JPH04351473A - インバータ装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、自己消弧型半導体素
子に接続するスナバ回路に蓄えられたエネルギを回生す
る電力回生装置を備えたインバータ装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】図５は例えば特開昭６１−３９８６６号
公報に示された従来のインバータ装置を示す回路図であ
り、自己消弧型半導体素子、例えばゲートターンオフ（
ＧＴＯ）サイリスタをアーム素子とするハーフブリッジ
２相分を示すのである。同図において、１ａ，１ｂはＧ
ＴＯサイリスタであって、交互にオン、オフするように
オン、オフ信号をそのゲートに受ける。２ａ，２ｂはフ
リーホイールダイオードであって、夫々ＧＴＯサイリス
タ１ａ，１ｂに逆並列に接続されている。４ａ，４ｂは
リアクトルであって、直列接続されて、ＧＴＯサイリス
タ１ａ及び１ｂ間に挿入されている。８ａはスナバコン
デンサ、９ａはスナバダイオードであって、スナバ回路
を構成し、このスナバ回路はＧＴＯサイリスタ１ａに並
列接続されている。また、同じく８ｂはスナバコンデン
サ、９ｂはスナバダイオードであって、スナバ回路を構
成し、このスナバ回路はＧＴＯサイリスタ１ｂに並列接
続されている。１１はインバータ装置の直流電源である
。１２は変成器、１３は補助ＧＴＯサイリスタであって
、変成器１２の１次巻線の一端はスナバダイオード９ａ
のアノードに接続され、その他端は補助ＧＴＯサイリス
タ１３を介してスナバダイオード９ｂのカソードに接続
される。また、変成器１２の２次巻線の両端は夫々ダイ
オード整流回路のダイオード１４ａ，１４ｂを夫々介し
て直流電源１１の正極に接続され、かつダイオード整流
回路のダイオード１４ｃ，１４ｄを介して直流電源１１
の負極に接続される。

【０００３】次に従来装置の動作について説明する。い
ま、第２の状態にあったＧＴＯサイリスタ１ａがターン
オフされると、ＧＴＯサイリスタ１ａに流れていた電流
がスナバコンデンサ８ａ、スナバダイオード９ａから成
るスナバ回路に移り、スナバコンデンサ８ａが充電され
始める。このとき補助ＧＴＯサイリスタ１３がターンオ
フされ、スナバ回路のスナバコンデンサ８ｂの電荷は補
助ＧＴＯサイリスタ１３−変成器１２−スナバダイオー
ド９ａ−リアクトル４ａ−交流出力端子Ａ（又はＢ）を
通って、図示しない負荷へ放電され、この放電が完了す
ると、スナバコンデンサ９ｂとフリーホイールダイオー
ド２ｂが導通し始める。この補助ＧＴＯサイリスタ１３
を流れる帰還電流は変成器１２の２次側に取り出され、
ダイオード１４ａ，１４ｂを通して直流電源１１に帰還
される。つづいて、リアクトル４ａの電流がリアクトル
４ｂ−スナバダイオード９ｂ−補助ＧＴＯサイリスタ１
３−変成器１２−ダイオード９ａの経路で、変成器１２
の２次巻線に接続されたダイオード１４ａ，１４ｂを介
して直流電源１１へ帰還される。その後帰還電流が０に
なると、リアクトル４ａの電流も０となり、負荷電流は
フリーホイールダイオード２ｂ、リアクトル４ｂの経路
で流れる。その後変成器１２は一瞬、直流電源１１にク
ランプされた電圧を発生し、続いてスナバダイオード９
ａ、リアクトル４ａ，４ｂ、スナバダイオード９ｂ、補
助ＧＴＯサイリスタ１３の電圧降下分でリセットされる
。その後補助ＧＴＯサイリスタ１３及がターンオフする
と、変成器１２の１次側は開放されるために、変成器１
２の励磁電流はダイオード１４ａ，１４ｂを介して直流
電源１１へ帰還される。このため、変成器１２の２次側
には逆極性の直流電源１１の電圧が印加される。その後
励磁電流が０に減少すると変成器１２の印加電圧は０に
なる。このように変成器１２のリセット動作が短時間に
かつ確実に行われるために、スナバエネルギの帰還効果
が向上できる。

