JPH11299252A - 出力電流合成回路および並列型インバータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】並列駆動される複数系統のインバータ回路の出
力電流を合成するにあたり、各インバータ回路の出力電
流のバランスが確保されるようになる出力電流合成回路
および並列型インバータ装置の提供。 【解決手段】商用電源等の交流電力から高周波といえる
交流電力を発生する、四系統のインバータ回路の出力電
流I1〜I4を合成するにあたり、リング状に形成された磁
性体のコア3413，3414，3423，3424を設け、これらの各
々に、第１の組のインバータ回路に接続された導線350
1，3502の一方を表側から挿通し、第２の組のインバー
タ回路に接続された導線3503，3504の一方を裏側から挿
通し、一対の導線を流れる電流を均衡させる差動トラン
スを複数形成し、インバータ回路１〜４の電流バランス
を確保する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、並列駆動可能とさ
れた偶数系統のインバータ回路の出力電流を合成する出
力電流合成回路、および、この出力電流合成回路を備え
た並列型インバータ装置に関する。

【０００２】

【背景技術】従来より、インダクタンス成分を有する誘
導電動機や誘導加熱装置等の誘導負荷の出力を容量制御
するにあたり、負荷に供給する交流電力の周波数が調節
可能となったインバータ装置が利用されている。インバ
ータ装置は、商用電源から供給される交流電力を、一
旦、順変換回路で直流電力に変換し、この直流電力をさ
らに逆変換回路で交流電力に変換することにより、所望
の周波数の交流電力が得られるようにしたものが一般的
である。このようなインバータ装置の最大出力は、主
に、逆変換回路に採用される電力制御用のスイッチング
素子の容量によって決定される。このため、スイッチン
グ素子の容量よりも、さらに大きな出力が必要な場合に
は、特開平９−１９１４９号等に示されるように、複数
系統のインバータ回路を並列接続した並列型のインバー
タ装置が利用されている。

【０００３】図６には、このような並列型インバータ装
置の一例が示されている。図において、インバータ装置
50は、メインインバータ回路51およびスレーブインバー
タ回路52の二系統を並列接続したものとなっている。イ
ンバータ回路51，52の各々には、交流電力を直流電力に
変換する順変換回路14と、この順変換回路14からの直流
電力を交流電力に変換する逆変換回路15とが設けられて
いる。インバータ回路51，52の各逆変換回路15は、その
出力が同期するように位相制御され、出力電圧の低下が
防止されている。また、インバータ回路51，52の各順変
換回路14は、能動素子であるサイリスタ16が整流素子と
して設けられたものであり、ゲートへの制御電圧を加え
るタイミングを変える、換言すれば、その制御角を０〜
πの範囲で変えることにより、その出力電圧が調節可能
となっている。そして、インバータ回路51，52の各出力
端子には、出力電力を負荷に供給する電力供給線である
ブスバー（母線）53，54が接続されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような並列型のイ
ンバータ装置50では、インバータ回路51，52の各々から
負荷までの電力供給線に存在するインダクタンスが、イ
ンバータ回路51，52の各々から出力される電流の大きさ
に影響を与え、各インバータ回路51，52に接続された電
力供給線の長さや周囲の環境の相違により、インバータ
回路51，52の各出力電流の大きさは相違してしまう。特
に、周波数が１００ｋHzを超えると、電力供給線の長さ
や周囲の環境の相違が僅かなものであっても、インバー
タ回路51，52の各出力電流の大きさが相違するので、ブ
スバー53，54の設計を工夫し、電力供給線のインダクタ
ンスの大きさを均一にしようとしても、一般的に電流バ
ランスを±２０％以内とするのが限界であり、電流バラ
ンスを確保するのが困難となるという問題がある。ま
た、二系統のインバータ回路51，52の逆変換回路15に設
けられる各回路素子には、直流抵抗分にばらつきがあ
り、双方の逆変換回路15の電圧降下V1，V2（図３参照）
も一致しないので、この点からも、インバータ回路51，
52の出力電流についてバランスを確保することが困難で
あるという問題がある。特に、電流型のインバータ装置
では、逆変換回路15の電圧降下V1，V2が相違すると、負
荷との関係で出力電流に大きな差が生じやすいうえ、出
力電流に差が生じると、長時間運転等の際に、インバー
タ回路51，52の負担が著しく相違してくるので、出力電
流についてバランスをとることは重要である。

