JP2508900B2

JP2508900B2 - 多重インバ―タ装置の制御方法

Info

Publication number: JP2508900B2
Application number: JP2199702A
Authority: JP
Inventors: 満松川; 知史多田
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1990-07-26
Filing date: 1990-07-26
Publication date: 1996-06-19
Anticipated expiration: 2011-06-19
Also published as: JPH0487569A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、所定周波数の補償電圧をノイズ発生源に
注入してノイズ成分の電力系統への流出を防止するアク
ティブフィルタ等において、三角波キャリア信号の周波
数成分の除去用のフィルタの小型化のために補償電圧発
生用の電圧型パルス幅変調インバータ（以下、単にイン
バータと略す）を複数台用いて構成される多重インバー
タ装置を制御するための多重インバータ装置の制御方法
に関するものである。

〔従来の技術〕

第４図（ａ）にＵ相,V相,W相の３相交流電圧を発生す
る３多重の多重インバータ装置の基本的な回路図を示
す。第４図（ａ）において、１は第１の３相インバータ
で、直流電源1EとＵ相用,V相用,W相用の３台の単相イン
バータ1U,1V,1Wから構成されている。例えば、単相イン
バータ1Uは、４個のスイッチ素子S₁〜S₄と、スイッチ素
子S₁〜S₄にそれぞれ逆並列接続したダイオードD₁〜D₄と
からなり、これらをブリッジ状に接続し、スイッチ素子
S₁,S₃の接続点とスイッチ素子S₂,S₄の接続点を直流電源
1Eの正極および負極にそれぞれ接続し、スイッチ素子
S₁,S₂の接続点およびスイッチ素子S₃,S₄の接続点にそれ
ぞれ出力端子T₁,T₂を設けている。残りの単相インバー
タ1V,1Wについても、詳しい回路構成の図示は省略して
いるが、単相インバータ1Uと同じ構成であり、各相の単
相インバータ1U,1V,1Wの各々スイッチ素子S₁〜S₄の制御
極（図示せず）にそれぞれ各相の基準電圧と三角波キャ
リア電圧との比較結果であるパルス幅変調信号が加えら
れ、これによって各相の単相インバータ1U,1V,1Wの出力
端子T₁,T₂間に各相の基準電圧に相似な３相交流電圧が
出力される。ただ、この３相交流電圧には、三角波キャ
リア電圧の周波数成分およびその高調波成分が含まれて
いるので、後段にてLCフィルタでそれらの周波数成分を
除去する必要がある。

２は第２の３相インバータで、３は第３の３相インバ
ータで、これらの具体的な回路構成は第１の３相インバ
ータ１と同様である。ただ、各単相インバータ2,3の各
スイッチ素子に加えるパルス幅変調信号を作成するため
の三角波キャリア信号が第１の３相インバータ１の三角
波キャリア信号に対して、それぞれ60度,120度の位相遅
れを有している点で相違する。

そして、第1,第2,第３の３相インバータ1,2,3のＵ相,
V相,W相の各相電圧を合成する。例えば、Ｕ相について
は、第４図（ｂ）に示すような多重変圧器4Uを用い、第
１の３相インバータ１のＵ相用の単相インバータ1Uの出
力端子T₁,T₂を多重変圧器4Uの一次巻線n₁₁に接続し、同
様に第２の３相インバータ２のＵ相用の単相インバータ
（図示せず）の出力端子T₃,T₄を多重変圧器4Uの一次巻
線n₁₂に接続し、第３の３相インバータ３のＵ相用の単
相インバータ（図示せず）の出力端子T₅,T₆を多重変圧
器4Uの一次巻線n₁₃に接続する。これによって、多重変
圧器4Uの二次巻線n₂から第1,第2,第３の３相インバータ
1,2,3のＵ相用の単相インバータ1U,…の出力を３多重合
成したＵ相の交流電圧が得られる。Ｖ相およびＷ相につ
いてはＵ相と同じである。

第５図はＵ相のパルス幅変調信号の作成の模様および
各単相インバータの出力および多重合成出力の模様を示
すタイムチャートであり、以下この第５図を参照して従
来の多重インバータ装置の動作をＵ相について説明す
る。なお、Ｖ相およびＷ相についても同じ動作である。

この多重インバータ装置では、図示しないパルス幅変
調用の比較回路でもって、第１の３相インバータ１につ
いては、第５図（ａ）に示すように、基準電圧V_Rと、実
線で示す三角波キャリア信号V₁₁およびそれの反転信号
である二点鎖線で示す三角波キャリア信号V₂₁とが比較
される。

