JP2003209973A - 電力変換装置 - Google Patents
電力変換装置Info
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- Inverter Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 出力がステップ変化する電力変換器から負荷
に電力を供給するとき、配線ケーブル等によるＬＣ共振
現象で端子電圧が上昇するのを抑制する。 【解決手段】 ２台のＰＷＭインバータ２Ａ，２Ｂの出
力端を相間リアクトル３で並列接続し、ＰＷＭ指令発生
器４からのゲート制御信号に対して遅延器５によは時間
ΔＴだけ遅らせたゲート制御信号を得ることにより、両
インバータの合成出力電圧には複数段にステップ変化す
る波形を得る。これにより、１ステップ当たりのＬＣ共
振現象による電圧上昇幅を１／２に抑制する。時間ΔＴ
として、第１ステップ電圧の共振現象と第２ステップ電
圧の共振現象の位相差を互いに１８０°ずらし、その打
ち消し合いで電圧上昇を抑制することも含む。
に電力を供給するとき、配線ケーブル等によるＬＣ共振
現象で端子電圧が上昇するのを抑制する。 【解決手段】 ２台のＰＷＭインバータ２Ａ，２Ｂの出
力端を相間リアクトル３で並列接続し、ＰＷＭ指令発生
器４からのゲート制御信号に対して遅延器５によは時間
ΔＴだけ遅らせたゲート制御信号を得ることにより、両
インバータの合成出力電圧には複数段にステップ変化す
る波形を得る。これにより、１ステップ当たりのＬＣ共
振現象による電圧上昇幅を１／２に抑制する。時間ΔＴ
として、第１ステップ電圧の共振現象と第２ステップ電
圧の共振現象の位相差を互いに１８０°ずらし、その打
ち消し合いで電圧上昇を抑制することも含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子を主回
路スイッチング素子とし、ＰＷＭ・ＰＡＭ・チョッパ制
御などによりパルス状の電圧を出力する電力変換装置に
係り、特に配線路や負荷のインダクタンスとコンデンサ
容量とのＬＣ共振による出力電圧上昇を防止する電力変
換装置に関する。
路スイッチング素子とし、ＰＷＭ・ＰＡＭ・チョッパ制
御などによりパルス状の電圧を出力する電力変換装置に
係り、特に配線路や負荷のインダクタンスとコンデンサ
容量とのＬＣ共振による出力電圧上昇を防止する電力変
換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図６、図７に電力用半導体スイッチング
素子を利用した電力変換装置の例を示す。図６は直流用
のチョッパと呼ばれている電圧変換装置である。図７
は、３相交流電源を可変電圧・可変周波数変換するイン
バータと呼ばれる変換装置である。
素子を利用した電力変換装置の例を示す。図６は直流用
のチョッパと呼ばれている電圧変換装置である。図７
は、３相交流電源を可変電圧・可変周波数変換するイン
バータと呼ばれる変換装置である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】これらの、スイッチン
グ素子を用いた電力変換装置は、負荷と接続するケーブ
ルが長い場合には、ケーブルのインダクタンスと静電容
量成分が無視できない値となることがある。また、モー
タなどの負荷にも静電容量成分を有している。これらを
まとめて、図６および図７ではインダクタンスＬとコン
デンサＣの集中定数で近似して表わしている。
グ素子を用いた電力変換装置は、負荷と接続するケーブ
ルが長い場合には、ケーブルのインダクタンスと静電容
量成分が無視できない値となることがある。また、モー
タなどの負荷にも静電容量成分を有している。これらを
まとめて、図６および図７ではインダクタンスＬとコン
デンサＣの集中定数で近似して表わしている。
【０００４】このようなＬＣ負荷にスイッチング素子の
