JPH0634592B2 - 高周波インバータにおける出力リップル低減回路 - Google Patents

高周波インバータにおける出力リップル低減回路

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JPH0634592B2
JPH0634592B2 JP57081240A JP8124082A JPH0634592B2 JP H0634592 B2 JPH0634592 B2 JP H0634592B2 JP 57081240 A JP57081240 A JP 57081240A JP 8124082 A JP8124082 A JP 8124082A JP H0634592 B2 JPH0634592 B2 JP H0634592B2
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、高周波交流電圧を発生する高周波インバー
タに係り、特に、出力に含まれるリツプル(低周波脈動
分)を減少させることができる高周波インバータにおけ
る出力リツプル低減回路に関する。
第1図は従来の誘導加熱用高周波インバータ(周波数1
0KHz以上)の一構成例を示す回路図である。この図
において、入力端子U,V,Wに印加された3相交流電
圧は、サイリスタ1〜6から構成される3相ブリツジ整
流回路7によつて整流され、チヨークコイル8を介して
直列接続されたコンデンサ9,10の両端へ供給され
る。そして、これらのコンデンサ9,10に蓄えられた
電荷が以下に述べる経路で交互に負荷11へ供給される
ことにより、負荷11に第2図(イ)に示す正弦波交流電
流が流れる。
すなわち、第2図(イ)における時間T1においてはサイリ
スタ13,16が導通し、この結果、点P1(第1図参
照)→サイリスタ13→コンデンサ17→サイリスタ1
6→リアクトル18→負荷11→点P2(第1図参照)
なる経路で電流が流れ、また、時間Tにおいてはサイ
リスタ22,19が導通し、この結果、点P2→負荷1
1→リアクトル23→サイリスタ22→コンデンサ24
→サイリスタ19→点P3(第1図参照)なる経路で電
流が流れ、また、時間Tにおいてはサイリスタ15,
14が導通し、この結果、点P→……→負荷11→点
なる経過で電流が流れ、また、時間Tにおいては
サイリスタ20,21が導通し、点P2→負荷11→…
…→点Pなる経路で電流が流れ、以下同様の過程が繰
返される。
なお、負荷11は誘導加熱用コイル11aと、このコイ
ル11aの直流抵抗分11bと、コイル11aに並列に
接続された共振用コンデンサ11cとから構成されてい
る。また、3相ブリツジ整流回路7のサイリスタ1〜6
は、例えば負荷11の両端電圧に基づいて、あるいは、
誘導加熱コイル11aによつて加熱されるワークの温度
検出結果に基づいて位相制御される。
ところで、第1図に示す回路において、例えば入力電源
AC・3φ・440V,直流側出力定格400V・50
0Aとすると、チヨークコイル8,コンデンサ9,10
として、 チヨークコイル8 : 2mH・200A コンデンサ9 : 750μF・350V コンデンサ10 : 750μF・350V なる定格のものを用いればよいが、これらの定格のもの
を用いた場合、サイリスタ1〜6が全く位相制御されな
い場合すなわちサイリスタをダイオードとみなしうる場
合においても点P・P間に約5%のリツプルが発生
し、また、サイリスタ1〜6が位相制御されている場合
は15%以上ものリツプルが発生する。なお、第3図
(イ)は点P1・P間の電圧波形を示す図であり、この波
形におけるリツプル分の周波数は、電源周波数を60H
zとした場合、360Hz である。そして、このリツプ
ル分は、第3図(ロ)に示すように負荷11の両端電圧V
に略同じパーセントのリツプル(低周波脈動分)を生
じさせる。
この負荷11の両端に生じるリツプルが10%以上あつ
ても通常の誘導加熱負荷においては負荷の熱時定数が大
きいためほとんど問題とならない。しかしながら、特に
高速電縫管溶接あるいはオンライン焼鈍のように、また
誘導加熱用コイル11a内をワーク(被加熱体)が高速
(例えば100m/分)で通過する場合においては、負荷
11の両端電圧Vのピーク値が大きい場合は加熱のし
すぎ、小さい場合においては加熱不足となり、実用上極
めて大きな不都合が生じる。したがつて、上述した用途
の場合においては、点P・P間のリツプルを3%程
度に押えることが必要となる。
次に、上述した鑑点からコンデンサ9,10の容量につ
いて考察する。
まず高周波側のコンデンサ9,10の容量は、負荷11
に供給するインパルス電流による自身の電圧変動を5%
以内程度にできるように選定する必要がある。しかるに
コンデンサ17,リアクトル18の共振周波数は負荷1
1の共振周波数に対しほぼ同一に選ばれ、10KHz以
上ではコンデンサ17の値は20μF以下とならざるを
得ない。例えば30KHzを負荷周波数とするとリアク
トル18は5μH程度となり、配線等の問題からこれ以
下にはできず結局コンデンサ17は、7μFとなる。こ
の結果、コンデンサ9,10の値はコンデンサ17の値
の40倍程度必要となり30KHzでは約300μFと
なる。
一方、リアクトル8、コンデンサ9,10、コンデンサ
9,10以降の回路の等価負荷抵抗Rによる2次フイル
ターで位相制御リツプルを低減させる必要がある。かつ
このフイルターのダンピングを十分考慮して定数を決定
し、フイルター共振周波数fなる点P,P間の電
圧動揺を防がねばならない。ここで、コンデンサ9,1
0の容量を共に2xμF,チヨークコイルのインダクタ
ンスをymHとすれば、 なる関係が成立つ(但し、Kはダンピングフアクタ)。
そして、系の安定性から、ダンピングフアクタKを0.
