直列多重インバータ装置
【課題】系統電圧を検出する検出部と単相インバータユニットの順変換部を制御する制御部との間のデータ伝送時間を短縮することができ、遅延時間の補正や位相差の補正を行うことが可能な直列多重インバータ装置を提供する。
【解決手段】直列多重インバータ装置は、前記各単相インバータユニット１の順変換部２が、１２０°通流制御を行い、マスタ制御装置５及びスレーブ制御装置８を備えている。マスタ制御装置は、前記各単相インバータユニットの順変換部の交流入力側に接続した系統電圧検出部６及び系統電圧位相同期判定部７を備え、系統電圧位相に同期した同期信号を生成する。スレーブ制御装置は、該マスタ制御装置で生成された前記同期信号が伝送され、伝送された前記同期信号を基に系統電圧と同期した１２０°通流幅の信号を生成して前記各単相インバータユニットの順変換部のスイッチング動作を制御する。
【解決手段】直列多重インバータ装置は、前記各単相インバータユニット１の順変換部２が、１２０°通流制御を行い、マスタ制御装置５及びスレーブ制御装置８を備えている。マスタ制御装置は、前記各単相インバータユニットの順変換部の交流入力側に接続した系統電圧検出部６及び系統電圧位相同期判定部７を備え、系統電圧位相に同期した同期信号を生成する。スレーブ制御装置は、該マスタ制御装置で生成された前記同期信号が伝送され、伝送された前記同期信号を基に系統電圧と同期した１２０°通流幅の信号を生成して前記各単相インバータユニットの順変換部のスイッチング動作を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の単相インバータユニットを直列接続した直列多重インバータ装置に関し、特に回生制御を可能とした直列多重インバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、３．３ｋＶ、６．６ｋＶ、１０ｋＶなどの高圧電力を直接受電して交流電動機を制御する場合、直列多重インバータ装置を用いる。この直列多重インバータ装置の従来例は、ファンやポンプなどの負荷の急激な変化が無く、回生機能を必要としない分野を中心に導入されている。しかし、近年、高圧電動機の用途拡大などの要望によれり、直列多重インバータ装置への回生機能の付加が要求されている。
【０００３】
この要求に答えるために、回生制御における系統電圧位相とインバータの出力電圧位相の同期を取るようにした図７に示す直列多重インバータ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の直列多重インバータ装置は、多重巻線の三相変圧器により構成された入力トランスＴｒを有し、この入力トランスＴｒで系統電圧の絶縁と降圧を行う。この入力トランスＴｒで降圧されたＵ相、Ｖ相及びＷ相がそれぞれ、各相用の単相インバータユニットＵ１′〜Ｕ６′、Ｖ１′〜Ｖ６′及びＷ１′〜Ｗ６′に入力される。
【０００４】
Ｕ相用の単相インバータユニットＵ１′〜Ｕ６′は出力側が直列に接続されている。そして、単相インバータユニットＵ１′の出力側の一端が抵抗を介して接地され、単相インバータユニットＵ６′の出力側の他端が交流電動機ＭのＵ相電動機巻線に接続されている。
同様に、Ｖ相用の単相インバータユニットＶ１′〜Ｖ６′は出力側が直列に接続されている。そして、単相インバータユニットＶ１′の出力側の一端が抵抗を介して接地され、単相インバータユニットＶ６′の出力側の他端が交流電動機ＭのＶ相電動機巻線に接続されている。
【０００５】
さらに、Ｗ相用の単相インバータユニットＷ１′〜Ｗ６′は出力側が直列に接続されている。そして、単相インバータユニットＷ１′の出力側の一端が抵抗を介して接地され、単相インバータユニットＷ６′の出力側の他端が交流電動機ＭのＷ相電動機巻線に接続されている。
各単相インバータユニットＵ１′〜Ｕ６′、Ｖ１′〜Ｖ６′及びＷ１′〜Ｗ６′の主回路構成は、図８に示すように構成されている。この主回路構成は、順変換部ＣＶとその出力側に接続されたコンデンサＣと、逆変換部ＩＶとを備えている。
【０００６】
順変換部ＣＶは、スイッチング素子として６つのＩＧＢＴを使用し、１２０°通流制御が行われる。この順変換部ＣＶに入力される系統電圧は、電圧検出回路１０１で検出され、この電圧検出回路１０１で検出された系統電圧が各単相インバータユニットに共通のコントローラ１０２へ伝送される。コントローラ１０２では、受信した電圧値を基に系統電圧位相と同期した１２０°通流制御を行うためのゲート信号を生成し、各順方向変換部ＣＶのＩＧＢＴへ出力する。
【０００７】
このため、交流電動機Ｍが回生状態となったときには、交流電動機Ｍで発生した電圧は逆変換部ＩＶのダイオードを通じて一旦直流に変換され、且つコンデンサＣにより平滑化された後、順変換部ＣＶのＩＧＢＴによって三相交流に逆変換されて交流電源側に回生される。
なお、直列多重インバータ装置の主回路構成のときは、電圧検出回路１０１は、全ての単相インバータユニットで１つ共用し，その電圧検出回路から各単相インバータユニットへ電圧値を送る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２３００２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上記特許文献１に記載された従来例にあっては、電圧検出回路１０１で検出した電圧値を各単相インバータユニットのコントローラへ伝送している。このため、データ量に応じて伝送時間が長くなるという未解決の課題がある。
また、電圧値を直接単相インバータユニットへ伝送しているため、系統電圧位相と、同期したゲート信号を生成するには、各単相インバータユニットのコントローラで「電圧検出回路の遅延時間」や「ＣＰＵなどの演算遅延時間」を補正する必要があり、機能重複した構成となるという未解決の課題がある。
【００１０】
さらに、系統電圧位相と単相インバータユニットを同期させるには、その位相差の情報、あるいは入力電圧位相の情報が必要となり、特許文献１に記載された構成では、同期を実現することができないという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、系統電圧を検出する検出部と単相インバータユニットの順変換部を制御する制御部との間のデータ伝送時間を短縮することができ、遅延時間の補正や位相差の補正を行うことが可能な直列多重インバータ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係る直列多重インバータ装置の第１の態様は、順変換部及び逆変換部を有する複数の単相インバータユニットの出力側を直列に接続し、各単相インバータユニットの順変換部の入力側に入力トランスを介してそれぞれの交流電力を入力する直列多重インバータ装置である。この直列多重インバータ装置は、前記各単相インバータユニットの順変換部は、１２０°通流制御を行い、マスタ制御装置及びスレーブ制御装置を備えている。マスタ制御装置は、前記各単相インバータユニットの順変換部の交流入力側に接続した系統電圧検出部及び系統電圧位相同期判定部を備え、系統電圧位相に同期した同期信号を生成する。スレーブ制御装置は、該マスタ制御装置で生成された前記同期信号が伝送され、伝送された前記同期信号を基に系統電圧と同期した１２０°通流幅の信号を生成して前記各単相インバータユニットの順変換部のスイッチング動作を制御する。
【００１２】
また、本発明に係る直列多重インバータ装置の第２の態様は、順変換部及び逆変換部を有する複数の単相インバータユニットの出力側を直列に接続し、各単相インバータユニットの順変換部の入力側に入力トランスを介してそれぞれの交流電力を入力する直列多重インバータ装置である。この直列多重インバータ装置は１つのマスタ制御装置と前記各単相インバータユニットを個別に制御する複数のスレーブ制御装置とを備えている。マスタ制御装置は、前記入力トランスの系統側の系統電圧を検出する系統電圧検出部及び系統電圧位相同期判定部を備え、系統電圧位相に同期した同期信号を生成する。複数のスレーブ装置は、マスタ制御装置から出力される前記同期信号が個別に入力されて、前記系統電圧に同期した１２０°通流幅信号を生成して前記各単相インバータユニットの順変換部のスイッチング動作を個別に制御する。
