JPH0777486B2 - 多重電圧型インバータ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、多重電圧型インバータ装置に関し、特に複
数の単位インバータを多重接続して正弦波に近い制御交
流電圧を得るようにした多重電圧型インバータ装置に関
するものである。

［従来の技術］ 近年、省エネルギーなどを目的とした交流可変速装置の
普及にともない、交流可変速駆動用の電源の必要性が高
まっている。

特に、インバータ装置（周波数変換装置）は、この要請
に応えるもので、入力交流電源を所望の周波数の電圧、
あるいは電流に変換して負荷側のモータなどに供給する
ものである。例えば、送風機の試験用電源などに用いら
れ、一定の範囲における周波数の可変速運転を行うこと
ができる。

そして、単位インバータが出力する方形波交流を、でき
るだけ交流電源の正弦波に近づけるため手段として、イ
ンバータの多重化がある。このインバータの多重化は、
複数の単位インバータを直列的に多重接続して、各単位
インバータの出力に位相差をつけ、これらの波形を結合
させることにより、高調波を除去するとともに、方形波
交流を正弦波に近い階段波交流にするものである。

第３図は、従来の多重電圧型インバータ装置の回路図を
示したものである。第３図において、（１）は入力交流
電源、（２），（12）は入力変圧器である。そして、
（３），（13）は所定の直流電圧を得る制御整流器、
（４），（14）は平滑リアクトル、（５），（15）は平
滑コンデンサで、これらによってコンバータ部が形成さ
れる。（７），（17）は直流電圧から所定の周波数およ
び電圧を持った出力を得るインバータ部、（８），（1
8）は２台のインバータ部の出力を結合する出力変圧
器、（９）は負荷の誘導電動機、（10），（20）はイン
バータ保護ヒューズである。また、第４図は、出力変圧
器の巻線の一例を示す回路図である。

次にその動作について説明する。多重電圧型インバータ
装置は、第３図に示すように、制御整流器（３），（1
3）、平滑回路の平滑リアクトル（４），（14）および
平滑コンデンサ（５），（15）からなるコンバータ部
と、インバータ部（７），（17）とで単位インバータが
構成されている。

この単位インバータは、まず、入力交流電源（１）から
入力した交流電圧を入力変圧器（２）で所定の電圧に変
圧し、サイリスタなどで構成された制御整流器（３）で
直流に変換する。そして、平滑リアクトル（４）および
平滑コンデンサ（５）により、整流されたリップルを含
む直流波形を平滑化する。このように、コンバータ部で
平滑化された直流電圧は、直流回路を通ってインバータ
部（７）に入力され、所望の方形波交流に制御されて出
力変圧器（８）に出力される。

このような単位インバータを複数台多重接続して、各イ
ンバータ部（７），（17）から位相のずれた方形波交流
を出力し、これらを結合すれば、正弦波に近い制御され
た階段波交流を得ることができる。

そして、第３図に示す平滑コンデンサ（５），（15）に
直列に接続されたインバータ保護ヒューズ（10），（2
0）は、事故電流が発生した場合に溶断して、インバー
タ部（７），（17）を保護する役目をする。

次に、従来の多重電圧型インバータ装置における、各単
位インバータの出力を結合する出力変圧器について説明
する。第４図に示すように、２台の単位インバータの出
力変圧器（８），（18）の負荷側には、誘導電動機
（９）が接続され、負荷側巻線の巻数は、 の関係で巻いてある（図中の点「・」は巻線の巻き始め
を示す）。このため、２台のユニットインバータの位相
を30゜ずらして運転することにより、５次、７次等の高
調波を除去することが可能である。

