JPH04359679A

JPH04359679A - ３レベルインバータ装置

Info

Publication number: JPH04359679A
Application number: JP3134932A
Authority: JP
Inventors: Hideo Okayama; 秀夫岡山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-06-06
Filing date: 1991-06-06
Publication date: 1992-12-11
Anticipated expiration: 2017-09-17
Also published as: KR950002079B1; TW220018B; DE4218662C2; KR930001587A; JP3325030B2; DE4218662A1; US5383108A

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
を適用して構成される３レベルインバータ装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】図１７は従来の３レベルインバータ装置
（３相）の基本構成を示す構成図である。このような３
レベルインバータ装置は、例えばＩＥＥＥ　　ＴＲＡＮ
ＳＡＣＴＩＯＮ　　ＯＮ　　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　　ＡＰ
ＰＲＩＣＡＴＩＯＮＳ　　ＶＯＬ．ＩＡ−１７，ＮＯ．
５　　１９８１「Ａ　　Ｎｅｗ　　Ｎｅｕｔｒａｌ−Ｐ
ｏｉｎｔ−Ｃｌａｍｐｅｄ　　ＰＷＭ　　Ｉｎｖｅｒｔ
ｅｒ」に示されており、この３レベルインバータ装置は
、例えば自己消弧型半導体素子１ａ及びそれに逆並列接
続されるフリーホイールダイオード２ａからなる一組の
回路に３レベルインバータ装置の直流電源３の正極Ｐと
負極Ｎの間に４組直列に接続されている。従って３レベ
ルインバータ装置の出力端子Ａとその直流電源３の正極
Ｐ間の正アームと、出力端子Ａと直流電源３の負極Ｎの
間の負アームは、各々２組直列に接続される構成になる
。またこの３レベルインバータ装置は直流電源３を分割
する手段としてコンデンサ４ａ，４ｂを用いており、直
流電源３の中間電位となる点Ｂと正アームの中点Ｃ及び
負アームの中点Ｄ間にそれぞれクランプダイオード５ａ
，５ｂが接続されている。近年自己消弧型半導体素子に
は逆並列されるフリーホイールダイオードを含んだ逆導
通型自己消弧型半導体素子が開発されており、省略され
ることもあり得る。

【０００３】図１８に示す一般的な２レベルインバータ
装置（単相を図示）では、各相において直流電源電圧Ｅ
の全電圧と零電圧を出力することができるが、図１９（
単相を図示）に示す３レベルインバータ装置の各相にお
いて、直流電源電圧２Ｅの全電圧と中間電圧と零電圧を
出力することが可能である。その３つの電圧値の出力方
法を説明する。正アームの自己消弧型半導体素子１ａ，
１ｂのみオンさせると、直流電源３の正極Ｐと出力端子
Ａとが電気的に接続されることになり、出力端子Ａから
は直流電源電圧２Ｅの全電圧が出力される。また出力端
子Ａの両側に接続されている自己消弧型半導体素子１ｂ
，１ｃのみオンさせると、直流電源３の中間電位となる
点Ｂと出力端子Ａとが電気的に接続されることになり、
出力端子Ａからは直流電源電圧２Ｅの中間電圧が出力さ
れる。さらに負アームの自己消弧型半導体素子１ｃ，１
ｄｂのみオンさせると、直流電源３の負極Ｎと出力端子
Ａとが電気的に接続されることになり、出力端子Ａから
は零電圧が出力される。

【０００４】図１９に示された３レベルインバータ装置
を構成する自己消弧型半導体素子に、電圧上昇率及び電
流上昇率に制約のあるもの、例えばＧＴＯサイリスタ（
以下ＧＴＯと略す）を適用する場合、図２０に示すスナ
バ回路を接続しなければならない。すなわち、図中６は
ＧＴＯ１に直列に接続されているので直列スナバ回路と
いい、アノードリアクトル７、ダイオード８、抵抗器９
から構成されている。また図中１０はＧＴＯ１に並列に
接続されているので並列スナバ回路といい、スナバコン
デンサ１１、スナバダイオード１２、抵抗器１３から構
成されている。この基本構成は三菱電機技報ＶＯＬ．５
８　　Ｎｏ．１２　　１９８４「車両推進制御装置にお
けるＧＴＯの応用」に記載されている。このスナバ回路
の役割であるが、ＧＴＯ１のターンオン時にはアノード
リアクトル７がエネルギを蓄えながらＧＴＯ１にかかる
電流上昇率を所望の値に抑制し、ＧＴＯ１のターンオフ
時にはスナバコンデンサ１１がエネルギを蓄えながらＧ
ＴＯ１にかかる電圧上昇率を所望の値に抑制することに
なり、ＧＴＯ１のスイッチング時に素子が破壊されるこ
との無い様、保護回路として機能する。このスナバ回路
ではＧＴＯ１のスイッチングの度毎にスナバ回路の構成
要素であるアノードリアクトル７とスナバコンデンサ１
１に蓄えられたエネルギはそれぞれ抵抗器９，１３で消
費されることになる。

【０００５】図２１は自己消弧型半導体素子１ａ，１ｂ
，１ｃ，１ｄの一例としてＧＴＯ１ａ，１ｂ，１ｃ，１
ｄを適用し、各ＧＴＯ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに図２０
に示した並列スナバ回路１０を接続した従来の３レベル
インバータ装置を示す構成図である。なお図２１では図
１７のコンデンサ４ａ，４ｂを等価的２つの直流電源３
ａ，３ｂに置換しており、分割された直流電源３ａ，３
ｂの電圧は各々電圧Ｅとする。原理的には図２１に示す
２つのアノードリアクトル７ａ，７ｂを挿入することに
より各相を構成するＧＴＯ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄにか
かる電流上昇率を抑制することは可能であるが、中間電
位となる点Ｂからの接続経路にアノードリアクトル７ｃ
を挿入して、全てのアノードリアクトル７ａ，７ｂ，７
ｃに蓄えられたエネルギを電圧クランプ回路１４ａ，１
４ｂに一旦吸収させて抵抗器１７ａ，１７ｂで放電，消
費させるようにしている。前述した３つのレベルを出力
するために、３レベルインバータ装置を構成するＧＴＯ
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄをスイッチングさせるのである
が、そのスイッチング動作の度毎にリアクトルやコンデ
ンサに蓄えられたエネルギが抵抗器で消費されることに
なる。

【０００６】図２１について動作を説明する。なお、説
明中に示す経路は図２２にまとめて記載している。まず
構成であるが、正アームはＧＴＯ１ａ，１ｂ、フリーホ
イールダイオード２ａ，２ｂにより、負アームはＧＴＯ
１ａ，１ｂ、フリーホイールダイオード２ｃ，２ｄによ
り構成されている。５ａ，５ｂはクランプダイオードで
あり、１４ａ，１４ｂは電圧クランプ回路であり、各々
は望ましくは静電容量の大きなコンデンサ１５ａ，１５
ｂ、ダイオード１６ａ，１６ｂ、抵抗器１７ａ，１７ｂ
から構成されている。ＧＴＯ１ａについてはスナバコン
デンサ１１ａ，スナバダイオード１２ａ，抵抗器１３ａ
から構成される並列スナバ回路を備えており、他のＧＴ
Ｏ１ｂ，１ｃ，１ｄについても同様である。７ａ，７ｂ
，７ｃは直列スナバ回路の機能を有するアノードリアク
トルである。ここでは３レベルインバータ装置に接続さ
れる図示されない負荷は誘導性負荷であり、負荷電流の
ベクトルは、各ＧＴＯ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄのスイッ
チング動作中には変化しないものと仮定する。

