JPH0757097B2 - 多重化電流形インバ−タ装置 - Google Patents

多重化電流形インバ−タ装置

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JPH0757097B2
JPH0757097B2 JP60097807A JP9780785A JPH0757097B2 JP H0757097 B2 JPH0757097 B2 JP H0757097B2 JP 60097807 A JP60097807 A JP 60097807A JP 9780785 A JP9780785 A JP 9780785A JP H0757097 B2 JPH0757097 B2 JP H0757097B2
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光幸 本部
一男 本田
明照 植田
勝徳 鈴木
和彦 佐々木
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/42Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode

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  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はパルス幅変調制御されることによつて正弦波状
の交流電流を出力する多重化電流形インバータ装置に関
する。
〔発明の背景〕
交流電動機を駆動するインバータとして電流形インバー
タは多く用いられている。電流形インバータには矩形波
電流を出力するものと正弦波電流を出力するものとがあ
る。正弦波電流を出力する電流形インバータは高調波を
低減できるため交流電動機の駆動に好適であるという理
由が注目されている。
本出願人は先に特願昭56−186816号(特開昭58−89073
号)として正弦波電流を出力する電流形インバータを提
案している。
この電流形インバータは自己消弧素子をグレーツ結線
し、その直流入力側に直流電流平滑のための直流リアク
トルを接続し、かつ交流出力側に自己消弧素子のスイツ
チング時に発生する過電圧を吸収するための平滑コンデ
ンサを接続した構成になつている。ところで、このよう
な電流形インバータを実用化するには大容量化すること
が必要となる。インバータを大容量化するにはインバー
タを構成する自己消弧素子の容量を大きくすることによ
つて実現できる。自己消弧素子の大容量化は素子を直並
列接続するなどして行える。しかし、各素子がしや断し
なければならない電流値はインバータ容量の増加ととも
に大きくなる。このため、過電圧吸収用に設けた平滑コ
ンデンサの容量は電流側に比例して大きくなる。また、
インバータの出力電流に含まれる高調波を低減し、正弦
波に近い波形を得るためには自己消弧素子のスイツチン
グ周波数を高くしなければならない。スイツチング周波
数を高くすると素子のスイツチング損失が大きくなる。
素子の大容量化に伴いスイツチング損失も大きくなるの
で、スイツチング周波数を高くするにも限界がある。そ
のため、正弦波出力電流に多くの高調波を含むようにな
る。
一方、インバータ装置を大容量化するにはインバータを
複数台並列接続して多重化することによつても達つせら
れる。例えば、特公昭59−20270号公報に記載されてい
るように、2台以上のサイリスタ式電流形インバータの
出力端を並列接続し、各々のインバータの点弧位相をず
らして与える方法である。この方法の場合、各電流形イ
ンバータの電流は120度幅の方形波電流であるため、ス
イツチング素子のスイツチング周波数は多重化の台数に
よらず一定となる。しかし、出力電流は方形波電流が重
畳され階段状となる。このため、出力電流にはやはり多
くの高調波を含むことになる。高調波成分をさらに低減
するためにはさらに多くのインバータを並列接続しなけ
ればならなくなる。また、出力電流が階段状である以上
高調波を十分に低減できない。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、多重化電流形インバータ装置の高調波
の低減と装置の小型化にある。
〔発明の概要〕
本発明は、自己消弧素子をグレーツ結線して構成される
インバータを少なくとも2台備え、前記各インバータの
交流出力側は接続される負荷に対して並列接続され、前
記各インバータの直流入力側の同一極性同志間は各交流
