(57)【要約】【課題】交流電力を負荷に変圧器を介して供給する自励式変換器をゲートブロックした後にゲートデブロックする際に残留磁束による変圧器の偏磁を抑制することにある。【解決手段】交流出力を負荷に変圧器を介して供給する用途のインバータ装置において、通常運転においては、自励式変換器１を構成する第１のハーフブリッジ回路の上側アーム及び第２のハーフブリッジ回路の下側アームに対して同時にゲートパルスを与える第１のモードと、第１のハーフブリッジ回路の下側アーム及び第２のハーフブリッジ回路の上側アームに対して同時にゲートパルスを与える第２のモードとを交互に繰返し動作させ、かつ、交流電流検出器５により検出された交流出力電流が過電流保護レベルに達したことが検出され、一方のアームをゲートブロックした後、ゲートデブロックする際に変圧器３の残留磁束に見合った期間だけ、もう一方のアームに与える最初のゲートパルスのパルス幅を短くする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自己消弧型のスイッチング素子とこのスイッチング素子にダイオードを逆並列に接続してなるアームを直列接続したハーフブリッジ回路を２個組み合わせて構成され、且つ直流入力側が直流電圧源に接続され、交流出力側が変圧器を介して負荷に接続される単相の自励式変換器と、
前記自励式変換器を所定のゲートパルスパターンにて動作させ、指令値に応じた電圧を交流側に出力させる制御手段を具備してなるインバータ装置であって、
前記自励式変換器より前記変圧器を介して負荷に流れる電流を検出する交流電流検出手段を設け、
上記制御手段は、通常運転状態にあるときは第１のハーフブリッジ回路の上側アーム及び第２のハーフブリッジ回路の下側アームに対して同時にゲートパルスを与える第１のモードと、前記第１のハーフブリッジ回路の下側アーム及び前記第２のハーフブリッジ回路の上側アームに対して同時にゲートパルスを与える第２のモードとを交互に繰返し動作させ、かつ、前記交流電流検出手段により検出された前記自励式変換器の交流出力電流が予め設定された過電流保護レベルに達すると一方のアームをゲートブロックし、その後ゲートデブロックするに際して前記変圧器の残留磁束に見合った期間だけ、もう一方のアームに与える最初のゲートパルスのパルス幅を短くすることを特徴とするインバータ装置の制御方式。
【請求項２】
制御手段は、ゲートブロックの際に減少した当該アームの導通期間と等しい期間だけ、ゲートデブロック時にもう一方のアームに与える最初のゲートパルスのパルス幅を短くすることを特徴とする請求項１記載のインバータ装置の制御方式。
【請求項３】
制御手段は、ゲートブロックの際に減少した当該アームの導通期間及びその後の逆並列ダイオード導通期間に見合う期間だけ、ゲートデブロック時にもう一方のアームに与える最初のパルス幅を短くすることを特徴とする請求項１記載のインバータ装置の制御方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流入力側が直流電圧源に接続され、交流出力側が変圧器を介して負荷に接続される単相の自励式変換器において、ゲートブロック時に変圧器の偏磁を軽減するようにしたインバータ装置の制御方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自励式変換器により直流電圧を交流電圧に変換し、その出力を交流電力系統に供給するインバータ装置として、交流電力系統の異常発生時にゲートブロックしてその交流出力を停止し、交流電力系統の異常が解消されるとゲートデブロックして交流電力系統の電圧に同期した交流出力を再開する際、ゲートブロック時の残留磁束による変圧器の偏磁を防止するようにしたものがある（例えば，特許文献１参照）。
【０００３】
このインバータ装置は、電圧位相検出回路により交流電力系統の電圧零の位相を検出し、この交流電力系統の電圧零のタイミングにて自励式変換器のゲートデブロックを実行することにより、変圧器の偏磁量の増大を抑制している。
【特許文献１】特開２００２−０３２１３２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記インバータ装置のように自励式変換器により直流電圧を交流電圧に変換し、その出力を交流電力系統に変圧器を介して供給する場合には、ゲートデブロック時における変圧器の偏磁量の増大を抑制できるが、自励式変換器により直流電圧を交流電圧に変換し、その出力を変圧器を介して負荷に供給する用途のインバータ装置の場合には、適用することができない。
【０００５】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、交流出力を負荷に変圧器を介して供給される用途のインバータ装置において，ゲートデブロック時に残留磁束による変圧器の偏磁を軽減することができるインバータ装置の制御方式を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記の目的を達成するため、次のような手段によりインバータ装置を制御するものである。
【０００７】
