JPH09121555A - 単相インバータ装置とその制御方法 - Google Patents

単相インバータ装置とその制御方法

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JPH09121555A
JPH09121555A JP7279198A JP27919895A JPH09121555A JP H09121555 A JPH09121555 A JP H09121555A JP 7279198 A JP7279198 A JP 7279198A JP 27919895 A JP27919895 A JP 27919895A JP H09121555 A JPH09121555 A JP H09121555A
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JP
Japan
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phase
output
level
voltage
switching element
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JP7279198A
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English (en)
Inventor
Yoshinori Kawasaki
吉則 河▲崎▼
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Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 単相3レベル出力を得る単相方形波インバー
タを構成するスイッチング素子の数が8個と多くて、小
形化と低コスト化を難しくしている。 【解決手段】 3個の第1〜第3スイッチング素子S1
〜S3 を直列接続した第1スイッチング素子直列回路7
と、3個の第4〜第6スイッチング素子S4 〜S 6 を直
列接続した第2スイッチング素子直列回路8を直流電源
1に並列接続し、各スイッチング素子直列回路7、8の
素子接続中点からの単相2出力電圧V'1、V'2を出力変
圧器3で合成して最終的な出力電圧V'0を得る。単相2
出力電圧V'1 、V'2 は、零レベルと定格直流電圧Eの
2レベルの方形波で、この単相2出力電圧V'1 、V'2
の導通角θ、θ’と位相差φを所定に設定することで、
合成された変圧器出力電圧V'0を零レベルと定格直流電
圧Eとその2倍の2Eの3レベル方形波として、単相3
レベルインバータを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自励式無効電力補
償装置等に使用される単相インバータ装置で、詳しく
は、定格の直流電圧を交流変換する単相方形波インバー
タと出力用単相変圧器で構成される単相インバータ装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】自励式無効電力補償装置に使用される単
相インバータ装置は、定格の直流電圧を交流変換する単
相方形波インバータとその出力変圧器を備える。この単
相インバータ装置の単相方形波インバータは、4個のサ
イリスタ等のスイッチング素子をフルブリッジ接続した
構成が一般的であり、4個のスイッチング素子をオンオ
フ制御することで直流電圧を交流変換して、電圧レベル
が零レベルと定格直流電圧レベルの単相2レベルの交流
方形波を出力変圧器に出力する。
【0003】上記の単相2レベル出力の単相方形波イン
バータを備えた単相インバータ装置は、高調波歪による
損失低減化が難しい問題と共に、単相インバータ装置の
出力電圧レベルを上げて大容量化する程にスイッチング
素子に電圧定格の大きな大形で高価なものが必要である
問題があった。
【0004】そこで、容量の大きな単相インバータ装置
においては、4個のスイッチング素子からなる単相方形
波インバータの2台を多重化して、高調波歪の低減やス
イッチング素子の電圧定格の低減化を容易にした出力電
圧レベルが単相レベルの単相インバータ装置が賞用され
ている。このような単相インバータ装置は、直列単相2
重インバータと呼ばれ、その一例を図2に示し説明す
る。
【0005】図2に示される単相インバータ装置は、コ
ンバータ等の直流電源1と2台の第1、第2単相方形波
インバータ2a、2bと共通の出力変圧器3で構成され
る。各単相方形波インバータ2a、2bは、夫々に4個
のスイッチング素子S、…をフルブリッジ接続した構成
で、各々のスイッチング素子S、…の接続中点が出力変
圧器3の対応する二次巻線4a、4bに接続される。各
二次巻線4a、4bに1:1の巻数比で対応する出力変
圧器3の一次巻線5a、5bは直列に接続され、各一次
巻線5a、5bの端子出力電圧V1 、V2 を合成した単
