KR950002079B1 - 전력변환장치 - Google Patents

Abstract

내용없음.

Description

전력변환장치

제1도는 본 발명에 의한 전력 변환장치의 1실시예를 도시한 구성도.

제2도는 제1도의 동작설명에 사용하기 위한 표를 도시한 도면.

제3도는 본 발명에 의한 전력 변환장치의 다른 실시예를 도시한 구성도.

제4도는 제3도의 동작설명에 사용하기 위한 표를 도시한 도면.

제5도는 본 발명에 의한 전력 변환장치의 다른 실시예를 도시한 구성도.

제6도는 제5도의 동작설명에 사용하기 위한 표를 도시한 도면.

제7도는 본 발명에 의한 전력 변환장치의 다른 실시예를 도시한 구성도.

제8도는 제7도의 동작설명에 사용하기 위한 표를 도시한 도면.

제9도는 본 발명에 의한 전력 변환장치의 다른 실시예를 도시한 구성도.

제10도는 본 발명에 의한 전력 변환장치의 다른 실시예를 도시한 구성도.

제11도는 본 발명에서 사용되는 전력회생장치의 구체적인 회로를 포함한 1실시예에 의한 전력변환장치를 도시한 구성도.

제12도는 본 발명에 의한 전력 변환장치의 다른 실시예를 도시한 구성도.

제13도는 본 발명에 의한 전력 변환장치의 다른 실시예를 도시한 구성도.

제14도는 본 발명에 의한 전력 변환장치의 다른 실시예를 도시한 구성도.

제15도는 본 발명에 의한 멀티레벨 인버터장치의 1실시예를 도시한 구성도.

제16도는 본 발명에 의한 멀티레벨 인버터장치의 다른 실시예를 도시한 구성도.

제17도는 종래의 전력변환장치(3상)를 도시한 구성도.

제18도는 종래의 2레벨 인버터장치를 도시한 구성도.

제19도는 종래의 전력 변환장치를 도시한 구성도.

제20도는 종래의 스너버회로를 도시한 구성도.

제21도는 종래의 전력변환장치에 종래의 스너버회로를 적용한 구성도.

제22도는 제21도의 동작설명에 사용하기 위한 표를 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1a, 1b, 1c, 1d : GTO다이리스터 3a, 3b : 전류전원

5a, 5b : 클램프다이오드 7a, 7b : 애노드리액터

11a, 11b, 11c, 11d : 스너버콘덴서 12a, 12b, 12c, 12d : 스너버다이오드

18a, 18b : 방전저항기 19a, 19b : 회수콘덴서

20a, 20b : 전력회생장치 A : 출력단자

B : 중간전위로 되는 점

본 발명은 자기꺼짐(self-extinguishing)형 반도체소자를 적용해서 구성되는 전력 변환장치에 관한 것이다.

제17도는 종래의 전력변환장치(3상)의 기본구성을 도시한 구성도이다. 이와 같은 3레벨 인버터장치는 예를 들면 IEEE TRAN SACTION ON INDUSTRY APPRICATIONS VOL. IA-17, NO.5 1981 「A New Neutral-Point-Clamped PWM Inverter」에 기술되어 있고, 이 전력변환장치는 예를 들면 자기꺼짐형 반도체소자(1a) 및 그것에 역으로 병렬접속되는 프리휠다이오드(2a)로 이루어지는 1조의 회로에 전력변환장치 직류전원(3)의 정극 P와 부극N사이에 4조가 직렬로 접속되어 있다. 따라서, 전력변환장치의 출력단자 A와 그 직류전원(3)의 정극 P사이의 정암 및 출력단자 A와 직류전원(3)의 부극 N사이의 부암은 각각 2조가 직렬로 접속되는 구성으로 된다. 또, 이 전력변환장치는 직류전원(3)을 분할하는 수단으로써 콘덴서(4a), (4b)를 사용하고 있고, 직류전원(3)의 중간전위로 되는 점B와 정암의 중간점 C 및 부암의 중간점 D사이에 각각 클램프다이오드(5a), (5b)가 접속되어 있다. 최근, 자기꺼짐형 반도체소자에는 역병렬되는 프리휠다이오드를 포함한 역도통형 자기꺼짐형 반도체소자가 개발되어 있어 생략되는 일도 있을 수 있다.

제18도에 도시한 일반적인 2레벨 인버터장치(단상을 도시)에서는 각 상에 있어서 직류전원전압 E의 전체 전압과 O전압을 출력할 수 있지만, 제19도(단상을 도시)에 도시한 전력변환장치의 각 상에 있어서, 직류전원전압(2E)의 전체의 전압, 중간전압 및 O전압을 출력하는 것이 가능하다. 그 3개의 전압값의 출력방법을 설명한다. 정암의 자기꺼짐형 반도체소자(1a), (1b)만 ON시키면 직류전원(3)의 정극 P와 출력단자 A가 전기적으로 접속되게되어 출력단자 A에서는 직류전원전압(2E)의 전체전압이 출력된다. 또, 출력단자 A의 양측에 접속되어 있는 자기꺼짐형 반도체소자(1b), (1c)만 ON시키면, 직류전원(3)의 중간전위로 되는 점 B와 출력단자 A가 전기적으로 접속되게 되며 출력단자 A에서는 직류전원전압(2E)의 중간전압이 출력된다. 또, 부암의 자기꺼짐형 반도체소자(1c), (1d) 만 ON시키면, 직류전원(3)의 부극 N와 출력단자 A가 전기적으로 접속되게 되어 출력단자 A에서는 O전압이 출력된다.

제19도에 도시된 전력변환장치를 구성하는 자기꺼짐형 반도체소자에 전압상승률 및 전류상승률에 제약이 있는 것, 예를 들면 GTO 다이리스터(이하, GTO라 한다)를 적용하는 경우 제20도에 도시한 스터버회로를 접속해야만 한다. 즉, 도면중(6)은 GTO(1)에 직렬로 접속되어 있으므로 직렬스너버회로라고 하며, 애노드리액터(7), 다이오드(8), 저항기(9)로 구성되어 있다. 또 도면중, (10)은 GTO(1)에 병렬로 접속되어 있으므로 병렬스너버회로라고 하며, 스너버콘덴서(11), 스너버다이오드(12), 저항기(13)으로 구성되어 있다. 이 기본구성은 미쯔비시전기기보 VOL. 58 No. 12 1984 「차량추진제어장치에 있어서의 GTO의 응용」에 기재되어 있다. 이 스너버회로의 역할인데, GTO(1)의 턴온시는 애노드리액터가 에너지를 축적하면서 GTO(1)에 걸리는 전압상승률을 바라는 값으로 억제하고, GTO(1)의 턴오프시에는 스너버콘덴서(11)이 에너지를 축적하면서 GTO(1)에 걸리는 전압상승률을 바라는 값으로 억제하게 되어 GTO(1)의 스위칭시에 소자가 파괴되는 일이 없도록 보호회로로써 기능한다. 이 스너버회로에서는 GTO(1)의 스위칭시마다 스너버회로의 구성요소인 애노드리액터(7)과 스너버콘덴서(11)에 축적된 에너지는 각각 저항기(9), (13)에서 소비되게 된다.

제21도는 자기꺼짐형 반도체소자(1a), (1b), (1c), (1d)의 1예로서 GTO(1a), (1b), (1c), (1d)를 적용하여 각 GTO(1a), (1b), (1c), (1d)에 제20도에 도시한 병렬스너버회로(10)를 접속한 종래의 전력변환장치를 도시한 구성도이다. 또, 제21도에서는 제17도의 콘덴서(4a), (4b)를 등가적으로 직류전원(3a), (3b)로 치환하고있고, 분할된 직류전원(3a), (3b)의 전압은 각각 전압E로 한다.

원리적으로는 제21도에 도시한 2개의 애노드리액터(7a), (7b)를 삽입하는 것에 의해, 각 상을 구성하는 GTO(1a), (1b), (1c), (1d)에 걸리는 전류상승률을 억제하는 것을 가능하지만, 중간전위로 되는 점 B에서의 접속경로에 애노드리액터(7c)를 삽입해서 모든 애노드리액터(7a), (7b), (7c)에 축적된 에너지를 전압 클램프회로(14a), (14b)에 일단 흡수시키고 저항기(17a), (17b)에서 방전, 소비시키도록 하고 있다. 상술한 3개의 레벨을 출력하기 위해 전력변환장치를 구성하는 GTO(1a), (1b), (1c), (1d)를 스위칭시키는 것이지만, 그 스위칭동작시마다 리액터나 콘덴서에 축적된 에너지가 저항기에서 소비되게 된다.