【０００７】まず、ＧＴＯ１ａのターンオフ動作を説明
する。図中正アームのＧＴＯ１ａ，１ｂがオン，負アー
ムのＧＴＯ１ｃ，１ｄがオフしており、経路１により出
力端子Ａから図中矢印の方向に負荷電流が流れており、
スナバコンデンサ１１ａ，１ｂの電圧は各々零、スナバ
コンデンサ１１ｃ，１１ｄの電圧は各々分割された直流
電源３ａ，３ｂの電圧Ｅに充電された状態から、ＧＴＯ
１ａをターンオフさせ負荷電流を遮断し、ある一定の短
絡防止時間後にＧＴＯ１ｃをターンオンする場合を考え
る。ＧＴＯ１ａをターンオフさせると遮断された電流は
経路２にバイパスされスナバコンデンサ１１ａを充電し
、その充電電圧が分割された直流電源３ａの電圧Ｅ以上
になるとクランプダイオード５ａが導通して負荷電流は
経路３により流れる。この過程においてアノードリアク
トル７ａの電流は経路４を流れることになり、アノード
リアクトル７ａに蓄えられたエネルギはコンデンサ１５
ａに吸収される。またスナバコンデンサ１１ｃ，１１ｄ
に蓄えられたエネルギは抵抗器１３ｃ，１３ｄを通って
経路５により負荷側に放電，消費される。ＧＴＯ１ａを
ターンオフして短絡防止時間後にＧＴＯ１ｃをターンオ
ンした際、スナバコンデンサ１１ｃ，１１ｄにエネルギ
が残っているが、経路６によりスナバコンデンサ１１ｃ
のエネルギは全て抵抗器１３ｃで消費され、スナバコン
デンサ１１ｄは分割された直流電源電圧Ｅまで充電され
る。この過程を経て負荷電流は経路３により流れること
になる。更にコンデンサ１５ａに過充電電圧として一旦
蓄えられたエネルギは抵抗器１７ａを通って放電される
。

【０００８】次にＧＴＯ１ｂのターンオフ動作を説明す
る。図中正アームのＧＴＯ１ａがオフ、ＧＴＯ１ｂがオ
ン、負アームのＧＴＯ１ｃがオン、ＧＴＯ１ｄがオフし
ており、経路３により出力端子Ａに図中矢印の方向に負
荷電流が流れており、スナバコンデンサ１１ｂ，１１ｃ
の電圧は各々零，スナバコンデンサ１１ａ，１１ｄの電
圧は各々分割された直流電源３ａ，３ｂの電圧Ｅに充電
された状態から、ＧＴＯ１ｂをターンオフさせ負荷電流
を遮断し、ある一定の短絡防止時間後にＧＴＯ１ｄをタ
ーンオンする場合を考える。ＧＴＯ１ｂをターンオフさ
せると遮断された電流は経路７にバイパスされスナバコ
ンデンサ１１ｂを充電し、その充電電圧が分割された直
流電源３ｂの電圧Ｅ以上になると、フリーホイールダイ
オード２ｃ，２ｄが導通して負荷電流は経路８により流
れる。この過程においてアノードリアクトル７ｃの電流
は経路９を流れることになり、アノードリアクトル７ｃ
に蓄えられたエネルギはコンデンサ１５ｂに吸収される
。またスナバコンデンサ１１ｄに蓄えられたエネルギは
抵抗器１３ｄを通って経路１０により負荷側に放電，消
費される。ＧＴＯ１ｂをターンオフして短絡防止時間後
にＧＴＯ１ｄをターンオンした際、スナバコンデンサ１
１ｄにエネルギが残っている場合、経路１１によりそれ
らのエネルギは全て抵抗器１３ｄで消費される。この過
程を経て負荷電流は経路８により流れることになる。更にコンデンサ１５ｂに過充電電圧として一旦蓄えられ
たエネルギは抵抗器１７ｂを通って放電される。

【０００９】次にＧＴＯ１ｄをターンオフし、ある一定
の短絡防止時間後にＧＴＯ１ｂをターンオンすると、負
荷電流は経路３により供給され始めると共に、スナバコ
ンデンサ１１ｂに蓄えられたエネルギは経路１２により
抵抗器１３ｂで消費されつつ電圧が零になるまで放電さ
れる。またスナバコンデンサ１１ｄは経路１３により分
割された直流電源３ｂの電圧Ｅに充電され、アノードリ
アクトル７ｂ，７ｃに過剰に蓄えられたエネルギは経路
１４によりコンデンサ１５ｂに吸収される。この過程を
経て負荷電流は経路３により流れることになる。更にコ
ンデンサ１５ｂに過充電電圧として一旦蓄えられたエネ
ルギは抵抗器１７ｂを通って放電される。

【００１０】次にＧＴＯ１ｃをターンオフし、ある一定
の短絡防止時間後にＧＴＯ１ａをターンオンすると、負
荷電流は経路１により供給され始めると共に、スナバコ
ンデンサ１１ａ蓄えられたエネルギは経路に１５により
抵抗器１３ａで消費されつつ電圧が零になるまで放電さ
れる。またスナバコンデンサ１１ｃは経路１６により分
割された直流電源３ａの電圧Ｅに充電され、アノードリ
アクトル７ａ，７ｃに過剰に蓄えられたエネルギは経路
１７によりコンデンサ１５ａに吸収される。この過程を
経て負荷電流は経路１により流れることになる。更にコ
ンデンサ１５ａに過充電電圧として一旦蓄えられたエネ
ルギは抵抗器１７ａを通って放電される。

【００１１】次に負荷電流が図中矢印の逆方向に流れて
いる場合の各ＧＴＯ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄのスイッチ
ング動作についてであるが、図中矢印の方向に負荷電流
が流れている場合の各ＧＴＯ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの
スイッチング動作と全く対称な為説明を省略する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従来の３レベルインバ
ータ装置は以上のように構成されているので、構成部品
のうち抵抗器がその点数のかなりの割合を占めており、
またＧＴＯ等の自己消弧型半導体素子のオン，オフ動作
により直列スナバ回路，並列スナバ回路内のエネルギ蓄
積要素であるコンデンサ及びリアクトルに蓄えられたエ
ネルギが抵抗器で消費されており、この結果インバータ
装置の効率低下要因となり、３レベルインバータ装置の
高周波化が困難となり、３レベルインバータ装置内に設
置される冷却装置が大型化し、３レベルインバータ装置
自体も大型化するという問題点があった。

【００１３】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、複数の直列スナバ回路及び並列
スナバ回路の構成要素である抵抗器を共通に接続するこ
とによって抵抗器の数を最小限にし、更に直列スナバ回
路、並列スナバ回路内に蓄えられていたエネルギを抵抗
器で消費することなく直流電源等に回生でき、それらの
回路が持つ自己消弧型半導体素子の保護機能を損ねるこ
となく動作する３レベルインバータ装置を得ることを目
的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明に係る３レベル
インバータ装置は、複数の直列スナバ回路及び並列スナ
バ回路の構成要素である抵抗器を共通に接続し、更に構
成要素に抵抗器を含まない構成とし、従来のスナバ回路
内に蓄えられ、かつ抵抗器で消費されていた過剰なエネ
ルギを回収するために回収コンデンサを備え、３レベル
インバータ装置を構成する自己消弧型半導体素子のスイ
ッチング動作によりその過剰なエネルギを回収コンデン
サに導き、その回収コンデンサに回収された過剰なエネ
ルギを取り出して直流電源等に回生できる電力回生装置
を備えたものである。

【００１５】

【作用】この発明においては、複数の直列スナバ回路及
び並列スナバ回路の構成要素である抵抗器を共通に接続
することにより、抵抗部品点数を最小限にし、３レベル
インバータ装置の構成の簡素化が可能となり、更に構成
要素に抵抗器を用いないで構成されるスナバ回路を適用
することにより、従来のスナバ回路と同様に自己消弧型
半導体素子に加わる急峻な電流、電圧の立上りを所望の
値に抑制し、従来のスナバ回路内に蓄えられ、かつ抵抗
器で消費されていた過剰なエネルギを回収するための回
収コンデンサに導き、その回収コンデンサに回収された
過剰なエネルギを取り出して、直列電源等に回生できる
電力回生装置を備えたので、３レベルインバータ装置を
高効率に駆動することが可能となる。

