JPS59185174A

JPS59185174A - 交流電源用インバ−タ出力回路

Info

Publication number: JPS59185174A
Application number: JP58058343A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Fukuzumi; 福積　正信
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-04-01
Filing date: 1983-04-01
Publication date: 1984-10-20

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】木発り」は、主として誘導モーフ、回Ｍ七−夕、ステン
ビングモーク等、交流量１の轍の用変速制カ１１シて用
いらノ１．るもので、そのほかに太陽１１丸池の起′屯
カケ又流電源に父喚する場合寄にも用いられる交流電源
用インバータ出力回路に関する。

従来から一般的に知られている交流電源用インバータで
電圧形インバータとしては、■常時一定の大きびの直流
電源電圧を保っておいてインパーク回路で交流電圧の大
きさと運転同波数を制御する、詳しくは、／周期の同に
スイッチングを繰返して、複数個の矩形波螺圧の平均値
が正弦波電圧となるように制御−するＰＷＭ（パルス１
ｌＩＰ変調）インバータ、＠複数個のインバータの出力
側にトランスを直列接続の状態で設けて、複数のインバ
ータの相差運転により発生される階段波形を合成して近
似的な正弦波電圧となるようＱてする多量電圧形インバ
ータ、が在るが、前者り）のインパークにおいては、直
流電源として、略出力交流電圧の尖頭ｌ１ｌｋに等しい
電圧′電源が必要となり、それに伴ないスイッチング素
子としても、例えばＧＴＲのような高耐圧のものの使用
が必要となる。　また、出力交流の周波数よりもはるか
に高い高周波でスイッチングするために退席スイッチン
グ損失が発生し７こリ、スイッチング素子やｌｒＵ辺回
路に高速動作が要求されるたゼ〕、装置１ｑ全体が篩価
になると共ｅこ、機械的に振１１νＪして、１Ｍケ兄生
させたり、電気的な雑音が大きく、かつ、ＩＹＩＩ調波
成分により、交流機器で渦電流損を発生し、効率が悪く
なるという欠点がある。　更に、発生交流電源の周波数
を１′ＡＪ＜シて汎用性を高めるためにはスイッチング
１１１波数を更に高くしなければならず高周波化、汎用
化にも自ずと限界があつ之。

一方後者＠のものに於ては、複数のインノ々−タ及びそ
れと同数のトランスを必要とし、また、人々の出力′重
圧てトランスで合成してその合成Ａ、ｔ　Ｌｔ　ｋ負荷
に供給するから、発生交流電源固液政と、負荷の大きさ
に応じた容量のトランスが必要になり、装置全体が１ｎ
価でかつ大型重量化スルト共に、トランスの発熱による
電力損失を伴ない効率が悪く、またトランスの同波数応
答特性によって出力交流電源の同波数可変範囲を広くす
ることができないという欠点があった。

本発明］Ｑよ、上記の点に鋪み、インバータ出力回路に
改良を加え、安紬でかつ、Ｉ軽微小型化を図るとともに
、性能ｍ１をも図れるようにすることを目的とする。

上記の目的を達成すべく講じた末完り１に係る交流電源
用インバータ出力回路の特徴構成は、複数個の独立直流
電源夫々を、ブリッジ接続したスイッチング素子を介し
て負荷に接続し、前記スイッチング素子の開閉により、
前記独立直流電源の直列接続される故を変更させて近似
的な正弦波交流電圧を発生させるべくしである点にあり
、その作用効果は次の通りである。

