JPS62230367A

JPS62230367A - インバ−タ

Info

Publication number: JPS62230367A
Application number: JP61072773A
Authority: JP
Inventors: Takeaki Asaeda; 健明朝枝
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-03-31
Filing date: 1986-03-31
Publication date: 1987-10-09

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】〔産業上の利用分野〕この発明はスナバを具えるインバータにおけるスナバの
蓄積エネルギーの直流電源への帰還手段を改良したイン
バータに関するものである。

〔従来の技術〕

第１２図は特願昭５９−１８５５３号に示された従来の
インバータ全示す回路図であり、自己消弧型スイッチン
グ素子をアーム素子としてノ・−７ブリツジで示したも
のでおる。同図においてＰ。

Ｎは直流電源のそれぞれ正極、負極、ＩＵ、ＩＸはアー
ム素子であるゲートターンオフサイリスタ（以下ＧＴＯ
と略記する）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。２ｕ、２ｘはリア
クトルであって直列接続されて、ＧＴＯＩ　ＵとＧＴＯ
ＩＸ間に挿入されている。５Ｕ、５Ｘは帰還ダイオード
でろって、・腑還ダイオード３ｔＪ＆−ＣＧＴＯ１［Ｊ
に逆並列に接続され、帰還ダイオード６ＸはＧＴＯＩＸ
に逆並列に接続されている。スナバ４Ｘｕスナパコンテ
ンザ４１Ｘ、スナバダイオード４２Ｘからなり、ＧＴＯ
Ｉ　Ｘに並列接続されている。スナバ４Ｕのスナバダイ
オード４２Ｕのアノード側とスナバ４Ｘのスナバダイオ
ード４２Ｘのカソード側とはダイオード回路５を介して
接続されている。このダイオード回路５はそのカソード
側全ダイオード４２Ｕのアノード側に向けて挿入されて
いる。６は変流器であって、ダイオード回路５に挿入さ
れ、２次巻線の両端６ａ、６ｂはそれぞれダイオード整
流回路７のダイオード７ａ、７ｂｉ介して直流電源の正
極Ｐに接続され、かつダイオード７ｃ、７ｄを介して直
流電源の負極ＮＫ接続されている。

次に、この装置の動作につ゛いて第１３図および第１４
図のタイムチャー）？参照して説明する。

第１３図においてＴｕ　、　’ｒｘはそれぞれＧＴＯＩ
Ｕ。

１Ｘのゲートオン期間、１ｗは負荷（この例ではＬ負荷
）に流出する負荷電流、Ｉｕ、ＩｘはそれぞれＧＴＯＩ
　Ｕ　、　Ｉ　Ｘに流れる電流、Ｉｕｄ　、　Ｉｘｄは
それぞれ帰還ダイオード３Ｕ、３Ｘｆ、流れる電流、Ｖ
ｕＯ、ＶＸＯはそれぞれスナバコンデンサ４１０，４１
Ｘの′電圧、■Ｄはダイオード回路５、変流器６を流れ
る電流を示している。、また、第１４図はＧ　Ｔ　ＯＩ
Ｕがオフした時の変流器乙の電圧及び電流の拡大波形を
示しており、ｖＯ〒は変流器６の１次巻線の電圧である
。

今、時刻１．において、例えば今までオンしていたＧＴ
ｏｌ　Ｕがターンオフされると、Ｇ’ｌ’０１　Ｕに流
れていた低流Ｉｕはスナバ４Ｕに移り、スナバコンデン
サ４１Ｕが充電され始める。この時、スナバ４Ｘのスナ
バコンデンサ４１Ｘの電荷はダイオード回路５−変流器
６−スナバダイオード４２Ｕ−リアクトル２Ｕ−交流出
力端子ｕ２通って図示しない負荷へ放電され、時刻ｔ、
で放電が完了し、帰還ダイオード３Ｘが導通し始める。