【０００５】本発明の目的は、並列駆動される複数系統
のインバータ回路の出力電流を合成するにあたり、各イ
ンバータ回路の出力電流のバランスが確保されるように
なる出力電流合成回路および並列型インバータ装置を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の第１発明は、
は、交流電源から供給される交流電力を順変換回路で直
流電力に変換し、この順変換回路からの直流電力を逆変
換回路で交流電力に変換するとともに、偶数系統設けら
れているインバータ回路の出力電流を合成する出力電流
合成回路であって、前記偶数系統のインバータ回路が第
１の組および第２の組にそれぞれ同数ずつ組分けされ、
前記第１の組の一のインバータ回路の出力電流を導通す
る導線が表側から挿通されるとともに、前記第２の組の
一のインバータ回路の出力電流を導通する導線が裏側か
ら挿通されるリング状のコアが備えられ、このコアは、
挿通された前記導線内を流れる電流を合成するために磁
性体から形成され、かつ、前記第１の組の各インバータ
回路の出力電流と、前記第２の組の各インバータ回路の
出力電流とを、一つずつ総当たりで合成するのに必要な
数だけ設けられていることを特徴とする。

【０００７】このような本発明では、リング状に形成さ
れた磁性体のコアに一対のインバータ回路の導線を挿通
することにより、これらのインバータ回路の出力側が磁
気的に結合され、かつ、各インバータ回路の導線のコア
への挿通方向は、互いに逆向方となるため、これらの導
線およびコアが差動トランスを形成する。そして、イン
バータ回路の各出力電流の大きさが相違する場合には、
出力電流が大きい方に導線に対しては、前述の差動トラ
ンスが、電流の増大を抑制する抵抗として作用し、出力
電流が小さい方に導線に対しては、前述の差動トランス
が、電流を増大させる起電力を発生し、これにより、出
力電流が均一となり、コアで結合されたインバータ回路
同士の電流バランスが確保されるようになる。ここで、
複数系統のインバータ回路は、第１の組および第２の組
の二組に組分けされ、各組のインバータ回路は、他の組
のインバータ回路のそれぞれとコアで結合されているの
で、コアで結合されていない同じ組のインバータ回路同
士も、他の組のインバータ回路を介して相互に結合さ
れ、複数系統のインバータ回路全体の電流バランスが確
保されるようになる。しかも、リング状のコアに導線を
挿通するだけの簡単な構成となるので、出力電流合成回
路自体の耐久性に何ら問題が生じることがないうえ、電
流バランスが自動的に確保されるようになるので、各イ
ンバータ回路の負担が均一となり、インバータ装置の耐
久性が向上されるとともに、負荷に電力を供給する導線
であるブスバーのインダクタンスを厳密に均一にする必
要がなくなり、ブスバーの設計が容易となる。

【０００８】以上において、ｎを正の整数とすると、前
記インバータ回路を２ｎ系統設けた場合には、前記コア
をｎの二乗個設けることが好ましい。このようにすれ
ば、最少数のコアで、各組のインバータ回路を他の組の
インバータ回路のそれぞれと結合可能となり、出力電流
合成回路の簡略化が容易に図れるようになるうえ、コア
の数が最少数となることから、その磁気的損失が最低限
に抑制されるようになる。

【０００９】また、前記インバータ回路の出力は、高周
波といえる周波数の交流電力であることが望ましい。。
このように、周波数が１００ｋHzを超える高周波出力の
インバータ回路に適用すれば、コアに挿通された導線が
小さなインダクタンスしか備えていない場合でも、周波
数が高いので、大きなリアクタンスおよび誘導起電力が
得られ、コアの装着のみによって、充分な電流バランス
均一作用が得られるようになる。

