JPS596158Y2 - インバ−タ装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は安定な交流電源装置として使用されるサイリス
タをスイッチング素子としたパルス幅制御形インバータ
装置において、動作停止時にサイリスタなどの劣化、破
壊などを防止するための停止補償回路を付加したインバ
ータ装置に関するものである。

第１図は本考案が適用されるパルス幅制御形インバータ
装置のブロック構戊図である。

１は直流入力端子、２は人力開閉器部で人力開閉器２１
とリアクタと大容量のコンデンサによる直流フィルタ２
２で構或され、３は直流一交流変換部でサイリスタをス
イッチング素子とし、該サイリスタを消弧させるための
転流回路と、直流電圧をパルス幅制御された交流電圧に
変換する機能とを有し、具体的には例えば第２図に示す
ように主サイリスタＴｈ１〜Ｔｈ４、転流用補助サイリ
スタＴｈ１ａ−Ｔｈ４ａ、転流用コンデンサＣ．，Ｃ２
、転流用リアクタｌ１，ｌ２で構威される。

４は直流一交流変換部３の出力を正弦波に近づけるため
の正弦化フィルタ、５は出力開閉器、６は負荷に接続さ
れる出力端子、７は出力端子６の電圧を一定に保つよう
に直流一交流変換部３の出力パルス幅を制御するゲート
制御回路部で比較増幅回路７１，電圧一位相変換回路７
２などで構或される。

また、８はゲート制御回路部７へ制御用の電力を供給す
る制御電源部である。

これらの構戊からなるインバータ装置の電圧波形を第３
図に示す。

つぎに第１図ないし第３図よりこのインバータ装置の動
作を説明する。

定常動作時には、直流入力端子１から、入力開閉部２を
通して直流一交流変換部３（以下ＤＣ−ＡＣ変換部とい
う。

）へ直流電力が供給され、このＤＣ−ＡＣ変換部３にお
いてあるパルス幅αを有する交流電圧（第３図の実線Ｂ
，Ｃ）に変換された後、正弦化フィルタ４（以下単にフ
ィルタという）で正弦波電圧（第３図の破線Ａ，Ａ’）
に整形され、出力端子６には正弦波交流出？電圧が得ら
れる。

ＤＣ−ＡＣ変換部３は例えば第２図のように構威されて
いる。

その動作は周知のようにサイリスタＴｈ１とＴｈ４、Ｔ
ｈ２とＴｈ３の対が交互に導通して直流電力を交流電力
に変換し、全サイリスタＴｈ１〜Ｔｈ４の消弧は転流コ
ンデ゛ンサＣ１，Ｃ２に貯えた転流エネルギーをそれぞ
れリアクタｌ，１２を通して放電して行う。

この転流コンデンサＣ１，Ｃ２に貯えられるエネルギー
は全サイリスタＴｈ１〜Ｔｈ４の電流すなわちＤＣ−Ａ
Ｃ変換部３の出力電流を転流するのに十分な値が必要で
あり、転流エネルギーが不足するとサイリスタを消弧で
きなくなり、いわゆる転流失敗を引きおこす。

転流エネルギーはほぼ直流電源電圧ＶＤＣによって決ま
り、転流コンデンサの値をＣとすると＋Ｃｖ２ｏｏであ
わされる。

インバータ装置の出力電圧を一定に制御するためにゲー
ト制御回路部７が設けられており、ＤＣＡＣ変換部３の
出力電圧パルス幅を制御する。

すなわち、出力電圧が高くなると比較増幅回路７１の入
力信号のレベルが高くなり、比較増幅回路７１では基準
のレベルと比較して誤差分を増幅し、電圧一位相変換回
路７２へ信号を送る。

電圧一位相変換回路７２は、その人力レベルに応じてＤ
Ｃ一ＡＣ変換部３の出力電圧パルス幅を制御するからこ
の場合は、ＤＣ−ＡＣ変換部３の出力電圧パルス幅を狭
くするように制御信号を発生する。