【０００４】図６は図５の如きインバータ装置において
、自己消弧型半導体素子に加わる電圧、電流の急峻な立
ち上りによる破壊を防ぐ為に設けられるスナバ回路の一
例を示す回路図である。図６において、１は自己消弧型
半導体素子例えばＧＴＯサイリスタ、２はフリーホイー
ルダイオード、３はリアクトル４、ダイオード５、抵抗
器６からなる直列スナバ回路であり、ＧＴＯサイリスタ
１に加わる電流上昇率を抑制する。７はスナバコンデン
サ８、ダイオード９、抵抗器１０からなる並列スナバ回
路であり、ＧＴＯサイリスタに加わる電圧上昇率を抑制
する。これらのスナバ回路のエネルギ蓄積要素であるリ
アクトル４、スナバコンデンサ８に蓄えられたエネルギ
は、ＧＴＯサイリスタのスイッチング動作により、抵抗
器６、１０で消費される。この抵抗器６，１０で消費さ
れていたエネルギを電源等に回生できるインバータ装置
が上述した図５の如きものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のインバータ装置
は以上のように構成されているので、ハーフブリッジ毎
に変成器１２、ダイオード１４ａ〜１４ｄ、補助ＧＴＯ
サイリスタ１３からなる電力回生装置を設ける必要があ
り、特に多相化を考えた場合に、インバータ装置が大型
になり、コスト的に高価になるなどの問題点があった。

【０００６】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、多相化を図った場合でも構造を
小型化できると共にコスト的にも安価にできるインバー
タ装置を得ることを目的する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係るインバー
タ装置は、正負直流母線間に第１のリアクトルを介して
直列に接続され正負各アームを構成する一対の自己消弧
型半導体素子と、それぞれの上記自己消弧型半導体素子
に逆並列に接続された一対のダイオードを有するインバ
ータ装置において、上記自己消弧型半導体素子のそれぞ
れのアノード、カソード間に並列に設けられたダイオー
ドとコンデンサからなる直列体と、それぞれのハーフブ
リッジ毎に設けられ、上記コンデンサに蓄えられるエネ
ルギと上記第１のリアクトルに蓄えられるエネルギを回
収する補助回収コンデンサと、上記補助回収コンデンサ
と第２のリアクトルを介して接続された１つの主回収コ
ンデンサと、この主回収コンデンサからエネルギを取り
出し、電源等に回生する１つの電力回生装置とを備えた
ものである。

【０００８】また、この発明に係るインバータ装置は、
コンデンサからエネルギを取り出し、電源等に回生する
ための電力回生装置を備えたインバータ装置において、
上記コンデンサを複数分割し、上記インバータ装置の直
流電源を上記コンデンサと同じ分割数で分割し、それら
の分割点のうち電位の最も等しくなる分割点どうしを接
続し、上記コンデンサの各々からエネルギを取り出し、
対応する分割された上記直流電源の各々に回生する電力
回生装置を備えたものである。

【０００９】

【作用】この発明においては、各ハーフブリッジにある
スナバ回路に蓄えられたエネルギを補助回収コンデンサ
、第２のリアクトルを介して１つの主回収コンデンサに
導き、さらにこの導かれたエネルギを主回収コンデンサ
に接続された１つの電力回生装置により取り出してイン
バータ装置の直流電源等に回生する。これにより、多相
化インバータ装置において、構成の簡略化、低廉化が図
かれる。

【００１０】また、この発明においては、主回収コンデ
ンサ、直流電源及び電力回生装置を分割する。これによ
り、電力回生装置の電圧分相が軽減され、構成素子の定
格電圧の低いものが使用でき、低廉化が図かれる。

