JPH01238466A - インバータ装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、直流電源とは絶縁された交流を出力するイ
ンバータ装置の制御方法に関する。

〔従来の技術〕

第５図は直流電源とは絶縁された交流を出力するインバ
ータ装置の従来例を示した主回路接続図である。

この第５図において、符号１なる交流電源は、電圧変動
と周波数変動とがある程度許容されている商用電源であ
って、この交流電源ｌがらの交流をサイリスタ整流器２
で定電圧の直流に変換し、平滑リアクトル３Ｌと平滑コ
ンデンサ３ｃとにより、このサイリスク整流器２が出力
する直流を平滑して第１インバータ　１０に与える。

第１インバータ　ｌＯは、半導体スイッチ素子としての
電界効果トランジスタ（以下ではＦＥＴと略記する）と
、これに逆並列接続されるダイオードとにより形成され
るアームを単相ブリッジ接続することで構成されており
、各アームを順次オン・オフ動作させることにより、こ
の第１インバータ１０に人力された直流を交流に変換し
て絶縁変圧器４へ供給するのであるが、この第１インバ
ータｌＯが出力する交流の周波数を高くするほど、絶縁
変圧器４を小形化することができる。

この絶縁変圧器４により、直流側とは絶縁された交流は
、ダイオードの単相ブリッジ接続で構成されたダイオー
ド整流器５により、再び直流に変換され、この直流に含
まれているリンプル分を平滑リアクトル６Ｌと平滑コン
デンサ６Ｃとで構成されている平滑回路により吸収・除
去したのち、第２インバータ３０により再び交流に変換
し、負荷７にこの交流を供給する。

ここで第２インバータ　３０　は、半導体スイッチ素子
としてのＦＥＴと、このＦＥＴに逆並列接続されたダイ
オードとでアームを形成し、このアームを単相ブリッジ
接続しているのであるが、たとえばパルス幅変調制御に
よりこれらＦＥＴをオン・オフ動作させることで、負荷
７に与える交流の電圧と周波数とを所望値に制御するこ
とができる。

〔発明が解決しようとする課題］ ところで、第５図に示す従来例回路で構成されて、負荷
へ供給する交流を直流電源側と絶縁するようにしでいる
インバータ装置は、上述したように、直流電源を交流に
変換したのちに絶縁し、再度直流に変換してから第２イ
ンバータで所望の交流を出力させるようにしていること
から、絶縁後のダイオード整流器５の出力直流を平滑す
る必要があり、そのために大容量の平滑リアクトル６　
Ｌならびに平滑コンデンサ６Ｃを設置しなければならず
、装置が大形になる不都合があった。

そこでこの発明の目的は、直流電源とは絶縁された交流
を直流に変換する整流器の出力を平滑する回路を不要に
し、その次段に設けたインバータから所望の電圧と周波
数の交流を取出せるようにすることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、この発明の制御方法は、
半導体スイッチ素子と、これに逆並列接続されたダイオ
ードとで形成されたアームをブリッジ接続することで、
第１変換手段と第２変換手段ならびに第３変換手段を別
個に構成し、前記第１変換手段は各相ごとにその上側ア
ームの動作と下側アームの動作とが相反するように、か
つ各相間の動作に重なり期間を有するように点弧パルス
を与えて、当該第１変換手段に入力される直流を交流に
変換し、この交流を絶縁変圧器で絶縁して前記第２変換
手段に与え、この第２変換手段は前記第１変換手段への
点弧パルスに同期した点弧パルスにより、絶縁された交
流入力を直流に変換して前記第３変換手段へ出力し、こ
の第３変換手段は前記第１変換手段の点弧パルスに同期
してパルス幅変調された点弧パルスにより、直流入力を
交流に変換して出力するものとする。

〔作用〕

この発明は、第１インバータが出力する交流を絶縁後に
直流に変換する整流器を、半導体スイッチ素子と、これ
に逆並列接続されたダイオードとでなるアームのブリッ
ジ接続で構成し、この半導体スイッチ素子への点弧パル
ス、ならびに次段の第２インバータを構成している半導
体スイッチ素子への点弧パルスを、第１インバータの半
導体スイッチ素子用点弧パルスに同期させるようにする
ことで、前記整流器が出力する直流を平滑することなく
第２インバータへ与えるようにして、前記整流器直流出
力用平滑回路を省略できるようにしたものである。

