JPS62501257A - 自律形インバ−タ - 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】 自律形インバータ 技術分野 本発明は電力変換器、特に自律形インバータに関する。

背景技術 自律形インバータを具備する調整自在の電気駆動装置は、現在、多数の技術分野 で広く使用されている。自律形インバータは機械及び機構の運動をかなり簡単に し、減速装置を不要にし、電気駆動装置と機構を組合せて一体の装置を構成し、 技術的プロセスを完全に自動化すると共に、高速且つ高精度で機構の所望の最適 条件を維持する。

サイリスク周波数変換器の基本構成要素の１つである自律形インバータの回路は 電気駆動装置の調整特性及び出力性能、並びにその重量、サイズ、コスト及び信 頼性を決定する大きな要素である。高出力、高圧周波数変換器の自律形インバー タを選択する場合、上述のような点を考慮して他の回路に優先して特定の回路を 選択せざるをえないことが多い。多くの自律形インバータは純粋に実用上の理由 から排除されてしまう。

この点に関連して、構造が複雑でなく、整流安定性の向上によって確実に機能し 且つより高い出力性能を有する自律形インバータを提供することは早急に解決す べき問題である。

インバータは小型、軽量、低コストでなければならない。この問題は、特に、余 分にゲート及びコンデンサを追加することが実際には行なえない高圧用の周波数 調整自在な電気駆動装置の自律形インバータに当てはまる。

誘導電動機の制御用として設計された自律形インバータは先行技術において知ら れている（たとえば、ソビエト連邦発明者証第５０５，０９９号、Ｃ１、Ｉ（０ ２ｍ５／４２．　ＨＯ２ｍ７／４７２を参照）。整流安定性を向上させ且つ障害 のない始動を確保するために、複数個のサイリスクスイッチと、−次巻線がコン デンサとサイリスクスイッチの１つとから構成される回路に挿入される差動変圧 器制御変換器とを含むこの自律形インバータは、入力端子が変換器の二次巻線に 接続される付加的な闇値制限器を具備する。制限器の出力端子はステップ移相器 の入力端子に接続され、主発振器の入力端子は自律形インバータの出力線に接続 され、主発振器の出力端子はステップ移相器の入力端子に接続される。

闇値制限器は、自律形インバータのあらゆる条件においてスイッチングコンデン サの両端電圧の振幅を一定に維持し且つその整流安定性を向上させるために、差 動変圧器変換器の信号の１つのレベルに調整される。

この自律形インバータには、スイッチングとスイッチングとの間の期間中にスイ ッチングコンデンサが負荷から分離されず、スイッチングコンデンサ・と漏れ誘 導電動機の間に永続的なエネルギー交換振動プロセスが存在するという欠点があ る。その結果、非カノニカル高調波によって自律形インバータの出力電圧の形状 はひずむ。さらに、この自律インバータのスイッチングコンデンサには直流成分 が現われる場合があり、それにより、スイッチサイリスタの回復角度は非対称に なり、従って整流安定性は悪化する。制御が非対称になれば、制御変換器の中に 変圧器が存在するためにコンデンサに直流電圧成分が現われ、直流成分の情報を 変換器を介して伝送することはできない。

主ブリッジザイリスタスイソチと、スイ・ノチングコンデンサと、付加的なサイ リスクプリフジスイ・ノチとを含む自律形インバータは先行技術において知られ ている（たとえば、−０Ｅｃｈｎｅｒ、　Ｄ、に′６１１ｅｎｓｐｅｒｇｅｒの ドイツ特許第１６３８５１１号、ｒＥｔｎｒｉｃｈｔｕｎｇ　ｚｕｒ　Ｚｗａｎ ｇｓ　ｋｏｍｍｕｔｉｅｒｔｌｎｇ　ｆａｒ　ｅｉｎｅＡｎｏｒｄｎｕｎｇ　ｚ ｕｒ　Ｓｔｅｕｅｒｕｎｇ　ｄｅｒ　Ｄｒｅｈｚａｈｌ　ｕｎｄ　Ｄｒｅｈｒｉ ｃｈｔｕｎｇｅｉｎｅｒ　Ｄｒｅｈｓｔｒｏｍｍａｓｃｈｉｎｅｊ　Ｓｉｅｍｅ ｎｓ　ＡＧ＋Ｃ１，）１０２Ｐ７／６２＋１９６７年２月１７日出願、１９７５ 年５月２８日公告を参照）。

