JP2013021764A - Power conversion device and inverter device using the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power conversion device that protects a load and a power supply against an insulation deterioration due to an excessive surge voltage.SOLUTION: A switching element series circuit having an AC terminal U at a series junction of switching elements Qu, Qx is connected to both ends of a DC voltage supply series circuit having a neutral terminal M at a series junction of DC voltage supplies 1a, 1b, a bidirectional switch Sux is connected between the neutral terminal M and the AC terminal U, and a filter circuit comprising a series connection of a reactor Lf and a capacitor Cf is connected. When the switching elements Qu, Qx are switched between an on state and an off state, the bidirectional switch Sux is turned on for half a resonance period of the filter circuit to output a neutral potential to the AC terminal.

Description

本発明は、スイッチング素子のオンオフ動作に起因して生じるサージ電圧を抑制することを可能にする電力変換装置およびこれを用いたインバータ装置に関する。   The present invention relates to a power conversion device capable of suppressing a surge voltage generated due to an on / off operation of a switching element, and an inverter device using the same.

一般に、交流電動機を駆動する場合、直流電圧源の電圧を電圧形PWMインバータで正弦波電圧と等価なパルス電圧列(スイッチング周波数以上の成分を取り除くと正弦波となる電圧波形)に変換し、このパルス幅変調された正弦波状の電圧が電動機に印加される。図10は、このような方式で電動機を駆動するシステムの概略構成図である。図10において、1は直流電圧源、2は直流電圧源1に接続された2レベル三相電圧形PWMインバータ(以下、単にインバータともいう。)、3はインバータ2を構成するスイッチング素子をオンオフさせるための信号を生成する制御装置、4はインバータ2で駆動される電動機である。   In general, when driving an AC motor, the voltage of the DC voltage source is converted into a pulse voltage string equivalent to a sine wave voltage by a voltage-type PWM inverter (a voltage waveform that becomes a sine wave when components above the switching frequency are removed). A pulse width modulated sinusoidal voltage is applied to the motor. FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a system for driving an electric motor in such a manner. In FIG. 10, 1 is a DC voltage source, 2 is a two-level three-phase voltage source PWM inverter (hereinafter also simply referred to as an inverter) connected to the DC voltage source 1, and 3 is used to turn on / off switching elements constituting the inverter 2. 4 is a motor driven by an inverter 2.

インバータ2は、スイッチング素子SuとSxを直列に接続したU相スイッチングアーム、スイッチング素子SvとSyを直列に接続したV相スイッチングアームおよびスイッチング素子SwとSzを直列に接続したW相スイッチングアームとからなる三相のブリッジで構成されている。   The inverter 2 includes a U-phase switching arm in which switching elements Su and Sx are connected in series, a V-phase switching arm in which switching elements Sv and Sy are connected in series, and a W-phase switching arm in which switching elements Sw and Sz are connected in series. It consists of a three-phase bridge.

インバータ2と電動機4とは配線で接続され、この配線には抵抗成分とインダクタンス成分とが存在する。さらに、インバータ2と電動機4との間の各相の配線間および各相の配線と大地との間には浮遊容量が存在する。Lsはインバータ2と電動機4との間の配線のインダクタンスを示し、Csは各相の配線と大地または基準電位間の浮遊容量を示す。なお、各相の配線などが有する抵抗成分はその記載を省略している。   The inverter 2 and the electric motor 4 are connected by wiring, and a resistance component and an inductance component exist in this wiring. Furthermore, stray capacitance exists between the wirings of each phase between the inverter 2 and the electric motor 4 and between the wirings of each phase and the ground. Ls represents the inductance of the wiring between the inverter 2 and the electric motor 4, and Cs represents the stray capacitance between the wiring of each phase and the ground or the reference potential. Note that the resistance component of each phase wiring is omitted.

ここで、直流電圧源1の正側端子をP、負側端子をNとする。また、インバータ2のスイッチング素子SuとSxの接続中点を交流端子U、スイッチング素子SvとSyの接続中点を交流端子V、スイッチング素子SwとSzの接続中点を交流端子Wとする。また、電動機4の三相入力端子をそれぞれUm,Vm,Wmとする。   Here, the positive terminal of the DC voltage source 1 is P, and the negative terminal is N. Further, a connection midpoint between the switching elements Su and Sx of the inverter 2 is defined as an AC terminal U, a connection midpoint between the switching elements Sv and Sy is defined as an AC terminal V, and a connection midpoint between the switching elements Sw and Sz is defined as an AC terminal W. The three-phase input terminals of the motor 4 are Um, Vm, and Wm, respectively.

このような電動機駆動システムにおいて、インバータ2は、制御装置3で生成された制御信号に従ってスイッチング素子Su〜Sw,Sx〜Szのオンオフ状態を切り換え、直流電圧源1の電圧をパルス幅変調された矩形波状のパルス電圧列に変換する。パルス幅変調された矩形波状のパルス電圧列は、インバータ2の交流端子U,V,W間に出力され、配線を介して電動機4の入力端子Um,Vm,Wmに印加される。   In such an electric motor drive system, the inverter 2 switches on / off states of the switching elements Su to Sw and Sx to Sz in accordance with a control signal generated by the control device 3, and the voltage of the DC voltage source 1 is a pulse width modulated rectangular shape. Converts to a wavy pulse voltage train. The pulse-width-modulated rectangular wave pulse voltage train is output between the AC terminals U, V, and W of the inverter 2 and applied to the input terminals Um, Vm, and Wm of the electric motor 4 through the wiring.

パルス幅変調された矩形波状のパルス電圧列がインダクタンスLsと浮遊容量Csとで構成されるLC回路に印加されると、インバータ2とLC回路との間で共振現象が生じる。図11は、インバータ2のスイッチング素子Suがオンオフ動作をしたときに、電動機4の入力端子Um−Vm間に生じる共振電圧を示した図である。以下、各端子の電位基準点は、図10のN点とする。   When a pulse-width-modulated pulse-wave-shaped pulse voltage train is applied to an LC circuit composed of an inductance Ls and a stray capacitance Cs, a resonance phenomenon occurs between the inverter 2 and the LC circuit. FIG. 11 is a diagram illustrating a resonance voltage generated between the input terminals Um and Vm of the electric motor 4 when the switching element Su of the inverter 2 performs an on / off operation. Hereinafter, the potential reference point of each terminal is N point in FIG.

この共振電圧は、インバータ2と電動機4との間の配線などが有する抵抗成分(図示せず。)により時間とともに減衰振動するサージ電圧となる。このサージ電圧の最大値は、直流電圧源1の電圧Ed[V]の約2倍に達する。そして、この過大なサージ電圧およびその時間変化率dv/dtは、電動機4の絶縁破壊を引き起こすことが知られている。   This resonant voltage becomes a surge voltage that attenuates and oscillates with time due to a resistance component (not shown) included in the wiring between the inverter 2 and the electric motor 4. The maximum value of the surge voltage reaches about twice the voltage Ed [V] of the DC voltage source 1. It is known that this excessive surge voltage and its time change rate dv / dt cause dielectric breakdown of the electric motor 4.

なお、直流電圧源1の電圧を2分割して正、中性点、負の電位を出力することができる電力変換装置を用いて出力電圧に含まれる高調波成分を低減する3レベルインバータにおいても、上記サージ電圧が発生する原理は同様である。   Even in a three-level inverter that reduces the harmonic component contained in the output voltage using a power converter that can divide the voltage of the DC voltage source 1 into two and output positive, neutral, and negative potentials. The principle for generating the surge voltage is the same.

このような過大なサージ電圧による電動機の絶縁破壊を防止する方策として、電動機の入力端子部にダイオードブリッジで構成された整流器とその直流端子の両端にコンデンサと抵抗を並列接続してなるサージ電圧抑制装置が提案されている(例えば特許文献1参照。)。また、これを改良したものとして、整流器の直流端子に接続された抵抗に流れる電流をスイッチング素子で制御するサージ電圧抑制装置が提案されている(例えば特許文献2参照。)。また、整流器の直流端子をインバータの入力端子に接続してサージ電圧のエネルギーを電源に回生するサージ電圧抑制方式などが提案されている(例えば特許文献3参照。)。また、インバータと電動機との間にリアクトルを接続し、このリアクトルに抵抗とコンデンサの直列体を並列接続するサージ電圧抑制方法が提案されている(例えば特許文献4参照。)。   As a measure to prevent the breakdown of the motor due to such an excessive surge voltage, surge voltage suppression is achieved by connecting a rectifier composed of a diode bridge at the input terminal of the motor and a capacitor and a resistor in parallel at both ends of the DC terminal. An apparatus has been proposed (see, for example, Patent Document 1). As an improvement, a surge voltage suppression device has been proposed in which a current flowing through a resistor connected to a DC terminal of a rectifier is controlled by a switching element (see, for example, Patent Document 2). In addition, a surge voltage suppression method has been proposed in which the DC terminal of the rectifier is connected to the input terminal of the inverter and the energy of the surge voltage is regenerated to the power source (for example, see Patent Document 3). Further, a surge voltage suppression method has been proposed in which a reactor is connected between an inverter and an electric motor, and a series body of a resistor and a capacitor is connected in parallel to the reactor (see, for example, Patent Document 4).

特開平8−23682号公報JP-A-8-23682 特開2006−115667号公報JP 2006-115667 A 特開2010−136564号公報JP 2010-136564 A 特開2007−166708号公報JP 2007-166708 A

しかしながら、前記方策では、サージ電圧を抑制するために整流器、抵抗、コンデンサなどからなるサージ電圧抑制装置や、リアクトル、抵抗、コンデンサからなるサージ電圧抑制回路を追加する必要があり、装置の大型化、高価格化を招くことになる。   However, in the above measures, it is necessary to add a surge voltage suppression device composed of a rectifier, a resistor, a capacitor, and a surge voltage suppression circuit composed of a reactor, a resistor, and a capacitor in order to suppress the surge voltage. This will lead to higher prices.

本発明は、このような従来のサージ電圧抑制装置が有していた問題を解決しようとするものであり、その目的は、特別な部品を追加することなく、または最小限の部品の追加により、電動機などの負荷に印加されるサージ電圧を抑制することができる電力変換装置およびこれを用いたインバータ装置を提供することである。   The present invention seeks to solve the problems of such a conventional surge voltage suppressor, and its purpose is to add no special parts or a minimum number of parts. An object of the present invention is to provide a power conversion device capable of suppressing a surge voltage applied to a load such as an electric motor and an inverter device using the same.