また、反対に出力電圧が低下した場合にはパルス幅を拡
げるように制御する。

第３図ａはパルス幅αを拡げ出力電圧を高めた場合で、
ｂは逆にパルス幅αを狭くした場合である。

このような動作をするインバータ装置において、従来の
停止手順を述べる。

インバータ装置の動作を停止させる際には、負荷への影
響を避けるため、出力開閉器５を遮断することにより、
インバータ装置を無負荷状態とし、負荷に印加される電
圧を零とし、その後入力開閉器２１を開放し、最後に制
御電源部８よりゲート制御回路７への給電をオフとして
いた。

第４図ａ，ｂはこの場合の動作波形図である。

第４図ａにおいて、横軸は時間を、縦軸は電圧と電流と
を表わしている。

曲線１はＤＣ−ＡＣ変換部３の直流入力電圧Ｖ。

０を示し、曲線２はフィルタ４の入力電流すなわちＤＣ
−ＡＣ変換部３の交流出力電流の実効値である。

第４図ｂでは横軸は同図ａと同じく時間を、縦軸はＤＣ
−ＡＣ変換部３の入力電流ＩＤＣを表わしている。

第４図ａにおいて、時間ｔ。すなわちＰ点において負荷
への給電線に設けられた開閉器を遮断するとインバータ
装置は無負荷運転状態となる。

しかしインバータ装置を無負荷運転状態としても、イン
バータ装置の出力側には電圧波形の整形用にフィルタ４
が接続されているので、該フィルタ電流によりインバー
タ装置のスイッチ素子（サイリスタ）には依然として電
流が流れている。

この電流の大きさはフィルタ４のＬＣのインピーダンス
によってきまるが、ＬＣの値は一般に、インバータ装置
の出力インピーダンスを下げることにより電気的特性を
向上させることができ、特に、過渡電圧変動を小さくす
るため、Ｌを小さく、Ｃを大きく設計する。

そのためフィルタ４のインピーダンスは小さくなり、サ
イリスタには比較的大きな無負荷電流（定格電流値の約
ｌ程度）が流れつづける。

３ 次いで時間ｔ０すなわちＱ点において入力開閉器を開放
すると直流フィルタ２２のコンデンサ２２−１が徐々に
放電しＤＣ−ＡＣ変換部３の直流入力電圧ＶＤＣが曲線
１に示すごとく降下し、減少する。

インバータ装置はゲート制御回路部７のはたらきにより
出力端子６の電圧を一定に保とうとするため、直流入力
電圧■Ｄｃが低下するとＤＣ−ＡＣ変換部３の出力電圧
パルス幅を拡げて出力端子６の電圧を一定に維持しよう
と動作する。

そのため直流電流ＩＤＣは第４図ｂに示すように転流が
失敗する時点まで若干増加する。

一方ＤＣ−ＡＣ変換部３の転流コンデンサＣＩ，Ｃ２の
電圧は、直流電圧とともに低下し、その転流エネルギー
＋ＣＶ２Ｄｏが減少する。

従ってＤＣ−ＡＣ変換部２の出力電流ＩＡＣは直流入力
電圧ＶＤＣが減少してもほとんど一定に保たれるが、転
流エネルギーは直流入力電圧ＶＤＣの２乗の関数で減少
するため、直流入力電圧ＶＤＣがある程度降下した時点
ｔ２で転流エネルギーが不足し転流を失敗する。

このとき直流フィルタ２２の大容量のコンデンサはＤＣ
−ＡＣ変換部３のサイリスタを通して放電するので大き
な短絡電流が生ずる。

この短絡電流はサイリスタやそれを保護するためのヒュ
ーズなどの劣化破壊の原因となり、装置の信頼度を低下
させる欠点を有していた。

本考案はこれらの欠点を除去するため、インバータ装置
のゲート制御回路に、停止指令信号により動作する停止
補償回路を付加し、インバータ装置の運転を停止させる
際に、前記ゲート制御回銘の出力信号により直流一交流
変換部の出力パルス幅を細く紋り、その出力電流を十分
小さい値に抑制することにより、直流入力電圧が十分低
い値になるまで転流動作を可能とする状態で停止させる
ことを特徴とし、その目的は停止時の転流失敗による短
絡電流を十分小さい値に抑制して、ヒューズやサイリス
タの劣化、破壊の生じないインバータ装置を得ることに
ある。