제21도에 대해서 동작을 설명한다. 또, 설명중에 나타낸 경로는 제22도에 정리해서 기재하고 있다. 우선 구성인데, 정암은 GTO(1a), (1b), 프리휠다이오드(2a), (2b)에 의해 부암은 GTO(1c), (1d), 프리휠다이오드(2c), (2d)에 의해 구성되어 있다.(5a), (5b)에 클램프다이오드이고, (14a), (14b)는 전압클램프회로이며, 각각은 바람직하게는 정전용량이 큰 콘덴서(15a), (15b), 다이오드(16a), (16b), 저항기(17a), (17b)로 구성되어 있다. GTO(1a)에 대해서는 스너버콘덴서(11a), 스너버다이오드(12a), 저항기(13a)로 구성되는 병렬 스너버회로를 구비하고 있으며, 다른 GTO(1b), (1c), (1d)에 대해서도 마찬가지이다. (7a), (7b), (7c)는 직렬스너버회로의 기능을 갖는 애노드리액터이다. 여기에서는 전력변환장치에 접속되는 도시하지 않은 부하는 유도성부하이고, 부하전류의 벡터는 각 GTO(1a), (1b), (1c), (1d)의 스위칭동작중에는 변화하지 않는 것으로 가정한다.

우선, GTO(1a)의 턴오프동작을 설명한다. 도면중, 정암의 GTO(1a), (1b)가 ON, 부암의 GTO(1c), (1d)가 OFF하고 있고, 경로(1)에 의해 출력단자(A)에서 도면중의 화살표 방향으로 부하전류가 흐르고 있으며, 스너버콘덴서(11a), (11b)의 전압은 각각 O, 스너버콘덴서(11c), (11d)의 전압은 각각 분할된 직류전원(3a), (3b)의 전압E로 충전된 상태에서 GTO(1a)를 턴오프시켜 부하전류를 차단하고, 어느 정도의 단락방지시간후에 GTO(1c)를 턴온하는 경우를 생각한다. GTO(1a)를 턴오프시키면 차단된 전류는 경로(2)로 바이패스되어 스너버콘덴서(11a)를 충전하고, 그 충전전압이 분할된 직류전원(3a)의 전압 E이상으로 되면 클램프다이오드(5a)가 도통해서 부하전류는 경로(3)으로 흐른다. 이 과정에 있어서, 애노드리액터(7a)의 전류는 경로(4)를 흐르게 되고, 애노드리액터(7a)에 축적된 에너지는 콘덴서(15a)에 흡수된다. 또, 스너버콘덴서(11c),(11d)에 축적된 에너지는 저항기(13c), (13d)를 통해서 경로(5)에 의해 부하측으로 방전, 소비된다. GTO(1a)를 턴오프해서 단락방지시간후에 GTO(1c)를 턴온했을 때 스너버콘덴서(11c), (11d)에 에너지가 남아있지만, 경로(6)에 의해 스너버콘덴서(11c)의 에너지는 모두 저항기(13c)에서 소비되고 스너버콘덴서(11d)는 분할된 직류전원전압 E까지 충전된다. 이 과정을 거쳐서 부하전류는 경로(3)으로 흐르게 된다. 또 콘덴서(15a)에 과충전전압으로써 일단축적된 에너지는 저항기(17a)를 통해서 방전된다.

다음에 GTO(1b)의 턴오프동작을 설명한다. 도면중, 정암의 GTO(1a)가 OFF, GTO(1b)가 ON, 부암의 GTO(1c)가 ON, GTO(1d)가 OFF하고 있고, 경로(3)에 의해 출력단자 A에 도면중의 화살표 방향으로 부하전류가 흐르고 있고, 스너버콘덴서(11b), (11c)의 전압은 각각 O, 스너버콘덴서(11a), (11d)의 전압은 각각 분할된 직류전원(3a), (3b)의 전압 E로 충전된 상태에서 GTO(1b)를 턴오프시켜 부하전류를 차단하고. 어느 일정한 단락방지시간후에 GTO(1d)를 턴온하는 경우를 생각한다. GTO(1b)를 턴오프시키면 차단된 전류는 경로(7)로 바이패스되어 스너버콘덴서(11b)를 충전하고, 그 충전전압이 분할된 직류전원(3b)의 전압 E이상으로 되면, 프리휠다이오드(2c), (2d)가 도통해서 부하전류는 경로(8)로 흐른다. 이 과정에 있어서, 애노드리액터(7c)의 전류는 경로 (9)를 흐르게 되고 애노드리액터(7c)에 축적된 에너지는 콘덴서(15b)에 흡수된다. 또 스너버콘덴서(11d)에 축적된 에너지는 저항기(13d)를 통해서 경로(10)에 의해 부하측으로 방전, 소비된다. GTO(1b)를 턴오프해서 단락방지시간후에 GTO(1d)를 턴온했을 때, 스너버콘덴서(11d)에 에너지가 남아 있는 경우, 경로(11)에 의해 그들 에너지는 모두 저항기(13d)에서 소비된다. 이 과정을 거쳐서 부하전류는 경로(8)에 의해 흐르게 된다. 또, 콘덴서(15b)에 과충전전압으로써 일단 축적된 에너지는 저항기(17b)를 통해서 방전된다.

다음에 그 상태에서 GTO(1d)를 턴오프하고, 어느 일정한 단락방지시간후에 GTO(1b)에 턴온하면, 부하 전류는 경로(3)에 의해 공급되기 시작함과 동시에 스너버콘덴서(11b)에 축적된 에너지는 경로(12)에 의해 저항기(13b)에서 소비되면서 전압 O까지 방전된다. 또, 스너버콘덴서(11d)는 경로(13)에 의해 분할된 직류전원(3b)의 전압 E로 충전되고, 애노드리액터(7b), (7c)에 과잉으로 축적된 에너지는 경로(14)에 의해 콘덴서(15b)에 흡수된다. 이 과정을 거쳐서 부하전류는 경로(3)에 의해 흐르게 된다. 또, 콘덴서(15b)에 과충전전압으로써 일단 축적된 에너지는 저항기(17b)를 통해서 방전된다.

다음에 그 상태에서 GTO(1c)를 턴오프하고, 어느 일정한 단락방지시간후에 GTO(1a)를 턴온하면, 부하 전류는 경로(1)에 의해 공급되기 시작함과 동시에 스너버콘덴서(11a)에 축적된 에너지는 경로(15)에 의해 저항기(13a)에서 소비되면서 전압 O까지 방전된다. 또 스너버콘덴서(11c)는 경로(16)에 의해 분할된 직류전압(3a)의 전압E로 충전되고, 애노드리액터(7a), (7c)에 과잉으로 축적된 에너지는 경로(17)에 의해 콘덴서(15a)에 흡수된다. 이 과정을 거쳐서 부하전류는 경로(1)에 의해 흐르게 된다. 또 , 콘덴서(15a)에 과충전전압으로써 일단 축적된 에너지는 저항기(17a)를 통해서 방전된다.

다음에 부하전류가 도면중의 화살표 역방향으로 흐르고 있는 경우의 각 GTO(1a), (1b), (1c), (1d)의 스위칭동작에 대해서 설명하고 있지만, 도면중의 화살표 방향으로 부하전류가 흐르고 있는 경우의 각 GTO(1a), (1b), (1c), (1d)의 스위칭동작과 완전히 대칭되므로 설명을 생략한다.

종래의 전력변환장치는 이상과 같이 구성되어 있으므로, 구성부품중 저항기가 그 개수의 상당한 비율을 차지하고 있으며, 또 GTO등의 자기꺼짐형 반도체소자의 ON, OFF 동작에 의해 직렬스너버회로, 병렬스너버회로내의 에너지축적요소인 콘덴서 및 리액터에 축적된 에너지가 저항기에서 소비되고 있고, 이 결과 인버터장치의 효율저하 요인으로 되어 전력변환장치의 고주파화가 곤란하게 되고, 전력변환장치내에 설치되는 냉각장치가 대형화하여 전력변환장치 자체도 대형화한다는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로써, 여러개의 직렬스너버회로 및 병렬 스너버회로의 구성요소인 저항기를 공통으로 접속하는 것에 의해서 저항기의 수를 최소한으로하고, 또 직렬스너버회로, 병렬스너버회로내에 축적되어 있던 에너지를 저항기에서 소비하는 일 없이 직류전원등으로 회생할 수 있어 그들의 회로가 갖는 자기꺼짐형 반도체 소자의 보호기능을 손상시키는 일없이 동작하는 전력 변환장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 관한 전력변환장치는 중간전위로 되는 점을 갖는 직류전원, 직류전원에 직렬접속되고, 제1 및 제2의 자기꺼짐형 반도체소자와 제1 및 제2의 가지꺼짐형 반도체소자 사이에 접속된 제1의 리액터를 갖는 정암, 직류전원에 직렬접속되고, 제3 및 제4의 자기꺼짐형 반도체소자와 제3 및 제4의 자기꺼짐형 반도체소자 사이에 접속된 제2의 리액터를 갖는 부암, 제1 및 제2의 자기꺼짐형 반도체소자의 직렬접속점과 중간전위로 되는점 사이에 접속된 제1의 다이오드, 제3 및 제4의 자기꺼짐형 반도체소자의 직렬접속점과 중간전위로 되는 점 사이에 접속된 제2의 다이오드, 정암과 부암과의 사이의 접속점에 접속된 출력단자, 각각의 자기꺼짐형 반도체소자에 병렬로 접속되고, 다이오드와 콘덴서를 직렬로 접속해서 이루어지는 제1~제4의 직렬체, 제1의 직렬체의 다이오드와 콘덴서와의 접속점 및 제3의 직렬체의 다이오드와 콘덴서와의 접속점에 접속된 제1의 방전저항기, 제2의 직렬체의 다이오드와 콘덴서와의 접속점 및 제4의 직렬체의 다이오드와 콘덴서와의 접속점에 접속된 제2의 방전저항기를 마련하는 구성으로 되어 있다.

