JP3311115B2 - スナバエネルギ回生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、３レベル以上の出力電
圧を発生する電圧形自励変換器において、特に自己消弧
素子のスイッチング動作に伴うスナバ回路のエネルギを
回生するスナバエネルギ回生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、従来のスナバ回路を具備した２
レベル出力の電圧形インバ―タの構成図である。図中、
Ｖd1，Ｖd2は電圧がＶd1，Ｖd2の直流電圧源、Ｓ1 ，Ｓ
2 は自己消弧素子、Ｄ1 ，Ｄ2 は帰還ダイオ―ド、ＬA
はアノ―ドリアクトル、ＬＯＡＤ−Ｕは負荷、Ｄs1Ｄs2
はスナバダイオ―ド、Ｃs1，Ｃs2はスナバコンデンサ、
Ｒs1，Ｒs2はスナバ抵抗である。

【０００３】このインバ―タの出力電圧Ｖu は、直流電
源電圧をＶd1＝Ｖd2＝Ｖd ／２とした場合、 素子Ｓ1 がオン（Ｓ2 はオフ）のとき、Ｖu ＝＋Ｖd ／
２ 素子Ｓ2 がオン（Ｓ1 はオフ）のとき、Ｖu ＝−Ｖd ／
２ となる。従って、素子Ｓ1 のオン期間を長くすれば出力
電圧Ｖu を正側に大きくすることができ、反対に、素子
Ｓ2 のオン期間を長くすれば出力電圧Ｖu を負側に大き
くすることができる。

【０００４】インバ―タの出力電圧を調整する方法とし
て、パルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）が一般に良く知ら
れている。ＰＷＭ制御により、負荷ＬＯＡＤ−Ｕに可変
電圧可変周波数の交流電力を供給することができ、交流
電動機を駆動する電力変換器などに広く用いられてい
る。

【０００５】インバ―タの構成素子Ｓ1 ，Ｓ2 として、
ゲ―トタ―ンオフサイリスタ（ＧＴＯ）等の自己消弧素
子（以後、単に素子と記す）が使われる。アノ―ドリア
クトルＬA は素子Ｓ1 ，Ｓ2 の電流変化率（ｄｉ／ｄ
ｔ）を抑制し、素子Ｓ1 ，Ｓ2 が壊れるのを防止してい
る。

【０００６】即ち、負荷電流Ｉu が図示の方向に流れて
いる場合、素子Ｓ1 がオフしたとき電流Ｉu はダイオ―
ドＤ2 を通って流れる。アノ―ドリアクトルＬA は、素
子Ｓ1 がオンしたとき帰還ダイオ―ドＤ2 がオフ状態に
なるまで、直流電源Ｖd による短絡電流が増大するのを
抑制する働きをする。

【０００７】同様に、負荷電流Ｉu が図示と反対方向に
流れている場合、素子Ｓ2 がオフしたとき電流Ｉu はダ
イオ―ドＤ1 を通って流れる。アノ―ドリアクトルＬA
は、素子Ｓ2 がオンしたとき帰還ダイオ―ドＤ1 がオフ
状態になるまで、直流電源Ｖd による短絡電流が増大す
るのを抑制する働きをする。

【０００８】スナバ回路は素子Ｓ1 又はＳ2 がオフした
とき、アノ―ドリアクトルＬA や配線のインダクタンス
分によって発生するサ―ジ電圧を吸収する役目をする。
即ち、スナバ回路が無い場合、素子Ｓ1 がオフすると、
負荷電流ＩL は前述のように帰還ダイオ―ドＤ2 を介し
て循環するが、アノ―ドリアクトルＬA に負荷電流が流
れ込むとき、ＬA ・（ｄｉ／ｄｔ）の電圧が発生し、素
子Ｓ1 に過大な電圧が印加され、素子を破壊してしま
う。スナバ回路を接続することにより、素子Ｓ1がオフ
したとき、アノ―ドリアクトルＬA のエネルギはダイオ
―ドＤs1を介してスナバコンデンサＣs1に蓄積され、コ
ンデンサＣs1を図示の極性に充電する。コンデンサＣs1
に充電された電圧は、素子Ｓ1 が次にオンした時抵抗Ｒ
s1を介して放電し、その次のタ―ンオフに備える。素子
Ｓ2 のスナバ回路も同様に動作する。 この従来のスナ
バ回路では、スナバコンデンサＣs1，Ｃs2に蓄積された
エネルギは全て抵抗Ｒs1，Ｒs2によって消費され、熱と
なってしまう。この熱損失は素子Ｓ1 ，Ｓ2 のスイッチ
ング周波数に比例し、チョッパ装置やインバ―タ装置の
変換効率を低下させるだけでなく、装置寸法を増大させ
る欠点がある。同時に、大容量機ともなると、その冷却
法も難しくなってくる。

【０００９】これを解決するためにスナバエネルギの回
生法が例えば特公昭６２―１５０２３号公報、或いは
Ｕ．Ｓ．Ｐａｔ．４，５６６，０５１で提案されてい
る。一方、インバ―タの出力電圧として、（＋，０，
−）の３レベルの電圧が得られる中性点クランンプ式イ
ンバ―タ等が開発され、大容量の交流可変速モ―タの電
源等に使われるようになってきた。

【００１０】図６は、この中性点クランプ式インバ―タ
に従来のスナバ回生装置を適用した場合の構成図を示
す。図中、Ｖd1，Ｖd2は電圧がＶd1，Ｖd2である直流電
圧源、Ｓ1 乃至Ｓ4 は素子、Ｄ1 乃至Ｄ4 は帰還ダイオ
―ド、Ｄc1，Ｄc2はクランプ用ダイオ―ド、ＬA1，ＬA2
はアノ―ドリアクトル、ＬＯＡＤ−Ｕは負荷、Ｄs1乃至
Ｄs4はスナバダイオ―ド、Ｃs1乃至Ｃs4はスナバコンデ
ンサ、Ｒs2，Ｒs3はスナバ抵抗、Ｅ01，Ｅ02は補助電
源、Ｄ01，Ｄ02は回生用ダイオ―ドである。

【００１１】中性点クランプ式インバ―タは素子Ｓ1 〜
Ｓ4 が２個ずつオンし、３レベルの出力電圧を発生す
る。即ち、このインバ―タの出力電圧Ｖu は、直流電源
電圧をＶd1＝Ｖd2＝Ｖd ／２とした場合、 素子Ｓ1 とＳ2 がオン（Ｓ3 ，Ｓ4 はオフ）のとき、Ｖ
u ＝＋Ｖd ／２ 素子Ｓ2 とＳ3 がオン（Ｓ1 ，Ｓ4 はオフ）のとき、Ｖ
u ＝０ 素子Ｓ3 とＳ4 がオン（Ｓ1 ，Ｓ2 はオフ）のとき、Ｖ
u ＝−Ｖd ／２ となる。素子が３個同時にオンすると、電源短絡を起こ
し、素子を壊してしまう。故に、素子Ｓ1 とＳ3 は逆動
作をさせ、同時にオンしないようにゲ―ト信号を与え、
又、素子Ｓ2 とＳ4 は逆動作をさせ、同時にオンしない
ようにゲ―ト信号を与えている。