以下図面により本考案を説明する。

なお、図面において第１図と同一番号は同一物を示す。

第５図は本考案の実施例を示したもので、Ａは比較増幅
回路７１の出力信号レベルを制御するための停止補償回
路、Ｓは停止指令信号端子である。

本考案のインバータ装置における停止手順はまず出力開
閉器５を遮断し、次いで停止指令信号により停止補償回
路Ａ（以下補償回路という。

）を動作させ、前記補償回路Ａの出力信号により前記ゲ
ート制御回路部７の出力パルス幅を狭くし、これによっ
てＤＣ−ＡＣ変換部３の出力電圧パルス幅を減少させて
から入力開閉器２１を開放し、最後に制御電源部８より
前記ゲート制御回路７への給電をオフするものである。

第６図は本考案を適用した場合のインバータ装置の動作
説明図である。

第６図の横軸及び縦軸は第４図と同じものを表わしてい
る。

第６図ａで時間ｔ。

すなわちＰ点において、出力開閉器５が開放されると、
インバータ装置は無負荷となり、ＤＣＡＣ変換部３の交
流出力電流はフィルタ４に流れる電流と等しくなる。

ついで、時間ｔ。

すなわちＲ点において停止指令信号をゲート制御回路７
に付加した補償回路Ａに印加するとＤＣ−ＡＣ変換部３
の出力電圧パルス幅は直ちに十分狭いパルス幅に絞られ
、ＤＣ−ＡＣ変換部３の出力電流ＩＡＣも極めて小さい
電流値に減少するため、この電流を転流するＤＣ−ＡＣ
変換部３の転流エネルギー＋Ｃ■２Ｄｏは極めて小さく
て済むようになる。

時間ｔ１すなわちＱ点において入力開閉器を開放すると
直流電圧ＶＤｃは降下を始め次第に転流エネルギーも減
少し、時間ｔ３において転流動作不能となるが、転流が
失敗するｔ３の？点ではＶ。

０は極めて小さい値に降下しているため、第６図ｂに示
すように直流入力の短絡電流は定常運転時の電流程度の
小さな値となる。

この短絡電流が流れた後に制御電源部８からゲート制御
回路電源への給電を断とすることによりインバータ装置
の動作は停止する。

第７図は第１図におけるゲート制御回路部７の一部を構
或する比較増幅回路７１に本考案の補償回路Ａを適用し
た一実施例を示したものである。

比較増幅回路７１はトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２及び抵
抗Ｒ， Ｒ２， Ｒａよりなる差動増幅器により構威さ
れ、Ｔｒ２のベース端子には抵抗Ｒ４とツェナーダイオ
ードｚＤにより基準電圧が印加され、Ｔｒ，のベース端
子には出力端子６よりインバータ装置の出力電圧をダイ
オードＤ１で整流した信号が印加されている。

そして抵抗Ｒ５及びトランジスタＴｒ３を直列接続して
なる本考案の補償回路Ａが電源と前記トランジスタＴｒ
１のベース端子に接続され、該トランジスタＴｒ３のベ
ース端子は例えば押ボタンスイッチ等による停止指令信
号の入力端子Ｓに接続されている。

このように構威された比較増幅回路７１は定常動作時は
出力端子５よりインバータ装置の出力信号を受け、ツエ
ナー電圧■２と比較し、その誤差電圧を増幅してＴｒ１
のコレクタ端子よりとり出し、電圧一位相変換回路７２
を通してインバータ装置の出力電圧を一定に維持するよ
うにＤＣ−ＡＣ変換部３を駆動する。