この間変流器乙の２次出力はダイオード整流回路７のダ
イオード７ａ　、７ｃ２通して直流電源に返還されるた
め、変流器６の１次巻線間に直流電源の電圧に比例した
電圧が発生する。つづいて、リアクトル２Ｕのエネルギ
ーがリアクトル２Ｕ−リアクトル２Ｘ−スナバダイオー
ド４２Ｘ−ダイオード回路５−変流器６−スナバダイオ
ード４２ｔＪの経路で直流電源へ帰還され、リアクトル
２Ｕ及び変流器６の電流は減衰する。時刻ｔ、で変流器
乙の鉄心が磁気飽和を生じると、変流器６の電圧は逆極
性に過電圧を一瞬発生するが、ダイオード７ｂ、７ｃが
オンして、端子６ａ　、６ｂ間の電圧を直流電源の電圧
にクランプする働きをなす。この逆電圧はスナバダイオ
ード４２Ｕ−リアクトル２Ｕ−リアクトル２Ｘ−スナバ
ダイオード５のループの電流を増加させる働きをなすが
、このループ電圧降下が小さいために以後この電圧降Ｆ
分の電圧で変流器６はリセットされ、またリアクトル２
Ｕ及び変流器６の電流の減衰時間も非常に長くなる。

時刻ｔ４で負荷電流の極性が反転すると、負荷電流は端
子Ｕ−リアクトル２Ｘ−ＧＴＯＩＸの経路で流れる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のインバータは以上のように構成されているのでス
ナバエネルギーの帰還手段では以上のように変流器６の
リセット動作がスナバダイオード４２Ｌ］　、４２Ｘ、
Ｉ）７り）ル２１Ｊ　、２Ｘ及びダイオード回路５の電
圧降下分で行なわれるためにリセット期間が長くなり、
このリセット動作が時刻ｔ、までに終了していないと、
変流器６が磁気飽和金主じる時刻ｔ、が短くなり、スナ
バエネルギーの帰還効果が低Ｆする問題点があった。

この発明は上記のような問題点全解消するためになされ
たもので、変流器の磁気飽和を防止し、かつこの変流器
を小形化できるとともに、高周波スイッチング化が可能
なインバータを得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明にかかるインバータは、スナバの各スナバダイ
オードとスナバコンデンサとの中間接続点間に、自己消
弧型スイッチング素子全通電路に有する電力変換回路全
接続して、この電力変換回路の父流昂°１：に変流器の
１次側を接続し、上記電力変換回路、上記変流器の通電
路、上記スナバのダイオードおよび正、負側のリアクト
ルにより１Ｈ，流全還流する閉回路全形成し、アーム素
子の自己消弧型スイッチング素子のオン・オフタイミン
グに合わせて、上記電力変換回路の自己消弧型スイッチ
ング素子をオンにし、上記スナバのエネルギの帰還終了
時にオフにするように構成したものである。

〔作用〕

この発明におけるインバータに、アーム素子のオン・オ
フタイミングごとに電力変換回路の自己消弧型スイッチ
ング素子をオン・オフ制御することにより、交流のパル
ス電流を変流器に通電し、これにより上記変流器の磁束
レベルを低減するように作用する。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について、説明する。第
１図において、８は従来のダイオード回路５に代えて用
いられる自己消弧型スイッチング素子８ａ〜８ｄからな
る単相ブリッジ整流回路としての単相ブリッジ型の電力
変換回路で、これの交流出力端が変流器６の１次巻線に
接続されている。

なお、このほかの、第８図に示したものと同一の構成部
分には同−符号全村して、その重複する説明を省略する
。

次に、この実施例の動作を第２図および第３図の各信号
波形のタイムチャート１−参照して説明する。

今、時刻ｔｌにおいて、導通状態にあったＧＴＯｌＵが
ターンオフされると、Ｇ’ｌ’０１Ｕに流れていた電流
がスナバ４Ｕに移り、スナバコンデンサ４１Ｕが充電さ
れ始める。このとき、ＧＴＯ８ａ。

８ｄがターンオンされ、スナバ４Ｘのスナバコンデンサ
４１Ｘの電荷ＨＧＴ０８ａ−変換器６−ＧＴＯ８ａ−ｆ
イオード４２Ｕ−ＩＪ７／）ル２Ｕ−変換出力端子ｕ−
２通って、図示しない負荷へ放電され、時刻ｔ、におい
て放電が完了し、スナバダイオード４２Ｘと帰還ダイオ
ード３Ｘが４通し始める。この単相ブリッジ゛１力変換
器８を流れる電流（以下、帰還電流という）ＩＧは変流
器６０２次側に取り出され、ダイオード整流回路７を通
して直流電源に帰還される。時刻ｔ、以後は、リアクト
ル２Ｕの′【１流がリアクトル２Ｘ−スナバダイオード
４２　Ｘ−Ｇ　’ｌ”　Ｕ　８　ａ−に流器６−ＧＴＯ
８ｄ−スナバダイオード４２Ｕの経路上流れ、変流器６
の２次巻線端に接続されたダイオード７ａ、７ｄを介し
て直流電流へ帰還される。時刻ｔ、において帰鑵電流Ｉ
Ｇが零になると、リアクトル２Ｕの電流も零になり、負
荷電流はダイオード３Ｘ、ＩＪアクドル２Ｘの経路で流
れる。変流器乙の動作は時刻ｔ、の直後では、従来の回
路（第１２図）における場合と同様に、−瞬、直流’Ｆ
ｇ源にクランプされた電圧全発生し、続いて、スナバダ
イオード４２ζリアクトル２Ｕ、２Ｘ１スナバダイオー
ド４２Ｘ１ＧＴＯ８ａ、８ｄの磁圧降下分でリセットさ
れる。