整流安定性を向上させるために、各スイ・ノチングコンデンサは変圧器と、チョ ークと、コンデンサと、サイリスクとから構成される装置 のスイッチング周期の開始によりスイ・ノチングコンデンサが確実に充電される ために良好な整流安定性を有する。各スイッチング期間ム整流コンデンサは食鳥 （誘導電動機）から分離されるので、非カノニカルｉｆＥｉＰＪ波による出力電 圧の形状の重大なひずみは起こらない。しかし、この自律形イン／Ｎｌ−夕は、 誘導電動機の１つの位相から別の位相への電流整流中Ｇこ付加的なブリッジスイ ソチのサイリスクに印加される電圧力｛主サイリスクブリッジスイッチのサイリ スクに印加される電圧の２倍の大きさであるという欠点を有する。この問題に対 処するためには、付加的スイッチのサイリスクはより高い電圧定格を有するか又 は直列接続されたサイリスクを使用しなければならない。２つの解決方法は、共 に、インバータを、特に高圧用として適用した場合に、高価にし、重くし且つ大 型化するものである。

この自律形インバータは、機能の上では順次配列で接続される多数の構成要素か ら構成されるので、十分な信頼性を有するとはいえない。

２個の整流サイリスクと、交流リード線が整流コンデンサを介して補助ｍ相ダイ オードブリソジのそれぞれの交流リード線に接続されるｍ相すイリスクブリフジ とを含み、ダイオードブリソジの直流リード線は補助接続でダイオードと結合さ れる整流サイリスクを介してサイリスクブリフジの同様の直流リード線と接続さ れるような自律形インバータも先行技術で知られている（たとえば、ソビエト連 邦発明者証第８１１、４６０号、Ｃ　Ｉ　、ＨＯ２ｍ７／５１５を参照）。自律 形インバークのサイリスクは、それぞれのサイリスクに制御パルスを分配する分 配装置の入力端子に出力端子が接続される主発振器により制御される。制動抵抗 器は補助ダイオードブリ・ノジの直流リード線に接続され、補助ダイオードブリ ・ノジは、自律形インバータの整流安定性を向上させ且つインバータ負荷におけ る整流サージを低減するために、ダイオードと補助接続している整流サイリスク を介してサイリスクブリ・ノジの同様の直流リード線と結合される。整流安定性 は向上され、電圧サージは電流整流中の振動プロセスを制動することによって制 限される。これは、１つの整流コンデンサと負荷位相誘導子とから構成される回 路の特性インピーダンスの０．　６〜０．８に等しい抵抗を有するように抵抗器 を選択することにより達成される。

しかし、この自律形インバータには、その効率が上述の条件に従って選択される 制動抵抗器の損失によって影Ｖを受けるという欠点がある。制動抵抗器の抵抗が 十分に高い場合には損失を相当に減少することができ、また整流コンデンサをス イッチング相互間の期間中にまだ負荷から分離することができる。しかし、整流 コンデンサの電圧振幅を公知のどのような回路構成によっても安定化することは できず、そのため、コンデンサに制御不可能な直流電圧成分が現われる。整流コ ンデンサ、サイリスク及びダイオードはさらに高い電圧定格を有していなければ ならない。これにより、装置ははるかに高価になり、重くなり且つ大型化する　 。

発明の開示 つ信頼性の高区Ｇ鯵形非ホナ＝孕を提供することを目的とし、これはそのような 電圧を安定化し且つ制御不可能な直流成分の出現を阻止することにより達成され る。

この目的は、交流リード線が整流コンデンサを介して三和ダイオードブリッジの それぞれの交流リード線に接続される三相サイリスクブリッジであって、三相ダ イオードブリッジの直流リード線は整流サイリスクを介してサイリスクブリッジ の同様の直流リード線に接続されるものと、主発振器と、分配装置とを有し、前 記主発振器はサイリスクブリッジ及び整流サイリスクに対して制御パルスを発生 し、主発振器の出力端子は分配装置の第１の入力端子に接続され、分配装置の出 力端子はサイリスクの制御接続点に接続される自律形インバータが、本発明に従 って、差動増幅器と、ヒステリシス特性を有する闇値素子と、２つの分圧器とを さらに具備し、前記分圧器の第１のアームは、リード線がサイリスクブリッジ及 びダイオードブリッジの交流、リード線にそれぞれ接続される３個の星形接続抵 抗器を有し、分圧器の第２のアームの抵抗器は前記星形接続の中性点と接地点と の間に挿入され、分圧器の出力端子は差動増幅器の反転入力端子及び非反転入力 端子に接続され、差動増幅器の出力端子は闇値素子を介して分配装置の第２の入 力端子に接続されることにより達成される。