【００１３】
また、本発明に係る直列多重インバータ装置の第３の態様は、前記マスタ装置が、前記系統電圧に同期した同期信号を、系統電圧検出遅れ時間、演算遅延時間などの遅延時間分前の時点で生成し、前記系統電圧位相と前記単相インバータユニットの出力電圧位相とを同期させる。
また、本発明に係る直列多重インバータ装置の第４の態様は、前記マスタ制御装置が、系統電圧位相と前記単相インバータユニットの入力電圧位相とが位相差を有する場合、当該位相差情報を予め前記スレーブ制御装置へ伝送し、当該スレーブ制御装置は、伝送された前記同期信号に対して前記位相差を補正した１２０°通流幅信号を生成する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、マスタ制御装置が系統電圧検出部及び系統電圧位相同期判定部を備え、系統電圧位相同期判定部で生成した同期信号を単相インバータユニットの順変換部を１２０°通流制御するスレーブ制御装置に伝送するので、同期信号を例えは１ビットで構成することができ、伝送時間を短縮することができる。
このように、マスタ制御装置及びスレーブ制御装置間で同期信号を伝送するので、同期信号の出力タイミングを調整することが可能となり、電圧検出回路の遅延時間やＣＰＵなどの演算遅延時間の調整が可能となるとともに、系統電圧位相と単相インバータユニットの入力電圧位相の位相差を調整することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る直列多重インバータ装置の第１の実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の動作の説明に供するタイムチャートである。
【図３】本発明の第２の実施形態を示すブロック図である。
【図４】本発明の第３の実施形態を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３の実施形態の動作の説明に供するタイムチャートである。
【図６】本発明の第４の実施形態の動作の説明に供するタイムチャートである。
【図７】従来の直列多重インバータ装置を示すブロック図である。
【図８】図７の単相インバータユニットの具体的構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面について説明する。
図１は本発明に係る直列多重インバータ装置に適用し得る単相インバータユニット及びその制御回路を示すブロック図である。
図中、１は単相インバータユニットである。この単相インバータユニット１は、前述した図７における単相インバータユニットＵ１′〜Ｕ６′、Ｖ１′〜Ｖ６′及びＷ１′〜Ｗ６′を構成するものであり、図８に相当するものである。
【００１７】
単相インバータユニット１は、３相交流を直流に変換する順変換部２と、この順変換部２から出力される直流電力を平滑化するコンデンサ３と、このコンデンサ３の両端間に並列に接続された逆変換部４とを備えている。
順変換部２は、正極側ラインＬｐ及び負極側ラインＬｎ間に接続された例えばＩＧＢＴで構成される６個の半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を有する。ここで、半導体スイッチング素子Ｑ１及びＱ２は正極側ラインＬｐ及び負極側ラインＬｎ間に直列に接続され、半導体スイッチング素子Ｑ３及びＱ４の直列回路と半導体スイッチング素子Ｑ５及びＱ６の直列回路とが正極側ラインＬｐ及び負極側ラインＬｎ間に半導体スイッチング素子Ｑ１及びＱ２と並列に接続されている。
【００１８】
また、逆変換部４は、正極側ラインＬｐ及び負極側ラインＬｎ間に接続された例えばＩＧＢＴで構成される４個の半導体スイッチング素子Ｑ７〜Ｑ１０を有する。ここで、半導体スイッチング素子Ｑ７及びＱ８は正極側ラインＬｐ及び負極側ラインＬｎ間に直列に接続されている。また、半導体スイッチング素子Ｑ９及びＱ１０も正極側ラインＬｐ及び負極側ラインＬｎ間に直列に接続されている。そして、半導体スイッチング素子Ｑ７及びＱ８の接続点が直列に接続された一方の側の単相インバータユニット１の他方の出力端子に、半導体スイッチング素子Ｑ９及びＱ１０の接続点が直列に接続された他方の側の単相インバータユニット１の一方の出力端子に接続されている。
【００１９】
そして、順変換部２の半導体スイッチング素子Ｑ１及びＱ２間の接続点に入力トランスの出力側に接続されたＵ相ラインＬｕが接続されている。また、半導体スイッチング素子Ｑ３及びＱ４間の接続点に入力トランスの出力側に接続されたＶ相ラインＬｖが接続されている。さらに、半導体スイッチング素子Ｑ５及びＱ６間の接続点に入力トランスの出力側に接続されたＷ相ラインＬｗが接続されている。
【００２０】
また、入力トランス及び順変換部２間のＵ相ラインＬｕ、Ｖ相ラインＬｖ及びＷ相ラインＬｗがマスタ制御装置５に接続されている。このマスタ制御装置５は、Ｕ相ラインＬｕの系統電圧Ｖｕ、Ｖ相ラインＬｖの系統電圧Ｖｖ及びＷ相ラインＬｗの系統電圧Ｖｗを検出する系統電圧検出部６と、この系統電圧検出部６で検出した各系統電圧Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗを基に同期信号Ｓｙを生成する系統電圧位相同期判定部７とを備えている。
【００２１】
ここで、系統電圧位相同期判定部７は、入力される系統電圧Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗが負値から正値に反転する零クロス点を検出し、零クロス点を検出したときに、所定幅の同期信号Ｓｙをスレーブ制御装置８へ出力する。
このスレーブ制御装置８は、マスタ制御装置５から入力される同期信号Ｓｙの立ち上がりで０°にリセットされる３６０°カウンタ９を備えており、この３６０°カウンタ９のカウント値に基づいて前述した単相インバータユニット１の順変換部２の半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を１２０°通流制御する個別のゲート信号を生成する。すなわち、スレーブ制御装置８は、３６０°カウンタ９のカウント値が３０°〜１５０°の区間でオン状態となる半導体スイッチング素子Ｑ１のゲートを駆動するＵ相ゲート信号を形成する。
【００２２】
すなわち、スレーブ制御装置８は、３６０°カウンタ９のカウント値が１５０°〜２７０°の区間でオン状態となる半導体スイッチング素子Ｑ３のゲートを駆動するＶ相ゲート信号を形成する。また、スレーブ制御装置８は、３６０°カウンタ９のカウント値が２７０°〜３０°の区間でオン状態となる半導体スイッチング素子Ｑ５のゲートを駆動するＷ相ゲート信号を生成する。
【００２３】
同様に、スレーブ制御装置８は、３６０°カウンタ９のカウント値が２１０°〜３３０°の区間でオン状態となる半導体スイッチング素子Ｑ２のゲートを駆動するＸ相ゲート信号を生成する。また、スレーブ制御装置８は、３６０°カウンタ９のカウント値が３３０°〜９０°の区間でオン状態となる半導体スイッチング素子Ｑ４のゲートを駆動するＹ相ゲート信号を生成する。また、スレーブ制御装置８は、３６０°カウンタ９のカウント値が９０°〜２１０°の区間でオン状態となる半導体スイッチング素子Ｑ６のゲートを駆動するＺ相ゲート信号を生成する。
【００２４】
