JPH11206133A - 電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置

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JPH11206133A
JPH11206133A JP10005961A JP596198A JPH11206133A JP H11206133 A JPH11206133 A JP H11206133A JP 10005961 A JP10005961 A JP 10005961A JP 596198 A JP596198 A JP 596198A JP H11206133 A JPH11206133 A JP H11206133A
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JP
Japan
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power converter
voltage
output
phase
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Withdrawn
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JP10005961A
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English (en)
Inventor
Naonobu Shinoda
尚信 篠田
Osamu Kawabata
理 川畑
Mitsuyuki Nonaka
光之 野中
Hirohisa Yoshida
博久 吉田
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】インバータ回路を構成する半導体素子の損失を
小さくすると共に、負荷急変時の電流増加を小さくする
ことにある。 【解決手段】交流出力を直流に変換する整流回路3より
出力される直流電流がリアクトル4により平滑して与え
られ、その直流電流を半導体素子からなるスイッチング
素子のオン、オフ制御により120 °通電方形波状の交流
電流に変換して負荷に主電流を供給するインバータ回路
5から構成された電流形電力変換器2と、この電流形電
力変換器2の交流出力端にリアクトル8を介して接続さ
れ、入力側のコンデンサ12より得られる直流電圧を半導
体素子からなるスイッチング素子のオン、オフ制御によ
り交流電圧に変換して電流形電力変換器2より負荷に供
給される電流が正弦波になるように制御する電圧形電力
変換器9とを備え、電流形電力変換器2の出力電流相を
電圧形電力変換器9の相間電圧により切替える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電動機を駆動する
電力変換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図5は従来の電力変換装置を用いた電動
機駆動システムの主回路構成例を示すものである。この
電力変換装置は、図5に示すように交流電源51の交流
出力を整流回路52により直流に変換し、その直流出力
電圧をコンデンサ回路53で平滑してインバータ回路5
4に加え、このインバータ回路54で3相交流電圧に変
換して誘導電動機56を駆動するようにしている。
【0003】ここで、インバータ回路54は半導体素子
を用いたスイッチング素子55によって構成され、図6
に示すようにインバータ回路54の出力電圧が正弦波を
近似するようにパルス幅変調された出力電圧を出力す
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような構
成の電力変換装置では、誘導電動機56の電流を正弦波
に近付けるためにはインバータ回路54を構成する半導
体素子からなるスイッチング素子のスイッチング回数を
大きくする必要があり、半導体素子のスイッチングによ
る損失が大きく、半導体素子の冷却や効率低下が問題と
なる。
【0005】また、急激な負荷変動によりインバータ回
路54の出力電流が急激に増加して半導体素子からなる
スイッチング素子55に過大な電流が流れると半導体素
子が破損する可能性があり、電力変換装置としての信頼
性の向上が問題となる。
【0006】本発明は上記のような問題点を解消すべく
なされたもので、インバータ回路を構成する半導体素子
の損失を小さくすると共に、負荷急変時の電流増加も小
さくできる電力変換装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような手段により電力変換装置を構成
するものである。請求項1に対応する発明は、直流電流
を120°通電方形波状の交流電流に変換して負荷に主
電流を供給する電流形電力変換器と、この電流形電力変
換器の交流出力端にリアクトルを介して接続され、前記
電流形電力変換器より負荷に供給される電流が正弦波に
なるように制御する電圧形電力変換器とを備える。
【0008】請求項2に対応する発明は、請求項1に対
応する発明の電力変換装置において、前記電流形電力変
換器の出力電流相は前記電圧形電力変換器の相間電圧に
より切替えるものである。
【0009】請求項3に対応する発明は、交流出力を直
流に変換する整流回路、この整流回路より出力される直
流電流がリアクトルにより平滑して与えられ、その直流
電流を半導体素子からなるスイッチング素子のオン、オ
フ制御により120°通電方形波状の交流電流に変換し
て負荷に主電流を供給するインバータ回路から構成され
た電流形電力変換器と、この電流形電力変換器の交流出
