JPH03143268A - 多重pwmインバータ - Google Patents

多重pwmインバータ

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JPH03143268A
JPH03143268A JP1280296A JP28029689A JPH03143268A JP H03143268 A JPH03143268 A JP H03143268A JP 1280296 A JP1280296 A JP 1280296A JP 28029689 A JP28029689 A JP 28029689A JP H03143268 A JPH03143268 A JP H03143268A
Authority
JP
Japan
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lower arms
signal
pwm inverter
inverter
output
Prior art date
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Pending
Application number
JP1280296A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroo Takahashi
高橋 宏郎
Koichi Mitamura
三田村 紘一
Kenji Baba
謙二 馬場
Teruo Imura
輝夫 井村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tohoku Electric Power Co Inc
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Tohoku Electric Power Co Inc
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tohoku Electric Power Co Inc, Fuji Electric Co Ltd filed Critical Tohoku Electric Power Co Inc
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Publication of JPH03143268A publication Critical patent/JPH03143268A/ja
Pending legal-status Critical Current

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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) 本発明は多重PWMインバータに関し、詳しくは、高周
波PWM方式による2台の単相PWMインバータの出力
を多重化してなる単相出方の多重PWMインバータに関
するものである。
(従来の技術) 従来、PWM方式のフルブリッジ形インバータ等の電力
変換装置に用いるスイッチング素子としては、バイポー
ラトランジスタ、GTO等の比較的低速の電力用自己消
弧形素子や、MOSFET。
IGBT、SIT、SIサイリスタ等の高速の電力用自
己消弧形素子が用いられている。ここで、前者の比較的
低速の自己消弧形素子を用いる場合には、低次調波の抑
制や出方波形の正弦波化を図るために大容量のフィルタ
ーを必要とし、装置が大形化したりコスト高になるとい
った問題があった。
上記短所を解決する方法として、スイッチング素子に高
速の自己消弧形素子を用い、パルス幅変調周波数を数十
kHz程度に高周波化してインバータの出力波形を低歪
の正弦波とすることが具体化されている。
(発明が解決しようとする課題) このような従来の高周波PWMインバータにおいては、
スイッチング素子のスイッチング損失に起因して変調周
波数を高くするほど電力変換効率が低下するという新た
な問題を生じていた。
本発明は上記問題点を解決するために提案されたもので
、その目的とするところは、高速の自己消弧形素子を用
いた高周波PWMインバータにおいて、スイッチング損
失を低減して高い電力変換効率を実現可能とした多重P
WMインバータを提供することにある。
(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するため、本発明は、まず、通常の二つ
の上下アームからなる単相フルブリッジとは別個に一つ
の上下アームを並列に接続してインバータの主回路を構
成し、これら合計三つのアームを低周波(例えば50/
 60Hz )の信号波に基づいてスイッチングされる
第1の上下アームと、PWM方式により高周波でスイッ
チングされる第2及び第3の上下アームとに区分する。
そして、前記第1及び第2の上下アームと、前記第1及
び第3の上下アームとによって単相PWMインバータを
2台構成し、一方の単相PWMインバータの出力電圧波
形の半周期分の時間軸方向に沿った両端部分を高周波パ
ルス化し、かつ、他方の単相PWMインバータの出力電
