JPS609383A - 交直変換装置 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は交直変換装置に係り、さらに詳細にはチョッパ
やＰＷＭインバータ等の負荷に交流から整流した直流を
供給すると共に、負荷からの電力を交流電源側に回生で
きるようにした交直変換装置に関するものである。

〔発明の背景〕

この種の交直変換装置としては、第１図に示す回路構成
のものが使用されている。かかる交直変換装置について
は、例えば特開昭５５−９４５８３号公報に、その構成
・作用・効果が詳細に述べられている。したがって、こ
こでは、上記交直変換装置について簡単に説明するにと
どめる。

第１図において、交流電＃２は、この交流電源２に流れ
る配流のリップルを抑制する働きをするりアクドル４を
介して電力変換器６の交流端子に接続されている。該′
電力変換器６は、交流電源２からの交流を直流に変換し
てコンデンサ８及び負荷に供給できると共に、負荷がら
の電力を交流電源２に同側できるように構成されている
。すなわち、電力変換器６は、制御整流素子としてのト
ランジスタとダイオード６２とが逆並列接続された回路
、及びトランジスタ６３とダイオード６４とが逆並列接
続された回路が直列接続されてアームをなし、これが交
流電源の相数に応じて設けられて構成されている。また
、ここで用いるトランジスタ６１（又は６３）とダイオ
ード６２（又は６４）は、通常は、同一パッケージの内
部に一体的に組み込まれている。該電力変換器６の直流
端子は、平滑用コンデンサ８に接続されると共に、チョ
ッパやＰＷＭインバータ等の負荷（図示せず）に接続さ
れている。該コンデンサ４の両端からの直流電圧と、交
流電源側からの交流電源とを、それぞれ取シ込む制御回
路１０は、電圧指令に応じて上記電力変換器、１＠６の
トランジスタ６１及び６２を制御して直流回路における
直流紙圧を一定に制御できるように構成されている。

上記のように構成され九交直変換装置の動作を以下に説
明する。

まず、コンデンサ６の両端の直流電圧を制御回路１０に
取り込む。該制御回路１０は、当該直流電圧の過不足に
応じて制御素子であるトランジスタ６１及び６３を交互
にオン、オフ制御し直流回路における直流電圧がほぼ一
定になるように制御する。したがって、直流電圧の過不
足に対応して、電力は、直流回路側から交流電源側に（
逆変換動作）、交流電源側から直流回路側に（順変換動
作）、それぞれ連続して流れることになる。

しかしながら、上述の交直変換装置には次に述べるよう
な問題点がある。

第１の問題点は、リアクトル４から電磁音が発生するこ
とである。特に、軽負荷時においては負荷等から発生す
る騒音が小さくなることから、この騒音は甚しく耳ざわ
シになるということである。

第２の問題点は、交流電源２の周波数を対象として設計
されたりアクドル４を用いると、交流電流に含まれる高
調波成分のために、リアクトル４に鉄損が発生するとい
うことである。このことは、リアクトル４が加熱される
ということを意味するだけでなく、その損失のために効
率が低下することを意味するものである。

第３の問題点は、順変換動作時には、ダイオード６２及
び６４に全負荷電流が流れるということである。これは
、ダイオード６２と６４を通してコンデンサ４が充電さ
れることによって、直流回路の直流電圧が一定に保たれ
るので、結局はダイオード６２及び６４に全負荷電流が
流れてしまうという作用のためでおる。

このように、ダイオード６２及び６４に全負荷電流が流
れてしまうということは、一般に、／クツケージ化され
たダイオードの容量が十分ではないことから、ダイオー
ド６２及び６４が破壊されてしまうおそれがあるという
ことを意味している。

ところで、かかるトランジスタ６１（６３）及びダイオ
ード６２（６４）をパッケージ化して構成した素子は、
一般に、直流から交流に変換することを目的として提供
されているのが主であって、要するにインバータ用とし
て考えられている素子である。したがって、ダイオード
６２（６４）の容量は小さく設計されている。もちろん
、ダイオードの容量を大きくすることも考えられるが、
その場合は特別注文品となり、価格・納期・その他の面
で不利となる。そこで、現状品を使用することによシ上
記不都合を解消することを考えざるを得ない。

〔発明の目的〕

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その
目的は、騒音の発生を抑制すると共に、素子破壊をなく
し九交直変換装置を提供するにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため、本発明は、交流電源と直流回
路との間にリアクトルを有する電力変換器を設けた回路
構成に、さらにその交流電源と直流回路との間に整流回
路を設け、かつ該直流回路の直流電圧が所定の偏差を超
えたときに上記電力変換器を作動させるようにしたもの
である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を第２図以下の図面に基づいて説
明する。