上記目的を達成するために、本発明は、電力変換装置を、直列に接続された第1の直流電圧源と第2の直流電圧源とからなる直流電圧源直列回路の両端に接続される正側端子と負側端子と、前記第1の直流電圧源と前記第2の直流電圧源との直列接続点に接続される中性点端子と、前記正側端子と前記負側端子との間に直列に接続された第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子とからなるスイッチング素子直列回路と、前記の第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子との直列接続点に接続される交流端子と、前記中性点端子と前記交流端子との間に接続される双方向スイッチ回路と、リアクトルの一端とコンデンサの一端とが接続されてなり、前記リアクトルの他端が前記交流端子に接続され前記コンデンサの他端が前記中性点端子に接続されるフィルタ回路とを備えるように構成する。   In order to achieve the above object, according to the present invention, a power converter is connected to both ends of a DC voltage source series circuit including a first DC voltage source and a second DC voltage source connected in series. Between the side terminal, the negative side terminal, the neutral point terminal connected to the series connection point of the first DC voltage source and the second DC voltage source, and between the positive side terminal and the negative side terminal A switching element series circuit composed of a first switching element and a second switching element connected in series to each other, and an alternating current connected to a series connection point of the first switching element and the second switching element A terminal, a bidirectional switch circuit connected between the neutral point terminal and the AC terminal, one end of a reactor and one end of a capacitor are connected, and the other end of the reactor is connected to the AC terminal The other end of the capacitor Configured to include a filter circuit connected to the neutral terminal.

そして、前記第1のスイッチング素子がオン状態からオフ状態に切り換わってから前記第2のスイッチング素子がオフ状態からオン状態に切り換わるまでの第1の時間と、前記第2のスイッチング素子がオン状態からオフ状態に切り換わってから前記第1のスイッチング素子がオフ状態からオン状態に切り換わるまでの第2の時間とを、前記フィルタ回路が有する共振周期の1/2の時間にし、この時間の間前記双方向スイッチ回路を導通状態にする。   A first time from when the first switching element is switched from the on state to the off state until the second switching element is switched from the off state to the on state, and when the second switching element is on. The second time from when the first switching element switches from the off state to the on state after switching from the state to the off state is set to a time that is ½ of the resonance period of the filter circuit. During this period, the bidirectional switch circuit is turned on.

本発明により、第1または第2のスイッチング素子がオフして双方向スイッチ回路が導通したときと、双方向スイッチ回路が非導通となって第2または第1のスイッチング素子がオンしたときに、フィルタ回路に振幅がほぼ同じで逆位相の関係にある2つの共振電圧を発生させることができる。この2つの共振電圧は合成されて電動機等の負荷に印加されるので、電動機等の入力端子に発生するサージ電圧を抑制することができる。   According to the present invention, when the first or second switching element is turned off and the bidirectional switch circuit is turned on, and when the bidirectional switch circuit is turned off and the second or first switching element is turned on, Two resonance voltages having substantially the same amplitude and opposite phase can be generated in the filter circuit. Since these two resonance voltages are combined and applied to a load such as an electric motor, a surge voltage generated at an input terminal of the electric motor or the like can be suppressed.

さらに、本発明は、第1の時間と第2の時間とをフィルタ回路の共振周期、リアクトルのインダクタンス値の平方根に正比例して調節するものである。または、第1の時間と第2の時間とを、リアクトルに流れる電流値に応じて変化させるものである。   Furthermore, the present invention adjusts the first time and the second time in direct proportion to the resonance period of the filter circuit and the square root of the inductance value of the reactor. Alternatively, the first time and the second time are changed according to the value of the current flowing through the reactor.

本発明により、2つの共振電圧を確実に180[°]逆位相の電圧とすることができるので、電動機などの負荷の入力端子で発生するサージ電圧をより効果的に抑制することができる。   According to the present invention, the two resonance voltages can be surely set to 180 [°] opposite phase voltages, so that a surge voltage generated at an input terminal of a load such as an electric motor can be more effectively suppressed.

本発明に係る電力変換装置は、いわゆる3レベル電力変換回路の交流出力側に設けたフィルタ回路部において振幅がほぼ同じで逆位相の2つの共振電圧を発生させ、この2つの共振電圧を合成して振動成分を除去した電圧を電動機等の負荷に印加するものである。その結果、電動機などの負荷の入力端子に生じるサージ電圧を抑制することができる。   The power conversion device according to the present invention generates two resonance voltages having substantially the same amplitude and opposite phase in a filter circuit section provided on the AC output side of a so-called three-level power conversion circuit, and synthesizes these two resonance voltages. The voltage from which the vibration component is removed is applied to a load such as an electric motor. As a result, it is possible to suppress a surge voltage generated at an input terminal of a load such as an electric motor.

本発明の実施形態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating embodiment of this invention. (a)スイッチ回路Suxの他の構成例を説明するための図である。(b)スイッチ回路Suxの他の構成例を説明するための図である。(A) It is a figure for demonstrating the other structural example of the switch circuit Sux. (B) It is a figure for demonstrating the other structural example of the switch circuit Sux. (a)制御信号GQUを説明するための図である。(b)制御信号GQXを説明するための図である。(c)制御信号GSUを説明するための図である。(d)制御信号GSXを説明するための図である。(A) It is a figure for demonstrating the control signal GQU . (B) It is a figure for demonstrating the control signal GQX . (C) It is a figure for demonstrating the control signal GSU . (D) It is a figure for demonstrating the control signal GSX . (a)U−M間電圧波形を説明するための図である。(b)各タイミングの電圧変化で生じる共振電圧波形を説明するための図である。(c)U1−M間電圧波形を説明するための図である。(A) It is a figure for demonstrating the voltage waveform between U-M. (B) It is a figure for demonstrating the resonant voltage waveform produced by the voltage change of each timing. (C) It is a figure for demonstrating the voltage waveform between U1-M. (a)制御信号GQUを説明するための図である。(b)制御信号GQXを説明するための図である。(c)制御信号GSUを説明するための図である。(d)制御信号GSXを説明するための図である。(A) It is a figure for demonstrating the control signal GQU . (B) It is a figure for demonstrating the control signal GQX . (C) It is a figure for demonstrating the control signal GSU . (D) It is a figure for demonstrating the control signal GSX . (a)U−M間電圧波形を説明するための図である。(b)各タイミングの電圧変化で生じる共振電圧波形を説明するための図である。(c)U1−M間電圧波形を説明するための図である。(A) It is a figure for demonstrating the voltage waveform between U-M. (B) It is a figure for demonstrating the resonant voltage waveform produced by the voltage change of each timing. (C) It is a figure for demonstrating the voltage waveform between U1-M. 本発明の他の実施形態に係る電力変換装置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the power converter device which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係る電力変換装置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the power converter device which concerns on other embodiment of this invention. リアクトルのインダクタンス値と電流との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the inductance value of a reactor, and an electric current. 従来技術に係る電力変換装置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the power converter device which concerns on a prior art. 図10に示す電力変換装置で電動機を駆動したときの電動機入力端子に発生するサージ電圧を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the surge voltage which generate | occur | produces in an electric motor input terminal when an electric motor is driven with the power converter device shown in FIG.

以下、本発明の実施の形態を図1〜図9に基づいて詳細に説明する。
図1は本発明に係る第1の実施形態を説明するための図である。図1において、符号1a,1bは直流電圧源、2aはインバータ、3aは制御装置、Lfはリアクトル、Cfはコンデンサである。以下において、リアクトルLfのインダクタンス値をL[H]、コンデンサCfのキャパシタンス値をC[F]とする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
FIG. 1 is a diagram for explaining a first embodiment according to the present invention. In FIG. 1, reference numerals 1a and 1b are DC voltage sources, 2a is an inverter, 3a is a control device, Lf is a reactor, and Cf is a capacitor. In the following, it is assumed that the inductance value of the reactor Lf is L [H] and the capacitance value of the capacitor Cf is C [F].

直流電圧源1aと1bとは直列に接続されて直流電圧源直列回路を構成している。直流電圧源直列回路の一端は正側端子Pに接続され、他端は負側端子Nに接続され、直流電圧源1a,1bの直列接続点は中性点端子Mに接続されている。直流電圧源1aと1bの電圧はそれぞれEd/2[V]である。したがって、中性点端子Mの電位(0[V])を基準とする正側端子Pおよび負側端子Nの電位は、それぞれEd/2[V],−Ed/2[V]である。   The DC voltage sources 1a and 1b are connected in series to form a DC voltage source series circuit. One end of the DC voltage source series circuit is connected to the positive terminal P, the other end is connected to the negative terminal N, and the series connection point of the DC voltage sources 1a and 1b is connected to the neutral point terminal M. The voltages of the DC voltage sources 1a and 1b are each Ed / 2 [V]. Therefore, the potentials of the positive terminal P and the negative terminal N with respect to the potential (0 [V]) of the neutral point terminal M are Ed / 2 [V] and −Ed / 2 [V], respectively.

インバータ2aはダイオードDu,Dxをそれぞれ逆並列接続されたスイッチング素子Qu,Qxを直列に接続してなるスイッチング素子直列回路と、スイッチング素子Su,Sxを逆並列接続してなる双方向スイッチ回路Suxとで構成されたスイッチングアームである。双方向スイッチ回路Suxは、図2(a)、(b)に示すように、ダイオードをそれぞれ逆並列接続されたスイッチング素子Su,Sxを逆直列接続することにより構成しても良い。   The inverter 2a includes a switching element series circuit formed by connecting switching elements Qu and Qx connected in antiparallel to the diodes Du and Dx in series, and a bidirectional switch circuit Sux formed by connecting switching elements Su and Sx in antiparallel. It is the switching arm comprised by these. As shown in FIGS. 2A and 2B, the bidirectional switch circuit Sux may be configured by connecting in series the switching elements Su and Sx each having a diode connected in antiparallel.

なお、図1のインバータ2aは、スイッチング素子の一つであるIGBTを用いて構成したものである。しかし、スイッチング素子は高周波数でオンオフ動作を行うことができるものであれば良く、例えばトランジスタ、MOSFETまたはSiC半導体のいずれであっても良い。   In addition, the inverter 2a of FIG. 1 is comprised using IGBT which is one of the switching elements. However, the switching element may be any element that can perform an on / off operation at a high frequency, and may be, for example, a transistor, a MOSFET, or a SiC semiconductor.