そして、スレーブ制御装置８で生成されたＵ相、Ｖ相及びＷ相ゲート信号が単相インバータユニット１の順変換部２の半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３及びＱ５のゲートに供給される。同様に、スレーブ制御装置８で生成されたＸ相、Ｙ相及びＺ相ゲート信号が単相インバータユニット１の順変換部２の半導体スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４及びＱ６のゲートに供給される。
【００２５】
次に、上記実施形態の動作を図２に示すタイムチャートを伴って説明する。
今、Ｕ相ラインＬｕのＵ相系統電圧Ｖｕを例に取って説明する。
このＵ相系統電圧Ｖｕは、図２（ａ）に示すように、例えば０°〜１８０°の間で正値となり、１８０°〜３６０°（０°）の間で負値となる正弦波信号となる。
このため、Ｕ相系統電圧Ｖｕがマスタ制御装置５の系統電圧検出部６で検出されると、このＵ相系統電圧Ｖｕが系統電圧位相同期判定部７に供給される。このため、系統電圧位相同期判定部７でＵ相系統電圧Ｖｕが負値から正値に反転する点すなわち、零クロス点を検出して、図２（ｂ）に示すように、零クロス点で立ち上がり、比較的短い所定時間オン状態を継続してからオフ状態に復帰する同期信号Ｓｙを生成する。
【００２６】
そして、系統電圧位相同期判定部７で生成された同期信号Ｓｙがスレーブ制御装置８に伝送される。このスレーブ制御装置８では、同期信号Ｓｙの立ち上がりで３６０°カウンタ９が０°にリセットされて、図２（ｃ）に示すように、０°からカウントを開始する。このため、スレーブ制御装置８では、３６０°カウンタ９のカウント値に応じて図２（ｄ）〜（ｉ）に示すＵ相系統電圧Ｖｕに同期したＵ相〜Ｚ相ゲート信号を生成する。そして、生成したＵ相、Ｖ相及びＷ相ゲート信号を単相インバータユニット１の順変換部２の半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３及びＱ５のゲートに供給する。また、生成したＸ相、Ｙ相及びＺ相ゲート信号を単相インバータユニット１の順変換部２の半導体スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４及びＱ６のゲートに供給する。このため、順変換部２がＵ相系統電圧Ｖｕに同期した１２０°通流制御されて、３相交流電力を直流電力に変換する。
【００２７】
そして、この順変換部２から出力される直流電力がコンデンサ３で平滑化されてから逆変換部４に供給されることにより、逆変換部４の半導体スイッチング素子Ｑ７及びＱ８の接続点と半導体スイッチング素子Ｑ９及びＱ１０の接続点との間に系統電圧Ｖｕに位相同期した単相交流が出力される。
このように、単相インバータユニット１の順変換部２がＵ相系統電圧Ｖｕに同期して１２０°通流制御されているので、電動機Ｍが回生状態となったときに、電動機Ｍで発生した電圧は逆変換部４のダイオードを通じて一旦直流に変換され、且つコンデンサ３で平滑された後に順変換部２の各半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６によって三相交流に逆変換されて交流電源側に回生される。
【００２８】
このように、上記第１の実施形態によると、単相インバータユニット１に入力トランス側から供給される系統電圧Ｖｕ〜Ｖｗをマスタ制御装置５の系統電圧検出部６で検出し、検出した系統電圧Ｖｕを系統電圧位相同期判定部７に供給して、系統電圧Ｖｕの零クロス点を検出して同期信号Ｓｙを生成する。そして、生成した同期信号Ｓｙをスレーブ制御装置８に供給して３６０°カウンタ９を０°にリセットすることにより、系統電圧Ｖｕに同期したＵ相〜Ｚ相ゲート信号を生成する。生成したＵ相〜Ｚ相ゲート信号を単相インバータユニット１の順変換部２の各半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲートに供給するので、順変換部２を系統電圧に位相同期したゲート信号で１２０°通流制御することができる。
【００２９】
このとき、マスタ制御装置５及びスレーブ制御装置８が一対一であり、両者間の信号の伝送が１ビットの同期信号Ｓｙで済むことから、伝送時間を短縮することができるとともに、系統電圧の位相に同期したゲート駆動信号を生成して、系統電圧位相と単相インバータユニット１の順変換部２の１２０°通流制御を正確に行うことができる。
【００３０】
次に、本発明の第２の実施形態を図３について説明する。
この第２の実施形態では、各単相インバータユニット１に入力される入力トランスＴｒからの系統電圧には位相ずれを生じないので、１つのマスタ制御装置５で複数のスレーブ制御装置８を同期制御するようにしたものである。
【００３１】
すなわち、第２の実施形態では、図３に示すように、入力トランスＴｒの入力側に系統電力源１０から供給される系統電圧Ｖｕ〜Ｖｗを共通のマスタ制御装置５に入力する。このマスタ制御装置５は前述した第１の実施形態と同様に系統電圧検出部６及び系統電圧位相同期判定部７を備えている。そして、系統電圧位相同期判定部７から出力される系統電圧Ｖｕ〜Ｖｗに同期した同期信号Ｓｙが、入力トランスＴｒの出力側に接続された各単相インバータユニットＵ１〜Ｕ３、Ｖ１〜Ｖ３及びＷ１〜Ｗ３の順変換部２を個別に制御するスレーブ制御装置ＳＣｕ１〜ＳＣｕ３、ＳＣｖ１〜ＳＣｖ３及びＳＣｗ１〜ＳＣｗ３に伝送される。
【００３２】
この第２の実施形態では、共通のマスタ制御装置５から出力される同期信号Ｓｙを各単相インバータユニットＵ１〜Ｕ３、Ｖ１〜Ｖ３及びＷ１〜Ｗ３の順変換部２を個別に制御するスレーブ制御装置ＳＣｕ１〜ＳＣｕ３、ＳＣｖ１〜ＳＣｖ３及びＳＣｗ１〜ＳＣｗ３に伝送する。このため、マスタ制御装置５から各スレーブ制御装置ＳＣｕ１〜ＳＣｕ３、ＳＣｖ１〜ＳＣｖ３及びＳＣｗ１〜ＳＣｗ３に伝送する同期信号Ｓｙが１ビットで済むので、前述した第１の実施形態と同様に伝送時間を短縮することができる。しかも、前述した第１の実施形態では、マスタ制御装置５を各単相インバータユニットと同数設ける必要があるが、第２の実施形態では共通の１つのマスタ制御装置５を設けるだけでよい。このため、第２の実施形態ではマスタ制御装置５の数を減少させてコストを低減することができるとともに、全体構成を小型化することができる。
【００３３】
次に、本発明の第３の実施形態を図４について説明する。
この第３の実施形態では、マスタ制御装置での遅延時間を考慮して正確な同期信号を生成するようにしたものである。
すなわち、第３の実施形態では、図４及び図５に示すように、上述した第２の実施形態において、マスタ制御装置５に系統電圧検出部６及びこの系統電圧検出部６で検出した系統電圧をもとに遅延時間を考慮した同期信号を生成する同期信号生成部１１が設けられている。
【００３４】
この同期信号生成部１１は、マスタ制御装置５の系統電圧検出部６で系統電圧を検出する際の遅延時間τｄと、マスタ制御装置５に含まれるＣＰＵなどの演算遅延時間τｃとで生じる遅延時間τだけ同期信号Ｓｙを早めに生成するように構成されている。すなわち、同期信号生成部１１では、上述した遅延時間τは設計段階で求めることができるので、同期信号Ｓｙより遅延時間τだけ前に補正同期信号Ｓｙａを生成する。具体的には、下記（１）式に示す電圧閾値Ｖｔｈを基準として、その電圧閾値ＶｔｈをＵ相系統電圧値が下回っている状態から上回る状態となった瞬間に補正同期信号Ｓｙａを発生させる。
Ｖｔｈ＝−Ｖｐ×ｓｉｎ〔｛（τｄ＋τｃ）／Ｔ｝×３６０°〕 …………（１）
ここで、Ｖｐは系統電圧ピーク値〔Ｖ〕、Ｔは系統周期〔ｓ〕である。
【００３５】
この第３の実施形態によると、図５（ａ）に示すように、同期信号生成部１１で上記（１）式によって算出される電圧閾値Ｖｔｈを設定しておく。この状態で、系統電圧検出部６で検出されるＵ相系統電圧Ｖｕが負側のピーク値に向かって減少して時点ｔ１で電圧閾値Ｖｔｈを下回ってから負側のピーク値を越えて時点ｔ２で電圧閾値Ｖｔｈを上回ると、その瞬間に図５（ｃ）に示すように補正同期信号Ｓｙａを出力する。
【００３６】