この回路構成の自律形インバータは構造が複雑でなく、また整流コンデンサに制 御不可能な直流成分が現われるのを阻止し且つ整流コンデンサの電圧の振幅を安 定化するが、これは自律形インバータの全ての動作条件において高い整流安定性 を保証するものである。自律形インバータの出力性能は整流コンデンサ及び整流 装置の最大電圧を低下させることにより改善される。これにより、自律形インバ ータを安価にし、小型軽量化し且つさらに信頼性を高めることもできる。

図面の簡単な説明 以下、本発明の特定の一実施例及び添付の図面を参照して本発明をさらに詳細に 説明する。図面中、第１図は、本発明による自律形インバータの回路図、第２図 は、自律形インバータの動作のタイミング図である。

発明を実施する最良の形態 第１図に関して説明する。本発明による自律形インバータはサイリスクブリッジ ７を形成する複数個のサイリスク１〜６と、ダイオードブリッジ１４を形成する 複数個のダイオード８〜１３とを含む。サイリスクブリッジ７の交流リード線は 整流コンデンサ１５を介してダイオードブリ・ンジ１４のそれぞれのリード線に 接続される。このダイオードブ肝ノジ１４の直流リード線は整流サイリスク１６ 及び１７を介してサイリスクブリッジ７の同様のリード線に接続される。

整流コンデンサ１５の電圧は２つの分圧器１８により測定され、そのような各分 圧器１８の一方のアームは、星形接続され且つブリッジ７及び１４の交流リード 線に結合される３個の抵抗器１９から構成される。分圧器１８の測定抵抗器２０ は抵抗器１９の星形接続の中性点と接地点との間に挿入される。分圧器１８の出 力端子は差動増幅器２１の反転入力端子及び非反転入力端子に接続され、差動増 幅器２１の出力端子は、ヒステリシス特性を有し且つ整流コンデンサ１５の両端 電圧が所望のレベルに達する時点を検出するように構成される闇値素子２２の入 力端子に接続される。闇値素子２２の出力端子は、サイリスク１〜６，１６及び １７の制御接続点にイネ−ブリングパルスの１つを割当てる分配装置２３の入力 端子の１つに接続される。分配装Ｗ２３の別の入力端子は主発振器２４の出力端 子に接続される。

本発明の自律形インバータは次のように動作する。

説明を明確にするために、ブリッジ７のサイリスタ１及び２がオンされるスイッ チング期間について説明する。この場合、その他の全ての整流素子であるサイリ スクとダイオードも共にオフされる。整流コンデンサ１５は負荷から分離され、 先の整流プロセスによって充電される。これらの素子の電圧の極性は第１図に括 弧なしで示されている。°この極性は分圧器１８と、差動増幅器２１の出力端子 とにおける低（負）レベルの出力電圧に対応する（第２図、プロット２５）。ヒ ステリシス形闇値素子２２（第１図）はその安定状態の一方にあり、分配装置２ ３はサイリスタ１及び２に対して、それらがオンされたことを検査する制御パル スをそれぞれ発生する（第２図、プロット２６及び２７）。

主発振器２４（第１図）の次のパルス２８（第２図）　が入力されると、分配装 置２３はサイリスタ１から制御パルス（第２図、プロット２６）を取除き、サイ リスク１６に制御パルスを供給する（第２図、プロット２９）。サイリスタ２に 対する制御ペルス（第２図、プロット２７）は保持される。

サイリスタ１は整流コンデンサ１５　（第１図）から印加される電圧によりオフ される。整流コンデンサ１５はサイリスタ１６と、ダイオード８．９及び１０と 、負荷とを介して第１図に括弧に入れて示される極性に再び充電し始める。

分圧器１８及び増幅器２１　（第１図）の出力電圧（第２図、プロット２５）も プロット２５　（第２図）の軸に関して上昇する線に沿って変化する。閾値素子 ２２（第１図）の状態は、整流コンデンサ１５の電圧が閾装置素子２２の設定値 及びそのヒステリシスにより決定されるレベル（第２図、プロ・ノド２５の軸に 関する上限の線）に達するまで、ヒステリシスによって変化しないままである。

