JPS6332016B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (a) 技術分野の説明 交流出力に逆起電力負荷又は他の交流電源を有
する多重インバータにおいて、転流失敗などによ
る直流短絡の際に交流出力側からの過電流の流れ
込みを防止した多重インバータに関する。

(b) 従来技術の説明 第１図は公知の多重インバータを説明する為の
図である。図中１と２は夫々単相ユニツトインバ
ータを示し、図示のように複数のユニツトインバ
ータの出力を直列的に合成したインバータを一般
に多重インバータと言う。多重インバータは波形
改善や大容量化の目的で広く使用されている技術
である。第１図において添字１，２は夫々ユニツ
トインバータ１と２に対応し、１１〜１４はター
ンオフサイリスタ（以下GTOという）、１５〜１
８はダイオード、１９は出力変圧器である。

ＰとＮは図示しない直流電源の正極と負極に接
続されており、しや断器２１を介してユニツトイ
ンバータ１と２に直流電力が供給される。２２は
平滑コンデンサで、インバータ動作を円滑に行わ
せる為に通常挿入されている。出力変圧器１９の
２次巻線u₁，v₁及びu₂，v₂は図示のように直列に
接続され、しや断器２３を介して外部端子u₀とv₀
に与えられる。u₀とv₀には負荷又は、他のインバ
ータなどの交流電源が接続される。

１００Ｐと１００Ｎは、しや断器２１より図示
しない直流電源側の母線、１０１Ｐと１０１Ｎは
しや断器２１よりユニツトインバータ側の直流母
線を表す。

ユニツトインバータ１又は２では主スイツチン
グ素子に消弧機能又は転流回路機能付であること
を示す為模式的にGTOで表現しているが、実用
上の回路では特願昭51−49702号で示すようにリ
アクトルをGTO直列に入れたり、スナバ回路も
あわせて使われる。又、サイリスタと転流回路の
組合せやトランジスタを用いたものがある。この
ようなユニツトインバータ回路自身は極めてよく
知られていることでもあり、簡単な説明に留め
る。第１図でGTO１１₁と１４₁が共にオン状態
であれば出力変圧器１９₁の入力にはV₁に対しU₁
に＋Ｅの電圧が印加される。ここでＥは直流電圧
である。又GTO１２₁と１３₁がオン状態であれ
ばV₁に対しU₁に−Ｅの電圧が印加される。更に
GTO１１₁と１３₁又は１２₁と１４₁がオン状態に
あつては出力変圧器１９₁のU₁−V₁間の電圧は０
である。従つてGTO１１₁〜１４₁を適当な周波
数と順序でオン．オフを繰り返すことによつて出
力変圧器１９₁の出力には交流電圧が発生し、必
要であればその大きさも可変できる。ユニツトイ
ンバータ２についても同様である。

ところでこのように構成されたインバータにお
いて、何らかの事由によりユニツトインバータ１
のGTO１２₁と１４₁がオンしている状態で１２₁
がオフする前に１１₁がオンしてしまつたとする
と（この現象は通常のサイリスタでは転流失敗が
原因となることが多いので、以下転流失敗という
表現を用いる。）直流の１０１Ｐ，１０１Ｎ間を
GTO１１₁と１２₁が短絡したことになるので、
直流電源からは大きな短絡電流が流れようとす
る。従つてその保護の為にしや断器２１が設けら
れている。一方出力変圧器１９₁の１次側U₁，V₁
がGTO１２₁と１４₁及びダイオード１６₁と１８₁
で短絡したことになるので、交流出力端子u₀，v₀
に逆起電力を有する負荷例えば同期電動機や、他
のインバータが接続されている場合は、そこから
インバータ内部に過電流が流れ込む。

その過電流に対してはしや断器２３で保護を行
うが、交流端子u₀，v₀に接続される機器と故障ユ
ニツトインバータ自身の為に出来るだけ早くしや
断することが望ましいときには、従来はサイリス
タしや断器を用いていた。しかしこれはコストア
ツプになるので、これを解決するため例えば故障
発生時健全なユニツトインバータのGTO１１₂〜
１４₂の全てをオフにして、出力変圧器１９₂の二
次側を負荷からみて高インピーダンスにする公知
の発明がある。しかし注意深く見ると、第１図の
回路ではその目的が達せられないことに気付く。

