JPS61500523A - インバ−タのためのリツプル除去回路 - 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】 インバータのためのリップル除去回路 技術分野 この発明は一般にインバータ、特に出力中の歪みを除去するための回路を有する インバータに関するものである。

従来技術 直流電力を多相交流電力に変換して負荷を動作させるためのインバータ装置にお いて、直流母線上の直流電力は、通常、交流電流源の出力を整流することにより 得られる。この交流電源の出力の整流は、しばしば直流レベルにリップル分を重 ねて発生させる。発生されたリップル分は、インバータの多相出力に接続された 不平衡負荷によって直流母線上にもたらされる。通常、不平衡負荷は上述した整 流リップルと結合した３次高調波リップルの発生の原因となる。この組合わされ たリップルは、インバータの交流電力出力中の高調波歪みを増加させる原因とな る。通常、この問題は、ある範囲で、出力フィルタもしくは直流母線フィルタの サイズを大きくすることによって解決される。しかしながら、装置全体の大きさ および重量が増すことは好ましいことではない。

整流リップルを減少させる多くの試みがなされている。１つの試みはスプーナ（ ５ｐｏｏｎθｒ）の米国特許第５．７６１，７９７号に示されている。この特許 では直流母線上のリップルが検出されチョーク（ｃｈｏｋｅ　）内で直流母線電 流と組合わされるようにして実質的にリップルを減少させるフィルタが示されて いる。このフィルタは、このフィルタの出力端子間に接続されたコンデンサと抵 抗を含み、このコンデンサは母線電流の直流分を阻止して、リップル分を増幅器 に通すようにする。この増幅器からのリップルが直流母線のリップルと反対にな るよう°に、この増幅器の出力は、次いで、チョークに接続される。

しかしながら、スブーナ回路は、交流・直流コンバータだけで使用されるもので あり、このような直流母線と結合したインバータの出力における、不平衡負荷に よりこの直流母線上に生ずるリップルの問題には、間接的にも無関係である。

発明の開示 この発明においては、直流母線からの直流電圧を交流電力に変換して負荷を動作 させるためのインバータは、交流電力出力でのリップルを減少させるためのリッ プル除去回路を備える。

リップル除去回路は一次巻線および二次巻線を有する出力誘導器を含み、この− 次巻線はインバータの出力と負荷との間に接続され、直流母線上のリップルによ る第１のリップル分を受ける。−次巻線と二次巻線を有する検出用の変成器は、 補助スイッチにより直流母線に接続されており、これにより直流母線上のリップ ルが検出され、周期性のある波形が検出用変成器の二次巻線から与えられる。検 出用変成器の二次巻線は出力誘導器の二次巻線と接続されており、これにより周 期波形は、第１のリップル分と反対の第２のリップル分を出力変成器の一次巻線 に誘導して、負荷に供給されるリップルを実質的に減少させる。

図面の簡単な説明 第１図はこの発明のリップル除去回路を備えたインバータ電源装置のブロック図 である。

第２図は第１図に示された整流器、インバータおよびインバータ制御回路の構成 図である。

第３図は第２図に示された回路の動作を示す一連の波形図である。

発明を実施する最良の態様 第１図には、直流電力を交流電力に変換して負荷１０を動作させるためのインバ ータ電源装置が示されている。直流電源は整流回路１２を含みこれは発電機１４ のような交流電源によって供給される交流電力を直流電力に変換する。直流電力 はインバータ１６によって一定周波数の交流電力に戻されるが、このインバータ １６はインバータ制御回路１８によって制御されている。インバータ制御回路は インバータ１６の出力もしくは負荷１０の状態に関する情報を受入れるが、この 情報のタイプは負荷の性質に依存している。例えば、もし負荷が交流電動機であ るならば、回転子位置がインバータ制御回路で検出され、スイッチが検出された 位置に従って制御される。さらに、インバータ制御回路１８は指令信号に従って 動作する。この実施例においては、負荷は電動機であり、この指令信号は所望の 電動機速度を示す。

