JPS6024671B2

JPS6024671B2 - 電力変換装置

Info

Publication number: JPS6024671B2
Application number: JP53154486A
Authority: JP
Inventors: 昭生平田
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1978-12-13
Filing date: 1978-12-13
Publication date: 1985-06-14
Also published as: JPS5579686A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、電流制御形ィンバータの転流時の負荷無効電
力を循環回生させる電力変換装置に関する。

第１図は、従釆の電力変換装置の一例の略線図、第２図
ａ〜ｃは第１図における主サィリスタＵから主サィリス
タＶへの転流時の各部波形図である。

１１は単一方向の直流電流を流す直流電源、１２は直流
リアクトル、１３は直列相間転流方式と呼ばれる電流形
のィンバータ回略、１４は負荷電動機、１５は３相全波
整流回路、１６はコンデンサ、１７は放電抵抗である。

以上のように機成された従来の電力変換装置では、直流
電源１１の電流を直流リアクトル１２で平滑化し、平滑
化した電流をィンバータ回路１３により交流電力に変換
し、負荷電動機１４に供孫合する。ィンバータ回路１３
で直流電流を交流電流に変換する場合には、主サィリス
タＵ〜Ｚを所定の順序で、電気角１２０ｏ期間通電させ
ることにより行なうが、この時ダイオードＤｕ〜Ｄｚ及
び転流コンデンサＣ，〜Ｃ６は主サィリスタＵ〜Ｚの転
流補助機能として動作する。

すなわち、主サィリスタＵとＺが導通し、負荷電流が直
流電源１１→直流リアクトル１２→主サィリスタＵ→
ダイオードＤｕ→負荷電動機１４→ダイオードＤｚ→主
サイリスタＺ→直流電源１１のループで流れている時、
主サィリスタＶを点弧して負荷電流を直流電源１１→直
流リアクトル１２→主サィリスタＶ→ダイオードＤＶ→
負荷電動機１４→ダイオードＤｚ→主サィリスタＺ→直
流電源１１のループに転流させるためには、既に良く知
られているように、負荷電動機１４のリケ−ジ・ィンダ
クタンスに蓄えられたエネルギーを転流コンデンサＣ，
〜Ｃ３に移動させなければならず、この結果、転流コン
デンサＣ，〜Ｃ３に蓄えられる電荷も大となり、主サィ
リスタＶが点弧している時に主サィリスタＵ・Ｗに印加
される電圧も大になり、耐圧の高い主サイリスタＵ〜Ｚ
が必要となる。

これに対し、転流コンデンサＣ，〜Ｃ３の静電容量を大
にすれば、主サィリスタＶを点弧してから負荷電動機１
４の軽負荷時に前記エネルギーを転流コンデンサＣ，〜
Ｃ３に移動開始させるまでの時間、つまり第２図の時刻
らより時刻ｔ２までの期間が長くなりィンバータ回路１
３の運転周波数の上限値が制限される。

この結果主サイリスタ耐圧を低くするためには、負荷電
動機１４のリーケージ・インダクタンスに蓄えられたエ
ネルギーの一部を３相全波整流回路１５を介してコンデ
ンサ１６に充電し、主サィリスタＵからＶへの転流期間
以外に放電ループである放電抵抗器１７でコンデンサ１
６を充電したエネルギーを処理する方法が知られている
。

また、以上と同様の動作が６個の主サィリスタＵ〜Ｚの
転流動作ごとに行なわれる。しかして、第２図ａは転流
コンデンサＣ，の電圧波形を、第２図ｂはダイオードＤ
ｕの電流ｉｕ（太い実線）とダイオードＤｖの電流ｉｖ
（細い実線）を、第２図ｃは３相整流回路１５の電流波
形をそれぞれ示す。