第２図は、本発明に係る直変換装置の一実施例を示す回
路図である。第２図に示す実施例において、第１図に示
す回路構成のものと同一部材には同一の符号を付して説
明をする。

第２図に示す交直変換装置は、制御整流素子６１　（６
３）及びダイオード６２（６４）が逆並列接続されたア
ームを有し、かつ交流電源２からの交流をリアクトル４
を介して取シ込み、この取シ込ま、Ｈだ交流を制御整流
して得た直流を直流回路に供給できると共に直流回路か
らの直流をリアクトル４を介して交流電源に回生できる
電力変換器６と、交流電源２からの交流を整流して得た
直流を直流回路、に供給する整流器２０と、該直流回路
の直流電圧を取υ込み、この取り込んだ直流電圧が所定
の偏差を超えたときに上記電力変換回路６を動作させる
制御回路１０Ａとを含んで構成されている。

この↓うな交直変換装置によれば、原則として、順変換
動作のときは交流電流１からの電力を整流器２０を介し
て直流回路に供給し、また、逆変換動作のときは直流回
路の電力をリアクトル４を介して交流電源２に回生ずる
。また上記交直変換装置は、直流回路の直流電圧が所定
のイｎ差を超えた特殊の場合は制御回路１０Ａがこれを
検出して電力変換器６を動作させて直流回路の直流電圧
を一定に維持させるものである。

さらに詳細に説明すると、整流回路２０は、交流電源２
とリアクトル４との間に設けられている。

そして、整流回路２０の交流端子は交流電源２に接続さ
れ、その直流端子は電力変換器２０の直流回路に並列に
接続される。整流回路５は、ダ・ｆオード２１及び２２
が第２図に示すように直列に接続されている。かかる整
流回路２０は、１相分のみを示しているが交流型＠２が
３相のときには、当然にダイオード２１及び２２からな
る組は三組設けることになる。

制御回路１０Ａは、電圧指令回路１０１からの電圧指令
信号Ｅ”ａ及び直流回路の直流電圧を直流電圧検出回路
１２をもって検出した検出電圧信号Ｅ４を取り込み、そ
れら信号の偏差をとシ偏差信号ＩＩとして出力する電圧
制御回路１０２と、該電圧制御回路１０２からの偏差信
号１中及びゃ〒１圧検出回路１４をもって検出した交流
電圧信号Ｖを取シ込み、それらの信号の積をとって交流
電源２の電流指令信号ｉｏを作成する掛算器１０３と、
該掛算器１０３からの電流指令信号最中及び交流電源２
に流れる電流を電流検出器１６をもって検出した検出電
圧信号轟を取シ込み、これら信号の偏差に応じて電力変
換器６の交流電源側交流電圧平均値の指令信号ｖ中を形
成する電流制御回路１０４と、前記電圧指令回路１０１
からの電圧指令信号Ｅ−及び直流電圧検出回路１２から
の検出′ｒに圧信号Ｅ４を取り込み、直流電圧信号Ｅ１
が電圧指令Ｅｊａより高いか低いかを判別し、高い場合
（過電圧の場合）にはゲート信号Ｇ”を出力でき、かつ
低い場合にはゲート信号Ｇ＊を出力しないようにした過
電圧回路１０５と、該電流制御回路１０４からの指令信
号Ｖ中及び該過電圧回路１０５からのゲート信号Ｇ中を
取り込み、ゲート信号Ｇ中があるときに指令信号ｖ傘を
例えば三角波と比較して電圧変換器６を動作させる制御
信号Ｓ＊を出力するゲート回路１０６と、を含んで構成
されている。尚、符号１４，１６，１０３゜１０４及び
１０６は、交流電源２が三相の場合は、三組設けられて
いる。

上述のように構成された制御回路１０Ａの動作を簡早に
説明する。

電圧制御回路１０２は、電圧指令回路１０１及び直流電
圧検出回路１０２とからの信号Ｅ−及びＥ４の偏差に応
じた偏差信号１傘を出力する。電圧制御回路１０３の出
力信号ＩＩは交流電源２に流れる交流電流の大きさを指
令する信号である。