본 발명에 있어서는 여러개의 직렬스너버회로 및 병렬스너버회로의 구성요소인 저항기를 공통으로 접속하는 것에 의해, 저항 부품개수를 최소한으로 하여 전력변환장치의 구성을 간소화가 가능하게 되고, 또 구성요소에 저항기를 사용하지 않고 구성되는 스너버회로를 적용하는 것에 의해, 종래의 스너버회로와 마찬가지로 자기꺼짐형 반도체소자에 가해지는 급준한 전류, 전압의 상승을 바라는 값으로 억제하여 종래의 스너버회로내에 축적되며, 또한 저항기에서 소비되고 있던 과잉에너지를 회수하기 위한 회수콘덴서에 인도하고, 그 회수콘덴서로 회수된 과잉에너지를 추출해서 직류전원등으로 회생할 수 있는 전력 회생장치를 구비했으므로, 전력변환장치를 고효율로 구동하는 것이 가능하게 된다.

[실시예 1]

이하, 본 발명의 1실시예를 도면에 따라서 설명한다. 제1도는 청구항1에 대응하는 본 발명의 전력변환장치의 실시예를 도시한 구성도(단상을 도시)이다. 제1도에 있어서는 자기꺼짐형 반도체소자(1a), (1b), (1c), (1d)의 1예로써 GTO(1a), (1b), (1c), (1d)를 적용하고 있으며, 제1도에 있어서 그들은 단락방지시간을 마련할 필요가 없는 이상스위치로써 취급하는 것이 가능한 것으로 한다. 또, 제1도에 있어서, 제17도 및 제21도와 대응하는 동일 부호를 붙여서 설명한다.

본 실시예에서 정암은 제1의 자기꺼짐형 반도체소자로써의 GTO(1a), 제2의 자기꺼짐형 반도체소자로써의 GTO(1b), 프리휠 다이오드(2a), (2b), 애노드리액터(7a)에 의해, 부암은 제3의 자기꺼짐형 반도체 소자로써의 GTO(1c), 제4의 자기꺼짐형 반도체소자로써의 GTO(1d), 프리휠다이오드(2c), (2d), 애노드리액터(7b)에 의해 구성디어 있다. (5a),(5b)는 중간전위로 되는 점 B와 GTO(1b)의 애노드측의 사이 및 GTO(1c)의 캐소드측과 중간전위로 되는 점 B사이에 각각 접속된 클램프다이오드이다. GTO(1a)에 대해서는 스너버 콘덴서(11a), 스너버다이오드(12a)로 구성되는 병렬스너버회로의 기능을 갖는 직렬체를 구비하고 있고, 다른 GTO(1b), (1c), (1d)에 대해서도 마찬가지이다. 애노드리액터(7a), (7b)는 직렬스너버회로의 기능을 갖고, 각각 GTO(1a), GTO(1b) 사이 및 GTO(1c), GTO(1d) 사이에 접속되어 있다. 또(18a), (18b)는 스너버콘덴서(11a), (11c) 및 스너버콘덴서(11b)(11d)에 공통인 방전저항기이고, 방전저항기(18a)는 스너버콘덴서(11a) 및 스너버다이오드(12a)의 접속점과 스너버콘덴서(11c) 및 스너버다이오드(12c)의 접속 점사이에 접속되고, 방전저항기(18b)는 스너버콘덴서(11b) 및 스너버다이오드(12b)의 접속점과 스너버콘덴서(11d) 및 스너버다이오드(12d)의 접속점 사이에 접속된다. 또, 제1도에서는 제17도의 콘덴서(4a), (4b)를 등가적으로 2개의 직류전원(3a), (3b)로 치환하고 있으며, 분할된 직류전원(3a), (3b)의 전압은 각각 전압 E로 한다. 여기에서는 전력변환장치에 접속되는 도시하지 않은 부하는 유도성부하이고, 부하전류의 백터는 각 GTO(1a), (1b), (1c), (1d)의 스위칭동작중에는 변화하지 않는다고 가정한다.

다음에 제1도에 대해서 동작을 설명한다. 또, 설명중에 나타낸 경로는 제2도에 정리해서 기재하고 있다. 우선, GTO(1a)의 턴오프동작을 설명한다. 도면중, 정암의 GTO(1a), (1b)가 ON, 부암의 GTO(1c), (1d)가 OFF하고 있으며, 경로(1)에 의해 출력단자 A에서 도면중의 화살표 방향으로 부하전류가 흐르고 있고, 스너버콘덴서(11a), (11b)의 전압은 각각 O, 스너버콘덴서(11c), (11d)의 전압은 각각 분할된 직류전원(3a), (3b)의 전압E로 충전된 상태에서 GTO(1a)를 턴오프시켜 부하전류를 차단하고, 그 직후에 GTO(1c)를 턴온하는 경우를 생각한다. GTO(1a)를 턴오프시키면 차단된 전류는 경로(2)로 바이패스되어 스너버콘덴서(11a)를 충전하고, GTO(1a)에 걸리는 전압상승률을 억제한다. 그 충전전압이 분할된 직류전원(3a)의 전압 E에 도달하면 클램프다이오드(5a)가 도통해서 부하전류는 경로(3)에 의해 흐른다. 이 과정에 있어서, 스너버콘덴서(11c)에 축적된 에너지는 경로(4)에 의해 방전저항기(18a)를 통해서 O전압까지 방전된다. 그 직후는 애노드리액터(7a)에 에너지가 과잉으로 축적되어 있지만, 경로(5)에 의해 그 에너지는 모두 방전저항기(18a)에서 소비된다. 이 과정은 거쳐서 부하전류는 경로(3)에 의해 흐르게 된다.

다음에 GTO(1b)의 턴오프동작을 설명한다. 도면중, 정암은 GTO(1a)가 OFF, GTO(1b)가 ON, 부암인 GTO(1c)가 ON, GTO(1d)가 OFF하고 있고, 경로(3)에 의해 출력단자 A를 도면중의 화살표 방향으로 부하전류가 흐르고 있고, 스너버콘덴서(11b), (11c)의 전압은 각각 O, 스너버콘덴서(11a), (11d)의 전압은 각각 분할된 직류전원(3a), (3b)의 전압 E로 충전된 상태에서 GTO(1b)를 턴오프시켜 부하전류를 차단하고, 그 직후에 GTO(1d)를 턴온하는 경우를 생각한다. GTO(1b)를 턴오프시키면 차단된 전류는 경로(6)으로 바이패스되어 스너버콘덴서(11b)를 충전하고, GTO(1b)에 걸리는 전압상승률을 억제한다. 그 충전전압이 분할된 직류전원(3b)의 전압 E에 도달하면, 프리휠다이오드(2c), (2d)가 도통해서 부하전류는 경로(7)에 의해 흐른다. 이 과정에 있어서 스너버콘덴서(11d)에 축적된 에너지는 경로(8)에 의해 방전저항기(18b)를 통해서 O전압까지 방전된다. 그 직후는 애노드리액터(7b)에 에너지가 과잉으로 축적되어 있지만, 경로(9)에 의해 그 에너지는 모두 저항기(18b)에서 소비된다. 이 과정을 거쳐서 부하전류는 경로(7)에 의해 흐르게 된다.