力端にリアクトルを介して接続され、入力側に設けられ
たコンデンサより得られる直流電圧を半導体素子からな
るスイッチング素子のオン、オフ制御により交流電圧に
変換して前記電流形電力変換器より負荷に供給される電
流が正弦波になるように制御する電圧形電力変換器とを
備え、前記電流形電力変換器の出力電流相を前記電圧形
電力変換器の相間電圧により切替えるものである。
【0010】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図1は本発明による電力変換装置を
3相交流誘導電動機駆動システムに適用した主回路構成
例を示すものである。
【0011】図1において、2は電流形変換器で、この
電流形変換器2は交流電源1の交流出力を直流に変換す
るサイリスタ整流回路3、このサイリスタ整流回路3の
出力電流を平滑するリアクトル4、このリアクトル4に
より平滑された直流電流が与えられ、半導体素子を用い
たスイッチング素子6を3相各相に対応させてブリッジ
接続したインバータ回路5から構成され、このインバー
タ回路5により変換された3相交流電流は誘導電動機7
に供給される。
【0012】また、9は電圧形電力変換器で、この電圧
形電力変換器9は交流電源14の交流を直流に変換する
回生可能な整流回路(例えばサイリスタ整流回路)1
3、この整流回路13の出力側に設けられたコンデンサ
12、このコンデンサ12の両出力端の電圧が加えら
れ、直流電圧を交流電圧に変換する半導体素子からなる
スイッチング素子11を3相各相に対応させてブリッジ
接続したインバータ回路10から構成されている。
【0013】また、かかる電圧形電力変換器9の3相出
力端はリアクトル8を介して電流形電力変換器2の3相
出力回路に並列に接続される。一方、15は電流形電力
変換器2のサイリスタ整流回路3及びインバータ回路
5、電圧形電力変換器9の回生可能な整流回路13及び
インバータ回路10をそれぞれ制御する制御回路であ
る。即ち、この制御回路15はサイリスタ整流回路3の
電圧制御、インバータ回路5のスイッチング制御、イン
バータ回路6のスイッチング制御、回生可能な整流回路
13の制御によるコンデンサ12の電圧制御をそれぞれ
行うものである。
【0014】次に上記のように構成された電力変換装置
の作用について述べる。電流形電力変換器2において、
交流電源1の交流出力がサイリスタ整流回路3により直
流に変換され、リアクトル4により直流電流を平滑して
インバータ回路5に入力される。このインバータ回路5
では図2(a)に示すような120°通電方形波状の3
相交流電流に変換する。
【0015】いま、制御回路15により誘導電動機7の
制御指令に従ってインバータ回路5の各スイッチング素
子6がオン/オフ制御されると、誘導電動機7に主電流
を供給する電流形電力変換器2の出力電流周波数や位相
が制御されると共に、電流形電力変換器2の出力電流の
大きさがサイリスタ整流回路3の出力電圧の変化によっ
て制御される。
【0016】また、電圧形電力変換器9において、イン
バータ回路10はその入力側に存するコンデンサ12に
よって平滑された直流電圧を3相交流電圧に変換する。
この場合、回生可能な整流回路13はコンデンサ12の
電圧がある値で一定になるように制御される。
【0017】この電圧形電力変換器9の3相出力電圧
は、誘導電動機7の各相の電流波形が図2(c)に示す
ような正弦波となるようにインバータ回路10の各スイ
ッチング素子11のオン/オフにより制御され、その出
力電流は図2(b)に示すような波形となる。
【0018】ところで、上記のような電流形電力変換器
2及び電圧形電力変換器9の制御において、電圧形電力
変換器9は電流形電力変換器2の出力電流相の切替期間
に出力電流相を切替える向きに相間電圧を出力し、これ
により電流形電力変換器2の出力電流相の切替が行われ
る。
【0019】ここで、図3及び図4により例えばインバ
ータ5のスイッチング素子6aからスイッチング素子6
bへ出力相を切替える場合を詳細に説明する。いま、出
力相切替前のインバータ回路5への入力電流idcと、
インバータ回路10への入力電圧vdcが一定状態にあ
るものとする。
【0020】また、このときスイッチング素子6aがオ
ン、スイッチング素子6bがオフ、スイッチング素子1
1a、11bが共にオフ状態にあるものとすれば、スイ
ッチング素子6aを通して流れる電流がii1=id
c、スイッチング素子6bを通して流れる電流がii2
=0、スイッチング素子11a,11b側の出力電流は
iv1=iv2=0であり、誘導電動機7に供給される
電流はim1=idc、im2=0となっている。
【0021】このような状態にあるとき図4のt1時点
で、スイッチング素子6a,6b,11a,11bのオ
ンにより出力電流相の切替が開始されると、インバータ
回路10より相間電圧v12=vdcが出力され、iv
1は増加し、iv2は減少(負の方向に増加)する。
【0022】このとき、誘導電動機7は大きなインダク
タンス成分を持つため、切替期間中にim1,im2は
変化せず、インバータ回路10より入力される相間電圧
v12によりスイッチング素子6aを通して流れる電流
ii1が減少し、スイッチング素子6bを通して流れる
電流ii2が増加する。
【0023】やがて、t2時点でスイッチング素子6a
を通して流れる電流がii1=0、スイッチング素子6
bを通して流れる電流がii2=idcになると、各部
の電流の増減が停止し、このときスイッチング素子6a
の逆阻止(整流)特性によりスイッチング素子6aがオ
フとなり、インバータ回路5の出力相の切替が終了す
る。
【0024】このように本発明の実施の形態では、イン
バータ回路5を構成する半導体素子からなるスイッチン
