JPH07184375A - 電流形インバータ - Google Patents

電流形インバータ

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JPH07184375A
JPH07184375A JP5325668A JP32566893A JPH07184375A JP H07184375 A JPH07184375 A JP H07184375A JP 5325668 A JP5325668 A JP 5325668A JP 32566893 A JP32566893 A JP 32566893A JP H07184375 A JPH07184375 A JP H07184375A
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JP
Japan
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circuit
current
voltage
output
main
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Application number
JP5325668A
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English (en)
Inventor
Tadashi Shibuya
忠士 渋谷
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 自己消弧素子を使用した主回路構成で力率を
1近くにした制御にしながら特別な開閉サージ吸収手段
を不要にする。 【構成】 負荷2の共振周波数を中心とする発振周波数
に制御される電圧制御発振器11の周波数を補正する。
この補正は、インバータ1Aの出力電流変化検出回路1
3と出力電圧のゼロクロス検出回路14によって転流の
開始から電圧零までの期間になる幅のパルスAをフリッ
プフロップ15に得、これに対応する電圧信号をパルス
幅/電圧変換回路16に得ることにより力率を常に1に
近づけた制御を行う。主回路の完全な転流を電流変化検
出回路13の出力に得、このタイミングまでオフ制御す
るトランジスタのオフを遅らせ、オフ制御するトランジ
スタのオフを電流零で行うことにより開閉サージの発生
を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、L−C並列の負荷に方
形波電流を供給するための電流形インバータに関する。
【0002】
【従来の技術】商用周波数から20KHZ帯域の誘導加
熱用電源には、サイリスタを主スイッチ素子とする電流
形インバータが使用されている。
【0003】図5は、従来の電源を示し、サイリスタを
主スイッチ素子とする電流形インバータ1から誘導加熱
装置2に方形波電流を供給する。電流形インバータ1の
負荷としての誘導加熱装置2は、等価回路的には加熱コ
イル2Aとコンデンサ2Bを並列接続したタンク回路に
なる。
【0004】制御装置3はインバータ1の各サイリスタ
をタンク回路の共振周波数を中心にし、サイリスタの転
流余裕時間(ターンオフタイム)を確保した周波数で点
弧制御する。この周波数は、加熱コイル2Aが加熱条件
で変化するのに対応して制御され、常に力率が1に近く
なるように制御する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の構成において、
インバータ1の主スイッチ素子にサイリスタを使用する
と、サイリスタを消弧させるための始動回路が必要とな
る。すなわち、インバータ1は一旦始動するとタンク回
路のコンデンサ2Bのエネルギーによってサイリスタを
消弧させることができるが、始動時にはコンデンサ2B
に消弧のためのエネルギーが蓄積されていないため特別
な始動回路4によってサイリスタを消弧する必要があ
る。
【0006】この点について、インバータ1にトランジ
スタやGTOのような自己消弧素子を使用すると、始動
回路が不要となる。
【0007】しかし、この場合には力率1近くの周波数
でタンク回路に供給する電流を自己消弧素子が強制的に
遮断するため、インバータ1の出力端からタンク回路の