【００１０】本発明の第２発明は、交流電源から供給さ
れる交流電力を順変換回路で直流電力に変換し、この順
変換回路からの直流電力を逆変換回路で交流電力に変換
するとともに、偶数系統設けられているインバータ回路
が並列駆動可能となっている並列型インバータ装置であ
って、前記複数のインバータ回路が第１の組および第２
の組にそれぞれ同数ずつ組分けされ、これらの第１の組
および第２の組に設けられた各インバータ回路の出力電
流を合成するための出力電流合成回路が設けられ、この
出力電流合成回路は、前記第１の組の一のインバータ回
路の出力電流を導通する導線が表側から挿通されるとと
もに、前記第２の組の一のインバータ回路の出力電流を
導通する導線が裏側から挿通されるリング状のコアを有
し、このコアは、挿通された前記導線内を流れる電流を
合成するために磁性体から形成され、かつ、前記第１の
組の各インバータ回路の出力電流と、前記第２の組の各
インバータ回路の出力電流とを、一つずつ総当たりで合
成するのに必要な数だけ設けられていることを特徴とす
る。

【００１１】このような本発明では、前述の出力電流合
成回路により、複数系統設けられたインバータ回路同士
の電流バランスが自動的に確保されるので、インバータ
回路の逆変換回路15に設けられる各回路素子は、直流抵
抗分等について、ばらつきが許容されるようになり、製
造時における部品管理が容易になるうえ、直流抵抗分等
のばらつきがあっても最大限の能力が引き出せるように
なるため、各回路素子や各回路を最大限に有効利用する
ことが図れるようになる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態を図
面に基づいて説明する。図１には、本実施形態に係るイ
ンバータ装置10が示されている。このインバータ装置10
は、三相交流電源から供給される交流電力を、誘導加熱
装置の駆動に必要な高周波電力に変換する電流型インバ
ータ装置であり、同一の回路構成を有する四系統のイン
バータ回路１〜４が並列接続されたものである。インバ
ータ回路１〜４は、入力側が交流電力である商用電源に
接続され、出力側が本発明に基づく出力電流合成回路30
を介して負荷である誘導加熱装置に接続されている。

【００１３】インバータ回路１〜４は、三相交流電力を
直流電力に変換する順変換回路14と、この順変換回路14
からの直流電力を交流電力に変換する逆変換回路15とが
設けられている。なお、インバータ回路２〜４の回路構
成は、インバータ回路１と同様であるため、図１におい
ては、図示が略されている。順変換回路14には、制御電
極であるゲートを備えた能動的な整流素子であるサイリ
スタ16と、このサイリスタ16が整流した脈動する直流電
力を平滑する平滑素子であるリアクトル17とが設けられ
ている。ここで、リアクトル17としては、そのインダク
タンスが比較的大きなものが採用されている。このよう
なリアクトル17を順変換回路14に設けることにより、イ
ンバータ回路１〜４は、出力インピーダンスの大きい電
流型インバータ回路となっている。ここで、インバータ
回路１〜４の各サイリスタ16は、動作時には、その出力
電圧が所定電圧となるように、かつ、双方の制御角が同
一となるように制御されるものとなっている。

【００１４】逆変換回路15には、その両端の電気的接続
を開閉するスイッチング素子である二つのＩＧＢＴ（In
sulated Gate Bipolar Transistor）18，19と、これら
のＩＧＢＴ18，19を保護するためのダイオード20とが設
けられている。このうち、ダイオード20は、一端が順変
換回路14の出力を受ける入力端子に順方向に接続され、
他端がＩＧＢＴ18のコレクタに接続されている。これに
より、逆変換回路15は、スイッチング素子部分の耐電圧
が向上されている。ＩＧＢＴ18のエミッタは、もう一つ
のＩＧＢＴ19のコレクタに接続され、ＩＧＢＴ19のエミ
ッタは、逆変換回路15の出力端子に接続されている。こ
れらのＩＧＢＴ18，19のゲートには、図示しない位相同
期ループ回路が送出する制御電圧信号が同時に入力され
るようになっている。位相同期ループ回路は、インバー
タ装置10から出力される交流電力の周波数が負荷の共振
周波数となるように制御するものである。なお、インバ
ータ回路１〜４の各々には、上述した順変換回路14およ
び逆変換回路15の他に、ブレーカ22、メインスイッチ23
およびヒューズ24が順変換回路14よりも電源側に接続さ
れている。