このときの補正同期信号Ｓｙａは、前述した第１の実施形態におけるＵ相系統電圧Ｖｕが零クロス点である時点ｔ３で発生する図５（ｂ）に示す同期信号Ｓｙに対して系統電圧検出部６での遅延時間τｄと演算遅延時間τｃを加算した遅延時間τ分だけ先行して早めに生成される。
このとき、系統電圧検出部６で検出された検出電圧Ｖｕは図５（ａ）で実線図示のように、点線図示の実際の系統電圧Ｖｕｒに対して遅延時間τだけ遅れているので、補正同期信号Ｓｙａを実際の系統電圧Ｖｕｒの零クロス点に一致させることができ、正確な同期信号を生成することができる。
【００３７】
そして、生成された補正同期信号Ｓｙａが各スレーブ制御装置ＳＣｕ１〜ＳＣｕ３、ＳＣｖ１〜ＳＣｖ３及びＳＣｗ１〜ＳＣｗ３に伝送される。このため、この補正同期信号Ｓｙａに基づいて各スレーブ制御装置ＳＣｕ１〜ＳＣｕ３、ＳＣｖ１〜ＳＣｖ３及びＳＣｗ１〜ＳＣｗ３で各単相インバータユニットＵ１〜Ｕ３、Ｖ１〜Ｖ３及びＷ１〜Ｗ３の順変換部２に対するＵ相〜Ｚ相ゲート信号を生成する。これらＵ相〜Ｚ相ゲート信号によって各単相インバータユニットＵ１〜Ｕ３、Ｖ１〜Ｖ３及びＷ１〜Ｗ３の順変換部２が実際の系統電圧に位相同期した１２０°通流制御される。
【００３８】
次に、本発明の第４の実施形態を図６について説明する。
この第４の実施形態は、系統電圧に対して単相インバータユニット１に入力される入力電圧位相に位相差を生じている場合を考慮したものである。
系統電圧位相に対する単相インバータユニット１の入力電圧位相の位相差Ｈｄは、単相インバータユニット１の主回路の設計段階で求めることができる。このため、上述した第２の実施形態の構成において、マスタ制御装置５に、予め系統電圧位相に対する単相インバータユニット１の入力電圧位相の位相差Ｈｄを設定しておく。そして、マスタ制御装置５で、直列多重インバータ装置を駆動開始する際に、マスタ制御装置５から位相差Ｈｄを各スレーブ制御装置ＳＣｕ１〜ＳＣｕ３、ＳＣｖ１〜ＳＣｖ３及びＳＣｗ１〜ＳＣｗ３にシリアル伝送によって送信する。
【００３９】
スレーブ制御装置ＳＣｕ１〜ＳＣｕ３、ＳＣｖ１〜ＳＣｖ３及びＳＣｗ１〜ＳＣｗ３では、マスタ制御装置５から位相差Ｈｄを受信すると、内蔵する３６０°カウンタ９のカウント値と比較してＵ相〜Ｚ相ゲート駆動信号を生成する値を位相差Ｈｄだけ補正する。これにより、単相インバータユニット１の入力電圧位相と同期した１２０°のゲート駆動信号を生成することができる。
【００４０】
次に、上記第４の実施形態の動作を、図６（ａ）に示すように、Ｕ相系統電圧Ｖｕに対して単相インバータユニット１の入力電圧Ｖｕｉに３０°の位相遅れが生じている場合について説明する。
この場合に、直列多重インバータ装置を駆動開始すると、先ず、マスタ制御装置５から各スレーブ制御装置ＳＣｕ１〜ＳＣｕ３、ＳＣｖ１〜ＳＣｖ３及びＳＣｗ１〜ＳＣｗ３に対して、位相差Ｈｄ（＝３０°）がシリアル伝送で送信される。このため、各スレーブ制御装置ＳＣｕ１〜ＳＣｕ３、ＳＣｖ１〜ＳＣｖ３及びＳＣｗ１〜ＳＣｗ３では、位相差Ｈｄ（＝３０°）だけ、内蔵する３６０°カウンタ９のカウント値と比較する値を補正する。
【００４１】
このため、Ｕ相系統電圧Ｖｕが図６（ａ）で実線図示のように変化し、時点ｔ１１で負値から正値に反転する零クロス点となると、マスタ制御装置５から図６（ｂ）に示す同期信号Ｓｙが各スレーブ制御装置ＳＣｕ１〜ＳＣｕ３、ＳＣｖ１〜ＳＣｖ３及びＳＣｗ１〜ＳＣｗ３に伝送される。
このため、各スレーブ制御装置ＳＣｕ１〜ＳＣｕ３、ＳＣｖ１〜ＳＣｖ３及びＳＣｗ１〜ＳＣｗ３では、前述した第２の実施形態と同様に、同期信号Ｓｙを受信した時点で３６０°カウンタ９が０°にリセットされてこの３６０°カウンタ９が０°からカウントを開始する。
【００４２】
このとき、前述した第２の実施形態では、３６０°カウンタ９のカウント値が３０°となった時点で図６（ｄ）に示すように、Ｕ相ゲート信号がオン状態に反転し、その後、カウント値が１５０°となった時点でオフ状態に復帰する。
しかしながら、本実施形態では、３６０°カウンタ９と比較する値が位相差Ｈｄ（＝３０°）だけ補正されているので、図６（ｅ）に示すように、３６０°カウンタ９のカウント値が６０°となった時点でＵ相ゲート信号がオン状態に反転し、その後、カウント値が１８０°となった時点でオフ状態に復帰する。
【００４３】
したがって、位相差Ｈｄ分だけ位相が遅れたＵ相ゲート信号を生成することができる。同様に、Ｖ相〜Ｚ相ゲート信号についても位相差Ｈｄ分だけ位相が遅れた信号とすることができる。そして、位相が遅れたＵ相〜Ｚ相ゲート信号が各単相インバータユニット１の順変換部２の半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に供給されるので、各単相インバータユニット１の順変換部２で位相遅れを生じている入力電圧Ｖｕｉに同期した１２０°通流制御を行うことができる。
【００４４】
なお、上記第４の実施形態においては、各単相インバータユニット１の入力電圧Ｖｕｉの位相差Ｈｄが同一である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、各単相インバータユニット１の入力電圧Ｖｕｉの位相差Ｈｄが異なる場合には、直列多重インバータ装置の駆動開始時にマスタ制御装置５から各スレーブ制御装置ＳＣｕ１〜ＳＣｕ３、ＳＣｖ１〜ＳＣｖ３及びＳＣｗ１〜ＳＣｗ３に個別の位相差Ｈｄを送信するようにすればよい。
また、上記第３及び第４の実施形態においては、前述した第２の実施形態の構成を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、前述した第１の実施形態の構成にも適用することができるものである。
【符号の説明】
【００４５】
１…単相インバータユニット、２…順変換部、３…コンデンサ、４…逆変換部、５…マスタ制御装置、６…系統位相電圧検出部、７…系統電圧位相同期判定部、８…スレーブ制御装置、９…３６０°カウンタ、ＳＣｕ１〜ＳＣｕ３、ＳＣｖ１〜ＳＣｖ３、ＳＣｗ１〜ＳＣｗ…スレーブ制御装置、１１…同期信号生成部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の単相インバータユニットを直列接続した直列多重インバータ装置に関し、特に回生制御を可能とした直列多重インバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、３．３ｋＶ、６．６ｋＶ、１０ｋＶなどの高圧電力を直接受電して交流電動機を制御する場合、直列多重インバータ装置を用いる。この直列多重インバータ装置の従来例は、ファンやポンプなどの負荷の急激な変化が無く、回生機能を必要としない分野を中心に導入されている。しかし、近年、高圧電動機の用途拡大などの要望によれり、直列多重インバータ装置への回生機能の付加が要求されている。
【０００３】
この要求に答えるために、回生制御における系統電圧位相とインバータの出力電圧位相の同期を取るようにした図７に示す直列多重インバータ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の直列多重インバータ装置は、多重巻線の三相変圧器により構成された入力トランスＴｒを有し、この入力トランスＴｒで系統電圧の絶縁と降圧を行う。この入力トランスＴｒで降圧されたＵ相、Ｖ相及びＷ相がそれぞれ、各相用の単相インバータユニットＵ１′〜Ｕ６′、Ｖ１′〜Ｖ６′及びＷ１′〜Ｗ６′に入力される。
【０００４】
Ｕ相用の単相インバータユニットＵ１′〜Ｕ６′は出力側が直列に接続されている。そして、単相インバータユニットＵ１′の出力側の一端が抵抗を介して接地され、単相インバータユニットＵ６′の出力側の他端が交流電動機ＭのＵ相電動機巻線に接続されている。
同様に、Ｖ相用の単相インバータユニットＶ１′〜Ｖ６′は出力側が直列に接続されている。そして、単相インバータユニットＶ１′の出力側の一端が抵抗を介して接地され、単相インバータユニットＶ６′の出力側の他端が交流電動機ＭのＶ相電動機巻線に接続されている。