다음에 GTO(1b)의 턴온동작을 설명한다. 도면중, 정암의 GTO(1a), (1b)가 OFF, 부암의 GTO(1c), (1d)가 ON하고 있고, 경로(7)에 의해 출력단자 A에서 도면중의 화살표 방향으로 부하전류가 흐르고 있고, 스너버콘덴서(11c), (11d)의 전압은 각각 O, 스너버콘덴서(11a), (11b)의 전압은 각각 분할된 직류전원(3a), (3b)의 전압 E로 충전된 상태에서 GTO(1b)를 턴오프하고, 그 직후에 GTO(1b)를 턴온하는 것을 생각한다. GTO(1b)를 턴온시키면 GTO(1b)에 걸리는 전류상승률이 애노드리액터(7b)로 억제되면서 부하전류는 경로(3)에 의해 공급되기 시작함과 동시에 스너버콘덴서(11b)에 축적된 에너지는 경로(10)에 의해 방전 저항기(18b)에서 소비되면서 전압 O까지 방전된다. 또 스너버콘덴서(11b)는 경로(11)에 의해 분할된 직류전원(3b)의 전압 E로 충전되고, 애노드리액터(7b)에 과잉으로 축적된 에너지는 경로(9)에 의해 모두 방전 저항기(18b)에서 소비된다. 이 과정을 거쳐서 부하전류는 경로(3)에 의해 흐르게 된다.

다음에 GTO(1a)의 턴온동작을 설명한다. 도면중, 정암의 GTO(1a)가 OFF, GTO(1b)가 ON, 부암의 GTO(1c)가 ON, GTO(1d)가 OFF하고 있고, 경로(3)에 의해 출력단자 A에 도면중의 화살표 방향으로 부하전류가 흐르고 있고, 스너버콘덴서(11b), (11c)의 전압은 각각 O, 스너버콘덴서(11a), (11d)의 전압은 각각 분할된 직류전원(3a), (3b)의 전압 E로 충전된 상태에서 GTO(1c)를 턴오프하고 , 그 직후에 GTO(1a)를 턴온하는 경우를 생각한다. GTO(1c)를 턴오프하고, 그 직후에 GTO(1a)를 턴온하면 GTO(1b)에 걸리는 전압상승률이 애노드리액터(7b)로 억제되면서 부하전류는 경로(1)에 의해 공급되기 시작함과 동시에 스너버콘덴서(11a)에 축적된 에너지는 경로(12)에 의해 방전저항기(18a)에서 소비되면서 전압 O까지 방전된다. 또, 스너버콘덴서(11c)는 경로(13)에 의해 분할된 직류전압(3a)의 전압 E로 충전되고, 애노드리액터(7a)에 과잉으로 축적된 에너지는 경로(5)에 의해 모두 방전저항기(18a)에서 소비된다. 이 과정을 거쳐서 부하전류는 경로(1)에 의해 흐르게 된다.

다음에 부하전류가 도면중의 화살표 역방향으로 흐르고 있는 경우 각 GTO(1a), (1b), (1c), (1d)의 스위칭동작에 대해서 설명하고 있지만, 화살표 방향으로 부하전류가 흐르고 있는 경우의 각 GTO(1a), (1b), (1c), (1d)의 스위칭동작과 완전히 대칭이므로 설명을 생략한다.

[실시예 2]

제3도는 본 발명의 전력변환장치의 실시예를 도시한 구성도(단상을 도시)이다. 제3도에 있어서는 자기 꺼짐형 반도체소자(1a), (1b), (1c), (1d)의 1예로써 GTO(1a), (1b), (1c), (1d)를 적용하고 있다.

우선 구성인데, 실시예1에 있어서의 제1도와의 상위하는 부분에 대해서만 기술하면, 클램프다이오드(5a)에 대해서는 보조 GTO(1e)와 그것에 대해서 스너버콘덴서(11e), 스너버다이오드(12e)로 구성되는 병렬스너버회로의 기능을 갖는 직렬체를 구비하고 있고, 클램프다이오드(5b)에 대해서도 마찬가지이다. 또, 방전저항기(18a), (18b)는 각각 스너버콘덴서(11a), (11c), (11e) 및 스너버콘덴서(11b), (11d), (11f)에 공통인 방전저항기이다. 여기에서도 제1도와 마찬가지로 전력변환장치에 접속되는 도시하지 않은 부하는 유도성부하이고, 부하전류의 벡터는 각 GTO(1a), (1b), (1c), (1d)의 스위칭동작중에는 변화하지 않는 것으로 가정한다.

다음에 제2도에 대해서 동작을 설명한다. 또, 설명중에 나타낸 경로는 제4도에 정리해서 지개되어 있다. 우선, GTO(1a)의 턴오프동작을 설명한다. 도면중, 정암의 GTO(1a), (1b)가 ON, 부암의 GTO(1c), (1d) 및 보조 GTO(1e), (1f)가 OFF하고 있고, 경로(1)에 의해 출력단자 A에서 도면중의 화살표 방향으로 부하전류가 흐르고 있고, 스너버콘덴서(11a), (11b), (11f)의 전압을 각각 O, 스너버콘덴서(11c), (11d), (11e)의 전압은 각각 분할된 직류전원(3a)(3b)의 전압 E로 충전된 상태에서 GTO(1a)를 턴오프시켜 부하전류를 차단함과 동시에 보조 GTO(1f)를 턴온시키고, 어느 일정한 단락방지시간후에 GTO(1c)를 턴온시킴과 동시에 보조 GTO(1f)를 턴오프시키는 경우를 생각한다. GTO(1a)를 턴오프시키면 차단된 부하전류는 경로(2)로 바이패스되어 스너버콘덴서(11a)를 충전하고, GTO(1a)에 걸리는 전압상승률을 억제한다. 이때, 스노버콘덴서(11a)의 충전전류와 경로(3) 및 경로(4)에 의한 스너버콘덴서(11c) 및 (11e)의 방전전류가 부하전류를 분담하는 것에 의해, 스너버콘덴서(11c), (11e)에 축적되어 있던 전하는 부하측으로 방전된다. 따라서, 엄밀하게는 GTO(1a)에 걸리는 전압상승률은 스너버콘덴서(11a), (11c), (11e)의 합성정전용량에 의해 억제되게 된다. GTO(1a)를 턴오프해서 단락방지시간후에 GTO(1c)를 턴온시킴과 동시에 보조 GTO(1f)를 턴오프시켰을 때, 스너버콘덴서(11c), (11e)에 에너지가 남아 있는 경우, 경로(5)에 의해 스너버콘덴서(11c)의 에너지가, 또 경로(6)에 의해 스너버콘덴서(11e)의 에너지가 모두 방전저항기(18a)에서 소비되어 전압O까지 방전된다. 또, 스너버콘덴서(11a)의 분할된 직류전원(3a)의 전압 E까지 충전된다. 그 직후는 에노드리액터(7a)에 에너지가 과잉으로 축적되어 있지만, 경로(7)에 의해 그 에너지는 모두 방전저항기(18a)에서 소비된다. 또, 스너버콘덴서(11a)의 충전전압이 전압 E로 되면 클램프다이오드(5a)가 도통한다. 이 과정을 거쳐서 부하전류는 경로(8)에 의해 흐르게 된다. 이 동작기간에 있어서 스너버콘덴서(11a), (11c), (11e)의 전압상승률 및 전압하강률은 동일값으로 된다.

다음에 GTO(1b)의 턴오프동작을 설명한다. 도면중, 정암의 GTO(1a)가 OFF, GTO(1b) ON, 부암의 GTO(1c)가 ON, GTO(1d)가 OFF, 또 보조 GTO(1e), (1f)가 OFF하고 있으며, 경로(8)에 의해 출력단자 A에서 도면중의 화살표 방향으로 부하전류가 흐르고 있고, 스너버콘덴서(11b), (11c), (11e), (11f)의 전압은 각각 O, 스너버콘덴서(11a), (11d)의 전압은 각각 분할된 직류전원(3a), (3b)의 전압 E로 충전된 상태에서 GTO(1b)를 턴오프 시켜서 부하전류를 차단하고, 어느 일정한 단락방지시간후에 GTO(1d)를 턴온시키는 경우를 생각한다. GTO(1b)를 턴온시키면, 차단된 부하전류는 경로(9)로 바이패스되어 스너버콘덴서(11b)를 충전하고, GTO(1b)에 걸리는 전압상승률을 억제한다. 이때, 스너버콘덴서(11b)의 충전전류와 경로(10)에 의한 스너버콘덴서(11d)의 방전전류 및 경로(11)에 의한 스너버콘덴서(11f)의 충전전류가 부하전류를 분담하는 것에 의해, 스너버콘덴서(11d)에 축적되어 있던 전하는 부하측으로 방전된다. 따라서, 엄밀하게는 GTO(1b)에 걸리는 전압상승률은 스너버콘덴서(11b), (11d), (11f)의 합성정전용량에 의해 억제되게된다. GTO(11b)를 턴오프해서 단락방지시간후에 GTO(1d)를 턴온시켰을 때 스너버콘덴서(11d)에 에너지가 남아있는 경우, 경로(12)에 의해 스너버콘덴서(11d)의 에너지는 모두 방전저항기(18b)에서 소비되어 전압 O까지 방전된다. 또, 스너버콘덴서(11b), (11f)는 분할된 직류전원(3b)의 전압 E까지 충전된다. 이 직후는 애노드리액터(7b)에 에너지가 과잉으로 축적되어 있지만, 경로(13)에 의해 그 에너지는 모두 방전저항기(18b)에서 소비된다. 또, 스너버콘덴서(11b)의 충전전압이 전압 E로 되면 프리휠다이오드(2c), (2d)가 도통한다.이 과정을 거쳐서 부하전류는 경로(14)에 의해 흐르게된다. 이 동작기간에 있어서, 스너버콘덴서(11b), (11d), (11f)의 전압상승률 및 전압하강률은 동일 값으로 한다.