この信号Ｉ＊は掛算器１０３に入力され、交流電源２の
相電圧を検出する電源電圧検出回路１４からの信号Ｖと
の積がとられ、交流電源２の電流指令信号ｉ１として出
力される。電流制御回路１０４は、掛算器１０３からの
出力指令信号最中と交流電源２に流れる電流を検出する
電流検出器１６からの出力信号ｌとを取り込み、これら
信号ｉ＊及び最に応じて動作して出力指令信号Ｖ＊を出
力する。

一方、過電圧検出回路１０５は、直流回路の直流電圧を
直流電圧検出回路１２をもって検出した検出電圧信号Ｅ
ａと、電圧指令回路１０１からの電圧指令信号Ｅ”　ａ
とを取シ込んで、これら信号が所定の偏差を超えたとき
にゲート信号Ｇ中を出力する。

したがって、過電圧検出回路１０５からゲート信号Ｇ中
が出力されているときに、ゲート回路１０６が動作して
電圧指令信号ｖ傘に基づいて電力変換器６のトランジス
タ６１及び６３をオン・オフする制御信号Ｓ傘が出力さ
れる。これによって電力変換器６が動作することになる
。

以上の説明が、主に、制御回路１０Ａの動作を説明した
ものである。

次に、上記制御回路１０Ａを含む交直変換装置の動作に
ついて、第３図を参照しながら以下に説明する。

第３図は本実施例の動作を説明するために示す波形図で
ある。第３図において、横軸は時間ｔを示し、縦軸には
下記事項の値が示されている。

すなわち、第３図（ａ）は負荷に流れる気力でオシ、１
（１，のときは交流電源２から負荷に電力が流れ、ｔ≧
１１のときは上記とは逆に電力が流れている鴨合を示し
ている。同図（ｂ）は直流電圧Ｅａである。同図（ｅ）
は過電圧検出回路１０５の出力ゲート信号Ｇ中であって
、高レベルの場合は過電圧状態を示し、この場合にはゲ
ート回路１０６から制御信号Ｓ＊が出力される。また、
同図（ｄ）は交流電源２の相電圧を、同図（ｅ）は交流
電源２に流れる交流電流量を、（０はリアクトル４に流
れる電流を、それぞれ示したものである。

まず、ｔくｔｌでは、第３図（Ｃ）に示すように、過電
圧検出回路１０５の出力信号が低レベルにある。このと
き、ゲート回路１０６からは制御信号Ｓ傘が出力されな
いので、電力変換器６は動作せず、リアクトル４には、
同図（ｆ）に示すように電流ｉが流れない。したがって
、コンデンサ６への充電及び負荷への電力の供給は、整
流回路２０を通して行われる。この結果、電源電流ｌは
、同図（ｅ）に示すように、ｔ”！１２１２０度通流の
方形波となる。

次に、ｔ≧１１になると、同図（Ｃ）に示すように、過
電圧検出回路１０５の出力ゲート信号Ｇ＊は、高レベル
になる。高レベルになると、ゲート回路１０６からは制
御信号Ｓ＊が出力され、電力変換器６は動作可能となる
。このとき、電圧制御回路１０２は電圧指令回路１０１
の出力電圧指令信号Ｅ−と直流電圧検出回路１２からの
出力信号Ｅ４との偏差に応じて働き、交流電源２に流れ
る電流の大きさを指令する信号Ｈｅを出力する。掛算器
１０５では前記信号Ｉｓと交流電源２の検出相電圧信号
Ｖを掛算し、交流の電流指令ｉ傘を出力す１０４は、そ
の指令ｉ中と電流検出器１６からの出力信号ｉの偏差に
応じて働き、五がｌ中と一致するように出力指令信号ｖ
傘を出力する。電流制御回路１０４からの出力指令信号
ｙｌは、ｉ傘と五の偏差に応じた信号であり、電力変換
器６の交流゛電圧の平均値を指令する信号となる。ゲー
ト回路１０６では指令信号ｖ傘と三角波信号との比較を
行い、比較結果に基づいて電力変換器６のトランジスタ
６１及び６３に交互にオン信号を送出する。

上述のように動作して過電圧検出回路１０５によって直
流回路が過電圧状態のとき、すなわち、負荷から電力が
交流電源２側に回生させるときだけに電力変換器３が動
作することになるので、過電圧の発生のない軽負荷時や
交流電源２から負荷へ電力が流れるときには、リアクト
ル４には電流が流れることがなくなる。その結果、リア
クトル４から騒音が発生することがなくなり、さらに、
リアクトル４や電力変換器６のスイッチングに伴う損失
の発生がないため、効率が向上することになる。加えて
、ダイオード６２及び６４に流れる電流が少くなるので
、この素子の破壊をなくすことができるものである。

