JPS63202274A - インバ−タ装置 - 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】 〈産業上の利用分野） 本発明はサイリスタ等、ゲート制御型整流素子を存し、
変圧器二次巻線に疑似正弦波出力を得るインバータ装置
の改良に関する。

〈従来の技術〉 変圧器二次巻線に疑似正弦波出力を得る従来のインバー
タ装置としては、例えば特公昭５９−９８０４号公報で
代表されるものがある。

この従来例ではまず、第一のキャパシタと変圧器の一次
巻線を有する振動回路に対し、リアクトルとサイリスタ
の直列回路を介して交流電源を接続している。

そしてこの交流電源の正の各半サイクルの当初、上記の
サイリスタを最初にターンオンさせるため、この従来例
は抵抗、トリガダイオード、キャパシタから成る起動回
路を有し、交流電源の正の各半サイクルの当初から当該
キャパシタを充電し始め、この充電電荷が所定の値にま
で増加したときにトリガダイオードをブレークダウンさ
せてゲートパルスを発生させ、このゲートパルスでサイ
リスタをターンオンさせるように図フている。

しかるにサイリスタがいったんターンオンすると、上記
の振動回路電流は振動的となり、したがってターンオン
したサイリスタ両端の極性が反転して再びターンオフす
るタイミングがある。

これを再度ターンオンさせ、以降、交流電源の正の各半
サイクル中においてターンオフとターンオンを繰返す自
励発振をさせるため、上記のようにサイリスタがターン
オフした後、上記変圧器の帰還巻線に得られる出力によ
って第二のキャパシタを充電し、かつ、さらにその後の
上記振動回路の動作により、上記変圧器の帰還巻線に得
られる出力が再びその極性において反転した際、上記第
二のキャパシタに上記充電されていた電荷を押し出すよ
うに放電してゲートパルスを生成し、これによって上記
サイリスタを再トリガするようにしている。

またこれと並行して、上記のように変圧器の帰還巻線に
得られる出力が再びその極性において反転した際、この
出力をバイポーラスイッチングトランジスタのベースに
も与えて当該トランジスタを動作させ、上記起動回路の
機能を殺し、強制停止ないし休止するようにもしている
。

これは起動回路の動作を交流電源の正の各半サイクル当
初のただ一回に限り、それ以降の自動発振モード下では
サイリスタを誤トリガすることのないよう、休止状態を
維持させるためである。

いずれにしろこのようにして、この従来のインバータ装
置は、サイリスタのアノードに正の極性の電源半波が与
えられている期間中、変圧器の二次巻線側に振動する疑
似正弦波エネルギを出力するようになっている。なお、
上記従来例においては負荷として放電間隙が用いられ、
ここに複数火花を得る点火装置として応用されている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 上記従来例のインバータ装置も、その原理構成上はかな
り優れたものである。

しかし実際上、交流電源の正の各半サイクルの当初、い
ったん起動を掛けるための起動回路それ自体と、この起
動回路の動作を強制停止ないし休止させる回路は共に比
較的複雑で、厩述のように起動回路としては抵抗、キャ
パシタに加え、高価なトリガダイオードを、また正常に
起動した後に起動回路の動作を休止状態に維持するため
の強制動作休止回路としては同様に高価なバイポーラト
ランジスタとその周辺回路を要していた。

これは何も上記従来例に特定されるものではなく、起動
後にサイリスタに対し再トリガを掛けるトリガ回路の構
成のいかんにかかわらず、従来におけるこの種のインバ
ータ装置に共通の欠点であった。

本発明はこうした点にかんがみてなされたもので、サイ
リスタ等、ゲート制御型整流素子を起動する起動回路を
極力簡単化し、また正常な起動に成功した後には当該起
動回路の動作を強制休止状態に維持するための回路系を
特には要しないインバータ装置を廉価、小型に提供せん
としたものである。

