JPH0687670B2 - 電流形インバータ装置 - Google Patents

電流形インバータ装置

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JPH0687670B2
JPH0687670B2 JP3183125A JP18312591A JPH0687670B2 JP H0687670 B2 JPH0687670 B2 JP H0687670B2 JP 3183125 A JP3183125 A JP 3183125A JP 18312591 A JP18312591 A JP 18312591A JP H0687670 B2 JPH0687670 B2 JP H0687670B2
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貞男 北岸
一郎 浦野
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Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、リアクタンス成分を有
する負荷に定電流制御された交流を供給する電流形イン
バータ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、アルミニウムのアルマイト処理等
の表面改質により被処理物に色彩を生じさせたりする場
合、交流電源の正弦波電流や矩形波電流を被処理物に通
電することが行われる。そして、とくにリアクタンス成
分を有する被処理物に定電流制御の表面改質を施すとき
は、前記正弦波電流や矩形波電流が定電流制御されて被
処理物に給電される。
【0003】ところで、この定電流の交流給電に好適な
電源装置として電流形インバータ装置がある。そして、
従来の電流形インバータ装置は、サイリスタ整流器等の
制御整流器,定電流制御用の直流リアクトル及びインバ
ータを備え、制御整流器のサイリスタ等の導通角をその
整流出力が定電流になるように制御して交流電源を整流
し、前記整流出力を直流リアクトルを介してインバータ
に供給し、このインバータのスイッチングにより定電流
制御された交流を出力する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前記従来の電流形イン
バータ装置はインバータのスイッチングに基づく出力電
流の立上り、立下りの傾斜が回路定数等に基づいて定ま
り変化しない。そのため、前記立上り,立下りの特性
(時間)を変えられず、表面改質の電源装置とした場
合、負荷電流の立上り,立下りの傾斜が変わらず、表面
改質の特性を調節できない問題点がある。
【0005】本発明は、とくにリアクタンス成分を有す
る被処理物の表面改質の特性調節等が自在に行え、しか
も、電源の利用効率が極めて高い電流形インバータ装置
を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明の電流形インバータ装置においては、イン
バータのスイッチングに基づく負荷電流の極性反転毎に
充電極性が反転されて前記インバータの出力電流の一部
により充電される帰還コンデンサと、このコンデンサの
通流電流を整流するダイオード整流器と、この整流器の
出力により充電されて前記帰還コンデンサの充電時間を
設定する回生用コンデンサと、このコンデンサが出力側
に設けられ該コンデンサの充電エネルギを入力側の前記
交流電源に回生する回生用制御整流器とを備え、
【0007】前記充電エネルギの回生量の可変設定によ
り前記負荷電流の極性反転時の傾斜を調整する。
【0008】
【作用】前記のように構成された本発明の電流形インバ
ータ装置の場合、インバータのスイッチングにより負荷
電流の極性が反転する毎に、インバータの出力電流の一
部で帰還コンデンサが極性を反転して充電され、この充
電後に負電流が定常値に収束する。
【0009】このとき、帰還コンデンサの通電電流がダ
イオード整流器により整流されて回生用コンデンサに供
給され、このコンデンサの充電電圧により帰還コンデン
サの容量(時定数)が決まる。
【0010】そして、回生用制御整流器のサイリスタ等
の導通角制御で回生用コンデンサの充電電圧を可変設定
することにより、等価的に帰還コンデンサの容量が変化
して負荷電流が定常値に収束するまでの時間が変わり、
負荷電流の立上り、立下りの傾斜が自在に可変設定され
る。しかも、回生用コンデンサの充電エネルギの余剰分
は回生用制御整流器を介して交流電源に回生され、電源
電力が無駄なく有効に利用される。
【0011】
【実施例】1実施例について、図1及び図2を参照して
説明する。図1に示すように商用の3相交流電源が入力
端子1a,1b,1cから3巻線構成の入力変圧器2の
1次側の入力巻線2aに供給され、この変圧器2の2次
側の出力巻線2bの出力がサイリスタ3a〜3fのブリ
ッジ回路構成の入力用制御整流器3に供給される。
【0012】この制御整流器3はサイリスタ3a〜3f
の導通角の制御により、出力巻線2bの出力を整流して
定電流の整流出力を形成する。さらに、制御整流器3の
整流出力が定電流制御用の直流リアクトル4により平滑
され、図2の(a)の実線に示すほぼ所定値Idに直流
化された電流idが形成されてインバータ5に供給され