【００１６】

【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は請求項１に対応するこの発明の３レベルイ
ンバータ装置の実施例を示す構成図（単相を図示）であ
る。図１においては自己消弧型半導体素子１ａ，１ｂ，
１ｃ，１ｄの一例としてＧＴＯ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ
を適用しており、図１においてそれらは短絡防止時間を
設ける必要の無い理想スイッチとして扱うことが可能で
あるものとする。なお、図１において、図１７及び図２
１と対応する部分には同一符号を付して説明する。

【００１７】本実施例では、正アームは第１の自己消弧
型半導体素子としてのＧＴＯ１ａ，第２の自己消弧型半
導体素子としてのＧＴＯ１ｂ、フリーホイールダイオー
ド２ａ，２ｂ、アノードリアクトル７ａにより、第３の
自己消弧型半導体素子としてのＧＴＯ１ｃ、第４の自己
消弧型半導体素子としてのＧＴＯ１ｄ、フリーホイール
ダイオード２ｃ，２ｄ、アノードリアクトル７ｂにより
構成されている。５ａ，５ｂは中間電位となる点ＢとＧ
ＴＯ１ｂのアノード側の間及びＧＴＯ１ｃのカソード側
と中間電位となる点Ｂの間に夫々接続されたクランプダ
イオードである。ＧＴＯ１ａについてはスナバコンデン
サ１１ａ，スナバダイオード１２ａから構成される並列
スナバ回路の機能を有する直列体を備えており、他のＧ
ＴＯ１ｂ，１ｃ，１ｄについても同様である。アノード
リアクトル７ａ，７ｂは直列スナバ回路の機能を有し、
夫々ＧＴＯ１ａの間及びＧＴＯ１ｃの間及びＧＴＯ１ｃ
と１ｄの間に接続されている。また１８ａ，８ｂはスナ
バコンデンサ１１ａ，１１ｃ及びスナバコンデンサ１１
ｂ，１１ｄに共通な放電抵抗器であり、放電抵抗器１８
ａはスナバコンデンサ１１ａ及びスナバダイオード１２
ａの接続点とスナバコンデンサ１１ｃ及びスナバダイオ
ード１２ｃの接続点との間に接続され、放電抵抗器１８
ｂはスナバコンデンサ１１ｂ及びスナバダイオード１２
ｂの接続点とスナバコンデンサ１１ｄ及びスナバダイオ
ード１２ｄの接続点との間に接続される。なお図１では
図１７のコンデンサ４ａ，４ｂを等価的に２つの直流電
源３ａ，３ｂに置換しており、分割された直流電源３ａ
，３ｂの電圧は各々電圧Ｅとする。ここでは３レベルイ
ンバータ装置に接続される図示されない負荷は誘導性負
荷であり、負荷電流のベクトルは、各ＧＴＯ１ａ，１ｂ
，１ｃ，１ｄのスイッチング動作中には変化しないもの
と仮定する。

【００１８】次に、図１について動作を説明いる。なお
説明中に示す経路は図２にまとめて記載している。まず
ＧＴＯ１ａのターンオフ動作を説明する。図中正アーム
のＧＴＯ１ａ，１ｂがオン，負アームのＧＴＯ１ｃ，１
ｄがオフしており、経路１により出力端子Ａから図中矢
印の方向に負荷電流が流れており、スナバコンデンサ１
１ａ，１ｂの電圧は各々零、スナバコンデンサ１１ｃ，
１１ｄの電圧は各々分割された直流電源３ａ，３ｂの電
圧Ｅに充電された状態から、ＧＴＯ１ａをターンオフさ
せ負荷電流を遮断し、その直後にＧＴＯ１ｃをターンオ
ンする場合を考える。ＧＴＯ１ａをターンオフさせると
遮断された電流は経路２にバイパスされてスナバコンデ
ンサ１１ａを充電し、ＧＴＯ１ａにかかる電圧上昇率を
抑制する。その充電電圧が分割された直流電源３ａの電
圧Ｅに達すると、クランプダイオード５ａが導通して負
荷電流は経路３により流れる。この過程においてスナバ
コンデンサ１１ｃに蓄えられたエネルギは経路４により
放電抵抗器１８ａを通って零電圧まで放電される。その
直後はアノードリアクトル７ａにエネルギが過剰に蓄え
られているが、経路５によりそのエネルギは全て放電抵
抗器１８ａで消費される。この過程を経て負荷電流は経
路３により流れることになる。

【００１９】次にＧＴＯ１ｂのターンオフ動作を説明す
る。図中正アームのＧＴＯ１ａがオフ、ＧＴＯ１ｂがオ
ン、負アームのＧＴＯ１ｃがオン、ＧＴＯ１ｄがオフし
ており、経路３により出力端子Ａに図中矢印の方向に負
荷電流が流れており、スナバコンデンサ１１ｂ，１１ｃ
の電圧は各々零，スナバコンデンサ１１ａ，１１ｄの電
圧は各々分割された直流電源３ａ，３ｂの電圧Ｅに充電
された状態から、ＧＴＯ１ｂをターンオフさせ負荷電流
を遮断し、その直後にＧＴＯ１ｄをターンオンする場合
を考える。ＧＴＯ１ｂをターンオフさせると遮断された
電流は経路６にバイパスされてスナバコンデンサ１１ｂ
を充電し、ＧＴＯ１ｂにかかる電圧上昇率を抑制する。その充電電圧が分割された直流電源３ｂの電圧Ｅに達す
ると、フリーホイールダイオード２ｃ，２ｄが導通して
負荷電流は経路７により流れる。この過程においてスナ
バコンデンサ１１ｄに蓄えられたエネルギは経路８によ
り放電抵抗器１８ｂを通って零電圧まで放電される。そ
の直後はアノードリアクトル７ｂにエネルギが過剰に蓄
えられているが、経路９によりそのエネルギは全て抵抗
器１８ｂで消費される。この過程を経て負荷電流は経路
７により流れることになる。

【００２０】次にＧＴＯ１ｂのターンオン動作を説明す
る。図中正アームのＧＴＯ１ａ，１ｂがオフ，負アーム
のＧＴＯ１ｃ，１ｄがオンしており、経路７により出力
端子Ａから図中矢印の方向に負荷電流が流れており、ス
ナバコンデンサ１１ｃ，１ｄの電圧は各々零、スナバコ
ンデンサ１１ａ，１１ｂｄの電圧は各々分割された直流
電源３ａ，３ｂの電圧Ｅに充電された状態から、ＧＴＯ
１ｂをターンオフし、その直後にＧＴＯ１ｂをターンオ
ンすることを考える。ＧＴＯ１ｂをターンオンさせると
、ＧＴＯ１ｂにかかる電流上昇率がアノードリアクトル
７ｂに抑制されつつ、負荷電流は経路３により供給され
始めると共に、スナバコンデンサ１１ｂに蓄えられたエ
ネルギは経路１０により放電抵抗器１８ｂで消費されつ
つ電圧が零になるまで放電される。またスナバコンデン
サ１１ｄは経路１１により分割された直流電源３ｂの電
圧Ｅに充電され、アノードリアクトル７ｂに過剰に蓄え
られたエネルギは経路９により全て放電抵抗器１８ｂで
消費される。この過程を経て負荷電流は経路３により流
れることになる。

【００２１】次にＧＴＯ１ａのターンオン動作を説明す
る。図中正アームのＧＴＯ１ａがオフ、ＧＴＯ１ｂがオ
ン、負アームのＧＴＯ１ｃがオン、ＧＴＯ１ｄがオフし
ており、経路３により出力端子Ａに図中矢印の方向に負
荷電流が流れており、スナバコンデンサ１１ｂ，１１ｃ
の電圧は各々零，スナバコンデンサ１１ａ，１１ｄの電
圧は各々分割された直流電源３ａ，３ｂの電圧Ｅに充電
された状態から、ＧＴＯ１ｃをターンオフし、その直後
にＧＴＯ１ａをターンオンする場合を考える。ＧＴＯ１
ｃをターンオフし、その直後にＧＴＯ１ａをターンオン
すると、ＧＴＯ１ｂにかかる電圧上昇率がアノードリア
クトル７ｂに抑制されつつ、負荷電流は経路１により供
給され始めると共に、スナバコンデンサ１１ａに蓄えら
れたエネルギは経路１２により放電抵抗器１８ａで消費
されつつ電圧が零になるまで放電される。またスナバコ
ンデンサ１１ｃは経路１３により分割された直流電源３
ａの電圧Ｅに充電され、アノードリアクトル７ａに過剰
に蓄えられたエネルギは経路５により全て放電抵抗器１
８ａで消費される。この過程を経て負荷電流は経路１に
より流れることになる。