【００１２】素子Ｓ1 のスナバ回生回路は次のように動
作する。即ち、素子Ｓ1 がオフすると、リアクトルＬA
1，ＬA2等のエネルギはスナバコンデンサＣs1に蓄えら
れる。この結果、スナバコンデンサＣs1は図示の極性に
充電される。このとき、コンデンサＣs1に印加される電
圧Ｖc1は電源電圧Ｖd1と上記補助電源Ｅ01の和にほぼ等
しくなる。次に、素子Ｓ1 がオンすると、コンデンサＣ
s1の電圧は回生用ダイオ―ドＤ01→補助電源Ｅ01→アノ
―ドリアクトルＬA1→素子Ｓ1 →スナバコンデンサＣs1
の回路で放電する。この時、流れる電流はＣs1とＬA1に
よる共振電流ＩR である。コンデンサＣs1の電圧Ｖc1が
零になったところで放電が完了する。その、電流ＩR
は、リアクトルＬA1→スナバダイオ―ドＤs1→回生用ダ
イオ―ドＤ01→補助電源Ｅ01→リアクトルＬA1の経路で
流れ、エネルギが補助電源Ｅ01に回生される。

【００１３】補助電源Ｅ01は回生能力のある直流電源
で、例えば、直流コンデンサに一旦エネギを蓄積し、該
直流電力をＰＷＭ制御インバ―タで交流電力に変換す
る。該交流電力をトランスを介して交流電源に回生する
方法と、更に、整流器で直流に変換して主回路の直流電
源Ｖd に回生する方法が考えられる。いずれの場合も直
流電圧Ｅ01が一定になるようにＰＷＭ制御インバ―タに
よって制御される。補助電源の電圧Ｅ01は、通常、主回
路の直流電源電圧Ｖd より１桁程度低い値に選ばれる。
なぜなら、補助電源の電圧Ｅ01をあまり高くすると、素
子Ｓ1 がオフしたときスナバコンデンサＣs1に印加され
る電圧Ｖc1が高くなり、結果的に素子Ｓ1 の印加電圧も
高くなって耐圧の高い素子が必要になってしまうためで
ある。

【００１４】素子Ｓ4 のスナバ回生回路も同様に動作す
る。また、素子Ｓ2 とＳ3 は補助電源Ｅ01あるいはＥ02
にエネルギを回生することが難しいので、従来のスナバ
回路を用い、抵抗Ｒs2，Ｒs3にエネルギを消費させる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】この従来のスナバ回生
装置は次のような問題点がある。即ち、素子Ｓ1 がオン
すると、Ｖc1−Ｅ01の電圧がアノ―ドリアクトルＬA1に
印加され、次式で示されるようなコンデンサＣs1とアノ
―ドリアクトルＬA1による共振電流ＩR が流れる。

【００１６】 ＩR ＝（Ｃs1／ＬA1）・（Ｖc1−Ｅ01）・ωR ｔ ここで、ωR は共振角周波数である。例えば、Ｖd1＝Ｖ
d2＝2,000 ｖ，Ｃs ＝6μF ，ＬA ＝15μH とすると、
Ｖc1−Ｅ01＝Ｖd1であるから、ＩR の最大値は、1,265A
になる。素子Ｓ1 には、この共振電流ＩR に加えて負荷
電流ＩL も流れる。負荷電流をＩL ＝1,500Aとすると、
素子Ｓ1 がオンしたときに流れる電流の最大値は、2,76
5Aにもなってしまう。

【００１７】このように、従来のインバ―タのスナバエ
ネルギ回生装置では、スナバコンデンサＣs1の電圧を放
電させる時に過大な電流を素子Ｓ1 に流すことになり、
その分素子の電流容量を大きくせざるを得なくなる。主
回路を構成する素子の電流容量を増加させることは、装
置のコストを高くするだけでなく、素子の損失を増加さ
せ、形状寸法を増大させてしまうことにつながる。

【００１８】また、中性点クランプ式インバ―タでは、
素子Ｓ2 とＳ3 のスナバコンテンサＣs2，Ｃs3のエネル
ギを補助電源Ｅ01，Ｅ02に回生することが難しく、図６
に示すようにスナバ抵抗Ｒs2，Ｒs3にエネルギを消費さ
せていた。そのため、従来のスナバ回路の問題点である
運転効率の低下および冷却装置の増加が本質的に解決さ
れない欠点があった。

【００１９】本発明は、前述の点に鑑みなされたもので
あって多レベル出力のインバ―タ或いはコンバ―タにお
いて、該インバ―タ或いはコンバ―タを構成する全ての
素子のスナバコンデンサのエネルギを回生できるように
し、かつ、素子のタ―ンオン時の電流増加を抑制したス
ナバエネルギ回生装置を提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のスナバエネルギ回生装置は、直流正母線と負
母線との間に直列接続される２個の直流電源と、両端に
アノ―ドリアクトルを有し、前記直流正負母線間に接続
される第１乃至第４の自己消弧素子の直列回路と、前記
自己消弧素子にそれぞれ逆並列接続される帰還ダイオ―
ドと、直列接続点が前記直流電源の直列接続点に接続さ
れカソ―ドが前記第２の自己消弧素子のアノ―ドに、ア
ノ―ドが前記第３の自己消弧素子のカソ―ドに接続され
る第１、第２のクランプ用ダイオ―ドと、前記第１、第
２の自己消弧素子にそれぞれ並列接続されるスナバコン
デンサとスナバダイオ―ドの順の直列接続回路から成る
第１、第２のスナバ回路と、前記第３、第４の自己消弧
素子にそれぞれ並列接続されるスナバダイオ―ドとスナ
バコンデンサの順の直列接続回路から成る第３、第４の
スナバ回路を備えた電圧形自励変換器において、前記第
１、第２のスナバ回路のそれぞれのスナバダイオ―ドの
アノ―ドにそれぞれのカソ―ドが接続される第１、第２
の回生用ダイオ―ドと、前記第３、第４のスナバ回路の
それぞれのスナバダイオ―ドのカソ―ドにそれぞれのア
ノ―ドが接続される第３、第４の回生用ダイオ―ドと、
この第３、第４の回生用ダイオ―ドのカソ―ドと前記第
１、第２の回生用ダイオ―ドのアノ―ドとの間に接続さ
れる定電流源を具備したことを特徴とするものである。