다음에 GTO(1b)의 턴온동작을 설명한다. 도면중, 정암의 GTO(1a), (1b) 및 보조 GTO(1e), (1f)가 OFF, 부암의 GTO(1c), (1d)가 ON하고 있고, 경로(14)에 의해 출력단자 A에서 도면중의 화살표 방향으로 부하전류가 흐르고 있고, 스너버콘덴서(11c), (11d), (11e)의 전압은 각각 O, 스너버콘덴서(11a), (11b), (11f)의 전압은 각각 분할된 직류전원(3a), (3b)의 전압E로 충전된 상태에서 GTO(1d)를 턴오프시킴과 동시에 보조 GTO(1e)를 턴온시키고, 어느 일정한 단락방지시간후에 보조 GTO(1e)를 턴온시킴과 동시에 GT(1b)를 턴온시키는 경우를 생각한다. 여기에서, GTO(1d)를 턴오프시킴과 동시에 보조 GTO(1e)를 턴온시켜도 경로(14)에 의해 출력단자 A에서 도면중의 화살표 방향으로 부하전류가 흐르고 있기 때문에 회로상태는 변화하지 않는다. 그리고, 보조 GTO(1e)를 턴오프시킴과 동시에 GTO(1b)를 턴온시키면 애노드리액터(7b)에는 분할된 직류전원(3b)의 전압 E가 인가되어 GTO(1b)에 걸리는 전류상승률이 애노드리액터(7b)로 억제되면서 부하전류는 경로(8)에 의해 공급되기 시작한다. 그후 GTO(1b)에 흐르는 전류가 부하전류 이상으로 되지만, 그 과잉 전류는 경로(15), 경로(16)과 경로(17)로 나뉘어 흐르게 되고, 스너버콘덴서(11d)는 분할된 직류전원(3b)의 전압 E까지 충전되고, 스너버콘덴서(11f)는 전압 O까지 분할된 직류전원(3b)로 방전된다. 그때, 경로(18)에 의해 스너버콘덴서(11b)의 에너지가 모두 방전저항기(18b)에서 소비되어 전압 O까지 방전된다. 그 직후는 애노드리액터(7b)에 에너지가 과잉으로 축적되어 있지만, 경로(13)에 의해 그 에너지는 모두 저항기(18b)에서 소비된다. 이 과정을 거쳐서 부하전류는 경로(8)에 의해 흐르게 된다. 이 동작기간에 있어서, 스너버콘덴서(11b), (11d), (11f)의 전압상승률 및 전압하강률은 동일 값으로 된다.

다음에 GTO(1a)의 턴온동작에 대해서 설명한다. 도면중 정암의 GTO(1a), (1b) 및 보조 GTO(1e), (1f)가 OFF, 부암의 GTO(1b), (1c)가 ON하고 있고, 경로(8)에 의해 출력단자 A에서 도면중의 화살표 방향으로 부하전류가 흐르고 있고, 스너버콘덴서(11a), (11b), (11e), (11f)의 전압은 각각 O, 스너버콘덴서(11a), (11d)의 전압은 각각 분할된 직류전원(3a), (3b)의 전압 E로 충전된 상태에서 GTO(1c)를 턴오프시키고, 어느 일정한 단락방지시간후에 GTO(1a)를 턴온시키는 경우를 생각한다. 여기에서, GTO(1c)를 턴오프시켜도 경로(8)에 의해 출력단자 A에서 도면중의 화살표 방향으로 부하전류가 흐르고 있기 때문에 회로상태는 변화하지 않는다. 그리고 GTO(1a)를 턴온시키면, 애노드리액터(7a)에는 분할된 직류전원(3a)의 전압 E가 인가되어 GTO(1a)에 걸리는 전압 상승률이 애노드리액터(7a)로 억제되면서 부하전류는 경로(1)에 의해 공급되기 시작한다. 그후, GTO(1a)에 흐르는 전류가 부하전류이상으로 되지만, 이 과잉전류는 경로(19), 경로(20)과 경로(21)로 나뉘어 흐르게 되어 스너버콘덴서(11c), (11e)는 분할된 직류전원(3a)의 전압 E까지 충전된다. 그때, 경로(22)에 의해 스너버콘덴서(11c)의 에너지가 모두 방전저항기(18a)에서 소비되어 전압 O까지 방전된다. 그 직후는 애노드리액터(7a)에 에너지가 과잉으로 축적되어 있지만, 경로(7)에 의해 그 에너지는 모두 방전자항기(18a)에서 소비된다. 이 과정을 거쳐서 부하전류는 경로(1)에 의해 흐르게 된다. 이 동작기간에 있어서 스너버콘덴서(11a), (11c), (11e)의 전압상승률 및 전압하강률은 동일 값으로 된다.

다음에 부하전류가 도면중의 화살표 역방향으로 흐르고 있는 경우의 각 GTO(1a), (1b), (1c), (1d)의 스위칭동작에 대해서 설명하고 있지만 도면중의 화살표 방향으로 부하전류가 흐르고 있는 경우 각 GTO(1a), (1b), (1c), (1d)의 스위칭동작과 완전히 대칭이므로 설명을 생략한다.

[실시예 3]

제5도는 본 발명의 전력변환장치의 다른 실시예를 도시한 구성도(단상의 도시)이다. 제5도에 있어서는 자기꺼짐형 반도체소자(1a), (1b), (1c), (1d)의 1예로서 GTO(1a), (1b), (1c), (1d)를 적용하고 있다. 우선구성인데, 실시예2에 있어서의 제3도와의 상위하는 부분에 대해서만 기술하면 클램프다이오드(5a)에 대해서는 그것에 대해서 스너버콘덴서(11e), 스너버다이오드(12e)로 구성되는 병렬스너버회로의 기능을 갖는 직렬체만을 구비하고 있고, 클램프다이오드(5b)에 대해서도 마찬가지이다. 또, 출력단자 A에서 도면중의 화살표 방향으로 부하전류가 흐르고 있는 경우에 제3도의 회로동작과 상위하는 제5도의 회로동작은 GTO(1a)의 턴오프동작이므로, 여기에서는 그 동작에 대해서만 기술한다. 여기에서도 제1도와 마찬가지로 전력 변환장치에 접속되는 도시하지 않은 부하는 유도성부하이고, 부하전류의 벡터는 각 GTO(1a), (1b), (1c), (1d)의 스위칭 동작중에는 변화하지 않는 것으로 가정한다.