スイッチング素子Qu,Qxの直列接続点は交流端子Uに接続されている。スイッチング素子直列回路の一端は直流電圧源直列回路の正側端子Pに接続され、他端は負側端子Nに接続されている。双方向スイッチ回路Suxの一端は中性点端子Mに接続され、他端は交流端子Uに接続されている。   A series connection point of the switching elements Qu and Qx is connected to the AC terminal U. One end of the switching element series circuit is connected to the positive terminal P of the DC voltage source series circuit, and the other end is connected to the negative terminal N. One end of the bidirectional switch circuit Sux is connected to the neutral point terminal M, and the other end is connected to the AC terminal U.

リアクトルLfとコンデンサCfとは直列に接続されてフィルタ回路を構成している。リアクトルの一端は交流端子Uに接続され、コンデンサの一端は中性点端子Mに接続されている。リアクトルLfとコンデンサCfとの接続点は交流端子U1に接続されている。   Reactor Lf and capacitor Cf are connected in series to form a filter circuit. One end of the reactor is connected to the AC terminal U, and one end of the capacitor is connected to the neutral point terminal M. A connection point between the reactor Lf and the capacitor Cf is connected to the AC terminal U1.

図1において図示を省略しているが、交流端子U1は図10に示した電動機等の負荷に接続される。また、交流端子U1と電動機の入力端子との間の配線には、図示しない配線インダクタンスLs、浮遊容量Csが存在する。リアクトルLfのインダクタンス値とコンデンサCfのキャパシタンス値は、配線インダクタンスLs、浮遊容量Csに対して十分大きい値、例えばそれぞれの値が10倍程度またはそれよりも大きい値である。   Although not shown in FIG. 1, the AC terminal U1 is connected to a load such as the electric motor shown in FIG. Further, wiring inductance Ls and stray capacitance Cs (not shown) exist in the wiring between the AC terminal U1 and the input terminal of the motor. The inductance value of the reactor Lf and the capacitance value of the capacitor Cf are sufficiently large with respect to the wiring inductance Ls and the stray capacitance Cs, for example, each value is about 10 times or larger.

制御装置3aはインバータ2a内のスイッチング素子Qu,Qx,Su,Sxを選択的にオンオフ動作させるための信号を生成する。例えば、制御装置3aは、インバータ2aの出力電圧指令を直流電圧源直列回路の電圧で正規化した正弦波信号(変調信号)と所定の三角波信号(キャリア信号)との大小比較をするパルス幅変調演算を行って、パルス幅変調された信号(以下、PWM信号という。)を生成する。次に、生成したPWM信号に基づいて、インバータ2a内のスイッチング素子Qu,Qx,Su,Sxを選択的にオンオフ動作させるための制御信号を生成する。   The control device 3a generates a signal for selectively turning on / off the switching elements Qu, Qx, Su, Sx in the inverter 2a. For example, the control device 3a performs pulse width modulation for comparing the magnitude of a sine wave signal (modulation signal) obtained by normalizing the output voltage command of the inverter 2a with the voltage of the DC voltage source series circuit and a predetermined triangular wave signal (carrier signal). An operation is performed to generate a pulse width modulated signal (hereinafter referred to as a PWM signal). Next, based on the generated PWM signal, a control signal for selectively turning on / off the switching elements Qu, Qx, Su, Sx in the inverter 2a is generated.

インバータ2aは、制御装置3aで生成された制御信号に従って、スイッチング素子Qu,Qx,Su,Sxのオンオフ状態を選択的に切り換える。スイッチング素子Qu,Qx,Su,Sxの選択的オンオフ動作により、直流電圧源直列回路の電圧はパルス幅変調された矩形波状のパルス電圧列に変換される。パルス幅変調された矩形波状のパルス電圧列は、インバータ2aの交流端子Uに出力される。交流端子Uに出力されたパルス電圧列はフィルタ回路で整流されて正弦波状となり、交流端子U1から電動機等の負荷に向けて出力される。   The inverter 2a selectively switches on / off states of the switching elements Qu, Qx, Su, Sx according to the control signal generated by the control device 3a. By the selective ON / OFF operation of the switching elements Qu, Qx, Su, and Sx, the voltage of the DC voltage source series circuit is converted into a pulse voltage train having a pulse width modulated rectangular wave shape. The pulse voltage train having a pulse width modulated rectangular wave is output to the AC terminal U of the inverter 2a. The pulse voltage train output to the AC terminal U is rectified by a filter circuit to form a sine wave, and is output from the AC terminal U1 toward a load such as an electric motor.

ここで、インバータ2aの交流端子Uの電位が負側端子Nの電位から正側端子Pの電位に切り換わる第1のモードについて説明する。なお、以下において、インバータ2aの各部の電位は中性点端子Mの電位を基準とする。   Here, the first mode in which the potential of the AC terminal U of the inverter 2a is switched from the potential of the negative terminal N to the potential of the positive terminal P will be described. In the following, the potential of each part of the inverter 2a is based on the potential of the neutral point terminal M.

図3(a)〜(d)は、第1のモードにおけるスイッチング素子Qu,Qx,Su,Sxの制御信号の関係を説明するための図である。
本図において、それぞれの制御信号GQU,GQX,GSU,GSXがHighのとき、対応するスイッチング素子Qu,Qx,Su,Sxがオン状態にある。一方、それぞれの制御信号GQU,GQX,GSU,GSXがLowのとき、対応するスイッチング素子Qu,Qx,Su,Sxがオフ状態にある。また、スイッチング素子QuとSxの制御信号GQU,GSXの間には、スイッチング素子QuとSxとが同時にオンしないように休止時間Tdが設けられている。同様に、スイッチング素子QxとSuの制御信号GQX,GSUの間にも休止時間Tdが設けられている。
FIGS. 3A to 3D are diagrams for explaining the relationship of control signals of the switching elements Qu, Qx, Su, Sx in the first mode.
In this figure, when the respective control signals G QU , G QX , G SU , G SX are High, the corresponding switching elements Qu, Qx, Su, Sx are in the ON state. On the other hand, when the respective control signals G QU , G QX , G SU , G SX are Low, the corresponding switching elements Qu, Qx, Su, Sx are in the OFF state. In addition, a pause time Td is provided between the control signals G QU and G SX of the switching elements Qu and Sx so that the switching elements Qu and Sx are not turned on simultaneously. Similarly, a pause time Td is also provided between the control signals G QX and G SU of the switching element Qx and Su.

まず、制御信号GQUと制御信号GSUとがLowであるため、スイッチング素子Qu,Suのいずれもがオフしている。また、制御信号GQXと制御信号GSXとがHighであるため、スイッチング素子Qx,Sxのいずれもがオンしている。この場合、インバータ2aの交流端子Uには負側端子Nの電位−Ed/2[V]が出力されている。 First, since the control signal G QU and the control signal G SU are Low, both the switching elements Qu and Su are turned off. Further, since the control signal G QX and the control signal G SX are High, both the switching elements Qx and Sx are turned on. In this case, the potential −Ed / 2 [V] of the negative terminal N is output to the AC terminal U of the inverter 2a.

この状態から制御信号GQXがLowになる(図3(b)参照。)ため、スイッチング素子Qxがオフする。その結果、インバータ2aの交流端子Uには中性点端子Mの電位0[V]が出力される。この電圧変化が生じるタイミングを第1タイミングとする。 Since the control signal G QX becomes Low from this state (see FIG. 3B), the switching element Qx is turned off. As a result, the potential 0 [V] of the neutral point terminal M is output to the AC terminal U of the inverter 2a. The timing at which this voltage change occurs is the first timing.

続いて、制御信号GQXがLowになってから休止時間Td経過後に制御信号GSUがHighになる(図3(c)参照。)ため、スイッチング素子Suがオンする。この場合、インバータ2aの交流端子Uの電位は変化せず、0[V]のままである。 Subsequently, the control signal G SU after pause time Td elapses from the control signal G QX is turned Low becomes High (see FIG. 3 (c).) Therefore, the switching element Su is turned on. In this case, the potential of the AC terminal U of the inverter 2a does not change and remains 0 [V].

続いて、制御信号GQXがLowになってから時間T11経過後に制御信号GSXがLowになる(図3(d)参照。)ため、スイッチング素子Sxがオフする。その結果、インバータ2aの交流端子Uには正側端子Pの電位Ed/2[V]が出力される。この電圧変化が生じるタイミングを第2タイミングとする。 Subsequently, since the control signal G SX becomes Low after the time T11 has elapsed since the control signal G QX became Low (see FIG. 3D), the switching element Sx is turned off. As a result, the potential Ed / 2 [V] of the positive terminal P is output to the AC terminal U of the inverter 2a. The timing at which this voltage change occurs is the second timing.

続いて、制御信号GSXがLowになってから休止時間Td経過後に制御信号GQUがHighになる(図3(a)参照。)ため、スイッチング素子Quがオンする。この場合、インバータ2aの交流端子Uの電位は変化せず、正側端子Pの電位Ed/2[V]のままである。なお、制御信号GQXがLowになってから制御信号GQUがHighになるまでの時間T12はT12=T11+Tdである。 Subsequently, since the control signal G QU becomes High after the suspension time Td elapses after the control signal G SX becomes Low (see FIG. 3A), the switching element Qu is turned on. In this case, the potential of the AC terminal U of the inverter 2a does not change and remains at the potential Ed / 2 [V] of the positive terminal P. The time T12 from when the control signal G QX becomes Low until the control signal G QU becomes High is T12 = T11 + Td.

図4(a)は、第1のモードにおけるインバータ2aの交流端子Uの電位の変化を説明するための図である。交流端子Uの電位は、スイッチング素子Qu,Qx,Su,Sxの上記動作によって、負側端子Nの電位−Ed/2[V]→中性点端子Mの電位0[V]→正側端子Pの電位Ed/2[V]と変化する。第1タイミングから第2タイミングまでの時間T1は、図3(d)の時間T11に対応し、この間、交流端子Uには0[V]が出力されている。   FIG. 4A is a diagram for explaining a change in potential of the AC terminal U of the inverter 2a in the first mode. The potential of the AC terminal U is changed from the potential −Ed / 2 [V] of the negative terminal N to the potential 0 [V] of the neutral point terminal M to the positive terminal by the above operation of the switching elements Qu, Qx, Su, Sx. The potential changes to P potential Ed / 2 [V]. A time T1 from the first timing to the second timing corresponds to a time T11 in FIG. 3D, and 0 [V] is output to the AC terminal U during this time.

図4(b)は、第1タイミングで交流端子Uの電位が変化するときに生じるフィルタ回路の共振電圧Vr1と、第2タイミングで交流端子Uの電位が変化するときに生じるフィルタ回路の共振電圧Vr2とを説明するための図である。   FIG. 4B shows the resonance voltage Vr1 of the filter circuit generated when the potential of the AC terminal U changes at the first timing, and the resonance voltage of the filter circuit generated when the potential of the AC terminal U changes at the second timing. It is a figure for demonstrating Vr2.