【００２１】又、本発明の他のスナバエネルギ回生装置
は、直流正母線と負母線との間に直列接続されるＮ個
（Ｎは２以上の整数）の直流電源と、両端にアノ―ドリ
アクトルを有し、前記直流正負母線間に接続される第１
乃至第Ｍ（Ｍ＝２Ｎ）の自己消弧素子の直列回路と、前
記自己消弧素子にそれぞれ逆並列接続される第１乃至第
Ｍの帰還ダイオ―ドと、前記自己消弧素子の導通モ―ド
に応じて出力端子の電位を前記Ｎ個の直流電源の各接続
点の電位にクランプする第１乃至第（Ｍ−２）のクラン
プ用ダイオ―ドと、前記第１乃至第Ｎの自己消弧素子に
それぞれ並列接続されるスナバコンデンサとスナバダイ
オ―ドの順の直列接続回路から成る第１乃至第Ｎのスナ
バ回路と、前記第（Ｎ＋１）乃至第Ｍの自己消弧素子に
それぞれ並列接続されるスナバダイオ―ドとスナバコン
デンサの順の直列接続回路から成る第（Ｎ＋１）乃至第
Ｍのスナバ回路を備えた電圧形自励変換器において、前
記第１乃至第Ｎのスナバ回路のそれぞれのスナバダイオ
―ドのアノ―ドにそれぞれのカソ―ドが接続される第１
乃至第Ｎの回生用ダイオ―ドと、前記第（Ｎ＋１）乃至
第Ｍのスナバ回路のそれぞれのスナバダイオ―ドのカソ
―ドにそれぞれのアノ―ドが接続される第（Ｎ＋１）乃
至Ｍの回生用ダイオ―ドと、この第（Ｎ＋１）乃至Ｍの
回生用ダイオ―ドのカソ―ドと前記第１乃至第Ｎの回生
用ダイオ―ドのアノ―ドとの間に接続される定電流源を
具備したことを特徴とするものである。

【００２２】

【作用】前述のように構成された、本発明のスナバエネ
ルギ回生装置は、電圧形自励変換器を構成する自己消弧
素子のスナバコンデンサのエネルギを定電流源を介して
回生するものである。

【００２３】即ち、第１、第２の自己消弧素子がオンし
ている状態を（＋）出力モ―ド、第２、第３の自己消弧
素子がオンしている状態を（０）出力モ―ド、第３、第
４の自己消弧素子がオンしている状態を（−）出力モ―
ド、とすれば、（０）出力モ―ドから（＋）出力モ―ド
に変化する時は、第１のスナバコンデンサＣs1のエネル
ギ（電荷）は、第１のスナバコンデンサＣs1→第２の自
己消弧素子（Ｓ2 ）→第３のスナバダイオ―ドＤs3→第
３の回生ダイオ―ドＤR3→定電流源CSUP→第１の回生ダ
イオ―ドＤR1→第１のスナバコンデンサＣs1の経路で回
生される。

【００２４】（＋）出力モ―ドから（０）出力モ―ドに
変化する時は、第３のスナバコンデンサＣs3のエネルギ
（電荷）は、第３のスナバコンデンサＣs3→第３の回生
ダイオ―ドＤR3→定電流源CSUP→第２の回生用ダイオ―
ドＤR2→第２のスナバダイオ―ドＤs2→第３の自己消弧
素子Ｓ3 →第３のスナバコンデンサＣs3の経路で回生さ
れる。

【００２５】（０）出力モ―ドから（−）出力モ―ドに
変化する時は、第４のスナバコンデンサＣs4のエネルギ
（電荷）は、第４のスナバコンデンサＣs4→第４の回生
ダイオ―ドＤR4→定電流源CSUP→第２の回生用ダイオ―
ドＤR2→第２のスナバダイオ―ドＤs2→第３の自己消弧
素子Ｓ3 →第４の自己消弧素子Ｓ4 →第４のスナバコン
デンサＣs4の経路で回生される。

【００２６】（−）出力モ―ドから（０）出力モ―ドに
変化する時は、第２のスナバコンデンサＣs2のエネルギ
（電荷）は、第２のスナバコンデンサＣs2→第２の自己
消弧素子Ｓ2 →第２のスナバダイオ―ドＤs2→第３の回
生用ダイオ―ドＤR3→定電流源CSUP→第２の回生用ダイ
オ―ドＤR2→第２のスナバコンデンサＣs2の経路で回生
される。

【００２７】このように、出力モ―ドが変化する毎にス
ナバコンデンサは１個づつ放電することになり定電流源
CSUPとしては、１個のスナバコンデンサの放電電流を制
御するだけの容量で良い。

【００２８】又、本発明の他のスナバエネルギ回生装置
は、４レベル以上の出力を発生する電圧形自励変換器の
スナバエネルギを回生するものである。例えば、４レベ
ル出力の電圧形自励変換器においては、第１、第２、第
３の自己消弧素子がオンしている状態を+Vd/2 出力モ―
ド、第２、第３、第４の自己消弧素子がオンしている状
態を+Vd/6 出力モ―ド、第３、第４、第５の自己消弧素
子がオンしている状態を-Vd/6 出力モ―ド、第４、第
５、第６の自己消弧素子がオンしている状態を-Vd/2 出
力モ―ド、とすれば、第１、第２、第３の自己消弧素子
がオンしている状態から第２、第３、第４の自己消弧素
子のオン状態へ変化するときは、新にオン状態となる第
４の自己消弧素子のスナバコンデンサ即ち第４のスナバ
コンデンサＣs4が放電する。

【００２９】又、第２、第３、第４の自己消弧素子がオ
ンしている状態から第３、第４、第５の自己消弧素子の
オン状態へ変化するときは、新にオン状態となる第５の
自己消弧素子のスナバコンデンサ即ち第５のスナバコン
デンサＣs5が放電する。

【００３０】更に、第３、第４、第５の自己消弧素子が
オンしている状態から第４、第５、第６の自己消弧素子
のオン状態へ変化するときは、新にオン状態となる第６
の自己消弧素子のスナバコンデンサ即ち第６のスナバコ
ンデンサＣs6が放電する。

【００３１】更に又、第４、第５、第６の自己消弧素子
がオンしている状態から第３、第４、第５の自己消弧素
子のオン状態へ変化するときは、新にオン状態となる第
３の自己消弧素子のスナバコンデンサ即ち第３のスナバ
コンデンサＣs3が放電する。

【００３２】このようにして、第２、第３、第４の自己
消弧素子がオンしている状態から第１、第２、第３の自
己消弧素子のオン状態へ変化するときは、新にオン状態
となる第１の自己消弧素子のスナバコンデンサ即ち第１
のスナバコンデンサＣs1が放電する。

【００３３】第４のスナバコンデンサＣs4は、第４のス
ナバコンデンサＣs4→第４の回生用ダイオ―ドＤR4→定
電流源CSUP→第３の回生用ダイオ―ドＤR3→第３のスナ
バダイオ―ドＤs3→第４の自己消弧素子Ｓ4 →第４のス
ナバコンデンサＣs4の経路で放電し、そのエネルギは定
電流源CSUPを介して回生される。