第２図において、時刻比，で主サィリスタＵから主サィ
リスタＶへの転流を開始するため主サィリスタｖを点弧
する。

すると、転流コンデンサＣ，の電荷が放電を開始し、主
サィリスタＵに逆電圧が印加され主サィリスタＵは瞬時
に消弧する。この後、時刻比２でダイオードＤｖが導通
し負荷電動機１４にはダイオードＤｖからも流れ始め、
ダイオードＤｕの電流ｊｕが減少し始める。時刻らで転
流コンデンサＣ，の充電電圧がコンデンサー６の電圧と
等しくなると、ダイオードＤｕの電流が零になるが、ダ
イオードＤｖを流れる電流がィンバータ回路１３の入力
電流と等しくなり、ダイオードＤｕ‘こ流れていた電流
の代りにダイオードＤｖ→３相整流回路１５→コンデン
サ１６→３相整流回路１５→負荷電動機１４のルートで
流れ、コンデンサ１６を充電する。

負荷電動機１４のリーケージ。

ィンダクタンスに蓄えられたエネルギーが放出されると
、時刻ｔ４で主サィリスタＵから主サィリスタＶへの転
流動作が完了する。これまでの説明より明らかなように
、負荷電動機１４のリーケージ・ィンダクタンスが大き
ければ大きいほど、放電抵抗１７で消費される電力も大
きく、また転流コンデンサＣ，〜Ｃ６を小さくした場合
も同様に消費電力が大きい。

一方、負荷電動機１４を可変速運転する場合には低い周
波数範囲では３相整流回路１５を設けなくても直流電源
電圧が低いために主サィリス夕Ｕ〜Ｚに印加される電圧
は低い。

また、負荷電動機１４の入力電流が小さい場合も同様で
あるけれども、このような場合は３相整流回路１５が常
時接続されているため、同様に放電抵抗１７での電力消
費があり、装置の運転効率を低下させる。他方、放電抵
抗１７を第１図において破線で表わした抵抗器１７，，
１７２のように分割して設け、コンデンサ１６の電荷を
直流電源１１へ放電させるが、この場合も同様の欠点が
あり、更に、直流電源１１の電圧磁性が反転して負荷電
動機１４のエネルギーを回生する場合には、抵抗器１７
２ →３相整流回路１５→抵抗器１７，で直流電源１１
を短絡することになり消費電力も増大する。以上説明す
るように、従釆の電力変換装置では主サイリスタＵ〜Ｚ
の耐圧を下げるためには、運転効率が低下する欠陥があ
った。ここにおいて、本発明は従来装置の欠点に鑑みて
なされたもので、主サイリスタ耐圧が低く、運転効率の
高い電力変換装置を提供することを目的としている。

第３図は、本発明の一実施例のブロックダイアグラムで
ある。

なお、図面における同一符号は同一あるいは相当部材で
ある。しかして本発明で新に備えた部村として、１８と
１９と３相半波整流回路、２３と２１及び２０と２２は
第１と第２及び第３と第４の補助サィリスタ、２４はコ
ンデンサ、２５と２６は半導体スイッチ、２７はインピ
ーダンス素子がある。この第３図について、さきに説明
した場合と同機に、主サィリスタＵから主サィリスタＶ
への負荷電流の転流について説明しよう。

負荷電流が直流電源１１→直流リアクトル１２→主サィ
リスタＵ→ダイオードＤｕ→負荷電動機１４→ダイオー
ドＤｚ→主サィリスタＺ→直流電源１１のループで流れ
ている時、主サイリスタＶを導通させると、さきに述べ
た第１図での動作と同様に転流コンデンサＣ，〜Ｃ３の
作用でサィリスタｕは消弧され、第２図ａの波形で示す
ように転流コンデンサＣ，の電圧波形は反転する。

第２図ａ〜ｃにおける時刻らまでは、本発明でも従来の
第１図と同様に動作する。

さて、その時刻ｔ３の直前までに、補助サィリスタ２０
と２１を導通させておけば、時刻らを転流コンデンサＣ
，の電圧がコソデンサ２４の電圧と一致した時点とする
と、時刻らから直流リアクトル１２→補助サイリスタ２
０→コソデンサ２４→補助サィリスタ２１→３相半波整
流回路１８→ダイオードＤｕのルートにも負荷電流の一
部が流れ、負荷電動機１４のリーケージ・ィンダクタン
スに蓄えられたエネルギーの少なくとも一部はコンデン
サ２４に放出される。