共振電圧Vr1は、0[V]を中心にEd/2[V]の振幅およびフィルタ回路の共振周期Tfで正弦波振動をする電圧である。共振周期Tfは、2π√(LC)[s]である。また、共振電圧の初期値は、第1タイミングのときの値−Ed/2[V]である。   The resonance voltage Vr1 is a voltage that oscillates sinusoidally with an amplitude of Ed / 2 [V] and a resonance period Tf of the filter circuit centering on 0 [V]. The resonance period Tf is 2π√ (LC) [s]. The initial value of the resonance voltage is the value −Ed / 2 [V] at the first timing.

共振電圧Vr2は、Ed/2[V]を中心にEd/2[V]の振幅およびフィルタ回路の共振周期Tfで正弦波振動を行う電圧である。共振電圧の初期値は、第2タイミングのときの値0[V]である。共振電圧Vr2は共振電圧Vr1に対して逆位相の関係にある。   The resonance voltage Vr2 is a voltage that performs sinusoidal vibration centering around Ed / 2 [V] with an amplitude of Ed / 2 [V] and a resonance period Tf of the filter circuit. The initial value of the resonance voltage is 0 [V] at the second timing. The resonance voltage Vr2 is in an opposite phase relationship to the resonance voltage Vr1.

共振電圧Vr1,Vr2の角周波数をω(=2π/Tf)[rad/s]とすると、時間t[s]に対する共振電圧Vr1,Vr2の大きさは、それぞれ(Ed/2)sin(ωt−π/2)[V]、Ed/2{1+sin(ωt+π/2)}[V]で表される。   When the angular frequency of the resonance voltages Vr1 and Vr2 is ω (= 2π / Tf) [rad / s], the magnitudes of the resonance voltages Vr1 and Vr2 with respect to the time t [s] are (Ed / 2) sin (ωt− π / 2) [V], Ed / 2 {1 + sin (ωt + π / 2)} [V].

図4(c)は、フィルタ回路の交流端子U1に出力される電圧の波形を示す図である。交流端子U1には、図4(b)に示したフィルタ回路の共振電圧Vr1とVr2とが合成された電圧が出力される。共振電圧Vr1とVr2とは位相がπ[rad]ずれた関係にあるため、共振電圧Vr1とVr2とが合成された電圧には、振動成分は含まれない。したがって、交流端子U1の電圧は、時間T1の間で−Ed/2[V]からEd/2[V]に変化した後、Ed/2[V]一定の電圧となる。   FIG. 4C is a diagram illustrating a waveform of a voltage output to the AC terminal U1 of the filter circuit. A voltage obtained by synthesizing the resonance voltages Vr1 and Vr2 of the filter circuit shown in FIG. 4B is output to the AC terminal U1. Since the resonance voltages Vr1 and Vr2 have a phase shifted by π [rad], the voltage obtained by combining the resonance voltages Vr1 and Vr2 does not include a vibration component. Therefore, the voltage of the AC terminal U1 becomes a constant voltage of Ed / 2 [V] after changing from -Ed / 2 [V] to Ed / 2 [V] during the time T1.

共振電圧Vr1の共振周期Tfは、配線インダクタンスLsと浮遊容量Csとで定まるLC回路の共振周期よりも十分に長い。すなわち、時間T1の間に生じる交流端子U1の電圧変化率は、LC回路に共振を引き起こすには十分小さいものである。このような変化率の電圧が電動機に接続される配線のインダクタンスLsと浮遊容量CsとからなるLC回路に印加されても、LC回路において電圧共振が生じることはない。その結果、電動機の入力端子に生じるサージ電圧を抑制することができる。   The resonance cycle Tf of the resonance voltage Vr1 is sufficiently longer than the resonance cycle of the LC circuit determined by the wiring inductance Ls and the stray capacitance Cs. That is, the voltage change rate of the AC terminal U1 generated during the time T1 is sufficiently small to cause resonance in the LC circuit. Even when such a voltage having a change rate is applied to the LC circuit including the inductance Ls of the wiring connected to the motor and the stray capacitance Cs, voltage resonance does not occur in the LC circuit. As a result, a surge voltage generated at the input terminal of the electric motor can be suppressed.

次に、インバータ2aの交流端子Uの電位が正側端子Pの電位から負側端子Nの電位に切り換わる第2のモードについて説明する。
図5(a)〜(d)は、第2のモードにおけるスイッチング素子Qu,Qx,Su,Sxの制御信号の関係を説明するための図である。
Next, a second mode in which the potential of the AC terminal U of the inverter 2a is switched from the potential of the positive terminal P to the potential of the negative terminal N will be described.
FIGS. 5A to 5D are diagrams for explaining the relationship between the control signals of the switching elements Qu, Qx, Su, Sx in the second mode.

まず、制御信号GQUと制御信号GSUとがHighであるため、スイッチング素子Qu,Suのいずれもがオンしている。また、制御信号GQXと制御信号GSXとがLowであるため、スイッチング素子Qx,Sxのいずれもがオフしている。この場合、インバータ2aの交流端子Uには正側端子Pの電位Ed/2[V]が出力されている。 First, since the control signal G QU and the control signal G SU are High, both the switching elements Qu and Su are turned on. Further, since the control signal G QX and the control signal G SX are Low, both the switching elements Qx and Sx are off. In this case, the potential Ed / 2 [V] of the positive terminal P is output to the AC terminal U of the inverter 2a.

この状態から制御信号GQUがLowになる(図5(a)参照。)ため、スイッチング素子Quがオフする。その結果、インバータ2aの交流端子Uには中性点端子Mの電位0[V]が出力される。この電圧変化が生じるタイミングを第3タイミングとする。 Since the control signal G QU becomes Low from this state (see FIG. 5A), the switching element Qu is turned off. As a result, the potential 0 [V] of the neutral point terminal M is output to the AC terminal U of the inverter 2a. The timing at which this voltage change occurs is the third timing.

続いて、制御信号GQUがLowになってから休止時間Td経過後に制御信号GSXがHighになる(図5(d)参照。)ため、スイッチング素子Sxがオンする。この場合、インバータ2aの交流端子Uの電位は変化せず、中性点端子Mの電位0[V]のままである。 Subsequently, since the control signal G SX becomes High after the suspension time Td has elapsed after the control signal G QU becomes Low (see FIG. 5D), the switching element Sx is turned on. In this case, the potential of the AC terminal U of the inverter 2a does not change and remains at the potential 0 [V] of the neutral point terminal M.

続いて、制御信号GQUがLowになってから時間T21経過後に制御信号GSUがLowになる(図5(c)参照。)ため、スイッチング素子Suがオフする。その結果、インバータ2aの交流端子Uには負側端子Nの電位−Ed/2[V]が出力される。この電圧変化が生じるタイミングを第4タイミングとする。 Subsequently, the control signal G SU from when the control signal G QU is Low the time T21 after the elapse becomes Low (FIG. 5 (c) reference.) Therefore, the switching element Su is turned off. As a result, the potential -Ed / 2 [V] of the negative terminal N is output to the AC terminal U of the inverter 2a. The timing at which this voltage change occurs is the fourth timing.

続いて、制御信号GSUがLowになってから休止時間Td経過後に制御信号GQXがHighになる(図5(b)参照。)ため、スイッチング素子Qxがオンする。この場合、インバータ2aの交流端子Uの電位は変化せず、負側端子Nの電位−Ed/2[V]のままである。なお、制御信号GQUがLowになってから制御信号GQXがHighになるまでの時間T22はT22=T21+Tdである。 Subsequently, the control signal G QX after pause time Td elapses from the control signal G SU is turned Low becomes High (see FIG. 5 (b).) Therefore, the switching element Qx is turned on. In this case, the potential of the AC terminal U of the inverter 2a does not change and remains at the potential -Ed / 2 [V] of the negative terminal N. The time T22 from when the control signal G QU becomes Low until the control signal G QX becomes High is T22 = T21 + Td.

図6(a)は、第2のモードにおけるインバータ2aの交流端子Uの電位の変化を説明するための図である。交流端子Uの電位は、スイッチング素子Qu,Qx,Su,Sxの上記動作によって、正側端子Pの電位Ed/2[V]→中性点端子Mの電位0[V]→負側端子Nの電位−Ed/2[V]と変化する。第3タイミングから第4タイミングまでの時間T2は、図5(c)の時間T21に対応し、この間、交流端子Uには0[V]が出力されている。   FIG. 6A is a diagram for explaining a change in potential of the AC terminal U of the inverter 2a in the second mode. The potential of the AC terminal U is changed from the potential Ed / 2 [V] of the positive terminal P to the potential 0 [V] of the neutral point terminal M to the negative terminal N by the above operation of the switching elements Qu, Qx, Su, Sx. The potential changes to −Ed / 2 [V]. A time T2 from the third timing to the fourth timing corresponds to a time T21 in FIG. 5C, and 0 [V] is output to the AC terminal U during this time.

図6(b)は、第3タイミングで交流端子Uの電位が変化するときに生じるフィルタ回路の共振電圧Vr3と、第4タイミングで交流端子Uの電位が変化するときに生じるフィルタ回路の共振電圧Vr4とを説明するための図である。   FIG. 6B shows the resonance voltage Vr3 of the filter circuit generated when the potential of the AC terminal U changes at the third timing and the resonance voltage of the filter circuit generated when the potential of the AC terminal U changes at the fourth timing. It is a figure for demonstrating Vr4.

共振電圧Vr3は、0[V]を中心にEd/2[V]の振幅およびフィルタ回路の共振周期Tfで正弦波振動をする電圧である。共振周期Tfは、2π√(LC)[s]である。また、共振電圧の初期値は、第3タイミングのときの値Ed/2[V]である。   The resonance voltage Vr3 is a voltage that oscillates sinusoidally with an amplitude of Ed / 2 [V] and a resonance period Tf of the filter circuit with 0 [V] as the center. The resonance period Tf is 2π√ (LC) [s]. The initial value of the resonance voltage is the value Ed / 2 [V] at the third timing.

共振電圧Vr4は、−Ed/2[V]を中心にEd/2[V]の振幅およびフィルタ回路の共振周期Tfで正弦波振動を行う電圧である。共振電圧の初期値は、第4タイミングのときの値0[V]である。共振電圧Vr4は共振電圧Vr3に対して逆位相の関係にある。   The resonance voltage Vr4 is a voltage that performs sinusoidal oscillation centered on -Ed / 2 [V] with an amplitude of Ed / 2 [V] and a resonance period Tf of the filter circuit. The initial value of the resonance voltage is 0 [V] at the fourth timing. The resonance voltage Vr4 is in an antiphase relationship with the resonance voltage Vr3.