【００３４】又、第５のスナバコンデンサＣs5は、第５
のスナバコンデンサＣs5→第５の回生用ダイオ―ドＤR5
→定電流源CSUP→第３の回生用ダイオ―ドＤR3→第３の
スナバダイオ―ドＤs3→第４の自己消弧素子Ｓ4 →第５
の自己消弧素子Ｓ5 →第５のスナバコンデンサＣs5の経
路で放電し、そのエネルギは定電流源CSUPを介して回生
される。

【００３５】更に、第６のスナバコンデンサＣs6は、第
６のスナバコンデンサＣs6→第６の回生用ダイオ―ドＤ
R6→定電流源CSUP→第３の回生用ダイオ―ドＤR3→第３
のスナバダイオ―ドＤs3→第４の自己消弧素子Ｓ4 →第
５の自己消弧素子Ｓ5 →第６の自己消弧素子Ｓ6 →第６
のスナバコンデンサＣs6の経路で放電し、そのエネルギ
は定電流源CSUPを介して回生される。

【００３６】更に又、第３のスナバコンデンサＣs3は、
第３のスナバコンデンサＣs3→第３の自己消弧素子Ｓ3
→第４の自己消弧素子Ｓ4 →第５の自己消弧素子Ｓ5 →
第６のスナバダイオ―ドＤs6→第６の回生用ダイオ―ド
ＤR6→定電流源CSUP→第３の回生用ダイオ―ドＤR3→第
３のスナバコンデンサＣs3の経路で放電し、そのエネル
ギは定電流源CSUPを介して回生される。

【００３７】以下同様にして、第１のスナバコンデンサ
Ｃs1は、第１のスナバコンデンサＣs1→第１の自己消弧
素子Ｓ1 →第２の自己消弧素子Ｓ2 →第３の自己消弧素
子Ｓ3 →第４のスナバダイオ―ドＤs4→第４の回生用ダ
イオ―ドＤR4→定電流源CSUP→第１の回生用ダイオ―ド
ＤR1→第１のスナバコンデンサＣs1の経路で放電し、そ
のエネルギは定電流源CSUPを介して回生される。

【００３８】このように本発明によのれば、４レベル出
力以上のインバ―タでも１つの定電流源を設置すること
により、全ての自己消弧素子のスナバコンデンサのエネ
ルギを回生することができるようになり、かつ、スナバ
コンデンサの放電電流の値は定電流源の値に等しくな
り、従来装置で問題となったような過大な共振電流（放
電電流）は無くなる。

【００３９】

【実施例】図１は本発明の電圧形自励変換器のスナバエ
ネルギ回生装置の一実施例を示す構成図である。ここで
は、３レベル出力のインバ―タについてスナバエネルギ
回生装置を示す。

【００４０】図中、Ｖd1，Ｖd2は電圧がＶd1，Ｖd2の直
流電源、ＬA1，ＬA2は電流抑制用アノ―ドリアクトル、
Ｓ1 〜Ｓ4 は素子、Ｄ1 〜Ｄ4 は帰還ダイオ―ド、Ｄc
1，Ｄc2はクランプ用ダイオ―ド、Ｃs1〜Ｃs4はスナバ
コンデンサ、Ｄs1〜Ｄs4はスナバダイオ―ド、ＥA1，Ｅ
A2は定電圧源、ＤA1，ＤA2はアノ―ドリアクトル電圧ク
ランプ用ダイオ―ド、ＤR1〜ＤR4は回生用ダイオ―ド、
CSUPは直流定電流源、SH1 ，SH2 はチョッパ用スイッチ
ング素子、DH1 ，DH2 はチョッパ用ダイオ―ド、ＬD1，
ＬD2は直流リアクトルである。

【００４１】３レベル出力インバ―タでは、素子Ｓ1 〜
Ｓ4 が２個ずつオンする。即ち、直流電源電圧をＶd1＝
Ｖd2＝Ｖd ／２とした場合、インバ―タの出力電圧Ｖu
は、 素子Ｓ1 とＳ2 がオン（Ｓ3 ，Ｓ4 はオフ）の時、Ｖu
＝＋Ｖd ／２ 素子Ｓ2 とＳ3 がオン（Ｓ1 ，Ｓ4 はオフ）の時、Ｖu
＝０ 素子Ｓ3 とＳ4 がオン（Ｓ1 ，Ｓ2 はオフ）の時、Ｖu
＝−Ｖd ／２ となる。

【００４２】素子が３個同時にオンすると電源短絡を起
こし、素子を壊してしまう。故に、素子Ｓ1 とＳ3 は逆
動作をさせ、素子Ｓ2 とＳ4 は逆動作をさせ、同時にオ
ンしないようにゲ―ト信号を与える。

【００４３】素子Ｓ2 とＳ3 がオンしたとき、負荷電流
Ｉu の方向に関係なく出力端子Ｕの電圧Ｖu はクランプ
用ダイオ―ドＤc1，Ｄc2を介して直流電源の中点にクラ
ンプされるので、３レベル出力インバ―タを中性点クラ
ンプ式インバ―タとも呼んでいる。

【００４４】アノ―ドリアクトルＬA1，ＬA2は素子Ｓ1
〜Ｓ4 のいずれかがオンした時の電流変化率（ｄｖ／ｄ
ｔ）を抑える役目をする。又、ダイオ―ドＤA1，ＤA2及
び定電圧源ＥA1，ＥA2はアノ―ドリアクトルＬA1，ＬA2
のサ―ジ電圧を抑える役目をする。

【００４５】即ち、素子Ｓ1 とＳ2 がオンしている状態
で、負荷電流Ｉu が図の矢印の方向に流れているとき、
素子Ｓ1 がオフすると、負荷電流Ｉu はクランプ用ダイ
オ―ドＤc1および素子Ｓ2 を介して流れ始める。その結
果、アノ―ドリアクトルＬA1に蓄積されたエネルギによ
りサ―ジ電圧が発生し、スナバコンデンサＣs1や素子Ｓ
1 等の耐圧を脅かす恐れがある。しかし、サ―ジ電圧が
定電圧ＥA1の電圧より高くなると、ダイオ―ドＤA1が導
通し、ＬA1のエネルギを定電圧源ＥA1に回生し、サ―ジ
電圧をＥA1より大きくしないようにしている。定電圧Ｅ
源A1は主直流電源Ｖd の電圧より一桁程度小さい値に選
ばれる。定電圧源ＥA2およびダイオ―ドＤA2も同様に動
作する。

【００４６】第１のチョッパ回路（SH1 ，DH1 ，ＬD1）
は上記定電圧源ＥA1に蓄積されたエネルギを直流電源Ｖ
d1に回生する。即ち、電圧ＥA1が上昇してきた場合、チ
ョッパ用スイチッグ素子SH1 をオンし、直流リアクトル
ＬD1に流れる電流を増加させ、定電圧源ＥA1のエネルギ
を直流リアクトルＬD1に移す。電圧ＥA1が低くなってき
たらスイッチング素子SH1 をオフさせる。すると、直流
リアクトルＬD1に流れていた電流は、ＬD1→Ｖd1→DH1
→ＬD1の経路で流れ、直流リアクトルＬD1の蓄積エネル
ギは直流電源Ｖd1に回生される。実際には、定電圧源Ｅ
A1として直流平滑コンデンサを用い、該コンデンサの印
加電圧が一定になるようにチョッパ回路を動作させる。
同様に、第２のチョッパ回路（SH2,DH2,ＬD2) は第２の
定電圧源ＥA2に蓄積されたエネルギを直流電源Ｖd2に回
生する。