コンデンサ2Bまでの配線インダクタンス等によって開
閉サージが発生し、素子を破損する恐れがある。
【0008】この対策として、素子に並列にスナバー回
路を設けてサージを吸収することが知られているが、ス
ナバー回路での電力損失が大きくなり、サイリスタ方式
に比べて装置の効率の低下や主回路の大型化になる。
【0009】本発明の目的は、自己消弧素子を使用した
主回路構成で力率を1近くにした制御にしながら特別な
開閉サージ吸収手段を不要にする電流形インバータを提
供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題の解
決を図るため、自己消弧素子をU,V,X,Yの4相ア
ームの主スイッチ素子とする主回路を有し、等価的にリ
アクトルとコンデンサの並列回路になる負荷に方形波電
流を供給する電流形インバータにおいて、電圧制御によ
って前記負荷の共振周波数を中心とする周波数の出力を
得る電圧制御発振器と、直列接続される前記主スイッチ
素子を前記発振器の出力周波数にしたがって相補的にオ
ン・オフ制御する制御回路と、前記主回路の主スイッチ
素子が完全に転流したときに該主回路の出力電圧が零に
なる方向に前記発振器の周期を補正する周波数補正回路
と、インバータの出力電流変化を検出し、この検出信号
から前記転流が終了するまでオフ制御する主スイッチ素
子のオフ時間を遅らせる開閉サージ抑制回路とを備えた
ことを特徴とする。
【0011】また、本発明は、前記アームU,YとV,
Xの電流を検出し、該電流がほぼ零になるまでオフ制御
する主スイッチ素子のオフ時間を遅らせる開閉サージ抑
制回路とを備えたことを特徴とする。
【0012】また、本発明は、前記主回路の直流ライン
の電圧がほぼ零になったことを検出し、該電圧がほぼ零
になる期間だけオフ制御する主スイッチ素子のオフ時間
を遅らせる開閉サージ抑制回路とを備えたことを特徴と
する。
【0013】
【作用】主回路の完全な転流タイミングと出力電圧零点
を一致させる制御を行い、負荷条件によって変化する共
振周波数の変化にもインバータ出力電流と電圧位相を常
にほぼ一致させることで力率を1に近づけた周波数制御
を行う。
【0014】主回路の出力電流がオン制御された主スイ
ッチ素子にほぼ完全に転流したときにオフ制御する主ス
イッチ素子をオフすることにより、該主スイッチ素子を
ほぼ零の電流でオフし、開閉サージの発生を防止する。
【0015】
【実施例】図1は、本発明の一実施例を示す回路図であ
る。インバータ1Aは、単相ブリッジ接続するU,V,
X,Yの各アームを自己消弧素子としてのトランジスタ
とこれに直列のカット用ダイオードで構成し、自己消弧
によるスイッチング制御によって方形波電流を発生す
る。
【0016】制御回路3Aは、インバータ1Aの設定周
波数Vfにしたがった発振周波数を得る電圧制御発振器
(VCO)11と、この出力周波数にしたがった周期の
ゲート信号U/YとV/Xを発生するゲート回路12と
を備え、このゲート信号によりアームU,YとV,Xの
相補的なオン・オフ制御を行う。この制御によりインバ
ータ1Aから負荷となる誘導加熱装置2に方形波電流を
供給する。
【0017】この制御回路3Aには開閉サージ抑制と力
率調整手段として回路要素13〜16を設ける。
【0018】このうち、電流変化検出回路13は、イン
バータ1Aの出力電流の検出信号Ioutを入力とし、電
流変化が設定値以上になったことを検出する。
【0019】ゼロクロス検出回路14は、インバータ1
Aの出力電圧の検出信号Voutを入力とし、電圧がゼロ
クロス点になったことを検出する。
【0020】フリップフロップ15は、電流変化検出回
路13の出力Sでセットされ、ゼロクロス検出回路14
の出力Rでリセットされ、転流のための電流変化が始ま
ったときから電圧がゼロ点に達するまでの時間幅のパル
スAを発生する。
【0021】パルス幅/電圧変換回路16は、フリップ
フロップ15の出力パルスAを入力とし、該パルス幅に
比例した電圧信号を得、この電圧信号を設定周波数Vf
の補正信号とする。この変換にはインバータ1Aの出力
電圧が零になる前に出力電流の完全な転流を得るための
余裕幅ΔtがパルスAに加算される。
【0022】電流変化検出回路13の出力Sはゲート回