共振電圧Vr3,Vr4の角周波数をω(=2π/Tf)[rad/s]とすると、時間t[s]に対する共振電圧Vr3,Vr4の大きさは、それぞれ(Ed/2)sin(ωt−π/2)[V]、−Ed/2{1+sin(ωt+π/2)}[V]で表される。   When the angular frequency of the resonance voltages Vr3 and Vr4 is ω (= 2π / Tf) [rad / s], the magnitudes of the resonance voltages Vr3 and Vr4 with respect to time t [s] are (Ed / 2) sin (ωt− π / 2) [V], −Ed / 2 {1 + sin (ωt + π / 2)} [V].

図6(c)は、フィルタ回路の交流端子U1に出力される電圧の波形を示す図である。交流端子U1には、図6(b)に示したフィルタ回路の共振電圧Vr3とVr4とが合成された電圧が出力される。共振電圧Vr3とVr4とは位相がπ[rad]ずれた関係にあるため、共振電圧Vr3とVr4とが合成された電圧には、振動成分は含まれない。したがって、交流端子U1の電圧は、時間T2の間にEd/2[V]から−Ed/2[V]に変化した後、−Ed/2[V]一定の電圧となる。   FIG. 6C is a diagram illustrating a waveform of a voltage output to the AC terminal U1 of the filter circuit. A voltage obtained by synthesizing the resonance voltages Vr3 and Vr4 of the filter circuit shown in FIG. 6B is output to the AC terminal U1. Since the resonance voltages Vr3 and Vr4 are in a phase shifted by π [rad], the voltage obtained by combining the resonance voltages Vr3 and Vr4 does not include a vibration component. Therefore, the voltage of the AC terminal U1 becomes a constant voltage of -Ed / 2 [V] after changing from Ed / 2 [V] to -Ed / 2 [V] during the time T2.

共振電圧Vr3の共振周期Tfは、配線インダクタンスLsと浮遊容量Csとで定まるLC回路の共振周期よりも十分に長い。すなわち、時間T2の間に生じる交流端子U1の電圧変化率は、LC回路に共振を引き起こすには十分小さいものである。このような変化率の電圧が電動機に接続される配線のインダクタンスLsと浮遊容量CsとからなるLC回路に印加されても、LC回路において電圧共振が生じることはない。その結果、電動機の入力端子に生じるサージ電圧を抑制することができる。   The resonance period Tf of the resonance voltage Vr3 is sufficiently longer than the resonance period of the LC circuit determined by the wiring inductance Ls and the stray capacitance Cs. That is, the voltage change rate of the AC terminal U1 generated during the time T2 is sufficiently small to cause resonance in the LC circuit. Even when such a voltage having a change rate is applied to the LC circuit including the inductance Ls of the wiring connected to the motor and the stray capacitance Cs, voltage resonance does not occur in the LC circuit. As a result, a surge voltage generated at the input terminal of the electric motor can be suppressed.

図7は、第2の実施形態を説明するための図である。この第2の実施形態は、第1の実施形態で示したスイッチングアームとフィルタ回路を単相インバータに適用して電動機の入力端子に生じるサージ電圧を低減するものである。   FIG. 7 is a diagram for explaining the second embodiment. In the second embodiment, the switching arm and the filter circuit shown in the first embodiment are applied to a single-phase inverter to reduce the surge voltage generated at the input terminal of the motor.

図7において、符号1a,1bは直流電圧源、2bは単相インバータ、3bは制御装置、Lfはリアクトル、Cfはコンデンサ、Lsは配線インダクタンス、Csは浮遊容量、4bは電動機、5bは電流検出器である。   In FIG. 7, reference numerals 1a and 1b are DC voltage sources, 2b is a single phase inverter, 3b is a control device, Lf is a reactor, Cf is a capacitor, Ls is a wiring inductance, Cs is a stray capacitance, 4b is an electric motor, and 5b is a current detection. It is a vessel.

直流電圧源1aと1bとで構成される直流電圧源直列回路は、第1の実施形態で示した直流電圧源直列回路と同じである。
単相インバータ2b内のスイッチング素子の選択的オンオフ動作により、直流電圧源直列回路の電圧は、正弦波電圧と等価なパルス電圧列に変換される。このパルス電圧列は、リアクトルLfとコンデンサCfとからなるフィルタ回路で正弦波状に波形整形された後、電動機4bに印加される。
The DC voltage source series circuit composed of the DC voltage sources 1a and 1b is the same as the DC voltage source series circuit shown in the first embodiment.
The voltage of the DC voltage source series circuit is converted into a pulse voltage string equivalent to a sine wave voltage by the selective on / off operation of the switching element in the single-phase inverter 2b. This pulse voltage train is shaped into a sine wave by a filter circuit including a reactor Lf and a capacitor Cf, and then applied to the motor 4b.

電流検出器5bは電動機4bに流れる電流を検出し、電動機電流に相当する信号を出力する。
制御装置3bは、単相インバータ2b内のスイッチング素子を選択的にオンオフさせるための制御信号を生成する。制御装置3bで生成される制御信号は、電流検出器5bから出力される電動機電流に相当する信号を参照して、電動機4bに供給される電流が所定値となるように調整されている。
The current detector 5b detects a current flowing through the motor 4b and outputs a signal corresponding to the motor current.
Control device 3b generates a control signal for selectively turning on / off switching elements in single-phase inverter 2b. The control signal generated by the control device 3b is adjusted so that the current supplied to the motor 4b becomes a predetermined value with reference to the signal corresponding to the motor current output from the current detector 5b.

次に、単相インバータ2bの詳細な構成と電動機4bの入力端子に生じるサージ電圧の低減について説明する。
単相インバータ2bは、第1の実施形態で示したインバータ2aを1相分のスイッチングアームとし、このスイッチングアーム2つを用いて2相のスイッチングアームを構成した単相インバータである。
Next, the detailed configuration of the single-phase inverter 2b and the reduction of the surge voltage generated at the input terminal of the electric motor 4b will be described.
The single-phase inverter 2b is a single-phase inverter in which the inverter 2a shown in the first embodiment is used as a switching arm for one phase and a two-phase switching arm is configured using the two switching arms.

第1相スイッチングアームは、ダイオードDu,Dxをそれぞれ逆並列接続されたスイッチング素子Qu,Qxを直列に接続してなる第1スイッチング素子直列回路と、双方向スイッチ回路Suxとで構成されている。スイッチング素子Qu,Qxの直列接続点は交流端子Uである。   The first phase switching arm is composed of a first switching element series circuit formed by connecting switching elements Qu and Qx connected in antiparallel with diodes Du and Dx in series, and a bidirectional switching circuit Sux. The series connection point of the switching elements Qu and Qx is an AC terminal U.

第2相スイッチングアームは、ダイオードDv,Dyをそれぞれ逆並列接続されたスイッチング素子Qv,Qyを直列に接続してなる第2スイッチング素子直列回路と、双方向スイッチ回路Svyとで構成されている。スイッチング素子Qv,Qyの直列接続点は交流端子Vである。   The second phase switching arm includes a second switching element series circuit formed by connecting switching elements Qv and Qy in which diodes Dv and Dy are connected in antiparallel to each other in series, and a bidirectional switch circuit Svy. The series connection point of the switching elements Qv and Qy is an AC terminal V.

第1相スイッチングアームと第2相スイッチングアームのそれぞれの一端は正側端子Pに接続され、それぞれの他端は負側端子Nに接続されている。
双方向スイッチ回路Suxの一端は交流端子Uに接続されている。双方向スイッチ回路Svyの一端は、交流端子Vに接続されている。また、双方向スイッチ回路Sux,Svyのそれぞれの他端は、中性点端子Mに接続されている。
One end of each of the first phase switching arm and the second phase switching arm is connected to the positive side terminal P, and the other end is connected to the negative side terminal N.
One end of the bidirectional switch circuit Sux is connected to the AC terminal U. One end of the bidirectional switch circuit Svy is connected to the AC terminal V. The other ends of the bidirectional switch circuits Sux and Svy are connected to the neutral point terminal M.

なお、双方向スイッチ回路Sux,Svyは、図1に示した双方向スイッチ回路を略して表記したものであり、図2(a)、(b)に示す双方向スイッチ回路であっても良い。
また、図7の単相インバータ2bは、スイッチング素子の一つであるIGBTを用いて構成したものである。しかし、スイッチング素子は高周波数でオンオフ動作を行うことができるものであれば良く、例えばトランジスタ、MOSFETまたはSiC半導体のいずれであっても良い。
Note that the bidirectional switch circuits Sux and Svy are abbreviated to the bidirectional switch circuit shown in FIG. 1, and may be the bidirectional switch circuits shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b).
Moreover, the single phase inverter 2b of FIG. 7 is configured using an IGBT which is one of switching elements. However, the switching element may be any element that can perform an on / off operation at a high frequency, and may be, for example, a transistor, a MOSFET, or a SiC semiconductor.

単相インバータ2bの交流端子U,Vと中性点端子Mとの間には、それぞれリアクトルLfとコンデンサCfとが直列に接続されたフィルタ回路が接続されている。フィルタ回路のそれぞれの直列接続点は交流端子U1,V1である。   Between the AC terminals U and V and the neutral point terminal M of the single-phase inverter 2b, a filter circuit in which a reactor Lf and a capacitor Cf are connected in series is connected. The series connection points of the filter circuits are AC terminals U1 and V1.

交流端子U1,V1は負荷である電動機4bに接続される。交流端子U1,V1と電動機4bとの配線には配線インダクタンスLsと浮遊容量Csが存在する。
制御装置3bは単相インバータ2b内のスイッチング素子Qu,Qx,Qv,Qy,Su,Sx,Sv,Syを選択的にオンオフ動作させるための制御信号GQU,GQX,GSU,GSX,GQV,GQY,GSV,GSYを生成する。制御装置3bが生成する制御信号GQU,GQX,GSU,GSXの間の関係と、制御信号GQV,GQY,GSV,GSYの間の関係は、それぞれ図3(a)〜(d)、図5(a)〜(d)に示す制御信号の関係と同じである。
The AC terminals U1 and V1 are connected to an electric motor 4b that is a load. A wiring inductance Ls and a stray capacitance Cs exist in the wiring between the AC terminals U1 and V1 and the electric motor 4b.
The control device 3b includes control signals G QU , G QX , G SU , G SX , for selectively turning on / off the switching elements Qu, Qx, Qv, Qy, Su, Sx, Sv, Sy in the single-phase inverter 2b. G QV , G QY , G SV , and G SY are generated. The relationship between the control signals G QU , G QX , G SU , G SX generated by the control device 3b and the relationship between the control signals G QV , G QY , G SV , G SY are shown in FIG. To (d) and the relationship of the control signals shown in FIGS.