時刻ｔ、では、ＧＴＯ８ａ　、８ｄｋターンオフすると
、変流器６の１次側が開放されるために、変流器６の励
磁電流は、変流器６の２次側端子に接続されたダイオー
ド７ｂ、７ｃｉ介して直流電源へ返還される。つまり、
変流器乙の２次端には、逆極性に直流電源の電圧が印加
さｎる。時刻ｔ５において励磁電流が零に減少すると、
変流器６の印加電圧は零になる。

続いて、時刻ｔ６において負荷′［直流の極性が反転す
ると、負荷電流は帰還ダイオード３ＸからＧＴ０１ＸＫ
移って流れる。時刻ｔ、においてＧ　Ｔ　０１Ｘケター
ンオフすると、スナバ４Ｘのスナバコンデンサ４１ＸＨ
、スナバダイオード４２Ｘｉ介して充電されるとともに
、スナバコンデンサ４１ＵはＧｉ’（Ｊ８　ｂ　、　８
　ｃ　’ｚオンすることにより、変流器６を介して放電
される。このとき、変流器６の帰還電流の極性は、時刻
ｔ、においてＧ’ｌ’ＵｉＵをターンオフしたときに生
じる帰還電流と逆方向となり、この帰還′α流はダイオ
ード７ｃ、７ｂを介して直流電源へ帰還される。このた
め、変流器６の１次巻線端に生じるＶＯＴは、時刻ｔ、
〜ｔ、における発生電圧と逆極性になり、変流器６の磁
束レベルの変化は正、負の両極性になる。第４図（ｂｌ
は変流器６の磁束の変化を示す特性を、従来の回路（第
１２図）における第４図（ａ）の特性と比較して示しで
ある。これを従来の回路における第１３図の動ｆｉｌ’
彼形と対応させて説明すれば、次のようになる。

まず、従来の回路では時刻１．において、磁束の位置は
Ａ点にあり、時刻ｔ、％ｔ、までは磁束が増加し、時刻
ｔ、に３いてＢ点に達する。時刻ｔ、以後はり七ツ）　
Ｊｖｊ間であり、磁化゛電流の減少に従い、磁束レベル
も低下して最終的に、Ａ点に戻る。変流器乙の磁気飽和
を防止するためには、磁束がＡ点１で戻るまで待ってス
イッチング動作（ＧＴＯＩＵあるいは１Ｘのターンオフ
動作）を上記のように開始する必要があυ、このためイ
ンバータのスイッチング周波数を高くすることが難しい
。これに対して、この発明の回路の変流器６の磁束変化
は、時刻ｔＩＶｃおいて磁束はＣ点にあり、時刻ｔ、に
おいて磁束の位置はＤ点に達する。

時刻ｔ、〜ｔ５までのリセット期間で磁束はＥ点まで低
Ｆする。ＧＴ（ＪＩ　Ｘがターンオフする時刻ｔ７では
、帰還電流の極性が反転されるため、磁束レベルはＥ点
からＦ点まで移行する。それに続くリセット期間に、磁
束はＦ点からＣ点に戻る。ここで、磁束のＡ点からＢ点
までの変化幅と、Ｃ点からＤ点あるいはＥ点からＦＡｔ
での変化幅とは等しいため、この発明のものは磁束の最
大レベル（Ｄ点あるいはＦ点）を従来の回ｔｈのものよ
り低減できる。