路12へ取り込まれ、トランジスタU/Y,V/Xのオ
フタイミングの制御信号にもされる。
【0023】本実施例の動作を図2を参照して以下に詳
細に説明する。
【0024】インバータ1Aの周波数制御は、基本的に
は、設定周波数Vfに応じた電圧制御発振器11の発振
出力Bの周期でインバータ1Aの各アームU/Y,V/
Xを相補的にオン・オフ制御する。
【0025】図2には出力電圧Voutに対して出力電流
outが進み位相にあるときを示す。図2において、電
圧制御発振器11の出力Bのタイミング(時刻t1)で
アームU/Yがオン制御され、インバータ1Aの出力電
流Ioutが反転し始めたとき、この電流変化が電流変化
検出回路13で検出される。このとき、フリップフロッ
プ15がセットされ、その出力Aが発生する。
【0026】電流Ioutの転流が終了したとき(時刻
2)、電流変化検出回路13の出力Sが復帰する。こ
の電流変化検出回路13の出力Sの立ち上がりタイミン
グ(時刻t2)でアームV/Xがオフ制御され、アーム
U/Yのオン制御に遅れたオフ制御がなされる。
【0027】この後、インバータ1Aの出力電圧Vout
がゼロクロス点に達したとき(時刻t3)、ゼロクロス
検出回路14の出力Rによりフリップフロップ15がリ
セットされる。
【0028】したがって、フリップフロップ15の出力
Aのパルス幅は時刻t1〜t3の期間Tdになる。このパ
ルス出力Aは、パルス幅/電圧変換回路16を経て電圧
制御発振器11の周波数補正信号になり、周波数を低く
する方向に補正する。
【0029】すなわち、L−Cの並列になる負荷に対し
て、電圧制御発振器11の出力B(オンゲート信号)の
位相として電流Ioutの極性が完全に反転したときに出
力電圧Voutが零(ゼロクロス点)になる方向に補正す
ることにより、最適のゲート位相を得て運転力率を向上
し、またサージ発生を抑制する。
【0030】図2の時刻t4〜t7には周波数補正後のタ
イミングを破線で示す。パルスAによる周波数の補正に
より、電圧制御発振器11の出力Bの発生を時刻t4
ら時刻t5に補正し、時刻t5によるアームV/Xのオン
制御を行う。
【0031】この補正により、出力電流Ioutの転流が
時刻t5から始まり、パルスAは、その幅Td’まで狭く
なり、電流Ioutの極性が完全に反転したときに出力電
圧Voutが零(ゼロクロス点)になる適正な値に制御さ
れる。
【0032】なお、電流変化検出回路13の出力Sによ
るオフゲート制御がなされるのは、電圧Voutに対する
電流Ioutが遅れ過ぎたとき、負荷の誘導電圧の影響に
よって電圧の極性が反転(ゼロクロス点を通過)した後
から再び電流が増加し、電流の反転ができなくなるのを
防止する。
【0033】以上のように、本実施例では、インバータ
の主スイッチ素子に自己消弧素子を使ったオン・オフ制
御により、特殊な始動回路を不要にする。
【0034】また、アームU/YとV/Xとは互いにオ
ーバラップした期間を有してオン・オフ制御され、例え
ば図2の時刻t1〜t2の期間ではアームU/Yのオンに
遅れてアームV/Xがオフされ、アームV/Xはその電
流が零になる完全に転流したタイミング(t2)でオフ
制御されることで遮断に伴うサージ電圧の発生を無くす
ことができる。これに伴い、各アームは最小限のスナバ
ー回路で済む。
【0035】また、電流Ioutと電圧Voutは、電圧制御
発振器11の周波数補正により負荷の変化に追従してほ
ぼ同相に維持し、力率を1近くに維持し、電力効率の高
い制御ができると共に装置の小型化を可能にする。
【0036】図3は、本発明の他の実施例を示す回路図
である。本実施例では、アームのオフ制御を電流零近辺
まで遅らせるのに、図1の信号Sに代えて、アームU,
YとアームV,Xの電流をそれぞれ検出する電流検出器
21、22を設け、これら検出器21、22の検出電流
u,ivをそれぞれコンパレータ23、24で比較し、
該電流レベルが所定値以下になるまでコンパレータ2
3、24の出力をゲート回路12の制御信号に加算す
る。
【0037】ゲート回路12は、フリップフロップ25
によって電圧制御発振器11の1/2周期の信号を得、
このフリップフロップ25の相補出力をオアゲート2
6、27に振り分けて制御信号U/YとV/Xを得る。
