JPS61102172A - 自己消弧素子利用電流形コンバ−タ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は自己消弧素子利用電流形コンバータ装置に係り
、特に交流電源の停電時にもインバータの運転を継続す
るのに好適な電流形コンバータ装置に関するものである
。

〔発明の背景〕

従来、自己消弧素子利用電流形コンバータ装置について
は、電気学会半導体電力変換研究会資料５ＰＣ−８４−
６０における吉岡および久保田代による「新転流エネル
ギー処理方式によるＰＷＭ制御ＧＴＯコンバータ」と題
する文献において論じられている。しかし、この文献で
は、停電時のコンバータ装置継続運転については考慮さ
れていない。その理由は、電圧形インバータに用いられ
るコンバータ部は直流電圧制御を行う必要がないため、
停電時にはコンバータ部を単に電池に置き換え、交流出
力制御はインバータの通常の制御のみで容易に対処でき
るからである。一方、サイリスタ成型流形インバータの
コンバータ部では、ＡＣ−ＤＣ変換による直流電圧制御
を行わなければならず、停電時には単に電池を接続した
だけでは同様の制御で直流電圧制御を行うことは、サイ
リスタに自己消弧能力がないため不可能とされていた。

また、従来例では、自己消弧素子利用電流形コンバータ
装置の通常のＡＣ−ＤＣ変換による直流電圧制御に直流
短絡モードを利用しているが、停電時に継続して運転す
るには、電池を接続してＤＣ−ＤＣ変換による直流電圧
制御を行わなければならない。しかし、ＤＣ−ＤＣ変換
には、必ず還流ダイオードを必要とするため、通常のコ
ンバータの主回路のままでは直流電圧制御をすることが
できないとされていた。また、還流ダイオードをコンバ
ータの出力端に接続すると、通常動作時には回生運転が
できなくなるという欠点を生ずる。

〔発明の目的〕

本発明は上記に鑑みてなされたもので、その目的とする
ところは、停電時に電池より直流電力を供給することに
よ）インバータを継続して運転することができる自己消
弧素子利用電流形コンバータ装置を提供することにある
。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は、入力側に交流電源が接続された主要部
が自己消弧素子で構成された電流形コンバータの出力側
に直流リアクトルを介してインバータが接続されたもの
において、上記交流電源の停電検出時に電池から上記イ
ンバータへの給電および還流を行う停電時直流電力供給
手段を具備した構成とマフた点にある。

〔発明の実施例〕

以上本発明を第１図、第４図、第７図に示した実施例お
よび第２図、第３図、第５図、第６図。

第８図〜第１１図を用いて詳細に説明する。

第１図は本発明の自己消弧素子利用電流形コンバータ装
置の一実施例を示す回路構成図である。

第１図において、１は交流電源、２は入方端コンデンサ
、３はコンバータ部、４は直流リアクトル、５は負荷、
６は停電検出回路、７は制御回路、９゜１０はコンタク
タで、コンバータ部３と入力端コンデンサ２の中間にコ
ンタクタ１ｏを介して電池１１が接続してあシ、また、
コンタクタ９を介して交流電源１が接続しである。コン
バータ部３の出力には、直流リアクトル４を介して負荷
５のインバータ５１が接続してあシ、コンバータ部３は
停電検出回路６と制御回路７とからなる回路８によって
制御されている。

第２図は停電前後の第１図の各部の動作波形図であり、
ｔ＝ｊｏにおいて停電状態になったときの状態を示しで
ある。１＝１０よシ以前では、コンタクタ９はオン、コ
ンタクタ１ｏはオフしている。１＝１０の時点で停電検
出回路６により停電が検出されると、コンタクタ９はオ
フし、コンタクタ１０はオンする。すなわち、電池１１
がコンバータ部３のＶ−Ｗ間に接続され、Ｖ−Ｗ間電圧
ＶＶＷ　　が電池１１の電圧Ｅとなる。１＝１０以後、
コンバータ部３の自己消弧素子３６を常にオン状態とし
くＰ３６）、自己消弧素子３２と３３は交互にオン、オ
フさせる（Ｐ３２．　Ｐ３３）。Ｐ３２がオンする時点
をｔＬ　＋　Ｐ３３がオンする時点を１．とすると、各
期間の回路状態は第３図に示すようになる。第３図（ａ
）は１ｏ≦１（１，の期間で、この期間では、自己消弧
素子３３および３６が同時にオンしておシ、直流短絡（
還流）状態となるため、Ｖａ＝Ｏとなる。第３図（ｂ）
はｔｌ≦１（１２の期間で、この期間では、自己消弧素
子３６は引き続きオンしており、自己消弧素子３３がオ
フして、３２がオンする。したがって、電池１１が直流
回路に接続され、Ｖａ＝Ｅとなる。ここで、自己消弧素
子３２０オン期間を変化させ、これにしたがって自己消
弧素子３３のオフ期間を女化させると、直流電圧ｖ４の
パルス幅が変化し、■−の平均電圧が変わる。このよう
にして、停電時にも電圧１１の電圧Ｅの範囲内で、イン
バータ５１へ直流電力を供給することができる。

