JPH074066B2 - ３相インバータの制御回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、高周波含有率が高い負荷や単相負荷を接続
しても、出力電圧波形の歪みが少ない３相インバータの
制御回路に関する。

〔従来の技術〕

コンピュータなどの電子機器は、その電源に対して要求
する電圧と周波数の変動許容範囲が僅かであることか
ら、一般に定電圧定周波数電源装置（以下ではCVCF電源
装置と略記する）を使用するのであるが、このCVCF電源
装置は、商用交流電力を直流電力に変換する整流器と、
この整流器が出力する直流電力を定電圧・定周波数の３
相交流電力に変換するインバータとで構成し、必要に応
じて商用交流電源が停電したときでもコンピュータへの
電力供給が継続できるように、バッテリーを備えて、こ
のバッテリーでバックアップするようにしている。

ところで、CVCF電源装置の負荷であるコンピュータは、
その内部電源の入力回路がコンデンサインプット形整流
回路となっているものが大部分である。それ故、通常の
CVCF電源装置ではその出力電圧波形が歪んでしまい、コ
ンピュータが誤動作をするなどの不都合を生じていた。

これに対しては、たとえばバイポーラトランジスタやMO
SFET（金属酸化半導体電界効果トランジスタ）など、高
速でのスイッチングを行うことができる半導体スイッチ
素子を使用した単相インバータ３台を組合わせて３相イ
ンバータを形成させ、これら３台の単相インバータを適
切に制御することで解決している。

第２図は高調波含有率が高い負荷に３相交流電力を供給
する３相インバータの従来例を示した主回路接続図であ
る。

この第２図において、符号11,12および13は平滑コンデ
ンサ、符号14,15および16は単相電力変換手段としての
単相インバータであって、直流電源２からの直流電力
を、平滑コンデンサと単相インバータとで、別個に単相
交流電力に変換している。よって３台の単相インバータ
14,15,16の出力を相互に120度ずつの位相差で組合せる
ことにより、負荷としてのコンピュータ３に３相交流電
力を供給するのであるが、これら３台の単相インバータ
14,15,16はそれぞれが別個にインバータ制御回路17,18,
19を備えており、インバータを構成している半導体スイ
ッチ素子としてのバイポーラトランジスタを適切な制御
により高速スイッチング動作させることで、コンピュー
タ３に波形歪みの少い交流電力を供給する。

第３図は第２図に示すインバータ制御回路の従来例を示
した制御ブロック図である。

この第３図に示す制御回路の動作は次の通りである。す
なわち単相計器用変圧器（以下では単相PTと略記する）
20はたとえば第１相用単相インバータ14の出力電圧を検
出し、これを整流回路21とフイルタ回路22とで平滑な検
出電圧信号に変換する。一方、電圧設定器23はこの単相
インバータ14が出力するべき電圧を設定しているので、
比例積分調節回路（以下ではPI調節回路と略記する）24
にこの検出電圧信号と設定電圧信号との偏差を入力さ
せ、このPI調節回路24から入力偏差を零に制御する信号
を取出す。

符号28はクロックパルスを出力する発振回路であって、
正弦波データを収めたメモリー26とカウンタ27ならびに
このクロックパルスによりデジタル量の正弦波信号を創
成して、これを乗算形D/Aコンバータ25に与えることに
より、この乗算形D/Aコンバータ25からは、PI調節回路2
4の出力信号に対応した振幅のアナログ正弦波信号を出
力させる。

比例調節回路（以下ではＰ調節回路と略記する）29はこ
の乗算形D/Aコンバータ25が出力する正弦波信号と、単
相PT20が検出する正弦波信号の検出電圧信号との偏差を
入力してこれを増幅する。