リアクトルで接続され、該各交流リアクトルの中間点よ
り直流リアクトルを介して直流電力が供給されてなる主
回路部と、少なくとも前記インバータの出力周波数を指
令する出力周波数指令にしたがって一周期毎に予め定め
たパルス幅変調パターン信号を発生するPWMパターン発
生回路、前記パルス幅変調パターン信号を入力として前
記各インバータの同一相アームの自己消弧素子をオンオ
フ制御するパルスパターン制御信号に位相差を付加する
位相差付加回路、該位相差付加回路で各インバータ間で
位相差が付加された制御信号に基づいて前記各インバー
タの自己消弧素子を駆動させるゲート回路とからなる制
御回路部とを具備したことを特徴とする。
〔発明の実施例〕
第1図に本発明の一実施例を示す。第1図は二重化した
例を示している。
第1図において、インバータINV1とインバータINV2は交
流リアクトル3,4を介して並列接続されている。交流リ
アクトル3の中間タツプは直流リアクトル2を介して直
流電源1の正側に接続され、また、交流リアクトル4の
中間タツプに直流電源1の負側に接続している。並列接
続されたINV1,2の交流出力端には負荷5と平滑コンデン
サ6〜8が接続されている。コンデンサ6〜8はインバ
ータINV1,INV2のスイツチング時に負荷5のリアクタン
ス成分等に貯えられたエネルギーにより発生するサージ
電圧を吸収する。インバータINV1,2は各々グレーツ結線
されたゲートターンオフサイリスタ(以下GTOと略す)
9〜14及び15〜20で構成されている。GTO9〜20はゲート
制御回路21よりゲート信号UP1,VP1,WP1,UN1,VN1,WN1,U
P2,VP2,WP2,UN2,VN2,WN2を供給される。
第2図にゲート制御回路21の一例構成を示す。第2図に
おいて、PWMパターン発生回路211は周波数指令fで応
じた周波数でPWMパターン信号Pを発生し位相差付加回
路213に加える。位相差付加回路213にはパターン信号P
をノツト回路211より反転した反転PWMパターン信号も
加えられる。PWMパターン信号Pは高調波成分が最小と
なるように予め設定される。パターンP,に位相差付加
回路213はパターン信号P,基にづき位相差を有するパ
ターン信号P1,P2,1,を出力する。パターン信号P1
はP2よりπ/6進み、またパターン信号よりπ
/6遅れたものとする。この4個のパターン信号P1,P1,
2,の組合せで1アーム分のゲート信号を構成する位
相差付加回路213はパターン信号を12アーム分の48個だ
け発生しゲート信号パターン合成回路214に加える。ゲ
ート信号パターン合成回路214はインバータINV1用のゲ
ート信号UP1,VP1,WP1,UN1,VN1,WN1とインバータINV2用
のゲート信号UP2,VP2,WP2,UN2,VN2,WN2を作成し、それ
ぞれゲート回路215,216を経て各インバータINV1,INV2に
加える。
第4図にPWMパターン信号P1,P2,1,とゲート信号
の関係を示す。第4図はインバータ周波数の2周忌A,B
を24等分し、期間1〜24として示している。例えば、UP
アームについてみると、期間AにおいてインバータINV1
にはP1を加え、INV2にはP2とびを加える。期
間Bにおいては逆にINV1にP2とびを加え、INV2には
P1を加える。他のアームVP,WP,UN,VN,WNについて
も、位相は異なるが全く同様の関係になる。
第3図に第4図の関係でゲート信号を発生するためのPW
Mパターン発生回路211、位相差付加回路213およびパタ
ーン合成回路214の具体例を示す。PWMパターン発生回路
211は周波数指令fに応じた周波数で発振する発振器9
1、カウンタ92およびPWMパターン信号Pを記憶している
メモリ93とで構成される。また、位相差付加回路213は2
4進リングカウンタ94と48個のアンド回路ANDで構成さ
れ、ゲート信号パターン合成回路214は2台のインバー
タのアーム数に相当する12個のオア回路ORで構成され
る。インバータ周波数指令に応じて発振器91より発生
するクロツク信号をカウンタ92でカウントし、カウント
値をメモリ93と24進リングカウンタ94の入力信号とす
る。カウンタ92は一定値だけカウントすると零にリセツ
トされる。24進リングカウンタは分配信号R1〜R24を出
力する。
インバータINV1,INV2のGTO9,15に加えられるゲート信号
UP1,UP2は次式によつて得られる。