【００１１】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１はこの発明の一実施例を示す回路図である。 同図において、図５と対応する部分には同一符号を付し
て説明する。本実施例では、ＧＴＯサイリスタ１ａのア
ノードをリアクトル４ａを介して直流電源１１の正極に
接続し、そのカソードをＧＴＯサイリスタ１ｂおよびリ
アクトル４ｂを介して直流電源１１の負極に接続する。 ＧＴＯサイリスタ１ａ，１ｂと逆並列に夫々フリーホイ
ールダイオード２ａ，２ｂを接続する。スナバコンデン
サ８ａ及びスナバダイオード９ａから成るスナバ回路を
ＧＴＯサイリスタ１ａに並列接続し、スナバコンデンサ
８ｂ及びスナバダイオード９ｂから成るスナバ回路をＧ
ＴＯサイリスタ１ｂに並列接続する。スナバコンデンサ
８ａ及びスナバダイオード９ａの接続点をダイオード１
９ａ及びリアクトル４ａに比べてかなり大きなインピー
ダンスを有するリアクトル１６ａを介して電力回生装置
１８の一入力端に接続し、この電力回生装置１８の他入
力端をリアクトル４ｂに比べてかなり大きなインピーダ
ンスを有するリアクトル１６ｂ及びダイオード１９ｂを
介してスナバコンデンサ８ｂ及びスナバダイオード９ｂ
の接続点に接続する。そしてダイオード１９ａのカソー
ド及びダイオード１９ｂのアノード間に補助回収コンデ
ンサ１５を接続し、リアクトル１６ａと１６ｂの他端間
すなわち電力回生装置１８の入力端間に主回収コンデン
サ１７を接続する。

【００１２】次に、図１の回路動作を説明する。先ず、
その動作を概略説明すると、リアクトル４ａ，４ｂ及び
スナバコンデンサ８ａ，８ｂに蓄えられたエネルギは、
ＧＴＯサイリスタ１ａ，１ｂのスイッチング動作により
、補助回収コンデンサ１５に回収され、リアクトル１６
ａ，１６ｂを介して１つの主回収コンデンサ１７に導か
れる。その主回収コンデンサ１７に接続された電力回生
装置１８によりエネルギを取り出して直流電源１１に回
生できる。更に図１の回路動作を交流出力端子Ａのつい
たハーフブリッジについて詳しく説明する。交流出力端
子Ａにはインダクタンス負荷（図示せず）が接続されて
いるものとし、主回収コンデンサ１７は電力回生装置１
８により直流電源１１の電圧値Ｅｄよりも少し高い値Ｅ
に一定に制御されているものとする。従って、補助回収
コンデンサ１５も電圧値Ｅである。いま、ＧＴＯサイリ
スタ１ａがオンすれば、直流電源１１、リアクトル４ａ
、ＧＴＯサイリスタ１ａ、出力端子Ａの経路で負荷電流
が流れ、スナバコンデンサ８ａの電圧は０、スナバコン
デンサ８ｂの電圧はＥである。その状態からＧＴＯサイ
リスタ１ａをオフすると、負荷電流は直流電源１１−リ
アクトル４ａ−スナバダイオード９ａ−スナバコンデン
サ８ａ−出力端子Ａと、直流電源１１−リアクトル４ａ
−スナバダイオード９ａ−ダイオード１９ａ−補助回収
コンデンサ１５−ダイオード１９ｂ−スナバコンデンサ
８ｂ−出力端子Ａに分流する。従ってスナバコンデンサ
８ａは電圧Ｅまで充電され、スナバコンデンサ８ｂは電
圧０まで放電される。スナバコンデンサ８ｂに蓄えられ
ていたエネルギはこの動作により補助回収コンデンサ１
５に回収される。補助回収コンデンサ１５の静電容量は
、スナバコンデンサ８ａ，８ｂに比べてかなり大きなも
のであり、電圧変動は抑制されているものとする。また
、スナバコンデンサ８ａ，８ｂの充放電が完了した後、
フリーホイールダイオード２ｂが導通し始め、リアクト
ル４ａのエネルギは直流電源１１−リアクトル４ａ−ス
ナバダイオード９ａ−ダイオード１９ａ−補助回収コン
デンサ１５−ダイオード１９ｂ−スナバダイオード９ｂ
−リアクトル４ｂ−直流電源１１の経路で補助回収コン
デンサ１５に回収されて、負荷電流がインダクタンス負
荷によりリアクトル４ｂ、フリーホイールダイオード２
ｂ、出力端子Ａの経路で流れ続ける。この状態では、Ｇ
ＴＯサイリスタ１ｂのオンオフ動作は、回路状態に何ら
変化を与えない。さて、スナバコンデンサ８ａの電圧が
Ｅ、スナバコンデンサ８ｂの電圧が０であるこの状態に
おいて、ＧＴＯサイリスタ１ａをオンすると、負荷電流
は直流電源１１−リアクトル４ａ−ＧＴＯサイリスタ１
ａ−出力端子Ａの経路で流れ、直流電源１１−リアクト
ル４ａ−ＧＴＯサイリスタ１ａ−スナバコンデンサ８ａ
−ダイオード９ａ−補助回収コンデンサ１５−ダイオー
ド１９ｂ−スナバダイオード９ｂ−リアクトル４ｂ−直
流電源１１の経路でスナバコンデンサ８ａが電圧０まで
放電され、直流電源１１−リアクトル４ａ−ＧＴＯサイ
リスタ１ａ−スナバコンデンサ８ｂ−ダイオード９ｂ−
リアクトル４ｂ−直流電源１１の経路でスナバコンデン
サ８ｂが電圧Ｅまで充電される。スナバコンデンサ８ａ
に蓄えられていたエネルギはこの動作により補助回収コ
ンデンサ１５に回収される。またスナバコンデンサ８ａ
，８ｂの放電、充電が完了した後、リアクトル４ａ，４
ｂのエネルギは、直流電源１１−リアクトル４ａ−スナ
バダイオード９ａ−ダイオード１９ａ−補助回収コンデ
ンサ１５−ダイオード１９ｂ−スナバダイオード９ｂ−
リアクトル４ｂ−直流電源１１の経路で回収コンデンサ
１５に回収されて、負荷電流が直流電源１１−リアクト
ル４ａ−ＧＴＯサイリスタ１ａ−出力端子Ａの経路で流
れ続ける。以上の回路動作により、リアクトル４ａ，４
ｂ、及びスナバコンデンサ８ａ，８ｂのエネルギが補助
回収コンデンサ１５に回収できることを示したが、リア
クトル１６ａ，１６ｂは上述の如くリアクトル４ａ，４
ｂに比べてかなり大きなインピーダンスを持っているの
で、補助回収コンデンサ１５にはかなり大きな波高値を
持つ電流が流れ込み、電圧が電圧値Ｅより過充電される
がリアクトル１６ａ，１６ｂには平滑された波高値の低
い電流が流れることになり、その過充電分に相当するエ
ネルギが、主回収コンデンサ１７に回収されることにな
る。