다음에 제5도에 대해서 동작을 설명한다. 또, 설명중에 나타낸 경로는 제6도에 정리해서 기재하고 있다. 이하, GTO(1a)의 턴오프동작을 설명한다. 도면중, 정압의 GTO(1a), (1b)가 ON, 부암의 GTO(1c), (1d)가 OFF하고 있고, 경로(1)에 의해 출력단자 A에서 도면중의 화살표 방향으로 부하전류가 흐르고 있고, 스너버콘덴서(11a), (11b), (11f)의 전압은 각각 O, 스너버콘덴서(11c), (11d), (11e)의 전압은 각각 분할된 직류전원(3a), (3b)의 전압 E로 충전된 상태에서 GTO(1a)를 턴호프시켜서 부하전류를 차단하고, 어느 일정한 단락방지시간후에 GTO(1c)를 턴온시는 경우를 생각한다. GTO(1a)를 턴오프시키면, 차단된 부하전류는 경로 (2)로 바이패스되어 스너버콘덴서(11a)를 충전하고, GTO(1a)에 걸리는 전압상승률을 억제한다. 그때, 스너버콘덴서(11a)의 충전전류와 경로(3) 및 (4)에 의한 스너버콘덴서(11c) 및 (11e)의 방전전류가 뷰하전류를 분담하는 것에 의해 스너버콘덴서(11c), (11e)에 축적되어 있던 전하는 부하측으로 방전된다. 따라서, 스너버콘덴서(11c)의 방전전류에 의해 스너버콘덴서(11f)는 충전되게 된다. GTO(1a)를 턴오프해서 단락방지시간후에 GTO(1c)를 턴온시켰을때 스너버콘덴서(11c), (11f)에 에너지가 남아있지만, 경로(5)에 의해 스너버콘덴서(11c)의 에너지가, 또 경로(6)에 의해 스너버콘덴서(11f)의 에너지가 모두 저항기(18a), (18b)에서 소비되어 전압 O까지 방전된다. 또, 스너버콘덴서(11a)는 분할된 직류전압(3a)의 전압 E까지 충전된다. 그 직후는 애노드리액터(7a), (7b)에 에너지가 과잉으로 축적되어 있지만, 가각 경로(7), (경로 (8)에 의해 그 에너지는 모두 방전저항기(18a), (18b)에서 소비된다. 또, 스너버콘덴서(11a)의 충전전압이 전압 E로 되면 클램프다이오드(5a)가 도통한다. 이 과정을 거쳐서 부하 전류는 경로(9)에 의해 흐르게 된다. 또, 모든 스너버콘덴서의 방전방향을 결정하기 위해 그 방전경로에 다이오드를 삽입하면 회로동작의 안전화를 기대할 수 있다.

[실시예 4]

제7도는 본 발명의 전력 변환장치의 다른 실시예를 도시한 구성도(단상을 도시)이다. 제7도에 있어서는 자기꺼짐형 반도체소자(1a), (1b), (1c), (1d)의 1예로서 GTO(1a), (1b), (1c), (1d)를 적용하고 있다. 우선 구성인데, 실시예 2에 있어서의 제3도와의 상위하는 부분에 대해서만 기술하면(19a), (19b)는 각각 스너버콘덴서(11a), (11c), (11e) 및 스너버콘덴서(11b), (11d), (11f)에 공통인 방전경로중에 삽입된 충전극성이 결정되고, 바람직하게는 정전용량이 큰 회수콘덴서이고, (20a), (20b)는 각각 회수콘덴서(19a), (19b)에서 에너지를 추출해서 분할된 직류전원(3a), (3b)로 회생하고 회수콘덴서(19a), (19b)의 충전전압을 일정전압값 e로 제어하는 기능을 갖는 전력회생장치이다. 그 전압값 e는 분할된 직류전원(3a), (3b)의 전압값 E의 수분의 1의 값이다. 여기에서도 제1도와 마찬가지로 전력변환장치에 접속되는 도시하지 않은 부하는 유오성부하이고, 부하전류의 벡터는 각 GTO(1a), (1b), (1c), (1d)의 스위칭동작중에는 변화되지 않고, 회수콘덴서(19a), (19b)는 전력회생장치(20a), (20b)에 의해 항상 정전압 e에 유지되는 것으로 가정한다. 또, (21a), (21b), (21c), (21d)는 모든 스너버콘덴서의 방전방향을 정하기 위한 다이오드이다.

다음에 제7도에 대해서 동작을 설명한다. 또, 설명중에 나타낸 경로는 제8도에 정리해서 기재하고 있다. 우선 GTO(1a)의 턴오프동작을 설명한다. 도면중 정암의 GTO(1a), (1b)가 ON, 부암의 GTO(1c), (1d) 및 보조 GTO(1e), (1f)가 OFF하고 있고, 경로(1)에 의해 출력단자 A에서 도면중의 화살표 방향으로 부하전류가 흐르고 있고, 스너버콘덴서(11a), (11b), (11f)의 전압은 각각 O, 스너버콘덴서(11c), (11d), (11e)의 전압은 각각 분할된 직류전원(3a), (3b)의 전압 E와 회수콘덴서(19a), (19b)의 전압 e와의 합의 전압값으로 충전된 상태에서 GTO(1a)를 턴오프시켜서 부하전류를 차단함과 동시에 보조 GTO(1f)를 턴온시키고, 어느 일정한 단락방지시간후에 GTO(1c)에 턴온시킴과 동시에 보조 GTO(1f)를 턴오프시키는 경우를 생각한다. GTO(a)를 턴온시키면, 차단된 부하전류는 경로(2)로 바이패스되어 스너버콘덴서(11a)를 충전하고, GTO(1a)에 걸리는 전압상승률을 억제한다. 그때, 스너버콘덴서(11a)의 충전전류와 회수콘덴서(19a)를 포함하는 경로(3) 및 (4)에 의한 스너버콘덴서(11c) 및 (11e)의 방전전류가 부하전류를 분담하는 것에 의해, 스너버콘덴서(11c), (11e)에 축적되어 있던 전하는 회수콘덴서(19a)로 회수되면서 부하측으로 방전된다.따라서 엄밀하게는 GTO(1a)에 걸리는 전압상승률은 스너버콘덴서(11a), (11c), (11e)의 합성정전용량에 의해 억제되게 된다. GTO(1a)를 턴오프해서 단락방지시간후에는 GTO(1c)를 턴온시킴과 동시에 보조 GTO(1f)를 턴온시켰을 때 스터버콘덴서(11c), (11d)에 에너지가 남아있는 경우, 경로(5)에 의해 스너버콘덴서(11c)의 에너지가, 또 경로(6)에 의해 스너버콘덴서(11e)의 에너지가 모두 회수콘덴서(19a)로 회수되어 전압 O까지 방전된다. 또, 스너버콘덴서(11a)는 분할된 직류전원(3b)의 전압 E와 회수콘덴서(19a)의 전압 e와의 합의 전압값까지 충전된다. 그 직후는 애노드리액터(7a)에 에너지가 과잉으로 축적되어 있지만, 경로(7)에 의해 그 에너지는 모두 회수 콘덴서(19a)로 회수된다. 또, 스너버콘덴서(11a)의 충전전압이 전압 E로 되면 클램프다이오드(5a)가 도통한다. 이 과정을 거쳐서 부하전류는 경로(8)로 흐르게 된다. 이 동작 기간에 있어서 스너버콘덴서(11a), (11c), (11e)의 전압상승률 및 전압하강률은 동일 값으로 된다.

다음에 GTO(1b)의 턴오프동작을 설명한다. 도면중, 정암의 GTO(1a)가 OFF, GTO(1b)가 ON, 부암의 GTO(1c)가 ON, GTO(1d)가 OFF, 또 보조 GTO(1e), (1f)가 OFF하고 있고, 경로(8)에 의해 출력단자 A에서 도면중의 화살표 방향으로 부하전류가 흐르고 있고, 스너버콘덴서(11b), (11c), (11e), (11f)의 전압은 각각 O, 스너버콘덴서(11a), (11d)의 전압은 각각 분할된 직류전원(3a), (3b)의 전압 E와 회수콘덴서(19a), (19b)의 전압 e와의 합의 전압값으로 충전된 상태에서 GTO(1b)를 턴오프시켜서 부하전류를 차단하고, 어느 일정한 단락방지시간후에 GTO(1d)를 턴온시키는 경우를 생각한다. GTO(1b)를 턴오프시키면 차단된 부하전류는 경로(9)로 바이패스되어 스너버콘덴서(11b)를 충전하고, GTO(1b)에 걸리는 전압상승률을 억제한다. 그때, 스너버콘덴서(11b)의 충전전류와 회수콘덴서(19b)를 포함하는 경로(10)에 의한 스너버콘덴서(11d)의 방전전류 및 경로(11)에 의한 스너버콘덴서(11f)의 충전전류가 부하전류를 분담하게 되어 스너버콘덴서(11d)에 축적되어 있던 전하는 회수콘덴서(19b)로 회수되면서 부하측으로 방전된다. 따라서, 엄밀하게는 GTO(1b)에 걸리는 전압상승률은 스너버콘덴서(11b), (11d), (11f)의 합성정전용량에 의해 억제되게된다. GTO(1b)를 턴오프해서 단략방지시간후에 GTO(1d)를 턴온시켰을 때 스너버콘덴서(11d)에 에너지가 남아있는 경우, 경로(12)에 의해 스너버콘덴서(11d)의 에너지는 모두 회수 콘덴서(19b)로 회수되어 전압 O까지 방전된다. 또, 스너버콘덴서(11b), (11f)는 분할된 직류전압(3a), (3b)의 전압 E와 회수콘덴서(19a), (19b)의 전압 e와의 합의 전압값까지 충전된다. 그 직후는 애노드액터(7b)에 에너기자 과잉으로 축적되어 있지만, 경로(13)에 의해 그 에너지는 모두 회수콘덴서(19b)로 회수된다. 또, 스너버콘덴서(11b)의 충전전압이 전압 E로 되면 클램프다이오드(2c), (2d)가 도통한다. 이 과정을 거쳐서 부하전류는 경로(14)에 의해 흐르게 된다. 이 동작기간에 있어서 스너버콘덴서(11b), (11d), (11f)의 전압상승률 및 전압하강률은 동일 값으로 된다.

