴのような自己消弧形の半導体スイッチング素子を使用し、この素子を電源電圧に同期した１２０°通流で制御したことにより回生が可能となるものである。
図２は、本発明の第２の実施例を示した直流多重インバータ装置の構成図を示したものである。図１で示した第１の実施例では、各単相インバータユニットの順変換部ＣＶを制御するための電圧検出回路１は、それぞれの単相インバータユニットに備えることになる。第２の実施例は、直流多重インバータ装置を構成する各単相インバータユニットの入力は、入力電圧によって一意的に決まることから、１ヶ所で検出する共通の電圧検出回路３としたものである。すなわち、直列多重インバータ装置の入力トランスＴｒの電源側電圧を検出回路３により検出し、この電圧検出信号に基づいてコントローラ２が１２０°通流幅信号を生成し、単相インバータユニットＵ１’〜Ｕ６’、Ｖ１’〜Ｖ６’及びＷ１’〜Ｗ６’の各順変換部のＩＧＢＴに対するゲート指令が出力される。
したがって、この実施例によれば各単相インバータユニットの順変換部のダイオードと逆並列にＩＧＢＴを使用し、電源電圧に同期した１２０°通流で制御したことにより回生が可能となると共に、電圧検出回路とコントローラを共通としたことにより実施例１よりも回路部品点数を減少することができる。
図３は、本発明の第３の実施例を示した直流多重インバータ装置用の単相インバータユニットの構成図を示したものである。図１で示した第１実施例のような単相インバータユニットでの１２０°通流コンバータでは各相内の単相インバータの直流電圧がアンバランスになる可能性がある。直列多重方式のインバータ装置では、各単相インバータユニットの直流電圧を多段直列して出力するため、各単相インバータユニットの直流電圧がアンバランスであると出力電圧にリップルを生じる。この実施例はリップルの発生を防止しながら回生を可能としたものである。
図３において、ＣＴは変流器で、各単相インバータユニットの交流入力側に設置されてその出力を電流検出回路４に出力する。電流検出回路４はＣＴによる検出値と設定値との誤差信号を検出し、定電流制御指令とすべくＰＷＭコントローラ５に出力する。コントローラ５は電流指令値に基づいてＰＷＭ信号を生成して順変換器のＩＧＢＴの各ゲートに出力される。したがって、ＰＷＭ制御を適用したことにより、直流電圧の調整は制御率を変えることにより可能であるため、電動機が回生状態となったときには順変換部ＣＶは逆変換動作状態となって直流電圧を一定とするようＰＷＭ制御しながら電源側に回生する。
１… 電圧検出回路
２… コントローラ
３… 電圧検出回路
４… 電流検出回路
５… ＰＷＭコントローラ
Ｔｒ… 入力トランス
ＣＶ… 順変換部
ＩＶ… 逆変換部
Ｃ… 電解コンデンサ
Ｆ… フューズ
２… コントローラ
３… 電圧検出回路
４… 電流検出回路
５… ＰＷＭコントローラ
Ｔｒ… 入力トランス
ＣＶ… 順変換部
ＩＶ… 逆変換部
Ｃ… 電解コンデンサ
Ｆ… フューズ
Claims (3)
- 順変換部及び逆変換部を有する単相インバータユニットを複数直列に接続し、各単相インバータユニットの順変換部には入力トランスを介してそれぞれ交流電力を入力するよう構成した直列多重インバータ装置において、
前記各単相インバータユニットを構成する順変換部のダイオードと逆並列にそれぞれ自己消弧形半導体スイッチング素子を接続して１２０°通流コンバータとし、且つこの１２０°通流コンバータの交流入力側に電圧検出回路を接続し、この電圧検出回路によって検出された電圧を共通のコントローラに送出し、コントローラはこの入力電圧に同期した１２０°通流幅信号を生成して前記各単相インバータユニットの各自己消弧形半導体スイッチング素子を制御するよう構成したことを特徴とした直列多重インバータ装置。 - 前記入力トランスの交流電源側に電圧検出回路を設け、この電圧検出回路にて検出された電圧を前記コントローラに出力し、コントローラにて入力電圧に同期した１２０°通流幅信号を生成して前記各単相インバータユニットの各自己消弧形半導体スイッチング素子を制御するよう構成したことを特徴とした請求項１記載の直列多重インバータ装置。
- 順変換部及び逆変換部を有する単相インバータユニットを複数直列に接続し、各単相インバータユニットの順変換部には入力トランスを介してそれぞれ交流電力を入力するよう構成した直列多重インバータ装置において、
前記各単相インバータユニットを構成する順変換部のダイオードと逆並列にそれぞれ自己消弧形半導体スイッチング素子を接続すると共に、この順変換部の交流入力側に電流検出回路を接続し、この電流検出回路によって検出された電流を共通のＰＷＭコントローラに送出し、PWMコントローラはこの入力電流に基づいて前記各単相インバータユニットの直流電圧を一定に制御する信号を生成して各単相インバータユニットの各自己消弧形半導体スイッチング素子を制御するよう構成したことを特徴とした直列多重インバータ装置。
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