【００１３】次に主回収コンデンサ１７からエネルギを
取り出し、直流電源１１に回生する電力回生装置１８に
ついて具体的に図２を用いて説明する。図２において、
電力回生装置１８はダイオード２０、補助ＧＴＯサイリ
スタ２１ａ，２１ｂ及びリアクトル２２ａ，２２ｂから
なり、リアクトル２２ｂの一端はダイオード２０及びリ
アクトル２２ａを介して直流電源１１の正極に接続され
、リアクトル２２ｂの他端は直流電源１１の負極に接続
される。また、リアクトル２２ｂの一端は補助ＧＴＯサ
イリスタ２１ｂを介して主回収コンデンサ１７の一端（
接続点Ｄ）に接続され、主回収コンデンサ１７の他端（
接続点Ｃ）が補助ＧＴＯサイリスタ２１ａを介してダイ
オード２０とリアクトル２２ａの接続点に接続される。 主回収コンデンサ１７はハーフブリッジのＧＴＯサイリ
スタ１ａ，１ｂのスイッチング動作によって直流電源１
１の電圧Ｅｄ以上の電圧値を持つことは、補助ＧＴＯサ
イリスタ２１ａ，２１ｂをオフ状態に保つことで可能で
ある。主回収コンデンサ１７が電圧Ｅ以上に充電されて
おり、その静電容量は補助回収コンデンサ１５と同等以
上が好ましい。さて、補助ＧＴＯサイリスタ２１ａ，２
１ｂを同時にオンさせると、主回収コンデンサ１７−補
助ＧＴＯサイリスタ２１ａ−リアクトル２２ａ−直流電
源１１−リアクトル２２ｂ−−補助ＧＴＯサイリスタ２
１ｂ−直流電源１７の経路で主回収コンデンサ１７が放
電し、リアクトル２２ａ，２２ｂにエネルギが蓄えられ
る。補助ＧＴＯサイリスタ２１ａ，２１ｂを同時にオフ
させると、リアクトル２２ａ−直流電源１１−リアクト
ル２２ｂ−ダイオード２０−リアクトル２２ａの経路で
、リアクトル２２ａ，２２ｂの蓄積エネルギが直流電源
１１に回生される。この動作により主回収コンデンサ１
７よりエネルギ取り出し、直流電源１１に回生すること
ができる。さらに、主回収コンデンサ１７の電圧を検知
し、その電圧値に応じて、補助サイリスタＧＴＯ２１ａ
，２１ｂの同時オン時間幅を制御することで、主回収コ
ンデンサ１７の電圧値を一定値Ｅに保つことが可能であ
る。