オン・オフにより矩形波状の電圧を印加した場合、配線
路のＬＣ共振により電圧が図８のように振動することが
ある。これにより、モータの端子電圧やインバータの端
子電圧が直流電源電圧Ｖｄｃを越えてしまい、絶縁の劣
化や、半導体素子の破壊を引き起こすことがある。
オン・オフにより矩形波状の電圧を印加した場合、配線
路のＬＣ共振により電圧が図８のように振動することが
ある。これにより、モータの端子電圧やインバータの端
子電圧が直流電源電圧Ｖｄｃを越えてしまい、絶縁の劣
化や、半導体素子の破壊を引き起こすことがある。
【０００５】本発明の目的は、負荷接続ケーブルや負荷
に含まれるインダクタンスと静電容量等によるＬＣ共振
現象による端子電圧の上昇を抑制できる電力変換装置を
提供することにある。
に含まれるインダクタンスと静電容量等によるＬＣ共振
現象による端子電圧の上昇を抑制できる電力変換装置を
提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するため、２台以上の電力変換器の出力端を相間リ
アクトルで並列接続し、各電力変換器のゲート制御を同
じ波形で相対的に時間ΔＴだけずらすことにより各電力
変換器の合成出力電圧には複数段にステップ変化する波
形を得るようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
解決するため、２台以上の電力変換器の出力端を相間リ
アクトルで並列接続し、各電力変換器のゲート制御を同
じ波形で相対的に時間ΔＴだけずらすことにより各電力
変換器の合成出力電圧には複数段にステップ変化する波
形を得るようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
【０００７】（１）半導体素子を主回路スイッチング素
子とし、該素子のゲート制御でステップ変化する出力電
圧を得る複数台の電力変換器と、前記各電力変換器の出
力端を並列接続し、各電力変換器の合成出力を負荷に供
給するための相間リアクトルと、前記各電力変換器のゲ
ート制御を同じ波形で、かつ負荷側で発生するＬＣ共振
電圧が減衰する時間ΔＴだけずらすゲート制御手段とを
備えたことを特徴とする。
子とし、該素子のゲート制御でステップ変化する出力電
圧を得る複数台の電力変換器と、前記各電力変換器の出
力端を並列接続し、各電力変換器の合成出力を負荷に供
給するための相間リアクトルと、前記各電力変換器のゲ
ート制御を同じ波形で、かつ負荷側で発生するＬＣ共振
電圧が減衰する時間ΔＴだけずらすゲート制御手段とを
備えたことを特徴とする。
【０００８】（２）半導体素子を主回路スイッチング素
子とし、該素子のゲート制御でステップ変化する出力電
圧を得る複数台の電力変換器と、前記各電力変換器の出
力端を並列接続し、各電力変換器の合成出力を負荷に供
給するための相間リアクトルと、前記各電力変換器のゲ
ート制御を同じ波形で、かつ負荷側で発生するＬＣ共振
電圧の位相が互いに１８０°ずれる時間にするゲート制
御手段とを備えたことを特徴とする。
子とし、該素子のゲート制御でステップ変化する出力電
圧を得る複数台の電力変換器と、前記各電力変換器の出
力端を並列接続し、各電力変換器の合成出力を負荷に供
給するための相間リアクトルと、前記各電力変換器のゲ
ート制御を同じ波形で、かつ負荷側で発生するＬＣ共振
電圧の位相が互いに１８０°ずれる時間にするゲート制
御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】（３）前記各電力変換器はＰＷＭインバー
タ、ＰＡＭインバータ、または直流チョッパとし、前記
ゲート制御手段はゲート信号発生器と、この発生器から
のゲート信号に対して前記時間ΔＴだけ遅延させる遅延
器としたことを特徴とする。
タ、ＰＡＭインバータ、または直流チョッパとし、前記