つまり、複数個の独立直流電源を設けて、スイッチング
素子の開閉により独立電源の直列接続される故を順次変
更するようにしであるから、独立電源の電圧に応じ之ス
テップの高さと、独立Ｌ１流電源の奴にもじたステップ
数の階段波を発生でき、かつ、その階段波を任意に増加
または減少させることができると共に、スイッチング素
子をブリッジ接続しであるから負荷に供給する電圧の極
性の反転が容易で、しかも、独立自流τ４１源の全数を
旧１列接続した際の電圧に略等しい尖頭１麻を１Ｊする
交流１ｕ圧が街られるから電源利用効率がＩＩ′ｊＪい
伏店で全体として階段波形を繰返し発生させて近似的な
正弦波形を負荷に供給できる。）　従って、高同波のス
イッチングを伴なわないため低速度動作の安価なスイッ
チング素子を使用できる。　捷た機械的電気的な雑音の
発生を殆んど無くすることができると共に、１１調波成
分の損失を防止でき、更に負荷が独立１自流′１■源に
開成状態のスイッチング素子を介して接続されるだけで
あるから負イ［テ側から見た電源インピーダンスが極め
て小さく、例えばモーター負荷の場合のように始ｊｌｌ
ｌＪに必要な大重力供給がｉｉＪ能である１、シかも、
重圧の合成をスイッチング素子の開閉作用で行なってい
るから、電圧の合成にトランスを必咋としないと共に、
トランス使用に起因する固液１」変範囲の制約がなく、
損失の発生を皆；ＩＩＩ？にして設計を容易化しながら
、装置の効率加善が０Ｊ能になった。

更に、例えば、予め独立直流電源を直列接続し、七の接
続箇所から接続数に応じた直流電圧をスイッチングして
取出す場合、接続数の多い箇所のスイッチング素子には
直列接続数に応じた耐圧が要求されるが、直列接続する
独立直流電源の故を順次変更するようにしであるから、
スイッチング素子の機能としては、一つの独立直流電源
を負荷または他の独立直流電源に接続するか否を決定す
るだけであるから、スイッチング素子に要求される耐圧
は７個の独立直流電源の電圧に耐え得るだけのもので良
いため、低耐圧のスイッチング素子の使用が可能になっ
た。

従って、全体として、従来と同性能の交流電源を得るに
・τ・ンたりては、低騒音、低雑音で軽量小型化でかつ
、安価にすることができた。　因みに、従来パワートラ
ンジスタさして用いていたＧＴＲを、ＴＯ−ＢＰやＴｏ
−２２０のプラスチックパッケージの非常に小型、廉価
な７１でソートラシジスタに取替えれる１、　換言する
と、従来と同程度のスイッチング素子を使用した場合は
、１、゛■波数の口Ｊ変範囲を極めて拡大できると共（
て、出力１１Ｌ圧も械めて（１・ｂくすることが「１」
能に７より、かつスイッチング素子選定Ｑての／゛ζつ
て、ＩＩ士人定格値Ｖこ対して十分な余イｒｊをも７ヒ
ずことがＣきて、１１！６い信頼性を得ることが可能ｅ
こなつ／ヒ。

次に、本発明の実施例を説りＪする。

第１図に、電圧スプーンプ故三段の三相交流電源用イン
バータの出力回路を示す。　（ｌａ）〜（ｌｃ）　、　
（２ａ）　−（２ｃ）　、　（３ａ）〜（８ｃ）　、　
（４ａ）〜（４ｃ）　、　（５ａ）〜（５ｃ）　、　（
６ａ）〜（６ｃ）　ｎスイッチングトランジスタ、（７
ａ）−（７ｃ）　、　（８ａ）〜（８ｃ）。

（９ａ）　〜（９ｃ）、　（ｌｕｌｌ）　〜（１０ｃ）
　、　（ｌ１ｇ）〜（ｌｌｃ）。

（１２ａ）〜（１２ｃ）はスイッチングダイオードであ
る３、（１（６）〜０５）は負イ）１１として接続さり
、ている三相誘導′１−（Ｌ！１ＸＩ）機の巻線でｈ　
６　、、、　　Ｉｔ（ｉ）　〜（ＩＦＬ）　１１独豆直
流′１（【節回路を構成する整流平滑回路であす、（ｌ
！１１）Ｖｉ。

電源トランスである。

独立直流電源回路０呻に巻線（１３）が、ブリッジ接続
すｔｔたスイッチングトランジスタ（ｌａ）、（３ｇ）
。

（４ａ）　、（６ａ）を介して接続させると共に、巻線
Ｕ→に対してはスイッチングトランジスタ（ｌａ）、（
２ａ）。

（４ａ）、（５ａ）が、また、巻ＩＭ！’Ａ　ｕＩｉ）
　＆て対してはスイッチジグトランジスタ（，２ａ）、
（３ａ）、（５ａ）、（６ａ）が接Ｕｌ：されている１
゜独−立直流′１宜源回路０７）Ｋ巻線（１３）が、ブリ
ッジ接続されたスイッチジグトランジスタ（ｌｂ）、（
３ｂ）。