【０００５】
さらに、Ｗ相用の単相インバータユニットＷ１′〜Ｗ６′は出力側が直列に接続されている。そして、単相インバータユニットＷ１′の出力側の一端が抵抗を介して接地され、単相インバータユニットＷ６′の出力側の他端が交流電動機ＭのＷ相電動機巻線に接続されている。
各単相インバータユニットＵ１′〜Ｕ６′、Ｖ１′〜Ｖ６′及びＷ１′〜Ｗ６′の主回路構成は、図８に示すように構成されている。この主回路構成は、順変換部ＣＶとその出力側に接続されたコンデンサＣと、逆変換部ＩＶとを備えている。
【０００６】
順変換部ＣＶは、スイッチング素子として６つのＩＧＢＴを使用し、１２０°通流制御が行われる。この順変換部ＣＶに入力される系統電圧は、電圧検出回路１０１で検出され、この電圧検出回路１０１で検出された系統電圧が各単相インバータユニットに共通のコントローラ１０２へ伝送される。コントローラ１０２では、受信した電圧値を基に系統電圧位相と同期した１２０°通流制御を行うためのゲート信号を生成し、各順方向変換部ＣＶのＩＧＢＴへ出力する。
【０００７】
このため、交流電動機Ｍが回生状態となったときには、交流電動機Ｍで発生した電圧は逆変換部ＩＶのダイオードを通じて一旦直流に変換され、且つコンデンサＣにより平滑化された後、順変換部ＣＶのＩＧＢＴによって三相交流に逆変換されて交流電源側に回生される。
なお、直列多重インバータ装置の主回路構成のときは、電圧検出回路１０１は、全ての単相インバータユニットで１つ共用し，その電圧検出回路から各単相インバータユニットへ電圧値を送る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２３００２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上記特許文献１に記載された従来例にあっては、電圧検出回路１０１で検出した電圧値を各単相インバータユニットのコントローラへ伝送している。このため、データ量に応じて伝送時間が長くなるという未解決の課題がある。
また、電圧値を直接単相インバータユニットへ伝送しているため、系統電圧位相と、同期したゲート信号を生成するには、各単相インバータユニットのコントローラで「電圧検出回路の遅延時間」や「ＣＰＵなどの演算遅延時間」を補正する必要があり、機能重複した構成となるという未解決の課題がある。
【００１０】
さらに、系統電圧位相と単相インバータユニットを同期させるには、その位相差の情報、あるいは入力電圧位相の情報が必要となり、特許文献１に記載された構成では、同期を実現することができないという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、系統電圧を検出する検出部と単相インバータユニットの順変換部を制御する制御部との間のデータ伝送時間を短縮することができ、遅延時間の補正や位相差の補正を行うことが可能な直列多重インバータ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係る直列多重インバータ装置の第１の態様は、順変換部及び逆変換部を有する複数の単相インバータユニットの出力側を直列に接続し、各単相インバータユニットの順変換部の入力側に入力トランスを介してそれぞれの交流電力を入力する直列多重インバータ装置である。この直列多重インバータ装置は、前記各単相インバータユニットの順変換部は、１２０°通流制御を行い、マスタ制御装置及びスレーブ制御装置を備えている。マスタ制御装置は、前記各単相インバータユニットの順変換部の交流入力側に接続した系統電圧検出部及び系統電圧位相同期判定部を備え、系統電圧位相に同期した同期信号を生成する。スレーブ制御装置は、該マスタ制御装置で生成された前記同期信号が伝送され、伝送された前記同期信号を基に系統電圧と同期した１２０°通流幅の信号を生成して前記各単相インバータユニットの順変換部のスイッチング動作を制御する。
【００１２】
また、本発明に係る直列多重インバータ装置の第２の態様は、順変換部及び逆変換部を有する複数の単相インバータユニットの出力側を直列に接続し、各単相インバータユニットの順変換部の入力側に入力トランスを介してそれぞれの交流電力を入力する直列多重インバータ装置である。この直列多重インバータ装置は１つのマスタ制御装置と前記各単相インバータユニットを個別に制御する複数のスレーブ制御装置とを備えている。マスタ制御装置は、前記入力トランスの系統側の系統電圧を検出する系統電圧検出部及び系統電圧位相同期判定部を備え、系統電圧位相に同期した同期信号を生成する。複数のスレーブ装置は、マスタ制御装置から出力される前記同期信号が個別に入力されて、前記系統電圧に同期した１２０°通流幅信号を生成して前記各単相インバータユニットの順変換部のスイッチング動作を個別に制御する。
【００１３】
また、本発明に係る直列多重インバータ装置の第３の態様は、前記マスタ装置が、前記系統電圧に同期した同期信号を、系統電圧検出遅れ時間、演算遅延時間などの遅延時間分前の時点で生成し、前記系統電圧位相と前記単相インバータユニットの出力電圧位相とを同期させる。
また、本発明に係る直列多重インバータ装置の第４の態様は、前記マスタ制御装置が、系統電圧位相と前記単相インバータユニットの入力電圧位相とが位相差を有する場合、当該位相差情報を予め前記スレーブ制御装置へ伝送し、当該スレーブ制御装置は、伝送された前記同期信号に対して前記位相差を補正した１２０°通流幅信号を生成する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、マスタ制御装置が系統電圧検出部及び系統電圧位相同期判定部を備え、系統電圧位相同期判定部で生成した同期信号を単相インバータユニットの順変換部を１２０°通流制御するスレーブ制御装置に伝送するので、同期信号を例えは１ビットで構成することができ、伝送時間を短縮することができる。
このように、マスタ制御装置及びスレーブ制御装置間で同期信号を伝送するので、同期信号の出力タイミングを調整することが可能となり、電圧検出回路の遅延時間やＣＰＵなどの演算遅延時間の調整が可能となるとともに、系統電圧位相と単相インバータユニットの入力電圧位相の位相差を調整することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る直列多重インバータ装置の第１の実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の動作の説明に供するタイムチャートである。
【図３】本発明の第２の実施形態を示すブロック図である。
【図４】本発明の第３の実施形態を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３の実施形態の動作の説明に供するタイムチャートである。
【図６】本発明の第４の実施形態の動作の説明に供するタイムチャートである。
【図７】従来の直列多重インバータ装置を示すブロック図である。
【図８】図７の単相インバータユニットの具体的構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面について説明する。
図１は本発明に係る直列多重インバータ装置に適用し得る単相インバータユニット及びその制御回路を示すブロック図である。
図中、１は単相インバータユニットである。この単相インバータユニット１は、前述した図７における単相インバータユニットＵ１′〜Ｕ６′、Ｖ１′〜Ｖ６′及びＷ１′〜Ｗ６′を構成するものであり、図８に相当するものである。
【００１７】
単相インバータユニット１は、３相交流を直流に変換する順変換部２と、この順変換部２から出力される直流電力を平滑化するコンデンサ３と、このコンデンサ３の両端間に並列に接続された逆変換部４とを備えている。