다음에 GTO(1b)의 턴온동작을 설명한다. 도면중, 정압의 GTO(1a), (1b) 및 보조 GTO(1e), (1f)가 OFF, 부암의 GTO(1c), (1d)가 ON하고 있고, 경로(14)에 의해 출력단자 A에서 도면중의 화살표 방향으로 부하전류가 흐르고 있고, 스너버콘덴서(11c), (11d), (11e)의 전압은 각각 O, 스너버콘덴서 (11c), (11b), (11f)의 전압은 각각 분할된 직류전원(3a), (3b)의 전압 E와 회수콘덴서(19a), (19b)의 전압 e와의 합의 전압값으로 충전된 상태에서 GTO(1d)를 턴오프 시킴과 동시에 보조 GTO(1e)를 턴온시키고 어느일정한 단락방지시간후에 보조 GTO(1e)를 턴온시킴과 동시에 GTO(1b)를 턴온시키는 경우를 생각한다. 여기에서 GTO(1d)를 턴오프시킴과 동시에 보조 GTO(1e)를 턴온시켜도 경로(14)에 의해 출력단자 A에서 도면중의 화살표방향으로 부하전류가 흐르고 있기 때문에 회로상태는 변화하지 않는다. 그리고 보조 GTO(1e)를 턴오프시킴과 동시에 GTO(1b)를 턴온시키면 애노드리액터(7b)에는 분할된 직류전원(3b)의 전압 E가 인가되어 GTO(1b)에 걸리는 전류상승률이 애노드리액터(7b)로 억제되면서 부하전류는 경로(8)에 의해 공급되기 시작한다. 그후, GTO(1b)에 흐르는 전류가 부하전류 이상으로 되지만, 그 과잉전류는 경로(15), 경로(16)과 경로(17)로 나뉘어 흐르게 되고, 스너버콘덴서(11d)는 분할된 직류전원(3b)의 전압 E와 회수콘덴서(19b)의 전압 e와의 합의 전압값까지 충전되고, 스너버콘덴서(11f)는 축적되어 있던 에너지를 회수콘덴서(19b)로 회수하면서 전압 O까지 분할된 직류전원(3b)로 방전된다. 그때, 경로(18)에 의해 스너버콘덴서(11b)의 에너지가 모두 회수콘덴서(19b)로 회수되어 전압 O까지 방전된다. 그 직후는 애노드리액터(7b)에 에너지가 과잉으로 축적되어 있지만, 경로(7)에 의해 그 에너지는 모두 회수콘덴서(19b)로 회수된다. 이 과정을 거쳐서 부하전류는 경로(8)에 의해 흐르게 된다. 이 동작기간에 있어서 스너버콘덴서(11b), (11d), (11f)의 전압상승률 및 전압하강률은 동일 값으로 된다.

다음에 GTO(1a)의 턴온동작을 설명한다. 도면중, 정암의 GTO(1a), 부암의 GTO(1d) 및 보조 GTO(1e), (1f)가 OFF, 정암의 GTO(1b), 부암의 GTO(1c)가 ON하고 있고, 경로(8)에 의해 출력단자 A에서 도면중의 화살표 방향으로 부하전류가 흐르고 있고, 스너버콘덴서(11b), (11c), (11e), (11f)의 전압은 각각 O, 스너버콘덴서(11b), (11c)의 전압은 각각 분할된 직류전원(3a), (3b)의 전압 E와 회수콘덴서(19a), (19b)의 전압 e와의 합의 전압값으로 충전된 상태에서 GTO(1c)를 턴오프 시키고, 어느 일정한 단락방지시간후에 GTO(1a)를 턴온시키는 경우를 생각한다. 여기에서, GTO(1c)를 턴오프시켜도 경로(8)에 의해 출력단자 A에서 도면중의 화살표 방향으로 부하전류가 흐르고 있기 때문에 회로상태는 변화하지 않는다. 그리고, GTO(1a)를 턴온시키면, 에노드리액터(7a)에는 분할된 직류전원(3a)의 전압 E가 인가되어 GTO(1a)에 걸리는 전압상승률이 애노드리액터(7a)로 억제되면서 부하전류는 경로(1)에 의해 공급되기 시작한다. 그후, GTO(1a)에 흐르는 전류가 부하전류이상으로 되지만, 그 과잉전류는 경로(19), 경로(20)과 경로(21)로 나뉘어 흐르게 되고, 스너버콘덴서(11c), (11e)는 분할된 직류전원(3a)의 전압 E와 회수콘덴서(19a)의 전압 e 와의 합의 전압값까지 충전된다. 그때, 경로(22)에 의해 스너버콘덴서(11a)의 에너지가 모두 회수콘덴서(19a)로 회수되어 전압 O까지 방전된다. 그 직후는 애노드리액터(7a)에 에너지가 과잉으로 축적되어 있지만, 경로(7)에 이해 그 에너지는 모두 회수콘덴서(19a)로 회수된다. 이 과정을 거쳐서 부하전류는 경로(1)에 의해 흐르게 된다. 이 동작기간에 있어서 스너버콘덴서(11a), (11c), (11e)의 전압상승률 및 전압하강률은 동일값으로 된다.

또, GTO(1a)의 턴오프동작에 있어서, GTO(1C)의 턴온시에 걸리는 전류상승률이 높게 되는 경우에는 보조리액터(7a), (7d)를 삽입해서 제9도 또는 10도의 구성을 취하는 것에 의해 대처하는 것이 가능하다. 즉, 제9도에 있어서는 GTO(1b)와 (1c)사이에 보조리액터(7c)와 (7d)를 직렬접속하고, 그 접지점에서 출력단자 A를 추출한다. 또, 제10도에 있어서는 리액터(7a)와 GTO(1b)사이에 보조리액터(7c)를 접속하고, 리액터(7b)와 GTO(1c) 사이에 보조리액터(7d)를 접속한다. 당연하지만, 배선인덕턴스를 이용하는 것도 가능하다. 그러나 GTO(1c)의 턴온시에는 통상 그것에 인가되어 있는 전압은 스너버콘덴서(11c)의 방전에 의해 직류전원(3a)의 전압 E에 비해서 상당히 낮으며, 또 돌입하는 전류자체의 값도 낮으므로 GTO가 갖는 안전동작영역에 있는 것으로 생각된다.

다음에 부하전류가 도면중의 화살표 역방향으로 흐르고 있는 경우의 각 GTO(1a), (1b), (1c), (1d)의 스위칭동작에 대해서 설명하고 있지만, 도면중의 화살표 방향으로 부하전류가 흐르고 있는 경우의 각 GTO(1a), (1b), (1c), (1d)의 스위칭동작과 완전히 대칭이므로 설명을 생략한다.

여기에서, 전력회생장치(20a), (20b)에 대해서 설명한다. 전력회생장치(20a), (20b) 자체는 본 발명의 주된것은 아니지만, 적용가능한 구체적인 회로를 제7도에 접속하는 것에 의해서 본 발명의 회로가 실현가능한 것을 나타낸다. 제11도에 그회로구성을 도시한다. 이와 같이 공지인 백형 콘버터라 불리우는것 등을 적용하는 것에 의해 충전극성이 결정되는 회수콘덴서(19a), (19b)에서 에너지를 추출해서 분할된 직류전원(3a), (3b)등으로 회생하고, 회수콘덴서(19a), (19b)의 충전전압을 일정값으로 제어한다고 하는 전력회생장치(20a), (20b)의 기능을 만족시키는 것이 가능하다. 이 회로동작을 정암에 대해서 설명한다. 우선 자기꺼짐형 반도체소자(22a)를 ON시켜서 회수콘덴서(19a)에 축적되어 있는 에너지를 방전시킨다. 이때, 다이오드(23a)는 역전압이 인가되게 되므로 트랜스(24a)의 2차측으로 전류는 흐르지 않고, 그 방전되는 에너지는 트랜스(24a)내에 축적된다. 다음에 방전전류를 차단하기 위해 자기꺼짐형 반도체소자(22a)를 OFF하면 트랜스(24a)에 축적된 에너지에 의해 트랜스(24a)의 2차측으로 전류가 흐르고 분할된 직류전압(3a)로 희생되게 된다. 이 자기꺼짐형 반도체소자(22a)의 ON, OFF기간 또는 그 주기를 회수콘덴서(19a)의 전압에 의해 제어하는 것으로 회수콘덴서(19a)의 충전전압을 일정값으로 유지할 수 있다. 또, 부암에 대해서는 마찬가지이므로 생략한다.또, 제11도에 도시한 회로이외에도 공지인 직류-직류전력변환회로를 적용하는 것에 의해 동일한 효과가 얻어지는 것을 명확하다. 또, 회수콘덴서 및 전력회생장치를 자기꺼짐형 반도체소자가 1차측에 접속되며, 또한 2차측에 다이오드브리지회로망이 접속된 변성기로 치환해도 동일한 효과가 얻어진다.