インバータ制御回路１８は一般にはパルス幅変調制御回路のようなタイプのもの であって、インバータ１６のスイッチについて時間比率制御をするものである。

所望により、別異のタイプの制御回路を使用することができる。

インバータ１６に供給される直流電力はしばしば直流レベルに重なる交流リップ ル分を含むが、これはインバータの出力に接続された不平衡負荷および整流器１ ２における不完全なフィルタ動作によるものであム一般に３相インバータにおい ては、第３図の波形ｖ２で示されるように出力電力波形中に不平衡負荷状態によ る３次高調波がもたらされる。

通常は、直流母線フィルタの大きさを増大させることにより直流母線のリップル を減少させているので、装置全体の大きさおよび重量が事実上増大する結果とな る。

この発明は、リップル分を検出し、インバータ１６の出力誘導器中のリップル分 と加算し、負荷１０に送られるリップルを事実上相殺することにより、直流母線 フィルタの大きさを増大させる必要性をなくしたものである。

第２図は、インバータ１６の一実施例をより詳細に示すもので、このインバータ １６はこの発明のリップル除去回路について使用される。第２図においては、イ ンバータ１６の中の１相だけが特別に示されているけれども、負荷１０はここに 示されているものと同じ他の相の出力も受けることが理解できよう。インバータ １６は正極性電圧レベル、負極性電圧レベルおよび中性もしくは接地レベルを有 する二極端直流電源（ｄｏｕｂｌ、ｅ−ｅｎｄｅｄ　ＤＣ５ｏｕｒｃｅ　）から の直流電力を多相交流電力に変換する。もし必要であればこの発明は、単極直流 電源（ｓｉｎｇｌｅ　−ｅｎｄｅｄ　Ｄｏ　５ｏｕｒｃｅ　）からの電力を変換 するインバータに対しても利用することができることに注意されるべきである。

インバータは第１および第２の電力スイッチＱｌ　、Ｑ２を有し、これらは電力 母線２０．２２の間に接続されている。フリーホイルダイオードＤＩ　、Ｄ２は 、通常のように、スイッチＱ１　、Ｑ２のコレクターエミッタ回路の間に接続さ れている。

直流電力は１対の整流器ブリッジ１２ａ、１２ｔ）によって供給され、これらの ブリッジが整流回路１２を構成する。整流器ブリッジ１２ａ、１２１）は発電機 １４からの多相入力を受け、この交流電力を正、負の直流電圧に変換する。そし てこれらは電力母線２０，２２に接続される。

出力誘導器２４の一次巻線２４ａおよび負荷１０は、スイッチ（１１、Ｑ２の間 の接続点と接地母線２６との間に直列に接続されている。フィルタコンデンサＣ １は、負荷１０と接地レベルの間に接続されている。

スイッチＱ１．Ｑ２は２つのトランジスタの間の接続点を電力母線２０．２２に 交互に接続するようにＰＷＭ制御回路１８によって動作され、これによって負荷 １０に正および負の電圧を印加する。第３図のＶａｕｓで示されているように、 電力母線２０．２２上の直流電力はしばしば事実上リップルを含み、これによっ て出力誘導器２４の一次巻線２４ａに第１のリップル分が現れる。直流母線フィ ルタ２８．３０は、整流回路１２ａ、１２ｂの出力に存在する幾らかのリップル を減衰させるために利用される。フィルタ２８．５０は誘導器Ｌ１．Ｌ２および コンデンサＣ’ｌ、Ｃ５を含む。

検出用変成器３２の一次巻線３２ａ、補助スイッチＱ３および直流ブロックコン デンサＣ４は電力母線２０と接地母線２６との間に直列に接続されている。

同様に、検出用変成器３４の一次巻線６４ａ、補助スイッチＱ４および直流ブロ ックコンデンサＣ５が、電力母線２２と接地ｉ線２６の間に直列に接続されてい る。

この実施例におけるスイッチＱ１〜Ｑ４はバイポーラ・トランジスタであるが、 所望により、別異のタイプのスイッチ素子を使用することもできる。

補助スイッチＱ３．Ｑ４は、トランジスタＱ、１．Ｑ２とそれぞれに同期されて 、ＰＷＭ制御回路１８によって操作されるので、それらの−次巻線は電力母線２ ０．２２上のリップルを交互に検出する。

