JPH0744833B2 - 交流−交流周波数変換装置 - Google Patents

交流−交流周波数変換装置

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JPH0744833B2
JPH0744833B2 JP58099175A JP9917583A JPH0744833B2 JP H0744833 B2 JPH0744833 B2 JP H0744833B2 JP 58099175 A JP58099175 A JP 58099175A JP 9917583 A JP9917583 A JP 9917583A JP H0744833 B2 JPH0744833 B2 JP H0744833B2
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transistor
transistors
driving
circuit
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仲 川口屋
一男 三木
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    • HELECTRICITY
    • 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
    • H02M5/00Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
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  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〈技術分野〉 本発明は交流−交流周波数変換装置に関し、特に、商用
交流電源により誘導電動機等の交流負荷を商用電源より
も低い周波数で駆動する場合に適している。
〈従来技術〉 従来のサイクロコンバータ、或いはトランジスタチョッ
パ装置において、変換出力周波数が非常に低いとき、全
体として長い周期の波形が得られるがその中に非常に短
時間逆極性の波形が含まれることが多い。このような装
置で慣性モーメントの小さい電動機を駆動すると回転ム
ラが大きくなる欠点があった。
〈発明の目的〉 本発明の目的は、変換出力周波数が非常に低いときで
も、短時間の逆極性波形が発生せず誘導電動機等の回転
駆動が円滑に行われる交流−交流周波数変換装置を提供
することにある。
〈発明の構成〉 本発明の交流−交流周波数変換装置は、2個の電力入力
端子(R,S)と、2個の変換電力出力端子(V,W)と、ト
ランジスタとダイオードの直列接続の2組を互に逆向き
に並列接続してなる4個のスイッチ回路を各辺に備え、
相対向する2組の接続点のうち1組の接続点に上記電力
入力端子を接続し、他の1組の接続点に上記変換電力出
力端子を接続してなるブリッジ回路と、そのブリッジ回
路の一対の対辺のトランジスタのうち上記変換出力端子
の一の方向に電流を供給するトランジスタを同時にオン
オフする第1の駆動手段と、上記ブリッジ回路の上記一
対の対辺のトランジスタのうち上記変換出力端子の他の
方向に電流を供給するトランジスタを同時にオンオフす
る第2の駆動手段と、上記ブリッジ回路の残りの対辺の
トランジスタのうち上記変換出力端子の上記一の方向に
電流を供給するトランジスタを同時にオンオフする第3
の駆動手段と、上記ブリッジ回路の上記残りの対辺のト
ランジスタのうち上記変換出力端子の上記他の方向に電
流を供給するトランジスタを同時にオンオフする第4の
駆動手段と、周波数が変化する2相の制御パルスを出力
する制御信号発生手段と、その制御パルスの半サイクル
の間に上記2個の電力入力端子のうちいずれの端子がよ
り長時間正極であったかを判別する区間極性判別手段
と、上記2相の制御信号と上記区間極性判別手段の判別
信号の組合わせにより上記第1ないし第4の駆動手段を
選択的に差動させる論理回路を有することを特徴として
いる。
〈実施例1〉 以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。