[실시예 5]

제12도는 본 발명의 전력변환장치의 다른 실시예를 도시한 구성도(단상을 도시)이다. 제12도에 있어서는 자기꺼짐형 반도체소자(1a), (1b), (1c), (1d)의 1예로써 GTO(1a), (1b), (1c), (1d)를 적용하고 있다. 본 실시예는 제1도의 전력변환장치에 이 실시예를 적용한 것이다. 즉, 제1도에 있어서의 방전저항기(18a), (18b)에 있어서 소비되고 있던 에너지를 제12도에 있어서 모두 회수콘덴서(19a), (19b)로 회수가능하게 한 것이다. 회로의 기본적인 동작을 실시예 1에 있어서 상세하게 기술하고 있으므로, 여기에서는 생략한다.

[실시예 6]

제13도는 본 발명의 전력변환장치의 다른 실시예를 도시한 구성도(단상을 도시)이다. 제13도에 있어서는 자기꺼짐형 반도체 소자(1a), (1b), (1c), (1d)의 1예로써 GTO(1a), (1b), (1c), (1d)를 적용하고 있다. 본 실시예는 제5도의 전력변환장치에 이 실시예를 적용한 것이다. 즉, 제5도에 있어서의 방전저항기(18a), (18b)에 있어서 소비되고 있던 에너지를 제13도에 있어서 모두 회수콘덴서(19a), (19b)로 회수가능하게 한 것이다. 회로의 기본적인 동작은 실시예2에 있어서 상세하게 기술하고 있으므로, 여기에서는 생략한다.

[실시예 7]

제14도는 본 발명의 전력변환장치의 다른 실시예를 도시한 구성도이다. 제14도에 있어서는 자기꺼짐형 반도체소자(1a), (1b), (1c), (1d)의 1예로써 GTO(1a), (1b), (1c), (1d)를 적용하고 있다. 본 실시예는 제7도의 전력변환장치가 다상 인버터구성으로 되는 경우에 전력회생장치(20a), (20b)를 여러개의 상에 대해서 공통으로 접속한 것이다. 회로의 기본적인 동작은 실시예3에 있어서 상세하게 기술한 것과 동일하므로, 여기에서는 생략한다. 각 암의 회수콘덴서(19a), (19b)의 방전방향을 결정하는 다이오드(25a), (25b), (25c), (25d)를 추가접속하는 것에 의해 회로동작의 안정화를 도모할 수 있다.

[실시예 8]

제15도, 제16도는 본 발명의 멀티레벨 인버터장치의 실시예를 도시한 구성도(단상을 도시)이다. 제15도에 있어서는 자기꺼짐형 반도체소자의 1예로써 모두 GTO를 적용하고 있다. 제15도 및 제16도는 각각 멀티레벨 인버터장치의 1예로써 4레벨 인버터장치 및 5레벨 인버터장치에 대해서 도시하고 있고, 회로의 기본적인 구성방법은 실시예 3의 제7도의 구성방법을 확장한 것이다.

또, 회로의 기본적인 동작의 사고방식은 실시예3의 제7도에 대해서 상세하게 기술한 것에서 조금도 비약 또는 이탈하는 것은 아니므로 여기에서 생략한다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면 직렬스너버회로 및 병렬스너버회로의 구성요소인 저항기를 공통으로 접속하도록 했으므로, 저항기의 수를 최소한으로 하여 장치가 저가이며, 또한 소형화할 수 있는 효과가 있다. 또, 직렬스너버회로, 병렬스너버회로내에 축적되어 있던 에너지를 저항기에서 소비하는 일 없이 그 에너지를 회수콘덴서를 거쳐서 전력회생장치에 의해 직렬전원등으로 회생할 수 있도록 했으므로, 장치의 고효율화, 고주파화가 가능하게 되는 효과가 있다. 또, 이 전력변환장치를 유도전동기를 구동한 경우, 운전비가 감소하고 시스템전체의 에너지절약효과가 있고, 또 현존하는 자기꺼짐형 반도체소자의 최대정격전압을 넘는 직류전원을 갖는 인버터장치가 용이하게 얻어지는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 중간전위로 되는 점(B)를 갖는 직류전원(3a,3b), 상기 직류전원(3a,3b)에 직렬접속되고, 제1 및 제2의 자기꺼짐형 반도체소자(2a,2b)와 상기 제1 및 제2의 자기꺼짐형 반도체소자(1a,1b) 사이에 접속된 제1의 리액터(7a)를 갖는 정암, 상기 직류전원(3a,3b)에 직렬접속되고, 제3 및 제4의 자기꺼짐형 반도체 소자(1c,1d)와 상기 제3 및 제4의 자기꺼짐형 반도체소자(1c,1d) 사이에 접속된 제2의 리액터(7b)를 갖는 부암, 상기 제1 및 제2의 자기꺼짐형 반도체소자(1a,1b)의 직렬접속점과 상기 중간전위로 되는 점(B)사이에 접속된 제1의 다이오드(5a), 상기 제3 및 제4의 자기꺼짐형 반도체소자(1c,1d)의 직렬접속점과 상기 중간전위로 되는 점(B) 사이에 접속된 제2의 다이오드(5b), 상기 정암과 상기 부암과의 사이의 접속점에 접속된 출력단자(A), 상기 각각의 자기꺼짐형 반도체소자(1a~1d)에 병렬로 접속되고, 다이오드(12a~12d)와 콘덴서(11a~11d)를 직렬로 접속해서 이루어지는 제1~제4의 직렬체, 상기 제1의 직렬체의 다이오드(12a)와 콘덴서(11a)와의 접속점 및 상기 제3의 직렬체의 다이오드(12c)와 콘덴서(11c)와의 접속점에 접속된 제1의 방전저항기(18a), 상기 제2의 직렬체의 다이오드(12b)와 콘덴서(11b)와의 접속점 및 상기 제4의 직렬체의 다이오드(12d)와 콘덴서(11d)와의 접속점에 접속된 제2의 방전저항기(18b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 중간전위로 되는 점(B)와 상기 제3 및 제2의 직렬체의 각각의 다이오드와 콘덴서와의 접속점에 각각 접속된 제5 및 제6의 직렬체를 또 포함하고, 상기 제5 및 제6의 직렬체의 각각은 다이오드(12e,12f)와 콘덴서(11e,11f)와를 직렬로 접속해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 중간전위로 되는 점(B)와 상기 제5의 직렬체와의 사이에 병렬로 접속된 제5의 자기꺼짐형 반도체소자(1e), 상기 중간전위로 되는점(B)와 상기 제6의 직렬체와의 사이에 병렬로 접속된 제6이 자기꺼짐형 반도체소자(1f)를 또 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환장치.
4. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1 및 제2의 방전저항기(18a,18b)의 각각을 충전극성이 정해지는 콘덴서(19a,19b)로 치환하고, 상기 콘덴서(19a,19b)로부터 에너지를 인출해서 직류전원으로 회생하고, 상기 콘덴서(19a,19b)의 충전전압을 일정값으로 제어하는 전력회생장치(20a,20b)를 또 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 제2 및 제3의 자기꺼짐형 반도체소자(1b,1c) 사이에 그 각각이 직렬로 접속된 제3 및 제4의 리액터(7c,7d)를 포함하고, 상기 제3 및 제4의 리액터(7c,7d)의 직렬접속점에 상기 출력단자(A)가 접속되는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
6. 제4항에 있어서, 상기 제1의 리액터(7a)와 상기 제2의 자기꺼짐형 반도체소자(1b)사이 및 상기 제2의 리액터(7b)와 상기 제3의 자기꺼짐형 반도체소자(1c) 사이에 각각 접속된 제5 및 제6의 리액터(7c,7d)를 또 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
7. 제4항에 있어서, 상기 전력회생장치(20a,20b)를 여러개의 상에 대해 공통으로 접속해서 다상 인버터구성으로 되는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
8. 제4항에 있어서, 상기 전력회생장치와 상기 정암 및 부암을 여러개 구비하고, 멀티레벨의 전압값을 출력단자로 출력할 수 있도록 한 멀티레벨 인버터 구성으로 하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.