る。
【0013】このインバータ5は自弧消弧形制御素子と
してのサイリスタ5a〜5dのブリッジ回路からなりサ
イリスタ5a,5dとサイリスタ5b,5cが逆相でス
イッチングして直流を交流に変換し、この交流を出力変
圧器6を介して負荷7に供給する。なお、負荷7は抵抗
成分Ro及びリアクタンス成分Loを有する。
【0014】また、インバータ5の出力電流を完全な矩
形波電流にしようとすると、同時オン状態等が発生して
サイリスタ5a〜5dが破壊されたりするため、出力電
流の立上り,立下りが台形波特性になるようにインバー
タ5は周期Tでスイッチング制御される。
【0015】さらに、サイリスタ5b,5cがオフから
オンに変化するときを負から正への転流とし、サイリス
タ5a,5dがオフからオンに変化するときを正から負
への転流とすると、負から正への転流によりサイリスタ
5bから出力変圧器6の1次側を介してサイリスタ5c
に電流が流れ、このとき、負荷7に図1の極性の出力電
圧eo,出力電流(負荷電流)ioが供給される。また、正
から負への転流によりサイリスタ5aから出力変圧器6
の1次側を介してサイリスタ5dに電流が流れ、このと
き、負荷7に供給される出力電圧eo,出力電流ioの極性
は反転する。
【0016】そして、出力電流ioは図2の(b)に示す
ように、正,負の定常値+Io,−Ioに台形波特性で交互
に変化する。
【0017】つぎに、転流時の詳細な動作を説明する。
例えば出力電流io=−Ioの時刻tnに負から正への転流が
生じ、サイリスタ5a,5dがオフに反転すると、出力
電流ioは主に負荷7のリアクタンス成分Loのエネルギ
放出により−Ioから減少して時刻t0に0に達する。
【0018】また、電流idは直流リアクトル4により定
電流に保持され、出力変圧器6の1次側にはリアクタン
ス成分Loに比例した起電力が生じる。そして、この起
電力の電流が図1の電流irg として帰還コンデンサ8に
供給される。
【0019】このコンデンサ8はサイリスタ5a,5d
のオン期間に図1の極性に充電保持され、電流irg の供
給により逆充電されて放電する。さらに、サイリスタ5
b,5cがオンに反転すると、id−ioに相当するインバ
ータ5の出力電流の一部が電流irg として帰還コンデン
サ8に供給されるようになり、該コンデンサ8が図示の
逆の極性に充電される。
【0020】また、インバータ5の出力に基づき出力変
圧器6に図示の極性の出力電圧eo,出力電流ioが生じ、
この電流ioが負荷7を流れる。このとき、出力電流ioは
帰還コンデンサ8及び負荷7の時定数に応じた傾きで定
常値+Ioに立上って収束する。
【0021】また、電流irg は図2の(c)に示すよう
に帰還コンデンサ8の充電にしたがって減少し、時刻tp
にコンデンサ8が満充電状態になり、出力電流ioが+Io
に収束すると、以降は流れなくなる。なお、つぎの正か
ら負への転流のときは、出力電流ioが定常値+Ioから0
に減少し、図1と逆極性の電流irg が流れてコンデンサ
8が図示の極性に充電され、出力電流ioが定常値−Ioに
立下る。
【0022】そして、転流時の出力電流ioの立上り、立
下りの傾斜が帰還コンデンサ8の容量(充電時定数)に
依存するため、このコンデンサ8の容量を可変して充電
時間を変えれば、出力電流ioの立上り,立下りの時間が
変わってその傾斜特性が変わる。
【0023】そこで、ダイオード9a〜9dのブリッジ
回路構成のダイオード整流器9,回生用コンデンサ10
を備える。
【0024】また、入力変圧器2の2次側に回生用の3
次巻線2cを設け、この巻線2cにサイリスタ11a〜
11fのブリッジ回路構成の回生用制御整流器11の入
力側を接続し、この制御整流器11の出力側に直流リア
クトル12と回生用コンデンサ10を直列接続する。そ
して、ダイオード整流器9により電流irg を全波整流
し、帰還コンデンサ8の通電電流により回生用コンデン
サ10を常に図1の極性に充電する。
【0025】このとき、制御整流器11のサイリスタ1
1a〜11fの導通角の可変により、回生用コンデンサ
10の充電定格が変わり、等価的にこのコンデンサ10
の容量が変化する。そして、回生用コンデンサ10の充
電電圧に依存して電流irg による帰還コンデンサ8の充
電時間が変化し、等価的に帰還コンデンサ8の容量が変
化して出力電流ioの立上り,立下りの時間が変わり、そ
の傾斜特性が変化する。
【0026】したがって、サイリスタ11a〜11fの
導通角を可変設定することにより、出力電流ioの立上
り,立下りの傾斜特性を自在に調整できる。しかも、回
生用コンデンサ10に供給される充電エネルギの余剰分
は制御整流器11,入力変圧器2を介して3相交流電源
に回生され、電力が無駄なく有効に利用される。
【0027】ところで、帰還コンデンサ8,回生用コン
デンサ10の電圧をec1,ec2 とすると、それぞれ図2の
(d),(e)の実線に示すように変化し、図中の±Ec
rgは電圧ec1 の収束値を示し、Ecmax,Ec,Ecminは電圧ec
2 の最大値,平均値,最小値である。また、出力電圧eo
は図2の(f)に示すように変化し、このとき、出力変
圧器6の1次側の電圧は2次側の出力電圧eoに比例す
る。
【0028】そして、出力変圧器6の1次側と2次側と