【００１５】出力電流合成回路30は、インバータ回路１
〜４の各々から出力される電流の大きさに大小がある場
合、大きな出力電流の一部を小さな出力電流に合成し、
自動的に出力電流のバランスがとれるようにしたもので
ある。ここで、四系統のインバータ回路１〜４は、イン
バータ回路１、２が第１の組に設定され、インバータ回
路３，４が第２の組に設定されている。このインバータ
回路１〜４の組み合わせに対応して、出力電流合成回路
30の一次側には、第１の組用の入力端子3101,3102と、
第２の組用の入力端子3201,3202とが設けられている。
そして、入力端子3101は、インバータ回路１の出力電流
I1を受け、入力端子3102は、インバータ回路２の出力電
流I2を受け、入力端子3201は、インバータ回路３の出力
電流I3を受け、入力端子3202は、インバータ回路４の出
力電流I4を受けるようになっている。また、出力電流合
成回路30の二次側には、出力電流合成回路30で合成され
たインバータ回路１〜４の出力電流を負荷へ送出するた
めの出力端子33が設けられている。

【００１６】このような出力電流合成回路30には、図２
に示されるように、第１の組のインバータ回路１，２お
よび第２の組のインバータ回路３，４の出力電流を合成
するために、フェライト等の強磁性体からなるリング状
のコア3413，3414，3423，3424が備えられている。コア
3413は、第１の組のインバータ回路１の出力電流I1を導
通する導線3501が表側から挿通されるとともに、第２の
組のインバータ回路３の出力電流I3を導通する導線3503
が裏側から挿通されたものである。コア3414は、第１の
組側の導線3501が表側から挿通されるとともに、第２の
組のインバータ回路４の出力電流I4を導通する導線3504
が裏側から挿通されたものである。コア3423は、第１の
組のインバータ回路２の出力電流I2を導通する導線3502
が表側から挿通されるとともに、第２の組側の導線3503
が裏側から挿通されたものである。コア3424は、第１の
組側の導線3502が表側から挿通されるとともに、第２の
組側の導線3504が裏側から挿通されたものである。ここ
で、コア3413，3414，3423，3424の総数は、第１の組の
インバータ回路１，２の出力電流I1, I2の各々と、第２
の組のインバータ回路３，４の出力電流I3, I4の各々と
を、一つずつ総当たりで合成するのに必要な数となって
いる。換言すれば、ｎを正の整数とすると、インバータ
回路１〜４が２ｎ系統設けられている場合には、コア34
13，3414，3423，3424がｎの二乗個設けられており、具
体的には、インバータ回路１〜４が四系統の場合には、
ｎ＝２となり、コア3413，3414，3423，3424は、４個設
けられている。なお、導線3501〜3504は、負荷へ電力を
導く母線であるブスバーを形成するものでもある。