また、２台の出力変圧器（８），（18）の負荷側巻線同
士は、直列に接続されており、さらに負荷側巻線とイン
バータ部側巻線とが同じ巻数で巻いてある。このため、
２台のインバータ部側の巻線を流れる電流、ひいてはイ
ンバータ部（７），（17）を流れる電流のバランスが自
動的にとれるようになり、２台の単位インバータはそれ
ぞれ50％の容量を負担すればよい。その結果、インバー
タ保護ヒューズ（９），（19）も小容量のものでよく、
インバータ部（７），（17）を構成するサイリスタとの
保護協調が容易となる。

これに対して、単位インバータの直流回路同士が結合し
た多重電圧型インバータ装置を考えると、事故電流が発
生した場合、直流回路の結合により、事故電流が２個の
インバータ保護ヒューズ（10），（20）を通って流れる
ため、回路内のサイリスタなどの素子に所定電圧レベル
以上の電圧、すなわち過電圧がかかってしまい、保護協
調が困難となる。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の多重電圧型インバータ装置は、上記したように、
単位インバータの直流回路を分離させて構成している。
このため、個々の単位インバータが負担する電圧容量が
小さくて済み、インバータ保護ヒューズとインバータ部
を構成するサイリスタと保護協調がとりやすくなる利点
がある。

しかし、この反面、一方のインバータ部内でアーム短絡
を起こした場合には、電動機の逆起電力が健全なインバ
ータ部に印加される。このインバータ部に印加される直
流電圧は、定常時の２倍にもなる。このため、従来はこ
の過電圧発生時にも耐えられるように、インバータ部に
用いるサイリスタなどの回路素子に高耐圧型のものを使
用しなければならず、信頼性が低下するとともに、装置
自体が高価になってしまうという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解消することを課題
としてなされたもので、インバータ部でアーム短絡が生
じてもインバータ部に過電圧が印加されないようにする
ことにより、信頼性の高い、安価な低耐圧型の素子が使
用できる多重電圧型インバータ装置を提供することを目
的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る多重電圧型インバータ装置は、入力交流
電圧を整流して平滑化された直流電圧に変換するコンバ
ータ部と、該コンバータ部で変換された直流電圧を交流
可変電圧に変換するインバータ部とを有する単位インバ
ータを複数台直列的に多重接続するとともに各インバー
タ部それぞれに事故電流から保護する手段を設け、各単
位インバータの出力を出力変圧器で結合して運転する多
重電圧型インバータ装置において、前記各単位インバー
タのコンバータ部とインバータ部とで構成される直流回
路の正側からそれぞれダイオードと、電圧を消費して電
圧降下させる抵抗と、回路の断続を行うサイリスタスイ
ッチとを介し、直流回路の負側に接続したインバータ保
護回路と、そのインバータ保護回路のサイリスタスイッ
チを点弧させるサイリスタ点弧回路と、前記直流回路に
発生した所定電圧レベル以上の過電圧を検出し、前記サ
イリスタ点弧回路をオン動作させる過電圧検出回路と、
前記各直流回路の負側同士を接続する帰路とを備えたこ
とを特徴とする。

［作用］ この発明に係る多重電圧型インバータ装置においては、
インバータのアーム短絡などに起因して発生する過電圧
を過電圧検出回路で検出すると、サイリスタを点弧させ
て直流回路に設けられたインバータ保護回路を作動し、
抵抗を介して過電圧が消費されることにより、直流回路
に過電圧が発生してもインバータ部に高電圧がかからな
いようにすることできる。このため、装置の信頼性が向
上し、インバータ部などを構成する素子に、従来のよう
に高価な高耐圧型のものを用いる必要がなくなり、安価
な装置とすることができた。

［実施例］ 以下図面に基づいて、この発明に係る多重電圧型インバ
ータ装置の好適な実施例について説明する。

第１図はこの発明の一実施例を示す回路構成図である。
ここで、第３図に示した従来例と同一の部材について
は、同一の符号を付し、重複説明を省略する。

ここで、本発明に係る実施例の過電圧を抑制する原理を
第２図のアーム短絡発生時の等価回路を用いて説明す
る。第２図において、（30）は第１図における抵抗（2
3）を交流側の値に変換した抵抗で、（31）は変圧器の
インピーダンス、（32）は誘導電動機のインピーダンス
であり、（33）は電動機逆起電力源を示したものであ
る。

