JPH1155950A - 電圧形電力変換回路 - Google Patents
電圧形電力変換回路Info
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- JPH1155950A JPH1155950A JP9205123A JP20512397A JPH1155950A JP H1155950 A JPH1155950 A JP H1155950A JP 9205123 A JP9205123 A JP 9205123A JP 20512397 A JP20512397 A JP 20512397A JP H1155950 A JPH1155950 A JP H1155950A
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Abstract
圧を制御する。電力変換回路全体の半導体スイッチング
素子を削減する。 【解決手段】 直流電源１０１と、その直流電力を単相
交流電力に変換する電圧形インバータ５０１と、インバ
ータ５０１の直流入力端子に接続された平滑コンデンサ
４０１と、インバータ５０１の交流出力端子に一次側が
接続された絶縁トランス６０１と備えた電圧形電力変換
回路に関する。直流電源１０１の正極を絶縁トランス６
０１の中間タップ６０１ａに接続すると共に、直流電源
１０１の負極を平滑コンデンサ４０１の一端に接続す
る。インバータ５０１による零電圧ベクトルの出力時
に、インバータ５０１及び絶縁トランス６０１の漏れイ
ンダクタンスを介して直流電源１０１と平滑コンデンサ
４０１との間で零相電力を授受し、インバータ５０１の
直流電圧を制御する。
Description
の直流電圧を制御すると共に、回路の入力側及び出力側
を電気的に絶縁し、出力として所望の大きさの交流電圧
または直流電圧を得ることができる電圧形電力変換回路
に関するものである。
換回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ）を示したものであり、
１０１は直流電源、２０１はリアクトル、３０１は、ダ
イオードが逆並列接続された半導体スイッチング素子Ｔ
ｒ５とダイオードＤ１とからなる昇圧チョッパ、４０１
は平滑コンデンサ、５０１は、ダイオードが逆並列接続
された半導体スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４からなる
単相電圧形インバータ、６０１は絶縁トランス、７０１
はダイオードブリッジからなる単相全波整流回路、８０
１はトランス６０１の二次側の平滑コンデンサ、９０１
は直流電動機等の負荷である。
給する直流電圧を得る目的で、昇圧チョッパ３０１を用
いている。すなわち、スイッチング素子Ｔｒ５をオンし
てリアクトル２０１に直流電源１０１のエネルギーを蓄
え、スイッチング素子Ｔｒ５をオフすることにより、リ
アクトル２０１に蓄積されたエネルギーを直流電源１０
１から供給されるエネルギーと共にダイオードＤ１を介
して平滑コンデンサ４０１に供給する。この結果、平滑
コンデンサ４０１の電圧は電源電圧よりも高い直流電圧
となる。
サ４０１の直流電圧を入力電圧とし、ＩＧＢＴ等の自己
消弧形の半導体スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４を２組
の上下アームに備えた単相電圧形ＰＷＭインバータであ
る。単相電圧形ＰＷＭインバータの動作は公知であるた
め説明を省略するが、４個のアームの導通状態を制御す
ることにより出力電圧の極性を決める２通りのスイッチ
ングパターンと、上アームまたは下アームをすべて導通
させて出力電圧が何れも零になるいわゆる零電圧ベクト
ルと呼ばれる２通りのスイッチングパターンとを選択で
きるようになっている。なお、平滑コンデンサ４０１の
容量を十分に大きくとることにより、昇圧チョッパ３０
１及びインバータ５０１のスイッチングをそれぞれ独立
して自由に行うことが可能である。
０２は単相交流電源、１０３は単相全波整流回路、３０
２は正弦波コンバータである。この従来技術は、入力電
流波形を高力率の正弦波にするための正弦波コンバータ
３０２と前記単相電圧形インバータ５０１とを備えてい
る。なお、正弦波コンバータ３０２は、ダイオードが逆
並列接続された半導体スイッチング素子Ｔｒ６と、ダイ
オードＤ２とからなっており、前記昇圧チョッパ３０１
と実質的に同一の構成である。正弦波コンバータ３０２
の動作は公知であるため詳述を省略するが、交流電源電