【００４７】次に、図１の装置のスナバエネルギの回生
動作を説明する。例えば、素子Ｓ2 とＳ3 がオンしてい
る場合（素子Ｓ1 とＳ4 はオフ）、スナバコンデンサＣ
s1とＣs4には図示の極性の約（Ｖd ／２）の電圧が印加
されている。このとき、直流定電流源CSUPの電流Ｉ0
は、CSUP→ＤR2→Ｄs2→Ｄs3→ＤR3→CSUPの経路で流れ
ている。

【００４８】次に、素子Ｓ3 がオフし、素子Ｓ1 がオン
すると、コンデンサＣs1の電圧によってダイオ―ドＤs
1，Ｄs2，ＤR2が逆バイアスされ、電流Ｉ0 は、CSUP→
ＤR1→Ｃs1→Ｓ1 →Ｓ2 →Ｄs3→ＤR3→CSUPの経路で流
れ、コンデンサＣs1の電圧を放電させる。コンデンサＣ
s1の電圧Ｖc1が零になるまでの時間ΔＴ0 は、電流Ｉ0
を一定値とした場合、次式のようになる。

【００４９】ΔＴ0 ＝Ｖc1・Ｃs1／Ｉ0 Ｖc1＝2,000 ｖ，Ｃs ＝6 μF ，Ｉ0 ＝200 Ａとした場
合、ΔＴ0 ＝60μsec となる。

【００５０】コンデンサ電圧Ｖc1＝0 となったところ
で、再びスナバダイオ―ドＤs2が導通し、定電流源CSUP
の電流Ｉ0 は、CSUP→ＤR2→Ｄs2→Ｄs3→ＤR3→CSUPの
経路で流れるようになる。この後いつでも素子Ｓ1 をオ
フしてもよい状態になっている。素子Ｓ1 としては、Δ
Ｔ0 ＝60μｓｅｃの最少オ時間を確保すればよい。

【００５１】素子Ｓ1 とＳ2 がオンしているとき、素子
Ｓ3 ，Ｓ4 はオフで、スナバコンデンサＣs3とＣs4に電
圧が印加されている。この状態から、再び素子Ｓ1 がオ
フし、素子Ｓ3 がオンした場合、コンデンサＣs3の電圧
Ｖc3によってダイオ―ドＤs3が逆バイアスされ、直流電
流Ｉ0 は、CSUP→ＤR2→Ｄs2→Ｓ3 →Ｃs3→ＤR3→CSUP
の経路で流れるようになる。故に、コンデンサＣs3の電
圧Ｖc3は定電流Ｉ0 で放電し、そのエネルギは定電流源
CSUPに回生される。コンデンサ電圧Ｖc3＝0 となったと
ころで、再びスナバダイオ―ドＤs3が導通し、定電流源
CSUPの電流Ｉ0は、CSUP→ＤR2→Ｄs2→Ｄs3→ＤR3→CSU
Pの経路で流れるようになる。この後、いつでも素子Ｓ3
をオフしてもよい状態になっている。

【００５２】素子Ｓ2 とＳ3 がオンしている状態から、
素子Ｓ2 がオフし、素子Ｓ4 がオンすると、コンデンサ
Ｃs4の電圧Ｖc4によってダイオ―ドＤR3，Ｄs3，Ｄs4が
逆バイアスされ、電流Ｉ0 は、CSUP→ＤR2→Ｄs2→Ｓ3
→Ｓ4 →Ｃs4→ＤR4→CSUPの経路で流れ、コンデンサＣ
s4の電圧を放電させる。コンデンサＣs4のエネルギは定
電流源C-SUP に回生される。コンデンサ電圧Ｖc4＝0 と
なったところで、再びスナバダイオ―ドＤs3，ＤR3が導
通し、定電流源CSUPの電流Ｉ0 は、CSUP→ＤR2→Ｄs2→
Ｄs3→ＤR3→CSUPの経路で流れるようになる。この後、
いつでも素子Ｓ4 をオフしてもよい状態になっている。

【００５３】素子Ｓ3 とＳ4 がオンしている状態から、
再び素子Ｓ4 がオフし、素子Ｓ2 がオンした場合、コン
デンサＣs2の電圧Ｖc2によってダイオ―ドＤs2が逆バイ
アスされ、直流電流Ｉ0 は、CSUP→ＤR2→Ｃs2→Ｓ2 →
Ｄs3→ＤR3→CSUPの経路で流れるようになる。故に、コ
ンデンサＣs2の電圧Ｖc2は定電流Ｉ0 で放電し、そのエ
ネルギは定電流源CSUPに回生される。コンデンサ電圧Ｖ
c2＝0 となったところで、再びスナバダイオ―ドＤs2が
導通し、定電流源CSUPの電流Ｉ0 は、CSUP→ＤR2→Ｄs2
→Ｄs3→ＤR3→CSUPの経路で流れるようになる。この
後、いつでも素子Ｓ2 をオフしてもよい状態になってい
る。

【００５４】この３レベル出力インバ―タでは、
（＋），（０），（−）の出力電圧を発生するが、
（＋）モ―ドから（−）モ―ドに直接変化することはあ
まりない。一旦、（０）出力モ―ドを介して変化するよ
うに制御する。（＋）モ―ドから（０）モ―ドに変化す
るときスナバコンデンサＣs3が放電し、（０）モ―ドか
ら（−）モ―ドに変化するときスナバコンデンサＣs4が
放電し、（−）モ―ドから（０）モ―ドに変化するとき
スナバコンデンサＣs2が放電し、（０）モ―ドから
（＋）モ―ドに変化するときスナバコンデンサＣs1が放
電する。このように、４個のスナバコンデンサＣs1〜Ｃ
s4は１個ずつ放電するため、用意する定電流源CSUPの電
流Ｉ0 の値は１個のコンデンサの放電時間を考慮して決
定すればよい。

【００５５】図２は本発明の直流定電流源CSUPの具体的
な実施例の構成図を示す。直流定電流源CSUPは、交流電
源AC、変圧器TR、他励コンバ―タSS、直流リアクトルL
0、電流検出器CT0 、電流設定器VP、比較器Ｃ0 直流電
流制御補償回路Ｇ0(S)および位相制御回路PHC で構成さ
れている。次に、この直流定電流源C-SUP の動作を説明
する。