停止時には入力端子ＳよりトランジスタＴｒ３のベース
端子に高いレベルの停止指令信号が印加され、Ｔｒ３が
導通状態となり、出力端子５の電圧レベルに関係なくト
ランジスタＴｒ１のベース電位を抵抗Ｒ５を通して高レ
ベルにし、あたかも出力電圧が非常に高くなったごとく
にする。

この信号により電圧一位相変換回路７２はＤＣ−ＡＣ変
換部３の出力電圧パルス幅を狭く絞り、出力電圧を低下
させる。

そのあと入力開閉器２１を遮断し、ついでゲート制御回
路７への給電を遮断する。

第８図は前記ゲート制御回路部７に本考案の補償回路Ａ
を適用した他の実施例を示す。

第８図における補強回路Ａは比較増幅回路７１と電圧一
位相変換回路７２との間に直列に挿入したダイオードＤ
２及び前記電圧一位相変換回路７２の入力側にコレクタ
端子を、エミツタ端子を接地電位にがつべ−ス端子を停
止指令信号の入力端子Ｓに接続したトランジスタＴｒ４
とよりなる。

このように構或されたゲート制御回路部７を有するイン
バータ装置は正常動作時にはトランジスタＴｒ４はオフ
状態にあり、比較増幅回路７１の信号はダイオードＤ２
を通して電圧一位相変換回路７２に送られ、この信号に
よりＤＣ−ＡＣ変換部３を駆動し、出力電圧を一定に維
持せしめる。

そしてインバータ装置停止時には、押ボタンスイッチ等
による低レベルから高レベルになる停止指令信号が入力
端子Ｓを経てトランジスタＴｒ４のベース端子に印加さ
れる。

それによりＴｒ４は導通し、電圧一位相変換回路７２０
入カレベルを接地電位に低下させ、したがってＤＣ−Ａ
Ｃ変換部３の出力電圧パルス幅を小さく絞り、出力電圧
を低下させる。

その後入力開閉器２１を開き、ついでゲート制御回路７
１への給電を遮断する。

以上説明したように、本考案のインバータ装置は停止時
に生ずる短絡電流値をヒューズやサイリスタの許容電流
値よりも十分小さく抑制することができるので、パルス
幅制御形インバータ装置に本考案を適用すれば、ヒュー
ズの溶断、劣化やサイリスクの劣化、破壊の生じない信
頼性の高いインバータ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案を適用するに適したパルス幅制御形イン
バータ装置のブロック構戊図、第２図は第１図の直流一
交流変換部の回路例、第３図は第１図のインバータ装置
の出力電圧波形図、第４図は第１図のインバータ装置に
従来の停止手順を適用した場合の動作波形図、第５図は
本考案の実施例、第６図は本考案のインバータ装置の動
作波形図、第７図は本考案の停止補償回路を付加した比
較増幅回路の一実施例、第８図は同じく本考案に係る停
止補償回路を付加したゲート制御回路部の他の実施例を
それぞれ示す。 １：直流入力端子、２：入力開閉器部、３：直流交流変
換部、４：正弦化フィルタ、５：出力開閉器、６：出力
端子、７：ゲート制御回路部、８：制御電源部、９：停
止指令信号入力端子、２１：入力開閉器、２２：直流フ
ィルタ、７１：比較増幅回路、７２：電圧位相変換回路
、Ａ：停止補償回路、８：停止指令信号入力端子。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. コンテ゛ンサ及びリアクタで構或される直流フィルタと
   入力開閉器を含む入力開閉器部、サイリスタをスイッチ
   ング素子とし転流回路を備えた直流一交流変換部、正弦
   化フィルタ及び出力開閉器を直列に接続し、前記直流一
   交流変換部の出力パルス幅を制御するため、比較増幅回
   路と電圧一位相変換回路からなるゲート制御回路および
   制御電源部を具備してなるインバータ装置において、前
   記出力開閉器の遮断後、前記入力開閉器を遮断する前に
   、停止指令信号により前記比較増幅回路の出力信号レベ
   ルを制御し、前記直流一交流変換部の出力パルス幅を絞
   るための停止補償回路を具備することを特徴とするイン
   バータ装置。