このように変流器６のリセット動作が短時間にかつ確実
に行なわれるために、スナバ−エネルギーの帰趙効来が
向上できる。

またＧ　’ｌ’　Ｕ　８　ａ〜８ｄの電圧は変流器６の
１次祇圧程雇（−敗に変流器の巻線比は１以゛ド）を考
ｊ、’ｉすればよく、電流のターンオフの能力について
は直流のＯ近辺でしゃ断するために小ざなしゃ断能力を
有するものでよいため、Ｇ’［’０１Ｕ、ＩＸに比べて
非常に小さな定格のものですむ。また、ＱＴＯ８ａ〜８
ｄが逆阻止能がないものである場合には、谷（ｊ　’Ｉ
’　Ｕ　８　ａ〜８ｄに、第５図に示すように、ダイオ
ード９ａ〜９ｄを同一通電方向に直列接続すればよい。

また、第６図はその他の実施例を示す。これは単相ブリ
ッジ電力変換回路８のアーム素子全サイリスタ１０ａ〜
１０ｄとして、かつ変流器６の１次巻線に逆並列接続の
ＧＴＯｌｌａ、１１ｂを直列に接続し、ＧＴＯＩＵ、Ｉ
Ｘのスイッチングのタイミングに同期して、サイリスタ
Ｉ　Ｄａ　、　１０ｄおよびＧＴＵｌｌａ（ｉ’）対と
、サイリスタ１０ｂ　、　１０ｃおよびＧ’ｒｏｉｉｂ
の対を交互にオンさせて、帰還変流ＩＧが零になる時点
で、ＧＴＯｌｌａ、１１ｂｔターンオフさせるようにす
れば、上記実施例と同様の効果を奏する。

また、４１７図はその他の実施例を示すもので、これが
第６図のＧＴＯｌｌａ、１１ｂの回路と、ダイオードブ
リッジ回路１２ａ〜１２ｄと、ＧＴＯ１６の回路とから
なり、ＧＴＯＩ　Ｕ　、Ｉ　Ｘのスイッチングのタイミ
ングに同期して、サイリスタＩ　Ｄａ　、　１０ａの対
と、サイリスタ１０ｂ、１０ｃの対とヲ又互にオンさせ
るとともに、ＧＴＯＩ３を同時にオンさせて、帰還電流
ＩＧが零になる時点で、ＧＴ（Ｊｌ　３ｖターンオフさ
せるようにすれば、上記実施例と同様の効果を奏する。

なお、上記実施例では自己消弧型スイッチング素子８ａ
〜８ｄ、１１ａ、１１ｂ、１３としてＧＴＯを使用した
ものを示し友が、トランジスタ、ＭＯＢＦＥＴ　、　Ｓ
　Ｉ　Ｔなどの自己消弧型半導体スイッチを使用したも
のであってもよい。

第２図（ａ）　、　（ｂ）の動作説明では遅相負荷時に
おける動作を説明したが、進相負荷時も正常に動作でき
る。例えばダイオード３Ｘ、リアクトル２Ｘｉ介して負
荷へ正極性の電流？供給している状態でＧＴＯｌＵのタ
ーンオンするとき、スナバコンデンサ４１Ｕが放電し、
スナバコンデンサ４１Ｘが充電さ、れるが、このときも
変流器６全介してスナバのエネルギは直流電源へ帰還さ
れる。ＧＴＯ８ａのターンオンのタイミングばＧＴＯＩ
　Ｕのターンオンに合わせればよい。

また変流器６のリセット動作が早いために、高周波変調
制御（ＰＷＭ）’ｉ行うインバータにも容易に適用でき
る。

第８図はこの発明の他の実施例を示す。これは第１図の
電力変換回路としての単相ブリッジ整流回路に代えて単
相半ｆｆ整流回路８Ａｔ−用いたものである。すなわち
、単相半波整流回路８Ａの交流端を変流器６０１次側金
接続するとともに、この−λ流器６０１次側の中点上一
方のスナバダイオード４１Ｕとスナバコンデンサ４２Ｕ
との中間接続点に接続しである。したがって、この単相
半波整流回路８Ａと、変流器６０通電路と、両スナバ４
Ｕ。

４Ｘのスナバダイオード４２Ｕ、４２Ｘと、リアクトル
２Ｕ　、２Ｘとを電流が還流する閉回路を作る。かかる
実施例にあっても、基本的動作は既述したものと全く同
様になる。この場合において、Ｇ’ｒ０８ａ、８ｂが逆
阻止能力がないものであれば、これらに、第９図に示す
ように逆阻止用のダイオード９ａ、９ｂ全同一通電方向
に直列接続すればよい。

