JP3108444B2 - Gtoインバータ装置 - Google Patents
Gtoインバータ装置Info
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- JP3108444B2 JP3108444B2 JP03034895A JP3489591A JP3108444B2 JP 3108444 B2 JP3108444 B2 JP 3108444B2 JP 03034895 A JP03034895 A JP 03034895A JP 3489591 A JP3489591 A JP 3489591A JP 3108444 B2 JP3108444 B2 JP 3108444B2
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Description
【発明の詳細な説明】 [発明の目的]
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は入力側に直流電源を持
つ電力変換装置の信頼性向上に関するものであり、特に
主スイッチング素子にGTO(ゲ―トタ―ンオフサイリ
スタ)を使用した電圧形インバ―タでPWM制御を実施
する際に、転流が重なることによってGTOの誤動作を
招かないよう経済的に信頼性を向上させることがでる技
術に関したものである。
つ電力変換装置の信頼性向上に関するものであり、特に
主スイッチング素子にGTO(ゲ―トタ―ンオフサイリ
スタ)を使用した電圧形インバ―タでPWM制御を実施
する際に、転流が重なることによってGTOの誤動作を
招かないよう経済的に信頼性を向上させることがでる技
術に関したものである。
【0002】
【従来の技術】従来の実施例を図6(a)に示す。同図
において、直流電源10にdi/dt抑制用リアクトル11
を介してインバ―タ回路12が接続され、インバ―タ回路
12の出力は交流負荷13に接続されている。交流負荷13の
特性はこの発明によって重要な要素にはならず、電動機
であってもリアクトルのような静止負荷であっても良
い。インバ―タ回路12は主スイッチング素子としてGT
O31,32,41,42,51,52を採用し、電圧形インバ―タ
として動作させるために、各GTO31,32,41,42,5
1,52に対しては逆並列にダイオ―ド33,34,43,44,5
3,54が接続されて、3相インバ―タを構成している。
各GTOに導通・非導通信号を与える一例としては、以
下の構成となっている。電流基準回路61から電流基準信
号I* が電流基準発生回路62に与えられ、電流基準発生
回路62の出力としてインバ―タ回路12のU相、W相電流
基準信号に相当するiU * 及びiW * を得る。この信号
はU相、W相に設けられた電流検出回路63,64を介して
得られる電流検出信号iU ,iWと比較回路65,66で比
較され電圧基準信号vU * ,vW * を発生する。通常の
制御ではPWMインバ―タ発生回路67に与えられる信号
は3相となるので、加算回路68によりvV * =−vU *
−vW * の演算を行なってV相電圧基準信号vV * も得
る。PWMパタ―ン発生回路では図6(b)で示すよう
にそれぞれの電圧基準信号vU * ,vV * ,vW * が三
角波信号△* で変調されて、GTO31,32,41,42,5
1,52に与える導通・非導通信号G31,G32,G41,G
42,G51,G52を発生している。
において、直流電源10にdi/dt抑制用リアクトル11
を介してインバ―タ回路12が接続され、インバ―タ回路
12の出力は交流負荷13に接続されている。交流負荷13の
特性はこの発明によって重要な要素にはならず、電動機
であってもリアクトルのような静止負荷であっても良
い。インバ―タ回路12は主スイッチング素子としてGT
O31,32,41,42,51,52を採用し、電圧形インバ―タ
として動作させるために、各GTO31,32,41,42,5
1,52に対しては逆並列にダイオ―ド33,34,43,44,5
3,54が接続されて、3相インバ―タを構成している。
各GTOに導通・非導通信号を与える一例としては、以
