JPH074067B2 - 電流形ｇｔｏインバ−タの無効電力処理回路 - Google Patents
電流形ｇｔｏインバ−タの無効電力処理回路Info
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- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
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- Power Engineering (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は電流形GTOインバータの無効電力処理回路に関
する。
する。
B.発明の概要 本発明は、負荷側の無効電流をフライホイール回路で整
流してコンデンサの電圧でサージ電圧を吸収するのに、
このコンデンサの過充電電荷を直流側に回生する無効電
力処理回路において、 コンデンサと直流側との間に順方向に接続した一対のGT
Oサイリスタによる放電を行わせることにより、 回路素子数を少なくインバータの高周波運転及び加減速
運転での無効電力処理ができるようにしたものである。
流してコンデンサの電圧でサージ電圧を吸収するのに、
このコンデンサの過充電電荷を直流側に回生する無効電
力処理回路において、 コンデンサと直流側との間に順方向に接続した一対のGT
Oサイリスタによる放電を行わせることにより、 回路素子数を少なくインバータの高周波運転及び加減速
運転での無効電力処理ができるようにしたものである。
C.従来の技術 GTO（ゲートターンオフ）サイリスタをインバータ主回
路スイツチ素子とした電流形GTOインバータは、GTOサイ
リスタが自己消弧能力を有することから転流回路が不要
となるが、誘導電動機などリアクタンス成分を持つ負荷
の駆動には負荷のリアクタンス分による転流サージ電圧
でGTOサイリスタを破損する虞れがある。
路スイツチ素子とした電流形GTOインバータは、GTOサイ
リスタが自己消弧能力を有することから転流回路が不要
となるが、誘導電動機などリアクタンス成分を持つ負荷
の駆動には負荷のリアクタンス分による転流サージ電圧
でGTOサイリスタを破損する虞れがある。
このような転流サージ電圧を吸収処理するものとして、
第３図に示す処理回路を本願出願人は既に提案している
（特開昭59−165970号公報）。同図において、サイリス
タのゲート位相制御による順変換器１の直流出力は直流
リアクトル2A,2Bを通して平滑直流電流idにされ、この
直流電流がインバータ本体３によつて交流電流に変換さ
れて負荷となる誘導電動機４に供給される。インバータ
本体３は主回路スイツチ素子としてGTOサイリスタG1〜G
6がブリツジ構成され、各サイリスタは誘通期間が電気
角120度幅としてG1，G6，G3，G2，G5，G4の導通順序で6
0度毎に点弧され、交流電流として120度幅の矩形波交流
が取出される。
第３図に示す処理回路を本願出願人は既に提案している
（特開昭59−165970号公報）。同図において、サイリス
タのゲート位相制御による順変換器１の直流出力は直流
リアクトル2A,2Bを通して平滑直流電流idにされ、この
直流電流がインバータ本体３によつて交流電流に変換さ
れて負荷となる誘導電動機４に供給される。インバータ
本体３は主回路スイツチ素子としてGTOサイリスタG1〜G
6がブリツジ構成され、各サイリスタは誘通期間が電気
角120度幅としてG1，G6，G3，G2，G5，G4の導通順序で6
0度毎に点弧され、交流電流として120度幅の矩形波交流
が取出される。
このインバータ動作において、１周期中に６回の転流が
行われ、この転流毎に各サイリスタアームに現われる転
流サージ電圧を吸収及び無効電力を電源に回生するため
に、U,V,Wの各相に交流側が接続されたダイオードD1〜D
6からなるブリツジ構成のフライホイール回路５と、こ