検出用変成器３２．３４はそれぞれ二次巻線３２ｂ、３４ｂを含む。二次巻線３ ２ｂ、３４ｂは出力誘導器２４の第１の二次巻線２４ｂ、第２の二次巻線２４０ にそれぞれ接続されている。これらの二次巻線２４ｂ、２４ｃは第２図に極性を 示す点で示されているように、−次巻線２４ａ　とは逆方向に巻かれている。

トランジスタＱ１がＰＷＭ制御回路１８によって操作される時、トランジスタＱ ３も操作され、これによって検出用変成器３２の一次巻線５２ａに電流が流れる 。

直流母線２０上のリップルが検出されて、−次巻線３２ａ　に現われるが、電力 母線２０上の直流レベルはコンデンサＣ４により阻止されている。これに相当す る周期波形は検出用変成器３２の二次巻線５２ｂ間に与えられ、さらに導線３６ ａ、３６ｂによって出力誘導器２４の二次巻線２４ｂに結合される。

出力誘導器の二次巻線２４ｂの電圧は一次巻線２４１Ｌに第２のリップル分を生 じさせるが、これは電力母線２０上のリップルにより生ずる第１のリップル分と 反対のものである。−次巻線２４ａ上の２つのリップル電圧は事実上互に相殺さ れ、これによって出力電圧１゜中の高調波歪みは事実上減少する。

検出用変成器３４、コンデンサＣ５およびトランジスタＱ４の動作は事実上上述 したものと同じである。

簡単に言えば、トランジスタＱ２がＰＷＭ制御回路１８によってオンされた時に トランジスタＱ４もオンされ、これによって巻線３４ａ、３４１）のそれぞれに 周期波形が誘導される。周期波形は導線３８ａ、５８ｂを介して二次巻線２４０ に結合され、−次巻線２４ａにリップル分を誘導する。これは電力母線２２上の リップルによるリップル分と反対のものである。

いくつかの場合には、巻線５２ｂと２４１）の間および巻線３４ｂと２４０との 間にそれぞれ移相回路（ｐｈａｓｅｓｈｉｆｔｉｎｇ　ｃｉｒｃｕｉｔ　）を設 けることが必要であろう。これが必要であるときには、この移相回路は、負荷１ ０に供給される電力中のリップルを最も有効に打ち消すような、適切な遅延時間 を与える簡単なＬＣ回路であればよい。

この発明のリップル除去回路を使用することによりフィルタ２Ｂ、３０、および 、誘導器２４とキャパシタＣ１とによって構成される出力フィルタを大きくする 必要はなくなり、この結果としてのインバータの大きさおよび重量は最小におさ えることができる。