本発明は、自己消弧型のスイッチング素子とこのスイッチング素子にダイオードを逆並列に接続してなるアームを直列接続したハーフブリッジ回路を２個組み合わせて構成され、且つ直流入力側が直流電圧源に接続され、交流出力側が変圧器を介して負荷に接続される単相の自励式変換器と、
前記自励式変換器を所定のゲートパルスパターンにて動作させ、指令値に応じた電圧を交流側に出力させる制御手段を具備してなるインバータ装置であって、前記自励式変換器より前記変圧器を介して負荷に流れる電流を検出する交流電流検出手段を設け、上記制御手段は、上記制御手段は、通常運転状態にあるときは第１のハーフブリッジ回路の上側アーム及び第２のハーフブリッジ回路の下側アームに対して同時にゲートパルスを与える第１のモードと、前記第１のハーフブリッジ回路の下側アーム及び前記第２のハーフブリッジ回路の上側アームに対して同時にゲートパルスを与える第２のモードとを交互に繰返し動作させ、かつ、前記交流電流検出手段により検出された前記自励式変換器の交流出力電流が予め設定された過電流保護レベルに達すると一方のアームをゲートブロックし、その後ゲートデブロックするに際して前記変圧器の残留磁束に見合った期間だけ、もう一方のアームに与える最初のゲートパルスのパルス幅を短くする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、交流出力を負荷に変圧器を介して供給する用途のインバータ装置において、ゲートデブロック時に残留磁束による変圧器の偏磁を軽減し、過大な突入電流によって自励式変換器が重故障トリップになることを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は本発明によるインバータ装置の制御方式を説明するための第１の実施形態を示す回路構成図である。
【００１１】
図１において、１は自己消弧型のスイッチング素子とこのスイッチング素子にダイオードを逆並列に接続してなるアーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを直列接続したハーフブリッジ回路を２個組み合わせて構成された単相の電圧型自励式変換器で、この電圧型自励式変換器１の直流入力端子間に直流電圧源２が接続され、交流出力端には変圧器３を介して負荷４が接続される。
【００１２】
また、５は自励式変換器１と変圧器３との間を結ぶ線路に設けられた電流検出器、６はこの電流検出器５により検出された交流出力電流と運転指令７が入力される制御回路で、この制御回路６は運転指令７に基づき、ゲート発振指令８を出力するものである。
【００１３】
さらに、９はゲートパルスの同期信号を出力する発振器、１０は制御回路６より入力されるゲート発振指令８と発振器９より入力される同期信号により、ゲートブロックタイミング及びゲートデブロックタイミングを演算するゲートタイミング演算装置、１１はゲートタイミング演算装置１０より与えられるゲートブロックタイミング信号及びゲートデブロックタイミング信号を増幅して自励式変換器１に与えるゲートパルス増幅回路である。
【００１４】
図中、Ｖは自励式変換器１の交流端子間の電圧である。
【００１５】
次に上記のように構成されたインバータ装置の制御方式の動作について図２を参照して説明する。
【００１６】
図２において，（ａ）は発振器９より出力される同期信号、（ｂ）は自励式変換器１の交流端子間の電圧Ｖ、（ｃ）は変圧器３の磁束レベル、（ｄ）は電流検出器５により検出される電流、（ｅ）は自励式変換器１のアーム１ａに、（ｆ）は同じくアーム１ｂに、（ｇ）は同じくアーム１ｃに、（ｈ）は同じくアーム１ｄにそれぞれ与えられるゲート信号を示したものである。
【００１７】
なお、図２に示す例は、インバータ装置が過電流を検出してゲートブロックし、その後ゲートデブロックする場合の一連の動作について説明するためのものである。
【００１８】
まず、図２の時刻ｔ２１以前の通常運転状態について述べる。
【００１９】
制御回路６に運転指令７が与えられると、制御回路６はゲート発振指令８をゲートタイミング演算装置１０に与える。ゲートタイミング演算装置１０は、発振器９の同期信号に基づき、ゲートパルス増幅回路１１を介して自励式変換器１に対してゲートパルスを与える。これにより、自励式変換器１は直流電圧源２の直流電圧を交流電圧に変換し、変圧器３を介して負荷４に交流電力を供給する。
【００２０】
このとき、自励式変換器１には、アーム１ａ，１ｄ及びアーム１ｂ，１ｃの組み合わせで（ａ）に示す発振器９の同期信号に同期して（ｅ），（ｆ），（ｇ），（ｈ）に示すように交互にゲートパルスが供給される。
【００２１】
このことにより，自励式変換器１の交流出力電圧は波形（ｂ）に示すような矩形波となる。この場合、負荷４が誘導性負荷の場合，電流検出器５により検出される電流は、（ｄ）に示すような鋸波となる。また、変圧器３の磁束レベルは、上記（ｂ）の矩形波電圧に従って波形（ｃ）に示すように変化している。
【００２２】
次に時刻ｔ２１で過電流が流れた場合の動作について述べる。
【００２３】