圧を整流回路１０３により全波整流した後、リアクトル
３０１を通して半導体スイッチング素子Ｔｒ６で短絡す
ることにより、入力電流の波形を形成する。この結果、
交流から直流を得ると同時に入力電流を正弦波状に制御
することができる。
では、電力変換回路全体として自己消弧形の半導体スイ
ッチング素子が５個必要であり、これらの駆動回路や駆
動電源、制御回路等を含めると回路構成が複雑かつ高価
なものとなる。また、昇圧チョッパ３０１や正弦波コン
バータ３０２の入力側にリアクトル２０１が挿入されて
おり、これが小型化の妨げとなっていた。
チング素子を少なくし、回路構成の簡略化、装置の小型
化、低コスト化を図ると共に、直流電源として交流電源
及び整流回路を組み合わせて用いる場合に整流回路の入
力電流を正弦波状に制御可能とした電圧形電力変換回路
を提供しようとするものである。
め、請求項１記載の発明は、直流電源と、半導体スイッ
チング素子の動作により直流電源の電力を交流電力に変
換する電圧形インバータと、このインバータの直流入力
端子に接続された平滑コンデンサと、前記インバータの
交流出力端子に一次側が接続された絶縁トランスと、を
備えた電圧形電力変換回路において、直流電源の一端を
絶縁トランスの一次側の中間タップまたは中性点に接続
すると共に、直流電源の他端を平滑コンデンサの一端に
接続し、インバータによる零電圧ベクトルの出力時に、
このインバータ及び絶縁トランスの漏れインダクタンス
を介して直流電源と平滑コンデンサとの間で零相電力を
授受することにより、インバータの直流電圧を制御する
ものである。
る。図において、４００は平滑コンデンサであり、単相
または三相等の電圧形インバータ５００の直流入力側に
接続されている。また、６００は一次側が電圧形インバ
ータ５００の交流出力端子に接続された単相または三相
等の絶縁トランスであり、その一次側の中間タップまた
は中性点と前記平滑コンデンサ４００の一端との間に直
流電源１００が接続される。この直流電源１００は、交
流電源と整流回路とを組み合わせて構成しても良い。絶
縁トランス６００の二次側には全波整流または半波整流
等の整流回路７００が接続され、その出力側には負荷９
００が接続される。なお、整流回路７００を省略して絶
縁トランス６００から負荷９００に直接、交流電力を供
給しても良い。
電圧ベクトルを出力させることにより、インバータ５０
０の交流出力端子から見ると直流電源電圧は零相電圧と
なり、この零相電圧は絶縁トランス６００の出力電圧に
は現れず、整流回路７００及び負荷９００側へは影響を
与えない。すなわち、正相分について考えると、絶縁ト
ランス６００に印加する電圧に関して従来と同様の電圧
形インバータとして動作する。一方、零相分について考
えると、零電圧ベクトルの出力時には、電圧形インバー
タ５００の複数の上下アームがあたかも零電圧ベクトル
の比でスイッチングする１つの上下アームのように見な
すことができ、従来の昇圧チョッパや正弦波コンバータ
と同じ動作を行わせることができる。また、絶縁トラン
ス６００は漏れインダクタンスの値を持つリアクトルと
見なすことができる。これにより、直流電源（交流電源
と整流回路との組合せを含む）１００と平滑コンデンサ
４００との間では、絶縁トランス６００の一次側から電
圧形インバータ５００を介して電力の授受が行われ、電
圧形インバータ５００の直流電圧が所定の値に制御され
る。また、電源として交流電源を用いる場合には、その
電流波形を正弦波状に制御することが可能になる。
って具体化される。まず、請求項２記載の発明は、直流
電源と、半導体スイッチング素子の動作により直流電源
の電力を単相交流電力に変換する電圧形インバータと、
このインバータの直流入力端子に接続された平滑コンデ
ンサと、前記インバータの交流出力端子に一次側が接続
された絶縁トランスとを備えた電圧形電力変換回路に関
するものである。そしてその特徴は、直流電源の一端を
絶縁トランスの一次側の中間タップに接続すると共に、
直流電源の他端を平滑コンデンサの一端に接続し、イン
バータによる零電圧ベクトルの出力時に、このインバー
タ及び絶縁トランスの漏れインダクタンスを介して直流
電源と平滑コンデンサとの間で零相電力を授受すること
により、インバータの直流電圧を制御するものである。
これにより、インバータの零電圧ベクトルを利用して従
来の昇圧チョッパを代用させることができる。
体スイッチング素子を直列接続してなる上下アームを前
記平滑コンデンサに対し並列に接続し、この上下アーム
の中点を直流電源を介して絶縁トランスの一次側の中間