第1図に本発明実施例の回路図を示す。商用交流電源は
端子R,Sに接続される。変換電力出力端子V,Wには正逆両
方向に回転する単相交流誘導電動機Mと、回転方向を制
御するための双方向性サイリスタS1,S2が接続される。
4個のスイッチ回路1,2,3,4がブリッジ回路を形成して
いる。すなわち、スイッチ回路1,2の接続点とスイッチ
回路3,4の接続点がそれぞれ入力端子R,Sに接続され、ス
イッチ回路1,4の接続点とスイッチ回路2,3の接続点がそ
れぞれ出力端子V,Wに接続される。
各スイッチ回路1,2,3,4はR→S方向を順方向とするス
イッチング用トランジスタとダイオードの直列回路と、
S→R方向を順方向とするスイッチング用トランジスタ
とダイオードの直列回路の並列接続により構成されてい
る。4個のトランジスタQ1A,Q2A,Q3A,Q4AはモータM
に対し矢印A方向に電流を供給し、残りの4個のトラン
ジスタQ1B,Q2B,Q3B,Q4BはモータMに対し矢印B方向
に電流を供給する。トランジスタと直列に接続されてい
るダイオードD1A〜D4A,D1B〜D4Bは商用交流電源の高電
圧が直接トランジスタのコレクタ・エミッタ間に印加さ
れることを防止している。ブリッジ回路の対辺にあって
矢印A方向に通電する2個のトランジスタQ1A,Q3Aは第
1の制御用トランジスタQ5により同時にオンオフ制御さ
れ、これと対をなし矢印B方向に通電する2個のトラン
ジスタQ1B,Q3Bは第2の制御用トランジスタQ6により同
時にオンオフ制御される。また、ブリッジの残りの対辺
にあって矢印A方向に通電する2個のトランジスタ
Q2A,Q4Aは第3の制御用トランジスタQ7により同時にオ
ンオフ制御され、これと対をなし矢印B方向に通電する
2個のトランジスタQ2B,Q4Bは第4の制御用トランジス
タQ8により同時にオンオフ制御される。
一方、設定器5は電動機Mの回転速度を任意に設定する
ためのもので、+5V〜−5Vの範囲で任意に入力電圧Eを
設定する。この入力電圧Eが正のときは電動機Mが正転
し、負のときは逆転するものとする。絶対値アンプ6は
この入力電圧Eの絶対値|E|を出力する。V/Fコンバータ
(電圧−周波数変換器)7は電圧|E|に比例した周波数
のパルス列を出力する。制御信号発生回路8は、このパ
ルス列を計数するカウンタと、カウンタの各ビットの状
態出力を組合わせて2相方形波信号P1,P2を出力する論
理回路の組合わせから成る順序開閉回路である。出力さ
れる制御信号P1,P2のパルス幅と周期は入力されるパル
ス信号の周期の増減に応じて増減する。制御信号発生回
路8内の論理回路の構成により制御信号P1,P2のデュテ
ィ比を換えることができるが、P1とP2とは決して同時に
Hiにならないよう構成される。第1の制御信号P1はAND
ゲート9及び10に入力され、第2の制御信号P2はANDゲ
ート11及び12に入力される。
他方、第1のホトカプラ13は電力入力端子Rの電位が端
子Sよりも高いことを検出し、第2のホトカプラ14は端
子Sの電位が端子Rよりも高いことを検出する。また、
制御信号立上り検出回路5は微分回路により制御信号P1
及びP2の立上り時を検出しその都度リセット信号を発す
る。アップダウンカウンタ16はリセット信号から次のリ
セット信号までの間における交流入力電力のどちらの電
位が平均的に高いかを検出するためのもので、第1のホ
トカプラ13の出力を正カウント入力とし第2のホトカプ
ラ14の出力を負カウント入力としリセット信号から次の
リセット信号の間にどちらの半サイクルがより長いかを
検出し、リセット信号入力時に正又は負の計数値を出力
する。
比較器17はカウンタ16の内容が正であるか負であるかを
判別する。ホールド回路18は立上り検出回路15の出力信
号をプリセット信号として比較器17の判別出力を次のプ
リセット信号まで記憶しつつ出力する。ホールド回路18
の状態出力が“1"のときは前記したANDゲート9及び12
が開かれ残りの2個のANDゲートが閉ざされ、これと反
対に、状態出力が“0"のときはANDゲート10及び11が開
かれ残りの2個のANDゲートが閉ざされる。
次に作用を説明する。
設定器5からの入力電圧が0から正方向又は負方向へ増