【００１７】次に、本実施形態の出力電流合成回路30の
作用について説明する。インバータ回路１〜４からの出
力電流I1〜I4の各々は、導線3501〜3504の各々を通って
負荷へ導かれる。この際、出力電流I1〜I4の各々は、導
線3501〜3504の各周囲に磁界を発生させるので、リング
状に形成された磁性体のコア3413，3414，3423，3424の
内部に、第１の組側の導線3501，3502と、第２の組側の
導線3503，3504とでペアを組んで挿通すると、相互イン
ダクタンスが形成される。しかも、第１の組側の導線35
01，3502と、第２の組側の導線3503，3504との挿通方向
は、図３に示されるように、互いに逆向きであるので、
これらの導線3501〜3504およびコア3413，3414，3423，
3424の各々によって、四個の差動トランス3613，3614，
3623，3624が形成される。ここで、インバータ回路１〜
４の出力電流I1〜I4が均一でない、例えば、インバータ
回路１の出力電流I1が他の出力電流I2〜I4よりも大きく
なっていると、差動トランス3613，3614の作用により、
導線3501に対しては、出力電流I1を抑制する抵抗を発生
させるとともに、導線3503，3504の各々に対しては、各
出力電流I3, I4を増大させる起電力を発生させる。これ
により、出力電流I1,I3,I4の均衡が確保される。このと
き、出力電流I2と出力電流I3, I4の各々との大きさが相
違していると、差動トランス3623，3624の各々が、導線
3502〜3504の各々に対して作用し、出力電流I2,I3,I4の
均衡が確保され、これにより、出力電流I1〜I4が均一と
なって、その均衡が自動的に確保される。

【００１８】前述のような本実施形態によれば、次のよ
うな効果がある。すなわち、リング状に形成された磁性
体のコア3413，3414，3423，3424に、第１の組のインバ
ータ回路１，２の導線3501，3502を表側から挿通すると
ともに、第２の組のインバータ回路３，４の導線3503，
3504を裏側から挿通することにより、差動トランス361
3，3614，3623，3624を形成したので、各出力電流I1〜I
4の大きさが相違する場合には、差動トランス3613，361
4，3623，3624の各々が、導線3501〜3504のうち電流値
が大きいものに対しては、電流を抑える抵抗を発生さ
せ、電流値が小さいものに対しては、電流を増大させる
起電力を発生させるようになり、出力電流I1〜I4が均一
となり、インバータ回路１〜４の電流バランスを確保す
ることができる。

【００１９】また、リング状のコア3413，3414，3423，
3424に導線3501〜3504を挿通するだけの簡単な構成とし
たので、出力電流合成回路30自体の耐久性を確保するこ
とができるうえ、電流バランスが自動的に確保されるよ
うになることから、各インバータ回路１〜４の負担が均
一となり、インバータ装置10の耐久性を向上させること
ができるとともに、負荷に電力を供給する導線3501〜35
04からなるブスバーのインダクタンスを厳密に均一にす
る必要がなくなり、ブスバーの設計を容易に行うことが
できる。

【００２０】さらに、四系統のインバータ回路１〜４に
対し、四個のコア3413，3414，3423，3424を設けたの
で、最少数のコア3413，3414，3423，3424で、第１の組
のインバータ回路１，２を第２の組のインバータ回路
３，４のそれぞれと結合可能となり、出力電流合成回路
30の簡略化を容易に図ることができるうえ、コア3413，
3414，3423，3424の数が最少数となることから、その磁
気的損失を最低限に抑制することができる。

【００２１】また、インバータ回路１〜４の出力を、高
周波といえる周波数の交流電力としたので、コア3413，
3414，3423，3424に挿通された導線3501〜3504が小さな
インダクタンスしか備えていない場合でも、大きなリア
クタンスおよび誘導起電力が得られ、コア3413，3414，
3423，3424の装着のみによって、充分な電流バランス均
一作用を得ることができる。

【００２２】さらに、出力電流合成回路30により、四系
統設けられたインバータ回路１〜４の電流バランスが自
動的に確保されるようにしたので、インバータ回路１〜
４の各逆変換回路15に設けられる各回路素子は、直流抵
抗分等の特性について、ばらつきが許容されるようにな
り、製造時における部品管理を容易とできるうえ、特性
にばらつきがあっても、最大限の能力が引き出せるよう
になるため、インバータ回路１〜４を構成する各回路素
子および各回路を最大限に有効利用することができる。