したがって、交流端子U,Vに出力される電圧、各ステップで生じる共振電圧の波形および交流端子U1,V1に出力される電圧は、それぞれ図4(a)〜(c)、図6(a)〜(c)に示した電圧と同様となる。   Therefore, the voltage output to the AC terminals U and V, the waveform of the resonance voltage generated at each step, and the voltage output to the AC terminals U1 and V1 are shown in FIGS. 4 (a) to 4 (c) and 6 (a), respectively. It becomes the same as the voltage shown in (c).

すなわち、交流端子U,Vの電位は、負側端子の電位から正側端子の電位に変化するときまたは正側端子の電位から負側端子の電位に変化するとき、一度0[V]となる期間を経由する。交流端子U,Vの電位が0[V]となる期間は、リアクトルLfとコンデンサCfとからなるフィルタ回路の共振周期Tfの1/2の時間である。これにより、交流端子U1,V1の電位変化は、共振周期Tfの1/2の時間で、負側端子の電位から正側端子の電位にまたは正側端子の電位から負側端子の電位に変化する。このときに交流端子U1,V1に生じる電圧の変化率は、配線インダクタンスLsと浮遊容量CsとからなるLC回路に共振を引き起こさせるには十分小さいものである。   That is, the potential of the AC terminals U and V once becomes 0 [V] when changing from the potential of the negative terminal to the potential of the positive terminal or changing from the potential of the positive terminal to the potential of the negative terminal. Go through the period. The period in which the potentials of the AC terminals U and V are 0 [V] is a half time of the resonance period Tf of the filter circuit including the reactor Lf and the capacitor Cf. Thereby, the potential change of the AC terminals U1 and V1 changes from the potential of the negative side terminal to the potential of the positive side terminal or from the potential of the positive side terminal to the potential of the negative side terminal in a half time of the resonance period Tf. To do. The rate of change of the voltage generated at the AC terminals U1, V1 at this time is sufficiently small to cause resonance in the LC circuit composed of the wiring inductance Ls and the stray capacitance Cs.

その結果、電動機4bの入力端子に生じるサージ電圧を抑制することができる。
図8は、第3の実施形態を説明するための図である。この第3の実施形態は、第1の実施形態で示したスイッチングアームとフィルタ回路を三相インバータに適用して電動機の入力端子に生じるサージ電圧を低減するものである。
As a result, the surge voltage generated at the input terminal of the electric motor 4b can be suppressed.
FIG. 8 is a diagram for explaining the third embodiment. In the third embodiment, the switching arm and the filter circuit shown in the first embodiment are applied to a three-phase inverter to reduce the surge voltage generated at the input terminal of the motor.

図8において、符号1a,1bは直流電圧源、2cは三相インバータ、3cは制御装置、Lfはリアクトル、Cfはコンデンサ、Lsは配線インダクタンス、Csは浮遊容量、4cは電動機、5cは電流検出器である。   In FIG. 8, reference numerals 1a and 1b are DC voltage sources, 2c is a three-phase inverter, 3c is a control device, Lf is a reactor, Cf is a capacitor, Ls is wiring inductance, Cs is stray capacitance, 4c is an electric motor, and 5c is current detection. It is a vessel.

直流電圧源1aと1bとで構成される直流電圧源直列回路は、第1の実施形態で示した直流電圧源直列回路と同じである。
三相インバータ2c内のスイッチング素子の選択的オンオフ動作により、直流電圧源直列回路の電圧は、正弦波電圧と等価なパルス電圧列に変換される。このパルス電圧列は、リアクトルLfとコンデンサCfとからなるフィルタ回路で正弦波状に波形整形された後、電動機4cに印加される。
The DC voltage source series circuit composed of the DC voltage sources 1a and 1b is the same as the DC voltage source series circuit shown in the first embodiment.
By the selective on / off operation of the switching element in the three-phase inverter 2c, the voltage of the DC voltage source series circuit is converted into a pulse voltage string equivalent to a sine wave voltage. The pulse voltage train is shaped into a sine wave by a filter circuit including a reactor Lf and a capacitor Cf, and then applied to the motor 4c.

電流検出器5cは電動機4cに流れる電流を検出し、電動機電流に相当する信号を出力する。
制御装置3cは、三相インバータ2c内のスイッチング素子を選択的にオンオフさせるための制御信号を生成する。制御装置3cで生成される制御信号は、電流検出器5cから出力される電動機電流に相当する信号を参照して、電動機4cに供給される電流が所定値となるように調整されている。
The current detector 5c detects the current flowing through the electric motor 4c and outputs a signal corresponding to the electric motor current.
The control device 3c generates a control signal for selectively turning on / off the switching elements in the three-phase inverter 2c. The control signal generated by the control device 3c is adjusted so that the current supplied to the motor 4c becomes a predetermined value with reference to a signal corresponding to the motor current output from the current detector 5c.

次に、三相インバータ2cの詳細な構成と電動機4cの入力端子に生じるサージ電圧の低減について説明する。
三相インバータ2cは、第1の実施形態で示したインバータ2aを1相分のスイッチングアームとし、このスイッチングアーム3つを用いて三相のスイッチングアームを構成した三相インバータである。
Next, the detailed configuration of the three-phase inverter 2c and the reduction of the surge voltage generated at the input terminal of the electric motor 4c will be described.
The three-phase inverter 2c is a three-phase inverter in which the inverter 2a shown in the first embodiment is used as a switching arm for one phase, and a three-phase switching arm is configured using the three switching arms.

第1相スイッチングアームは、ダイオードDu,Dxをそれぞれ逆並列接続されたスイッチング素子Qu,Qxを直列に接続してなる第1スイッチング素子直列回路と、双方向スイッチ回路Suxとで構成されている。スイッチング素子Qu,Qxの直列接続点は交流端子Uである。   The first phase switching arm is composed of a first switching element series circuit formed by connecting switching elements Qu and Qx connected in antiparallel with diodes Du and Dx in series, and a bidirectional switching circuit Sux. The series connection point of the switching elements Qu and Qx is an AC terminal U.

第2相スイッチングアームは、ダイオードDv,Dyをそれぞれ逆並列接続されたスイッチング素子Qv,Qyを直列に接続してなる第2スイッチング素子直列回路と、双方向スイッチ回路Svyとで構成されている。スイッチング素子Qv,Qyの直列接続点は交流端子Vである。   The second phase switching arm includes a second switching element series circuit formed by connecting switching elements Qv and Qy in which diodes Dv and Dy are connected in antiparallel to each other in series, and a bidirectional switch circuit Svy. The series connection point of the switching elements Qv and Qy is an AC terminal V.

第3相スイッチングアームは、ダイオードDw,Dzをそれぞれ逆並列接続されたスイッチング素子Qw,Qzを直列に接続してなる第3スイッチング素子直列回路と、双方向スイッチ回路Swzとで構成されている。スイッチング素子Qw,Qzの直列接続点は交流端子Wである。   The third phase switching arm includes a third switching element series circuit formed by connecting switching elements Qw and Qz connected in reverse parallel to the diodes Dw and Dz in series, and a bidirectional switch circuit Swz. The series connection point of the switching elements Qw and Qz is an AC terminal W.

第1相スイッチングアーム,第2相スイッチングアームおよび第3相スイッチングアームのそれぞれの一端は正側端子Pに接続され、それぞれの他端は負側端子Nに接続されている。   One end of each of the first phase switching arm, the second phase switching arm and the third phase switching arm is connected to the positive terminal P, and the other end is connected to the negative terminal N.

双方向スイッチ回路Suxの一端は交流端子Uに接続されている。双方向スイッチ回路Svyの一端は、交流端子Vに接続されている。双方向スイッチ回路Swzの一端は、交流端子Wに接続されている。また、双方向スイッチ回路Sux,Svy,Swzのそれぞれの他端は、中性点端子Mに接続されている。   One end of the bidirectional switch circuit Sux is connected to the AC terminal U. One end of the bidirectional switch circuit Svy is connected to the AC terminal V. One end of the bidirectional switch circuit Swz is connected to the AC terminal W. The other end of each of the bidirectional switch circuits Sux, Svy, Swz is connected to a neutral point terminal M.

なお、双方向スイッチ回路Sux,Svy,Swzは、図1に示した双方向スイッチ回路を略して表記したものであり、図2(a)、(b)に示す双方向スイッチ回路であっても良い。   Note that the bidirectional switch circuits Sux, Svy, and Swz are abbreviated to the bidirectional switch circuit shown in FIG. 1, and the bidirectional switch circuits shown in FIGS. good.

また、図8の三相インバータ2cは、スイッチング素子の一つであるIGBTを用いて構成したものである。しかし、スイッチング素子は高周波数でオンオフ動作を行うことができるものであれば良く、例えばトランジスタ、MOSFETまたはSiC半導体のいずれであっても良い。   Further, the three-phase inverter 2c in FIG. 8 is configured using an IGBT which is one of the switching elements. However, the switching element may be any element that can perform an on / off operation at a high frequency, and may be, for example, a transistor, a MOSFET, or a SiC semiconductor.

三相インバータ2cの交流端子U,VおよびWと中性点端子Mとの間には、それぞれリアクトルLfとコンデンサCfとが直列に接続されたフィルタ回路が接続されている。フィルタ回路のそれぞれの直列接続点は交流端子U1,V1,W1である。   Between the AC terminals U, V and W of the three-phase inverter 2c and the neutral point terminal M, a filter circuit in which a reactor Lf and a capacitor Cf are connected in series is connected. The series connection points of the filter circuits are AC terminals U1, V1, W1.