順変換部２は、正極側ラインＬｐ及び負極側ラインＬｎ間に接続された例えばＩＧＢＴで構成される６個の半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を有する。ここで、半導体スイッチング素子Ｑ１及びＱ２は正極側ラインＬｐ及び負極側ラインＬｎ間に直列に接続され、半導体スイッチング素子Ｑ３及びＱ４の直列回路と半導体スイッチング素子Ｑ５及びＱ６の直列回路とが正極側ラインＬｐ及び負極側ラインＬｎ間に半導体スイッチング素子Ｑ１及びＱ２と並列に接続されている。
【００１８】
また、逆変換部４は、正極側ラインＬｐ及び負極側ラインＬｎ間に接続された例えばＩＧＢＴで構成される４個の半導体スイッチング素子Ｑ７〜Ｑ１０を有する。ここで、半導体スイッチング素子Ｑ７及びＱ８は正極側ラインＬｐ及び負極側ラインＬｎ間に直列に接続されている。また、半導体スイッチング素子Ｑ９及びＱ１０も正極側ラインＬｐ及び負極側ラインＬｎ間に直列に接続されている。そして、半導体スイッチング素子Ｑ７及びＱ８の接続点が直列に接続された一方の側の単相インバータユニット１の他方の出力端子に、半導体スイッチング素子Ｑ９及びＱ１０の接続点が直列に接続された他方の側の単相インバータユニット１の一方の出力端子に接続されている。
【００１９】
そして、順変換部２の半導体スイッチング素子Ｑ１及びＱ２間の接続点に入力トランスの出力側に接続されたＵ相ラインＬｕが接続されている。また、半導体スイッチング素子Ｑ３及びＱ４間の接続点に入力トランスの出力側に接続されたＶ相ラインＬｖが接続されている。さらに、半導体スイッチング素子Ｑ５及びＱ６間の接続点に入力トランスの出力側に接続されたＷ相ラインＬｗが接続されている。
【００２０】
また、入力トランス及び順変換部２間のＵ相ラインＬｕ、Ｖ相ラインＬｖ及びＷ相ラインＬｗがマスタ制御装置５に接続されている。このマスタ制御装置５は、Ｕ相ラインＬｕの系統電圧Ｖｕ、Ｖ相ラインＬｖの系統電圧Ｖｖ及びＷ相ラインＬｗの系統電圧Ｖｗを検出する系統電圧検出部６と、この系統電圧検出部６で検出した各系統電圧Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗを基に同期信号Ｓｙを生成する系統電圧位相同期判定部７とを備えている。
【００２１】
ここで、系統電圧位相同期判定部７は、入力される系統電圧Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗが負値から正値に反転する零クロス点を検出し、零クロス点を検出したときに、所定幅の同期信号Ｓｙをスレーブ制御装置８へ出力する。
このスレーブ制御装置８は、マスタ制御装置５から入力される同期信号Ｓｙの立ち上がりで０°にリセットされる３６０°カウンタ９を備えており、この３６０°カウンタ９のカウント値に基づいて前述した単相インバータユニット１の順変換部２の半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を１２０°通流制御する個別のゲート信号を生成する。すなわち、スレーブ制御装置８は、３６０°カウンタ９のカウント値が３０°〜１５０°の区間でオン状態となる半導体スイッチング素子Ｑ１のゲートを駆動するＵ相ゲート信号を形成する。
【００２２】
すなわち、スレーブ制御装置８は、３６０°カウンタ９のカウント値が１５０°〜２７０°の区間でオン状態となる半導体スイッチング素子Ｑ３のゲートを駆動するＶ相ゲート信号を形成する。また、スレーブ制御装置８は、３６０°カウンタ９のカウント値が２７０°〜３０°の区間でオン状態となる半導体スイッチング素子Ｑ５のゲートを駆動するＷ相ゲート信号を生成する。
【００２３】
同様に、スレーブ制御装置８は、３６０°カウンタ９のカウント値が２１０°〜３３０°の区間でオン状態となる半導体スイッチング素子Ｑ２のゲートを駆動するＸ相ゲート信号を生成する。また、スレーブ制御装置８は、３６０°カウンタ９のカウント値が３３０°〜９０°の区間でオン状態となる半導体スイッチング素子Ｑ４のゲートを駆動するＹ相ゲート信号を生成する。また、スレーブ制御装置８は、３６０°カウンタ９のカウント値が９０°〜２１０°の区間でオン状態となる半導体スイッチング素子Ｑ６のゲートを駆動するＺ相ゲート信号を生成する。
【００２４】
そして、スレーブ制御装置８で生成されたＵ相、Ｖ相及びＷ相ゲート信号が単相インバータユニット１の順変換部２の半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３及びＱ５のゲートに供給される。同様に、スレーブ制御装置８で生成されたＸ相、Ｙ相及びＺ相ゲート信号が単相インバータユニット１の順変換部２の半導体スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４及びＱ６のゲートに供給される。
【００２５】
次に、上記実施形態の動作を図２に示すタイムチャートを伴って説明する。
今、Ｕ相ラインＬｕのＵ相系統電圧Ｖｕを例に取って説明する。
このＵ相系統電圧Ｖｕは、図２（ａ）に示すように、例えば０°〜１８０°の間で正値となり、１８０°〜３６０°（０°）の間で負値となる正弦波信号となる。
このため、Ｕ相系統電圧Ｖｕがマスタ制御装置５の系統電圧検出部６で検出されると、このＵ相系統電圧Ｖｕが系統電圧位相同期判定部７に供給される。このため、系統電圧位相同期判定部７でＵ相系統電圧Ｖｕが負値から正値に反転する点すなわち、零クロス点を検出して、図２（ｂ）に示すように、零クロス点で立ち上がり、比較的短い所定時間オン状態を継続してからオフ状態に復帰する同期信号Ｓｙを生成する。
【００２６】
そして、系統電圧位相同期判定部７で生成された同期信号Ｓｙがスレーブ制御装置８に伝送される。このスレーブ制御装置８では、同期信号Ｓｙの立ち上がりで３６０°カウンタ９が０°にリセットされて、図２（ｃ）に示すように、０°からカウントを開始する。このため、スレーブ制御装置８では、３６０°カウンタ９のカウント値に応じて図２（ｄ）〜（ｉ）に示すＵ相系統電圧Ｖｕに同期したＵ相〜Ｚ相ゲート信号を生成する。そして、生成したＵ相、Ｖ相及びＷ相ゲート信号を単相インバータユニット１の順変換部２の半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３及びＱ５のゲートに供給する。また、生成したＸ相、Ｙ相及びＺ相ゲート信号を単相インバータユニット１の順変換部２の半導体スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４及びＱ６のゲートに供給する。このため、順変換部２がＵ相系統電圧Ｖｕに同期した１２０°通流制御されて、３相交流電力を直流電力に変換する。
【００２７】
そして、この順変換部２から出力される直流電力がコンデンサ３で平滑化されてから逆変換部４に供給されることにより、逆変換部４の半導体スイッチング素子Ｑ７及びＱ８の接続点と半導体スイッチング素子Ｑ９及びＱ１０の接続点との間に系統電圧Ｖｕに位相同期した単相交流が出力される。
このように、単相インバータユニット１の順変換部２がＵ相系統電圧Ｖｕに同期して１２０°通流制御されているので、電動機Ｍが回生状態となったときに、電動機Ｍで発生した電圧は逆変換部４のダイオードを通じて一旦直流に変換され、且つコンデンサ３で平滑された後に順変換部２の各半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６によって三相交流に逆変換されて交流電源側に回生される。
【００２８】
このように、上記第１の実施形態によると、単相インバータユニット１に入力トランス側から供給される系統電圧Ｖｕ〜Ｖｗをマスタ制御装置５の系統電圧検出部６で検出し、検出した系統電圧Ｖｕを系統電圧位相同期判定部７に供給して、系統電圧Ｖｕの零クロス点を検出して同期信号Ｓｙを生成する。そして、生成した同期信号Ｓｙをスレーブ制御装置８に供給して３６０°カウンタ９を０°にリセットすることにより、系統電圧Ｖｕに同期したＵ相〜Ｚ相ゲート信号を生成する。生成したＵ相〜Ｚ相ゲート信号を単相インバータユニット１の順変換部２の各半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲートに供給するので、順変換部２を系統電圧に位相同期したゲート信号で１２０°通流制御することができる。
