(57)【要約】      （修正有）【課題】インバータの動作時に突発的に発生するサージ電圧を抑え、インバータが不調を来したり、絶縁破壊を生じて破損することを防止できるインバータ発電機を提供する。【解決手段】インバータ発電機のインバータ２０と並列に抵抗Ｒ、コンデンサＣおよびダイオードＤの組合せからなるスナバ回路４２を接続し、インバータ２０から突発的に生じるサージ電圧をスナバ回路により吸収して低減させる。ここでコンデンサＣは、サージ電圧を吸収して、突出するスパイクの高さを抑制する。また抵抗Ｒは、サージ電圧による素子の発熱を抑制する。ダイオードＤの順方向端をコンデンサＣを介してマイナス側に接続する理由は、マイナス側はアース側であるので、サージ電圧を積極的に抑制する必要に乏しいからである。【選択図】図３
0003195809.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
回転源により駆動されて三相交流を発電する三相発電機(10)と、前記三相発電機(10)が発電した三相交流を直流に変換するコンバータ(14)と、該コンバータ(14)からの直流を単相交流に変換するインバータ(20)と、これら三相発電機(10)、コンバータ(14)およびインバータ(20)を電気制御する制御ユニット(35)とからなるインバータ発電機において、
前記インバータ(20)と並列に、コンデンサ(C)、抵抗(R)およびダイオード(D)からなるスナバ回路(42)を接続した
ことを特徴とするインバータ発電機。
【請求項２】
前記スナバ回路(42)は、前記抵抗(R)と前記ダイオード(D)とを並列に接続すると共に、前記ダイオード(D)の順方向端部に前記コンデンサ(C)の一端を直列に接続することで構成され、前記ダイオード(D)の逆方向端部は前記インバータ(20)のプラス側に接続されると共に、前記コンデンサ(C)の他端が該インバータ(20)のマイナス側に接続される請求項１記載のインバータ発電機。
【請求項３】
前記スナバ回路(42)は前記インバータ(20)に近接して設けられると共に、該スナバ回路(42)を構成する前記抵抗(R)のリード線を延長させて冷却効率を向上させるようになっている請求項２記載のインバータ発電機。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この考案は、インバータ発電機に関するものであって、更に詳細には、該インバータ発電機に内蔵したインバータが直流を交流に変換する際に発生するサージ電圧を適切に吸収して、該サージ電圧に起因して前記インバータに不調や破壊を来すのを未然に防止し得るようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
電力会社の電力供給系統から独立して電力を得る自家発電には、多数の形式が知られている。何れの自家発電形式であっても、その供給電力に接続される負荷が電灯や電熱ヒータのような発熱体の場合は、該電力に規定の電圧と電流が確保されていれば足り、電源周波数の変動は一般に問題視されない。
【０００３】
しかし、供給電力に接続される負荷がパルスモータ等の回転機器や、蛍光灯その他パソコン等の場合は、電源周波数に変動がなく安定なことが要求される。例えば、最近のモータの回転制御の多くは電源周波数に依存するため、該周波数は正確で変動のないことが必要である。この要請に応えて、据え付け型の自家発電機や可搬式の発電機として、三相発電機で発電した三相交流をコンバータで直流に一旦変換した後、この直流をインバータで三相交流または単相交流に変換するインバータ発電機が実用化されている。前記インバータは、直流を断続的に入切して交流化する転流制御回路を有し、該回路で直流のオン−オフ(スイッチング)を所定の周期で実行することで、所望周波数の交流が得られるものである。そして、正確で安定した周波数を得るために、基準正弦波を使用したパルス幅変調(PWM)制御が一般に援用されている。
【０００４】
本考案は、インバータ発電機の主要部をなすインバータの稼動時に瞬発するサージ電圧を吸収する回路に関するものであるので、先ずインバータ発電機の基本構成を説明する。図１において参照符号１０は、１２０度の位相角で配置した３つの電機子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗを有する三相発電機を示している。この三相発電機１０は、エンジン等の回転源(図示せず)により駆動されて三相交流を発電する。
