JP4641124B2

JP4641124B2 - 多重結合インバータ装置

Info

Publication number: JP4641124B2
Application number: JP2001235384A
Authority: JP
Inventors: 政史中村; 元寿清水
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-08-02
Filing date: 2001-08-02
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2021-08-02
Also published as: US6813167B2; JP2003047253A; US20030025398A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のPWMインバータを多重化して構成される多重結合インバータ装置に係り、特に、各交流出力に含まれるキャリア信号が同相で重畳されることにより生じる電流リップルを低減させた多重結合インバータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
PWMインバータ装置は、交流発電機や交流電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ部と、このコンバータ部からの直流電力を任意の周波数を有する交流電力に再変換するインバータ部とから構成されている。インバータ部は、電圧指令や周波数指令等の波形指令とキャリア信号とに基づいて生成されるＰＷＭ信号によって、インバータ部を構成するスイッチング素子（例えばパワートランジスタ）をPWM制御することにより、任意の周波数を有する交流電力を出力する。このようなPWMインバータを多重結合することで高電圧出力を得る技術が、例えば特開昭６０−９８８７５号公報に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
PWM信号で制御されるPWMインバータの交流出力には、図８に示したように、前記PWM信号の生成に用いられたキャリア信号成分が含まれる。したがって、各交流出力を、そのキャリア信号成分が同相となるように重畳してしまうと、図９に示したように、前記キャリア信号成分が実質的に増幅されてしまい、交流出力の電圧リップルが大きくなってしまうという技術課題があった。
【０００４】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、多重化されたPWMインバータから出力される各交流出力に含まれるキャリア信号成分が同相で重畳されることにより生じる電流リップルを低減させることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
要求出力の波形指令とキャリア信号とに基づいて生成されるPWM信号で制御される２系統のPWMインバータを多重化し、各PWMインバータの交流出力を相互に重畳する多重結合インバータ装置において、各PWMインバータの交流出力を、この交流出力に含まれるキャリア信号成分が相互に逆位相となるように重畳したことを特徴とする。
【０００６】
上記した特徴によれば、各PWMインバータの交流出力を相互に重畳すると、そのキャリア信号成分が相互に相殺されるので、電流リップルを低減させることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態であるエンジン発電機の多重化インバータ装置の主要部の構成を示したブロック図である。
【０００８】
発電機２は、２系統の３相メイン巻線２Ａ，２Ｂを備え、エンジン１により駆動される。エンジン１の出力は、ステップモータ５により開度調整されるスロットル（図示せず）によって制御される。メイン巻線２Ａ，２Ｂの出力段には、インバータ回路３ａ（マスタ），３ｂ（スレーブ）がそれぞれ接続されている。マスタ３ａおよびスレーブ３ｂの出力段は直列・並列切換部４に接続されている。前記直列・並列切換部４は、マスタ３ａおよびスレーブ３ｂの各交流出力を、直列または並列に接続して両者を重畳する。