発振回路28からのクロックパルスをベースにして、たと
えば３角波状で高周波数の搬送波を搬送波発生回路31が
出力するので、Ｐ調節回路29で増幅された信号とこの搬
送波とをパルス幅変調回路（以下ではPWM回路と略記す
る）30においてパルス幅変調し、点弧信号回路32を経て
単相インバータ14を構成している各バイポーラトランジ
スタに点弧信号を送り、これらを順次オン・オフ動作さ
せて単相交流をこのインバータ14から出力させる。

他の単相インバータ15と16にも、それぞれ第３図に示す
構成のインバータ制御回路18と19とが付属しているの
で、３台の単相インバータ14、15、16が出力する単相交
流の位相を相互に電気角で120度ずつずらすことで、３
相交流を得ることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

第２図と第３図で記述したように、３台の単相インバー
タ14,15,16と、３組のインバータ制御回路17,18,19とに
より、コンピュータのようなコンデンサインプット形整
流回路が負荷である場合でも、波形歪みの少ない３相交
流電力を供給できるのであるが、単相インバータを２台
使用するのは止むを得ないとしても、インバータ制御回
路も３台分使用するため、部品点数が多く、装置が大形
化し、かつコストも上昇する不都合がある。

そこでこの発明の目的は、単相インバータを３台組合わ
せて３相交流電力を得る３相インバータの制御回路の共
通化により、当該３相インバータの制御回路の部品点数
を削減して、装置の小形化・低コスト化を図ることにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、この発明の制御回路は、
半導体スイッチ素子のブリッジ接続で構成している単相
電力変換手段を３台組合わせて形成している３相インバ
ータにおいて、前記３相インバータが出力する３相交流
電圧の平均値を出力する整流手段と、この平均値と別途
に設定する電圧との偏差を零に調節する比例積分調節手
段と、この比例積分調節手段出力信号に対応した振幅の
正弦波信号を各相ごとに出力する３組の正弦波発生手段
と、この正弦波信号と前記３相インバータの出力相電圧
の偏差を各相ごとに調節する３組の比例調節手段と、こ
の比例調節手段出力信号を各相ごとに搬送波でパルス幅
変調する３組のパルス幅変調手段と、このパルス幅変調
手段出力信号から前記３台の単相電力変換手段に別個に
与える点弧信号を作成する３組の点弧信号発生手段とを
備えるものとする。

〔作用〕

この発明は、高速半導体スイッチ素子を使用して高周波
変調するインバータでは、このインバータの出力インピ
ーダンスを低くできるのであるが、出力インピーダンス
を低くすれば、３相交流出力に不平衡負荷（たとえば単
相負荷）が印加されても、３相出力電圧は殆ど変化しな
いことから、３相交流の線間電圧平均値で比例積分制御
を行って出力電圧を一定にする。さらに各相電圧を比例
制御することでコンデンサインプット形整流回路などが
負荷である場合でも、出力電圧波形の歪みを抑制できる
ので、このような制御を行う場合の各相電圧の比例制御
のみは各単相インバータごとに行うが、３相交流線間電
圧平均値での比例積分制御は３相分一括とすることで、
部品点数の削減を行うものである。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例をあらわした制御ブロック図で
あって、３台の単相インバータのすべてを制御する回路
である。

この第１図において、３台の単相インバータを組合わせ
ることで得られる３相交流電圧を３相PT40で検出し、整
流回路41とフイルタ回路42とにより平滑な検出電圧信号
を求める。次いで、この検出電圧信号と電圧設定器23に
よる設定電圧信号との偏差を零に制御する動作をPI調節
回路24に行わせるのは、第３図で既述の従来例回路の場
合と同じである。そしてこれら３相PT40、整流回路41、
フイルタ回路42、電圧設定器23ならびにPI調節回路24
は、３台の単相インバータに対して共通に１台ずつ用意
すればよい。またクロックパルスを出力する発振回路2
8、カウンタ27および搬送波発生回路31も、同様に３台
の単相インバータに対して共通に１台ずつ用意すればよ
い。