のフライホイール回路５に接続された無効電力処理回路
６が設けられる。この動作は電動機４からの転流サージ
エネルギーはフライホイール回路５で整流されて処理回
路６のコンデンサC1の充電電流として吸収され、このコ
ンデンサC1の過充電には処理回路６のGTOサイリスタ
G7，G8の点弧によつて順変換器１の直流側に回生され
る。
行われ、この転流毎に各サイリスタアームに現われる転
流サージ電圧を吸収及び無効電力を電源に回生するため
に、U,V,Wの各相に交流側が接続されたダイオードD1〜D
6からなるブリツジ構成のフライホイール回路５と、こ
のフライホイール回路５に接続された無効電力処理回路
６が設けられる。この動作は電動機４からの転流サージ
エネルギーはフライホイール回路５で整流されて処理回
路６のコンデンサC1の充電電流として吸収され、このコ
ンデンサC1の過充電には処理回路６のGTOサイリスタ
G7，G8の点弧によつて順変換器１の直流側に回生され
る。
GTOサイリスタG7，G8は、コンデンサC1の電圧ec1が順変
換器１の直流出力電圧edよりも一定値以上高くなつたと
きに同時点弧され、和動巻のリアクトルLr2→GTOサイリ
スタG8→コンデンサC1→GTOサイリスタG7→リアクトルL
r1の経路で直流側に電力回生する。この回生動作でコン
デンサC1の放電が直流側電圧以下になるタイミングでGT
OサイリスタG7，G8が同時にターンオフ制御される。こ
のGTOサイリスタG7，G8のターンオフ後、リアクトル
Lr1，Lr2に蓄積された電磁エネルギーはリアクトルLr2
→ダイオードD8→コンデンサC1→ダイオードD9→リアク
トルLr1の経路でコンデンサC1の充電として吸収され
る。
換器１の直流出力電圧edよりも一定値以上高くなつたと
きに同時点弧され、和動巻のリアクトルLr2→GTOサイリ
スタG8→コンデンサC1→GTOサイリスタG7→リアクトルL
r1の経路で直流側に電力回生する。この回生動作でコン
デンサC1の放電が直流側電圧以下になるタイミングでGT
OサイリスタG7，G8が同時にターンオフ制御される。こ
のGTOサイリスタG7，G8のターンオフ後、リアクトル
Lr1，Lr2に蓄積された電磁エネルギーはリアクトルLr2
→ダイオードD8→コンデンサC1→ダイオードD9→リアク
トルLr1の経路でコンデンサC1の充電として吸収され
る。
D.発明が解決しようとする問題点 従来の無効電力処理回路では、リアクトルLr1，Lr2は放
電電流の抑制及び順変換器１の出力電圧とコンデンサC1
の電圧との差を補償するために設けられ、またこのリア
クトルLr1，Lr2のエネルギー吸収のためにダイオード
D8，D9が設けられる。
電電流の抑制及び順変換器１の出力電圧とコンデンサC1
の電圧との差を補償するために設けられ、またこのリア
クトルLr1，Lr2のエネルギー吸収のためにダイオード
D8，D9が設けられる。
従つて、従来回路では無効電力処理の主回路に和動巻リ
アクトルLr1，Lr2とGTOサイリスタG7，G8とダイオードD
8，D9を必要とし、回路の複雑化，コストアツプになる
ものであつた。
アクトルLr1，Lr2とGTOサイリスタG7，G8とダイオードD
8，D9を必要とし、回路の複雑化，コストアツプになる
ものであつた。
また、電動機４を４象現運転しようとすると、電動機４
の回生時には直流側への回生のみではコンデンサC1の電
圧を抑制できなくなり、第４図示の無効電力処理回路6A
のように、GTOサイリスタG9，G10によつて順変換器１を
通した交流電源側への回生をし、この回生にリアクトル
Lr1，Lr2の存在によるダイオードD10，D11を設けること
を必要とし、一層の回路素子数の増加，コストアツプに
なる。
の回生時には直流側への回生のみではコンデンサC1の電
圧を抑制できなくなり、第４図示の無効電力処理回路6A
のように、GTOサイリスタG9，G10によつて順変換器１を