【０００５】
三相発電機１０からの三相交流は、サイリスタやトライアック等の整流素子を備えたコンバータ１４に入力され、該コンバータ１４で直流に変換される。変換後の直流は、電解コンデンサ１５で平滑された後に、下流側に設けたインバータ２０で単相交流に変換される。該インバータ２０は、例えばIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)やパワーMOSFET等の自己消弧形スイッチング素子からなり、そのゲートを駆動して直流のオフおよびオン(スイッチング)を行うことで、該直流を単相交流に変換する。得られた単相交流は、前記インバータ２０に直列接続した各正弦波出力フィルタ３０を介して、Ｕ１相端およびＶ１相端に出力される。
【０００６】
前記三相発電機１０、コンバータ１４およびインバータ２０の各電気要素は、制御ユニット３５に内蔵した各種回路によって電気的な制御がなされる。すなわち前記制御ユニット３５における電源回路４１は、前記三相発電機１０のＵ相およびＯ相に接続して交流電源の供給を受け、該電源回路４１で電圧降下および直流交換を行った後、該制御ユニット３５の各種回路へ直流電源の供給を行う。また直流電圧制御回路３７は、前記コンバータ１４で交流から直流に変換された際の直流電圧を一定範囲に制御するものである。この直流電圧制御回路３７は、前記コンバータ１４で変換された直流の電圧を所望の値に設定するための抵抗(直流電圧設定抵抗)を基板中に備えている。
【０００７】
前記インバータ２０に内蔵した自己消弧形スイッチング素子のゲートは、インバータ駆動回路２２により駆動される。例えば、インバータ駆動回路２２はパルス幅変調(PWM)回路を備え、正弦波用のデータ信号から作られた基準周波数の正弦波と、搬送波(三角波)とが重畳された合成信号の入力を受け、ここでパルス幅変調されたパルスが前記自己消弧形スイッチング素子のゲートを開閉駆動して転流制御を行う。また、図１において基準正弦波信号回路２６は、基準となる所望周波数の正弦波を作り出すのに必要なデータ信号を発生するものである。この基準正弦波信号回路２６からの正弦波作成用のデータ信号は、該回路２６に接続している正弦波変換回路２４へ入力される。この正弦波変換回路２４は、前記データ信号を使用して所望の基準正弦波を発生する。そして該基準正弦波は、搬送波発生回路３１が発生する搬送波(三角波で、前記基準正弦波より高い周波数に設定してある)と出力比較されて、重畳的な合成信号を形成し、該合成信号が前記インバータ駆動回路２２へ入力される。なお、前記基準正弦波信号回路２６では、基準正弦波を設定する電圧を所望の値に設定するための抵抗(基準正弦波電圧設定抵抗)を基板中に備えており、この抵抗はモジュールとしての交換が可能になっている。また、符号３９は電圧フィードバック回路を示し、この電圧フィードバック回路３９は前記Ｕ１相端およびＶ１相端に出力された単相交流の電圧を検出して、その検出値を前記インバータ駆動回路２２へフィードバックするものである。
【０００８】
図１の三相発電機１０は、単独の電機子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗを備えていて、最終的に単相交流を出力するものであった。これに対して、図２に示すインバータ発電機の三相発電機１０は、マスター電機子巻線１０ａとスレーブ電機子巻線１０ｂとを有して、最終的に三相交流を出力するもので、それ以外の基本構成は、図１のインバータ発電機と同じである。但し、コンバータは、前記マスター巻線１０ａが発電した三相交流を直流に変換する第１コンバータ１６と、前記スレーブ巻線１０ｂが発電した三相交流を直流に変換する第２コンバータ１８とから構成される。これら第１および第２コンバータ１６、１８からの各直流は、前記インバータ２０において単相交流に変換される。得られた単相交流は、各正弦波出力フィルタ３０を介してＵ１相端、Ｖ１相端およびＷ１相端に出力される。
【０００９】
なお図２のインバータ発電機は、Ｕ１相、Ｖ１相およびＷ１相の出力端を有するが、交流出力は三相でなく単相になっている。すなわちインバータ２０から出力される交流は単相であって、この単相交流はＵ１相端およびＶ１相端に出力される。従って、図示のＷ１相端は中性点０になっている。これはインバータ２０が内蔵する自己消弧形スイッチング素子を二相分だけとして、前記インバータ駆動回路２２による該スイッチング素子のゲート制御を二相分についてのみ行うようにしたからである。なお、図２に示すインバータ発電機に関して、前記電源回路４１、直流電圧制御回路３７および電圧フィードバック回路３９が前記制御ユニット３５に内蔵されていることは、図１に示すインバータ発電機の構成と同じである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−２３７００９号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【００１１】