大すると、それに比例して絶対値アンプ6の出力電圧が
増大し、V/Fコンバータ7の出力であるパルス周波数が
増大する。制御信号P1,P2の方形波は、互に180°の位
相差をもち、同時にHiレベルになることはない。
一方、商用交流電源の半サイクルごとに第1のホトカプ
ラ13又は第2のホトカプラ14が交互にオンになり、正の
半サイクルのときにカウンタ16が正方向にクロックパル
スを計数し、負の半サイクルのときにカウンタ16が負方
向にクロックパルスを計数する。このカウンタの内容
は、制御信号P1,P2の立上り時に出力されるリセット信
号によりその都度リセットされるから、リセットからリ
セット迄の時間に商用交流電源の正の半サイクルの時間
が1/2以上を占めているときは次のリセット時のカウン
タ内容が正の値になり、これと反対に負の半サイクルの
時間が1/2以上を占めているときは次のリセット時のカ
ウンタ内容が負の値になる。カウンタの内容が正か負か
の判別は最上位ビットが“0"か“1"かにより判別するこ
とができる。カウンタの内容が正のときはホールド回路
18の出力は“1"となり、反対に負のときはホールド回路
18の出力が“0"となる。
ANDゲート9は制御信号P1がHiであって且つホールド回
路18の出力が“1"のときに開かれてトランジスタQ5をオ
ンにする。ANDゲート10は制御信号P1がHiであって且つ
ホールド回路18の出力が“0"のときに開かれてトランジ
スタQ6をオンにする。ANDゲート11は制御信号P2がHiで
あって且つホールド回路18の出力が“0"のときに開かれ
てトランジスタQ7をオンにする。ANDゲート12は制御信
号P2がHiであって且つホールド回路18の出力が“1"のと
きに開かれてトランジスタQ8をオンにする。
第2図に各部の波形図と状態を示す。これは電力入力端
子(R,S)における商用周波数f0に対し、制御パルス
P1,P2の周波数f1がわずかに高い例を示している。アッ
プダウンカウンタ1の入力パルスは入力端子(R,S)に
印加される商用交流電源の半サイクルごとに正カウン
ト、負カウントをくり返す。一方、2相の制御パルス信
号P1,P2の立上りごとにカウンタ16にリセット信号が入
力され、そのリセット信号とリセット信号の間の1制御
区間アップダウンカウンタ16の計数値が比較器17の正,
負出力となる。これが上記リセット信号をプリセット信
号とするホールド回路18により1制御区間保持され、そ
の保持されている間、“0"又は“1"の信号を出力する。
その結果、P1の間“1"、P2の間“0"となるはじめの数サ
イクルの間は、トランジスタQ5とQ7が交互に導通し、そ
の間Q6とQ8は休止している。トランジスタQ5とQ7の導通
により導通するスイッチ回路のトランジスタはQ1A
Q3A,Q2A,Q4Aであっていずれも出力端子V→WのA方
向に給電する。やがてP1の間“0"、P2の間“1"に逆転す
ると、トランジスタQ6とQ8が交互に導通しその間Q5とQ7
は休止するようになり、スイッチ回路のトランジスタQ
1B,Q3B,Q2B,Q4Bが導通し、出力端子W→VのB方向
に給電する。このようにして出力端子V,W間の負荷には f2=f0−f1 の低い周波数の交流電力が供給される。この出力電流波
形は第2図に下から2番目の欄に示される。ちなみに本
発明によらず制御パルス信号P1,P2により直接ブリッジ
回路を駆動する場合の負荷に供給される電流波形図を参
考図として最下欄に示す。
〈実施例2〉 第3図に本発明の他の実施例の回路ブロック図を示す。
第1図と同一部分には同一番号を付してその説明を省略
する。
高周波発生器21は、商用交流周波数に比べて10倍ないし
100倍程度高い周波数の正弦波を出力する。可変利得増
幅器22はその正弦波出力を増幅し、その利得を入力信号
の大きさに応じて自動的かつ連続的に調節することがで
きる。スライス回路23は、可変利得増幅器22の出力を所
定のレベル例えば5Vから6Vの間でスライスして略方形波
形を取り出す。このときの方形波出力(C)のデュティ
比は増幅器22の利得により変化する。このスライス回路
23の方形波出力は、ANDゲート9,10,11,12に入力されて
いる。
第4図に、この実施例特有の各部の波形図を示す。可変