ゲート制御手段はゲート信号発生器と、この発生器から
のゲート信号に対して前記時間ΔＴだけ遅延させる遅延
器としたことを特徴とする。
【００１０】（４）前記遅延器は、パネルによるディジ
タル値やボリュームなどにより調整する遅延時間可変設
定器としたことを特徴とする。
タル値やボリュームなどにより調整する遅延時間可変設
定器としたことを特徴とする。
【００１１】（５）前記電力変換器から負荷に供給する
合成出力電圧の振動波形を検出してそのＬＣ共振周波数
を計測し、この共振周波数を基に前記遅延器の遅延時間
をＬＣ共振電圧の位相が互いに１８０°ずれる時間に自
動調整する遅延時間自動調整器を備えたことを特徴とす
る。
合成出力電圧の振動波形を検出してそのＬＣ共振周波数
を計測し、この共振周波数を基に前記遅延器の遅延時間
をＬＣ共振電圧の位相が互いに１８０°ずれる時間に自
動調整する遅延時間自動調整器を備えたことを特徴とす
る。
【００１２】
【発明の実施の形態】（基本構成の説明）図１は、イン
バータ装置の構成図である。この装置の主回路構成は、
コンバータ１を共通直流電源とする２台のインバータ２
Ａ，２Ｂを並列運転し、それらの出力端に相間リアクト
ル３を接続し、両インバータ２Ａ，２Ｂの合成出力を負
荷に供給する構成とする。
バータ装置の構成図である。この装置の主回路構成は、
コンバータ１を共通直流電源とする２台のインバータ２
Ａ，２Ｂを並列運転し、それらの出力端に相間リアクト
ル３を接続し、両インバータ２Ａ，２Ｂの合成出力を負
荷に供給する構成とする。
【００１３】このインバータの並列接続構成は、従来よ
りインバータの出力電流を拡大する方法として使用され
ている方式であり、一般的には、ゲート制御手段として
のＰＷＭ指令発生器４からインバータ２Ａとインバータ
２Ｂに印加するＰＷＭゲート波形を同じものとし、相間
リアクトル３はスイッチング遅れなどのバラツキが存在
した場合にはインバータ２Ａ、２Ｂ間に直流側電圧Ｖｄ
ｃを短絡する電流が流れるのを防止する。
りインバータの出力電流を拡大する方法として使用され
ている方式であり、一般的には、ゲート制御手段として
のＰＷＭ指令発生器４からインバータ２Ａとインバータ
２Ｂに印加するＰＷＭゲート波形を同じものとし、相間
リアクトル３はスイッチング遅れなどのバラツキが存在
した場合にはインバータ２Ａ、２Ｂ間に直流側電圧Ｖｄ
ｃを短絡する電流が流れるのを防止する。
【００１４】この構成において、ゲート制御手段とし
て、ＰＷＭ指令発生器４に加えて、この発生器４が発生
するＰＷＭゲート信号を遅延させる遅延器５を設け、並
列運転インバータのＰＷＭゲート波形のタイミングをず
らすことにより、次の２点の作用効果を得ることができ
る。
て、ＰＷＭ指令発生器４に加えて、この発生器４が発生
するＰＷＭゲート信号を遅延させる遅延器５を設け、並
列運転インバータのＰＷＭゲート波形のタイミングをず
らすことにより、次の２点の作用効果を得ることができ
る。
【００１５】（１）並列インバータの合成出力電圧は、
ＰＷＭスイッチング波形のずれている期間は相間リアク
トルの分圧動作により、直流電源電圧Ｖｄｃの１／２の
電圧が発生する。これにより、ＰＷＭ出力電圧の振幅が
半分で２段のステップ状の波形となる。この結果、１ス
テップ当たりのＬＣ共振現象による電圧上昇幅も１／２
に抑制できる。
ＰＷＭスイッチング波形のずれている期間は相間リアク
トルの分圧動作により、直流電源電圧Ｖｄｃの１／２の
電圧が発生する。これにより、ＰＷＭ出力電圧の振幅が
半分で２段のステップ状の波形となる。この結果、１ス
テップ当たりのＬＣ共振現象による電圧上昇幅も１／２
に抑制できる。
【００１６】（２）ＰＷＭスイッチング波形をずらす期
間を、共振周波数の１／２の時間に設定する。こうする
と、第１ステップ電圧の共振現象と第２ステップ電圧の
共振現象の位相差が互いに１８０°ずれるため、ちょう
ど打ち消し合うように働く。