タップに接続したものである。
の発明における直流電源として、交流電源及びこの交流
電源に接続された整流回路を備えたものである。そし
て、その制御回路において、インバータにより零電圧ベ
クトルを出力させるための零相電圧指令値を、正弦波状
の零相電流指令値と零相電流検出値との偏差に基づき生
成し、インバータによる零電圧ベクトルの出力時に前記
整流回路の入力電流を正弦波状に制御するものである。
これにより、インバータの零電圧ベクトルを利用して従
来の正弦波コンバータを代用させることができる。
明において、前記絶縁トランスの中間タップと電源側と
の間にリアクトルを挿入し、このリアクトルの鉄心とし
て前記絶縁トランスの鉄心を用いるものである。すなわ
ち、絶縁トランスの鉄心をリアクトルと共用すること
で、回路全体の大型化を極力防ぐことができ、絶縁トラ
ンスの漏れインダクタンスだけではスイッチングによる
リプルを十分に抑制できず別個にリアクトルが必要な場
合でも、回路の小型化を損なうことなく電流リプルの抑
制が可能になる。
明において、前記絶縁トランスの二次側に全波整流回路
や半波整流回路等の整流回路を接続し、この整流回路に
接続された負荷に直流電力を供給するものである。
態を説明する。まず、図２は請求項２に記載した発明の
実施形態を示す回路図である。図において、前記同様に
１０１は直流電源であり、その正極は絶縁トランス６０
１の中間タップ６０１ａに接続されている。すなわちこ
の構成は、図１１における昇圧チョッパ３０１及びリア
クトル２０１を除去し、直流電源１０１の正極を絶縁ト
ランス６０１の一次巻線の中間タップ６０１ａに接続し
たものに相当する。なお、その他の回路構成は図１１と
同一である。
１の零電圧ベクトルに着目したものである。すなわち、
単相電圧形インバータ５０１において零電圧ベクトルを
出力するには２組の上アームをすべて導通させる場合と
２組の下アームをすべて導通させる場合との２通りのス
イッチングパターンがあり、本実施形態ではこの自由度
を利用する。インバータ５０１から出力される零相電圧
は出力電圧には現れないので、絶縁トランス６０１の二
次側の出力電圧には影響せず、負荷９０１への電力供給
には問題がない。従って、正相分の等価回路は図３のよ
うになり、インバータ５０１は従来と同様に動作して絶
縁トランス６０１の一次側に交流電圧を印加する。な
お、電圧形インバータとして三相電圧形インバータを用
いる場合には、周知のように３組の上アームをすべて導
通させるか、３組の下アームをすべて導通させることに
より、零電圧ベクトルが出力される。
になり、図２におけるインバータ５０１の２組の上下ア
ームはあたかも零電圧ベクトルの比でスイッチング動作
する１つのアーム５０１’とみなすことができる。つま
り、インバータ５０１の上アームのスイッチング素子Ｔ
ｒ１及びＴｒ３、あるいは下アームのスイッチング素子
Ｔｒ２及びＴｒ４をオンさせて零電圧ベクトルを出力さ
せることにより、直流電源１０１と平滑コンデンサ４０
１との間で後述のリアクトル６０１’を介してエネルギ
ーを授受し、図１１に示した昇圧チョッパ３０１を代用
させてインバータ５０１の直流電圧を制御することがで
きる。なお、図４におけるリアクトル６０１’は、絶縁
トランス６０１の漏れインダクタンスの値を持ち、図１
１や図１２におけるリアクトル２０１を代用するもので
ある。
ベクトル出力時に、直流電源１０１と平滑コンデンサ４
０１との間でインバータ５０１を介して零相電力を授受
することにより、従来の昇圧チョッパ３０１と同様の動
作を行わせることができるから、電力変換回路全体から
見て半導体スイッチング素子及びその駆動回路等を削減
することができる。従って、回路構成の簡略化、小型
化、低コスト化が可能になる。ここで、図２の実施形態
では直流電源１０１の正極を中間タップ６０１ａに接続
し、負極を平滑コンデンサ４０１とスイッチング素子Ｔ
ｒ２との接続点に接続しているが、直流電源１０１の負
極を中間タップ６０１ａに接続し、正極を平滑コンデン
サ４０１とスイッチング素子Ｔｒ１との接続点に接続し
ても良い。
御されるが、そのＰＷＭパルスは例えば図５に示す制御
回路によって作成される。すなわち図５において、直流
電圧指令値ｖdc *と直流電圧検出値ｖdc(図２における平
滑コンデンサ４０１の電圧）との偏差を電圧制御器５５
１に入力し、その出力から零相（入力）電流指令値ｉ0 *
を得る。そして、零相電流指令値ｉ0 *と零相電流検出値
ｉ0との偏差を電流制御器５５２に入力し、零相電圧指
令値ｖ0 *を得る。この零相電圧指令値ｖ0 *を、インバー