圧波形の半周期分の時間軸方向に沿った中央部分を高周
波パルス化してこれらの出力電圧を変圧器により多重合
成するものである。
(作用) 本発明によれば、第2.第3の上下アームに対するパル
ス幅変調を信号波の半周期において分割することにより
、一方の単相PWMインバータの出力電圧波形の半周期
分の両端部分を高周波パルス化し、かつ他方の単相PW
Mインバータの出力電圧の半波の中央部分を高周波パル
ス化してこれらの出力を変圧器にて多重合成することに
より、第2.第3の上下アームのスイッチング素子に高
3− 速の自己消弧形素子を用いて高周波でスイッチングした
場合にも、従来のPWM方式のフルブリッジインバータ
と同様な低歪の正弦波を小さなスイッチング損失にて出
力させることができる。
(実施例) 以下、図に沿って本発明の一実施例を説明する。
第1図はこの実施例にかかる多重PWMインバータの主
回路構成を、第2図はその制御回路の構成を、第3図は
各部の動作波形をそれぞれ示している。
まず、第1図において、インバータの主回路は、直流電
源1に接続された電力用自己消弧形素子としてのスイッ
チング素子81〜S6と、後述する各上下アームA1〜
A3の出力側に接続された変圧器2a、2bとからなる
電力変換器3を備えており、この電力変換器3は、変圧
器2a、2bの二次側を直列接続することにより内部が
多重化されている。また、変圧器2a、2bの二次側直
列回路には負荷4が接続されている。
なお、電力変換器3内において、スイッチング4− 素子81.S2は第1の上下アームA□を、スイッチン
グ素子S3.S4は第2の上下アームA2を、スイッチ
ング素子S5.S6は第3の上下アームA3をそれぞれ
構成しており、既に明らかなようにこれらの上下アーム
Ai〜A3は互いに並列接続されている。
ここで、第1の上下アームA1を構成するスイッチング
素子81.S2には、低周波(例えば50/ 60H7
)の信号波のゼロクロス点でスイッチングするために比
較的低速な自己消弧形素子が用いられ、一方、第2.第
3の上下アームA、、A、を構成するスイッチング素子
83〜S6には、PWM方式により高周波(例えば数十
kHz)でスイッチングするために高速の自己消弧形素
子が用いられている。
つまりこの実施例では、低周波の信号波でスイッチング
される第1の上下アームA1と、PWM方式により高周
波でスイッチングされる第2の上下アームA、とによっ
て第1の単相PWMインバータが構成され、また、第1
の上下アームA1と、PWM方式により高周波でスイッ
チングされる第3の上下アームA3とによって第2の単
相PWMインバータが構成されていると共に、これらの
各単相PWMインバータの出力が変圧器2a、2bによ
り多重合成されているものである。
次に第2図において、インバータの制御回路は、PWM
の信号波の基になる正弦波発生器11と、三角波発生器
12と、これらの出力信号が個別に加えられる全波整流
器1.1a、12aと、正弦波のゼロクロス点を検出す
るゼロクロス検出器13と、その出力側に接続された方
形波発生器14と、全波整流器11a 、 12aの出
力が加えられるコンパレータ15aと、全波整流器11
aの出力及び後述するバイアスシフト回路16の出力が
加えられるコンパレータ15bと、三角波のピーク検出
器17と、その出力が加えられるバイアスシフト回路1
6と、コンパレータ15a、15b及び方形波発生器1
4の出力が加えられる排他的OR回路18a、18bと
、方形波発生器14及び排他的OR回路18a、18b
の出力側に設けられたバッファ19a 、 20b 、
 21b及び否定回路19b。
20a、21aと、これらのバッファ19a 、 20
b 、 21b及び否定回路19b 、 20a 、 
21aの出力側に設けられ、かつ、スイッチング素子8
1〜S6に対応するドライバ22a〜22fとから構成
されている。
次に、この実施例の動作を第3図を参照しつつ説明する
。まず、正弦波発生器11から出力される正弦波の周波
数は、この実施例にかかる多重PWMインバータの出力
電圧の周波数に対応して50または60Hzとなってい
る。この正弦波のゼロクロス点はゼロクロス検出器13
により検出され、このゼロクロス点に基づいて、第3図
に示す如き方形波が方形波発生器14から出力されて第
1の上下アームA1のスイッチング素子81.82に対
する0N10FF信号がバッフy19a、否定回路19
b、ドライバ22a、22bを介して生成される。
一方、第2図に示す各構成要素のうち、ゼロクロス検出
器13以後の回路要素を除外したPWM変調部は、正弦
波発生器11からの正弦波を全波整流器11aにより全
波整流した信号を信号波として用いている。また、三角
波発生器12から出力される7− 三角波を余波整流器1.2aにより全波整流した信号を
第3図に示す如く第1のキャリア信号とし、このキャリ
ア信号をコンパレータ15aにより前記信号波と比較し
て排他的OR回路18a及び否定回路20a、バッファ
20b、ドライバ22c、22dを介し第2の上下アー
ムA2のスイッチング素子S3゜S4に対するO N1
0 F F信号を生成する。これらのON10 F F
信号は、第3図から明らかなように信号波の半周期分の
時間軸方向トこ沿った両端部分が高周波パルス化された