通した交流電源側への回生をし、この回生にリアクトル
Lr1，Lr2の存在によるダイオードD10，D11を設けること
を必要とし、一層の回路素子数の増加，コストアツプに
なる。
さらに、リアクトルLr1，Lr2とコンデンサC1との時定数
から処理周波数範囲が制約され、高速誘導電動機の可変
速制御を難しくする。
から処理周波数範囲が制約され、高速誘導電動機の可変
速制御を難しくする。
E.問題点を解決するための手段と作用 本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、コンデ
ンサの正負極に夫々順方向に接続され順変換器の正負極
側に該コンデンサの充電電荷を放電する一対のGTOサイ
リスタと、この一対のGTOサイリスタを点弧してコンデ
ンサの過充電電荷を放電させかつ順変換器のスイツチ素
子を順変換動作に必要な期間点弧パルスを与え続ける制
御回路とを備え、コンデンサの放電電流は直流電流とし
て回生し、この放電による順変換器のスイツチ素子の消
弧を放電終了で再点弧させる。
ンサの正負極に夫々順方向に接続され順変換器の正負極
側に該コンデンサの充電電荷を放電する一対のGTOサイ
リスタと、この一対のGTOサイリスタを点弧してコンデ
ンサの過充電電荷を放電させかつ順変換器のスイツチ素
子を順変換動作に必要な期間点弧パルスを与え続ける制
御回路とを備え、コンデンサの放電電流は直流電流とし
て回生し、この放電による順変換器のスイツチ素子の消
弧を放電終了で再点弧させる。
F.実施例 第１図は本発明の一実施例を示す回路図である。同図に
おいて、無効電力処理回路７の主回路は、フライホイー
ル回路５の直流側に接続されたコンデンサC1と、このコ
ンデンサC1の正負極に夫々順方向で一端が接続され他端
が順変換器１の直流側正，負極に夫々接続された一対の
GTOサイリスタG7，G8とから構成される。
おいて、無効電力処理回路７の主回路は、フライホイー
ル回路５の直流側に接続されたコンデンサC1と、このコ
ンデンサC1の正負極に夫々順方向で一端が接続され他端
が順変換器１の直流側正，負極に夫々接続された一対の
GTOサイリスタG7，G8とから構成される。
この主回路構成において、GTOサイリスタG7，G8は、イ
ンバータ本体３の転流動作の都度点弧制御されて直流側
への無効電力の回生を行い、この回生は電動機４の力行
時及び回生時共に同様に行われる。このGTOサイリスタG
7，G8の点弧によるコンデンサC1から直流側への放電に
は従来のリアクトルLr1，Lr2が省略され、該放電期間の
放電電流は直流電流idで抑えられる。また、この放電時
には順変換器１の各サイリスタには逆電圧がかかつてそ
の消弧が起きる。そこで、順変換器１の各サイリスタの
点弧制御には、そのゲートパルスとして各サイリスタに
必要とする導通期間中与え続け、処理回路７側からの放
電終了時にゲートパルスで再点弧するようにしておく。
ンバータ本体３の転流動作の都度点弧制御されて直流側
への無効電力の回生を行い、この回生は電動機４の力行
時及び回生時共に同様に行われる。このGTOサイリスタG
7，G8の点弧によるコンデンサC1から直流側への放電に
は従来のリアクトルLr1，Lr2が省略され、該放電期間の
放電電流は直流電流idで抑えられる。また、この放電時
には順変換器１の各サイリスタには逆電圧がかかつてそ
の消弧が起きる。そこで、順変換器１の各サイリスタの
点弧制御には、そのゲートパルスとして各サイリスタに
必要とする導通期間中与え続け、処理回路７側からの放
電終了時にゲートパルスで再点弧するようにしておく。
このような主回路と制御回路による動作を以下に詳細に
説明する。
説明する。
（１）転流動作 インバータ本体３を６ステツプで駆動するとき、インバ
ータ本体３では１周期中に６回の転流が行われる。各転
流は同様に行われ、ここでは上側アームのＵ相からＶ相
（GTOサイリスタG1からG3）への転流について説明する