利得増幅器22の利得の変化に応じてスライス回路23の方
形波出力のデュティ比が変化する。その結果、変調され
た制御信号P1′,P2′の波形は、図示のように、全体の
パルス幅が制御信号P1,P2と同一であってデュティ比が
変化し、デュティ比が減少するにつれてANDゲート9,10,
11,12の開く時間が減少し、モータMに供給される電力
が減少する。
この実施例によれば、制御信号の全体的パルス幅を最大
限度に保持しながら、実質的デュティ比を低減させるこ
とができるから、極低速且つ低トルク駆動においてもモ
ータ電流のオフ時間があまり長くならず、モータの回転
ムラを小さく抑えることができる。
〈発明の応用例〉 ある交流負荷に対し、極低周波から高い周波数まで広範
囲にわたって出力周波数を変化させる場合、所定周波数
以下の領域に限って本発明を実施することができる。
また、本発明のブリッジ回路を複数組用いて、多相交流
に応用することもできる。
〈発明の効果〉 本発明によれば、交換交流出力の半サイクルの間に逆極
性波形が発生せず、負荷となる電動機の回転が円滑化さ
れ且つ効率も向上する。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明実施例を示す回路図、第2図はその作用
説明図、第3図は本発明の他の実施例を示す回路図、第
4図はその作用説明図である。 1,2,3,4……スイッチ回路 8……制御信号発生回路 9……第1の駆動手段用ANDゲート 10……第2の駆動手段用ANDゲート 11……第3の駆動手段用ANDゲート 12……第4の駆動手段用ANDゲート 15……立上り検出回路 16……アップダウンカウンタ 18……ホールド回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】2個の電力入力端子(R,S)と、2個の変
    換電力出力端子(V,W)と、トランジスタとダイオード
    の直列接続の2組を互に逆向きに並列接続してなる4個
    のスイッチ回路を各辺に備え、相対向する2組の接続点
    のうち1組の接続点に上記電力入力端子を接続し、他の
    1組の接続点に上記変換電力出力端子を接続してなるブ
    リッジ回路と、そのブリッジ回路の一対の対辺のトラン
    ジスタのうち上記変換出力端子の一の方向に電流を供給
    するトランジスタを同時にオンオフする第1の駆動手段
    と、上記ブリッジ回路の上記一対の対辺のトランジスタ
    のうち上記変換出力端子の他の方向に電流を供給するト
    ランジスタを同時にオンオフする第2の駆動手段と、上
    記ブリッジ回路の残りの対辺のトランジスタのうち上記
    変換出力端子の上記一の方向に電流を供給するトランジ
    スタを同時にオンオフする第3の駆動手段と、上記ブリ
    ッジ回路の上記残りの対辺のトランジスタのうち上記変
    換出力端子の上記他の方向に電流を供給するトランジス
    タを同時にオンオフする第4の駆動手段と、周波数が外
    部設定により変化し、かつ、上記第1の駆動手段及び第
    2の駆動手段を駆動するための第1の制御信号(P1
    と、その第1の制御信号と180度位相が異なり上記第3
    の駆動手段及び第4の駆動手段を駆動するための第2の
    制御信号(P2)の2相のパルスを発生する制御信号発生
    手段と、上記2相の制御信号(P1,P2)の各半サイクル
    の間に上記2個の電力入力端子(R,S)のうちいずれの
    端子がより長時間正極であったかを判別する区間極性判
    別手段と、上記2相の制御信号(P1,P2)と上記区間極
    性判別手段の判別信号の組み合わせにより上記第1及び
    第3の駆動手段または第2及び第4の駆動手段のいずれ
    かを選択的に駆動させる論理回路を有する交流−交流周
    波数変換装置。
JP58099175A 1983-06-02 1983-06-02 交流−交流周波数変換装置 Expired - Lifetime JPH0744833B2 (ja)

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