３台の単相インバータのうちの第１相用インバータには
乗算形D/Aコンバータ25A、メモリー26A、Ｐ調節回路29
A、PWM回路30Aおよび点弧信号回路32Aを用意し、第３図
で既述の従来例回路と同様の動作を行わせる。すなわち
発振回路28とカウンタ27およびメモリー26Aとで得られ
るデジタル正弦波信号と、PI調節回路24の出力信号とを
乗算形D/Aコンバータ25Aにおいて掛け合わせることで、
アナログ正弦波信号を得るのであるが、このアナログ正
弦波信号は、PI調節回路24の出力が高いときはその振幅
が大、またPI調節回路24の出力が低いときはその振幅が
小となる。

このようにして求めたアナログ正弦波信号と、３相PT40
から取出した第１相電圧信号との偏差をＰ調節回路29A
に入力してこれを増幅し、さらに搬送波発生回路31が出
力する搬送波とによりパルス幅変調をPWM回路30Aで行
う。その結果を点弧信号回路32Aを経て第１相用インバ
ータに与えるようにしている。

第２相用インバータと第３相用インバータでも、それぞ
れに対して用意している乗算形D/Aコンバータ25Bと25
C、メモリー26Bと26C、Ｐ調節回路29Bと29C、PWM回路30
Bと30C、点弧信号回路32Bと32Cとが上記と同様な動作を
行う。

〔発明の効果〕

この発明によれば、高速スイッチング動作を行う半導体
スイッチ素子で構成した３台の単相インバータを組合わ
せて３相インバータを形成するのであるが、この３相イ
ンバータが出力する３相線間電圧の平均値を検出し、こ
れを比例積分制御することで出力電圧を定電圧制御しな
がら、各相ごとに相電圧を比例制御するようにしてい
る。この場合、各相電圧の比例制御部分は、３台の単相
インバータのそれぞれに制御回路を必要とするが、これ
以外の制御回路は３台の単相インバータに共通に１組用
意すればよいので、不平衡負荷や高周波含有率の高い負
荷を接続した場合でも、波形歪みのない３相交流電力
を、部品点数の少ない低価格の制御回路で制御できる効
果を得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例をあらわした制御ブロック図、
第２図は高調波含有率が高い負荷に３相交流電力を供給
する３相インバータの従来例を示した主回路接続図、第
３図は第２図に示すインバータ制御回路の従来例を示し
た制御ブロック図である。 ２……直流電源、３……負荷としてのコンピュータ、1
1,12,13……平滑コンデンサ、14,15,16……単相インバ
ータ、17,18,19……インバータ制御回路、20……単相P
T、21,41……整流回路、22,42……フイルタ回路、23…
…電圧設定器、24……PI調節回路、25,25A,25B,25C……
乗算形D/Aコンバータ、26,26A,26B,26C……メモリー、2
7……カウンタ、28……発振回路、29,29A,29B,29C……
Ｐ調節回路、30,30A,30B,30C……PWM回路、31……搬送
波発生回路、32,32A,32B,32C……点弧信号回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体スイッチ素子のブリッジ接続で構成
   している単相電力変換手段を３台組合わせて形成してい
   る３相インバータにおいて、前記３相インバータが出力
   する３相交流電圧の平均値を出力する整流手段と、この
   平均値と別途に設定する電圧との偏差を零に調節する比
   例積分調節手段と、この比例積分調節手段出力信号に対
   応した振幅の正弦波信号を各相ごとに出力する３組の正
   弦波発生手段と、この正弦波信号と前記３相インバータ
   の出力相電圧の偏差を各相ごとに調節する３組の比例調
   節手段と、この比例調節手段出力信号を各相ごとに搬送
   波でパルス幅変調する３組のパルス幅変調手段と、この
   パルス幅変調手段出力信号から前記３台の単相電力変換
   手段に別個に与える点弧信号を作成する３組の点弧信号
   発生手段とを備えていることを特徴とする３相インバー
   タの制御回路。