そのエネルギーの放出が完了すると、つまり第２図ａ〜
ｃの時刻ｔ４‘こ対応したタイミングで、補助サィリス
夕２０と２１の電流は零になり、補助サイリスタ２０と
２１は自然に消弧する。

すると、負荷電流は直流電源１１→直流リアクトル１２
→主サィリスタＶ→ダイオードＤｖ→負荷電動機１４→
ダイオードＤｚ→主サィリスタＺ→直流電源１１のルー
プで流れることになり、主サィリスタＵから主サィリス
タＶへの転流動作を完了する。

この転流動作が完了した後、半導体スイッチ２５・２６
を導通させ、その転流動作中コンデンサ２４に蓄えられ
たエネルギーをコンデンサ２４→半導体スイッチ２６→
インピーダンス素子２７→直流鰭源１１→半導体スイッ
チ２５→コンデソサ２４のループで直流電源１１へ放出
させ、次の主サィリスタの転流動作に備える。

このようにして、主サィリスタＵ〜Ｗの転流動作中は補
助サィリスタ２０・２１を導通させるが、主サィリスタ
×〜Ｚの転流動作中は補助サィリスタ２２・２３を導通
させ、負荷電動機１４より放出されるエネルギーコンデ
ンサ２４に蓄える。

以上の説明より明らかなように、転流コンデンサＣ，〜
Ｃ６の静電容量を小さくしても、コンデンサ２４の静電
容量や大きいならば、主サイリスタＵ〜Ｚの転流期間中
に負荷電動機１４のリーケージ・インダクタンスより放
出されるエネルギーによる転流コンデンサＣ，〜Ｃ６の
電圧上昇を４・さく、従って耐圧の小さい主サィリスタ
Ｕ〜Ｚを使用できる。

また、転流コンデンサＣ，〜Ｃ６の静電容量を小さくす
ることが出来るから、負荷電動機１４の軽負荷時の運転
周波数上限も高くすることができるさらに、コンデンサ
２４に転流期間中に蓄えられた電荷は直流電源１１に回
生されるから電力損失が少ない。

なお、電力回生は転流動作中以外に行なわれ、可変遠運
転され直流電源１１の電圧が低い場合には補助サィリス
タ２０〜２３を導通させなくても良く、また導通させて
も短時間で良く、従来方式のように必要以上のエネルギ
ーをコンデンサ２４に蓄える必要がないから損失が少な
い。

負荷電動機１４のエネルギーを回生する場合には、半導
体スイッチ２５・２６を導通させた場合のみしか、半導
体スイッチ２５→コンデンサ２４→半導体スイッチ２６
→インピーダンス素子２７を通すループが形成されず、
直流電源１１の短絡電流はコンデンサ２４の充電電荷を
放出させるのみであり、従来方式のような電力損失は発
生しない。

第４図は、本発明の他の実施例の概要的結線図である。

２８は絶縁された定電圧の直流電源で、コンデンサ２４
の充電電荷を直流電源２８で吸収しても良く、その充電
電荷の処理方法を本発明では限定するものではない。ま
た、コンデンサ２４の充電電荷が所定値以下に低下しよ
うとするとき、直流電源２８よりコンデンサ２４を充電
して、コンデンサ２４の充電電圧が所定値以下に低下す
るのを防止してもよい。

一方、第４図に破線で示すように定電圧電源２９・３０
を設け、インピーダンス素子３１・３２及び３相半波整
流回路１８・１９を利用して転流コンデンサＣ，〜Ｃ６
を定電圧源２９・３０よりそれぞれ所定値にィンバータ
回路１３の始動時等に充電しても良い。その他、本発明
の要旨を変更しない範囲において、種々の変形回路を構
成できることは明らかである。

かくして本発明は、次の効果が認められる。

■ 転流コンデンサの静電容量を小さくしても、転流コ
ンデンサＣ，〜Ｃ６の充電電圧を制限できるから、耐圧
の低い主サィリスタＵ〜Ｚを使用できる。◎ 転流コン
デンサＣ，〜Ｃ６の静電容量を小さくできるので、負荷
電動機１４の無負荷時等の転流動作時間も短かく、従っ
て、ィンバータ回路の運転周波数の上限を高くすること
ができる。