【００５６】他励コンバ―タSSは３相交流を直流に変換
する電力変換器で、例えば、サイリスタ素子６個をブリ
ッジ結線し、その素子の点弧位相角を制御することによ
り、出力電圧Ｖ0 を正から負の値に変化させることがで
きる。サイリスタの転流は交流電源電圧を利用して自然
転流させる。

【００５７】まず、電流検出器CT0 により直流電流Ｉ0
を検出し、比較器Ｃ0 に入力する。比較器Ｃ0 は該電流
検出値Ｉ0 と電流設定器VPからの電流設定値Ｉ0 ^* と比
較し、偏差ε0 ＝Ｉ0 ^* −Ｉ0 を求める。該偏差ε0 は
制御補償回路Ｇ0(S)により増幅され、位相制御回路PHC
に電圧指令ｅ0 として与えられる。位相制御回路PHCは
他励コンバ―タSSの点弧位相角αを制御するもので、サ
イリスタを自然転流させるために、交流電源ACの電圧Ｖ
s に対し、交流電流ｉs の位相αが常に遅れるように制
御する。通常、余弦波制御が行われ、電圧指令ｅ0 に対
し、点弧位相角α＝ｃｏｓ^-1ｅ0 となるように制御され
る。他励コンバ―タSSの出力電圧Ｖ0 は交流電圧の実効
値Ｖs と前記点弧位相角αで決定され、次式のようにな
る。

【００５８】Ｖ0 ＝ｋ・Ｖs ・ｃｏｓα 即ち、Ｖ0 は前記電圧指令値ｅ0 に比例した値となる。
ｅ0 が正のとき位相角αは、０°≦α≦９０°となり、
出力電圧Ｖ0 も正の値となる。また、ｅ0 が負のとき位
相角αは、９０°≦α≦１８０°となり、出力電圧Ｖ0
は負の値となる。Ｖ0 が負の値のとき、電力は交流電源
ACに回生される。

【００５９】Ｉ0 ^* ＞Ｉo のとき、偏差ε0 は正の値と
なり、電圧指令値ｅ0 を増加させる。その結果、他励コ
ンバ―タSSの出力電圧Ｖ0 を図の矢印の方向に増加さ
せ、直流電流Ｉ0 を増やす。逆に、Ｉ0 ^* ＜Ｉ0 となっ
た場合、偏差ε0 は負の値となり、電圧指令値ｅ0 を減
少させる。（負の値にする）その結果、他励コンバ―タ
SSの出力電圧Ｖ0 は図の矢印と反対方向になり、直流電
流Ｉ0 を減少させる。このようにして直流電流Ｉ0 は指
令値Ｉ0 ^* に一致するように制御される。電流指令値Ｉ
0 ^* を一定値にすることにより直流電流Ｉ0 は常に一定
に保たれる。

【００６０】図１の装置にこの直流定電流源CSUPを用い
た場合、次のようにしてスナバコンデンサのエネルギを
回生することができる。即ち、直流電流Ｉ0 は、通常、
SS→Ｌ0 →ＤR2→Ｄs2→Ｄs3→ＤR3→SSの経路で流れ
る。例えば、前にも述べたように、素子Ｓ2 ，Ｓ3 がオ
ンしている状態から、素子Ｓ3 がオフし、素子Ｓ1 がオ
ンすると、スナバコンデンサＣs1の電圧によりスナバダ
イオ―ドＤs1，Ｄs2及び回生用ダイオ―ドＤR2が逆バイ
アスされ、直流電流Ｉ0 は、SS→Ｌ0 →ＤR1→Ｃs1→Ｓ
1 →Ｓ2 →Ｄs3→ＤR3→SSの経路に流れる。このとき、
スナバコンデンサＣs1の電圧Ｖc1によって直流電流Ｉ0
を増加させようとするが、前述の直流電流制御回路によ
り他励コンバ―タの電圧Ｖ0を負の値とし、電力を交流
電源ACに回生する。即ち、Ｃs1のエネルギは定電流源CS
UPを介して交流電源ACに回生することができる。

【００６１】他のモ―ドも同様に、各素子のスナバコン
デンサのエネルギを定電流源CSUPを介して交流電源ACに
回生することができる。図３は本発明の別の実施例を示
す構成図である。ここでは、４レベル出力のインバ―タ
についてスナバエネルギ回生装置を示す。

【００６２】図中、Ｖd1〜Ｖd3は直流電源、ＬA1，ＬA2
は電流抑制用アノ―ドリアクトル、Ｓ1 〜Ｓ6 は素子、
Ｄ1 〜Ｄ6 は帰還ダイオ―ド、Ｄc1〜Ｄc4はクランプ用
ダイオ―ド、Ｃs1〜Ｃs6はスナバコンデンサ、Ｄs1〜Ｄ
s6はスナバダイオ―ド、ＥA1，ＥA2は定電圧源、ＤA1，
ＤA2はアノ―ドリアクトル電圧クランプ用ダイオ―ド、
ＤR1〜ＤR6は回生用ダイオ―ド、CSUPは直流定電流源で
ある。

【００６３】４レベル出力インバ―タでは、素子Ｓ1 〜
Ｓ6 が３個ずつオンする。即ち、直流電源電圧をＶd1＝
Ｖd2＝Ｖd3＝Ｖd ／３とし、Ｖd ／２を仮想の中点（零
電圧）として考えた場合、インバ―タの出力電圧Ｖu
は、 素子Ｓ1 とＳ2 とＳ3 がオンの時、Ｖu ＝＋Ｖd ／２ 素子Ｓ2 とＳ3 とＳ4 がオンの時、Ｖu ＝＋Ｖd ／６ 素子Ｓ3 とＳ4 とＳ5 がオンの時、Ｖu ＝−Ｖd ／６ 素子Ｓ4 とＳ5 とＳ6 がオンの時、Ｖu ＝−Ｖd ／２ となる。素子が４個以上同時にオンすると、電源短絡を
起こし、素子を壊してしまう。故に、素子Ｓ1 とＳ4 は
逆動作をさせ、素子Ｓ2 とＳ5 は逆動作をさせ、素子Ｓ
3 とＳ6 は逆動作させるようにゲ―ト信号を与える。

【００６４】素子Ｓ2 とＳ3 とＳ4 がオンした時、負荷
電流Ｉu の方向に関係なく出力端子Ｕの電圧Ｖu はクラ
ンプ用ダイオ―ドＤc1，Ｄc3を介して直流電源のＶd1と
Ｖd2の接続点の電圧にクランプされる。また、素子Ｓ3
とＳ4 とＳ5 がオンした時、負荷電流Ｉu の方向に関係
なく出力端子Ｕの電圧Ｖu はクランプ用ダイオ―ドＤc
2，Ｄc4を介して直流電源のＶd2とＶd3の接続点の電圧
にクランプされる。