間を、共振周波数の１／２の時間に設定する。こうする
と、第１ステップ電圧の共振現象と第２ステップ電圧の
共振現象の位相差が互いに１８０°ずれるため、ちょう
ど打ち消し合うように働く。
【００１７】以上のことは、３相ＰＷＭインバータの並
列運転に限らず、ＰＡＭインバータやチョッパなどの電
力変換装置にも応用して同等の作用効果を得ることがで
きるもので、以下、２台の３相ＰＷＭインバータの場合
で実施形態を説明する。
列運転に限らず、ＰＡＭインバータやチョッパなどの電
力変換装置にも応用して同等の作用効果を得ることがで
きるもので、以下、２台の３相ＰＷＭインバータの場合
で実施形態を説明する。
【００１８】（実施形態１）本実施形態は、図１のよう
な、少なくとも２台以上のスイッチング素子を用いたＰ
ＷＭインバータ２Ａ，２Ｂを相間リアクトル３を使用し
て並列接続してその合成出力を負荷に供給するシステム
において、両ＰＷＭインバータの主回路スイッチング素
子に与えるＰＷＭゲート制御信号として、ＰＷＭ指令発
生器４と遅延器５により、ＬＣ共振電圧が減衰する時間
ΔＴだけずらしたゲート制御信号を印加する。
な、少なくとも２台以上のスイッチング素子を用いたＰ
ＷＭインバータ２Ａ，２Ｂを相間リアクトル３を使用し
て並列接続してその合成出力を負荷に供給するシステム
において、両ＰＷＭインバータの主回路スイッチング素
子に与えるＰＷＭゲート制御信号として、ＰＷＭ指令発
生器４と遅延器５により、ＬＣ共振電圧が減衰する時間
ΔＴだけずらしたゲート制御信号を印加する。
【００１９】図２は、１相分に着目した各インバータ２
Ａ，２Ｂの出力電圧波形ＶA，ＶBと、相間リアクトル３
による合成電圧出力Ｖｏ、そして共振による電圧上昇波
形を示す。
Ａ，２Ｂの出力電圧波形ＶA，ＶBと、相間リアクトル３
による合成電圧出力Ｖｏ、そして共振による電圧上昇波
形を示す。
【００２０】出力電圧波形ＶAとＶBに遅延時間ΔＴを与
えることにより、合成出力電圧ＶOは２段のステップ状
となる。１段当たりの振幅は１／２Ｖｄｃとなるため、
ＬＣ共振電圧が減衰するのに十分な時間ΔＴを与えるこ
とにより、ＬＣ共振による電圧上昇も従来の１／２に抑
制することができる。
えることにより、合成出力電圧ＶOは２段のステップ状
となる。１段当たりの振幅は１／２Ｖｄｃとなるため、
ＬＣ共振電圧が減衰するのに十分な時間ΔＴを与えるこ
とにより、ＬＣ共振による電圧上昇も従来の１／２に抑
制することができる。
【００２１】なお、時間ΔＴは、ＬＣ共振電圧の減衰が
半分になるのに必要な時間に設定するなど、共振電圧を
どの程度抑制するかによって、適宜変更されるものであ
る。
半分になるのに必要な時間に設定するなど、共振電圧を
どの程度抑制するかによって、適宜変更されるものであ
る。
【００２２】（実施形態２）本実施形態は、実施形態１
と同じ構成において、遅延時間ΔＴを共振周期ｔcの１
／２，３／２，５／２，…倍の時間に設定する場合であ
る。
と同じ構成において、遅延時間ΔＴを共振周期ｔcの１
／２，３／２，５／２，…倍の時間に設定する場合であ
る。
【００２３】図３に、各インバータ２Ａ，２Ｂの出力電
圧波形ＶA，ＶBと、相間リアクトル３による合成電圧出
力Ｖｏ、そして共振による電圧上昇波形を示す。ΔＴの
時間差により、合成出力電圧は２段のステップ状とな
る。
圧波形ＶA，ＶBと、相間リアクトル３による合成電圧出
力Ｖｏ、そして共振による電圧上昇波形を示す。ΔＴの
時間差により、合成出力電圧は２段のステップ状とな
る。
【００２４】本実施形態では、１段当たりの振幅は１／
２Ｖｄｃとなるだけでなく、共振の振動波形の位相が互
いにちょうど１８０°ずれているため、振動が打ち消し
あって電圧上昇がさらに抑制される。また、ＰＷＭの遅
延時間ΔＴの期間が長いと並列インバータ間の相間リア
クトルに流れる横流も大きくなるが、共振の位相をうま