（問題点を解決するための手段〉 本発明は上記目的を達成するため、新たに起動回路に工
夫を施し、次のような構成によるインバータ装置を提供
する。

キャパシタと変圧器の一次巻線を有する振動回路に対し
、リアクトルとゲート制御型整流素子の直列回路を介し
て交流または直流電源を接続する一方、該電源の正負い
ずれか一方の半周期の立ち上がりまたは電源投入の当初
、上記ゲート制御型整流素子を最初にターンオンさせる
起動回路と、該起動回路により起動させられた上記ゲー
ト制御型整流素子が上記振動回路の動作によりいったん
ターンオフした後に再度トリガを掛け得るトリガ回路と
を有し、上記変圧器の二次巻線に疑似正弦波出力を得る
インバータ装置であって：上記電源の正負いずれか一方
の半周期の立ち上がりまたは電源投入の当初の電源電位
変化過渡期において所定の値で導通するしきい値素子（
７）　と抵抗（６）　との直列回路により起動回路（８
）を構成したことを特徴とするインバータ装置。

〈作用および効果〉 本発明においては上記のように、起動回路は抵抗としき
い値素子から簡単に構成されている。

こうした場合、起動後、トリガ回路による自励発振モー
ドに入った場合にも、この起動回路が再度誤起動動作を
起こさないかとの心配が起きるかも知れないが、これは
用いるゲート制御型整流素子のスイッチング動作とスイ
ッチング速度やしきい値素子の素子特性との相関でその
ようなことがないようにすることができる。

すなわちゲート制御型整流素子として選択するサイリス
タ等の各種半導体素子においては、ゲートにトリガ信号
が入ったからと言って全くにして直ちに応答可能なもの
はなく、むしろ少なくとも七数〜数十マイクロセカンド
・オーダ程度で若干の応答遅れが見込まれし、しきい値
素子の当該しきい値に至るにも時間を要する。

したがって起動回路がゲート制御型整流素子のターンオ
フにより再起動動作を生起しようとした場合にも、トリ
ガ回路の方からそれ以前にトリガを掛けてしまえば（そ
のようにすること自体は既存の技術をしても極めて容易
である）、再びゲート制御型整流素子はターンオンし、
抵抗としきい値素子から成る起動回路は実効的に短絡さ
れる等して機能しないように収まるからである。

これはまた、従来においては起動回路の動作を最初の一
回に限定するためにのみ用いられていたバイポーラスイ
ッチングトランジスタを合理的に省略可能にしたことを
意味し、結局、本発明によれば相当程度、この種インバ
ータ装置の回路系を簡ｍ化でき、廉価、小型にし得るの
である。

さらに本発明によれば、起動回路とトリガ回路の完全分
離も容易なので、相互の影響が少なく、スイッチング速
度の向上も狙うことができる。

また、起動回路はしきい値により誤動作に対するリカバ
リ機能を営み得るので、電源の有効利用効率を上げるこ
ともでき、高出力エネルギを得ることも簡単になる。

もちろん回路が簡単になった分、故障確率は低下し、信
頼性は逆に高まることになる。

〈実　施　例〉 第１図は本発明インバータ装置の望ましい第一の実施例
を示している。

端子Ｔ、　、　第２は低周波交流電源または直流電源の
入力端子であって、この端子Ｔ、、７２間にチョークコ
イルｌ、ゲート制御型整流素子２として選ばれたサイリ
スタ、第一のキャパシタ３から成る直列回路が挿入され
ており、第一のキャパシタ３には並列に変圧器４の一次
巻線Ｐが接続され、これらキャパシタ３と巻線Ｐとで振
動回路が構成される一方、変圧器４の二次巻線Ｓには負
荷５が接続されている。

サイリスタ２のアノード−ゲート間には本発明の思想に
従って構成された起動回路８として抵抗６とツェナダイ
オード７の直列回路が挿入され、ゲート−カソード間に
は分路抵抗９が挿入されている。

さらにサイリスタ２のゲートには、起動後、振動回路の
動作によりターンオフしていたサイリスタ２に再トリガ
を掛ける自励発振用のトリガ回路１１の出力がキャパシ
タＩＯを介して与えられるようになっている。

ただし本発明においては、後述の実施例においてその望
ましい回路例を示すものの、要旨構成としてまでこのト
リガ回路１１の具体的な構成を限定するものではない。

後に顕かなように、本発明による起動回路を所望の通り
に動作させ得るトリガ回路系は公知既存の技術をしても
種々のものを組み得るからである。

ここでとりあえず、この第１図示実施例におけるインバ
ータ装置の動作を説明する。

サイリスタ２は片方向スイッチング素子なので、交流電
源を使用した場合、アノード側が正となる電源位相の半
波についてのみスイッチングすることができ、逆位相と
なる半波では動作を休止する。ただしもちろん、両波整
流波形等、直流分を含む電源の場合には休止期間は生じ
ない。