下の構成となっている。電流基準回路61から電流基準信
号I* が電流基準発生回路62に与えられ、電流基準発生
回路62の出力としてインバ―タ回路12のU相、W相電流
基準信号に相当するiU * 及びiW * を得る。この信号
はU相、W相に設けられた電流検出回路63,64を介して
得られる電流検出信号iU ,iWと比較回路65,66で比
較され電圧基準信号vU * ,vW * を発生する。通常の
制御ではPWMインバ―タ発生回路67に与えられる信号
は3相となるので、加算回路68によりvV * =−vU *
−vW * の演算を行なってV相電圧基準信号vV * も得
る。PWMパタ―ン発生回路では図6(b)で示すよう
にそれぞれの電圧基準信号vU * ,vV * ,vW * が三
角波信号△* で変調されて、GTO31,32,41,42,5
1,52に与える導通・非導通信号G31,G32,G41,G
42,G51,G52を発生している。
【0003】PWMパタ―ン発生回路67では電圧基準を
三角波で変調する制御アルゴリズムを説明したが、別の
制御アルゴリズムでPWMパタ―ン信号が発生されるも
のであってもよい。
三角波で変調する制御アルゴリズムを説明したが、別の
制御アルゴリズムでPWMパタ―ン信号が発生されるも
のであってもよい。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ここで、主スイッチン
グ素子としてのGTOには種々の特性を持つものがあ
る。最近は、スイッチングロスを少なくするGTOとし
てアノ―ドショ―ト型と呼ばれる構造が採用される傾向
にあるが、この素子の特性としては逆耐圧がほとんど期
待できないことがある。本来逆並列ダイオ―ドが接続さ
れている為、GTOに大きな逆電圧が印加されることは
ないのであるが、配線のインダクタンス等によって大き
な逆電圧が印加される場合、GTOのゲ―ト付近にキャ
リアが注入され、GTOの誤点弧の原因となることがあ
る。
グ素子としてのGTOには種々の特性を持つものがあ
る。最近は、スイッチングロスを少なくするGTOとし
てアノ―ドショ―ト型と呼ばれる構造が採用される傾向
にあるが、この素子の特性としては逆耐圧がほとんど期
待できないことがある。本来逆並列ダイオ―ドが接続さ
れている為、GTOに大きな逆電圧が印加されることは
ないのであるが、配線のインダクタンス等によって大き
な逆電圧が印加される場合、GTOのゲ―ト付近にキャ
リアが注入され、GTOの誤点弧の原因となることがあ
る。
【0005】たとえば図6(b)G4 ,G3 のタイミン
グでV相とU相のGTOの転流が行なわれた場合を考え
る。この場合転流タイミングG4 で図6(a)に実線で
示したように逆並列ダイオ―ド43を通して進み電流iv
が流れていたとする。ここでGTO42が点弧されるた
め、直流電源10→di/dt抑制用リアクトル11→逆並
列ダイオ―ド43→GTO42→直流電源10の経路でダイオ
―ド43がリカバリ―する間短絡電流が流れることになる
(このように転流指令により直ちに点弧するときの負荷
電流iv を進み電流と称している。)。従って、この期
間中はインバ―タ回路12の直流正負間電圧はほぼ0とな
る。この期間中に、次の転流タイミングG3 でU相に転
流が発生すると、特定することができないインバ―タ周
辺回路或いはスナバ―回路の間で高周波電流が流れ、そ
の一部が直流正負間電圧がほぼ0であるが故に、W相に
も逆電流として分流する。この時、W相の電流iW が一
点鎖線のように逆並列ダイオ―ド53を通して流れ、GT
O51が導通の状態であるとすると、上記逆電流はダイオ
―ド54を通して流れ、この時に発生した逆電圧で、GT
O52が誤点弧することが考えられる。そうするとインバ
―タ回路12がGTO51と52で短絡されることになるの
で、過電流が流れ、運転が継続できなくなるという問題
点があった。
グでV相とU相のGTOの転流が行なわれた場合を考え
る。この場合転流タイミングG4 で図6(a)に実線で
示したように逆並列ダイオ―ド43を通して進み電流iv
が流れていたとする。ここでGTO42が点弧されるた
め、直流電源10→di/dt抑制用リアクトル11→逆並