3程度にする必要がある。
この場合、リツプル周波数は供給する3相交流が60H
z の場合約360Hzとなり、これが直流中に100%
含まれるとして、この値を約1/100程度にしたいとす
る。LCフイルターは40dB/decadeであり遮断周波
数fを360Hzの1/10とすれば良い。すなわ
ち、 f=360Hz/10=36Hz ……(3) 一方、Rはシステムによつて異なるが、通常大電方回路
では、直流電圧は400V〜800V程度が多い。この
場合は400V,200KWの例でRを考慮すればR=
0.8Ωとなる。この結果、 すなわち、コンデンサ9,10の値は直列値が9200
μFより18400μFインダクタンスは約2mHとな
り、必要コンデンサ値は、高周波側から要求される値の
60倍近くなる。この容量を高周波電流の流れるコンデ
ンサ9,10で持たせるとすると、コンデンサのコスト
外形は比較的に増大し、しかも、高周波側の異常に際し
てこの放電電流でSCRの破損などを招く可能性が高ま
る。
この発明は、以上の事情に鑑み、小形かつ安価な構成
で、点P・P間のリツプル分を低減させることがで
きる高周波インバータの出力リツプル低減回路を提供す
るもので、点P・P間に直列接続された電解コンデ
ンサおよび過電流遮断手段を介挿したことを特徴として
いる。
また、この発明はリツプル低減,および高周波側の異常
時のスイツチング素子破損を防ぎ、かつ高周波側の遮断
を行なつた場合の点P,Pの電圧上昇を防ぐ働らき
を持つ。チヨークコイル8を流れていた電流が、インバ
ータオフすなわちRをオフした時全てコンデンサ9,1
0に突入することを意味する。例として、コイル8の電
流はDC400V÷0.8=500Aが定格電流であ
る。この時Rを瞬断すると の上昇、即150%におさめることができる。もしもコ
ンデンサ9,10のみであれば(300μF2シリー
ズ)、 も上昇し高周波部品の破損をまぬがれない。
以下、図面を参照しこの発明を詳細に説明する。
まず、この発明が案出された過程から説明する。第1図
においてコンデンサ9,10から流出する電流は、前述
した説明から明らかなように各々位相が180゜ずれて
いる。すなわち、コンデンサ9,10の両端電圧V
は各々、第2図(ロ)に示すように位相が180゜ず
れた高周波リツプル分を含むことになり、したがつて、
点P,P間の高周波リツプル分は、電圧V,V
の各リツプル分が互に相殺されることから、零となる。
このことは、点P・P間にコンデンサを介挿した場
合、このコンデンサには高周波電流が流れないことを意
味する。ところで、周知のように高周波電流を流せるコ
ンデンサ(例えば、ペーパーコンデンサ,フイルムコン
デンサ等)は大形かつ高価となる。そして、コンデンサ
9,10としてはこの種のコンデンサが必要である。こ
れに対し、高周波電流を流す必要がない場合には、小形
かつ安価な電解コンデンサを用いることが可能である。
この発明は以上の鑑点から、点P・P間に電解コン
デンサおよびヒユーズを介挿することにより点P・P
間の低周波リツプル分を低減し、これにより、高周波
インバータの出力リツプルの低減を図つたもので、以
下、その実施例について説明する。
第4図はこの発明の一実施例を示す回路図であり、この
図において第1図の各部に対応する部分には同一の符号
が付してある。
この図に示す回路が第1図に示す回路と異なる点は、点
・P間に電解コンデンサ27およびヒユーズ(電
流遮断手段)28の直列回路からなる出力リツプル低減
回路29が介挿されていることである。この回路の場
合、入力電源,出力定格,チヨーク8のインダクタン
ス,コンデンサ9,10の容量をいずれも前述した場合
と同じとすると、電解コンデンサ27として約1300
μFのものを用いることにより、点P・P間のリツ
プル分を3%に押えることが可能となる。また、ヒユー
ズ28を挿入するケースがあり、その理由は次の通りで
ある。すなわち、負荷11の短絡等の異常時において
は、コンデンサ9または10からだけでなく、電解コン
デンサ27からも負荷11へ大電流が供給される。この
場合、ヒユーズ28によつて電解コンデンサ27の電流
を断としないと、サイリスタ13〜16,19〜22の
いずれかを破損することになる。なお、コンデンサ9,
10の容量は電解コンデンサ27の容量に比較して小さ
く、通常、コンデンサ9,10の放電電流のみによつて
はサイリスタ13〜16,19〜22が破損することは