基準電圧V_Rと三角波キャリア信号V₁₁との比較結果と
して、第５図（ｂ）に示すような矩形波（パルス幅変調
波）が得られ、この第５図（ｂ）の矩形波がハイレベル
のときに単相インバータ1Uのスイッチ素子S₁がオンに駆
動され、逆にローレベルのときに単相インバータ1Uのス
イッチ素子S₂がオン駆動される。また、基準電圧V_Rと三
角波キャリア信号V₂₁との比較結果として、第５図
（ｃ）に示すような矩形波（パルス幅変調波）が得ら
れ、この第５図（ｃ）の矩形波がハイレベルのときに単
相インバータ1Uのスイッチ素子S₄がオンに駆動され、逆
にローレベルのときに単相インバータ1Uのスイッチ素子
S₃がオン駆動される。以上の結果、単相インバータ1Uの
出力電圧は第５図（ｄ）に示すような波形となる。

同様に、第２の３相インバータ２については、第５図
（ａ）に示すように、基準電圧V_Rと、短破線で示す三角
波キャリア信号V₁₂およびそれの反転信号である一点鎖
線で示す三角波キャリア信号V₂₂とが比較される。基準
電圧V_Rと三角波キャリア信号V₁₂との比較結果として、
第５図（ｅ）に示すような矩形波が得られ、また基準電
圧V_Rと三角波キャリア信号V₂₂との比較結果として、第
５図（ｆ）に示すような矩形波が得られる。そして、こ
れらの矩形波でもって上記と同様の４個のスイッチ素子
が駆動され、Ｕ相用の単相インバータの出力電圧は第５
図（ｇ）に示すような波形となる。

また、第３の３相インバータ３については、第５図
（ａ）に示すように、基準電圧V_Rと、長破線で示す三角
波キャリア信号V₁₃およびそれの反転信号である三点鎖
線で示す三角波キャリア信号V₂₃とが比較される。基準
電圧V_Rと三角波キャリア信号V₁₃との比較結果として、
第５図（ｈ）に示すような矩形波が得られ、また基準電
圧V_Rと三角波キャリア信号V₂₃との比較結果として、第
５図（ｉ）に示すような矩形波が得られる。そして、こ
れらの矩形波でもって上記と同様の４個のスイッチ素子
が駆動され、Ｕ相用の単相インバータの出力電圧は第５
図（ｊ）に示すような波形となる。

そして、３相インバータ1,2,3のＵ相用の各単相イン
バータ1U,…の出力電圧を多重変圧器4Uで多重合成する
と、第５図（ｋ）に示すような波形の電圧が得られる。

このように構成すると、多重変圧器4Uの出力電圧中に
含まれる三角波キャリア信号の高調波成分としては６次
以上のものが含まれるのみとなり、三角波キャリア信号
の高調波成分を除去するためのLCフィルタの共振周波数
を高く設定することができ、したがってLCフィルタを構
成するインダクタおよびコンデンサを小さいものとする
ことができ、LCフィルタを小型化できるものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、この多重インバータ装置は、３相インバー
タ1,2,3の何れか一つが故障で運転停止したとき、例え
ば３相インバータ３が運転停止すると、このとき正常な
３相インバータ1,2の三角波キャリア電圧は故障前と同
様に位相差が60度であるため、多重インバータ4Uの出力
電圧は第５図（ｌ）に示すような波形となる。このよう
な時間軸上で不均一な波形となると、多重変圧器4Uの出
力電圧中に含まれる三角波キャリア信号の高調波成分の
最低次数が下がることになる。つまり、この例では、三
角波キャリア信号の周波数をf_cとしたときに、 2f_c＜ｆ＜4f_c の範囲の三角波キャリア信号に起因する不要な高調波成
分が発生することになる。

このように、除去すべき不要高調波成分の最低次数が
下がると、それを除去するためのLCフィルタの共振周波
数を低く設定することが必要となり、したがってインダ
クタのインダクタンス値もしくはコンデンサの容量を大
きく設定することが必要となり、LCフィルタの大型化す
るという問題がある。

したがって、この発明の目的は、インバータの運転停
止による多重数の減少時に、多重合成出力電圧中の三角
波キャリア信号の高調波成分の最低次数の低下を抑え、
三角波キャリア信号の高調波成分の除去用のフィルタの
小型化を図ることができる多重インバータ装置の制御方
法を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の多重インバータ装置の制御方法は、ｎ台
（ｎは３以上の整数）のインバータが正常であるとき
は、ｎ台全てのインバータに対して、180/n度ずつの位
相差を有する三角波キャリア信号をそれぞれ供給し、ｎ
台のインバータの出力を多重変圧器で合成して出力す
る。一方、何らかの原因でｎ台のインバータの何れか１
台が故障したときには、故障したインバータの運転を停
止し、残りのｎ−１台のインバータに供給する三角波キ
ャリア信号の位相差を180/n度から180/（ｎ−１）度に
切り替え、ｎ−１台のインバータの出力を多重変圧器で
合成して出力する。