〔実施例］ 第１図は本発明の実施例を示した主回路接続図であり、
第２図は第１図に示す実施例回路における各変換手段の
動作の実施例をあられしたタイムチャートであり、この
第１図と第２図により、本発明の内容を以下に記載する
。

この第１図において、符号１なる交流電源は、電圧変動
と周波数変動とがある程度許容されている商用電源であ
って、この交流電源１からの交流をサイリスタ整流器２
で定電圧の直流に変換し、平滑リアクトル３Ｌと平滑コ
ンデンサ３Ｃとにより、このサイリスタ整流器２が出力
する直流を平滑して、第１変換手段としての第１インバ
ータｌＯへ入力させているのは、第５図において既述の
従来例回路の場合と同じである。

第１インバータ１０は、半導体スイッチ素子としての４
個のＦ　Ｅ　Ｔ　１１．１２．１３．１４を単相ブリッ
ジ接続することで構成されているが、これらのＦＥＴ　
１１．１２．１３．１４には、それぞれ別個のダイオー
ドが逆並列接続されている。この第１インバータ　１０
は直流電源すなわちサイリスタ整流器２からの平滑され
た直流を入力し、これを高い周波数の交流に変換して絶
縁変圧器４の１次側に印加するので、この絶縁変圧器４
の２次側からは直流電源側とは絶縁された交流を取出す
ことができるので、これを第２変換手段としてのトラン
ジスタ整流器２０に与えて再び直流に変換する。

このトランジスタ整流器２０は、半導体スイ・ノチ素子
としての４個のトランジスタ２１．２２．２３゜２４の
それぞれにダイオードを逆並列接続したものを単相ブリ
ッジ接続することで構成され、このトランジスタ整流器
２０に入力される交流を直流に変換して、この直流を第
３変換手段としての第２インバータ３０に入力させてい
る。

第２インバータ３０　も、半導体スイッチ素子としての
４個のＦ　Ｅ　Ｔ　３１．３２．３３．３４のそれぞれ
にダイオードを逆並列接続したものを単相ブリッジ接続
することで構成され、この第２インバータ３０に入力さ
れる直流を、所望の電圧と周波数の交流に変換して負荷
７に供給するので、この負荷７には、サイリスタ整流器
２が出力する直流とは絶縁された交流を給電できる。こ
こで符号４１　は負荷７へ出力する交流電圧を検出する
計器用変圧器であり、また符号４０は第１インバータ１
０とトランジスタ整流器２０および第２インバータ３０
へ適切なタイミングで点弧パルスを与えるパルス分配回
路である。

このパルス分配回路４０の働きにより、この第１図に示
すインバータ装置は、第２図のタイムチャートに示す動
作をなす。すなわち、第２図（イ）は第１インバータ１
０の出力電圧、第２図（ロ）はトランジスタ整流器２０
の出力電圧、第２図（ハ）は第２インバータ３０の出力
電圧、第２図（ニ）は第２インバータ３０の出力電流を
それぞれがあられしており、第２図（ホ）は第１インバ
ータ１０を構成する４個のＦＥＴ　１１．１２．１３お
よび１４の動作、第２図（へ）はトランジスタ整流器２
０を構成する４個のトランジスタ２１．２２．２３およ
び２４の動作、第２図（ト）は第２インバータ３０を構
成する４個のＦ　ＥＴ　３１．３２．３３および３４の
動作をそれぞれがあられしている。

この第２図であきらかなように、第１インバータ１０の
第１相を構成している上側のＦＥＴＩＩと下側のＦＥＴ
１３とは、そのいずれか一方がオンのときは他方は必ず
オフであって、両者が交互にオンとオフとを繰返す動作
をするようにしている。また第２相を構成している上側
のＦＥＴ１２と下側のＦＥＴ１４　も、同様に一方がオ
ンのときは他方がオフであって両者は交互にオンとオフ
とを繰返す、さらにこれら第１相の動作と第２相の動作
とに重なりの期間があるようにしている（第２図（ホ）
参照）、その結果、第１インバータｌＯは出力電圧が零
となる期間のある高い周波数の交流を出力することとな
る（第２図（イ）参照）。