【００１４】実施例２．図３はこの発明の他の実施例を
示す回路図である。図１と構成が異なる点は、リアクト
ル１６ａ，１６ｂにダイオード１９ｃ，１９ｄを直列に
接続したところであり、これは補助回収コンデンサ１５
、リアクトル１６ａ，１６ｂ、主回収コンデンサ１７に
係る電流振動を抑制するためのものである。なお、回路
動作は図１と全く同じであり、図２の電力回生装置１８
も同様に適用できる。そして、本実施例でも上記実施例
と同様の作用効果を得ることができる。

【００１５】実施例３．図４はこの発明の更に他の実施
例を示す回路図である。本実施例では直流電源１１を１
１ａ，１１ｂに分割し、主回収コンデンサ１７を１７ａ
，１７ｂに分割し、電力回生装置１８を１８ａ，１８ｂ
に分割する。電力回生装置１８ａはダイオード２０ａ、
補助ＧＴＯサイリスタ２１ａ、リアクトル２２ａから成
り、電力回生装置１８ｂはダイオード２０ｂ、補助ＧＴ
Ｏサイリスタ２１ｂ、リアクトル２２ｂから成る。 ダイオード２０ａのカソードはリアクトル２２ａを介し
て直流電源１１ａの正極に接続され、ダイオード２０ｂ
のアノードは直流電源１１ａの負極及び主回収コンデン
サ１７ａと１７ｂの接続点に接続されると共に直流電源
１１ｂの正極及びダイオード２０ｂのカソードに接続さ
れる。リアクトル２２ｂの一端はダイオード２０ｂのア
ノードに接続されると共に補助ＧＴＯサイリスタ２１ｂ
を介して主回収コンデンサ１７ｂの一端（接続点Ｄ）に
接続され、リアクトル２２ｂの他端は直流電源１１ｂの
負極に接続される。また、主回収コンデンサ１７ａの他
端（接続点Ｃ）は補助ＧＴＯサイリスタ２１ａを介して
ダイオード２０ａとリアクトル２２ａの接続点に接続さ
れる。

【００１６】さてこの回路動作の原理は図２の回路と全
く同じであり、補助ＧＴＯサイリスタ２１ａをオンする
と、主回収コンデンサ１７ａ−補助ＧＴＯサイリスタ２
１ａ−リアクトル２２ａ−直流電源１１ａ−主回収コン
デンサ１７ａの経路で主回収コンデンサ１７ａは放電し
、リアクトル２２ａにエネルギが蓄えられ、補助ＧＴＯ
サイリスタ２１ａをオフすると、ダイオード２０ａ−リ
アクトル２２ａ−直流電源１１ａ−ダイオード２０ａの
経路でリアクトル２２ａの蓄積エネルギが直流電源１１
ａに回生される。同様に補助ＧＴＯサイリスタ２１ｂを
スイッチングすることにより、主回収コンデンサ１７ｂ
のエネルギを取り出し、直流電源１１ｂに回生すること
ができる。この構成により、電力回生装置１８ａ，１８
ｂの電圧分相が軽減され、補助ＧＴＯサイリスタ２１ａ
，２１ｂに定格電圧の低いＧＴＯサイリスタを適用でき
、さらには、ＧＴＯサイリスタの代替として、トランジ
スタ、ＩＧＢＴなどの高周波スイッチングが可能な素子
を用いることができる。また補助ＧＴＯサイリスタ２１
ａ，２１ｂは同時にスイッチングを制御しても、個別に
制御しても良い。