【０００９】
前記３相メイン巻線２Ｂの出力段にはトランス７の一次コイル７１が接続されている。トランス７の二次側には３つのサブコイル７２（７２ａ，７２ｂ，７２ｃ）が二次コイルとして結合されている。
【００１０】
サブコイル７２ａ，７２ｂはインバータ電源コイルであり、それぞれマスタ３ａの制御電源３４ａおよびスレーブ３ｂの制御電源３４ｂへ駆動電力を供給する。サブコイル７２ｃは、内部バッテリ（図示せず）へ充電電流を供給するための充電コイル、または直流電圧を外部ソケット（図示せず）へ供給するための外部直流電源コイルである。
【００１１】
このように、本実施形態では発電機２の出力の一部をトランス７を介して取り出し、インバータ電源やバッテリ充電電源等の内部電源として利用するので、内部電源として必要な電力に応じてトランス７の一次コイル７１と二次コイル７２との巻数比を設定すれば、発電機２のメイン出力から必要な電力のみを取り出すことができ、発電効率を向上させることができる。
【００１２】
さらに、本実施形態ではトランス７の二次側を複数のサブコイル７２ａ，７２ｂ，７２ｃで構成したので、内部電源で駆動される複数の電気負荷における消費電力に応じて各サブコイルの巻数を設定すれば、交流発電機のメイン出力から内部電源として必要な電力を正確に取り出せるようになる。
【００１３】
マスタ３ａにおいて、３相メイン巻線２Ａの出力は、整流平滑回路３１ａ、インバータ回路３２ａおよびフィルタ回路３３ａを経由して前記直列・並列切換部４へ供給される。前記整流平滑回路３１ａは、サイリスタブリッジ回路３１１ａおよび平滑回路３１２ａから構成される。前記インバータ回路３２ａは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）ブリッジ３２１ａおよび平滑回路３２２ａから構成される。
【００１４】
SCRドライバ３７ａは、サイリスタブリッジ回路３１１ａを構成するサイリスタの導通角を制御する。回転検出部３５ａは、前記制御電極３４ａの交流出力に基づいてエンジン回転数を検知する。ガバナ制御部３６ａは、前記検知されたエンジン回転数に基づいて、前記ステップモータ５を制御する。インバータ制御部３８ａは、要求出力に応じたPWM信号をインバータ回路３２ａへ供給する。
【００１５】
なお、スレーブ３ｂの構成は、前記回転検出部３５ａおよびガバナ制御部３６ａを搭載していない点を除いて前記マスタ３ａと同等なので、その説明は省略する。また、各インバータ回路３ａ，３ｂ間は通信線８で接続されており、互いを同期運転するための制御信号および同期信号が、この通信線８を介して送受される。
【００１６】
図２は、前記マスタ３ａおよびスレーブ３ｂに搭載されるインバータ制御部３８ａ、３８ｂの構成を示したブロック図である。
【００１７】
インバータ制御部３８ａにおいて、キャリア信号発生部３８１ａは、キャリア信号としての三角波を出力する。正弦波発生部３８２ａは、電圧指令、周波数指令および位相指令等の波形指令に基づいて正弦波を出力する。比較部３８３ａは、前記キャリア信号および正弦波の比較結果に基づいてPWM信号を生成し、これを出力する。このPWM信号は、FETブリッジ３２１ａを構成する各EFTのゲートに印加される。
【００１８】
なお、インバータ制御部３８ｂの構成は、上記したインバータ制御部３８ａの構成と同等なので、その説明は省略する。但し、各インバータ回路３ａ，３ｂ間は前記通信線８を介して同期信号を送受し、それぞれの正弦波発生部３８２ａ、３８２ｂに供給される位相指令は、出力正弦波が逆相すなわち位相が１８０°ずれるように調整されている。
【００１９】
上記した構成によれば、マスタ３ａおよびスレーブ３ｂの各インバータ回路３ａ，３ｂから出力される交流電圧Ｖａ、Ｖｂは、位相が相互に逆相であって、これに含まれるキャリア信号成分が同相となる。
【００２０】
続いて、前記２つのインバータ回路の直列・並列接続切り換えについて説明する。図３は、前記直列・並列切換部４の詳細を示した回路図であり、図４，５は、その機能を模式的に表現した図である。
【００２１】