列ダイオ―ド43→GTO42→直流電源10の経路でダイオ
―ド43がリカバリ―する間短絡電流が流れることになる
(このように転流指令により直ちに点弧するときの負荷
電流iv を進み電流と称している。)。従って、この期
間中はインバ―タ回路12の直流正負間電圧はほぼ0とな
る。この期間中に、次の転流タイミングG3 でU相に転
流が発生すると、特定することができないインバ―タ周
辺回路或いはスナバ―回路の間で高周波電流が流れ、そ
の一部が直流正負間電圧がほぼ0であるが故に、W相に
も逆電流として分流する。この時、W相の電流iW が一
点鎖線のように逆並列ダイオ―ド53を通して流れ、GT
O51が導通の状態であるとすると、上記逆電流はダイオ
―ド54を通して流れ、この時に発生した逆電圧で、GT
O52が誤点弧することが考えられる。そうするとインバ
―タ回路12がGTO51と52で短絡されることになるの
で、過電流が流れ、運転が継続できなくなるという問題
点があった。
【0006】この発明は以上の問題点に対してなされた
ものであり、GTOに誤点弧を誘発するような逆電流を
流さない、信頼性の高いGTOインバ―タ装置を提供し
ようとするものである。 [発明の構成]
ものであり、GTOに誤点弧を誘発するような逆電流を
流さない、信頼性の高いGTOインバ―タ装置を提供し
ようとするものである。 [発明の構成]
【0007】
【課題を解決するための手段】上記発明の目的は、リア
クトルを介して直流電源に接続された交流負荷を備えた
装置において、インバータ回路を構成する主スイッチン
グ素子に与える導通・非導通信号を発生するPWM発生
回路と、PWM発生回路と前記主スイッチング素子の間
に、任意の相で転流が発生した時に次の相の転流を所定
期間だけ禁止する重複転流防止手段を設けた構成とする
ことによって達成される。
クトルを介して直流電源に接続された交流負荷を備えた
装置において、インバータ回路を構成する主スイッチン
グ素子に与える導通・非導通信号を発生するPWM発生
回路と、PWM発生回路と前記主スイッチング素子の間
に、任意の相で転流が発生した時に次の相の転流を所定
期間だけ禁止する重複転流防止手段を設けた構成とする
ことによって達成される。
【0008】
【作用】上記構成によれば、転流指令が短時間に連続、
あるいは重複して発生しても重複転流防止手段により所
定期間内で重ならないようにすることができ、この所定
期間が直前に転流した主スイッチング素子によりインバ
―タ回路の直流正負間電圧が0となる期間以上であれ
ば、次の転流によって引きおこされた高周波電流が容易
に他相に分流することはなくなる。従って、所定期間だ
け転流指令を遅らせることによってインバ―タ回路が短
絡されるようなGTOに誤点弧を誘発することがなくな
り、信頼性の高いGTOインバ―タ装置が得られる。
あるいは重複して発生しても重複転流防止手段により所
定期間内で重ならないようにすることができ、この所定
期間が直前に転流した主スイッチング素子によりインバ
―タ回路の直流正負間電圧が0となる期間以上であれ
ば、次の転流によって引きおこされた高周波電流が容易
に他相に分流することはなくなる。従って、所定期間だ
け転流指令を遅らせることによってインバ―タ回路が短
絡されるようなGTOに誤点弧を誘発することがなくな
り、信頼性の高いGTOインバ―タ装置が得られる。
【0009】
【実施例】図1に第1の実施例を示す。同図の構成にお
いて従来と異なる所は、PWMパタ―ン発生回路67の出
力信号G31,G32,G41,G42,G51,G52を受けて各
GTO31,32,41,42,51,52に与える導通・非導通信
号G31′,G32′,G41′,G42′,G51′,G52′を
発生するための転流禁止時間設定回路 101と、この転流
禁止時間設定回路 101に一定の転流禁止時間を指示する
信号tF * を発生する転流禁止時間基準回路 102を設け
た点である。転流禁止時間設定回路 101は図2に示すよ
うに、導通・非導通信号G31,G32,G41,G42,
G51,G52の立下がり(GTOのオフタイミング)でワ
ンショットパルスを発生するパルス発生回路 111, 11