と、第２図（Ａ）に示す単流期間にGTOサイリスタG1を
オフすると同時にGTOサイリスタG3にゲート信号を印加
すると、まずGTOサイリスタG1に流れていた直流電流は
そのスナバ回路（図示しない）に移つて該スナバ回路の
コンデンサを充電する。このコンデンサ電圧が無効電力
処理回路中のコンデンサC1の電圧と等しくなると、直流
電流がGTOサイリスタG3に移り、第２図（Ｂ）に示す転
流重なり期間になる。GTOサイリスタG3に移つた電流は
負荷インダクタンスのためにＶ相のほかにダイオードD3
→コンデンサC1→ダイオードD4→Ｕ相へと分流する。従
つて、UV相間に発生する過渡電圧はコンデンサC1の電圧
に制限される。また、ダイオードD4が導通すると、ダイ
オードD2にはUW相間の電圧がかかり、ダイオードD2も導
通する。但し、電動機４のすべりが小さく、力率が悪い
ときにはダイオードD2は逆バイアスとなり、導通状態と
はならない。
ータ本体３では１周期中に６回の転流が行われる。各転
流は同様に行われ、ここでは上側アームのＵ相からＶ相
（GTOサイリスタG1からG3）への転流について説明する
と、第２図（Ａ）に示す単流期間にGTOサイリスタG1を
オフすると同時にGTOサイリスタG3にゲート信号を印加
すると、まずGTOサイリスタG1に流れていた直流電流は
そのスナバ回路（図示しない）に移つて該スナバ回路の
コンデンサを充電する。このコンデンサ電圧が無効電力
処理回路中のコンデンサC1の電圧と等しくなると、直流
電流がGTOサイリスタG3に移り、第２図（Ｂ）に示す転
流重なり期間になる。GTOサイリスタG3に移つた電流は
負荷インダクタンスのためにＶ相のほかにダイオードD3
→コンデンサC1→ダイオードD4→Ｕ相へと分流する。従
つて、UV相間に発生する過渡電圧はコンデンサC1の電圧
に制限される。また、ダイオードD4が導通すると、ダイ
オードD2にはUW相間の電圧がかかり、ダイオードD2も導
通する。但し、電動機４のすべりが小さく、力率が悪い
ときにはダイオードD2は逆バイアスとなり、導通状態と
はならない。
転流重なり期間でＵ相電流の減少と共にＶ相電流が増加
し、直流電流idに達すると再び単流期間になる。
し、直流電流idに達すると再び単流期間になる。
（２）放電動作 インバータ本体３での転流中に充電されたコンデンサC1
の電荷はGTOサイリスタG7，G8の点弧によつて直流側に
放電される。このGTOサイリスタG7，G8は１周期に６度
すなわち各転流の直前に放電を行う。この放電中、順変
換器１の各サイリスタはコンデンサC1の電圧によつて逆
バイアスとなつて消弧する。一方、放電電流icは直流電
流idと同じ大きさになる。
の電荷はGTOサイリスタG7，G8の点弧によつて直流側に
放電される。このGTOサイリスタG7，G8は１周期に６度
すなわち各転流の直前に放電を行う。この放電中、順変
換器１の各サイリスタはコンデンサC1の電圧によつて逆
バイアスとなつて消弧する。一方、放電電流icは直流電
流idと同じ大きさになる。
そして、放電終了時には順変換器１の各サイリスタには
それに必要な期間ゲートパルスが与え続けられているこ
とから、再点弧で順変換を行う。
それに必要な期間ゲートパルスが与え続けられているこ
とから、再点弧で順変換を行う。
従つて、GTOサイリスタG7，G8による放電電流は直流電
流で抑えられるが、電動機４の加減速運転による力行
時、回生時共に同じ動作で放電を得ることができる。な
お、回生時には順変換器１の出力電圧edの平均値が負に
なれば良く、瞬時的に電圧edが正になつても何ら問題は
ない。
流で抑えられるが、電動機４の加減速運転による力行
時、回生時共に同じ動作で放電を得ることができる。な
お、回生時には順変換器１の出力電圧edの平均値が負に
なれば良く、瞬時的に電圧edが正になつても何ら問題は
ない。
本発明の実験として、電動機４に定格400Hz,600W,200V,