【００１７】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、正負
直流母線間に第１のリアクトルを介して直列に接続され
正負各アームを構成する一対の自己消弧型半導体素子と
、それぞれの上記自己消弧型半導体素子に逆並列に接続
された一対のダイオードを有するインバータ装置におい
て、上記自己消弧型半導体素子のそれぞれのアノード、
カソード間に並列に設けられたダイオードとコンデンサ
からなる直列体と、それぞれのハーフブリッジ毎に設け
られ、上記コンデンサに蓄えられるエネルギと上記第１
のリアクトルに蓄えられるエネルギを回収する補助回収
コンデンサと、上記補助回収コンデンサと第２のリアク
トルを介して接続された１つの主回収コンデンサと、こ
の主回収コンデンサからエネルギを取り出し、電源等に
回生する１つの電力回生装置とを備えたので、多相化の
際のインバータ装置を小型化、安価なものにできるとい
う効果を奏する。

【００１８】また、この発明によれば、コンデンサから
エネルギを取り出し、電源等に回生するための電力回生
装置を備えたインバータ装置において、上記コンデンサ
を複数分割し、上記インバータ装置の直流電源を上記コ
ンデンサと同じ分割数で分割し、それらの分割点のうち
電位の最も等しくなる分割点同士を接続し、上記コンデ
ンサの各々からエネルギを取り出し、対応する分割され
た上記直流電源の各々に回生する電力回生装置を備えた
ので、各電力回生装置の電圧分相が軽減され、構成素子
の定格電圧の低いものを使用できるために更に安価なも
のとすることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す回路図である。

【図２】この発明による電力回生装置の具体例を示す回
路図である。

【図３】この発明の他の実施例を示す回路図である。

【図４】この発明の更に他の実施例を示す回路図である
。

【図５】従来のインバータ装置を示す回路図である。

【図６】従来のスナバ回路の一例を示す回路図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ　　　　ゲートターンオフ（ＧＴＯ）サイリ
スタ２ａ，２ｂ　　　　フリーホイールダイオード４ａ
，４ｂ　　　　リアクトル ８ａ，８ｂ　　　　スナバコンデンサ ９ａ，９ｂ　　　　スナバダイオード １１，１１ａ，１１ｂ　　　　直流電源１５　　　　補
助回収コンデンサ １６ａ，１６ｂ　　　　リアクトル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　正負直流母線間に第１のリアクトルを
   介して直列に接続され正負各アームを構成する一対の自
   己消弧型半導体素子と、それぞれの上記自己消弧型半導
   体素子に逆並列に接続された一対のダイオードを有する
   インバータ装置において、上記自己消弧型半導体素子の
   それぞれのアノード、カソード間に並列に設けられたダ
   イオードとコンデンサからなる直列体と、それぞれのハ
   ーフブリッジ毎に設けられ、上記コンデンサに蓄えられ
   るエネルギと上記第１のリアクトルに蓄えられるエネル
   ギを回収する補助回収コンデンサと、上記補助回収コン
   デンサと第２のリアクトルを介して接続された１つの主
   回収コンデンサと、この主回収コンデンサからエネルギ
   を取り出し、電源等に回生する１つの電力回生装置とを
   備えたことを特徴とするインバータ装置。
2. 【請求項２】　　コンデンサからエネルギを取り出し、
   電源等に回生するための電力回生装置を備えたインバー
   タ装置において、上記コンデンサを複数分割し、上記イ
   ンバータ装置の直流電源を上記コンデンサと同じ分割数
   で分割し、それらの分割点のうち電位の最も等しくなる
   分割点同士を接続し、上記コンデンサの各々からエネル
   ギを取り出し、対応する分割された上記直流電源の各々
   に回生する電力回生装置を備えたことを特徴とするイン
   バータ装置。