2, 113, 114, 115, 116、このパルス発生回路の出
力をU相,V相,W相の信号としてまとめるOR回路 1
21, 122, 123、このOR回路の出力と、転流禁止時間
基準回路 102からの信号tF * を受けて所定幅の転流禁
止時間を発生するMM回路 131, 132, 133、このMM
回路の出力から他相の信号をまとめて、その期間は転流
を禁止する信号を作るNOR回路 141, 142, 143、そ
してNOR回路の出力信号に基ずいて、所定期間転流タ
イミングを保持し、最終的な導通・非導通信号G31′,
G32′,G41′,G42′,G51′,G52′を発生する保
持回路 151, 152, 153, 154, 155, 156から成る。
いて従来と異なる所は、PWMパタ―ン発生回路67の出
力信号G31,G32,G41,G42,G51,G52を受けて各
GTO31,32,41,42,51,52に与える導通・非導通信
号G31′,G32′,G41′,G42′,G51′,G52′を
発生するための転流禁止時間設定回路 101と、この転流
禁止時間設定回路 101に一定の転流禁止時間を指示する
信号tF * を発生する転流禁止時間基準回路 102を設け
た点である。転流禁止時間設定回路 101は図2に示すよ
うに、導通・非導通信号G31,G32,G41,G42,
G51,G52の立下がり(GTOのオフタイミング)でワ
ンショットパルスを発生するパルス発生回路 111, 11
2, 113, 114, 115, 116、このパルス発生回路の出
力をU相,V相,W相の信号としてまとめるOR回路 1
21, 122, 123、このOR回路の出力と、転流禁止時間
基準回路 102からの信号tF * を受けて所定幅の転流禁
止時間を発生するMM回路 131, 132, 133、このMM
回路の出力から他相の信号をまとめて、その期間は転流
を禁止する信号を作るNOR回路 141, 142, 143、そ
してNOR回路の出力信号に基ずいて、所定期間転流タ
イミングを保持し、最終的な導通・非導通信号G31′,
G32′,G41′,G42′,G51′,G52′を発生する保
持回路 151, 152, 153, 154, 155, 156から成る。
【0010】上記第1の実施例によれば、たとえばV相
の導通・非導通信号G41,G42のいずれもで転流が発生
すると、転流禁止時間基準回路からの信号tF * に従っ
て所定の時間、他相(U相或いはW相)の導通・非導通
信号G31,G32,G51,G52のいずれかが転流のために
変化しようとしても、保持回路 151, 152, 155, 156
によって保持され、転流信号がGTOに伝わらなくな
る。この所定時間を上述の逆並列ダイオ―ドのリカバリ
―時間以上に設定すれば、インバ―タ回路の直流正負間
電圧がほぼ0の期間で転流が続けて起こらなくなるの
で、誤点弧を防ぐことができ、信頼性の高いGTOイン
バ―タ装置が得られる。
の導通・非導通信号G41,G42のいずれもで転流が発生
すると、転流禁止時間基準回路からの信号tF * に従っ
て所定の時間、他相(U相或いはW相)の導通・非導通
信号G31,G32,G51,G52のいずれかが転流のために
変化しようとしても、保持回路 151, 152, 155, 156
によって保持され、転流信号がGTOに伝わらなくな
る。この所定時間を上述の逆並列ダイオ―ドのリカバリ
―時間以上に設定すれば、インバ―タ回路の直流正負間
電圧がほぼ0の期間で転流が続けて起こらなくなるの
で、誤点弧を防ぐことができ、信頼性の高いGTOイン
バ―タ装置が得られる。
【0011】この第1の実施例では、所定の転流禁止時
間は、ダイオ―ドの最大リカバリ―時間を考慮して設定
され、通常この時間は数μs〜数10μsと短い。従っ
て、本来の制御にあまり大きな外乱を与えない。
間は、ダイオ―ドの最大リカバリ―時間を考慮して設定
され、通常この時間は数μs〜数10μsと短い。従っ
て、本来の制御にあまり大きな外乱を与えない。
【0012】図3に第2の実施例を示す。この実施例が
第1の実施例と異なる所は、一定の信号tF * を発生す
る転流禁止時間基準回路 102と転流禁止時間設定回路 1