上記したように、第１図に示す実施例によれば、停電時
にコンバータ部３に電池１１を接続してコンバータ部３
を制御することにより、インバータ５１に供給する直流
電力を制御することができるので、停電時のインバータ
５１の継続運転が可能である。・ 第４図は本発明の他の実施例を示す第１図に相当する回
路構成図で、第１図と同一部分は同じ符号°で示し、こ
こでは説明を省略する。第４図においては、電池１２１
とこれに直列に接続した自己消弧素子１２２、これに並
列に接続した自己消弧素子１２３、自己消弧素子１２２
に逆並列に接続したダイオード１２４とよシ構成された
回路とコンタクタ１２５，１２６からなる停電時直流電
力供給回路１２が設けてあシ、これが、直流リアクトル
４を経て負荷５のインバータ５１に接続しである。

第５図は停電前後の第４図の各部の動作波形図である。

第５図において、ｔ＝ｔｏにおいて停電検出回路６で停
電が検出されると、コンバータゲート信号Ｐ：１ｌ−Ｐ
３１１はサプレスされ、ゲート信号””　　＋　Ｐ１２
３　がそれぞれ自己消弧素子１２２゜１２３へ印加され
る。ＰＩ！２　がオンする時点を’　ｌ　＊　Ｐ　Ｌ２
３がオンする時点をｔ２とすると、各期間の回路状態は
第６図に示すようになる。第６図（ａ）はｔｏ≦１（１
１の期間で、この期間では、自己消弧素子１２３がオン
し、電池１２１はインバータ５１に接続されず、直流電
流Ｉｄは自己消弧素子１２３に流れ、Ｖａ＝Ｏとなる。

第６図中）はｔ　ｌ＜　ｔ　＜　ｔ　２の期間で、この
期間では、自己消弧素子１２２がオンし、電池１２１は
インバータ５１に接続され、■ｄ＝Ｅとなる。したがっ
て、自己消弧素子１２２，１２３を交互にオン、オフす
ることによシ、第１図と同様の効果を得ることができる
。

第７図は本発明のさらに他の実施例を示す第１図に相当
する回路構成図で、第１図と同一部分は同じ符号で示し
である。第７図においては、第４図の停電時直流電力供
給回路１２に代えて、電池１３１、停電検出回路６の出
力によって制御されるコンタクタ１３２，１３３からな
る停電時直流電力供給回路１３が設けてあり、停電時に
電池１３１をコンタクタ１３２，１３３をオンすること
によって直流リアクトル４を介してインバータ５１に接
続するようにしである。

ただし、第７図に示すものは、インバータ５１自身で交
流出力制御が可能なものが対称となる。

第８図は停電検出時１＝１０の前後の第７図の各部の動
作波形図である。

次に、１＝１０以後のインバータ５１の交流出力制御法
について説明する。

第９図は停電時のインバータ５１の動作波形図である。

第９図の分配信号Ｒ＋ｔ＋、ＦＬｚ、Ｒｖ。

Ｒｘ、几Ｗ、几τはインバータ動作周期の６０度に相当
する幅Ｔを有し、位相が各々６０度ずれた信号でおる。

信号Ｑは基準パターンＰの立上りのる。この三角波Ｑの
周期は基醜パターンＰの各パルスの幅により決まるため
一様ではないので以下不等周期の三角波と呼ぶことにす
る。交流出力電流指令値Ｉｔ”と不等周期の三角波Ｑｔ
比較し短絡パルス列Ｓを作る。次に、基油パターンＰと
短絡パルスＳの反転信号Ｐ、Ｓを作シ、ＰとＳ、ＰとＳ
の論理積をとると第９図に示・すような信号ＰＦ、Ｐｉ
が得られる。Ｐｙと几ｙ、Ｐ＊とＲ＋ｚ。

ＳとＹＬｘの論理積をとって得られた信号Ｐ−１Ｐ３と
Ｒｕの論理和をとることにより、第７図に示す自己消弧
素子５１１のゲート信号バター／Ｐｉｌｌ　　を得るこ
とができる。全く同様にして他の自己消弧素子５１２〜
５１６のゲート信号パターンＰ５０〜ＰＳ１６　を得る
ことができる。ゲート信号パターンＰ５１１　＝Ｐ５１
６　＋によって制御するインバータ動作の一周期の出力
電流波形は第９図Ｉｏ。

Ｉマ、Ｉｗに示すように３６０度にわたってパルス幅変
調された電流となる。

第１０図は、第９図に示したインバータ動作期〜Ｐ５１
６、出力電流Ｉａ、Ｉｖ、Ｉｗの拡大図でおる。

ＱとＩ［ＩＩの比較により得られる短絡）（ルス列Ｓは
、この期間ではＰ５１２　に相当する。この短絡期間で
は出力電流が０となることを第１０図を用いて説明し、
次に交流出力電流指令値Ｉｔ”を変えることにより出力
電流Ｉｔ＋、Ｉｖ、Ｉｗの大きさを制御できることを説
明する。第１１図は第１０図のゲート信号ｖ２の前後の
回路動作を示している。