【００２３】以上、本発明について好適な実施形態を挙
げて説明したが、本発明は、この実施形態に限られるも
のでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々
の改良並びに設計の変更が可能である。すなわち、イン
バータ装置に設けられるインバータ回路は、四系統に限
らず、二系統あるいは六系統以上でもよく、要するに、
インバータ回路の数は、偶数であればよい。ここで、イ
ンバータ回路を二系統設ける場合には、図４に示される
ように、コア34が一個設けられた出力電流合成回路30A
を採用すればよく、また、インバータ回路を６系統設け
る場合には、図５に示されるように、コア34が９個設け
られた出力電流合成回路30B を採用すればよく、要する
に、ｎを正の整数とすると、インバータ回路の系統数が
２ｎの場合には、コアをｎの二乗個設けた電流合成回路
を採用することができる。

【００２４】

【発明の効果】前述のように、本発明によれば、並列駆
動される複数系統のインバータ回路の出力電流を合成す
るにあたり、各インバータ回路の出力電流のバランスを
確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係る並列型インバータ
装置を示す単結線図である。

【図２】前記実施形態の出力電流合成回路を示す回路図
である。

【図３】図２の出力電流合成回路の等価回路を示す回路
図である。

【図４】本発明の変形例を示す回路図である。

【図５】本発明の別の変形例を示す回路図である。

【図６】従来例を示す単結線図である。

【符号の説明】

10 並列型インバータ装置 １〜４ インバータ回路 14 順変換回路 15 逆変換回路 30，30A, 30B 出力電流合成回路 3501〜3504 導線 34，3413，3414，3423，3424 コア

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流電源から供給される交流電力を順変換
   回路で直流電力に変換し、この順変換回路からの直流電
   力を逆変換回路で交流電力に変換するとともに、偶数系
   統設けられているインバータ回路の出力電流を合成する
   出力電流合成回路であって、 前記偶数系統のインバータ回路が第１の組および第２の
   組にそれぞれ同数ずつ組分けされ、 前記第１の組の一のインバータ回路の出力電流を導通す
   る導線が表側から挿通されるとともに、前記第２の組の
   一のインバータ回路の出力電流を導通する導線が裏側か
   ら挿通されるリング状のコアが備えられ、 このコアは、挿通された前記導線内を流れる電流を合成
   するために磁性体から形成され、かつ、前記第１の組の
   各インバータ回路の出力電流と、前記第２の組の各イン
   バータ回路の出力電流とを、一つずつ総当たりで合成す
   るのに必要な数だけ設けられていることを特徴とする出
   力電流合成回路。
2. 【請求項２】請求項１に記載の出力電流合成回路におい
   て、ｎを正の整数とすると、前記インバータ回路が２ｎ
   系統設けられ、前記コアがｎの二乗個設けられているこ
   とを特徴とする出力電流合成回路。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２に記載の出力電流
   合成回路において、前記インバータ回路の出力は、高周
   波といえる周波数の交流電力であることを特徴とする出
   力電流合成回路。
4. 【請求項４】交流電源から供給される交流電力を順変換
   回路で直流電力に変換し、この順変換回路からの直流電
   力を逆変換回路で交流電力に変換するとともに、偶数系
   統設けられているインバータ回路が並列駆動可能となっ
   ている並列型インバータ装置であって、 前記複数のインバータ回路が第１の組および第２の組に
   それぞれ同数ずつ組分けされ、 これらの第１の組および第２の組に設けられた各インバ
   ータ回路の出力電流を合成するための出力電流合成回路
   が設けられ、 この出力電流合成回路は、前記第１の組の一のインバー
   タ回路の出力電流を導通する導線が表側から挿通される
   とともに、前記第２の組の一のインバータ回路の出力電
   流を導通する導線が裏側から挿通されるリング状のコア
   を有し、 このコアは、挿通された前記導線内を流れる電流を合成
   するために磁性体から形成され、かつ、前記第１の組の
   各インバータ回路の出力電流と、前記第２の組の各イン
   バータ回路の出力電流とを、一つずつ総当たりで合成す
   るのに必要な数だけ設けられていることを特徴とする並
   列型インバータ装置。