01の間に、各相の検出電流に応じて転流禁止時間を可変
できるよう掛算回路 103, 104, 105を設けて、可変信
号tFU * ,tFV * ,tFW * を発生することと、そのため
にU相,W相の電流からV相の電流を演算する加算回路
106を設けた点である。
第1の実施例と異なる所は、一定の信号tF * を発生す
る転流禁止時間基準回路 102と転流禁止時間設定回路 1
01の間に、各相の検出電流に応じて転流禁止時間を可変
できるよう掛算回路 103, 104, 105を設けて、可変信
号tFU * ,tFV * ,tFW * を発生することと、そのため
にU相,W相の電流からV相の電流を演算する加算回路
106を設けた点である。
【0013】この第2の実施例では転流時の電流検出値
と一定の転流禁止時間信号tF * の掛算によって、転流
電流に応じた転流禁止時間信号tFU * ,tFV * ,tFW *
を得ることができる。
と一定の転流禁止時間信号tF * の掛算によって、転流
電流に応じた転流禁止時間信号tFU * ,tFV * ,tFW *
を得ることができる。
【0014】通常逆並列ダイオ―ドのリカバリ―時間は
転流直前の通電々流に依存する特性がある。この第2の
実施例によれば、転流禁止時間を、転流電流に応じて短
かくすることができるので、第1の実施例よりも外乱を
少なくすることができる。
転流直前の通電々流に依存する特性がある。この第2の
実施例によれば、転流禁止時間を、転流電流に応じて短
かくすることができるので、第1の実施例よりも外乱を
少なくすることができる。
【0015】図4に第3の実施例を示す。この実施例が
従来と異なる所は、インバ―タ回路12の直流正負間電圧
を検出する電圧検出回路 201、電圧検出回路 201の出力
を受けて、直流正負間電圧が所定値以下であることを検
出する低電圧検出回路 202、低電圧検出回路 202の出力
信号を受けて、電圧が低い時は電流禁止期間とみなして
導通・非導通信号を変化させない転流禁止設定回路 203
を設けた点である。転流禁止設定回路203の内部詳細回
路を図5に示す。電圧低下検出信号SUPを転流禁止期
間とみなすためのN回路 211、N回路の出力を受けて転
流タイミングを保持し、最終的な導通・非導通信号
G31″,G32″,G41″,G42″,G51″,G52″を発
生する保持回路 221, 222, 223, 224, 225, 226よ
り成る。
従来と異なる所は、インバ―タ回路12の直流正負間電圧
を検出する電圧検出回路 201、電圧検出回路 201の出力
を受けて、直流正負間電圧が所定値以下であることを検
出する低電圧検出回路 202、低電圧検出回路 202の出力
信号を受けて、電圧が低い時は電流禁止期間とみなして
導通・非導通信号を変化させない転流禁止設定回路 203
を設けた点である。転流禁止設定回路203の内部詳細回
路を図5に示す。電圧低下検出信号SUPを転流禁止期
間とみなすためのN回路 211、N回路の出力を受けて転
流タイミングを保持し、最終的な導通・非導通信号
G31″,G32″,G41″,G42″,G51″,G52″を発
生する保持回路 221, 222, 223, 224, 225, 226よ
り成る。
【0016】この第3の実施例は、インバ―タ回路の直
流正負間電圧を監視し、その電圧が所定値以下になった
時は、ダイオ―ドがリカバリ―過程にあるとみなして転
流を禁止するようにしたことである。
流正負間電圧を監視し、その電圧が所定値以下になった
時は、ダイオ―ドがリカバリ―過程にあるとみなして転
流を禁止するようにしたことである。
【0017】この実施例によれば、第2の実施例よりも
更に短かくしかも直接的に転流禁止期間を設定すること
ができるので、更に外乱を少なくすることができる。短
絡状態の検出が直接的である分信頼性が向上する。
更に短かくしかも直接的に転流禁止期間を設定すること
ができるので、更に外乱を少なくすることができる。短
絡状態の検出が直接的である分信頼性が向上する。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、次の利点を持つGTOインバ―タ装置を提供するこ