【0038】このとき、コンパレータ23、24の比較
基準値は、零近辺又はアームのスナバー回路でサージを
吸収できる電流値に相当するものにされる。
【0039】本実施例においても、前記実施例と同様に
オフ制御するアームのオフ時間を遅らせることになり、
同等の作用効果を得ることができる。
【0040】図4は、本発明の他の実施例を示す回路図
である。本実施例ではインバータ主回路の直流ラインの
電圧を検出する全波整流回路28と、この検出電圧がほ
ぼ零で出力を得るホトカプラ29を設け、このホトカプ
ラ29の検出信号をオアゲート26、27の共通の入力
とする。
【0041】本実施例において、各アームU,Y、V,
Xの両方に電流が流れている期間は、前記のように直流
ラインが短絡され、ほぼ零ボルトにある。このときの直
流電圧VDCは、電圧零期間が存在し、この期間をホトカ
プラ29によって検出し、オフ制御されるアームが電流
零になる時間だけオフ時間を遅らせる。
【0042】本実施例においても前記の実施例と同様の
作用効果を得ることができる。
【0043】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、自己消
弧素子を主スイッチ素子とし、主回路の出力電流がオン
制御された主スイッチ素子にほぼ完全に転流したときに
オフ制御する主スイッチ素子を零電流又はその近辺でオ
フするようにしたため、特殊な始動回路を不要にし、し
かも主スイッチ素子が電流零近辺でオフされることによ
り開閉サージの発生を防止できる効果がある。
【0044】また、主回路の完全な転流タイミングと出
力電圧零点を一致させる周波数制御を行うことにより、
負荷条件によって変化する共振周波数の変化にもインバ
ータ出力電流と電圧位相を常にほぼ一致させることで力
率を1に近づけ、運転効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す回路図。
【図2】実施例の各部波形図。
【図3】他の実施例を示す回路図。
【図4】他の実施例を示す回路図。
【図5】従来の電流形インバータの構成図。
【符号の説明】
1、1A…インバータ 2…負荷 3、3A…制御回路 11…電圧制御発振器 13…電流変化検出回路 14…ゼロクロス検出回路 16…パルス幅/電圧変換回路 23、24…コンパレータ 28…全波整流回路 29…ホトカプラ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 自己消弧素子をU,V,X,Yの4相ア
    ームの主スイッチ素子とする主回路を有し、等価的にリ
    アクトルとコンデンサの並列回路になる負荷に方形波電
    流を供給する電流形インバータにおいて、 電圧制御によって前記負荷の共振周波数を中心とする周
    波数の出力を得る電圧制御発振器と、 直列接続される前記主スイッチ素子を前記発振器の出力
    周波数にしたがって相補的にオン・オフ制御する制御回
    路と、 前記主回路の主スイッチ素子が完全に転流したときに該
    主回路の出力電圧が零になる方向に前記発振器の周期を
    補正する周波数補正回路と、 インバータの出力電流変化を検出し、この検出信号から
    前記転流が終了するまでオフ制御する主スイッチ素子の
    オフ時間を遅らせる開閉サージ抑制回路とを備えたこと
    を特徴とする電流形インバータ。
  2. 【請求項2】 前記開閉サージ抑制回路は、前記アーム
    U,YとV,Xの電流を検出し、該電流がほぼ零になる
    までオフ制御する主スイッチ素子のオフ時間を遅らせる
    構成にしたことを特徴とする請求項1記載の電流形イン
    バータ。
  3. 【請求項3】 前記開閉サージ抑制回路は、前記主回路
    の直流ラインの電圧がほぼ零になったことを検出し、該
    電圧がほぼ零になる期間だけオフ制御する主スイッチ素
    子のオフ時間を遅らせる構成にしたことを特徴とする請
    求項1記載の電流形インバータ。
JP5325668A 1993-12-24 1993-12-24 電流形インバータ Pending JPH07184375A (ja)

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