相出力電圧V0が各一次巻線5a、5bの開放両端から
変圧器単相出力として取出される。
【0006】第1単相方形波インバータ2aのスイッチ
ング素子S、…をオン・オフ制御して出力変圧器3の二
次巻線4aに、直流電圧Eを交流変換した図3に示す単
相出力電圧V1 を出力する。一方、第2単相方形波イン
バータ2bのスイッチング素子S、…をオン・オフ制御
して出力変圧器3の二次巻線4bに、直流電圧Eを交流
変換した単相出力電圧V2 を出力する。ここで、単相2
出力の出力電圧V1 と出力電圧V2 に所定の位相差φを
持たせるように、各スイッチング素子S、…をオン・オ
フ制御すると、出力電圧V1 と出力電圧V2 を合成した
出力変圧器3の出力電圧V0 は、零レベルと直流電圧E
の定格レベルとその2倍の定格レベル2Eの単相3レベ
ルの方形波となって出力される。
【0007】以上の直列単相2重インバータ装置は、各
出力電圧V1 、V2 の導通角θ、θ’や位相差φを所定
値に設定することで、2n次や3n次等の高調波成分の
低減化が可能であることが分かっている。即ち、出力電
圧V0 に含まれる電圧n次高調波成分をVnとすると、
これはθ=θ’の場合に次式で表される。
【0008】Vn=(2√2/nπ)×2E×sin
(nθ/2)×cos(nφ/2) ここで、θ=θ’とすると2n次高調波成分が低減さ
れ、θ=θ’=120゜とすると3n次高調波成分が低
減され、φ=30゜とすると5n次高調波成分が低減さ
れることが分かっている。
【0009】また、図2の直列単相2重インバータ装置
においては、出力変圧器3の合成出力電圧V0 の定格が
各スイッチング素子S、…の電圧定格の2倍程度に設定
できて、スイッチング素子S、…の電圧定格の低減化、
スイッチング素子S、…の低コスト化が可能であり、更
に、スイッチング素子S、…の電圧定格を上げること無
く単相インバータ装置の大容量化が可能となる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上記のような大容量
化、高調波歪低減化に効果的な直列単相2重インバータ
装置は、車両等の大容量負荷を持つ電力系統の無効電力
補償装置のインバータとして好適であるが、4個のスイ
ッチング素子で構成された単相方形波インバータの2台
を使用するため、サイリスタ等のスイッチング素子を計
8個使用する必要がある。このようなスイッチング素子
の個々の電圧定格が小さくても、8個と多く使用する結
果、インバータ装置全体が複雑化、大形化して、インバ
ータ装置全体の低コスト化が難しい問題があった。
【0011】それ故に、本発明の目的とするところは、
単相3レベルインバータ装置の簡素化、低コスト化を実
現することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の上記目的を達成
する技術的手段は、夫々がスイッチング素子3個を直列
接続した一対の第1スイッチング素子直列回路及び第2
スイッチング素子直列回路を直流電源に並列接続し、こ
の一対の各スイッチング素子直列回路の夫々の接続中点
より取出された単相2出力を出力変圧器で合成して、3
レベルの電圧出力が可能な単相インバータ装置を構成し
たことにある。
【0013】ここで、上記単相インバータ装置の制御方
法としては、出力変圧器からの合成出力の電圧レベル
が、零レベルと一対の各スイッチング素子直列回路の直
列電源の定格電圧レベルとその定格電圧レベルの2倍の
電圧レベルの3レベルとなるように、第1スイッチング
素子直列回路と第2スイッチング素子直列回路の各スイ
ッチング素子をオン・オフ制御することが可能であり、
このように制御することで、スイッチング素子を6個と
少なくした単相3レベルインバータ装置が実現される。
【0014】
【発明の実施の形態】図1(A)に本発明の単相インバ
ータ装置の実施例を、図1(B)にその出力電圧波形を
示して、以下、説明する。尚、図1の図2及び図3と同
一、または、相当部分には同一符号を付して、説明は省
略する。
【0015】図1(A)の単相インバータ装置は、直流
電源1と単相2出力インバータ6と出力変圧器3で構成
される。単相2出力インバータ6は、3個の第1〜第3
スイッチング素子S1 〜S3 を直列接続した第1スイッ
チング素子直列回路7と、別の3個の第4〜第6スイッ
チング素子S4 〜S6 を直列接続した第2スイッチング
素子直列回路8を直流電源1に並列接続して構成され
る。出力変圧器3は、図2と同一構造のもので、第1ス
イッチング素子直列回路7と第2スイッチング素子直列
回路8からの単相2出力を合成して出力する。
【0016】即ち、第1スイッチング素子直列回路7の
第1スイッチング素子S1 と第2スイッチング素子S2
の接続中点と、第2スイッチング素子直列回路8の第4
スイッチング素子S4 と第5スイッチング素子S5 の接
続中点を出力変圧器3の一方の一次巻線4aに接続し