ゲート信号UP1 A期間 UP1=P・R1+R2+R3+R4+R5+・R6 =R1+R3+R4 B期間 UP1=P・R14+R15+R16+・R17 =R2+R15+R16 ゲート信号UP1 A期間 UP2=P・R2+R3+R4+・R5 =P2+R3+R4 B期間 UP2=P・R13+R14+R15+R16 +R17+・R18 =P1+R15+R16 ゲート信号UP1とUP2の関係を図示すると第5図のように
なる。パターン信号P1はパターン信号P2よりπ/6だけ進
み、パターン信号はパターン信号よりπ/6遅れ
た関係となつている。以下、他のアームについても全く
同様に第4図関係に従つてゲート信号を得ると、第6図
に示す如きゲート信号UP1,VP1,WP1,UN1,VN1,WN1,UP2,V
P2,WP2,UN2,VN2,WN2が得られる。第6図にはこのように
して得られたゲート信号に従いGTO9〜20をスイツチング
させた時のPWM制御電流波形iIU,iIV,iIWと出力電流波形
iU,iV,iWも示してある。第6図に示す期間1,2を拡大し
て第7図に示す。期間1の始まる時点をt0、ゲート信号
WP1がLowレベルへ変化し、ゲート信号UP1がHighレベル
へ変化する時点をt1、信号WP1がHighレベルに変化し信
号UP1がLowレベルへ変化する時点をt2とし以下順次t3
t10とする。各期間におけるインバータINV1,INV2の動作
は第8図のようになる。第8図(a)においてはGTO11,
13,17,19がオンしており、電流Idはループ1,ループ2を
流れる。それぞれのループ1,2には直流電流Idの1/2の電
流が流れ、U相PWM制御電流iIUは零である。次に、GTO9
をオンし、11をオフすると電流Idは第8図(b)に示す
ようにループ2,ループ3を流れる。この時は、 となる。第7図の期間1では以下第8図(a),(b)
の動作を繰り返す。次に期間2に移り、t6時点でGTO15
がオンし、17がオフする。動作状態は第8図(c)のよ
うになり、U相PWM制御電流iIUはループ3とループ4の
電流Id/2が重畳され直流電流Idに等しい電流となる。以
下、期間2では第8図(b),(c)の動作を繰り返
す。インバータの動作周波数の一周期におけるPWM制御
電流iIUは第6図に示す如く階段状の電流となる。各GTO
9〜20のスイツチング時に発生する過電圧を吸収するた
めに設けているコンデンサ6〜8はフイルタとしての効
果を有する。従つて、PWM制御電流iIUに含まれる高調波
電流はコンデンサ6〜8に吸収される。したがつて、出
力電流iUはほぼ正弦波になる。
以上のような動作を行い正弦波電流を出力して負荷5に
供給するのであるが、スイツチング周波数を高くしなく
とも正弦波にでき、かつ平滑コンデンサ6〜8の容量を
低減できることを第9図を参照して説明する。
第1図の実施例では第6図に示すように簡単のためイン
バータ動作周波数の1周期当たりの各アームのゲート信
号のパルス数を5としている。本発明と先行技術として
掲げた特開昭58−89073号において、PWMパターンのパル
ス数Mを5とした時の各々PWM制御電流波形を第9図
(a),(b)に示す。第9図(a),(b)において
GTOのスイツチング周波数は等しいが、図から明らかな
ようにPWM制御電流iIUの波形は第9図(a)に示す本発
明の方がより正弦波に近くなる。第9図(b)に示す従
来の電流iIUを本発明同程度に正弦波に近づけるために
は発明者達の実験結果によるとM=9程度にしなければ
ならなかつた。実験結果ではGTOのスイツチング周波数
がほぼ本発明の2倍となる。このことは、従来方式で得
られる電流波形iIUと同程度の波形を得るには、本発明
の場合、各GTOのスイツチング周波数を1/2に低減できる
ということを意味する。さらに、多重化するインバータ
の台数がnの場合には、各GTOのスイツチング周波数を1
/nに低減できる。従つて、使用する各素子の許容スイツ
チング周波数は1/nでよいため、インバータ装置の低コ
スト化を図ることができる。
また、多重化した場合、各素子がしや断すべき直流電流
値は、多重化しない場合の1/nでよいため、スイツチン
グ時に発生する過電圧を吸収するために設けたコンデン
サ6〜8の容量も1/nにできる。
さらに、第1図の実施例によれば第3図に示すように期
間A,Bの4πを1周期とした動作を行うため、インバー
タINV1,2の直流入力電圧は期間A,Bの平均値が等しくな
り、直流電源を共通化できる。直流入力電圧の瞬時値は
異なるが、この分リアクトル3,4で吸収することができ
るので、インバータINV1,2の直流入力電流をバランスさ