【００６５】アノ―ドリアクトルＬA1，ＬA2は素子Ｓ1
〜Ｓ6 のいずれかがオンした時の電流変化率（ｄｉ／ｄ
ｔ）を抑える役目をする。又、ダイオ―ドＤA1，ＤA2お
よび定電圧源ＥA1，ＥA2はアノ―ドリアクトルＬA1，Ｌ
A2のサ―ジ電圧を抑える役目をすることは前に説明し
た。

【００６６】次に、図３の装置のスナバエネルギの回生
動作を説明する。例えば、素子Ｓ2 とＳ3 とＳ4 がオン
している場合（素子Ｓ1 とＳ5 とＳ6 はオフ）、スナバ
コンデンサＣs1とＣs5とＣs6には図示の極性にそれぞれ
約（Ｖd／３）の電圧が印加されている。このとき、直
流定電流源CSUPの電流Ｉ0 は、CSUP→ＤR3→Ｄs3→Ｄs4
→ＤR4→CSUPの経路で流れている。

【００６７】次に、素子Ｓ4 がオフし、素子Ｓ1 がオン
すると、コンデンサＣs1の電圧によってダイオ―ドＤs
1，Ｄs2，Ｄs3，ＤR2，ＤR3が逆バイアスされ、電流Ｉ0
は、CSUP→ＤR1→Ｃs1→Ｓ1 →Ｓ2 →Ｓ3 →Ｄs4→ＤR
4→CSUPの経路で流れ、コンデンサＣs1の電圧を放電さ
せる。

【００６８】コンデンサＣs1の電圧Ｖc1が零になるまで
の時間ΔＴ0 は、電流Ｉ0 を一定値とした場合、次式の
ようになる。 ΔＴ0 ＝Ｖc1・Ｃs1／Ｉ0 Ｖc1＝2,000 ｖ，Ｃs ＝6 μF ，Ｉ0 ＝200 Ａとした場
合、ΔＴ0 ＝60μsec となる。

【００６９】コンデンサ電圧Ｖc1＝0 となったところ
で、再びダイオ―ドＤs3，ＤR3が導通し、定電流源CSUP
の電流Ｉ0 は、CSUP→ＤR3→Ｄs3→Ｄs4→ＤR4→CSUPの
経路で流れるようになる。この後いつでも素子Ｓ1 をオ
フしてもよい状態になっている。素子Ｓ1 としては、Δ
Ｔ0 ＝60μsec の最少オン時間を確保すればよい。

【００７０】素子Ｓ1 とＳ2 とＳ3 がオンしていると
き、素子Ｓ4 とＳ5 とＳ6 はオフで、スナバコンデンサ
Ｃs4〜Ｃs6に電圧が印加されている。この状態から、再
び素子Ｓ1 がオフし、素子Ｓ4 がオンした場合、コンデ
ンサＣs4の電圧Ｖc4によってダイオ―ドＤs4が逆バイア
スされ、直流電流Ｉ0 は、CSUP→ＤR3→Ｄs3→Ｓ4 →Ｃ
s4→ＤR4→CSUPの経路で流れるようになる。故に、コン
デンサＣs4の電圧Ｖc4は定電流Ｉ0 で放電し、そのエネ
ルギは定電流源CSUPに回生される。コンデンサ電圧Ｖc4
＝0 となったところで、再びスナバダイオ―ドＤs4が導
通し、定電流源CSUPの電流Ｉ0 は、CSUP→ＤR3→Ｄs3→
Ｄs4→ＤR4→CSUPの経路で流れるようになる。この後、
いつでも素子Ｓ4 をオフしてもよい状態になっている。

【００７１】他のスナバコンデンサＣs2，Ｃs3，Ｃs5，
Ｃs6の放電も同様に行われ、それらのエネルギは定電流
源CSUPに回生される。この４レベル出力インバ―タで
は、前述のように、（＋Ｖd ／２），（＋Ｖd／６），
（−Ｖd ／６），（−Ｖd ／２）の出力電圧を発生する
が、各モ―ドは段階を経て変化するように制御される。

【００７２】（＋Ｖd ／２）モ―ドから（＋Ｖd ／６）
モ―ドに変化するきスナバコンデンサＣs4が放電し、
（＋Ｖd ／６）モ―ドから（−Ｖd ／６）モ―ドに変化
するきスナバコンデンサＣs5が放電し、（−Ｖd ／６）
モ―ドから（−Ｖd ／２）モ―ドに変化するきスナバコ
ンデンサＣs6が放電し、（−Ｖd ／２）モ―ドから（−
Ｖd ／６）モ―ドに変化するきスナバコンデンサＣs3が
放電し、（−Ｖd ／６）モ―ドから（＋Ｖd ／６）モ―
ドに変化するきスナバコンデンサＣs2が放電し、（＋Ｖ
d ／６）モ―ドから（＋Ｖd ／２）モ―ドに変化するき
スナバコンデンサＣs1が放電する。このように、６個の
スナバコンデンサＣs1〜Ｃs6は１個ずつ放電するため、
用意する定電流源CSUPの電流Ｉ0 の値は１個のコンデン
サの放電時間を考慮して決定すれば良い。

【００７３】図４は本発明の更に別の実施例を示す構成
図である。ここでは、５レベル出力のインバ―タについ
てスナバエネルギ回生装置を示す。図中、Ｖd1〜Ｖd4は
直流電源、ＬA1，ＬA2は電流抑制用アノ―ドリアクト
ル、Ｓ1 〜Ｓ8 は素子、Ｄ1 〜Ｄ8 は帰還ダイオ―ド、
Ｄc1〜Ｄc6はクランプ用ダイオ―ド、Ｃs1〜Ｃs8はスナ
バコンデンサ、Ｄs1〜Ｄs8はスナバダイオ―ド、ＥA1，
ＥA2は定電圧源、ＤA1，ＤA2はアノ―ドリアクトル電圧
クランプ用ダイオ―ド、ＤR1〜ＤR8は回生用ダイオ―
ド、CSUPは直流定電流源である。

【００７４】５レベル出力インバ―タでは、素子Ｓ1 〜
Ｓ8 が４個ずつオンする。即ち、直流電源電圧をＶd1＝
Ｖd2＝Ｖd3＝Ｖd4＝Ｖd ／４とし、Ｖd ／２を仮想の中
点（零電圧）として考えた場合、インバ―タの出力電圧
Ｖu は、 素子Ｓ1 とＳ2 とＳ3 とＳ4 がオンの時、Ｖu ＝＋Ｖd
／２ 素子Ｓ2 とＳ3 とＳ4 とＳ5 がオンの時、Ｖu ＝＋Ｖd
／４ 素子Ｓ3 とＳ4 とＳ5 とＳ6 がオンの時、Ｖu ＝０ 素子Ｓ4 とＳ5 とＳ6 とＳ7 がオンの時、Ｖu ＝−Ｖd
／４ 素子Ｓ5 とＳ6 とＳ7 とＳ8 がオンの時、Ｖu ＝−Ｖd
／２ となる。素子が５個以上同時にオンすると、電源短絡を
起こし、素子を壊してしまう。故に、素子Ｓ1 とＳ5 は
逆動作をさせ、素子Ｓ2 とＳ6 は逆動作をさせ、素子Ｓ
3 とＳ7 は逆動作させ、素子Ｓ4 とＳ8 は逆動作させる
ようにゲ―ト信号を与える。