【００２９】
このとき、マスタ制御装置５及びスレーブ制御装置８が一対一であり、両者間の信号の伝送が１ビットの同期信号Ｓｙで済むことから、伝送時間を短縮することができるとともに、系統電圧の位相に同期したゲート駆動信号を生成して、系統電圧位相と単相インバータユニット１の順変換部２の１２０°通流制御を正確に行うことができる。
【００３０】
次に、本発明の第２の実施形態を図３について説明する。
この第２の実施形態では、各単相インバータユニット１に入力される入力トランスＴｒからの系統電圧には位相ずれを生じないので、１つのマスタ制御装置５で複数のスレーブ制御装置８を同期制御するようにしたものである。
【００３１】
すなわち、第２の実施形態では、図３に示すように、入力トランスＴｒの入力側に系統電力源１０から供給される系統電圧Ｖｕ〜Ｖｗを共通のマスタ制御装置５に入力する。このマスタ制御装置５は前述した第１の実施形態と同様に系統電圧検出部６及び系統電圧位相同期判定部７を備えている。そして、系統電圧位相同期判定部７から出力される系統電圧Ｖｕ〜Ｖｗに同期した同期信号Ｓｙが、入力トランスＴｒの出力側に接続された各単相インバータユニットＵ１〜Ｕ３、Ｖ１〜Ｖ３及びＷ１〜Ｗ３の順変換部２を個別に制御するスレーブ制御装置ＳＣｕ１〜ＳＣｕ３、ＳＣｖ１〜ＳＣｖ３及びＳＣｗ１〜ＳＣｗ３に伝送される。
【００３２】
この第２の実施形態では、共通のマスタ制御装置５から出力される同期信号Ｓｙを各単相インバータユニットＵ１〜Ｕ３、Ｖ１〜Ｖ３及びＷ１〜Ｗ３の順変換部２を個別に制御するスレーブ制御装置ＳＣｕ１〜ＳＣｕ３、ＳＣｖ１〜ＳＣｖ３及びＳＣｗ１〜ＳＣｗ３に伝送する。このため、マスタ制御装置５から各スレーブ制御装置ＳＣｕ１〜ＳＣｕ３、ＳＣｖ１〜ＳＣｖ３及びＳＣｗ１〜ＳＣｗ３に伝送する同期信号Ｓｙが１ビットで済むので、前述した第１の実施形態と同様に伝送時間を短縮することができる。しかも、前述した第１の実施形態では、マスタ制御装置５を各単相インバータユニットと同数設ける必要があるが、第２の実施形態では共通の１つのマスタ制御装置５を設けるだけでよい。このため、第２の実施形態ではマスタ制御装置５の数を減少させてコストを低減することができるとともに、全体構成を小型化することができる。
【００３３】
次に、本発明の第３の実施形態を図４について説明する。
この第３の実施形態では、マスタ制御装置での遅延時間を考慮して正確な同期信号を生成するようにしたものである。
すなわち、第３の実施形態では、図４及び図５に示すように、上述した第２の実施形態において、マスタ制御装置５に系統電圧検出部６及びこの系統電圧検出部６で検出した系統電圧をもとに遅延時間を考慮した同期信号を生成する同期信号生成部１１が設けられている。
【００３４】
この同期信号生成部１１は、マスタ制御装置５の系統電圧検出部６で系統電圧を検出する際の遅延時間τｄと、マスタ制御装置５に含まれるＣＰＵなどの演算遅延時間τｃとで生じる遅延時間τだけ同期信号Ｓｙを早めに生成するように構成されている。すなわち、同期信号生成部１１では、上述した遅延時間τは設計段階で求めることができるので、同期信号Ｓｙより遅延時間τだけ前に補正同期信号Ｓｙａを生成する。具体的には、下記（１）式に示す電圧閾値Ｖｔｈを基準として、その電圧閾値ＶｔｈをＵ相系統電圧値が下回っている状態から上回る状態となった瞬間に補正同期信号Ｓｙａを発生させる。
Ｖｔｈ＝−Ｖｐ×ｓｉｎ〔｛（τｄ＋τｃ）／Ｔ｝×３６０°〕 …………（１）
ここで、Ｖｐは系統電圧ピーク値〔Ｖ〕、Ｔは系統周期〔ｓ〕である。
【００３５】
この第３の実施形態によると、図５（ａ）に示すように、同期信号生成部１１で上記（１）式によって算出される電圧閾値Ｖｔｈを設定しておく。この状態で、系統電圧検出部６で検出されるＵ相系統電圧Ｖｕが負側のピーク値に向かって減少して時点ｔ１で電圧閾値Ｖｔｈを下回ってから負側のピーク値を越えて時点ｔ２で電圧閾値Ｖｔｈを上回ると、その瞬間に図５（ｃ）に示すように補正同期信号Ｓｙａを出力する。
【００３６】
このときの補正同期信号Ｓｙａは、前述した第１の実施形態におけるＵ相系統電圧Ｖｕが零クロス点である時点ｔ３で発生する図５（ｂ）に示す同期信号Ｓｙに対して系統電圧検出部６での遅延時間τｄと演算遅延時間τｃを加算した遅延時間τ分だけ先行して早めに生成される。
このとき、系統電圧検出部６で検出された検出電圧Ｖｕは図５（ａ）で実線図示のように、点線図示の実際の系統電圧Ｖｕｒに対して遅延時間τだけ遅れているので、補正同期信号Ｓｙａを実際の系統電圧Ｖｕｒの零クロス点に一致させることができ、正確な同期信号を生成することができる。
【００３７】
そして、生成された補正同期信号Ｓｙａが各スレーブ制御装置ＳＣｕ１〜ＳＣｕ３、ＳＣｖ１〜ＳＣｖ３及びＳＣｗ１〜ＳＣｗ３に伝送される。このため、この補正同期信号Ｓｙａに基づいて各スレーブ制御装置ＳＣｕ１〜ＳＣｕ３、ＳＣｖ１〜ＳＣｖ３及びＳＣｗ１〜ＳＣｗ３で各単相インバータユニットＵ１〜Ｕ３、Ｖ１〜Ｖ３及びＷ１〜Ｗ３の順変換部２に対するＵ相〜Ｚ相ゲート信号を生成する。これらＵ相〜Ｚ相ゲート信号によって各単相インバータユニットＵ１〜Ｕ３、Ｖ１〜Ｖ３及びＷ１〜Ｗ３の順変換部２が実際の系統電圧に位相同期した１２０°通流制御される。
【００３８】
次に、本発明の第４の実施形態を図６について説明する。
この第４の実施形態は、系統電圧に対して単相インバータユニット１に入力される入力電圧位相に位相差を生じている場合を考慮したものである。
系統電圧位相に対する単相インバータユニット１の入力電圧位相の位相差Ｈｄは、単相インバータユニット１の主回路の設計段階で求めることができる。このため、上述した第２の実施形態の構成において、マスタ制御装置５に、予め系統電圧位相に対する単相インバータユニット１の入力電圧位相の位相差Ｈｄを設定しておく。そして、マスタ制御装置５で、直列多重インバータ装置を駆動開始する際に、マスタ制御装置５から位相差Ｈｄを各スレーブ制御装置ＳＣｕ１〜ＳＣｕ３、ＳＣｖ１〜ＳＣｖ３及びＳＣｗ１〜ＳＣｗ３にシリアル伝送によって送信する。
【００３９】
スレーブ制御装置ＳＣｕ１〜ＳＣｕ３、ＳＣｖ１〜ＳＣｖ３及びＳＣｗ１〜ＳＣｗ３では、マスタ制御装置５から位相差Ｈｄを受信すると、内蔵する３６０°カウンタ９のカウント値と比較してＵ相〜Ｚ相ゲート駆動信号を生成する値を位相差Ｈｄだけ補正する。これにより、単相インバータユニット１の入力電圧位相と同期した１２０°のゲート駆動信号を生成することができる。
【００４０】
次に、上記第４の実施形態の動作を、図６（ａ）に示すように、Ｕ相系統電圧Ｖｕに対して単相インバータユニット１の入力電圧Ｖｕｉに３０°の位相遅れが生じている場合について説明する。
この場合に、直列多重インバータ装置を駆動開始すると、先ず、マスタ制御装置５から各スレーブ制御装置ＳＣｕ１〜ＳＣｕ３、ＳＣｖ１〜ＳＣｖ３及びＳＣｗ１〜ＳＣｗ３に対して、位相差Ｈｄ（＝３０°）がシリアル伝送で送信される。このため、各スレーブ制御装置ＳＣｕ１〜ＳＣｕ３、ＳＣｖ１〜ＳＣｖ３及びＳＣｗ１〜ＳＣｗ３では、位相差Ｈｄ（＝３０°）だけ、内蔵する３６０°カウンタ９のカウント値と比較する値を補正する。
【００４１】
このため、Ｕ相系統電圧Ｖｕが図６（ａ）で実線図示のように変化し、時点ｔ１１で負値から正値に反転する零クロス点となると、マスタ制御装置５から図６（ｂ）に示す同期信号Ｓｙが各スレーブ制御装置ＳＣｕ１〜ＳＣｕ３、ＳＣｖ１〜ＳＣｖ３及びＳＣｗ１〜ＳＣｗ３に伝送される。