交流端子U1,V1,W1は負荷である電動機4cに接続される。交流端子U1,V1,W1と電動機4cとの配線には配線インダクタンスLsと浮遊容量Csが存在する。
制御装置3cは三相インバータ2c内のスイッチング素子Qu,Qx,Qv,Qy,Qw,Qz,Su,Sx,Sv,Sy,Sw,Szを選択的にオンオフ動作させるための制御信号GQU,GQX,GSU,GSX,GQV,GQY,GSV,GSY,GQW,GQZ,GSW,GSZを生成する。制御装置3cが生成する制御信号GQU,GQX,GSU,GSXの間の関係、制御信号GQV,GQY,GSV,GSYの間の関係およびGQW,GQZ,GSW,GSZの間の関係は、それぞれ図3(a)〜(d)、図5(a)〜(d)に示す制御信号の関係と同じである。
AC terminals U1, V1, and W1 are connected to an electric motor 4c that is a load. A wiring inductance Ls and a stray capacitance Cs exist in the wiring between the AC terminals U1, V1, W1 and the motor 4c.
The control device 3c controls the switching elements Qu, Qx, Qv, Qy, Qw, Qz, Su, Sx, Sv, Sy, Sw, Sz in the three-phase inverter 2c to selectively turn on / off the control signals G QU , G QX, G SU, G SX, G QV, G QY, G SV, G SY, G QW, G QZ, G SW, generates the G SZ. The relationship between the control signals G QU , G QX , G SU , G SX generated by the control device 3c, the relationship between the control signals G QV , G QY , G SV , G SY and G QW , G QZ , G SW , G SZ are the same as the control signals shown in FIGS. 3A to 3D and 5A to 5D, respectively.

したがって、交流端子U,V,Wに出力される電圧、各ステップで生じる共振電圧の波形および交流端子U1,V1,W1に出力される電圧は、それぞれ図4(a)〜(c)、図6(a)〜(c)に示した電圧と同様となる。   Therefore, the voltage output to the AC terminals U, V, W, the waveform of the resonance voltage generated in each step, and the voltage output to the AC terminals U1, V1, W1 are respectively shown in FIGS. It becomes the same as the voltage shown to 6 (a)-(c).

すなわち、交流端子U,V,Wの電位は、負側端子の電位から正側端子の電位に変化するときまたは正側端子の電位から負側端子の電位に変化するとき、一度0[V]となる期間を経由する。交流端子U,V,Wの電位が0[V]となる期間は、リアクトルLfとコンデンサCfとからなるフィルタ回路の共振周期Tfの1/2の時間である。これにより、交流端子U1,V1,W1の電位変化は、共振周期Tfの1/2の時間で、負側端子の電位から正側端子の電位にまたは正側端子の電位から負側端子の電位に変化する。このときに交流端子U1,V1,W1に生じる電圧の変化率は、配線インダクタンスLsと浮遊容量CsとからなるLC回路に共振を引き起こさせるには十分小さいものである。   That is, the potential of the AC terminals U, V, and W is once 0 [V] when changing from the potential of the negative terminal to the potential of the positive terminal or when changing from the potential of the positive terminal to the potential of the negative terminal. It goes through the period. The period in which the potentials of the AC terminals U, V, and W are 0 [V] is a time that is ½ of the resonance period Tf of the filter circuit including the reactor Lf and the capacitor Cf. As a result, the potential change of the AC terminals U1, V1, and W1 changes from the potential of the negative terminal to the potential of the positive terminal or from the potential of the positive terminal to the potential of the negative terminal in a half time of the resonance period Tf. To change. At this time, the rate of change of the voltage generated at the AC terminals U1, V1, and W1 is sufficiently small to cause resonance in the LC circuit including the wiring inductance Ls and the stray capacitance Cs.

その結果、電動機4cの入力端子に生じるサージ電圧を抑制することができる。
なお、三相を超える多相インバータであっても、第3の実施形態と同様に各相のスイッチングアームおよびフィルタ回路を構成し、各スイッチング素子の制御信号を図3(a)〜(d)、図5(a)〜(d)に示すように生成して各スイッチング素子のオンオフ動作を行えば、電動機の入力端子に生じるサージ電圧を抑制することができる。
As a result, the surge voltage generated at the input terminal of the electric motor 4c can be suppressed.
Even in the case of a multi-phase inverter having more than three phases, the switching arm and the filter circuit of each phase are configured as in the third embodiment, and the control signals of the switching elements are shown in FIGS. 5A to 5D, the surge voltage generated at the input terminal of the motor can be suppressed by generating and switching on / off each switching element.

ところで、リアクトルLfとコンデンサCfとからなるフィルタ回路の共振周期Tfの時間は、2π√(LC)[s]である。すなわち、共振周期Tfの時間は、リアクトルLfのインダクタンス値L[H]の平方根に正比例する。   By the way, the time of the resonance period Tf of the filter circuit composed of the reactor Lf and the capacitor Cf is 2π√ (LC) [s]. That is, the time of the resonance period Tf is directly proportional to the square root of the inductance value L [H] of the reactor Lf.

また、リアクトルLfの鉄心材料にはフェライト磁石やアモルファス合金に代表される磁性材料が用いられている。このような磁性材料を鉄心に用いたリアクトルは、図9に示すように、コイルに流れる電流Ifの値が大きくなるとインダクタンス値L[H]が低下するという特性を有する。   Further, a magnetic material typified by a ferrite magnet or an amorphous alloy is used for the core material of the reactor Lf. As shown in FIG. 9, a reactor using such a magnetic material for the iron core has a characteristic that the inductance value L [H] decreases as the value of the current If flowing through the coil increases.

したがって、フィルタ回路の共振周期TfをリアクトルLfとコンデンサCfの仕様値等から一義的に定めると、共振電圧Vr1とVr2および共振電圧Vr3とVr4の交流成分を打消す効果が十分に発揮されない場合がある。すなわち、コイルに流れる電流If[A]の値が大きくなるにしたがってインダクタンス値L[H]が低下すると、予め設定されているフィルタ回路の共振周期Tfと実際に発生する共振電圧Vr1〜Vr4の共振周期との間にずれが生じる。その結果、共振電圧が十分に打消されず、サージ電圧の抑制効果が低減する。   Accordingly, if the resonance period Tf of the filter circuit is uniquely determined from the specification values of the reactor Lf and the capacitor Cf, the effect of canceling the AC components of the resonance voltages Vr1 and Vr2 and the resonance voltages Vr3 and Vr4 may not be sufficiently exhibited. is there. That is, when the inductance value L [H] decreases as the value of the current If [A] flowing through the coil increases, the resonance of the preset resonance frequency Tf of the filter circuit and the actually generated resonance voltages Vr1 to Vr4. Deviation occurs between cycles. As a result, the resonance voltage is not sufficiently canceled, and the effect of suppressing the surge voltage is reduced.

そこで、フィルタ回路の共振周期Tfに正比例して時間T1,T2の長さを調節し、共振電圧が確実に打消されるようにする必要がある。
フィルタ回路の共振周期Tfは、上記のとおりリアクトルLfのインダクタンス値L[H]の平方根に正比例する。したがって、リアクトルLfのインダクタンス値L[H]の平方根に正比例するように時間T1,T2を調節すれば、共振電圧が効果的に打消される。また、リアクトルLfのインダクタンス値L[H]に時間T1,T2の二乗値が正比例するように調節しても、共振電圧が効果的に打消される。
Therefore, it is necessary to adjust the lengths of the times T1 and T2 in direct proportion to the resonance period Tf of the filter circuit so that the resonance voltage is surely canceled.
As described above, the resonance period Tf of the filter circuit is directly proportional to the square root of the inductance value L [H] of the reactor Lf. Therefore, if the times T1 and T2 are adjusted so as to be directly proportional to the square root of the inductance value L [H] of the reactor Lf, the resonance voltage is effectively canceled. Even if the square value of the time T1 and T2 is adjusted to be directly proportional to the inductance value L [H] of the reactor Lf, the resonance voltage is effectively canceled.

リアクトルLfのインダクタンス値L[H]は、例えば、制御装置3a,3b,3c内に図9に示すリアクトルLfのインダクタンス値L[H]とコイルに流れる電流If[A]の値との関係を示すデータテーブルを備えることにより、リアクトルLfに流れる電流値に基づいて求めることができる。   The inductance value L [H] of the reactor Lf is, for example, the relationship between the inductance value L [H] of the reactor Lf shown in FIG. 9 and the value of the current If [A] flowing through the coil in the control devices 3a, 3b, 3c. By providing the data table shown, it can be obtained based on the value of the current flowing through the reactor Lf.

また、上記により求めたリアクトルLfのインダクタンス値L[H]とコンデンサCfのキャパシタンス値C[F]とからフィルタ回路の共振周期Tfを算出し、この算出した共振周期Tfに正比例して時間T1,T2を調節することもできる。   Further, the resonance period Tf of the filter circuit is calculated from the inductance value L [H] of the reactor Lf obtained above and the capacitance value C [F] of the capacitor Cf, and the time T1, T1 is directly proportional to the calculated resonance period Tf. T2 can also be adjusted.

さらに、上記により求めたフィルタ回路の共振周期Tfとリアクトルに流れる電流値との相間を示すデータテーブルを予め作成して制御装置3a内に備え、リアクトルLfに流れる電流値に基づいてこのテーブルを参照し、テーブルを参照することにより得られた共振周期に正比例して時間T1,T2を調節することもできる。   Further, a data table indicating the phase between the resonance period Tf of the filter circuit obtained as described above and the current value flowing through the reactor is prepared in advance and provided in the control device 3a, and this table is referred to based on the current value flowing through the reactor Lf. The times T1 and T2 can be adjusted in direct proportion to the resonance period obtained by referring to the table.

なお、リアクトルLfに流れる電流は、図7,図8に示した電流検出器5b,5cで検出した電流を使用することができる。電流検出器5b,5cが検出する電流は電動機4b,4cに流れる電流であるが、コンデンサCfに流れる電流を無視すれば、ほぼリアクトルLfに流れる電流とすることができる。より正確にリアクトルLfに流れる電流を検出する場合には、電流検出器5b,5cをインバータ2b,2cとリアクトルLfとの間またはリアクトルLfとコンデンサCfとの間に設ければ良い。   Note that the current detected by the current detectors 5b and 5c shown in FIGS. 7 and 8 can be used as the current flowing through the reactor Lf. The currents detected by the current detectors 5b and 5c are currents flowing through the electric motors 4b and 4c. However, if the current flowing through the capacitor Cf is ignored, the current flowing through the reactor Lf can be substantially set. In order to detect the current flowing through the reactor Lf more accurately, the current detectors 5b and 5c may be provided between the inverters 2b and 2c and the reactor Lf or between the reactor Lf and the capacitor Cf.