く利用すれば共振が重なっていてもよく、ΔＴの時間を
短く、ひいては横流を小さくすることができる。
２Ｖｄｃとなるだけでなく、共振の振動波形の位相が互
いにちょうど１８０°ずれているため、振動が打ち消し
あって電圧上昇がさらに抑制される。また、ＰＷＭの遅
延時間ΔＴの期間が長いと並列インバータ間の相間リア
クトルに流れる横流も大きくなるが、共振の位相をうま
く利用すれば共振が重なっていてもよく、ΔＴの時間を
短く、ひいては横流を小さくすることができる。
【００２５】（実施形態３）本実施形態は、実施形態
１、実施形態２において、図４に示すように、遅延器５
によりＰＷＭ波形をずらす時間ΔＴを、遅延時間可変設
定器６により調整可能にするものとする。
１、実施形態２において、図４に示すように、遅延器５
によりＰＷＭ波形をずらす時間ΔＴを、遅延時間可変設
定器６により調整可能にするものとする。
【００２６】設定器６は、遅延時間をパネルによるディ
ジタル値やボリュームなどによる調整する構成とし、イ
ンバータ装置構成に応じて任意に設定可能にする。すな
わち、配線路やモータの静電容量は設置条件により変化
する。そこで、現地でも調整できるよう、設定器６によ
り遅延時間を可変設定する構成とする。
ジタル値やボリュームなどによる調整する構成とし、イ
ンバータ装置構成に応じて任意に設定可能にする。すな
わち、配線路やモータの静電容量は設置条件により変化
する。そこで、現地でも調整できるよう、設定器６によ
り遅延時間を可変設定する構成とする。
【００２７】（実施形態４）本実施形態は、実施形態
１、実施形態２において、図５に示すように、遅延時間
自動調整器７を設け、これによりインバータ出力電圧波
形を検出してその振動波形より出力電圧に含まれるＬＣ
共振周期を計測し、その計測周期の１／２，３／２，５
／２，…倍の時間を遅延時間ΔＴとして自動調整する。
１、実施形態２において、図５に示すように、遅延時間
自動調整器７を設け、これによりインバータ出力電圧波
形を検出してその振動波形より出力電圧に含まれるＬＣ
共振周期を計測し、その計測周期の１／２，３／２，５
／２，…倍の時間を遅延時間ΔＴとして自動調整する。
【００２８】この構成とすることにより、配線路等の回
路条件が変更されても、調整員による調整作業が不要と
なり、ＬＣ共振による振動電圧を抑制することができ
る。
路条件が変更されても、調整員による調整作業が不要と
なり、ＬＣ共振による振動電圧を抑制することができ
る。
【００２９】なお、以上までの実施形態は、３相インバ
ータの場合について説明したが、この１アーム分を取り
出せばチョッパ回路にも適用可能である。また、電源回
生用のインバータやＣＶＣＦなどの電源系統に接続され
る場合にも同様に適用可能である。また、並列回路数も
２に限定する必要はなく、３台以上でも構成可能であ
る。並列数を多くすると１ステップ毎の電圧変化幅がよ
り小さくなるため、電圧上昇を一層抑制することができ
る。
ータの場合について説明したが、この１アーム分を取り
出せばチョッパ回路にも適用可能である。また、電源回
生用のインバータやＣＶＣＦなどの電源系統に接続され
る場合にも同様に適用可能である。また、並列回路数も
２に限定する必要はなく、３台以上でも構成可能であ
る。並列数を多くすると１ステップ毎の電圧変化幅がよ
り小さくなるため、電圧上昇を一層抑制することができ
る。
【００３０】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、２台以
上の電力変換器の出力端を相間リアクトルで並列接続
し、各電力変換器のゲート制御を同じ波形で相対的に時
間ΔＴだけずらすことにより各電力変換器の合成出力電
圧には複数段にステップ変化する波形を得るようにした
ため、配線路および負荷が振動的な特性をもつ場合にも
ＬＣ共振現象による端子電圧の上昇を抑制することがで
