JP4162297B2 - 電圧コンバータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パワーエレクトロニクスの分野に関する。本発明は、電圧中間回路及びこの電圧中間回路に随伴するインバータ（１０）とを有し、上記インバータがその出力に３相交流電圧を発生し、上記インバータの出力がフィルタ配列を介して上記電圧コンバータの出力端子に接続され、上記フィルタ配列が各々上記出力端子と直列に接続されているフィルタインダクタ、及び上記出力端子と共通コンデンサスター点との間に接続されているフィルタコンデンサを有する電圧コンバータに関する。
このような電圧コンバータは、例えば印刷公報 EP-A1-682 401に開示されている（図１）。
【０００２】
【従来の技術】
電圧中間回路（電圧コンバータ）を有するコンバータからの出力電圧をほぼ無損失で濾波するために、現在では、フィルタインダクタ及びフィルタコンデンサからなるフィルタ（ＬＣフィルタ）を使用している。考え得る実施例の一つは、前記公報に開示され、図１に示したように、スター形状に接続されたフィルタコンデンサを有するものである。図１に示す電圧コンバータ３９は、２つの端子１２及び１３を有する電圧中間回路１１を備え、これらの端子の間には中間回路コンデンサ１４、１６が配列されている。これらのコンデンサは、センタータップ１５を有しているか、または単一のコンデンサであることができる。電圧中間回路１１には電力半導体を含むインバータ１０が接続されている。インバータ１０は生成した多相交流電圧をフィルタを介して対応する出力端子２０、２１、及び２２に出力する。フィルタは、フィルタインダクタ１７、１８、及び１９、及びフィルタコンデンサ２３、２４、及び２５で形成されている。各フィルタインダクタ１７−１９は、出力端子２０−２２と直列に接続されている。フィルタコンデンサ２３−２５は、出力端子２０−２２と、共通コンデンサスター点２６との間に接続されている。
【０００３】
図２に示す別の公知のフィルタ回路では、フィルタコンデンサ２７、２８、２９はデルタ接続されている。即ち、各フィルタコンデンサはそれぞれ、出力端子２０−２２の２つの間に接続されている。
図３に示す（そして、前記公報に開示されているような）更に別のフィルタ回路では、３つのフィルタコンデンサ３０−３２及び３３−３５は、一緒になって出力端子２０−２２から電圧中間回路１１の端子１２及び１３へのフィードバックを構成している。
図１及び２に示す回路は、純粋に３相電圧系だけを濾波する。一方直流系は濾波されない。もし負荷のスター点、または図１のコンデンサのスター点２６が接地されていなければ、直流系内の急激な電圧変化は負荷への接続端子２０−２２へ通過する。しかしながら、これらの措置は一般的な手法で使用することはできない。
【０００４】
図３に示す回路は、これらの欠点を有してはいない。この回路自体の欠点はシステムに関連する性質のものであり、フィルタの使用状態が、付加的な措置を講ずることなく自由振動が連続的に励振されるような場合に関係する。これらの自由振動は、インバータ１０のスイッチングシーケンスを制御するコントローラを使用する場合だけ無損失で減衰させることができる。現在では、インバータ１０のスイッチングシーケンスは、負荷状態を、インバータ内のパワースイッチのためのスイッチング命令を確立する基準として使用する制御コンピュータによって決定されるのが普通である。通常、制御コンピュータは出力の対称性を考慮して２座標だけを演算する。これにより、３つの相のスイッチング状態を決定することができる。図３に示す回路のフィルタの観点からすれば、３つの相は減結合されている。従って、独立的に動作する３つの制御ループを用いて何等かの共振制御を遂行しなければならない。これは、負荷回路内に共振補正を統合することが最早簡単な問題ではないことを意味している。しかしながら、制御の両部分は同一の操作量へのアクセスを有しているので、それらを減結合で動作させてはならない。全ての場合に、この矛盾を解消するために、かなりな量の付加的な努力が必要である。図３に示す回路の別の欠点は、中間回路コンデンサ及びインバータの大きい付加的な電流負荷であり、この電流負荷はフィルタコンデンサが、直流電圧系によって、特にインバータ半導体スイッチの低スイッチング周波数において、電荷反転を受けるためにもたらされるのである。もし図１に示す回路のコンデンサスター点２６を端子１２、１３の一方、またはセンタータップ１５に直接接続すれば、同じ欠陥が発生する。
【０００５】
【発明の概要】
従って、本発明の一目的は、発明の属する技術分野において説明した型の電圧コンバータを、大量の付加的努力を必要とせずに、直流系も効果的に濾波するように変更することである。
この目的は、発明の属する技術分野において説明した型の電圧コンバータにおいて、コンデンサスター点を、コンデンサ及び抵抗を有するＲＣ要素を介して電圧中間回路に接続することによって達成される。ＲＣ要素のコンデンサは、ＲＣ要素の抵抗を通る安定状態電流を排除する。ＲＣ要素の抵抗は制動抵抗として役立ち、振動を減衰させる。
本発明による回路の好ましい実施例は、ＲＣ要素のコンデンサのキャパシタンスがフィルタコンデンサのキャパシタンスよりも遙かに小さいことを特徴としている。これは、フィルタインダクタ及びフィルタコンデンサを有する主フィルタの共振制御が影響を受けないことを意味している。しかしながら、直流系の急激な電圧変化の勾配は効果的に減衰させられる。適切な設計を行えば高周波数共振が効果的に減衰されるのと同時に、受入れ難い程高い損失は発生しない。
【０００６】
本発明の完全な理解と、その関連する多くの長所は、以下の添付図面に基づく詳細な説明から明白になるであろう。
【０００７】
【実施例】
添付図面においては、同一の、または対応する部品には同一の参照番号を付してある。図１は、従来の技術による回路を示している。この回路を基にして、本発明によれば、コンデンサスター点２６は、コンデンサ及び抵抗からなるＲＣ要素を介して電圧中間回路１１に接続（ループバック）される。これは直流成分の急激な変化を完全に排除はしないが、それらを許容される割合（例えば、500 Ｖ／μｓ）に制限する。
図４乃至６に示す実施例によれば、この接続はいろいろな点において行うことができる。図４においては、コンデンサスター点２６は、コンデンサ３６及び抵抗３７からなるＲＣ要素３８を介して電圧中間回路１１の端子（正端子）１２にループバックされている。図６においては、コンデンサスター点２６は、コンデンサ３６及び抵抗３７からなるＲＣ要素３８を介して電圧中間回路１１の端子（負端子）１３にループバックされている。図５においては、中間回路コンデンサ１４、１６のセンタータップ１５（もし設けられていれば）が、ＲＣ要素３８のための接続点として使用されている。
【０００８】
本発明によるフィルタ回路を有し、上述した３点に接続できるように配列され、そして 500Ｈｚのスイッチング周波数で動作する１ＭＶＡ／４ｋＶコンバータをシミュレートした。キャパシタンスが 82.9 ｎＦのコンデンサ３６と、抵抗値が 603Ωの抵抗３７とを使用した場合、このコンバータの損失は 341Ｗで、直流系の勾配ｄＶ／ｄｔは 495Ｖ／μｓであった。
明らかに、以上の説明から本発明に多くの変更及び変形が可能である。従って、特許請求の範囲内で本発明は以上に説明した以外に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の技術による電圧コンバータのフィルタ回路を示す図である。
【図２】従来の技術による電圧コンバータの別のフィルタ回路を示す図である。
【図３】従来の技術による電圧コンバータの更に別のフィルタ回路を示す図である。
【図４】スター点がＲＣ要素を介して電圧中間回路の正端子に接続されている本発明によるフィルタ回路を示す図である。
【図５】スター点がＲＣ要素を介して電圧中間回路のセンタータップに接続されている本発明によるフィルタ回路を示す図である。
【図６】スター点がＲＣ要素を介して電圧中間回路の負端子に接続されている本発明によるフィルタ回路を示す図である。
【符号の説明】
１０ インバータ
１１ 電圧中間回路
１２、１３ 端子（中間回路）
１４、１６ 中間回路コンデンサ
１５ センタータップ（中間回路コンデンサ）
１７、１８、１９ フィルタインダクタ
２０、２１、２２ 出力端子
２３、２４、２５ フィルタコンデンサ
２６ コンデンサスター点
２７、２８、２９ フィルタコンデンサ
３０−３５ フィルタコンデンサ
３６ コンデンサ（ＲＣ要素）
３７ 抵抗（ＲＣ要素）
３８ ＲＣ要素
３９ 電圧コンバータ