【００２２】次に負荷電流が図中矢印の逆方向に流れて
いる場合の各ＧＴＯ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄのスイッチ
ング動作についてであるが、図中矢印の方向に負荷電流
が流れている場合の各ＧＴＯ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの
スイッチング動作と全く対称な為説明を省略する。

【００２３】実施例２．図３は請求項２に対応するこの
発明の３レベルインバータ装置の実施例を示す構成図（
単相を図示）である。図３においては自己消弧型半導体
素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの一例としてＧＴＯ１ａ，
１ｂ，１ｃ，１ｄを適用している。

【００２４】まず構成であるが、実施例１における図１
との相違する部分についてのみ記述すると、クランプダ
イオード５ａについては補助ＧＴＯ１ｅとそれに対して
スナバコンデンサ１１ｅ、スナバダイオード１２ｅから
構成される並列スナバ回路の機能を有する直列体を備え
ており、クランプダイオード５ｂについても同様である
。また放電抵抗器１８ａ，１８ｂはそれぞれスナバコン
デンサ１１ａ，１１ｃ，１１ｅ及びスナバコンデンサ１
１ｂ，１１ｄ，１１ｆに共通な放電抵抗器である。ここ
でも図１と同様に３レベルインバータ装置に接続される
図示されない負荷は誘導性負荷であり、負荷電流のベク
トルは、各ＧＴＯ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄのスイッチン
グ動作中には変化しないものと仮定する。

【００２５】次に図２について動作を説明する。なお説
明中に示す経路は図４にまとめて記載している。まずＧ
ＴＯ１ａのターンオフ動作を説明する。図中正アームの
ＧＴＯ１ａ，１ｂがオン，負アームのＧＴＯ１ｃ，１ｄ
および補助ＧＴＯ１ｅ，１ｆがオフしており、経路１に
より出力端子Ａから図中矢印の方向に負荷電流が流れて
おり、スナバコンデンサ１１ａ，１ｂ，１１ｆの電圧は
各々零、スナバコンデンサ１１ｃ，１１ｄ，１１ｅの電
圧は各々分割された直流電源３ａ，３ｂの電圧Ｅに充電
された状態から、ＧＴＯ１ａをターンオフさせて負荷電
流を遮断すると同時に補助ＧＴＯ１ｆをターンオンさせ
、ある一定の短絡防止時間後にＧＴＯ１ｃをターンオン
させると同時に補助ＧＴＯ１ｆをターンオフさせる場合
を考える。ＧＴＯ１ａをターンオフさせると遮断された
負荷電流は経路２にバイパスされてスナバコンデンサ１
１ａを充電し、ＧＴＯ１ａにかかる電圧上昇率を抑制す
る。その時スナバコンデンサ１１ａの充電電流と経路３
および経路４によるスナバコンデンサ１１ｃ及び１１ｅ
の放電電流が負荷電流を分担することにより、スナバコ
ンデンサ１１ｃ，１１ｅに蓄えられていた電荷は負荷側
に放電される。従って厳密にはＧＴＯ１ａにかかる電圧
上昇率はスナバコンデンサ１１ａ，１１ｃ，１１ｅの合
成静電容量により抑制されることになる。ＧＴＯ１ａを
ターンオフして短絡防止時間後にＧＴＯ１ｃをターンオ
ンさせると同時に補助ＧＴＯ１ｆをターンオフさせた際
、スナバコンデンサ１１ｃ，１１ｅにエネルギが残って
いる場合、経路５によりスナバコンデンサ１１ｃのエネ
ルギが、また経路６によりスナバコンデンサ１１ｅのエ
ネルギが全て放電抵抗器１８ａで消費され、電圧零まで
放電される。またスナバコンデンサ１１ａは分割された
直流電源３ａの電圧Ｅまで充電される。その直後はアノ
ードリアクトル７ａにエネルギが過剰に蓄えられている
が、経路７によりそのエネルギは全て放電抵抗器１８ａ
で消費される。なおスナバコンデンサ１１ａの充電電圧
が電圧Ｅになるとクランプダイオード５ａが導通する。この過程を経て負荷電流は経路８により流れることにな
る。この動作期間においてスナバコンデンサ１１ａ，１
１ｃ，１１ｅの電圧上昇率、および電圧下降率は同じ値
となる。

【００２６】次にＧＴＯ１ａのターンオフ動作を説明す
る。図中正アームのＧＴＯ１ａがオフ，ＧＴＯ１ｂがオ
ン，負アームのＧＴＯ１ｃがオン，ＧＴＯ１ｄがオフ、
さらに補助ＧＴＯ１ｅ，１ｆがオフしており、経路８に
より出力端子Ａから図中矢印の方向に負荷電流が流れて
おり、スナバコンデンサ１１ｂ，１１ｃ，１１ｅ，１１
ｆの電圧は各々零、スナバコンデンサ１１ａ，１１ｄの
電圧は各々分割された直流電源３ａ，３ｂの電圧Ｅに充
電された状態から、ＧＴＯ１ａをターンオフさせて負荷
電流を遮断し、ある一定の短絡防止時間後にＧＴＯ１ｄ
をターンオンさせる場合を考える。ＧＴＯ１ｂをターン
オフさせると遮断された負荷電流は経路９にバイパスさ
れてスナバコンデンサ１１ｂを充電し、ＧＴＯ１ｂにか
かる電圧上昇率を抑制する。その時スナバコンデンサ１
１ａの充電電流と経路１０によるスナバコンデンサ１１
ｄの放電電流及び経路１１によるスナバコンデンサ１１
ｆの充電電流が負荷電流を分担することにより、スナバ
コンデンサ１１ｄに蓄えられていた電荷は負荷側に放電
される。従って厳密にはＧＴＯ１ｂにかかる電圧上昇率
はスナバコンデンサ１１ｂ，１１ｄ，１１ｆの合成静電
容量により抑制されることになる。ＧＴＯ１ｂをターン
オフして短絡防止時間後にＧＴＯ１ｄをターンオンさせ
た際、スナバコンデンサ１１ｄにエネルギが残っている
場合、経路１２によりスナバコンデンサ１１ｄのエネル
ギは全て放電抵抗器１８ｂで消費され、電圧零まで放電
される。またスナバコンデンサ１１ｂ，１１ｆは分割さ
れた直流電源３ｂの電圧Ｅまで充電される。その直後は
アノードリアクトル７ｂにエネルギが過剰に蓄えられて
いるが、経路１３によりそのエネルギは全て放電抵抗器
１８ｂで消費される。なおスナバコンデンサ１１ｂの充
電電圧が電圧Ｅになるとフリーホイールダイオード２ｃ
，２ｄが導通する。この過程を経て負荷電流は経路１４
により流れることになる。この動作期間においてスナバ
コンデンサ１１ｂ，１１ｄ，１１ｆの電圧上昇率、およ
び電圧下降率は同じ値となる。