第１０図のＩｗの立上り、あるいは立下り時点を各々Ｌ
　（１＋　　Ｌ　１　＋　　ｔ２　Ｔ　　ｔ３とすると
ｔｏ−ｔｓの各期間の回路状態は第１１図（ａ）、　（
ｂ）、　（Ｃ）のようになる。（ａ）と（Ｃ）に示した
期間、ｔｏ≦ｔ≦”１＋ｔ２≦ｔ≦ｔ３は通常のスイッ
チング動作であるが、（ｂ）に示すｔｌ≦ｔ≦ｔ２では
ゲート信号ｖ２即ち短絡パルスにより自己消弧素子５１
２がオンし、直流回路が５１２，５１５で短絡され直流
電流Ｉｄはインバータを直流短絡した状態で流れる。

この時、負荷側Ｕ相、■相、Ｗ相には電流が流れない。

ところで、第１０図において交流出力電流指令値ＩＲ＊
をＯから最大値Ｉ　ＲＭＡＸ　まで度えると、出力電流
Ｉｔｙの短絡期間ｄ、１．ｄｓ□＋ｄｇ３はそれぞれ、
ｃｔ、　＋　ｄ２　＋　ｄ３から０迄という関係を保ち
ながら変わる。

Ｉｗも全く同様にして制御される。Ｉｖにおいても ・・・・・・・・・（２） の関係を保ちながら変わる。この時のＩｔ＋、Ｉｖ。

Ｉｗの実効電流Ｉ　ｉＭｇは次式のようになる。

・・・・・・・−・（３） ＩＪ！”＝Ｏの時全期間短絡状態でＩＲＭｌｌ＝Ｏとな
り％　　Ｉｌ”＝ＩＲＭＡＸ　　０時１となる。

Ｉｄ、Ｉｘｍｎ工、ｄ０〜ｄ３は一定であるからＩ　Ｒ
Ｍｌｌは化に比例して変化する。

すなわち　Ｉ　ｎ率を変えることにより、交流出力電流
の実効値Ｉ　ＲＭＩを制御することが可能である。

第８図で、停電検出時１＝１０以後は、インバータ５１
の交流出力制御を行うことにより、電池１３１より供給
される一定の直流電力を交流電力として電動機５３に供
給することができる。

要するに、インバータ５１自身で電力を制御することが
できる場合には、単に電池１３１を接続するだけで停電
時のインバータ継続運転が可能になる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、停電時に電池よ
）直流電力を供給することによりインバータを継続して
運転を行うことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の自己消弧素子利用コンバータ装置の一
実施例を示す回路構成図、第２図は停電前後の第１図の
各部の動作波形図、第３図は第１図における回路動作図
、第４図は本発明の他の実施例を示す第１図に相当する
回路構成図、第５図は停電前後の第４図の各部の動作波
形図、第６図は第４図における回路動作図、第７図は本
発明のさらに他の実施例を示す第１図に相当する回路構
成図、第８図は停電前後の第７図の各部の動作波形図、
第９図は第７図の停電時のインバータの動作波形図、第
１０図は第９図の詳細動作波形図、第１１図は第７図に
おける回路動作図である。 １・・・交流電源、３・・・コンバータ部、４・・・直
流リアクトル、５・・・負荷、６・・・停電検出回路、
７・・・制御回路、９，１０，１２５，１２６，１３２
゜１３３・・・コンタクタ、１１，１２１，１３１・・
・′電池、１２．１３・・・停電時直流電力供給回路、
３１〜３６，１２２，１２３・・・自己消弧素子、５１
・・・インバータ、１２４・・・ダイオード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入力側に交流電源が接続された主要部が自己消弧素
   子で構成された電流形コンバータの出力側に直流リアク
   トルを介してインバータが接続されたものにおいて、前
   記交流電源の停電検出時に電池から前記インバータへの
   給電および還流を行う停電時直流電力供給手段を具備し
   ていることを特徴とする自己消弧素子利用電流形コンバ
   ータ装置。 ２、前記停電時直流電力供給手段は、前記電池を前記コ
   ンバータの交流側に接続して前記自己消弧素子のうちの
   ２つの素子を制御して前記インバータへの給電および還
   流を行う構成としてある特許請求の範囲第１項記載の自
   己消弧素子利用電流形コンバータ装置。 ３、前記停電時直流電力供給手段は、前記電池を含む別
   個の自己消弧素子とダイオードとからなる回路を前記コ
   ンバータと前記直流リアクトルとの間に接続して前記イ
   ンバータへの給電および還流を行う構成としてある特許
   請求の範囲第１項記載の自己消弧素子利用電流形コンバ
   ータ装置。 ４、前記停電時直流電力供給手段は、前記インバータが
   交流出力制御が可能な構成の場合には前記電池のみを前
   記コンバータと前記直流リアクトルとの間に接続して前
   記インバータへの給電および還流を行う構成としてある
   特許請求の範囲第１項記載の自己消弧素子利用電流形コ
   ンバータ装置。