〔作用〕

この発明の構成によれば、ｎ台のインバータが全て正
常であるときに限らず、ｎ台のインバータのうち何れか
１台が故障してそのインバータの運転を停止したときに
も、運転状態のインバータに加える三角波キャリア信号
の位相差が均等になり、多重変圧器の出力電圧中の三角
波キャリア信号の高調波成分の最低次数が２（ｎ−１）
となり、それ以下の次数の高調波成分の発生が防止され
ることになる。この結果、三角波キャリア信号の高調波
成分を除去するためのフィルタの共振周波数を高く設定
することができ、フィルタの小型化を図ることができ
る。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面を参照しながら説明す
る。

第１図はこの発明の一実施例の制御方法を実施する多
重インバータ装置の構成を示すブロック図である。この
多重インバータ装置は、正常時に３台のインバータの出
力電圧を多重合成する３多重のもので、１台のインバー
タの故障時に２多重に切り替えるものである。なお、こ
の多重インバータ装置は、３相交流電圧を出力するもの
であるが、Ｕ相,V相,W相の各相の構成が同じであるの
で、第１図では図面の簡単化のために、Ｕ相の回路構成
のみ図示し、Ｖ相およびＷ相については図示を省略して
いる。

第１図において、１は第１の３相インバータ、２は第
２の３相インバータ、３は第３の３相インバータ、1Uは
３相インバータ１内のＵ相用の単相インバータ、4UはＵ
相用の多重変圧器である。

５は各相共通の三角波キャリア信号発生回路で、60度
の位相差をもった三角波キャリア信号V₁₁,V₁₂,V₁₃と三
角波キャリア信号V₁₁に対して90度の位相差をもった三
角波キャリア信号V₁₄を発生するとともに、これらとち
ょうど位相が反転した三角波キャリア信号V₂₁,V₂₂,V₂₃,
V₂₄を発生する。

6Uは三角波キャリア信号切替回路で、三角波キャリア
信号発生回路５から発生した三角波キャリア信号V₁₁,V
₁₂,V₁₃,V₁₄,V₂₁,V₂₂,V₂₃,V₂₄を、３相インバータ1,2,3
内のＵ相用の各単相インバータ1U,…の各々の故障信号K
S_1U,KS_2U,KS_3Uに基づいて、３相インバータ1,2,3の全て
が正常であるときに、三角波キャリア信号V₁₁,V₁₂,V₁₃,
V₂₁,V₂₂,V₂₃を各３相インバータ1,2,3に対応して出力
し、３相インバータ1,2,3の何れか１台が故障のとき
に、例えば３相インバータ３が故障のときに、三角波キ
ャリア信号V₁₁,V₁₄,V₂₁,V₂₄を３相インバータ1,2とに対
応して出力する。その具体回路構成は後述する（第２図
（ａ），（ｂ）参照）。

7Uはパルス発生回路で、三角波キャリア信号切替回路
6Uから与えられる基準電圧と三角波キャリア信号V₁₁,V
₁₂,V₁₃,V₁₄,V₂₁,V₂₂,V₂₃,V₂₄とを比較して各３相インバ
ータ1,2,3の各単相インバータ1U,…のスイッチ素子S₁〜
S₄を駆動するための矩形波信号（パルス幅変調信号）を
作成し、この矩形波信号を増幅して各３相インバータ1,
2,3のＵ相用の単相インバータ1U,…にゲートパルスとし
て与える。

ここで、三角波キャリア信号切替回路6Uの具体回路構
成を第２図（ａ），（ｂ）を参照して説明する。この三
角波キャリア信号切替回路6Uは、第２図（ａ）に示すア
ンドゲートAN₁,AN₂およびノット回路NT₁〜NT₄と、第２
図（ｂ）に示すスイッチSW₁〜SW₅とからなる。

３台の３相インバータ1,2,3が全て正常であるとき
は、３相インバータ1,2,3が全て運転され、このとき
は、第１表に示すとおり、故障信号KS_1U,KS_2U,KS_3Uが全
てローであり、スイッチSW₁〜SW₅の制御信号SS₁〜SS₅は
それぞれロー，ハイ，ロー，ハイ，ローとなる。