第４図及び第５図は上記交直変換装置の制御回路１０Ａ
で用いる過電圧検出回路１０５の具体的構成例を示すブ
ロック図である。

第４図において、加算器２０１は図示の符号をもって信
号Ｅ＊−及びＥ−の加算を行い、その出力信号をヒステ
リシスコンパレータ２０２に印加するようになっている
。該コンパレータ２０２は入力信号の符号判別を行える
ようになっている。該ヒステリシスコンパレータ２０２
　ハ（Ｅ　ａ　−Ｅ傘ａ）の符号に応じて、高レベルあ
るいは低レベルの信号を出力するように構成されている
。

第５図は第４図の変形例であり、加算器２０３は、図示
の符号をもって信号Ｅ＊−及びＥａの加算を行えるよう
になっている。この加算器２０３の出力は関数発生器２
０４に供給されるようになっている。当該関数発生器２
０４としては図示のような特性のものを用いる。しかし
て、関数発生器２０４は（Ｅ、ａ　Ｅ”ａ　）の絶対値
がある範囲を超えると、過電圧として高レベルの信号を
出すようになっている。

第５図に示すような構成にすると、負荷が重く直流電圧
が低下するような場合であっても、電力変換器６を動作
せしめることができるので、直流電圧の低下を防止する
ことができる。また、電圧偏差の小さい軽負荷時には電
力変換器６は動作することｅまないので、騒音の発生を
防止することができる。

なお、上記各実施例においては、過電圧を電圧指令回路
１０１からの指令信号Ｅ　”　ａと直流電圧検出回路１
２からの検出電圧信号Ｅ−との偏差から検出したが、も
ちろん、これは電圧制御回路１０２からの出力信号Ｉ傘
を基に検出することができることはいうまでもない。

第６図は本発明に係る交直変換装置の他の実施例を示す
ブロック図である。第６図に示す実施例が前記実施例と
異なるところは、電力変換器６を動作せしめる場合に、
交流電源２に回生する電流を方形波状にし、回路構成を
間単にした点にある。

したがって、第６図において、第２図に示す実施例と同
一構成要素には同一符号を付して説明を省略する。

第６図の構成が第２図と異なるところは制御回路１０Ｂ
にアリ、以下この制御回路１０Ｂについて説明する。図
中符号１１０は整流器であシ、該整流器１１０は電流検
出器１６に接続され、その出力信号を整流し、交流電流
２に流れる電流の大きさを検出できるようになっている
。また符号１１１は電流制御回路でアシ、該電流制御回
路１１１は電圧制御回路１０２からの信号１申と整流器
１１０からの出力信号を取シ込み、これら信号の偏差に
応じて電圧指令Ｖ＊を出力できるようになっている。符
号１１２はゲート回路であシ、該ゲート回路１１２は電
流制御回路１１１からの出力信号Ｖ本に応じて電力変換
器６をオン、オフさせる制御信号Ｓ中を作成するように
なっている。

符号１１３はゲートドライノ（であり、このゲートドラ
イバ１１３は電力変換器６を駆動するように構成され、
過電圧検出回路１０５からのゲート信号Ｇ◆に応じて制
御信号Ｓ傘を出力できるようになっている。以上のよう
に本実施例で用いる％＋ＩＪ御回路１０Ｂは構成されて
いる。

第７図は上記制御回路１０Ｂに用いるゲート回路１１２
の具体的構成例である。第７図において、符号２０１乃
至２０３、及び２２１は入力信号の正、負を判別する比
較器、２０４乃至２０６は否定（ＮＯＴ）回路、２０７
乃至２１８は論理積（ＡＮＤ）回路、２１９は三角波発
生回路、２２０は減算器である。

次に、第６図に示す実施例の動作について第８図に示す
動作波形を用いて説明する。第８図において、横軸は時
間ｔを、縦軸は各波形を示している。すなわち、第８図
（１）は電圧検出器１４によって検出される線間電圧波
形ｅｕマ、　ｅｖｗ、　ｅ＠υを示したものでおる。尚
、相電圧６Ｈ，ｅｙ、ｅｗを破線をもって示すものであ
る。まず比較器２０１乃至２０３で線間電圧ｅＵＶ　、
　ｅｖｗ　、　ｅＷｔｌカニ比較され、同図■め１１．
ｙ、Ｗの信号が出力される。