タの出力電圧指令値ｖinv *と符号反転器５５３を介した
−ｖinv *とに加算し、その加算結果をコンパレータ５５
４，５５５にそれぞれ入力する。これらのコンパレータ
５５４，５５５では各入力を三角波と比較し、その出力
を上下アームで反転させることにより、インバータ５０
１のスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４に対するＰＷＭパ
ターンを得る。
パターンの変化により単相電圧形インバータと昇圧チョ
ッパとを重ね合わせた動作を行い、前者は正相分電流に
よる制御、後者は零相分電流による制御となる。
施形態を示す回路図である。この実施形態では、平滑コ
ンデンサ４０１の両端に、ダイオードを逆並列接続した
半導体スイッチング素子Ｔｒ７，Ｔｒ８の直列回路から
なるコンバータ上下アーム５０２を接続し、上下アーム
５０２の中点を直流電源１０１の負極に接続すると共に
その正極を絶縁トランス６０１の一次巻線の中間タップ
６０１ａに接続してある。
均的にインバータ５０１の直流電圧の１／２になるよう
に制御する。この場合、インバータ５０１の制御回路は
図５に示した制御回路でよい。また、コンバータ上下ア
ーム５０２により昇圧作用または入力電流の整流作用を
行い、インバータ５０１に零相電圧を重畳しない方式も
ある。
態を示す回路図である。この実施形態では、図２の直流
電源１０１に代えて、単相交流電源１０２及び単相全波
整流回路１０３を組み合わせたものを用いる。この場
合、整流回路１０３の入力電流波形を正弦波にするため
に、図８に示すような制御回路を用いる。
御器５５１の出力を掛算器５５６に入力し、電源電圧と
同相で大きさが１の正弦波の絶対値｜ｓｉｎωst｜を乗
じて零相（入力）電流指令値ｉ0 *を得る点である。この
結果、入力電流波形を正弦波に保ちつつインバータ５０
１の直流電圧を制御することができる。この場合の動作
は、単相電圧形インバータと単相入力の一石正弦波コン
バータとを重ね合わせたものとなる。なお、図７の実施
形態は単相交流電源１０２及び単相全波整流回路１０３
を用いているが、三相交流電源を三相全波整流回路と組
み合わせて使用することも可能である。また、直流電源
に代えて交流電源及び整流回路の組合せを用いる着想
は、図６の実施形態にも適用可能である。
を示している。この実施形態は、図２の実施形態におけ
る絶縁トランス６０１の中間タップにリアクトル６０２
を接続したものである。また、このリアクトル６０２は
その鉄心に絶縁トランス６０１の鉄心を用いることによ
り、絶縁トランス６０１の内部に実装可能である。これ
により、絶縁トランス６０１の漏れインダクタンスだけ
ではスイッチングによる電流リプルを十分に抑制できな
い場合にも、小型化を損なうことなく電流リプルを抑制
することができる。この実施形態のように絶縁トランス
６０１の内部に鉄心を共用したリアクトル６０２を実装
する着想は、図６、図７の実施形態にも適用可能であ
る。また、インバータ５０１の制御回路には、図５また
は図８の制御回路を適用すれば良い。
の実施形態を示しており、図２の実施形態における絶縁
トランス６０１の二次側の単相全波整流回路７０１の代
わりに単相半波整流回路７０２を接続し、絶縁トランス
６０１の二次側の中間タップ６０１ｂを負荷９０１及び
平滑コンデンサ８０１の一端に接続したものである。本
実施形態のように絶縁トランス６０１の二次側に半波整
流回路を接続する着想は、図６、図７、図９の実施形態
にも適用可能である。なお、インバータ５０１の制御回
路としては、図５または図８の制御回路を適用すれば良
い。
例えば三相電圧形インバータを使用し、その交流出力側
に三相の絶縁トランスを接続する場合には、絶縁トラン
スの一次側の中性点にタップを設けて直流電源の正極ま
たは整流回路の正側出力端子を接続すればよい。
よれば、絶縁トランスの漏れインダクタンスを利用して
従来の入力側のリアクトルに代えることができるので、
回路の小型化、低価格化が可能になる。特に、請求項
１，２，４〜６記載の発明では、インバータによる零電
圧ベクトルを利用することで従来の昇圧チョッパや正弦
波コンバータと等価な動作を行わせることができるか
ら、回路全体の半導体スイッチング素子の減少、及びそ
れに伴う駆動回路や制御電源等の節減を図ることができ
る。更に、請求項４記載の発明によれば、整流回路の入
力電流波形を高力率の正弦波状に制御することができ
る。
図である。
図である。
図である。
図である。
路図である。
る。
る。
イッチング素子