（４ｈ）、（６ｂ）更に、スイッグーングダイオード（
７ａ）を介し−Ｃ接続されると共に、巻線（１４１に対
してはスイッチングダイオード（８ａ）を介してスイッ
チングトランジスタ（ｌｂ）　、（２ｂ）　、（４ｂ）
、（５ｂ）が、丑だ、巻線（＋５）に対してはスイッチ
ングダイオード（９８）を介してスイッチングトランジ
スタ（２ａ　）　。

（！３ａ）、（５ｇ）、（６ａ）が接続されている。

独立直流電源回路（１８）に巻線０３）がグリッジ接続
されたスイッチジグトランジスタ（ｌｃ）、　（Ｂｅ）
　。

（４ｃ）、（６ｃ）　更に、スイッチングダイオード（
７ｂ）　、　（７ａ　）を介しτ接続されると共に、巻
線０４）に対してはスイッチングダイオード（８ｂ）、
（８ａ）を介してスイッチングトランジスタ（ｌａ）、
（２ａ）。

（４ａ）、（５ａ）が、また、巻線９６）に対してはス
イッチングダイオード（９ｂ）、（９ａ）を介してスイ
ッチジグトランジスタ（２ａ）、（３ａ）、（５ａ）、
（６ａ）が接続びり、ている。、第２図は、参考回路図であり、第８図のタイミングチャ
ートに示−ｒ時刻（ｔｏ）〜（＋２）の期間の巻線（１
３）に対するスイッチング動作を判り易いように第１図
の一部分を抜粋したものである。

尚、この参考回路図りよ、ブリッジ回路の構成を示して
いないため、巻線（１坤に対しては逆極性接続が不５Ｊ
’能である。

一ヒ記回路措成により、弔３図に′７Ｊ＜すタイミング
チャートＶＣ基づいてスイッグーングトランジスタ（ｌ
ａ）　〜（ｌｃ）　、　（２ａ）　〜（２ｃ）　、　（
８ａ）　〜（８ｃ）。

（４ａ）　〜（４ｂ）　、　（５ａ）　〜（５ｂ）　、
　（６ａ）　〜（６ｂ）夫々をハツチングで示す時間Ｏ
Ｎすると、第４図（イ）〜い）Ｑて示ｔように独ｊ′Ｌ
直流電源回路（１Ｇ）〜す８）夫々の’４圧をＥとする
と、尖頭電圧が略±８Ｅて、か′り、−ステップの電圧
がＥの階段波形の交流軍１王波形を得ることができる。

　第４図中（イ）は巻線（１場、（ロ）は巻線（１４）
、（ハ）は巻線（１６）に印加される’ｔｔ圧波ｊヒを
示“Ｔ。

第３薗のタイミングチャートに示す時刻（ｔｏ）〜（ｔ
、）に巻線（１３）に印加される電圧について説明する
と次の通りである。

（ｔｏ）〜（ｔｏ　独立直流電源賭の電圧Ｅがスイッチ
ングトランジスタ（Ｉｇ）　、（６ａ）　、スイッチン
グダイオード（１２ａ）を介して巻線（１に印加される
。

（ｔｌ）〜（＋２）独立直流電源θカの正極がスイッチ
ングトランジスタ（１ｂ）、スイッチングダイオード（
１０ａ）　’ｆｒ−介して独立直流電源（１６）の負極
に接続されて両独立直流電源霞。

す７）が直列接続され、スイッチングトランジスタ（Ｉ
ａ）、（６ｂ）　、スイッチングダイオード（１２ｂ）
を介して巻線（１３）に２Ｅの電圧が印加される。

（ｔ、）　〜（＋６）　　独立直流電源（ｌｆｉｉ　、
　（１７）け（ｔ　＋）　〜（＋２）七同じく直列接続
状憩にろり、更に、スイッチングトランジスタ（ｌ　Ｃ
）’ｔスイッチジグダイオード（１０ｂ）を介して独立
直流電源０７）と（Ｉ１１９が直列接続され、スイッチ
ング１−クンジスク（ｌａ）、（，６ｃ）、スイッチン
グダイオード（１２ｃ）を介して巻線（ｌ坤に８Ｅの１
［Ｌ圧が印加される。