トランジスタ整流器２０を構成しているトランジスタ２
１．２２．２３．２４への点弧パルスは、絶縁変圧器４
の極性に応じて、換言すれば第１インバータ　１０を構
成しているＦ　Ｅ　Ｔ　１１．１２．１３．１４への点
弧パルスに同期して与えられるのであって、これらのト
ランジスタ２１．２２．２３．２４のオン・オフ動作は
、第１インバータ１０が電圧を出している期間内に完了
する　（第２図（へ）参照）、さらに第２インバータ３
０を構成しているＦＥＴ３１゜３２、３３．３４への点
弧パルスも第１インバータ１０を構成しているＦ　ＥＴ
　１１．１２．１３．１４の点弧パルスに同期しており
、この第２インバータ３０の電圧発生区間は、トランジ
スタ整流器２０の各トランジスタ２１．２２．２３．２
４に点弧信号が与えられている間に完了する。この第２
インバータ３０は第２図（ト）に示すように、ＦＥＴ３
１　とＦＥＴ３３　とは基本周波数でのスイッチング動
作であるが、ＦＥＴ３２　とＦＥＴ３４　とはパルス幅
変調動作となっている。

なお、第１回に記載されているスナバコンデンサ５１．
５２は、このインバータ装置が動作するさいに、原理的
には必要のないコンデンサであって、削除しても差支え
ないものであるが、スナバ用として実用されるものであ
る。従ってこのスナバコンデンサ５１．５２が接続され
ている場合、サイリスタ整流器２０が出力する直流電圧
は保持されることになり、第２図（ロ）とは異なる波形
となる。

この第２図（ロ）は絶縁変圧器４の１次側電圧に対応し
て画いているのみである。

第１インバータ　１０　とトランジスタ整流器２０およ
び第２インバータ３０が上述の関係を保って動作するこ
とにより、第１インベータ１０を回ってトランジスタ整
流器２０の各トランジスタ間の短絡モードは無（なるし
、第２インバータ３０が環流モードになってからトラン
ジスタ整流器２０のトランジスタをオフさせるようにし
ているので、このトランジスタのはね上り電圧を小さな
値に抑制することができる。

第３図は第２図の実施例タイムチャートにおけるＡなる
期間を拡大してあられしたタイムチャートであって、第
３図（イ）は第１インバータｌＯの出力電圧、第３図（
ロ）はトランジスタ整流器２０の出力電圧、第３図（ハ
）は第２インバータ３０の出力電圧、第３図（ニ）は第
１インバータ　１０を構成しているＦ　ＥＴ　１１．１
２．１３．１４の動作、第３図（ホ）はトランジスタ整
流器２０を構成しているトランジスタ２１．２２．２３
゜２４の動作、第３図（へ）は第２インバータ３０を構
成しているＦＥＴ３１、３２．３３．３４の動作をそれ
ぞれがあられしている。

この第３図であきらかなように、第１インバータ　１０
　とトランジスタ整流器２０および第２インバータ３０
を構成している各スイッチ素子のオン・オフ動作の速度
、あるいは回路振動などを考慮して、各スイッチ素子間
にτ１〜τ、の時間を確保するようにしている。

第４図は第１図に示す実施例回路における各変換手段の
動作の第２の実施例をあられしたタイムチャートであっ
て、この第４図に示している（イ）。

（ロ）１（ハ）、（ニ）、（ホ）、（へ）、（ト）は、
前述した第２図で説明済みのものと同じである。

この第４図においては、（ト）に示すように、第２イン
バータ３０を構成しているＦＥＴ３＋　とＦＥＴ３３　
とは、第１インバータ　１０あるいはトランジスタ整流
器２０　と同期した点弧パルスにより動作しており、Ｆ
ＥＴ３２　とＦＥＴ３４　とがパルス幅変調動作となっ
ている。