Claims (6)
- 【請求項１】 直流電源と、半導体スイッチング素子の
動作により直流電源の電力を交流電力に変換する電圧形
インバータと、このインバータの直流入力端子に接続さ
れた平滑コンデンサと、前記インバータの交流出力端子
に一次側が接続された絶縁トランスと、を備えた電圧形
電力変換回路において、 直流電源の一端を絶縁トランスの一次側の中間タップま
たは中性点に接続すると共に、直流電源の他端を平滑コ
ンデンサの一端に接続し、 インバータによる零電圧ベクトルの出力時に、このイン
バータ及び絶縁トランスの漏れインダクタンスを介して
直流電源と平滑コンデンサとの間で零相電力を授受する
ことにより、インバータの直流電圧を制御することを特
徴とする電圧形電力変換回路。 - 【請求項２】 直流電源と、半導体スイッチング素子の
動作により直流電源の電力を単相交流電力に変換する電
圧形インバータと、このインバータの直流入力端子に接
続された平滑コンデンサと、前記インバータの交流出力
端子に一次側が接続された絶縁トランスと、を備えた電
圧形電力変換回路において、 直流電源の一端を絶縁トランスの一次側の中間タップに
接続すると共に、直流電源の他端を平滑コンデンサの一
端に接続し、 インバータによる零電圧ベクトルの出力時に、このイン
バータ及び絶縁トランスの漏れインダクタンスを介して
直流電源と平滑コンデンサとの間で零相電力を授受する
ことにより、インバータの直流電圧を制御することを特
徴とする電圧形電力変換回路。 - 【請求項３】 直流電源と、半導体スイッチング素子の
動作により直流電源の電力を単相交流電力に変換する電
圧形インバータと、このインバータの直流入力端子に接
続された平滑コンデンサと、前記インバータの交流出力
端子に一次側が接続された絶縁トランスと、を備えた電
圧形電力変換回路において、 ２個の半導体スイッチング素子を直列接続してなる上下
アームを平滑コンデンサに対し並列に接続し、この上下
アームの中点を直流電源を介して絶縁トランスの一次側
の中間タップに接続したことを特徴とする電圧形電力変
換回路。 - 【請求項４】 請求項２または３記載の電圧形電力変換
回路において、 前記直流電源として、交流電源及びこの交流電源に接続
された整流回路を備え、インバータにより零電圧ベクト
ルを出力させるための零相電圧指令値を、正弦波状の零
相電流指令値と零相電流検出値との偏差に基づき生成
し、 インバータによる零電圧ベクトルの出力時に前記整流回
路の入力電流を正弦波状に制御することを特徴とする電
圧形電力変換回路。 - 【請求項５】 請求項２，３または４記載の電圧形電力
変換回路において、 前記絶縁トランスの中間タップと電源側との間にリアク
トルを挿入し、このリアクトルの鉄心として前記絶縁ト
ランスの鉄心を用いることを特徴とする電圧形電力変換
回路。 - 【請求項６】 請求項２，３，４または５記載の電圧形
電力変換回路において、 前記絶縁トランスの二次側に整流回路を接続し、この整
流回路に接続された負荷に直流電力を供給することを特
徴とする電圧形電力変換回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20512397A JP3584686B2 (ja) | 1997-07-31 | 1997-07-31 | 電圧形電力変換回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20512397A JP3584686B2 (ja) | 1997-07-31 | 1997-07-31 | 電圧形電力変換回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1155950A true JPH1155950A (ja) | 1999-02-26 |
| JP3584686B2 JP3584686B2 (ja) | 2004-11-04 |
Family
ID=16501815
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20512397A Expired - Lifetime JP3584686B2 (ja) | 1997-07-31 | 1997-07-31 | 電圧形電力変換回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3584686B2 (ja) |
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