【００２７】次にＧＴＯ１ｂのターンオン動作を説明す
る。図中正アームのＧＴＯ１ａ，１ｂ及び補助ＧＴＯ１
ｅ，１ｆがオフ、負アームのＧＴＯ１ｃ，１ｄがオンし
ており、経路１４により出力端子Ａから図中矢印の方向
に負荷電流が流れており、スナバコンデンサ１１ｃ，１
１ｄ，１１ｅの電圧は各々零、スナバコンデンサ１１ａ
，１１ｂ，１１ｆの電圧は各々分割された直流電源３ａ
，３ｂの電圧Ｅに充電された状態から、ＧＴＯ１ｄをタ
ーンオフさせると同時に補助ＧＴＯ１ｅをターンオンさ
せ、ある一定の短絡防止時間後に補助ＧＴＯ１ｅをター
ンオンさせると同時にＧＴＯ１ｂをターンオンさせる場
合を考える。ここでＧＴＯ１ｄをターンオフさせる同時
に補助ＧＴＯ１ｅをターンオンさせても経路１４により
出力端子Ａから図中矢印の方向に負荷電流が流れている
ために回路状態は変化しない。さて、補助ＧＴＯ１ｅを
ターンオフさせると同時にＧＴＯ１ｂをターンオンさせ
ると、アノードリアクトル７ｂには分割された直流電源
３ｂの電圧Ｅが印加されてＧＴＯ１ｂにかかる電流上昇
率がアノードリアクトル７ｂに抑制されつつ、負荷電流
は経路８により供給され始める。その後ＧＴＯ１ｂに流
れる電流が負荷電流以上になるが、その過剰な電流は経
路１５と経路１６と経路１７に分流することになり、ス
ナバコンデンサ１１ｄは分割された直流電源３ｂの電圧
Ｅので充電され、スナバコンデンサ１１ｆは電圧零まで
分割された直流電源３ｂに放電される。その時経路１８
によりスナバコンデンサ１１ｂのエネルギが全て放電抵
抗器１８ｂで消費され、電圧零まで放電される。その直
後はアノードリアクトル７ｂにエネルギが過剰に蓄えら
れているが、経路１３によりそのエネルギは全て抵抗器
１８ｂで消費される。この過程を経て負荷電流は経路８
により流れることになる。この動作期間においてスナバ
コンデンサ１１ｂ，１１ｄ，１１ｆの電圧上昇率、およ
び電圧下降率は同じ値となる。

【００２８】次にＧＴＯ１ｂのターンオン動作を説明す
る。図中正アームのＧＴＯ１ａ，１ｂ及び補助ＧＴＯ１
ｅ，１ｆがオフ、負アームのＧＴＯ１ｂ，１ｃがオンし
ており、経路８により出力端子Ａから図中矢印の方向に
負荷電流が流れており、スナバコンデンサ１１ａ，１１
ｂ，１１ｅ，１１ｆの電圧は各々零、スナバコンデンサ
１１ａ，１１ｄの電圧は各々分割された直流電源３ａ，
３ｂの電圧Ｅに充電された状態から、ＧＴＯ１ｃをター
ンオフさせ、ある一定の短絡防止時間後にＧＴＯ１ａを
ターンオンさせる場合を考える。ここでＧＴＯ１ｃをタ
ーンオフさせても経路８により出力端子Ａから図中矢印
の方向に負荷電流が流れているために回路状態は変化し
ない。さてＧＴＯ１ａをターンオンさせると、アノード
リアクトル７ａには分割された直流電源３ａの電圧Ｅが
印加されてＧＴＯ１ａにかかる電流上昇率がアノードリ
アクトル７ａに抑制されつつ、負荷電流は経路１により
供給され始める。その後ＧＴＯ１ａに流れる電流が負荷
電流以上になるが、その過剰な電流は経路１９と経路２
０と経路２１に分流することになり、スナバコンデンサ
１１ｃ，１１ｅは分割された直流電源３ａの電圧Ｅので
充電される。その時経路２２によりスナバコンデンサ１
１ｃのエネルギが全て放電抵抗器１８ａで消費され、電
圧零まで放電される。その直後はアノードリアクトル７
ａにエネルギが過剰に蓄えられているが、経路７により
そのエネルギは全て抵抗器１８ａで消費される。この過
程を経て負荷電流は経路１により流れることになる。こ
の動作期間においてスナバコンデンサ１１ａ，１１ｃｄ
，１１ｅの電圧上昇率、および電圧下降率は同じ値とな
る。

【００２９】次に負荷電流が図中矢印の逆方向に流れて
いる場合の各ＧＴＯ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄのスイッチ
ング動作についてであるが、図中矢印の方向に負荷電流
が流れている場合の各ＧＴＯ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの
スイッチング動作と全く対称な為説明を省略する。

【００３０】実施例３．図５は請求項２に対応するこの
発明の３レベルインバータ装置の他の実施例を示す構成
図（単相を図示）である。図５においては自己消弧型半
導体素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの一例としてＧＴＯ１
ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを適用している。

【００３１】まず構成であるが、実施例２における図３
との相違する部分についてのみ記述すると、クランプダ
イオード５ａについてはそれに対してスナバコンデンサ
１１ｅ、スナバダイオード１２ｅから構成される並列ス
ナバ回路の機能を有する直列体のみを備えており、クラ
ンプダイオード５ｂについても同様である。また出力端
子Ａから図中の方向に負荷電流が流れている場合に、図
３の回路動作と相違する図５の回路動作はＧＴＯ１ａの
ターンオフ動作であるため、ここではその動作について
のみ記述する。ここでも図１と同様に３レベルインバー
タ装置に接続される図示されない負荷は誘導性負荷であ
り、負荷電流のベクトルは、各ＧＴＯ１ａ，１ｂ，１ｃ
，１ｄのスイッチング動作中には変化しないものと仮定
する。

【００３２】次に図５について動作を説明する。なお説
明中に示す経路は図６にまとめて記載している。以下Ｇ
ＴＯ１ａのターンオフ動作を説明する。図中正アームの
ＧＴＯ１ａ，１ｂがオン，負アームのＧＴＯ１ｃ，１ｄ
がオフしており、経路１により出力端子Ａから図中矢印
の方向に負荷電流が流れており、スナバコンデンサ１１
ａ，１ｂ，１１ｆの電圧は各々零、スナバコンデンサ１
１ｃ，１１ｄ，１１ｅの電圧は各々分割された直流電源
３ａ，３ｂの電圧Ｅに充電された状態から、ＧＴＯ１ａ
をターンオフさせて負荷電流を遮断し、ある一定の短絡
防止時間後にＧＴＯ１ｃをターンオンさせる場合を考え
る。ＧＴＯ１ａをターンオフさせると遮断された負荷電
流は経路２にバイパスされてスナバコンデンサ１１ａを
充電し、ＧＴＯ１ａにかかる電圧上昇率を抑制する。そ
の時スナバコンデンサ１１ａの充電電流と経路３及び経
路４によるスナバコンデンサ１１ｃ及び１１ｅの放電電
流が負荷電流を分担することにより、スナバコンデンサ
１１ｃ，１１ｅに蓄えられていた電荷は負荷側に放電さ
れる。従ってスナバコンデンサ１１ｃの放電電流により
スナバコンデンサ１１ｆは充電されることになる。ＧＴ
Ｏ１ａをターンオフして短絡防止時間後にＧＴＯ１ｃを
ターンオンさせた際、スナバコンデンサ１１ｃ，１１ｆ
にエネルギが残っているが、経路５によりスナバコンデ
ンサ１１ｃのエネルギが、また経路６によりスナバコン
デンサ１１ｆのエネルギが全て抵抗器１８ａ，１８ｂで
消費され、電圧零まで放電される。またスナバコンデン
サ１１ａは分割された直流電源３ａの電圧Ｅまで充電さ
れる。その直後はアノードリアクトル７ａ，７ｂにエネ
ルギが過剰に蓄えられているが、それぞれ経路７、経路
８によりそのエネルギは全て放電抵抗器１８ａ，１８ｂ
で消費される。なおスナバコンデンサ１１ａの充電電圧
が電圧Ｅになるとクランプダイオード５ａが導通する。この過程を経て負荷電流は経路９により流れることにな
る。なお全てのスナバコンデンサの放電方向を定めるた
めに、その放電経路にダイオードを挿入すると、回路動
作の安定化が期待できる。

【００３３】実施例４．図７は請求項３に対応するこの
発明の３レベルインバータ装置の実施例を示す構成図（
単相を図示）である。図７においては自己消弧型半導体
素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの一例としてＧＴＯ１ａ，
１ｂ，１ｃ，１ｄを適用している。