とができる。 (1)いかなる制御アルゴリズムで発生するPWMパタ
―ン信号であっても転流が他相と重なることがない。 (2)転流が他相と重なることがないので、GTOの誤
点弧を誘発することがなく、信頼性が高い。 (3)主回路を変更することなく、制御回路で対応でき
るので、経済的である。 (4)転流禁止時間の設定を種々の方法により実現で
き、最も本来のPWM制御に対し外乱の少ない制御方法
も採用することができる。
ば、次の利点を持つGTOインバ―タ装置を提供するこ
とができる。 (1)いかなる制御アルゴリズムで発生するPWMパタ
―ン信号であっても転流が他相と重なることがない。 (2)転流が他相と重なることがないので、GTOの誤
点弧を誘発することがなく、信頼性が高い。 (3)主回路を変更することなく、制御回路で対応でき
るので、経済的である。 (4)転流禁止時間の設定を種々の方法により実現で
き、最も本来のPWM制御に対し外乱の少ない制御方法
も採用することができる。
【図1】本発明の第1の実施例図。
【図2】第1の実施例の転流禁止時間設定回路 101の詳
細図。
細図。
【図3】本発明の第2の実施例図。
【図4】本発明の第3の実施例図。
【図5】第3の実施例の転流禁止設定回路 203の詳細
図。
図。
【図6】従来の実施例図。
10…直流電源 11…di/dt抑制用リ
アクトル 12…インバ―タ回路 13…交流負荷 61…電流基準回路 62…電流基準発生回路 63…PWMパタ―ン発生回路 101 …転流禁止時間設定
回路 102 …転流禁止時間基準回路 201 …電圧検出回路 202 …低電圧検出回路 203 …転流禁止設定回路
アクトル 12…インバ―タ回路 13…交流負荷 61…電流基準回路 62…電流基準発生回路 63…PWMパタ―ン発生回路 101 …転流禁止時間設定
回路 102 …転流禁止時間基準回路 201 …電圧検出回路 202 …低電圧検出回路 203 …転流禁止設定回路
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−170281(JP,A) 特開 昭58−9576(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 7/515 H02M 7/48
Claims (3)
- 【請求項1】 リアクトルを介して直流電源に接続され
たインバータ回路と、前記インバータ回路の出力側に接
続された交流負荷を備えた装置において、前記インバー
タ回路を構成する主スイッチング素子に与える導通・非
導通信号を発生するPWMパターン発生回路と、前記P
WMパターン発生回路と前記主スイッチング素子の間に
任意の相で転流が発生した時に次の相の転流を所定期間
だけ禁止する重複転流防止手段を設けたことを特徴とす
るGTOインバータ装置。 - 【請求項2】 リアクトルを介して直流電源に接続され
たインバータ回路と、前記インバータ回路の出力側に接
続された交流負荷を備えた装置において、前記インバー
タ回路を構成する主スイッチング素子に与える導通・非
導通信号を発生するPWMパターン発生回路と、前記P
WMパターン発生回路と前記主スイッチング素子の間に
任意の相で転流が発生した時に次の相の転流を転流電流
に応じて所定期間だけ禁止する重複転流防止手段を設け
たことを特徴とするGTOインバータ装置。 - 【請求項3】 リアクトルを介して直流電源に接続され
たインバータ回路と、前記インバータ回路の出力側に接
続された交流負荷を備えた装置において、前記インバー
タ回路を構成する主スイッチング素子に与える導通・非
導通信号を発生するPWMパターン発生回路と、前記P
WMパターン発生回路と前記主スイッチング素子の間に
任意の相で転流が発生した時に次の相の転流を前記イン
バータ回路の入力直流電圧がある所定の電圧以下の期間
だけ禁止する重複転流防止手段を設けたことを特徴とす
るGTOインバータ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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