Claims (5)

1. 電圧中間回路（１１）と、該電圧中間回路（１１）に随伴するインバータ（１０）とを有する電圧コンバータ（３９）において、前記インバータ（１０）は、その出力に３相交流電圧を発生し、且つ、フィルタ配列（１７、・・、１９；２３、・・、２５）を介して前記電圧コンバータ（３９）の出力端子（２０、・・、２２）に接続され、前記フィルタ配列は、各々前記出力端子（２０、・・、２２）と直列に接続されているフィルタインダクタ（１７、・・、１９）、及び前記出力端子（２０、・・、２２）と共通のコンデンサスター点（２６）との間に接続されているフィルタコンデンサ（２３、・・、２５）を有し、
   前記コンデンサスター点（２６）は、コンデンサと直列に接続された抵抗を有するＲＣ要素（３８）を介して前記電圧中間回路（１１）に接続されていることを特徴とする電圧コンバータ。
2. 前記コンデンサ（３６）のキャパシタンスは、前記フィルタコンデンサ（２３、・・、２５）のキャパシタンスよりも遙かに小さいことを特徴とする請求項１に記載の電圧コンバータ。
3. 前記コンデンサスター点（２６）は、前記ＲＣ要素（３８）を介して前記電圧中間回路（１１）の正端子（１２）に接続されていることを特徴とする請求項１及び２の一方に記載の電圧コンバータ。
4. 前記コンデンサスター点（２６）は、前記ＲＣ要素（３８）を介して前記電圧中間回路（１１）の負端子（１２）に接続されていることを特徴とする請求項１及び２の一方に記載の電圧コンバータ。
5. 前記電圧中間回路（１１）は、センタータップ（１５）を有する中間回路コンデンサ（１４、１６）を有し、前記コンデンサスター点（２６）は、前記ＲＣ要素（３６、３７、３８）を介して前記中間回路コンデンサ（１４、１６）の前記センタータップ（１５）に接続されていることを特徴とする請求項１及び２の一方に記載の電圧コンバータ。

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