グ素子6を制御して120°通電の電流形電力変換器2
により誘導電動機7にエネルギーを供給し、しかも電流
の切替はスイッチング素子による強制電流遮断は行わず
に、電圧形電力変換器9の相間電圧によって行うように
したので、スイッチング素子6のスイッチングによる損
失を小さくすることができる。
【0025】また、電流形電力変換器2のインバータ回
路5の入力側の直流部にはリアクトル4が設けられてい
るので、急激な負荷変動時もインバータ回路5に流れる
電流の変動を小さく抑制することができる。
【0026】さらに、電圧形電力変換器9は主として誘
導電動機7の電流を正弦波にするため、電流形電力変換
器2の出力電流の高調波を補償する電流を出力するの
で、電力変換装置の定格に対して出力電流が小さく、イ
ンバータ回路10を構成する半導体素子からなるスイッ
チング素子11の損失を小さくすることができる。ま
た、インバータ回路10の出力端はリアクトル8を介し
て誘導電動機7に接続され、しかも出力電流制御されて
いるので、急激な負荷変動時もインバータ回路10に過
大な電流が流れるようなことがない。
【0027】なお、上記実施の形態では電圧形電力変換
器10として交流電源14の交流出力を直流に変換する
回生可能な整流回路(例えばサイリスタ整流回路)1
3、この整流回路13より出力される直流電圧を平滑す
るコンデンサ12及びこのコンデンサ12の両端子間よ
り得られる一定電圧が入力されるインバータ回路10に
より構成する場合について述べたが、コンデンサ12よ
り一定の電圧が得られるものであれば、交流電源14及
び整流回路13を設けなくても良い。
【0028】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、イン
バータ回路を構成する半導体素子の損失を小さくすると
共に、負荷急変時の電流増加も小さくできる電力変換装
置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による電力変換装置を3相交流誘導電動
機駆動システムに適用した実施の形態を示す主回路構成
図。
【図2】同実施の形態おいて、電流形電力変換器及び電
圧形電力変換器の出力電流波形並びに電動機の電流波形
を示す図。
【図3】同実施の形態において、電流出力相切替時の作
用を説明するための回路図。
【図4】図3の回路において、電流出力相切替時の各部
の電流波形図。
【図5】従来の電力変換装置を用いた電動機駆動システ
ムの一例を示す主回路構成図。
【図6】図5に示すインバータ回路より出力されるパル
ス幅変調された電圧波形図。
【符号の説明】
1,14……交流電源 2……電流形変換器 3……サイリスタ整流回路 4……リアクトル 5……インバータ回路 6,6a,6b……スイッチング素子 7……電動機 8,8a,8b……リアクトル 9……電圧形電力変換器 10……インバータ 11,11a,11b……スイッチング素子 12……コンデンサ 13……回生可能な整流回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 博久 長崎県長崎市深堀町五丁目717番1号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流電流を120°通電方形波状の交流
    電流に変換して負荷に主電流を供給する電流形電力変換
    器と、この電流形電力変換器の交流出力端にリアクトル
    を介して接続され、前記電流形電力変換器より負荷に供
    給される電流が正弦波になるように制御する電圧形電力
    変換器とを備えたことを特徴とする電力変換装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の電力変換装置において、
    前記電流形電力変換器の出力電流相は前記電圧形電力変
    換器の相間電圧により切替えるようにしたことを特徴と
    する電力変換装置。
  3. 【請求項3】 交流出力を直流に変換する整流回路、こ
    の整流回路より出力される直流電流がリアクトルにより
    平滑して与えられ、その直流電流を半導体素子からなる
    スイッチング素子のオン、オフ制御により120°通電
    方形波状の交流電流に変換して負荷に主電流を供給する
    インバータ回路から構成された電流形電力変換器と、こ
    の電流形電力変換器の交流出力端にリアクトルを介して
    接続され、入力側に設けられたコンデンサより得られる
    直流電圧を半導体素子からなるスイッチング素子のオ
    ン、オフ制御により交流電圧に変換して前記電流形電力
    変換器より負荷に供給される電流が正弦波になるように
    制御する電圧形電力変換器とを備え、前記電流形電力変
    換器の出力電流相を前記電圧形電力変換器の相間電圧に
    より切替えるようにしたことを特徴とする電力変換装
    置。
JP10005961A 1998-01-14 1998-01-14 電力変換装置 Withdrawn JPH11206133A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013078231A (ja) * 2011-09-30 2013-04-25 Panasonic Corp 電流制御システム、電流制御装置、及び電流制御方法
EP3024133A1 (en) 2014-11-24 2016-05-25 Broadband Power Solutions DC-to-AC power converter

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Effective date: 20050405