（＋６）〜［ｔ）　　独ｓＬ直ｉｔ、　’？Ｉｉ源（１
７）　、　（１８）ば（＋２）〜（＋６）と回しくｎ列
接ｈ′ｉ状態（ｒＣあり、独立直流電源（１乃のｉＥ極
（はスイッチジグトランジスタ（１ｂ）、スイッチング
ダイオード（７ａ）を介して僑線（１３）の−１・１１
ｉに接続され、巻線（＋　：＋）の他１′’Ｗはスイッ
チングトランジスタ（６Ｃ）、スイッチングダイオード
（１２ｃ）を介して独５’Ｌ直流電ｔｌＨ８）の負極に
接続さノｔているから巻線（１３）には２Ｅの１丁℃圧
が印加される。

（＋７）〜（＋８）独立直流電源（１８）の正（Ｉ屹は
スイッチングトランジスタ（ＩＣ）、スイッチングダイ
オード（７ｂ）　、（７ａ）を介して巻線（１３）の一
端に接続さＩＬ、巻線（１（６）の他端はスイッチング
トランジスタ（６Ｃ）、スイッチングダイ副−Ｆ（１２
ｃ）を介して独３Ｚ　ｉｔＩ流電源０ＦＩ）の負極に接
続されているから巻線（１３）にはＥの電圧が印加きｙ
する。

（＋８）〜（１＋２）　　巻線（１３）の一端に電圧を
印加するスイッチングトランジスタ（１ａ）〜（ＩＣ）
の全てがＯＦ　Ｆ　Ｋなり、巻線（１３）に印加される
電圧け０になる。

時刻（ｔｌＰｊ〜（ｔ　２０　）の時間において、巻線
０３）に印加される電圧は、時刻（【。）〜（＋８）の
時間とは極性が逆になるから第４図〆では負電圧として
表わしている。

（＋１２）〜（ｔＪ　　独立部流電ｉｊ１．ｊ　ｐｆｉ
）　（７）　ｉｌ’ｉ圧Ｅがスイッチングトランジスタ
（８ａ）、（４Ｊ、スイッチングダイオード（１０ｎ）
を介して巻線（１３１に印加される。

（＋１３）〜（＋１４）　　独立直流′電源（１′７）
の市械がスイッチングトランジスタ（３ｂ）、スイッチ
ングダイオード（１２ａ）を介して独立直流電源（国の
負極に接続さｉｔて両独立直流電源０６）。

（＋７）が直列接続され、スイッチングトランジスタ（
８ａ）、（４ｂ）　、スイッチングダイオード（ｉｏｂ
）を介して巻線０濁に２Ｅの電圧が印加、！れる７゜（ｔＪ〜（ｔ’ｓ）　　独立直流電源０に）、０旧ま（
ｔ＋ｓ）〜（＋１４）と同じく直列接続状内にあり、史
に、スイッチジグトランジスタ（８Ｃ）とスイッチング
グイオード（１２ｂ）を介して独立直流電源（１７）と
（１８）が直列接続され、スイッチングトランジスタ（
！３ａ）、（４ｃ）　、スイッチングダイオード（ｉｏ
ｃ）を介して巻線０萄に８Ｅの電圧が印加びれる。

（Ｌ＋ｓ）〜（ｔ＋ｏ）　　独立直流電源（１７）　、
　Ｑ（１）は（＋１４）〜（ｔ’ｓ）と同じく的列接続
状簡にあり、独立直流電源０７）の正極はスイッチング
トランジスタ（８ｂ）、スイッチングダイオード（９ａ
）を介して巻線（１萄の一端に接続され、巻線（１３）
の他端はスイッチングトランジスタ（４ｃ）、スイッチ
ンググイオー１（１０ｃ）　ｆ！ｒ：介して独立直流電
源０→の負極に接続されているから巻線（１３）に１−
ｊ２Ｅの電圧が印加される。

（＋１９）〜（＋２ｎ）　　独立直流電源（国の正極は
スイッチングトランジスタ（８Ｃ）、スイッチングダイ
オード（９ｂ’）、（９ａ）を介して巻線Ｏ坤の一端に
接続され、巻線（１■の他端はスイッチングトランジス
タ（４Ｃ）、スイッチングダイオード（ｉｏｃ）を介し
て独立直流電源（１→の負極に接続されているから巻線
（１階ニはＥの電圧が印加される。