要するに環流モードを構成できるインバータ回路用点弧
パルスを与えて動作させるのであれば、パルス幅変調波
形をどのようにして作成するかについて制限されること
はない、さらにこれら第１インバータ　１０　と第２イ
ンバータ３０、およびトランジスタ整流器２０を構成す
る半導体スイッチ素子についても、可制御素子であれば
よいことは勿論である。

〔発明の効果〕

この発明によれば、直流を交流に変換する第１インバー
タの出力を絶縁したのち、整流器で直流に変換し、第２
インバータでこの直流を再び交流に変換して出力するよ
うにしているインバータ装置において、前記整流器と第
２インバータへの点弧パルスを第１インバータへの点弧
パルスと同期させ、かつこの第１インバータが電圧を出
力している期間中に整流器を構成している半導体スイッ
チ素子はそのオン・オフ動作を完了し、この整流器に点
弧信号が与えられている間に第２インバータは電圧発生
区間を完了するように制御しているので、整流器の直流
出力側に平滑回路を設置する必要がなくなり、当該イン
バータ装置を小形軽量化できる効果を得る。さらに、当
該インバータ装置が出力電圧発生期間中における有効電
力と無効電力の処理は、第２インバータと整流器、第１
インバータおよびこの第１インバータの直流電源により
行われるし、出力電圧を発生していない期間での電流は
、第２インバータにより環流モードが構成されるので、
第１インバータや整流器がスインチング動作したときの
はね上り電圧を小さく抑制できる効果も合わせて有する
。さらに整流器の直流出力側にスナバ用として小容量の
コンデンサを接続することで、絶縁変圧器駆・肋時に生
しる回路振動に起因したはね上り電圧も抑制できる効果
を発揮することとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示した主回路接続図、第２図
は第１図に示す実施例回路における各変換手段の動作の
実施例をあられしたタイムチャート、第３図は第２図の
実施例タイムチャートにおけるＡなる期間を拡大してあ
られしたタイムチャート、第４図は第１図に示す実施例
回路における各変換手段の動作の第２の実施例をあられ
したタイムチャートであり、第５図は直流電源とは絶縁
された交流を出力するインバータ装胃の従来例を示した
主回路接続図である。 ■・・・交流電源、２・・・サイリスタ整流器、３Ｃ。 ６Ｃ・・・平滑コンデンサ、３Ｌ、６Ｌ、・・・平滑リ
アクトル、４・・・絶縁変圧器、５・・・ダイオード整
流器、７・・・′ＦＬ荷、ｌＯ・・・第１変換手段とし
ての第１インバータ、ＩＩ、　１２．１３．１４・・・
半導体スイッチ素子としてのＦＥＴ、２０・・・第２変
換手段としてのトランジスタ整流器、２１．２２．２３
．２４・・・半導体スイッチ素子としてのトランジスタ
、３０・・・第３変換手段としての第２インバータ、３
１．３２．３３．３４・・・半導体スインチ素子として
のＦＥＴ、４０・・・パルス分配回路、３３　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）半導体スイッチ素子と、これに逆並列接続されたダ
   イオードとで形成されたアームをブリッジ接続すること
   で、第１変換手段と第２変換手段ならびに第３変換手段
   を別個に構成し、前記第１変換手段は各相ごとにその上
   側アームの動作と下側アームの動作とが相反するように
   、かつ各相間の動作に重なり期間を有するように点弧パ
   ルスを与えて、当該第１変換手段に入力される直流を交
   流に変換し、この交流を絶縁変圧器で絶縁して前記第２
   変換手段に与え、この第２変換手段は前記第１変換手段
   への点弧パルスに同期した点弧パルスにより、絶縁され
   た交流入力を直流に変換して前記第３変換手段へ出力し
   、この第３変換手段は前記第１変換手段の点弧パルスに
   同期してパルス幅変調された点弧パルスにより、直流入
   力を交流に変換して出力することを特徴とするインバー
   タ装置の制御方法。