即ちGTO１１₁，１４₁及び１２₁がオン状態で、
ユニツトインバータ２を含む残りのGTOが全て
オフ状態であつたとする。その場合出力変圧器１
９₁の１次側は前述の通り短絡状態と考えられる。
一方出力変圧器１９₂の１次側はU₂−１５₂−１１
_１−１２₁−１８₂−V₂又はU₂−１６₂−１２₁−１
１₁−１７₂−V₂の閉回路で、同様に短絡状態を示
す。従つて故障したユニツトインバータがある限
り健全側のユニツトインバータのGTO又は主ス
イツチング素子が全てオフ状態となつても、負荷
側からインバータ装置側を見たときのインピーダ
ンスは、決して高インピーダンスとはなり得ず、
もし負荷に逆起電力があれば短絡電流がインバー
タ内に流れ込むことは明かである。

(c) 発明の目的 本発明は多重インバータにおいて、ユニツトイ
ンバータの転流失敗などによる直流短絡が生じた
場合でも、負荷側からの過電流が故障ユニツトイ
ンバータに流れ込まないようにした多重インバー
タを提供することにある。

その為にユニツトインバータ毎に直流電源を開
路する回路又はこれと直列に高インピーダンスを
示す回路を設け、ユニツトインバータの故障時は
その入力を直流電源から開路もしくは高インピー
ダンス化し、更に他の健全なユニツトインバータ
のGTOあるいは他の主スイツチング素子をオフ
に転ずることにより故障したユニツトインバータ
の直流入力端子、及び健全なユニツトインバータ
の交流出力端子からそれぞれ内部をみたインピー
ダンスを高めることを特徴とする。

(d) 発明の構成 第２図は本発明の実施例を単線結線図で示した
ものである。図中１００は直流入力、１０１はし
や断器２１を経た後の直流母線、１１０は交流出
力を示す。１及び２は第１図のユニツトインバー
タ１と２に対応する。２２₁，２２₂は平滑コンデ
ンサ３１₁と３１₂はユニツトインバータ１と２を
夫々直流母線１０１に接続するしや断器である。
２３は交流出力側に設けたしや断器である。

(e) 発明の作用 運転中は各しや断器２１，２３、及びしや断回
路３１は閉でユニツトインバータ１と２は正常に
動作しており、交流出力１１０には逆起電力を有
する負荷や他のインバータなどが接続されてい
る。その状態でユニツトインバータ１で転流失敗
を生じ直流短絡が起きたものとすると、しや断回
路３１₁は図示しない故障検出器又は自蔵の過電
流しや断機構で自らを開路する。ユニツトインバ
ータ２はユニツトインバータ１の故障検出信号や
しや断回路３１₁の開信号、あるいは図示しない
交流側電流の過電流信号で、前述のようにGTO
１１₂〜１４₂の一斉オフ動作を行う。こうするこ
とによつてユニツトインバータ１のGTOが仮に
破損して、その内部の出力変圧器１９₁の１次側
は短絡状態となつていてもユニツトインバータ２
内の出力変圧器１９₂についてみれば１次側から
ユニツトインバータ２を見たインピーダンスは高
いため交流出力側に逆起電力があつてもインバー
タ内に過電流が流れこむ危険は少い。但し第２図
においては次の注意が必要である。

正常時各ユニツトインバータ内の出力変圧器１
９には定常の1/2の電圧がその２次側に発生して
いる筈であるが、故障時は健全側の出力変圧器に
交流出力側の逆起電力の全電圧が印加されるの
で、その電圧で飽和しないような変圧器を設ける
必要がある。従つて本発明は多重インバータを構
成するユニツトインバータ数が多い程、変圧器の
負担が減じ効果が高められる。

(f) 他の実施例 第３図は別のユニツトインバータの例を示した
ものである。ここでは６ケのGTO５１₁〜５６₁
及び６ケのダイオード５７₁〜６２₁で模式的に三
相インバータを示しているが、第２図と同様、サ
イリスタと転流回路やトランジスタ等からなる三
相インバータであつてもよい。GTO５１₁〜５６
_１は通常知られるように５１₁，５６₁，５３₁，５
２₁，５５₁，５４₁の順に60゜毎に夫々180゜の期間
オンすれば三相出力が得られる。又公知のパルス
幅変調手段を講ずれば三相出力電圧の制御が可能
である。このような三相のユニツトインバータを
複数組用いた公知の多重インバータ装置におい
て、一つのユニツトインバータが故障した場合に
は、その直流入力を開放すると共に、残りの健全
なインバータのGTO又は他の主スイツチング素
子の強制オフにより同様に交流側からの電流を抑
制できる。１０２P₁と１０２N₁は夫々しや断回
路３１を介して、前述の１０１Ｐと１０２Ｎに接
続されている。今GTO５１₁と５２₁が転流失敗
で短絡を起すと、リアクトル４２₁により短時間
は直流母線１０２P₁と１０２N₁間の短絡電流の
増加が抑制される。しや断回路３１として機械的
なしや断器を使う場合、しや断に数10ミリ秒要す
るので、リアクトルの使用は欠かせないものとな
る。