また、第１０図はさらに他の実施例を示すもので、単相
半波整流回路８Ａにおいて、ＧＴＯ８ｃ。

８ｄのカソード側全共通にして、スナバダイオード４２
Ｕとスナバコンデンサ４１Ｕとの中間接続点に接続し、
各ＧＴＯ８ｃ、８ｄのアノード側を変流器６０１次巻線
端子６０．６Ｘに接続するとともに、変流器６の１次巻
線の中点（０）ｔスナバ４Ｘのスナバコンデンサ４１Ｘ
とスナバダイオード４２Ｘとの中間接続点に接続したも
のである。

第１１図はさらにまた他の実施例を示すもので、これが
第８図のダイオード整流回路７を単相半波整流回路で構
成したものであジ、変流器６の２次巻線の中点（０）を
直流電源の負極ＮＫ接続しである。

そして、この第１１図および第１０１図の各実施例の動
作および効果は、第８図について説明した場合と同様と
なる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、変流器の１次側に、
自己消弧型スイッチング素子を通゛或路に含む電力変換
回路を接続して、その変流器のリセット動作をこれの２
次側で行わせるとともに、インバータのアーム素子のス
イッチタイミングに合わせて、上記変流器に交互に両極
性の帰還電流を通電させるように構成したので、上記変
流器のリセットが短時間にかつ確実に行うことができ、
従って変流器の容ｔｉ小さくすることができ、また、イ
ンバータのスイッチング周波数を高くすることも可能に
なるものが得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるインバータを示す回
路図、第２図および第３図はその回路図各部の信号のタ
イムチャート、第４図はこの発明の回路と従来回路にお
ける変流器の磁束変化全対照して示す磁束特性図、第５
図は上記インバータにおける電力変換回路の他の実施回
路図、第６図は同じくまた他の実施回路図、第７図は同
じくさらに他の実施回路図、第８図はインバータの他の
実施回路図、第９図はそのインバータにおける電力変換
回路の他の実施回路図、第１０図はインバータのまた他
の実施回路図、第１１図はそのインバータにおける゛成
力変換回路の他の実施回路図、第１２図は従来のインバ
ータを示す回路図、第１３図および第１４図はその回路
図谷部の４ｄ号のタイムチャートである。ＩＵ、ＩＸはＧＴＯのアーム素子、２Ｕ、２Ｘはリアク
トル、３Ｕ、３Ｘは帰還ダイオード、４Ｕ。４Ｘはスナバ、６は変流器、７はダイオード整流回路、
８，８Ａは′成力変換回路、４１Ｕ、４１Ｘはコンデン
サ、４２Ｕ、４２Ｘはダイオード。なお、図中、同一符号は同一、また＋ｒｓ相当部分を示
す。４２Ｕ、４２Ｘ：グイオード弓と図ｂｔｚ　　ｔ３ｔ＋　　　　ｔｓ（ａ）　　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）第６図　
。第７図＋Ａｈ第８図且第１０図輪第１１図第１３図Ｔ。第１４図１＋１門　も

Claims

【特許請求の範囲】

（１）自己消弧型スイッチング素子をアーム素子とし少
なくとも正および負側の各アーム素子に対して直列のリ
アクトルを有し、かつスナバコンデンサとスナバダイオ
ードの直列体からなるスナバを、上記正負アームのそれ
ぞれに並列に設け、上記スナバの蓄積エネルギーを変流
器から整流回路を介して直流電源に電流帰還させるイン
バータにおいて、上記両スナバの各スナバダイオードと
スナバコンデンサの中間接続点間に、自己消弧型スイッ
チング素子を通電路に含む電力変換回路を接続し、この
電力変換回路の交流端に上記変流器の１次側を接続し、
上記電力変換回路、上記変流器の通電路、上記スナバダ
イオードおよび正、負側の上記リアクトルにより電流を
還流する閉回路を形成し、上記アーム素子の自己消弧型
スイッチング素子のオン・オフタイミングに合わせて、
上記電力変換回路の自己消弧型スイッチング素子をオン
にし、上記スナバの蓄積エネルギの帰還が終了するとオ
フにするようにしたことを特徴とするインバータ。
（２）電力変換回路のアーム素子を全て自己消弧型スイ
ッチング素子としたことを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載のインバータ。
（３）電力変換回路のアーム素子を全てサイリスタとし
、かつこの電力変換回路の交流端と変流器との間に、両
方向通電可能な自己消弧型スイッチング素子を接続した
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のインバー
タ。
（４）電力変換回路が単相ブリッジ整流回路であること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のインバータ。
（５）電力変換回路が単相半波整流回路であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載のインバータ。