例えば、インバータ部でアーム短絡が発生した場合、他
のインバータ部に印加される逆起電力は、第２図の原理
図に見られるように、電動機逆起電力源（33）から発生
する。しかし、発生した過電圧は、抵抗（30）と変圧器
のインピーダンス（31）と誘導電動機のインピーダンス
（32）によって分圧されるため、インバータ部に高電圧
が印加されるのを防止することができる。

第１図に示す実施例の特徴的な構成を以下説明する。こ
の実施例の多重電圧型インバータ装置は、単位インバー
タの直流回路に過電圧検出回路（６），（16）を備え、
直流回路に所定電圧レベル以上の電圧が発生すると、こ
れを過電圧として検出する。この所定電レベルは、回路
に用いる素子の耐圧特性に応じて適宜変更することがで
きる。

前記過電圧検出回路（６）が過電圧を検出すると、サイ
リスタ点弧回路（22）に信号を送ってサイリスタスイッ
チ（21）を点弧（ターンオン）させ、インバータ保護回
路を作動させる。直流回路に発生した過電圧は、インバ
ータ保護回路の作動によってインバータ保護回路内を流
れるようになる。

すなわち、直流回路の正側に発生した過電圧は、逆流防
止用のダイオード（24），（25）を介して、抵抗（23）
を通過すると、ここで過電圧が消費されて電圧が降下す
る。そして、降下した直流電圧は、サイリスタスイッチ
（21）を通って直流回路の負側に流れ、帰路（11）を経
て他の単位インバータに流れるようにしてある。

この実施例では、過電圧を消費して電圧を降下させる抵
抗（23）に放電抵抗を好ましく用いている。

次に、この実施例における動作について説明する。この
実施例において、例えば第１図のインバータ（７）がア
ーム短絡を起こした場合、直ちにインバータ保護ヒュー
ズ（10）が溶断してインバータ（７）を保護する。そし
て、これに続いて発生する誘導電動機の逆起電力である
事故電流は、次の経路で流れる。

つまり、誘導電動機（９）から出力変圧器（８）を経て
インバータ部（７）へ入り、再び出力変圧器（８）を経
て出力変圧器（18）からインバータ部（17）に入る。そ
して、インバータ保護ヒューズ（20）を通って平滑コン
デンサ（15）からインバータ部（17）へ戻り、出力変圧
器（18）および出力変圧器（８）を経て誘導電動機
（９）に戻る。

この電流の流れによって、平滑コンデンサ（15）は充電
されてゆき、高電圧が直流回路に発生する。この場合、
従来の装置では、インバータ部（17）に使われているサ
イリスタなどの素子耐圧を越えると素子が破壊されるた
め、高耐圧型の素子が用いられていた。

しかし、この実施例では、使用する素子の耐圧以下の所
定電圧レベル値に過電圧検出回路（16）を設定してお
き、この値を越えた場合に過電圧として検出する。過電
圧検出回路（16）で過電圧を検出すると、サイリスタ点
弧回路（22）に信号を送って、サイリスタスイッチ（2
1）を点弧する。サイリスタスイッチ（21）の点弧によ
り、インバータ保護回路が作動し、平滑コンデンサ（1
5）に充電された高電圧が、ダイオード（25）を介して
抵抗（23）に入る。抵抗（23）は、高電圧を放電によっ
て消費し、電圧を降下させる。この時、ダイオード（2
4）は、高電圧がインバータ部（７）へ流れ込むのを防
止している。そして、低電圧になった直流電圧は、サイ
リスタスイッチ（21）を経て直流回路の負側に流れて元
に戻る。