（＋２ｏ）〜（Ｌ２ｄ）　　巻線（＋１の一端に電圧を
印加するスイッチジグトランジスタ（４ａ）〜（４ｃ）
の全てがＯＦＦになり、巻線（１１に印加される電圧は
０になる。

以下時刻（ｔｏ）のサイクルに戻って同じ繰返しを行な
う。　また、巻線Ｈ、＋１５）においても同様な動作が
行なわれる。

尚、スイッチングトランジスタ（ｌａ）〜（ｌｃ）。

（２ａ）〜（２ｃ）　、、　（８ａ）〜（８ｃ）　、　
（４ａ）〜（４ｃ）　。

（５ａ）〜（５ｃ）　、　（６ｇ）〜（６Ｃ）は例えば
ＧＴＯやＳＣＲ，ＦＥＴ、リレー等各種のものに置換可
能であり、それらをスイッチング素子（ｌａ）〜（ｌｃ
）　、　（２ａ）　〜（２ｃ）　、　（８ａ）　〜（８
ｃ）　、　（４ａ）　〜（４ｃ）　、　（５ａ）　−（
！ｊｃ）　、　（ｆｉａ）　〜（６ｃ）と総称する。

呼／と、スイッチフグ」９子をＯＮ、ＯＦＦ、制御する
に、例えばリングカフシタやシフトレジスフ等とクロン
ク発振回路を組合せて構成しても良く、判知の各種パル
ス発生回路を利用でき、スイッチング素子等の入力特性
に応じてフォトカブラやパルストランス等を介してスイ
ッチング素子をＱ　Ｎ　、　ＯＦ　Ｆ、■り御すＩ’Ｌ
ば良い。

独Ｍ直？ｊＬ　’ｌ（ｉ、源の戒は負荷の種類セコスト
等を考慮して適宜友史自在である。　また、平滑しない
状部の９ツプル↑［Ｌ源や、蓄電曲、又は、太陽電池等
を独５′ｌｌＩ′−Ｉ流電源として利用ｎＪ能である。

本発明Ｃま、中相交流電源や多相交流電源の交流電源用
イ〜パータ出力回路として適宜適用１Ｊ能である。

【図面の簡単な説明】

図面は木発り１に係る交流電源用インバータ出力回路の
実施例を示し、第１図は、交流電源用インバータの要部
回路図、第２図は、参考用回路図、第８図は、タイミン
グチャート、第４図（イ）乃至（ハ）は出力電圧波形を
示す。（ｌａ）　〜（ｌｃ）　、　（２ａ）　”−（２ｃ）　
、　（８ａ）　〜（３ｃ）。（４ａ）　〜（４ｃ）　、　（５ａ）〜（５ｃ）　、　
（６ａ）　〜（６ｃ）・・・・・・スイッチング素子、
Ｈ、Ｈ、（１５）・・・・・・負荷、０６）　、　Ｏη
、　ＵＳ＋・・・・・・独立直流電源。

Claims

【特許請求の範囲】複数個の独立直流↑１．Ｌ源１１６１　、θ７）　、　
（１８）夫々を、ブリッジ接続したスイッグーング累子
（ｌａ）〜（ｌｃ）。（２ａ）　〜（２ｃ）　、　（８ａ）〜（８ｃ）　、　
（４ａ）〜（４ｃ）　。（５ａ）〜（５ｃ）　、　（６ａ）〜（６Ｃ）を介して
負前ｔ１３）。（１４＋　、　ｇｂ）に接続し、１ｆ＋記スイッチング
索−ｆ−（１ａ）〜（ｌｃ）　、　（２ａ）　〜（２ｃ
）　、　（！３ａ）〜（’ｌｃ）　、　（４ａ）〜（４
ｃ）　、　（５ａ）　〜（５ｃ）　、　（６ａ）　−（
６ｃ）の開閉ｔ°こより、前記独ＳＬ直流電源（１６）
　、同、　Ｑ８１の直列接続される数を順次変更さ忙で
７近似的な正弦波交流電圧を発生さ仕るべくしである交
流￥１し源用インバータ出力回路、。