第４図は他の実施例で第２図との相異はしや断
器２１がなく、しや断回路３１が直流母線１００
に接続されているのみで、保護の考え方は第２図
と変らない。第４図は公知の第５図と類似してい
るが保護方式の点で異なる。第５図はユニツトイ
ンバータの交流出力が並列的に接続されており、
容量増加の一般的なやり方である。この図の回路
では一方のユニツトインバータが故障した場合
に、他方のユニツトインバータをオフしても、図
示しない逆起電力負荷なら故障ユニツトインバー
タへ流れ込む過電流を抑制することは出来ないこ
とは明らかである。

第６図はユニツトインバータの直流端子をしや
断回路３１を介して直列として直流母線に接続し
たものであるが、第２図と同様に保護動作をかけ
ることができる。図中３はリアクトルとコンデン
サからなるフイルタで、必要に応じて付加される
ものである。

以上の説明ではユニツトインバータは単相ブリ
ツジあるいは三相ブリツジインバータとして示さ
れているが、極めて容量の大きなインバータでは
ユニツトインバータ自身が多重化されている場合
があるが、それらも一つのユニツトインバータと
して取扱えることは自明である。

第７図は本発明の別の実施例を示したものであ
る。７１は直流・直流変換装置で通常（直流）チ
ヨツパと呼ばれる。第２図との相異は第２図のし
や断回路３１の代りに第７図ではチヨツパを用い
た点である。チヨツパの一例を第８図に示す。８
１はGTO、８３，８４はダイオード、８５はリ
アクトル、８６はコンデンサである。１０１と１
０２は前述のように直流母線である。GTO８１
を連続してオンすれば１０１Ｐと１０２Ｐは若干
の電圧降下を無視すれば同電位で、１０１側を直
流入力、１０２側を直流出力とすれば入力電圧と
出力電圧は等しい。

GTO８１をある周波数でオンオフすれば、そ
のオンとオフの割合に応じて出力電圧は入力電圧
より低い値に調整可能である。

第７図に戻り、ここでチヨツパ７１を使用した
のはユニツトインバータ１，２の入力電圧をチヨ
ツパ７１で制御することによつて、ユニツトイン
バータ１，２の交流出力を調整しようとしたもの
である。このようにするとユニツトインバータの
パルス幅変調で電圧調整する場合と比らべると、
交流出力に含まれる高調波成分の割合が一定とな
り、それだけ波形改善の手段が容易になるなどの
理由で使用される。このような回路で、万一ユニ
ツトインバータ１で故障が起きた場合はチヨツパ
７１内のGTO８１をオフにすれば、直流母線１
０１の短絡は防止できる。すなわちチヨツパ７１
はしや断回路３１の一種と見做すことができる。
この他、しや断回路３１としてはヒユーズを用い
てもよい。

(g) 総合的な効果 以上述べたように本発明によつて交流出力側に
逆起電力を有する負荷や、他のインバータなどの
電源が接続されている状態でユニツトインバータ
に故障が生じたときに、交流側から流れ込む過電
流を抑制することが出来、工業的価値が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の多重インバータの構成図、第２
図は本発明の一実施例を示す多重インバータの単
線結線図、第３図は本発明のユニツトインバータ
の一例を示す構成図、第４図は本発明の他の実施
例を示す多重インバータの単線結線図、第５図は
容量増加を図るために構成された従来のインバー
タの単線結線図、第６図，第７図は本発明のそれ
ぞれ異る更に他の実施例を示す多重インバータの
単線結線図、第８図は第７図のチヨツパ回路の具
体的な接続図である。 １，２……ユニツトインバータ、３……交流フ
イルタ、１１〜１４，５１〜５６，８１……
GTO、１５〜１８，５７〜６２，８３，８４…
…ダイオード、１９，６３……出力変圧器、２
１，２３……しや断器、２２……平滑コンデン
サ、３１……しや断回路、４２，８５……リアク
トル、８６……コンデンサ、１００，１０１，１
０２……直流母線、１１０……交流出力。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ユニツトインバータを少く共二つ以上有し、
   それらの交流出力を直列接続して所望の電圧と波
   形を得るようにした多重インバータにおいて、該
   ユニツトインバータの直流入力側に、該ユニツト
   インバータの故障に応動してしや断されるしや断
   回路、もしくはしや断回路とリアクトルの直列回
   路を設けると共に、故障に応動して、他の健全な
   ユニツトインバータの主スイツチング素子をオフ
   に転ずる機能を備えたことを特徴とする多重イン
   バータ。