この結果、三角波キャリア信号V₁₁,V₂₁が３相インバ
ータ１のＵ相用の単相インバータ1Uの制御用に供され、
三角波キャリア信号V₁₂,V₂₂が３相インバータ２のＵ相
用の単相インバータの制御用に供され、三角波キャリア
信号V₁₃,V₂₃が３相インバータ３のＵ相用の単相インバ
ータの制御用に供される。つまり、３相インバータ1,2,
3のＵ相用の単相インバータ1U,…にそれぞれ60度の位相
差をもった三角波キャリア信号V₁₁,V₂₁;V₁₂,V₂₂;V₁₃,V
₂₃が供されることになる。このときの多重インバータ装
置の各部でのタイムチャートは、第５図（ａ）〜（ｋ）
までと同じである。

つぎに、例えば３相インバータ３が故障したときは、
この３相インバータ３の運転が休止され、残る３相イン
バータ1,2のみが運転され、このときは、故障信号KS_1U,
KS_2U,KS_3UとスイッチSW₁〜SW₅の制御信号SS₁〜SS₅と３
相インバータ１〜３の三角波キャリア信号はそれぞれ第
２表のようになる。

つまり、３相インバータ1,2のＵ相用の単相インバー
タ1U,…にそれぞれ90度の位相差をもった三角波キャリ
ア信号V₁₁,V₂₁;V₁₄,V₂₄が供されることになり、３相イ
ンバータ1,2で三角波キャリア信号V₁₁,V₂₁,V₁₄,V₂₄の位
相差が均等になる。

第３図は３相インバータ３の故障による多重数減少時
におけるＵ相のパルス幅変調信号の作成の模様および各
単相インバータの出力および多重合成出力の模様を示す
タイムチャートであり、以下この第３図を参照してこの
多重インバータ装置の多重数減少時の動作をＵ相につい
てのみ説明する。なお、Ｖ相およびＷ相についても、同
じ動作である。

この多重インバータ装置では、第１の３相インバータ
１については、第３図（ａ）に示すように、基準電圧V_R
と、実線で示す三角波キャリア信号V₁₁およびそれの反
転信号である二点鎖線で示す三角波キャリア信号V₂₁と
が比較される。

基準電圧V_Rと三角波キャリア信号V₁₁との比較結果と
して、第３図（ｂ）に示すような矩形波（パルス幅変調
波）が得られ、この第３図（ｂ）の矩形波がハイレベル
のときに単相インバータ1Uのスイッチ素子S₁がオンに駆
動され、逆にローレベルのときに単相インバータ1Uのス
イッチ素子S₂がオン駆動される。また、基準電圧V_Rと三
角波キャリア信号V₂₁との比較結果として、第３図
（ｃ）に示すような矩形波（パルス幅変調波）が得ら
れ、この第３図（ｃ）の矩形波がハイレベルのときに単
相インバータ1Uのスイッチ素子S₄がオンに駆動され、逆
にローレベルのときに単相インバータ1Uのスイッチ素子
S₃がオン駆動される。以上の結果、単相インバータ1Uの
出力電圧は第３図（ｄ）に示すような波形となる。この
単相インバータ1Uの動作については従来例と同様であ
る。

つぎに、第２の３相インバータ２については、第３図
（ａ）に示すように、基準電圧V_Rと、短破線で示す三角
波キャリア信号V₁₄およびそれの反転信号である一点鎖
線で示す三角波キャリア信号V₂₄とが比較される。

基準電圧V_Rと三角波キャリア信号V₁₄との比較結果と
して、第３図（ｅ）に示すような矩形波（パルス幅変調
波）が得られ、この第３図（ｅ）の矩形波がハイレベル
のときにＵ相用の単相インバータのスイッチ素子S₁がオ
ンに駆動され、逆にローレベルのときにＵ相用の単相イ
ンバータのスイッチ素子S₂がオン駆動される。また、基
準電圧V_Rと三角波キャリア信号V₂₄との比較結果とし
て、第３図（ｆ）に示すような矩形波（パルス幅変調
波）が得られ、この第３図（ｆ）の矩形波がハイレベル
のときにＵ相用の単相インバータのスイッチ素子S₄がオ
ンに駆動され、逆にローレベルのときにＵ相用の単相イ
ンバータのスイッチ素子S₃がオン駆動される。以上の結
果、Ｕ相用の単相インバータの出力電圧は第３図（ｇ）
に示すような波形となる。