波形となる。
更に、第2のキャリア信号は、第1のキャリア信号をバ
イアスシフト回路16とピーク検出器17との作用によ
り、第3図に示す如く第1のキャリア信号のピークに第
2のキャリア信号の下端が一致するようにバイアスシフ
トすることにより生威し、コンパレータ15bにおいて
第2のキャリア信号と前記信号波とを比較した出力に基
づき、排他的OR回路18b、否定回路21a、バッフ
ァ21.b及びドライバ22e、Z2fを介して第3の
上下アームA3のスイッチング素子S5.S6に対する
O N108− FF信号を生成している。これらの0N10FF信号は
、第3図から明らかなように信号波の半周期分の時間軸
方向に沿った中央部分が高周波パルス化された波形とな
る。
これにより、第3図に示すごとく、第1の上下アームA
1及び第2の上下アームA2からなる第1の単相PWM
インバータの出力電圧波形は、半周期分の時間軸方向に
沿った両端部分が高周波パルス化され、また、第1の上
下アームA1及び第3の上下アームA3からなる第2の
単相PWMインバータの出力電圧波形は、半周期分の時
間軸方向に沿った中央部分が高周波パルス化される。
従ってこれら第1.第2の単相PWMインバータの出力
電圧を第1図に示した変圧器2a、2bにて多重合成す
ることにより、第3図に示すような正弦波状の電圧が多
重PWMインバータの出力電圧として得られるものであ
る。
(発明の効果) 以上のように本発明は、低周波の信号波しこよりスイッ
チングされる第1の上下アームと、PWM方式によりス
イッチングされる第2.第3の上下アームとによって単
相PWMインバータを2台構成し、第2.第3の上下ア
ームの変調を信号波の半周期において分割することによ
り各単相PWMインバータの出力電圧波形をその半周期
の両端部分または中央部分で高周波パルス化すると共に
、これらの出力電圧を変圧器により多重合成したもので
あるから、高いキャリア周波数でスイッチングする際の
各スイッチング素子自体の損失を低く抑えることが可能
になる。
また、信号波によりスイッチングする素子は低周波でス
イッチング可能なオン電圧の低い素子を使用することが
できるため、総合的に電力変換効率が低下することのな
い高効率のPWMインバータを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す多重PWMインバータ
の主回路構成図、第2図はその制御回路図、第3図は第
1図、第2図における各部の動作波形図である。 ]7・・・直流電源    2a、2b・・・変圧器3
・・・電力変換器   4・・・負荷81〜S6・・・
スイッチング素子 A1〜A3・・・上下アーム 11・・・正弦波発生器  11a、12a・・・全波
整流器12・・・三角波発生器  13・・・ゼロクロ
ス検出器14・・・方形波発生器 15a、15b・・・コンパレータ 16・・・バイアスシフト回路  17・・・ピーク検
出器19a 、20b 、21b−バッファ19b 、
20a 、21 a −否定回路22a〜22f・・・
ドライバ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. インバータの主回路内に互いに並列接続して設けられた
    三つの上下アームを、低周波の信号波に基づいてスイッ
    チングされる第1の上下アームと、パルス幅変調方式に
    より高周波でスイッチングされる第2及び第3の上下ア
    ームとに区分すると共に、前記第1及び第2の上下アー
    ムと、前記第1及び第3の上下アームとによって単相P
    WMインバータを2台構成し、一方の単相PWMインバ
    ータの出力電圧波形の半周期分の時間軸方向に沿った両
    端部分を高周波パルス化し、かつ、他方の単相PWMイ
    ンバータの出力電圧波形の半周期分の時間軸方向に沿っ
    た中央部分を高周波パルス化してこれらの出力電圧を変
    圧器により多重合成したことを特徴とする多重PWMイ
    ンバータ。
JP1280296A 1989-10-27 1989-10-27 多重pwmインバータ Pending JPH03143268A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003518898A (ja) * 1999-12-21 2003-06-10 インターナショナル パワー システムズ、インコーポレイテッド ステップ波電力変換装置
US8026639B1 (en) 2006-07-31 2011-09-27 Sustainable Energy Technologies Scheme for operation of step wave power converter
US8031495B2 (en) 2007-06-04 2011-10-04 Sustainable Energy Technologies Prediction scheme for step wave power converter and inductive inverter topology

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