この結果、リーケージィンダクタンスの大きな負荷電動
機１４を接続しても、実用的な周波数範囲での運転を実
現できる。■ 負荷電動機１４のリーケージ・ィンダク
タンスより放出されたエネルギーの大部分が電源側に回
生されるから、主サィリスタＵ〜Ｚの転流損失が少なく
運転効率を高くすることができる。

■ 転流コンデンサＣ，〜Ｃ６の充電電圧が低い場合に
は、従来方式のように無駄な損失を生じさせないから、
負荷電動機１４の可変運転をしても従来方式より高い運
転効率が得られる。

■ 負荷電動機の回転エネルギーを回生する運転モード
での直流電源短絡ループは形成されない。

従って、負荷電動機１４を４象限運転モードで制御して
も、安定で信頼性の高い電力変換装置が得られる。これ
らを総合すれば、本発明によれば、高効率でかつ経済性
の良い、信頼性の高い電力変換装置を実現することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装層の略線図、第２図はその転流動作を説
明する各部波形図、第３図は本発明の一実施例のブロッ
クダイアグラム、第４図は本発明のその他の実施例の概
要的結線図である。１１・２８・・・・・・直流電源、１２・・・…直流リ
アクトル、１３・・・・・・ィンバータ回路、１４・・
・・・・負荷電動機、１５・・・・・・３相全波整流回
路、１６・２４・・・・・・コンデンサ、１７・１７．
・１７２・・・・・・放電抵抗器、１８・１９・・・・
・・３相半波整流回路、２０〜２３・・・・・・補助サ
ィリスタ、２５・２６・・・・・・半導体スイッチ、２
７１３１・３２……インピーダンス素子、Ｕ〜Ｚ・・・
・・・主サィリスタ、Ｄｕ〜Ｄｚ・・・・・・ダイオー
ド、Ｃ，〜Ｃ６・・・・・・転流コンデンサ。努７図発Ｚ図第３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】１単一方向の直流電流を流す直流電源に直流リアクト
ルを介して接続した少なくとも３組出力の電力変換装置
において、入力側の各アールは直流電源から主サイリ
スタと転流補助ダイオードを経て負荷に接続され、出力
側の各アームは負荷から転流補助ダイオードと主サイリ
スタを経て直流電源に接続され、入力側、出力側ともに
各アーム間に転流コンデンサが接続された電流形インバ
ータと、このインバータの出力側各アームの転流コン
デンサ接続点から電流が流出する方向にダイオードを接
続しその出力段を共通接続し、その出力段から第１の補
助サイリスタを介し負荷から放出されるエネルギーを蓄
えるコンデンサの正端子へかつそのコンデンサの負端子
から第２の補助サイリスタを経てインバータの入力側各
アームの転流コンデンサ接続点へ電流が流入する方向に
各アームに分岐してダイオードを接続する手段と、負
荷から放出されるエネルギーを蓄えるコンデンサの正端
子へ直流電源正側から電流が流入する方向に第３の補助
サイリスタを接続し、そのコンデンサの負端子から直流
電源負側へ電流が流入する方向に第４の補助サイリスタ
を接続する手段と、負荷から放出されるエネルギーを
蓄えたコンデンサの電荷を放出する手段と、を具備する
ことを特徴とする電力変換装置。２負荷から放出されるエネルギーを蓄えるコンデンサ
の正端子から直流電源正側へ電流が流れる方向に第１の
半導体スイツチを接続し、直流電源負側からそのコンデ
ンサ負端子へ電流が流れる方向に第２の半導体スイツチ
を接続する手段を設けた特許請求の範囲第１項記載の電
力変換装置。３負荷から放出されるエネルギーを蓄えるコンデンサ
の正端子と負端子にそれぞれその正側と負側を接続した
第２の直流電源をそなえる特許請求の範囲第１項記載の
電力変換装置。