て、一次巻線4aに対応する二次巻線5aから単相1出
力の出力電圧V'1を得る。他方、第1スイッチング素子
直列回路7の第2スイッチング素子S2 と第3スイッチ
ング素子S3 の接続中点と、第2スイッチング素子直列
回路8の第5スイッチング素子S5 と第6スイッチング
素子S6 の接続中点を出力変圧器3の他の一次巻線4b
に接続して、一次巻線4bに対応する二次巻線5bから
単相1出力の出力電圧V'2を得る。この2つの出力電圧
V'1 、V' 2 を出力変圧器3で合成して最終的な出力電
圧V'0を得て、これを単相インバータ装置の出力とす
る。
【0017】図1(A)の単相インバータ装置において
は、6個のスイッチング素子S1 〜S6 を下記の表1の
ようにオン・オフ制御すれば、図1(B)に示すような
3レベルの出力電圧V'0が得られ、スイッチング素子数
を少なくした単相3レベルインバータ装置が実現され
る。
【0018】
【表1】 表1のように6個のスイッチング素子S1 〜S6 をオン
・オフ制御したときの出力変圧器3の単相2出力電圧
V'1 、V'2 は、零レベルと定格直流電圧Eの2レベル
の方形波となる。この単相2出力電圧V'1 、V'2 の導
通角θ、θ’と位相差φを図3の場合と同様に設定する
と、単相2出力電圧V'1 、V'2 を合成した変圧器出力
電圧V'0は、図3の出力電圧V0 と同様な零レベルと定
格直流電圧Eとその2倍の2Eの3レベルの方形波とな
る。
【0019】従って、図1の単相インバータ装置におい
ても、出力電圧V'0に含まれる電圧n次高調波成分Vn
は、 Vn=(2√2/nπ)×2E×sin(nθ/2)×
cos(nφ/2) で表される。この場合も、θ=θ’とすると2n次高調
波成分が低減され、θ=θ’=120゜とすると3n次
高調波成分が低減され、φ=36゜とすると5n次高調
波成分が低減される。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、単相3レベル出力を得
るインバータのスイッチング素子の数が6個と少なくで
き、このスイッチング素子の数の低減化で、高調波歪低
減効果とスイッチング素子電圧定格の低減効果に優れた
単相3レベルインバータ装置の小形化、低コスト化が可
能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)は本発明に係る単相インバータ装置の実
施例を示すブロック回路図、(B)は本発明に係る単相
インバータ装置の制御方法を説明するための出力電圧波
形図。
【図2】従来の直列単相2重インバータ装置のブロック
回路図。
【図3】図2装置の出力電圧波形図。
【符号の説明】
1 直流電源 3 出力変圧器 7 第1スイッチング素子直列回路 8 第2スイッチング素子直列回路 V'1、V'2 単相2出力電圧 V'0 出力電圧 S1〜S6 スイッチング素子

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 夫々がスイッチング素子3個を直列接続
    した一対の第1スイッチング素子直列回路及び第2スイ
    ッチング素子直列回路を直流電源に並列接続し、この一
    対の各スイッチング素子直列回路の夫々の接続中点より
    取出された単相2出力を出力変圧器で合成して出力する
    ことを特徴とする単相インバータ装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の単相インバータ装置の制
    御方法であって、出力変圧器からの合成出力の電圧レベ
    ルが、零レベルと一対の各スイッチング素子直列回路の
    直列電源の定格電圧レベルとその定格電圧レベルの2倍
    の電圧レベルの3レベルとなるように、第1スイッチン
    グ素子直列回路と第2スイッチング素子直列回路の各ス
    イッチング素子をオン・オフ制御するようにしたことを
    特徴とする単相インバータ装置の制御方法。
JP7279198A 1995-10-26 1995-10-26 単相インバータ装置とその制御方法 Withdrawn JPH09121555A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007274829A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 Railway Technical Res Inst 多重インバータの制御システム
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CN115995967A (zh) * 2023-02-23 2023-04-21 中国人民解放军空军军医大学 一种高振幅复合陡脉冲电路

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Effective date: 20030107