この信号に基づいて、ＮＯＴ回路２０４７り至２０６、
ＡＮＤ回路２０７乃至２１２によって各トランジスタＵ
ｐ　ｅ　ＵＮ　、Ｖｐ　＊　Ｖ＊　ｅ　Ｗｐ　＋　ＷＮ
をセｂ作させる基準信号が作成される。ここで、Ｕ、Ｖ
。

Ｗは電源の相に、添字のＰ及びＮは、直流回路の正側に
接続されるトランジスタ６１をＰとし、負側に接続され
るトランジスタ６３をＮと定義する。

例えば、トランジスタＵＰは、電源Ｕ相の直流回路正側
に接続されるものを示す。

しカルて、信号Ｕ、Ｖ、Ｗからトランジスタを動作させ
る基準信号は、 ＵＰ＝Ｕ−Ｗ　ＶＰ＝■・Ｕ　ＷＰ＝Ｗ−ｖＵＮ＝Ｕ−
Ｗ　ｖＮ＝■・Ｕ　Ｗ）Ｉ＝Ｗ−■に示す式によってめ
られる。上記の演算は、ＮＯＴ回路２０４乃至２０６、
ＡＮＤ回路２０７乃至２１２で行われる。この波形を第
８図（ＩＩＩ）に示している。一方、電流制御回路１１
１の出力信号が三角波発生回路２１９からの出力信号と
加算器２２０で比較され、その大小に１芯じて第８図（
ＩＶ）に示す方形波信号を出力する。この信号によって
各トランジスタが交互にオン、オフされる。

各トランジスタをオン、オフする信号Ｓｕｐ＝Ｓｗ＊は
、ＡＮＤ回路２１３乃至２１８によって得ることができ
る。この波形を第８図（Ｖ）に示す。この信号によって
トランジスタがオン、オフされる。

このように電力変換器３を動作させた場合、電源回生時
には電流は第８図（Ｖｌ）のように流れることになる（
リプル分は図示せず）。

このような構成によると掛算器１０３や電流制御回路１
０６の数を減少することができるので、回路構成が簡単
になるという効果がある。なお、第６図の実施例では、
電流検出を交流電源２側から行ったが、直流回路から検
出することも可能である。

なお、前記各実施例では、制御素子をトランジスタとし
て説明したが、もちろん、これはＧＴＯやＦＥＴでイよ
いことはいうまでもない。また、制御回路１０Ａ及１０
Ｂは、アナログ回路でなくても、マイクロコンピュータ
を用いてソフトウェアによっても実現することができる
。さらに、電力変換器６を動作させる信号は、直流電圧
偏差から直接得るものについて示したが、直流回路に接
続される電動機の状態を示す信号、すなわち回生信号を
直接うけて動作させるようにしてもよいものである。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、整流回路をリアクト
ルを有する電力変換器に並列に設け、順変換動作のとき
には主に整流器を作用させ、逆変換動作のときに電力変
換器を動作させるようにしたので、騒音の発生防止、効
率の向上、主回路素子の破壊防止をはかることができる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の主回路構成図、第２図は本発明に係る交
直変換装置の一実施例を示すブロック図、第３図は第２
図に示す実施例の動作説明をするために示す波形図、第
４図及び第５図は第２図に示す交直変換装置の制御回路
に用、いる過電圧検出回路の詳細を示すブロック図、第
６図は本発明に係る交直変換装置の他の実施例を示すブ
ロック図、第７図は第６図に示す制御回路の電流制御回
路の詳細を示す回路図、第８図は第６図の動作を説明す
るために示す波形図である。 ２・・・交流電源、４・・・リアクトル、６・・・電力
変換器、８・・・コンデンサ、１０Ａ及びＩＯＢ・・・
制御回路、２０・・・整流回路、２１及び２２・・・ダ
イオード、６１及び６３・・・トランジスタ、６２及び
６４・・・ダイオード。 代理人　弁理士　鵜沼辰之 第　ｌ　図 第　７　目 第　８　日 Ｗ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、リアクトルを介して交流電源に接続され回生運転可
   能な電力変換器と、前記リアクトルの交流電源側に接続
   され、直流出力端を前記電力変換器の直流側端子に接続
   される整流回路と、該直流回路の直流電圧を取り込み、
   この取υ込んだ直流電圧が所定の偏差を超えたときに上
   記電力変換回路を動作させる制御回路とを含んで構成し
   たことを特徴とする交直変換装置。