【００３４】まず構成であるが、実施例２における図３
との相違する部分についてのみ記述すると、１９ａ，１
９ｂはそれぞれスナバコンデンサ１１ａ，１１ｃ，１１
ｅ及びスナバコンデンサ１１ｂ，１１ｄ，１１ｆに共通
な放電経路中に挿入さけた充電極性が定められ、望まし
くは静電容量の大きな回収コンデンサであり、２０ａ，
２０ｂは各々回収コンデンサ１９ａ，１９ｂからエネル
ギを取り出して分割された直流電源３ａ，３ｂに回生し
、回収コンデンサ１９ａ，１９ｂの充電電圧を一定電圧
値ｅに制御する機能を有する電力回生装置である。その
電圧値ｅは分割された直流電源３ａ，３ｂの電圧値Ｅの
数分の１の値である。ここでも図１と同様に３レベルイ
ンバータ装置に接続される図示されない負荷は誘導性負
荷であり、負荷電流のベクトルは、各ＧＴＯ１ａ，１ｂ
，１ｃ，１ｄのスイッチング動作中には変化せず、回収
コンデンサ１９ａ，１９ｂは電力回生装置２０ａ，２０
ｂにより常に定電圧ｅに保たれるものと仮定する。また
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは全てのスナバコンデ
ンサの放電方向を定めるためのダイオードである。

【００３５】次に図７について動作を説明いる。なお説
明中に示す経路は図８にまとめて記載している。まずＧ
ＴＯ１ａのターンオフ動作を説明する。図中正アームの
ＧＴＯ１ａ，１ｂがオン，負アームのＧＴＯ１ｃ，１ｄ
及び補助ＧＴＯ１ｅ，１ｆがオフしており、経路１によ
り出力端子Ａから図中矢印の方向に負荷電流が流れてお
り、スナバコンデンサ１１ａ，１ｂ，１１ｆの電圧は各
々零、スナバコンデンサ１１ｃ，１１ｄ，１１ｅの電圧
は各々分割された直流電源３ａ，３ｂの電圧Ｅと回収コ
ンデンサ１９ａ，１９ｂの電圧ｅとの和の電圧値に充電
された状態から、ＧＴＯ１ａをターンオフさせて負荷電
流を遮断すると同時に補助ＧＴＯ１ｆをターンオンさせ
、ある一定の短絡防止時間後にＧＴＯ１ｃをターンオン
させると同時に補助ＧＴＯ１ｆをターンオフさせる場合
を考える。ＧＴＯ１ａをターンオフさせると遮断された
負荷電流は経路２にバイパスされてスナバコンデンサ１
１ａを充電し、ＧＴＯ１ａにかかる電圧上昇率を抑制す
る。その時スナバコンデンサ１１ａの充電電流と回収コ
ンデンサ１９ａを含む経路３及び経路４によるスナバコ
ンデンサ１１ｃ及び１１ｅの放電電流が負荷電流を分担
することにより、スナバコンデンサ１１ｃ，１１ｅに蓄
えられていた電荷は回収コンデンサ１９ａに回収されつ
つ負荷側に放電される。従って厳密にはＧＴＯ１ａにか
かる電圧上昇率はスナバコンデンサ１１ａ，１１ｃ，１
１ｅの合成静電容量により抑制されることになる。ＧＴ
Ｏ１ａをターンオフして短絡防止時間後にＧＴＯ１ｃを
ターンオンさせると同時に補助ＧＴＯ１ｆをターンオフ
させた際、スナバコンデンサ１１ｃ，１１ｄにエネルギ
が残っている場合、経路５によりスナバコンデンサ１１
ｃのエネルギが、また経路６によりスナバコンデンサ１
１ｅのエネルギが全て回収コンデンサ１９ａに回収され
、電圧零まで放電される。またスナバコンデンサ１１ａ
は分割された直流電源３ｂの電圧Ｅと回収コンデンサ１
９ａの電圧ｅとの和の電圧値まで充電される。その直後
はアノードリアクトル７ａにエネルギが過剰に蓄えられ
ているが、経路７によりそのエネルギは全て回収コンデ
ンサ１９ａに回収される。なおスナバコンデンサ１１ａ
の充電電圧が電圧Ｅになるとクランプダイオード５ａが
導通する。この過程を経て負荷電流は経路８により流れ
ることになる。この動作期間においてスナバコンデンサ
１１ａ，１１ｃ，１１ｅの電圧上昇率、および電圧下降
率は同じ値となる。

【００３６】次にＧＴＯ１ｂのターンオフ動作を説明す
る。図中正アームのＧＴＯ１ａがオフ，ＧＴＯ１ｂがオ
ン，負アームのＧＴＯ１ｃがオン，ＧＴＯ１ｄがオフ、
さらに補助ＧＴＯ１ｅ，１ｆがオフしており、経路８に
より出力端子Ａから図中矢印の方向に負荷電流が流れて
おり、スナバコンデンサ１１ｂ，１１ｃ，１１ｅ，１１
ｆの電圧は各々零、スナバコンデンサ１１ａ，１１ｄの
電圧は各々分割された直流電源３ａ，３ｂの電圧Ｅと回
収コンデンサ１９ａ，１９ｂの電圧ｅとの和の電圧値に
充電された状態から、ＧＴＯ１ｂをターンオフさせて負
荷電流を遮断し、ある一定の短絡防止時間後にＧＴＯ１
ｄをターンオンさせる場合を考える。ＧＴＯ１ｂをター
ンオフさせると遮断された負荷電流は経路９にバイパス
されてスナバコンデンサ１１ｂを充電し、ＧＴＯ１ｂに
かかる電圧上昇率を抑制する。その時スナバコンデンサ
１１ａの充電電流と回収コンデンサ１９ｂを含む経路１
０によるスナバコンデンサ１１ｄの放電電流及び経路１
１によるスナバコンデンサ１１ｆの充電電流が負荷電流
を分担することになり、スナバコンデンサ１１ｄに蓄え
られていた電荷は回収コンデンサ１９ｂに回収されつつ
負荷側に放電される。従って厳密にはＧＴＯ１ｂにかか
る電圧上昇率はスナバコンデンサ１１ｂ，１１ｄ，１１
ｆの合成静電容量により抑制されることになる。ＧＴＯ
１ｂをターンオフして短絡防止時間後にＧＴＯ１ｄをタ
ーンオンさせた際、スナバコンデンサ１１ｄにエネルギ
が残っている場合、経路１２によりスナバコンデンサ１
１ｄのエネルギは全て回収コンデンサ１９ｂに回収され
、電圧零まで放電される。またスナバコンデンサ１１ｂ
，１１ｆは分割された直流電源３ａ，３ｂの電圧Ｅと回
収コンデンサ１９ａ，１９ｂの電圧ｅとの和の電圧値ま
で充電される。その直後はアノードリアクトル７ｂにエ
ネルギが過剰に蓄えられているが、経路１３によりその
エネルギは全て回収コンデンサ１９ｂに回収される。なおスナバコンデンサ１１ｂの充電電圧が電圧Ｅになる
とフリーホイールダイオード２ｃ，２ｄが導通する。こ
の過程を経て負荷電流は経路１４により流れることにな
る。この動作期間においてスナバコンデンサ１１ｂ，１
１ｄ，１１ｆの電圧上昇率、および電圧下降率は同じ値
となる。