本実施形態では、マスタ３ａおよびスレーブ３ｂの交流出力Ｖａ、Ｖｂを直列接続する際は、図４に示したように、スレーブ３ｂの交流出力Ｖｂを反転したうえでマスタ３ａの交流出力Ｖａに対して直列的に重畳する。各交流出力Ｖａ、Ｖｂを並列接続する際は、図５に示したように、スレーブ３ｂの交流出力Ｖｂを反転したうえでマスタ３ａの交流出力Ｖａに対して並列的に重畳する。
【００２２】
これにより、交流電圧Ｖａ、Ｖｂは同位相で重畳されるのに対して、そのキャリア信号成分は、図６に示したように逆位相で重畳されて相殺される。この結果、直列・並列切換部４からは、図７に示したように、電圧リップルが低減された交流出力を得られるようになる。
【００２３】
前記直列・並列切換部４はトグルスイッチで構成することができ、スイッチが接点ａ側に切り換えられているときは、出力端子Ｔ１およびＴ２間には、マスタ３ａの出力電圧Ｖａが出力され、出力端子Ｔ２およびＴ３間にはスレーブ３ｂの出力電圧Ｖｂが逆相が出力され、結果的に出力端子Ｔ１およびＴ３間ではマスタ３ａおよびスレーブ３ｂの出力電圧の２倍の出力電圧が得られる。すなわち、マスタ３ａとスレーブ３ｂとは直列に接続されたことになる。
【００２４】
また、スイッチが接点ｂ側に切り換えられているときは、出力端子Ｔ１およびＴ２間には電圧が出力されず、出力端子Ｔ２およびＴ３間にのみ、マスタ３ａおよびスレーブ３ｂによる出力電圧が出力される。結果的に出力端子Ｔ２およびＴ３間には、マスタ３ａ，スレーブ３ｂのそれぞれの出力電圧が変化されずに、その出力が２倍になって現れる。すなわち、マスタ３ａとスレーブ３ｂとは並列に接続されたことになる。
【００２５】
このように、本実施形態によれば、マスタ３ａおよびスレーブ３ｂの各交流出力Ｖａ、Ｖｂは同位相で重畳されるのに対して、そのキャリア信号成分は逆相で重畳されるので相殺される。したがって、電圧リップルの少ない交流出力を得られるようになる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、２つの系統から出力される交流出力同士を、そのキャリア信号成分が相互に相殺されるように重畳されるので、電圧リップルの小さい交流出力を得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるエンジン発電機の多重化インバータ装置の構成を示したブロック図である。
【図２】インバータ制御部の構成を示したブロック図である。
【図３】直列・並列切換部の回路図である。
【図４】直列・並列切換部の直列接続機能を模式的に示した図である。
【図５】直列・並列切換部の並列接続機能を模式的に示した図である。
【図６】キャリア信号成分の相殺方法を示した図である。
【図７】本発明の効果を説明するための図である。
【図８】従来技術の問題点を示した図である。
【図９】従来技術の問題点を示した図である。
【符号の説明】
１…エンジン、２…エンジン発電機、３ａ（マスタ）…インバータ回路、３ｂ（スレーブ）…インバータ回路、４…直列・並列切換部、５…ステップモータ、７…トランス、３１ａ，３１ｂ…整流平滑回路、３２ａ，３２ｂ…インバータ回路、３３ａ，３３ｂ…フィルタ回路、３４ａ，３４ｂ…制御電源３４ａ，３４ｂ…、３５ａ…回転検出部、３６ａ…ガバナ制御部、３７ａ，３７ｂ…SCRドライバ、３８…インバータ制御部、７１…一次コイル、７２（７２ａ，７２ｂ，７２ｃ）…サブコイル

Claims

要求出力の波形指令とキャリア信号とに基づいて生成されるPWM信号で制御される２系統のPWMインバータを多重化し、各PWMインバータの交流出力を相互に重畳する多重結合インバータ装置において、
前記各PWMインバータの交流出力は相互に逆位相であって、そのキャリア信号成分は相互に同相であり、
前記各PWMインバータの交流出力を、そのキャリア信号成分が相互に逆位相となるように重畳する切換手段を具備し、
前記切換手段は、
一方のPWMインバータの正極と他方のPWMインバータの負極とを接続して出力端子の一方とし、一方のPWMインバータの負極と他方のPWMインバータの正極とを接続して出力端子の他方とする第１ポジションと、
各PWMインバータの負極同士を接続し、各正極を出力端子とする第２ポジションとを備えることを特徴とする多重結合インバータ装置。