このため、各スレーブ制御装置ＳＣｕ１〜ＳＣｕ３、ＳＣｖ１〜ＳＣｖ３及びＳＣｗ１〜ＳＣｗ３では、前述した第２の実施形態と同様に、同期信号Ｓｙを受信した時点で３６０°カウンタ９が０°にリセットされてこの３６０°カウンタ９が０°からカウントを開始する。
【００４２】
このとき、前述した第２の実施形態では、３６０°カウンタ９のカウント値が３０°となった時点で図６（ｄ）に示すように、Ｕ相ゲート信号がオン状態に反転し、その後、カウント値が１５０°となった時点でオフ状態に復帰する。
しかしながら、本実施形態では、３６０°カウンタ９と比較する値が位相差Ｈｄ（＝３０°）だけ補正されているので、図６（ｅ）に示すように、３６０°カウンタ９のカウント値が６０°となった時点でＵ相ゲート信号がオン状態に反転し、その後、カウント値が１８０°となった時点でオフ状態に復帰する。
【００４３】
したがって、位相差Ｈｄ分だけ位相が遅れたＵ相ゲート信号を生成することができる。同様に、Ｖ相〜Ｚ相ゲート信号についても位相差Ｈｄ分だけ位相が遅れた信号とすることができる。そして、位相が遅れたＵ相〜Ｚ相ゲート信号が各単相インバータユニット１の順変換部２の半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に供給されるので、各単相インバータユニット１の順変換部２で位相遅れを生じている入力電圧Ｖｕｉに同期した１２０°通流制御を行うことができる。
【００４４】
なお、上記第４の実施形態においては、各単相インバータユニット１の入力電圧Ｖｕｉの位相差Ｈｄが同一である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、各単相インバータユニット１の入力電圧Ｖｕｉの位相差Ｈｄが異なる場合には、直列多重インバータ装置の駆動開始時にマスタ制御装置５から各スレーブ制御装置ＳＣｕ１〜ＳＣｕ３、ＳＣｖ１〜ＳＣｖ３及びＳＣｗ１〜ＳＣｗ３に個別の位相差Ｈｄを送信するようにすればよい。
また、上記第３及び第４の実施形態においては、前述した第２の実施形態の構成を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、前述した第１の実施形態の構成にも適用することができるものである。
【符号の説明】
【００４５】
１…単相インバータユニット、２…順変換部、３…コンデンサ、４…逆変換部、５…マスタ制御装置、６…系統位相電圧検出部、７…系統電圧位相同期判定部、８…スレーブ制御装置、９…３６０°カウンタ、ＳＣｕ１〜ＳＣｕ３、ＳＣｖ１〜ＳＣｖ３、ＳＣｗ１〜ＳＣｗ…スレーブ制御装置、１１…同期信号生成部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
順変換部及び逆変換部を有する複数の単相インバータユニットの出力側を直列に接続し、各単相インバータユニットの順変換部の入力側に入力トランスを介してそれぞれの交流電力を入力する直列多重インバータ装置であって、
前記各単相インバータユニットの順変換部は、１２０°通流制御を行い、
前記各単相インバータユニットの順変換部の交流入力側に接続した系統電圧検出部及び系統電圧位相同期判定部を備え、系統電圧位相に同期した同期信号を生成するマスタ制御装置と、
該マスタ制御装置で生成された前記同期信号が伝送され、伝送された前記同期信号を基に系統電圧と同期した１２０°通流幅の信号を生成して前記各単相インバータユニットの順変換部のスイッチング動作を制御するスレーブ制御装置と
を備えたことを特徴とする直列多重インバータ装置。
【請求項２】
順変換部及び逆変換部を有する複数の単相インバータユニットの出力側を直列に接続し、各単相インバータユニットの順変換部の入力側に入力トランスを介してそれぞれの交流電力を入力する直列多重インバータ装置であって、
前記入力トランスの系統側の系統電圧を検出する系統電圧検出部及び系統電圧位相同期判定部を備え、系統電圧位相に同期した同期信号を生成するマスタ制御装置と、該マスタ制御装置から出力される前記同期信号が個別に入力されて、前記系統電圧に同期した１２０°通流幅信号を生成して前記各単相インバータユニットの順変換部のスイッチング動作を個別に制御する複数のスレーブ装置と
を備えていることを特徴とする直列多重インバータ装置。
【請求項３】
前記マスタ装置は、前記系統電圧に同期した同期信号を、系統電圧検出遅れ時間、演算遅延時間などの遅延時間分前の時点で生成し、前記系統電圧位相と前記単相インバータユニットの出力電圧位相とを同期させることを特徴とする請求項１又は２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項４】
前記マスタ制御装置は、系統電圧位相と前記単相インバータユニットの入力電圧位相とが位相差を有する場合、当該位相差情報を予め前記スレーブ制御装置へ伝送し、当該スレーブ制御装置は、伝送された前記同期信号に対して前記位相差を補正した１２０°通流幅信号を生成することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項１】
順変換部及び逆変換部を有する複数の単相インバータユニットの出力側を直列に接続し、各単相インバータユニットの順変換部の入力側に入力トランスを介してそれぞれの交流電力を入力する直列多重インバータ装置であって、
前記各単相インバータユニットの順変換部は、１２０°通流制御を行い、
前記各単相インバータユニットの順変換部の交流入力側に接続した系統電圧検出部及び系統電圧位相同期判定部を備え、系統電圧位相に同期した同期信号を生成するマスタ制御装置と、
該マスタ制御装置で生成された前記同期信号が伝送され、伝送された前記同期信号を基に系統電圧と同期した１２０°通流幅の信号を生成して前記各単相インバータユニットの順変換部のスイッチング動作を制御するスレーブ制御装置と
を備えたことを特徴とする直列多重インバータ装置。
【請求項２】
順変換部及び逆変換部を有する複数の単相インバータユニットの出力側を直列に接続し、各単相インバータユニットの順変換部の入力側に入力トランスを介してそれぞれの交流電力を入力する直列多重インバータ装置であって、
前記入力トランスの系統側の系統電圧を検出する系統電圧検出部及び系統電圧位相同期判定部を備え、系統電圧位相に同期した同期信号を生成するマスタ制御装置と、該マスタ制御装置から出力される前記同期信号が個別に入力されて、前記系統電圧に同期した１２０°通流幅信号を生成して前記各単相インバータユニットの順変換部のスイッチング動作を個別に制御する複数のスレーブ装置と
を備えていることを特徴とする直列多重インバータ装置。
【請求項３】
前記マスタ装置は、前記系統電圧に同期した同期信号を、系統電圧検出遅れ時間、演算遅延時間などの遅延時間分前の時点で生成し、前記系統電圧位相と前記単相インバータユニットの出力電圧位相とを同期させることを特徴とする請求項１又は２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項４】
前記マスタ制御装置は、系統電圧位相と前記単相インバータユニットの入力電圧位相とが位相差を有する場合、当該位相差情報を予め前記スレーブ制御装置へ伝送し、当該スレーブ制御装置は、伝送された前記同期信号に対して前記位相差を補正した１２０°通流幅信号を生成することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の直列多重インバータ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−９０３５８（Ｐ２０１３−９０３５８Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２５９１８（Ｐ２０１１−２２５９１８）
【出願日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
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