そして、３相インバータ1,2のＵ相用の各単相インバ
ータ1U,…の出力電圧を多重変圧器4Uで多重合成する
と、第３図（ｈ）に示すような波形の電圧が得られ、こ
の波形中に含まれる三角波キャリア信号の高調波成分は
４次以上となり、３次以下の高調波成分は含まれない。
この理由は、３相インバータ1,2に加えられる三角波キ
ャリア信号V₁₁,V₂₁,V₁₄,V₂₄の位相差が均等であるから
である。

つぎに、例えば３相インバータ２が故障したときは、
この３相インバータ２の運転が休止され、残る３相イン
バータ1,3のみが運転され、このときは、故障信号KS_1U,
KS_2U,KS_3UとスイッチSW₁〜SW₅の制御信号SS₁〜SS₅と３
相インバータ１〜３の三角波キャリア信号は、それぞれ
第３表のようになる。

つまり、３相インバータ1,3のＵ相用の単相インバー
タ1U,…にそれぞれ90度の位相差をもった三角波キャリ
ア信号V₁₁,V₂₁;V₁₄,V₂₄が供されることになる。

つぎに、例えば３相インバータ１が故障したときは、
この３相インバータ１の運転が休止され、残る３相イン
バータ2,3のみが運転され、このときは、故障信号KS_1U,
KS_2U,KS_3UとスイッチSW₁〜SW₅の制御信号SS₁〜SS₅と３
相インバータ１〜３の三角波キャリア信号は、それぞれ
第４表のようになる。

つまり、３相インバータ2,3のＵ相用の単相インバー
タ1U,…にそれぞれ90度の位相差をもった三角波キャリ
ア信号V₁₁,V₂₁;V₁₄,V₂₄が供されることになる。

このように構成すると、多重変圧器4Uの出力電圧中に
含まれる三角波キャリア信号の高調波成分としては４次
以上のものが含まれるのみとなり、３相インバータ1,2,
3が全て正常時の最低次数の６次よりは低くなるもの
の、従来例において例えば３相インバータ３の故障時の
最低次数の２次よりは高くすることができる。したがっ
て、三角波キャリア信号の高調波成分を除去するための
LCフィルタの共振周波数を高く設定することができ、し
たがってLCフィルタを構成するインダクタおよびコンデ
ンサを小さいものとすることができ、LCフィルタを小型
化できるものである。

なお、上記実施例は、正常時の多重数が３で、故障時
に多重数が２に減少する場合について、三角波キャリア
信号の位相差を60度から90度に切り替える点について説
明したが、これに限らず、正常時の多重数がｎ（ｎは３
以上の整数）で故障時に多重数がｎ−１に減少する場合
であれば、この発明を適用することができる。この場
合、三角波キャリア信号の位相差は、180/n度から180/
（ｎ−１）度に切り替えることになる。

上記実施例では、３相交流電圧を発生する多重インバ
ータ装置の実施例について説明したが、この発明は単相
の交流電圧を発生するものにも適用できるのはいうまで
もない。

〔発明の効果〕

この発明の多重インバータ装置の制御方法によれば、
ｎ台のインバータが全て正常であるときに限らず、ｎ台
のインバータのうち何れか１台が故障してそのインバー
タの運転を停止したときにも、運転状態のインバータに
加える三角波キャリア信号の位相差を均等にすることが
でき、多重変圧器の出力電圧中の三角波キャリア信号の
高調波成分の最低次数を従来例の故障時より高くするこ
とができ、三角波キャリア信号の高調波成分を除去する
ためのフィルタの共振周波数を高く設定することがで
き、フィルタの小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の多重インバータ装置の構
成を示すブロック図、第２図は第１図の要部の具体構成
を示す回路図、第３図は第１図の故障時の多重インバー
タの動作を示すタイムチャート、第４図は多重インバー
タ装置の従来例の構成を示す回路図、第５図は第４図の
多重インバータ装置の動作を示すタイムチャートであ
る。１〜３……３相インバータ、4U……多重変圧器、５……
三角波キャリア信号発生回路、6U……三角波キャリア信
号切替回路、7U……パルス発生回路

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ｎ台（ｎは３以上の整数）の電圧型パルス
幅変調インバータに対して、180/n度ずつの位相差を有
する三角波キャリア信号をそれぞれ供給し、前記ｎ台の
電圧型パルス幅変調インバータの出力を多重変圧器で合
成して出力する多重インバータ装置の制御方法におい
て、前記ｎ台の電圧型パルス幅変調インバータの何れか１台
の故障時に、故障した電圧型パルス幅変調インバータの
運転を停止し、残りのｎ−１台の電圧型パルス幅変調イ
ンバータに供給する三角波キャリア信号の位相差を180/
n度から180/（ｎ−１）度に切り替えることを特徴とす
る多重インバータ装置の制御方法。