【００３７】次にＧＴＯ１ｂのターンオン動作を説明す
る。図中正アームのＧＴＯ１ａ，１ｂ及び補助ＧＴＯ１
ｅ，１ｆがオフ、負アームのＧＴＯ１ｃ，１ｄがオンし
ており、経路１４により出力端子Ａから図中矢印の方向
に負荷電流が流れており、スナバコンデンサ１１ａ，１
１ｂ，１１ｅの電圧は各々零、スナバコンデンサ１１ｃ
，１１ｄ，１１ｆの電圧は各々分割された直流電源３ａ
，３ｂの電圧Ｅと回収コンデンサ１９ａ，１９ｂの電圧
ｅとの和の電圧値に充電された状態から、ＧＴＯ１ｄを
ターンオフさせると同時に補助ＧＴＯ１ｅをターンオン
させ、ある一定の短絡防止時間後に補助ＧＴＯ１ｅをタ
ーンオンさせると同時にＧＴＯ１ｂをターンオンさせる
場合を考える。ここでＧＴＯ１ｄをターンオフさせると
同時に補助ＧＴＯ１ｅをターンオンさせても経路１４に
より出力端子Ａから図中矢印の方向に負荷電流が流れて
いるために回路状態は変化しない。さて補助ＧＴＯ１ｅ
をターンオフさせると同時にＧＴＯ１ｂをターンオンさ
せると、アノードリアクトル７ｂには分割された直流電
源３ｂの電圧Ｅが印加されてＧＴＯ１ｂにかかる電流上
昇率がアノードリアクトル７ｂに抑制されつつ、負荷電
流は経路８により供給され始める。その後ＧＴＯ１ｂに
流れる電流が負荷電流以上になるが、その過剰な電流は
経路１５と経路１６と経路１７に分流することになり、
スナバコンデンサ１１ｄは分割された直流電源３ｂの電
圧Ｅと回収コンデンサ１９ｂの電圧ｅとの和の電圧値ま
で充電され、スナバコンデンサ１１ｆは蓄えていたエネ
ルギを回収コンデンサ１９ｂに回収しつつ電圧零まで分
割された直流電源３ｂに放電される。その時経路１８に
よりスナバコンデンサ１１ｂのエネルギが全て回収コン
デンサ１９ｂに回収され、電圧零まで放電される。その直後はアノードリアクトル７ｂにエネルギが過剰に
蓄えられているが、経路７によりそのエネルギは全て回
収コンデンサ１９ｂに回収される。この過程を経て負荷
電流は経路８により流れることになる。この動作期間に
おいてスナバコンデンサ１１ｂ，１１ｄ，１１ｆの電圧
上昇率、および電圧下降率は同じ値となる。

【００３８】次にＧＴＯ１ｂのターンオン動作を説明す
る。図中正アームのＧＴＯ１ａ，負アームのＧＴＯ１ｄ
及び補助ＧＴＯ１ｅ，１ｆがオフ、正アームのＧＴＯ１
ｂ，負アームのＧＴＯ１ｃがオンしており、経路８によ
り出力端子Ａから図中矢印の方向に負荷電流が流れてお
り、スナバコンデンサ１１ａ，１１ｂ，１１ｅ，１１ｆ
の電圧は各々零、スナバコンデンサ１１ａ，１１ｄの電
圧は各々分割された直流電源３ａ，３ｂの電圧Ｅと回収
コンデンサ１９ａ，１９ｂの電圧ｅとの和の電圧値に充
電された状態から、ＧＴＯ１ｃをターンオフさせ、ある
一定の短絡防止時間後にＧＴＯ１ａをターンオンさせる
場合を考える。ここでＧＴＯ１ｃをターンオフさせても
経路８により出力端子Ａから図中矢印の方向に負荷電流
が流れているために回路状態は変化しない。さてＧＴＯ
１ａをターンオンさせると、アノードリアクトル７ａに
は分割された直流電源３ａの電圧Ｅが印加されてＧＴＯ
１ａにかかる電流上昇率がアノードリアクトル７ａに抑
制されつつ、負荷電流は経路１により供給され始める。その後ＧＴＯ１ａに流れる電流が負荷電流以上になるが
、その過剰な電流は経路１９と経路２０と経路２１に分
流することになり、スナバコンデンサ１１ｃ，１１ｅは
分割された直流電源３ａの電圧Ｅと回収コンデンサ１９
ａの電圧ｅとの和の電圧値まで充電される。その時経路
２２によりスナバコンデンサ１１ａのエネルギが全て回
収コンデンサ１９ａに回収され、電圧零まで放電される
。その直後はアノードリアクトル７ａにエネルギが過剰
に蓄えられているが、経路７によりそのエネルギは全て
回収コンデンサ１９ａに回収される。この過程を経て負
荷電流は経路１により流れることになる。この動作期間
においてスナバコンデンサ１１ａ，１１ｃｄ，１１ｅの
電圧上昇率、および電圧下降率は同じ値となる。

【００３９】なおＧＴＯ１ａのターンオフ動作において
、ＧＴＯ１ｃのターンオン時にかかる電流上昇率が高く
なる場合には、補助リアクトル７ｃ，７ｄを挿入して図
９或は図１０の構成をとることにより対処することが可
能である。すなわち、図９においては、ＧＴＯ１ｂと１
ｃの間に補助リアクトル７ｃと７ｄを直列接続し、その
接地点より出力端子Ａを取り出す。また、図１０におい
ては、リアクトル７ａとＧＴＯ１ｂの間に補助リアクト
ル７ｃを接続し、リアクトル７ｂとＧＴＯ１ｃの間に補
助リアクトル７ｄを接続する。当然ながら配線インダク
タンスを利用することも可能である。しかしながらＧＴ
Ｏ１ｃのターンオン時には、通常それに印加されている
電圧はスナバコンデンサ１１ｃの放電により直流電源３
ａの電圧Ｅに比較してかなり低く、また突入する電流自
体の値も低いため、ＧＴＯの持つ安全動作領域にあると
考えられる。

【００４０】次に負荷電流が図中矢印の逆方向に流れて
いる場合の各ＧＴＯ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄのスイッチ
ング動作についてであるが、図中矢印の方向に負荷電流
が流れている場合の各ＧＴＯ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの
スイッチング動作と全く対称な為説明を省略する。

【００４１】ここで電力回生回路２０ａ，２０ｂについ
て説明する。電力回生装置２０ａ，２０ｂ自体はこの発
明の主なるものではないが、適用可能である具体的な回
路を図７に接続することによって本発明回路が実現可能
であることを示す。図１１にその回路構成を示す。この
ように公知なバック型コンバータと呼ばれるもの等を適
用することにより、充電極性が定められる回収コンデン
サ１９ａ，１９ｂからエネルギを取り出して分割された
直流電源３ａ，３ｂなどに回生し、回収コンデンサ１９
ａ，１９ｂの充電電圧を一定値に制御するという電力回
生回路２０ａ，２０ｂの機能を満たすことが可能である
。この回路動作を正アームについて説明する。まず自己
消弧型半導体素子２２ａをオンさせて、回収コンデンサ
１９ａに蓄えられているエネルギを放電させる。このと
きダイオード２３ａは逆電圧が印加されることになるた
めにトランス２４ａの２次側には電流は流れず、その放
電されるエネルギはトランス２４ａ内に蓄えられる。次に放電電流を遮断するため自己消弧型半導体素子２２
ａをオフすると、トランス２４ａに蓄えられたエネルギ
によりトランス２４ａの２次側に電流が流れ、分割され
た直流電圧３ａに回生されることになる。この自己消弧
型半導体素子２２ａのオン、オフ期間或はその周期を回
収コンデンサ１９ａの電圧により制御することで、回収
コンデンサ１９ａの充電電圧を一定値に保つことができ
る。なお負アームについても同様であるため省略する。なお、図１１に示した回路以外にも、公知な直流−直流
電力変換回路を適用することにより同様の効果が得られ
ることは明らかである。また回収コンデンサ及び電力回
生装置を、自己消弧型半導体素子型１次側に接続され、
かつ２次側にダイオードブリッジ回路網が接続された変
成器に置換しても同様な効果が得られる。

【００４２】実施例４．図１２は請求項３に対応するこ
の発明の３レベルインバータ装置の他の実施例を示す構
成図（単相を図示）である。図１２においては自己消弧
型半導体素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの一例としてＧＴ
Ｏ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを適用している。本実施例は
、図１の３レベルインバータ装置に請求項３に関連した
実施例を適用したものである。すなわち、図１における
放電抵抗器１８ａ，１８ｂにおいて消費されていたエネ
ルギを、図１２において全て回収コンデンサ１９ａ，１
９ｂに回収可能としたものである。回路の基本的な動作
は実施例１において詳細に記述しているためここでは省
略する。