ない。また、チヨークコイル8より前の電源部は通常速
断ヒユーズ等の保護回路が設けられており、したがつ
て、電源部からサイリスタ13〜16,19〜22へ過
大電流が供給されることもない。
なお、上記実施例においては電流遮断手段としてヒユー
ズ28を用いているが、これに代えて例えば高速ノーヒ
ユーズブレーカ等を用いることも勿論可能である。ま
た、上述した実施例においてはサイリスタ13〜16お
よび19〜22によつて交流電流を負荷11に供給して
いるが、この発明は他の構成の場合、例えばサイリスタ
13〜16および19〜22を各々1個のサイリスタに
よつて代用する構成の場合においても適用することがで
きる。
以上説明したように、この発明によれば交流電源を整流
し、この結果得られる直流電圧をチヨークコイルを介し
て、電解コンデンサとは異なる、直列接続された第1,
第2のコンデンサの両端に印加し、前記第1,第2のコ
ンデンサに蓄えられた電荷を交互に負荷へ供給するよう
に構成された高周波インバータにおいて、前記直列接続
された第1,第2のコンデンサの両端間に、直列接続さ
れた電解コンデンサおよび過電流遮断手段を介挿したの
で、小形かつ安価な構成によつて高周波インバータの出
力リツプルを低減させることができる。また、この発明
によれば電流遮断手段を電解コンデンサとシリーズに挿
入したので、負荷異常時におけるスイツチング素子の破
損を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の高周波インバータの一構成例を示す図、
第2図(イ)は同高周波インバータの出力電流を示す波形
図、第2図(ロ)は同高周波インバータにおけるコンデン
サ9および10の各両端電圧V1およびVを示す波形
図、第3図(イ)は同高周波インバータにおける点P
間の電圧を示す波形図、第3図(ロ)は同高周波イン
バータにおける負荷11の両端電圧Vを示す波形図、
第4図はこの発明の一実施例の構成を示す回路図であ
る。 8……チヨークコイル、9……第1のコンデンサ、10
……第2のコンデンサ、27……電解コンデンサ、28
……ヒユーズ(過電流遮断手段)、29……出力リツプ
ル低減回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥野 敦 三重県伊勢市竹ケ鼻町100番地 神鋼電機 株式会社伊勢工場内 (56)参考文献 特開 昭48−104038(JP,A) 特開 昭54−162125(JP,A) 特開 昭55−83471(JP,A) 特開 昭51−92034(JP,A) 特開 昭56−86477(JP,A) 特開 昭53−122944(JP,A) 特開 昭53−66030(JP,A) 特開 昭52−57537(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】交流電源を整流し、この結果得られる直流
    電圧を、チョークコイルを介して、電解コンデンサとは
    異なる、直列接続された第1,第2のコンデンサの両端
    に印加し、前記第1,第2のコンデンサに蓄えられた電
    荷を交互に負荷へ供給するように構成された高周波イン
    バータにおいて、 前記直列接続された第1,第2のコンデンサの両端間
    に、直列接続された電解コンデンサおよび過電流遮断手
    段を介挿してなる高周波インバータにおける出力リップ
    ル低減回路。
JP57081240A 1982-05-14 1982-05-14 高周波インバータにおける出力リップル低減回路 Expired - Lifetime JPH0634592B2 (ja)

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JPS48104038A (ja) * 1972-03-27 1973-12-26
JPS588667B2 (ja) * 1975-02-10 1983-02-17 三菱電機株式会社 インバ−タノ ホゴソウチ
JPS5858911B2 (ja) * 1978-06-12 1983-12-27 株式会社明電舎 高周波インバ−タ
JPS5583471A (en) * 1978-12-16 1980-06-23 Fuji Electric Co Ltd High frequency invertor

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