このように、アーム短絡などにより直流回路に発生する
高電圧は、この実施例のインバータ保護回路の抵抗（2
3）や変圧器のインピーダンスおよび誘導電動機のイン
ピーダンスなどによって、素子耐圧以下に降下するよう
にしたため、安価な低耐圧型の素子を用いることがで
き、信頼性が向上した。

上記の実施例では、インバータ（７）がアーム短絡を起
こした場合について述べたが、他方のインバータ（17）
がアーム短絡を起こした場合は、平滑コンデンサ（５）
に充電されていって所定電圧レベル以上になると、過電
圧検出回路（６）が働いてインバータ保護回路が作動
し、ダイオード（24）を介して上記実施例と同様に直流
回路に発生した過電圧を抵抗（23）が消費して低電圧に
変える。この場合、インバータ部（17）がアーム短絡を
起こしているため、帰路（11）を経ることによって元に
戻ることができる。

また、この実施例で使用する抵抗（23）は、分圧の結果
発生する電圧が、インバータ部に使用されているサイリ
スタの耐圧以下になるようなものを選定する。実際に
は、誘導電動機の逆起電力は速やかに減衰するため、こ
こで用いる抵抗は小型のもので足りる。

なお、上記実施例では、２台の単位インバータで構成さ
れる場合について示したが、これに限定されるものでは
なく、それ以上の任意の台数の単位インバータで構成さ
れるものであってよい。

また、本実施例では、２台の単位インバータを１つの低
抵抗（23）と１つのサイリスタスイッチ（21）とで兼用
させたが、各単位インバータごとにそれぞれ専用の低抵
抗とサイリスタスイッチとを用いて構成することもでき
る。この場合も、上記実施例と同様の効果が得られる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明に係る多重電圧型インバー
タ装置は、アーム短絡発生時に直流回路に発生する高電
圧をインバータ保護回路によって減衰させる構成を採用
したので、装置が安価にでき、信頼性の高いものが得ら
れるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る多重電圧型インバータ装置の一
実施例を示す回路構成図、第２図は過電圧抑制の原理説
明図、第３図は従来の多重電圧型インバータ装置の回路
構成図、第４図は多重電圧型インバータ装置の出力変圧
器の巻線の一例を示す回路図である。 第１図において、（１）は入力交流電源、（11）は帰
路、（２），（12）は入力変圧器、（３），（13）は制
御整流器、（４），（14）は平滑リアクトル、（５），
（15）は平滑コンデンサ、（６），（16）は過電圧検出
回路、（７），（17）はインバータ、（８），（18）は
出力変圧器、（９）は誘導電動機、（10），（20）はイ
ンバータ保護ヒューズ、（21）はサイリスタスイッチ、
（22）はサイリスタ点弧回路、（23）は抵抗、（24），
（25）はダイオード。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力交流電圧を整流して平滑化された直流
   電圧に変換するコンバータ部と、該コンバータ部で変換
   された直流電圧を交流可変電圧に変換するインバータ部
   とを有する単位インバータを複数台直列的に多重接続す
   るとももに各インバータ部それぞれに事故電流から保護
   する手段を設け、各単位インバータの出力を出力変圧器
   で結合して運転する多重電圧型インバータ装置におい
   て、 前記各単位インバータのコンバータ部とインバータ部と
   で構成される直流回路の正側からそれぞれダイオード
   と、電圧を消費して電圧降下させる抵抗と、回路の断続
   を行うサイリスタスイッチとを介し、前記直流回路の負
   側に接続したインバータ保護回路と、 前記インバータ保護回路のサイリスタスイッチを点弧さ
   せるサイリスタ点弧回路と、 前記直流回路に発生した所定電圧レベル以上の過電圧を
   検出し、前記サイリスタ点弧回路をオン動作させる過電
   圧検出回路と、 前記各直流回路の負側同士を接続する帰路とを備えたこ
   とを特徴とする多重電圧型インバータ装置。