図１および図２に示したインバータ発電機は、エンジン等の回転源により駆動される三相交流発電機が発電した三相交流をコンバータで直流に変換した後に、インバータにより直流から交流への変換を行うと共に、前記制御ユニットで前記インバータおよびコンバータへの適切な電気的制御を行うことで、正確で安定した所要周波数の単相交流が得られる点で極めて優れている。
【００１２】
しかし図１および図２に示すインバータ発電機では、その運転中に前記インバータ２０に大きなサージ電圧が往々にして突発的に発生する。このサージ電圧は、前記インバータ２０で変換される交流に関して、該交流波形のプラス側およびマイナス側の何れにもスパイクとして不定期に瞬発する。前記サージ電圧は、その値が殊にプラス側に高く生じたり、また頻繁に発生したりすると、前記インバータ２０の不調を来たし、更には該インバータ２０を損傷することがある。そこで高いサージ電圧が生じても、前記インバータ２０に不調や絶縁破壊を来さないように、該インバータ２０の耐圧容量が大きいものを使用することが考えられる。しかし、耐圧容量の大きいものは単価が嵩んだり、寸法が大きくなったりする難点がある。
【００１３】
本考案は、前述したサージ電圧によるインバータの不調という欠点を解決するべく提案されたものであって、インバータ発電機の前記インバータにスナバ回路を並列に接続することによって、該インバータに突発的に生ずるサージ電圧を該スナバ回路で吸収するようにしたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、本願の請求項１に係るインバータ発電機は、回転源により駆動されて三相交流を発電する三相発電機と、前記三相発電機が発電した三相交流を直流に変換するコンバータと、該コンバータからの直流を単相交流に変換するインバータと、これら三相発電機、コンバータおよびインバータを電気制御する制御ユニットとからなるインバータ発電機において、前記インバータと並列に、コンデンサ、抵抗およびダイオードからなるスナバ回路を接続したことを要旨とする。
【００１５】
同じく前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、本願の請求項２に係るインバータ発電機において前記スナバ回路は、前記抵抗と前記ダイオードとを並列に接続すると共に、前記ダイオードの順方向端部に前記コンデンサの一端を直列に接続することで構成され、前記ダイオードの逆方向端部は前記インバータのプラス側に接続されると共に、前記コンデンサの他端が該インバータのマイナス側に接続されることを要旨とする。
【００１６】
更に前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、本願の請求項３に係るインバータ発電機において前記スナバ回路は、前記インバータに近接して設けられると共に、該スナバ回路を構成する前記抵抗のリード線を延長させて冷却効率を向上させるようになっていることを要旨とする。
以上の請求項１〜３に係る考案によれば、直流を交流に変換するインバータの稼動中に発生するサージ電圧を、該インバータに並列接続したスナバ回路が吸収するので、該インバータの不調や損傷を来すことがない。またサージ電圧は大きな振幅を有するパルス性のスパイク(尖頭電圧)として表れるので、これを吸収することで電気的なノイズの低減にも資するものである。
【考案の効果】
【００１７】
本考案に係るインバータ発電機によれば、インバータから発生するサージ電圧を、該インバータに並列接続したスナバ回路が吸収して低減する。このため、インバータに不調や損傷を来すことがない。またサージ電圧はパルス性のスパイクとして表れるが、これを吸収することで外部へノイズを放出することが抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本考案が実施される単相交流を出力するインバータ発電機の全体回路図である。