【００４３】実施例５．図１３は請求項３に対応するこ
の発明の３レベルインバータ装置の他の実施例を示す構
成図（単相を図示）である。図１３においては自己消弧
型半導体素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの一例としてＧＴ
Ｏ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを適用している。本実施例は
図５の３レベルインバータ装置に請求項３に関連した実
施例を適用したものである。すなわち、図５における放
電抵抗器１８ａ，１８ｂにおいて消費されていたエネル
ギを、図１３において全て回収コンデンサ１９ａ，１９
ｂに回収可能としたものである。回路の基本的な動作は
実施例２において詳細に記述しているためここでは省略
する。

【００４４】実施例６．図１４は請求項３に対応するこ
の発明の３レベルインバータ装置の他の実施例を示す構
成図である。図１４においては自己消弧型半導体素子１
ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの一例としてＧＴＯ１ａ，１ｂ，
１ｃ，１ｄを適用している。本実施例は、図７の３レベ
ルインバータ装置が多相インバータ構成となる場合に、
電力回生装置２０ａ，２０ｂを複数の相について共通に
接続したものである。回路の基本的な動作は実施例３に
おいては詳細に記述したものと全く同じであるためここ
では省略する。

【００４５】実施例７．図１５、図１６は請求項４に対
応するこの発明のマルチレベルインバータ装置の実施例
を示す構成図（単相を図示）である。図１５においては
自己消弧型半導体素子の一例として全てＧＴＯを適用し
ている。図１５及び図１６は夫々マルチレベルインバー
タ装置の一例として４レベルインバータ装置及び５レベ
ルインバータ装置について示しており、回路の基本的な
構成方法は実施例３の図７の構成方法を拡張したもので
ある。また回路の基本的な動作の考え方は実施例３の図
７について詳細に記述したものからなんら飛躍し、或は
逸脱するものではないためここでは省略する。

【００４６】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、直列
スナバ回路及び並列スナバ回路の構成要素である抵抗器
を共通に接続するようにしたので、抵抗器の数を最小限
にし、装置が安価かつ小型化できる効果がある。更に直
列スナバ回路、並列スナバ回路内に蓄えられていたエネ
ルギを抵抗器で消費することなくそのエネルギを回収コ
ンデンサを介して電力回生装置により直列電源等に回生
できるようにしたので、装置の高効率化、高周波化が可
能となる効果がある。更にこの３レベルインバータ装置
を誘導電動機を駆動した場合、ランニングコストが減少
し、システム全体の省エネルギ効果があり、また現存す
る自己消弧型半導体素子の最大定格電圧を超える直流電
源を持つインバータ装置が容易に得られる効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による３レベルインバータ装置の一実
施例を示す構成図である。

【図２】図１の動作説明に供するための表図である。

【図３】この発明による３レベルインバータ装置の他の
実施例を示す構成図である。

【図４】図３の動作説明に供するための表図である。

【図５】この発明による３レベルインバータ装置の他の
実施例を示す構成図である。

【図６】図５の動作説明に供するための表図である。

【図７】この発明による３レベルインバータ装置の他の
実施例を示す構成図である。

【図８】図７の動作説明に供するための表図である。

【図９】この発明による３レベルインバータ装置の他の
実施例を示す構成図である。

【図１０】この発明による３レベルインバータ装置の他
の実施例を示す構成図である。

【図１１】この発明で用いられる電力回生回路の具体的
な回路を含めた一実施例による３レベルインバータ装置
を示す構成図である。

【図１２】この発明による３レベルインバータ装置の他
の実施例を示す構成図である。

【図１３】この発明による３レベルインバータ装置の他
の実施例を示す構成図である。

【図１４】この発明による３レベルインバータ装置の他
の実施例を示す構成図である。

【図１５】この発明によるマルチレベルインバータ装置
の一実施例を示す構成図である。

【図１６】この発明によるマルチレベルインバータ装置
の他の実施例を示す構成図である。

【図１７】従来の３レベルインバータ装置（３相）を示
す構成図である。

【図１８】従来の２レベルインバータ装置を示す構成図
である。

【図１９】従来の３レベルインバータ装置を示す構成図
である。

【図２０】従来のスナバ回路を示す構成図である。

【図２１】従来の３レベルインバータ装置に従来のスナ
バ回路を適用した構成図である。

【図２２】図２１の動作説明に供するための表図である
。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ　　　　ＧＴＯサイリスタ３ａ
，３ｂ　　　　直流電源５ａ，５ｂ　　　　クランプダイオード７ａ，７ｂ　　
　　アノードリアクトル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１
ｄ　　　　スナバコンデンサ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，
１２ｄ　　　　スナバダイオード１８ａ，１８ｂ　　　
　放電抵抗器１９ａ，１９ｂ　　　　回収コンデンサ２０ａ，２０ｂ
　　　　電力回生装置Ａ　　　　出力端子Ｂ　　　　中間電位となる点

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　中間電位となる点を有する直流電源の
正負母線間に、直列接続された自己消弧型半導体素子を
正アーム及び負アームとして接続し、上記正アームを構
成する第１と第２の自己消弧型半導体素子の直列接続点
と上記中間電位となる点を第１のダイオードを介して接
続し、上記負アームを構成する第３と第４の自己消弧型
半導体素子の直列接続点と上記中間電位となる点を第２
のダイオードを介して接続し、上記正アームと上記負ア
ームとの接続点を出力端子とする３レベルインバータ装
置において、上記第１と第２の自己消弧型半導体素子間
及び上記第３と第４の自己消弧型半導体素子間を夫々第
１，第２のリアクトルを介して直列に接続し、各々の自
己消弧型半導体素子に並列に、ダイオードとコンデンサ
を直列に接続してなる直列体を接続し、上記第１及び第
３の自己消弧型半導体素子に夫々並列に接続される上記
直列体を構成するダイオードとコンデンサの接続点と共
通な第１の放電抵抗器を介して接続し、上記第２及び第
４の自己消弧型半導体素子に夫々並列に接続される上記
直列体を構成するダイオードとコンデンサの接続点と共
通な第２の放電抵抗器を介して接続したことを特徴とす
る３レベルインバータ装置。
【請求項２】　　請求項１に記載の３レベルインバータ
装置において、正アームを構成する第１と第２の自己消
弧型半導体素子の直列接続点と中間電位となる点とを出
力端子に対して順方向に接続する第１のダイオードに並
列に、ダイオードとコンデンサを直列に接続した直列体
のみ、もしくは該直列体並びに自己消弧型半導体素子を
接続し、第１及び第３の自己消弧型半導体素子の各々に
並列に接続された直列体を接続する第１の放電抵抗器を
、上記第１のダイオードに並列接続される直列体を構成
するコンデンサの放電抵抗器となるよう接続し、負アー
ムを構成する第３と第４の自己消弧型半導体素子の直列
接続点と上記中間電位となる点とを出力端子に対して逆
方向に接続する第２のダイオードに並列に、ダイオード
とコンデンサを直列に接続した直列体のみ、もしくは該
直列体並びに自己消弧型半導体素子を接続し、第２及び
第４の自己消弧型半導体素子の各々に並列に接続された
直列体を接続する第２の放電抵抗器を、上記第２のダイ
オードに並列接続される直列体を構成するコンデンサの
放電抵抗器となるよう接続したことを特徴とする３レベ
ルインバータ装置。
【請求項３】　　請求項１又は請求項２に記載の３レベ
ルインバータ装置において、第１及び第２の放電抵抗器
の各々を充電極性が定められるコンデンサに置換し、該
コンデンサからエネルギを取り出して直流電源などに回
生し、上記コンデンサの充電電圧を一定値に制御する機
能を有する電力回生装置を備え、多相インバータ構成と
なる場合に、上記電力回生装置を複数の相について共通
に接続したことを特徴とする３レベルインバータ装置。
【請求項４】　　請求項３のいずれかに記載の３レベル
インバータ装置において、その構成方法を拡張し、マル
チレベルの電圧値が出力端子に出力できるようにしたこ
とを特徴とするマルチレベルインバータ装置。