なおこの発明は開示されたインバータ・トポロジーに限定されるものではなく、 他の様々なインバータ・トポロジーに適用できることは言うまでもない。

ＦＩＧ、　３ 国際調査報告

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．１対の母線に供給される直流電力を交流電力に変換し負荷を動作させるため のインバータにおいて、上記インバータが上記母線と負荷との間を接続する電力 スイツチを有し上記負荷はさらに別異の母線に接続され、上記電力スイツチは交 流電力を生じさせるために動作し、上記母線上のリツプルによる交流電力中のリ ツプルを減衰させるための改善されたリツプル除去回路が： 上記母線間に接続され母線上のリツプルを検出する一次巻線と検出されたリツプ ルに応答した周期波形を生じさせる二次巻線とを有する検出用変成器と；上記検 出用変成器の二次巻線と接続された二次巻線と上記電力スイツチと負荷との間に 接続された一次巻線とを有する出力誘導器であつて、上記一次巻線は上記母線上 のリツプルによる第１のリツプル分を受け、上記出力誘導器の二次巻線の周期波 形は上記出力誘導器の一次巻線に第２のリツプル分を誘導し、上記第２のリツプ ル分は上記第１のリツプル分と反対であり、上記負荷に送られるリツプルを減少 させるもの；を備えたリツプル除去回路。
2. ２．電力スイツチと共に動作し上記検出用変成器を母線に接続する補助スイツチ をさらに備えた請求の範囲第１項記載のリツプル除去回路。
3. ３．上記検出用変成器の一次巻線と直列に接続され、上記母線上の直流分を阻止 するブロツク・コンデンサをさらに備えた請求の範囲第１項記載のリツプル除去 回路。
4. ４．１対の母線に供給される直流電力を交流電力に変換負荷を動作させるための インバータにおいて、上記インバータが上記母線の一方と負荷との間を接続する 電力スイツチを有し上記負荷はさらに別異の母線に接続され、上記電力スイツチ は交流電力を生じさせるためにインバータ制御回路によつて操作され、上記母線 上のリツプルによる交流電力中のリツプルを減衰させるための改善された回路が ： 一次巻線と二次巻線とを有し、上記一次巻線が電力スイツチと負荷との間に接続 され上記母線上のリツプルによる第１のリツプル分を受ける出力誘導器と；一次 巻線と二次巻線とを有する検出用変成器と；上記電力スイツチが動作して上記母 線上のリツプルが検出される時に上記検出用変成器の一次巻線を上記直流母線間 に接続し、これによつて結果的に周期波形が上記検出用変成器の二次巻線に生成 される補助スイツチと； 上記検出用変成器の二次巻線を上記出力誘導器の二次巻線に接続し、事実上上記 負荷に供給されるリツプルを減少させるように上記周期波形が上記出力誘導器の 一次巻線に第２のリツプル分を誘導する手段と；を備えた改善された回路。
5. ５．上記検出用変成器の一次巻線および第２のスイツチに直列に接続され、上記 母線上の直流分を阻止するためのブロツク・コンデンサをさらに備えた請求の範 囲第４項記載の改善された回路。
6. ６．上記出力誘導器の二次巻線はこれの一次巻線とは逆向きに巻かれており、上 記一次巻線の第１のリツプル分は上記第２のリツプル分と反対になるようにされ ている請求の範囲第４項記載の改善された回路。
7. ７．第１および第２の電力母線並びに接地母線に供給される直流電力を交流電力 に変換し負荷を動作させるためのインバータにおいて、上記インバータは上記第 １および第２電力母線の間に接続された第１および第２の電力スイツチを有し、 これらの第１および第２の電力スイツチは交互に作動されてこれらの接続点に交 流電力を生じさせ、上記負荷は上記接続点と上記接地母線の間に接続され、上記 母線上のリツプルによる交流電力中のリツプルを減少させるためのリツプル除去 回路は： それぞれ上記第１の母線と接地母線、第２の母線と接地母線の間に接続され、各 々が上記母線上のリツプルを検出する一次巻線およびこの検出されたリツプルに 応答して周期波形を生じさせる二次巻線を有する第１および第２の検出用変成器 と； それぞれ上記第１および第２の変成器の巻線に接続された第１および第２の二次 巻線並びに上記接続点と負荷の間に接続され上記電力母線上のリツプルによる第 １のリツプル分を受ける一次巻線を有し、上記二次巻線の周期波形は上記一次巻 線にさらにリツプル分を誘導し、このリツプル分が上記負荷に送られるリツプル を減少させるように上記第１のリツプル分と反対にされている出力誘導器と； を備えたリツプル除去回路。
8. ８．それぞれ上記第１および第２の電力スイツチと共に動作して、上記第１およ び第２の検出用変成器を上記第１および第２の母線のそれぞれに交互に接続させ る第１および第２の補助スイツチをさらに備えた請求の範囲第７項記載のリツプ ル除去回路。
9. ９．上記電力母線上の直流分が上記検出用変成器に送られないようにするための それぞれ上記第１の直流母線と接地母線、上記第２の直流母線と接地母線の間に 接続された第１および第２のブロツク・コンデンサをさらに備えた請求の範囲第 ７項記載のリツプル除去回路。