いま、例えばアーム１ａ及び１ｄが導通状態である時刻ｔ２１において、（ｄ）に示すように電流検出器５により検出された交流出力電流が制御回路６に設定された過電流保護レベルに達すると、制御回路６はアーム１ａ、もしくはアーム１ｄのどちらかのゲートパルスを停止する。この例では、図２の（ｅ）に示すようにアーム１ａをゲートブロックしている。
【００２４】
これにより、アーム１ａの自己消弧型スイッチング素子のゲート期間が（ｅ）に示す期間Ｔ２１だけ短縮されることになる。このアーム１ａのゲートブロックにより、（ｂ）に示す出力電圧は零になるため、変圧器３の磁束レベルは（ｃ）に示すようにアーム１ａのゲートブロック時点で保持される。
【００２５】
次に制御回路６は、ゲートブロック後の次のサイクルで、まず、もう一方のアーム１ｂ，１ｃにデブロックした後、最初のゲートパルスを与える。ゲートパルスを与えるタイミングは発振器９が出力する同期信号と同期するが、ゲートタイミング演算回路１０は先のゲートブロックにより短縮されたアーム１ａ，１ｄのゲート期間（期間Ｔ２１）と同じ長さの期間（（ｆ）の期間Ｔ２２）だけ，最初のゲートパルスを与えるタイミングを遅らせてゲート導通期間を短縮する。
【００２６】
したがって、ゲートデブロックにより、変圧器３の磁束レベルが増加し始めるが、ゲートパルス幅が短縮されているため、（ｃ）に示すように磁束が過剰に偏磁することはない。もしゲートデブロックの際、最初のゲートパルス幅を短縮しないと、鉄心の飽和による大きな突入電流が流れる恐れがあり，自励式変換器１に流れる過電流を再び検出してゲートブロックする可能性がある。
【００２７】
このように第１の実施形態においては、ゲートブロック後にゲートデブロックする際の最初に導通するアームのゲート導通期間を短縮することにより，変圧器３が過剰に偏磁することを防止できると共に、変圧器鉄心の飽和による過大な突入電流により再び自励式変換器１がゲートブロック停止する危険性が低減するので、運転継続性の高いインバータ装置を得ることができる。
【００２８】
図３は本発明によるインバータ装置の制御方式の第２の実施形態におけるタイムチャートを示す図であり、回路構成図については図１と同様なので、ここではその説明を省略する。
【００２９】
第１の実施形態では、図２の時刻ｔ２１に導通していたアーム１ａ，１ｃのうち、一方のアームのみゲートブロックする場合であるが、第２の実施形態においては両方のアームともゲートブロックするようにしたものである。
【００３０】
すなわち、図３に示すようにアーム１ａ及び１ｄが導通状態である時刻ｔ３１において、（ｄ）に示すように電流検出器５により検出された交流出力電流が制御回路６に設定された過電流保護レベルに達すると、制御回路６はアーム１ａ及びアーム１ｄのゲートパルスを同時に停止する。
【００３１】
これにより、アーム１ａ及びアーム１ｄの自己消弧型スイッチング素子のゲート期間が（ｅ）に示す期間Ｔ３１だけ短縮されることになる。ゲートパルスを停止すると、アーム１ｂ，１ｃの逆並列ダイオードが導通するため、（ｂ）に示すように逆並列ダイオードが導通している期間Ｔ３２だけ電圧が印加され、変圧器３の磁束は（ｃ）に示すように電圧が零になった時点で保持される。
【００３２】
次に制御回路６は、ゲートブロック後の次のサイクルで、まず、もう一方のアーム１ｂ，１ｃにデブロックした後、最初のゲートパルスを与える。ゲートパルスを与えるタイミングは発振器９が出力する同期信号と同期するが、ゲートタイミング演算回路１０は先のゲートブロックにより短縮されたアーム１ａ，１ｄのゲート期間（期間Ｔ３１）にアーム１ａ，１ｄの逆並列ダイオードが導通して電圧が印加されていた期間（期間Ｔ３２）に見合う時間を加えた期間（（ｆ）の期間Ｔ３３）だけ、最初のゲートパルスを与えるタイミングを遅らせてゲート導通期間を短縮する。
【００３３】
したがって、ゲートデブロックにより、変圧器３の磁束レベルが増加し始めるが、期間Ｔ３１及びＴ３２を考慮してゲートパルス幅が短縮されているため、（ｃ）に示すように磁束が過剰に偏磁することはない。
【００３４】
このような構成のインバータ装置の制御方式においても、第１の実施形態と同じ効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明によるインバータ装置の制御方式を説明するための第１の実施形態を示す回路構成図。
【図２】同実施形態における各部の波形を示すタイムチャート。
【図３】本発明の第２の実施形態における各部の波形を示すタイムチャート。
【符号の説明】
【００３６】
１…単相の電圧型自励式変換器、１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ…自己消弧型のスイッチング素子とこのスイッチング素子にダイオードを逆並列に接続してなるアーム、２…直流電圧源、３…変圧器、４…負荷、５…電流検出器、６…制御回路、７…運転指令、８…ゲート発振指令、９…発振器、１０…ゲートタイミング演算回路、１１…ゲートパルス増幅回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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