再充電期間中、分配装置２３（第１図）はサイリスタ１６及び２に対して制御パ ルスを発生し続ける。

整流コンデンサ１５が指定レベルまで再充電すると、闇値素子２２は動作し、他 方の安定状態に切替わる。分配装置２３はサイリスク１６にパルスを供給するの を停止し、ブリッジ７の陽極グループの次のサイリスタ３をオンする（第２図、 プロット３０及び３１）。サイリスタ１６（第１図）と、ダイオード８．９及び １０とは整流コンデンサ１５からの電圧によりオフされる。次に、インバータ動 作の次の期間がスタートし、そこでブリッジ７のサイリスタ３及び２がオンされ る。自律形インバータのその他の全ての整流素子はオフされ、整流コジデンサ１ ５は負荷から分離される。スイッチング期間の長さは主発振器２４の動作周期、 すなわち、インノく一夕の出力周波数により決定される。

主発振器２４０次のパルスが入力さ孔ると、分配装置２３はサイリスタ２から制 御パルスを取除き、サイリスタ１７をオンする。このようにして、前述のように 自律形インバータの陰極グループの整流器の整流プロセスが開始される（第２図 、プロット３２　、３３及び３４）。この整流プロセスは、整流コンデンサ１５ 　（第１図）がプロット２５　（第２図）の軸に関して下限の線に対応するレベ ルまで再充電されたときに終了する。このレベルも、先の整流プロセスの場合と 同様に、闇値素子２２　（第１図）の設定値により決定される。

要するに、整流コンデンサ１５の最大電圧レベルは厳密に固定され、閾値素子２ ２を調整することによって決定される。

直流成分があるならば、これを含めた整流コンデンサ１５の電圧の全成分を伝送 する抵抗器１９及び２０を介して分圧器により最大電圧レベルが測定されるので 、これらレベルは整流コンデンサ１５の電圧の実際値に対応する。このようにし て目的は達成される一整流コンデンサの電圧は正確に安定化され且つ制御不可能 な直流成分は除去される。

この自律形インバータでは電圧をより正確に安定化するので、そのような電圧の 最大値を２０〜３０％低下させ、しかもインバータの高い整流安定性を保持する ことができる。コンデンサの電圧が低下されるので、より等級の低いサイリスク 及びダイオードをインバータに採用することができる。さらに、高圧回路に直列 接続されるサイリスクとダイオードの数も２０〜３０％減らすことができる。

本発明による自律形インバータにおいては、闇値素子２２は、反転出力が論理イ ンバータにより形成される再生比較器であっても良い。分配装置２３はトリガ及 びＡＮＤゲートを中心として構成されるリングスケーラである。主発振器２４及 び差動増幅器２１は全ての当業者に知られている回路を有する。

要約すれば、本発明による自律形インバータは従来の装置と比べていくつかの重 大な利点を有するといって差しつかえない。インバータは構造が複雑でなく且つ 確実に機能し、誘導電動機及び電気駆動装置のサイリスク周波数変換器に使用す ることができる。信頼性、軽量及び小型が決定的ファクターとなる高圧サイリス ク周波数変換器には、他の条件が同一であるならば、自律形インバータは特に有 効である。

産業上の利用可能性 様々な電力及び電圧に定格を設定された誘導電動機を特徴とする調整自在の電気 駆動装置のためのサイリスク周波数変換器に本発明を広く利用することができる 。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 直流リード線が整流サイリスタを介してサイリスタブリッジの同様の直流リード 線に接続される三相ダイオードブリッジのそれぞれの交流リード線に、交流リー ド線が整流コンデンサを介して接続される三相サイリスタブリッジと、主発振器 と、サイリスタブリッジ及び整流サイリスタに対して制御パルスを発生する分配 装置とを有し、主発振器の出力端子は、出力端子がサイリスタの制御接続点に接 続される分配装置の第１の入力端子に接続される自律形インバータにおいて、自 律形インバータは差動増幅器（２１）と閾値素子（２２）と、２つの分圧器（１ ８）とをさらに具備し、分圧器（１８）の第１のアームは、リード線がサイリス タブリッジ及びダイオードブリッジ（７及び１４）の交流リード線にそれぞれ接 続される３個の星形接続抵抗器（１９）から構成され、分圧器（１８）の第２の アームの抵抗器（２０）は該星形接続の中性点と接地点との間に挿入され、分圧 器（１８）の出力端子は差動増幅器（２１）の反転入力端子及び非反転入力端子 に接続され、差動増幅器（２１）の出力端子は閾値素子（２２）を介して分配装 置（２３）の第２の入力端子に接続されることを特徴とする自律形インバータ。