の巻線比nを1とした場合、転流開始時刻tnには、次の
数1の式が成立する。
【0029】
【数1】
【0030】なお、T1はt0−tnの期間を示し、R,Lは
抵抗成分Ro,リアクタンス成分Loの値を示す。
【0031】また、転流終了時刻tpには、次の数2の式
が成立する。
【0032】
【数2】
【0033】なお、T2はtp−t0の期間を示す。そして、
転流期間tn〜tpの出力電流ioの変化率(dio/dt)を一定
にして出力電流ioを線形変化するため、T1=T2=T に設
定される。さらに、回生用コンデンサ10の充電電圧ec
2 は、リップルを無視した場合、図2の(e)からも明
らかなようにEcmin ≒Ecmax ≒Ecになる。そのため、つ
ぎの数3,数4の式が成立する。
【0034】
【数3】
【0035】
【数4】
【0036】そして、数3の式は回生用コンデンサ10
の電圧Ecに負荷7のインダクタンス成分Loの電圧が比
例することを示し、数4の式は帰還コンデンサ8の電圧
に負荷7の抵抗成分Roの電圧(電圧降下)が比例する
ことを示す。
【0037】さらに、数3の式からつぎの数5の式が得
られ、この式からも明らかなように、回生用コンデンサ
10の電圧Ecを制御対象電圧とし、この電圧が目標電圧
になるように制御整流器11のサイリスタ11a〜11
fの導通角を制御すれば、出力電流ioの転流期間が目標
電圧に応じた期間になる。
【0038】
【数5】
【0039】なお、帰還コンデンサ8の容量C1 はその
充電電荷量から求まり、つぎの数6の式に示すように期
間Tに比例する。
【0040】
【数6】
【0041】そして、前記目標電圧を可変設定して回生
用コンデンサ10の充電電圧を調整することにより、イ
ンバータ5のスイッチングに基づく出力電流ioの転流期
間を可変してその立上り, 立下りの傾斜特性を自在に調
整することができ、負荷7を被処理物とする表面改質の
電源装置に用いた場合、従来は行えなかった改質特性の
調整が自在に行える。ところで、前記実施例では出力変
圧器6を設けたが、この変圧器6を省いて形成してもよ
い。
【0042】また、インバータ5はサイリスタ5a〜5
dの代わりにGTO,IGBTを用いて形成してもよ
い。さらに、入力の交流電源は単相電源あるいは6相等
の3相以外の多相電源であってもよい。
【0043】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、以下に記載する効果を奏する。インバータ
5のスイッチングに基づく負荷電流の極性反転毎に、イ
ンバータ5の出力電流の一部によって帰還コンデンサ8
が極性を反転して充電されるとともに、このコンデンサ
の通電電流をダイオード整流器9で整流した電流により
回生用コンデンサ10が同一極性に充電される。
【0044】そして、回生用コンデンサ10の充電電圧
の可変により等価的に帰還コンデンサ8の容量が変化
し、このコンデンサ8の電圧が所定値に収束するまでの
時間が変わり、負荷7に供給される出力電流,すなわち
負荷電流の立上り,立下りの傾斜が自在に調整できる。
【0045】さらに、回生用コンデンサ10の充電エネ
ルギは、その充電電圧を設定する回生用制御整流器11
を介して入力側の交流電源に回生され、電源電力が無駄
なく有効に利用される。
【0046】そのため、電源電力を有効に利用して負荷
電流の立上り,立下りの特性を任意に設定することがで
き、負荷を被処理物とする表面改質の電源装置等として
極めて優れた電流形インバータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の電流形インバータ装置の1実施
例の結線図である。
【図2】(a)〜(e)は図1の動作説明用の波形図で
ある。
【符号の説明】
3 入力用制御整流器 4,12 直流リアクトル 5 インバータ 7 負荷 8 帰還コンデンサ 9 ダイオード整流器 10 回生用コンデンサ 11 回生用制御整流器 Lo リアクタンス成分

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流電源を整流する給電用の制御整流器
    の定電流の整流出力を定電流制御用の直流リアクトルを
    介してインバータに供給し、該インバータのスイッチン
    グにより交流を形成してリアクタンス成分を有する負荷
    に供給する電流形インバータ装置において、前記インバ
    ータのスイッチングに基づく負荷電流の極性反転毎に充
    電極性が反転されて前記インバータの出力電流の一部に
    より充電される帰還コンデンサと、前記帰還コンデンサ
    の通流電流を整流するダイオード整流器と、前記ダイオ
    ード整流器の出力により充電されて前記帰還コンデンサ
    の充電時間を設定する回生用コンデンサと、前記回生用
    コンデンサが出力側に設けられ該コンデンサの充電エネ
    ルギを入力側の前記交流電源に回生する回生用制御整流
    器とを備え、前記充電エネルギの回生量の可変設定によ
    り前記負荷電流の極性反転時の傾斜を調整するようにし
    たことを特徴とする電流形インバータ装置。
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