3.2A,23100rpmのものを使つてコンデンサC1の電圧160V
一定にする放電期間制御をし、出力線間電圧はV/f＝0.5
となるように制御し、インバータ周波数を＋200Hzから
−200Hzまでの正逆転運転及び50Hz→200Hz→50Hzの加減
速運転した結果、負荷時、無負荷時及び回生時共に安定
な動作になることを確認した。
3.2A,23100rpmのものを使つてコンデンサC1の電圧160V
一定にする放電期間制御をし、出力線間電圧はV/f＝0.5
となるように制御し、インバータ周波数を＋200Hzから
−200Hzまでの正逆転運転及び50Hz→200Hz→50Hzの加減
速運転した結果、負荷時、無負荷時及び回生時共に安定
な動作になることを確認した。
また、インバータ出力波形は200Hz運転においても低い
過渡電圧で転流は速やかに完了していることを確認し
た。
過渡電圧で転流は速やかに完了していることを確認し
た。
G.発明の効果 以上のとおり、本発明によれば、コンデンサの過充電電
荷を直流側に放電するのに一対のGTOサイリスタのみと
して直流電流への回生とするため、従来の和動巻リアク
トル及びこれに伴うダイオードを不要にした回路素子数
の大幅な低減を図ることができ、またリアクトルの省略
に伴つて高周波運転，可変周波数範囲の拡大を可能にす
る無効電力処理になる。
荷を直流側に放電するのに一対のGTOサイリスタのみと
して直流電流への回生とするため、従来の和動巻リアク
トル及びこれに伴うダイオードを不要にした回路素子数
の大幅な低減を図ることができ、またリアクトルの省略
に伴つて高周波運転，可変周波数範囲の拡大を可能にす
る無効電力処理になる。
第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図（Ａ）
及び第２図（Ｂ）は第１図における転流動作説明のため
の電流系統図、第３図は従来の回路図、第４図は従来の
他の回路図である。 １……順変換器、2A,2B……直流リアクトル、３……イ
ンバータ本体、４……誘導電動機、５……フライホイー
ル回路、6,6A,7……無効電力処理回路、G1，G6……GTO
サイリスタ、D1，D6……ダイオード、C1……コンデン
サ、G7，G8……GTOサイリスタ。
及び第２図（Ｂ）は第１図における転流動作説明のため
の電流系統図、第３図は従来の回路図、第４図は従来の
他の回路図である。 １……順変換器、2A,2B……直流リアクトル、３……イ
ンバータ本体、４……誘導電動機、５……フライホイー
ル回路、6,6A,7……無効電力処理回路、G1，G6……GTO
サイリスタ、D1，D6……ダイオード、C1……コンデン
サ、G7，G8……GTOサイリスタ。
Claims (1)
- 【請求項１】スイツチ素子のゲート位相制御による順変
換器から直流リアクトルを介した直流電流を得、この直
流電流をGTOサイリスタのブリツジ接続になるインバー
タ本体で交流電流に変換して負荷を駆動し、前記インバ
ータ本体の出力側に交流側が接続されたダイオードブリ
ツジ構成のフライホイール回路で負荷側からの無効電流
を整流し、このフライホイール回路の直流側に接続され
るコンデンサで負荷側の転流サージ電圧を吸収するよう
にした電流形GTOインバータにおいて、前記コンデンサ
の正負極に夫々順方向に接続され前記順変換器の正負極
側に該コンデンサの充電電荷を放電する一対のGTOサイ
リスタと、この一対のGTOサイリスタを点弧して前記コ
ンデンサの過充電電荷を放電させかつ前記順変換器のス
イツチ素子を順変換動作に必要な期間点弧パルスを与え
続ける制御回路とを備えたことを特徴とする電流形GTO
インバータの無効電力処理回路。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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