なお、上述した実施形態において、サージ電圧を抑制するために追加する電気部品は、リアクトルLfおよびコンデンサCfであり、従来技術のように、さらにサージ電圧のエネルギーを消費する抵抗や、ダイオードブリッジ回路などを追加する必要はない。したがって、電力変換装置の大型化、高価格化を抑制することができる。   In the above-described embodiment, the electrical components added to suppress the surge voltage are the reactor Lf and the capacitor Cf. As in the prior art, a resistor that consumes energy of the surge voltage, a diode bridge circuit, and the like There is no need to add. Therefore, an increase in size and cost of the power conversion device can be suppressed.

また、配線インダクタンスLsと浮遊容量Csとからなる共振回路の共振周期の1/2の時間がインバータで制御可能な時間であれば、リアクトルLfとコンデンサCfとからなるフィルタ回路の代わりに配線インダクタンスLsと浮遊容量Csとからなる共振回路を対象として、本発明を実施することができる。   In addition, if the half of the resonance period of the resonance circuit composed of the wiring inductance Ls and the stray capacitance Cs is a time that can be controlled by the inverter, the wiring inductance Ls instead of the filter circuit composed of the reactor Lf and the capacitor Cf. The present invention can be implemented with respect to a resonance circuit composed of a floating capacitance Cs.

また、上述した実施形態では、三相および単相のインバータによって電動機を駆動する例を参照して本発明の作用および効果を説明したが、インバータの負荷は電動機に限られず、電動機以外の電気回路または電気部品を負荷とするものであっても、同様の作用および効果を発揮することができる。   In the above-described embodiment, the operation and effect of the present invention have been described with reference to an example in which an electric motor is driven by a three-phase and single-phase inverter. However, the load of the inverter is not limited to the electric motor, and an electric circuit other than the electric motor is used. Alternatively, even when an electrical component is used as a load, similar actions and effects can be exhibited.

また、インバータを発電機との間で電力の授受を行うコンバータに置き換えても良い。この場合、本発明を適用することにより、発電機の交流端子に発生するサージ電圧を抑制することができる。   Further, the inverter may be replaced with a converter that exchanges power with a generator. In this case, the surge voltage generated at the AC terminal of the generator can be suppressed by applying the present invention.

1,1a,1b・・・直流電圧源、2,2a,2b,2c・・・インバータ、3,3a,3b,3c・・・制御装置、4,4a,4b,4c・・・電動機、5b,5c・・・電流検出器、Qu〜Qw,Qx〜Qz・・・スイッチング素子、Su〜Sw,Sx〜Sz・・・スイッチング素子、Ls・・・配線のインダクタンス、Cs・・・配線の浮遊容量、Lf・・・リアクトル、Cf・・・コンデンサ   1, 1a, 1b ... DC voltage source, 2, 2a, 2b, 2c ... inverter, 3, 3a, 3b, 3c ... control device, 4, 4a, 4b, 4c ... electric motor, 5b , 5c ... current detector, Qu to Qw, Qx to Qz ... switching element, Su to Sw, Sx to Sz ... switching element, Ls ... inductance of wiring, Cs ... floating of wiring Capacity, Lf: Reactor, Cf: Capacitor

Claims (16)

直列に接続された第1の直流電圧源と第2の直流電圧源とからなる直流電圧源直列回路の両端に接続される正側端子と負側端子と、
前記第1の直流電圧源と前記第2の直流電圧源との直列接続点に接続される中性点端子と、
前記正側端子と前記負側端子との間に直列に接続された第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子とからなるスイッチング素子直列回路と、
前記の第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子との直列接続点に接続される交流端子と、
前記中性点端子と前記交流端子との間に接続される双方向スイッチ回路と、
リアクトルの一端とコンデンサの一端とが接続されてなり、前記リアクトルの他端が前記交流端子に接続され前記コンデンサの他端が前記中性点端子に接続されるフィルタ回路と、
を備えたことを特徴とする電力変換装置。
A positive terminal and a negative terminal connected to both ends of a DC voltage source series circuit composed of a first DC voltage source and a second DC voltage source connected in series;
A neutral point terminal connected to a series connection point of the first DC voltage source and the second DC voltage source;
A switching element series circuit comprising a first switching element and a second switching element connected in series between the positive terminal and the negative terminal;
An AC terminal connected to a series connection point of the first switching element and the second switching element;
A bidirectional switch circuit connected between the neutral point terminal and the AC terminal;
A filter circuit in which one end of a reactor and one end of a capacitor are connected, the other end of the reactor is connected to the AC terminal, and the other end of the capacitor is connected to the neutral point terminal;
A power conversion device comprising:
前記交流端子の電位が前記正側端子の電位から前記負側端子の電位に切り換わるとき、
前記交流端子の電位は、前記正側端子の電位から前記中性点端子の電位に切り換わり、第1の時間の間前記中性点端子の電位にあった後、前記負側端子の電位に切り換わることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
When the potential of the AC terminal switches from the potential of the positive terminal to the potential of the negative terminal,
The potential of the AC terminal switches from the potential of the positive terminal to the potential of the neutral point terminal. After being at the potential of the neutral point terminal for a first time, the potential of the negative terminal is changed to the potential of the negative terminal. The power converter according to claim 1, wherein the power converter is switched.
前記交流端子の電位が前記負側端子の電位から前記正側端子の電位に切り換わるとき、
前記交流端子の電位は、前記負側端子の電位から前記中性点端子の電位に切り換わり、第2の時間の間前記中性点端子の電位にあった後、前記正側端子の電位に切り換わることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
When the potential of the AC terminal switches from the potential of the negative terminal to the potential of the positive terminal,
The potential of the AC terminal is switched from the potential of the negative terminal to the potential of the neutral point terminal, and after being at the potential of the neutral point terminal for a second time, the potential of the positive terminal The power converter according to claim 1, wherein the power converter is switched.
前記第1のスイッチング素子がオン状態からオフ状態に切り換わってから前記第2のスイッチング素子がオフ状態からオン状態に切り換わるとき、
前記第1のスイッチング素子がオン状態からオフ状態に切り換わってから前記双方向スイッチ回路が導通し、前記双方向スイッチ回路は第1の時間の間導通状態を維持した後不導通状態に切り換わり、その後前記第2のスイッチング素子がオフ状態からオン状態に切り換わることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
When the second switching element switches from the off state to the on state after the first switching element switches from the on state to the off state,
The bidirectional switch circuit is turned on after the first switching element is switched from an on state to an off state, and the bidirectional switch circuit is kept in a conductive state for a first time and then switched to a non-conductive state. Thereafter, the second switching element is switched from an off state to an on state, and the power converter according to claim 1.
前記第2のスイッチング素子がオン状態からオフ状態に切り換わってから前記第1のスイッチング素子がオフ状態からオン状態に切り換わるとき、
前記第2のスイッチング素子がオン状態からオフ状態に切り換わってから前記双方向スイッチ回路が導通し、前記双方向スイッチ回路は第2の時間の間導通状態を維持した後不導通状態に切り換わり、その後前記第1のスイッチング素子がオフ状態からオン状態に切り換わることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
When the first switching element switches from the off state to the on state after the second switching element switches from the on state to the off state,
The bidirectional switch circuit is turned on after the second switching element is switched from an on state to an off state, and the bidirectional switch circuit is maintained in a conductive state for a second time and then switched to a non-conductive state. Then, the power switching device according to claim 1, wherein the first switching element is switched from an off state to an on state.
前記第1の時間は、前記フィルタ回路が有する共振周期の1/2であることを特徴とする請求項2乃至請求項5のいずれか1項に記載の電力変換装置。   6. The power converter according to claim 2, wherein the first time is ½ of a resonance period of the filter circuit. 前記第2の時間は、前記フィルタ回路が有する共振周期の1/2であることを特徴とする請求項2乃至請求項5のいずれか1項に記載の電力変換装置。   6. The power converter according to claim 2, wherein the second time is ½ of a resonance period of the filter circuit. 前記第1の時間および/または前記第2の時間は前記フィルタ回路が有する共振周期の1/2であって、前記フィルタ回路が有する共振周期または前記リアクトルのインダクタンス値の平方根のいずれかに比例して変化することを特徴とする請求項6または請求項7のいずれかに記載の電力変換装置。   The first time and / or the second time is 1/2 of the resonance period of the filter circuit, and is proportional to either the resonance period of the filter circuit or the square root of the inductance value of the reactor. The power conversion device according to claim 6, wherein the power conversion device changes. 前記第1の時間および/または前記第2の時間は前記フィルタ回路が有する共振周期の1/2であって、前記フィルタ回路を構成する前記リアクトルに流れる電流値に応じて変化することを特徴とする請求項6または請求項7のいずれかに記載の電力変換装置。   The first time and / or the second time is a half of a resonance period of the filter circuit, and changes according to a current value flowing through the reactor constituting the filter circuit. The power converter according to any one of claims 6 and 7. 前記双方向スイッチ回路は、逆耐圧を有するスイッチング素子を逆並列に接続してなることを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の電力変換装置。   The power converter according to any one of claims 1 to 9, wherein the bidirectional switch circuit is configured by connecting switching elements having reverse breakdown voltage in antiparallel. 前記双方向スイッチ回路は、ダイオードを逆並列接続されたスイッチング素子を逆直列に接続してなることを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の電力変換装置。   The power converter according to any one of claims 1 to 9, wherein the bidirectional switch circuit includes switching elements connected in reverse parallel to each other in reverse series. 前記スイッチング素子直列回路および前記双方向スイッチ回路を構成するスイッチング素子は、SiC半導体であることを特徴とする請求項10または請求項11のいずれかに記載の電力変換装置。   12. The power conversion device according to claim 10, wherein switching elements constituting the switching element series circuit and the bidirectional switch circuit are SiC semiconductors. 請求項1乃至請求項12のいずれか1項に記載の電力変換装置を用いて2相のスイッチングアームを構成してなる単相インバータ装置。   The single phase inverter apparatus which comprises a two-phase switching arm using the power converter device of any one of Claims 1 thru | or 12. 請求項1乃至請求項12のいずれか1項に記載の電力変換装置を用いて2相のスイッチングアームを構成してなる単相コンバータ装置。   The single phase converter apparatus which comprises a two-phase switching arm using the power converter device of any one of Claims 1 thru | or 12. 請求項1乃至請求項12のいずれか1項に記載の電力変換装置を用いて3相以上のスイッチングアームを構成してなる多相インバータ装置。   The multiphase inverter apparatus which comprises the switching arm of 3 or more phases using the power converter device of any one of Claims 1 thru | or 12. 請求項1乃至請求項12のいずれか1項に記載の電力変換装置を用いて3相以上のスイッチングアームを構成してなる多相コンバータ装置。   A multiphase converter device comprising a switching arm of three or more phases using the power conversion device according to any one of claims 1 to 12.
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