せることができる。また、リアクトル3,4には交番電圧
が印加されるため、2が直流リアクトルであるのに対し
交流リアクトルを用いることができる。
〔発明の効果〕
以上本発明によれば、インバータの並列多重化に際し
て、主回路の直流電源部の共通化により小型化ができ、
さらに各インバータのパルスパターンに位相差を付加す
ることにより高調波の低減ができるという効果が得られ
る。
なお、以上の実施例ではスイツチング素子としてはGTO
を用いているが、逆耐圧を有する素子ならば使用可能
で、逆耐圧を有しない素子、例えばMOSFET、バイポーラ
トランジスタ等を使用する場合にはこれらに直列ダイオ
ードを接続した複合素子を用いても全く同様の効果を得
ることができる。
また、以上の実施例では、自己消弧素子を用いた電流形
インバータ装置2台の多重化に関するが、3台以上のイ
ンバータ装置の多重化についても全く同様の方法で実現
できる。
さらに、平滑コンデンサはシター結線でなくデルタ結線
したものでもよいのは明らかなことである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す構成図、第2図はゲー
ト制御回路の一例構成図、第3図は第2図の要部詳細
図、第4図はパルス幅変調パターン信号とゲート信号の
関係を示す図、第5図はゲート信号の波形図、第6図は
動作説明図の波形図、第7図は第6図の一部拡大図、第
8図は動作説明用の回路図、第9図は本発明の効果を説
明するための波形図である。 1,25……直流電源、3,4……交流リアクトル、2……直
流リアクトル、5……負荷、6,7,8……コンデンサ、9
〜20……自己消弧素子、21……ゲート制御回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 植田 明照 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 鈴木 勝徳 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 佐々木 和彦 茨城県勝田市市毛1070番地 株式会社日立 製作所水戸工場内 (56)参考文献 特開 昭56−86077(JP,A) 特開 昭59−132780(JP,A) 特開 昭55−79684(JP,A)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】自己消弧素子をグレーツ結線して構成され
    るインバータを少なくとも2台備え、前記各インバータ
    の交流出力側は接続される負荷に対して並列接続され、
    前記各インバータの直流入力側の同一極性同志間は各交
    流リアクトルで接続され、該各交流リアクトルの中間点
    より直流リアクトルを介して直流電力が供給されてなる
    主回路部と、 少なくとも前記インバータの出力周波数を指令する出力
    周波数指令にしたがって一周期毎に予め定めたパルス幅
    変調パターン信号を発生するPWMパターン発生回路、前
    記パルス幅変調パターン信号を入力として前記各インバ
    ータの同一相アームの自己消弧素子をオンオフ制御する
    パルスパターン制御信号に位相差を付加する位相差付加
    回路、該位相差付加回路で各インバータ間で位相差が付
    加された制御信号に基づいて前記各インバータの自己消
    弧素子を駆動させるゲート回路とからなる制御回路部と
    を具備したことを特徴とする多重化電流形インバータ装
    置。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項記載の前記位相差付
    加回路において、 前記各インバータの同一相アームの180度区間における
    パルスパターンは、どちらか一方のインバータのパルス
    パターンは他方のインバータのパルスパターンに対して
    始まりは30度遅れ、終わりは30度進めさせるようにした
    ことを特徴とする多重化電流形インバータ装置。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第2項において、 前記各インバータ間での位相差の進み遅れの付加は、イ
    ンバータ出力周波数の少なくとも一周期毎にインバータ
    単位で順次変化させるようにしたことを特徴とする多重
    化電流形インバータ装置。
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