きる。これにより、モータの絶縁劣化やスイッチング素
子の耐圧を越えて素子が破壊するという問題を回避でき
る。
上の電力変換器の出力端を相間リアクトルで並列接続
し、各電力変換器のゲート制御を同じ波形で相対的に時
間ΔＴだけずらすことにより各電力変換器の合成出力電
圧には複数段にステップ変化する波形を得るようにした
ため、配線路および負荷が振動的な特性をもつ場合にも
ＬＣ共振現象による端子電圧の上昇を抑制することがで
きる。これにより、モータの絶縁劣化やスイッチング素
子の耐圧を越えて素子が破壊するという問題を回避でき
る。
【００３１】また、線路にながれる高周波成分の振幅が
１／２となるため、配線路から放射されるノイズも減少
し、ノイズの低減効果も得られる。
１／２となるため、配線路から放射されるノイズも減少
し、ノイズの低減効果も得られる。
【図１】本発明の基本構成を説明するためのインバータ
装置の構成図。
装置の構成図。
【図２】本発明の実施形態１を説明するための電圧の合
成波形図。
成波形図。
【図３】本発明の実施形態２を説明するための電圧の合
成波形図。
成波形図。
【図４】本発明の実施形態３を示す構成図。
【図５】本発明の実施形態４を示す構成図。
【図６】チョッパ回路と負荷接続の従来例。
【図７】インバータ回路と負荷接続の従来例。
【図８】従来回路でのインバータの出力電流波形の例。
１…コンバータ
２Ａ、２Ｂ…ＰＷＭインバータ
３…中間リアクトル
４…ＰＷＭ指令発生器
５…遅延器
６…遅延時間可変設定器
７…遅延時間自動調整器
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5H007 AA17 CA01 CB02 CB05 CC04
CC23 CC35 DA03 DA06 EA01
EA02 FA01
Claims (5)
- 【請求項１】 半導体素子を主回路スイッチング素子と
し、該素子のゲート制御でステップ変化する出力電圧を
得る複数台の電力変換器と、 前記各電力変換器の出力端を並列接続し、各電力変換器
の合成出力を負荷に供給するための相間リアクトルと、 前記各電力変換器のゲート制御を同じ波形で、かつ負荷
側で発生するＬＣ共振電圧が減衰する時間ΔＴだけずら
すゲート制御手段とを備えたことを特徴とする電力変換
装置。 - 【請求項２】 半導体素子を主回路スイッチング素子と
し、該素子のゲート制御でステップ変化する出力電圧を
得る複数台の電力変換器と、 前記各電力変換器の出力端を並列接続し、各電力変換器
の合成出力を負荷に供給するための相間リアクトルと、 前記各電力変換器のゲート制御を同じ波形で、かつ負荷
側で発生するＬＣ共振電圧の位相が互いに１８０°ずれ
る時間にするゲート制御手段とを備えたことを特徴とす
る電力変換装置。 - 【請求項３】 前記各電力変換器はＰＷＭインバータ、
ＰＡＭインバータ、または直流チョッパとし、 前記ゲート制御手段はゲート信号発生器と、この発生器
からのゲート信号に対して前記時間ΔＴだけ遅延させる
遅延器としたことを特徴とする請求項１または２に記載
の電力変換装置。 - 【請求項４】 前記遅延器は、パネルによるディジタル
値やボリュームなどにより調整する遅延時間可変設定器
としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に
記載の電力変換装置。 - 【請求項５】 前記電力変換器から負荷に供給する合成
出力電圧の振動波形を検出してそのＬＣ共振周波数を計
測し、この共振周波数を基に前記遅延器の遅延時間をＬ
Ｃ共振電圧の位相が互いに１８０°ずれる時間に自動調
整する遅延時間自動調整器を備えたことを特徴とする請
求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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