ここではまず正負に振れる交流電源を用いるものとする
が、当該交流電源の正の各半サイクルごとにその当初、
電源電圧が正方向に上昇して行くに従い、抵抗６．９間
のツェナダイオード７の両端電位が当該ツェナ降伏電位
を越えるとこのツェナダイオード７がブレークダウンし
、ゲート制御型整流素子として選ばれたサイリスタ２の
ゲートにゲート電流が流入する。

すると、サイリスタ２の特性によって定まる一定時間後
に当該サイリスタ２がターンオンし、チョークコイル１
を介してキャパシタ３の充電が始まる。

その後に変圧器４の一次壱ｌＩｐへの分流が始まると、
このキャパシタ３と当該−次巻線Ｐとで構成される振動
回路内で振動電流が生起し、このため、サイリスタ２の
アノード、カソード間電圧が極性において逆転するタイ
ミングが生じ、この時点でサイリスタ２がターンオフす
る。チョークコイル１にはこのとき逆起電力を発生し、
サイリスタ２のターンオフを助ける働きがある。

一方、当初のサイリスタ２のターンオンにより、抵抗６
とツェナダイオード７とで構成されているに動回路８に
関して見れば、その両端がサイリスタ２のアノード−カ
ソード間低抵抗線路で短絡されたことになるから、その
機能は自動的に休止状態に付けられたことになる。

また、タージオンしていたサイリスタ２が上記のような
メカニズムにより再度ターンオフした場合、その時点で
直ちに起動回路８には電圧が印加するが、当該ツェナダ
イオード７やサイリスタ２の素子特性により直ちにはサ
イリスタ２をターンオンさせることはできない。

したがってこの間にトリガ回路１１からトリガ信号を発
生させ、キャパシタ１０を介しサイリスタ２のゲートに
与え、これを再びターンオンさせてしまえば、起動回路
８は実効的に休止状態を保ち、所期通り、起動後はトリ
ガ回路Ｕの指令に従ってのみの自励発振動作を得ること
できる。

明らかなように、本発明による上記動作は、既述の従来
例に見られるトリガダイオード等の高価な素子や起動回
路の機能を殺すバイポーラトランジスタ回路等を何等必
要としないにもかかわらず、同等の機能が得られること
を示している。

むしろ動作原理が明解なだけ、信頼性も安定性も高く、
実際上、変圧器４の二次巻線Ｓ側の負荷５に極めて安定
な疑似正弦波形を得ることに成功している。

また、トリガ回路１１からのトリガ信号を上記のように
キャパシタＩＯを介して印加するようにした場合、サイ
リスタ２がターンオンして最早このトリガ信号が不要と
なったときには、本発明により設けられている起動回路
８中のツェナダイオード７は抵抗６を介し、サイリスタ
２のアノード側に当該キャパシタｌＯに充電されている
電荷を速やかに放電する効果も有しており、これがまた
動作のさらなる安定化に寄与している。

第４図はサイリスタ２のゲートに印加される信号波形を
模式的に示したもので、図中、部分Ａは起動時に起動回
路８が発生する起動パルス、部分Ｂは自励発振のために
トリガ回路１１が発生するトリガパルス列である。

第２図は本発明の第二の実施例を示している。

第１図示実施例と異なる所についてのみ説明し、他は同
一の符号を付して示したように、構成および動作におい
て同様であるので、重ねての説明は省略する。

この第二の実施例においては、交流電源１５に対し、チ
ョークコイル１６とキャパシタ１７によるフィルタ回路
が追加され、ノイズ防止機能が高められている。

また、トリガ回路１１の一具体例として、変圧器４に帰
還巻線Ｓ。を付加し、これに抵抗１３とツェナダイオー
ド１２とを接続している。もっとも、この構成自体は公
知であり、所定のタイミングでキャパシタｌＯを介し速
やかにサイリスタ２のゲートにトリガパルスを送出する
ことができる。