【図２】本考案が実施される単相三線の交流を出力するインバータ発電機の全体回路図である。
【図３】図１および図２のインバータ発電機の回路において、インバータに並列に接続されるスナバ回路の拡大図である。
【考案を実施するための形態】
【００１９】
本考案は、インバータ発電機の制御ユニットにおいて、三相交流をコンバータで変換した直流をインバータ(スイッチング素子)で単相交流に変換するに際し、該インバータで突発するパルス性のサージ電圧を吸収し得るようスナバ回路を設けたものである。この考案が実施されるインバータ発電機および制御ユニットは、図１および図２で説明した通りのものであるから、既述の構成については説明を省略し、インバータにスナバ回路を並列に接続する構成に関してのみ説明する。また、この説明は、図１の単相二線式および図２の単相三線式の何れにも該当するものである。
【００２０】
図１および図２に示すインバータ発電機の回路図において、前記インバータ２０には図３に示すスナバ回路４２が並列に接続されている。すなわち図１の前記インバータ２０は、上流側の前記コンバータ１６に２本の結線２０ａ，２０ｂで接続されているが、ここで前記結線２０ａの極性はプラスであり、また前記結線２０ｂの極性はマイナスである。また図２に示すインバータ２０は、上流側の第１コンバータ１６および第２コンバータ１８に２本の結線２０ａ，２０ｂで接続されている。この図２に示す結線の極性も、前記結線２０ａはプラスであり、また前記結線２０ｂはマイナスである。
【００２１】
ここにスナバ回路とは、特定の電気回路を流れる電流に瞬間的に定常状態を超えて発生するパルス性の電圧(サージ電圧という)を吸収して抑制するものであって、電圧スパイク抑制回路のことである。また、インバータは所謂スイッチング素子であって、入力された直流を所定の周期でオフ(閉)およびオン(開)の切換動作を行うことで交流に変換して出力する回路素子である。このようにインバータは、直流をオン・オフするスイッチング動作を行うために、スイッチ遮断時(オフ)に過渡的なパルス性の前記サージ電圧を生ずる。そこで、前記インバータのスイッチング動作時に突発するサージ電圧を前記スナバ回路により吸収して押さえ込むことを本考案は企図している。
【００２２】
本考案では、インバータ発電機の前記インバータ２０と並列に前記スナバ回路４２が接続されるが、該スナバ回路４２の内容および該インバータ２０への接続極性は、図３に示す通りである。すなわちスナバ回路４２は、抵抗Ｒと、コンデンサＣとダイオードＤとの組合せからなり、図３に示すように、前記抵抗Ｒと前記ダイオードＤとを並列に接続すると共に、前記ダイオードＤの順方向端部に前記コンデンサＣの一端を直列に接続することで構成される。そして前記ダイオードＤの逆方向端部は、前記インバータ２０のプラス側に接続されると共に、前記コンデンサＣの他端が該インバータ２０のマイナス側に接続されている。
【００２３】
ここで前記コンデンサＣは、サージ電圧を吸収して、該サージ電圧が突出するスパイクの高さを抑制する。また抵抗Ｒは、サージ電圧による素子の発熱を抑制するものである。更に前記抵抗Ｒと並列に前記ダイオードＤを接続し、かつ該ダイオードＤの順方向端が前記コンデンサＣを介して前記インバータ２０のマイナス側に接続するよう構成したことで、前記結線２０ａのプラス側から前記結線２０ｂのマイナス側へのみ電流が流れることになる。これによりプラス側に発生するサージ電圧を前記コンデンサＣで吸収し、該サージ電圧を低く抑制することができる。なお、前記結線２０ｂのマイナス側はアース側であるので、サージ電圧を積極的に抑制する必要に乏しい。
【００２４】
前記スナバ回路４２を前記インバータ２０に並列接続するに際して、該インバータ２０を構成する例えばIGBT素子に近接して該スナバ回路４２における前記ダイオードＤおよびコンデンサＣを設置すると共に、前記抵抗Ｒは両端のリード線を極力長く延在させることで、該抵抗Ｒの放熱冷却を促進するのが好ましい。また、前記スナバ回路４２はサージ電圧の吸収に伴い発熱するものであるから、その設置位置はインバータ発電機筐体内で冷却風が良く流れる個所に設置することが推奨される。
【符号の説明】
【００２５】
１０  三相発電機，１４  コンバータ，２０  インバータ，３５  制御ユニット，
４２  スナバ回路，Ｃ  コンデンサ，Ｄ  ダイオード，Ｒ  抵抗
【図１】
0003195809.tif 000003
【図２】
0003195809.tif 000004
【図３】
0003195809.tif 000005