同様に公知の技術手段ではあるが、抵抗９には並列にダ
イオード１４が接続されており、サイリスタ２を逆方向
過電圧から保護している。

第３図示の第三の実施例では、同様に上記二つの実施例
とは異なる点についてのみ説明すると、まず交流電源！
５に対しダイオードブリッジ１８が設けられ、交流電源
を両波整流しているため、第−１第二実施例におけるよ
うな半波駆動型に比し電源利用効率が向上し、出力エネ
ルギもほぼ二倍に取ることができる。さらに抵抗９とツ
ェナダイオード７とにまたがってサイリスタ２の動作安
定用キャパシタ１９が並列に付されており、これはもち
ろん、あれば望ましいが、不要ならば除去することもで
きる。

この第三の実施例の場合、実質的にサイリスタ２の休止
期間がないので、不測の事態によりサイリスタ２が短絡
すると自己消弧によるリカバリは期待できないが、零交
差から電源が立ち上がるとき起動回路８中のツェナダイ
オード７のしきい値特性により起動パルスは遅延するの
で、サイリスタ２を一度オフとした後、再起動を掛ける
ことによりリカバリを図ることができる。

第５図は異常発生時のトリガ信号波形を模式的に示した
もので、回路の信頼性は保証されていることが分かる。

なお、いずれの実施例においても、起動回路中のしきい
値素子７素子として図示のツェナダイオード７の外、他
の降伏メカニズムに従う定電圧素子とか、例えばネオン
管やサイダック等、負性抵抗素子等も用いることができ
、ゲート制御型整流素子２にも、図示実施例におけるサ
イリスタに限らず、他のゲート制御型スイッチング素子
を使用可能である。

起動回路８の挿入位置も、第三の実施例中に見られる等
のように、直接にゲート制御型整流素子２のアノード−
ゲート間に挿入する必要はなく、アノード側の電位部分
とゲート側の電位部分との間に配されていれば良い。

もちろん、既述の三つの実施例は任意に組合せ可能であ
るし、第二、第三実施例に示されているように、変圧器
４の一次巻線Ｐを二次巻線Ｓ、帰還巻線Ｓ。に対しそれ
ぞれリーケージパスを介して結合させたり、それぞれの
巻線間にこうしたり一ケージパスを形成する等しても良
いし、逆にリーケージパス結合をやめても良い。また交
流電源を用いる場合、回路系全体の極性を逆転すれば負
の半サイクル動作とすることも当然に可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図はそれぞれ本発明により構成さ
れたインバータ装置の各実施例の概略構成図、第４図は
各実施例中におけるサイリスタ動作用トリガパルス波形
例の説明図、第５図は異常発生時におけるサイリスタト
リガパルス波形例の説明図、である。 図中、■はチョークコイル、２はサイリスタ等のゲート
制御型整流素子、３はキャパシタ、４は変圧器、５は負
荷、６．９は抵抗、７はツェナダイオード等のしきい値
素子、８は起動回路、ｌＯはトリガパルス伝送用キャパ
シタ、１１はトリガ回路、１２はツェナダイオード、１
３は抵抗、１４はダイオード、１５は交流電源、１６は
チョークコイル、１７はキャパシタ、１８はダイオード
ブリッジ、１９はサイリスタ動作安定化用キャパシタ、
である。 出　願　大　　　　阪神エレクトリック株式会社７−計
−二＼

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 キャパシタと変圧器の一次巻線を有する振動回路に対し
   、リアクトルとゲート制御型整流素子の直列回路を介し
   て交流または直流電源を接続する一方、該電源の正負い
   ずれか一方の半周期の立ち上がりまたは電源投入の当初
   、上記ゲート制御型整流素子を最初にターンオンさせる
   起動回路と、該起動回路により起動させられた上記ゲー
   ト制御型整流素子が上記振動回路の動作によりいったん
   ターンオフした後に再度トリガを掛け得るトリガ回路と
   を有し、上記変圧器の二次巻線に疑似正弦波出力を得る
   インバータ装置であって； 上記電源の正負いずれか一方の半周期の立ち上がりまた
   は電源投入の当初の電源電位変化過渡期において所定の
   値で導通するしきい値素子（７）と抵抗（６）との直列
   回路により起動回路（８）を構成したことを特徴とする
   インバータ装置。