【００７５】素子Ｓ2 とＳ3 とＳ4 とＳ5 がオンした
時、負荷電流Ｉu の方向に関係なく出力端子Ｕの電圧Ｖ
u はクランプ用ダイオ―ドＤc1，Ｄc4を介して直流電源
のＶd1とＶd2の接続点の電圧にクランプされる。また、
素子Ｓ3 とＳ4 とＳ5 とＳ6 がオンした時、負荷電流Ｉ
u の方向に関係なく出力端子Ｕの電圧Ｖu はクランプ用
ダイオ―ドＤc2，Ｄc5を介して直流電源のＶd2とＶd3の
接続点（中点）の電圧にクランプされる。

【００７６】同様に、素子Ｓ4 とＳ5 とＳ6 とＳ7 がオ
ンした時、負荷電流Ｉu の方向に関係なく出力端子Ｕの
電圧Ｖu はクランプ用ダイオ―ドＤc3，Ｄc6を介して直
流電源のＶd3とＶd4の接続点の電圧にクランプされる。

【００７７】アノ―ドリアクトルＬA1，ＬA2は素子Ｓ1
〜Ｓ8 のいずれかがオンした時の電流変化率（ｄｉ／ｄ
ｔ）を抑える役目をする。又、ダイオ―ドＤA1，ＤA2お
よび定電圧源ＥA1，ＥA2はアノ―ドリアクトルＬA1，Ｌ
A2のサ―ジ電圧を抑える役目をする。

【００７８】次に、図４の装置のスナバエネルギの回生
動作を説明する。例えば、素子Ｓ2 とＳ3 とＳ4 とＳ5
がオンしている場合（素子Ｓ1 とＳ6 とＳ7 とＳ8 はオ
フ）、スナバコンデンサＣs1とＣs6とＣs7とＣs8には図
示の極性の極性にそれぞれ約（Ｖd ／４）の電圧が印加
されている。このとき、直流定電流源CSUPの電流Ｉ0
は、CSUP→ＤR4→Ｄs4→Ｄs5→ＤR5→CSUPの経路で流れ
ている。

【００７９】次に、素子Ｓ5 がオフし、素子Ｓ1 がオン
すると、コンデンサＣs1の電圧によってダイオ―ドＤs
1，Ｄs2，Ｄs3，Ｄs4，ＤR2，ＤR3，ＤR4が逆バイアス
され、電流Ｉ0 は、CSUP→ＤR1→Ｃs1→Ｓ1 →Ｓ2 →Ｓ
3 →Ｓ4 →Ｄs5→ＤR5→CSUPの経路で流れ、コンデンサ
Ｃs1の電圧を放電させる。

【００８０】コンデンサＣs1の電圧Ｖc1が零になるまで
の時間ΔＴ0 は、電流Ｉ0 を一定値とした場合、次式の
ようになる。 ΔＴ0 ＝Ｖc1・Ｃs1／Ｉ0 Ｖc1＝2,000 ｖ，Ｃs ＝6 μF ，Ｉ0 ＝200 Ａとした場
合、ΔＴ0 ＝60μsec となる。

【００８１】コンデンサ電圧Ｖc1＝0 となったところ
で、再びダイオ―ドＤs4が導通し、定電流源CSUPの電流
Ｉ0 は、CSUP→ＤR4→Ｄs4→Ｄs5→ＤR5→CSUPの経路で
流れるようになる。この後いつでも素子Ｓ1 をオフして
もよい状態になっている。素子Ｓ1 としては、ΔＴ0 ＝
60μsec の最少オン時間を確保すればよい。

【００８２】素子Ｓ1 とＳ2 とＳ3 とＳ4 がオンしてい
るとき、素子Ｓ5 とＳ6 とＳ7 とＳ8 はオフで、スナバ
コンデンサＣs5〜Ｃs8に電圧が印加されている。この状
態から、再び素子Ｓ1 がオフし、素子Ｓ5 がオンした場
合、コンデンサＣs5の電圧Ｖc5によってダイオ―ドＤs5
が逆バイアスされ、直流電流Ｉ0 は、CSUP→ＤR4→Ｄs4
→Ｓ5 →Ｃs5→ＤR5→CSUPの経路で流れるようになる。
故に、コンデンサＣs5の電圧Ｖc5は定電流Ｉ0 で放電
し、そのエネルギは定電流源CSUPに回生される。コンデ
ンサ電圧Ｖc5＝0 となったところで、再びスナバダイオ
―ドＤs5が導通し、定電流源CSUPの電流Ｉ0 は、CSUP→
ＤR4→Ｄs4→Ｄs5→ＤR5→CSUPの経路で流れるようにな
る。この後、いつでも素子Ｓ5 をオフしてもよい状態に
なっている。 他のスナバコンデンサＣs2，Ｃs3，Ｃs
4，Ｃs6，Ｃs7，Ｃs8の放電も同様に行われ、それらの
エネルギは定電流源CSUPに回生される。

【００８３】この５レベル出力インバ―タでは、前述の
ように、（＋Ｖd ／２），（＋Ｖd／４），（０），
（−Ｖd ／４），（−Ｖd ／２）の出力電圧を発生する
が、各モ―ドは段階を経て変化するように制御される。

【００８４】（＋Ｖd ／２）モ―ドから（＋Ｖd ／４）
モ―ドに変化するきスナバコンデンサＣs5が放電し、
（＋Ｖd ／４）モ―ドから（０）モ―ドに変化するきス
ナバコンデンサＣs6が放電し、（−Ｖd ／６）モ―ドか
ら（−Ｖd ／２）モ―ドに変化するきスナバコンデンサ
Ｃs6が放電し、（０）モ―ドから（−Ｖd ／４）モ―ド
に変化するきスナバコンデンサＣs7が放電し、（−Ｖd
／４）モ―ドから（−Ｖd ／２）モ―ドに変化するきス
ナバコンデンサＣs8が放電し、（−Ｖd ／２）モ―ドか
ら（−Ｖd ／４）モ―ドに変化するきスナバコンデンサ
Ｃs4が放電し、（−Ｖd ／４）モ―ドから（０）モ―ド
に変化するきスナバコンデンサＣs3が放電し、（０）モ
―ドから（＋Ｖd ／４）モ―ドに変化するきスナバコン
デンサＣs2が放電し、（＋Ｖd ／４）モ―ドから（＋Ｖ
d ／２）モ―ドに変化するきスナバコンデンサＣs1が放
電する。このように、８個のスナバコンデンサＣs1〜Ｃ
s8は１個ずつ放電するため、用意する定電流源CSUPの電
流Ｉ0 の値は１個のコンデンサの放電時間を考慮して決
定すれば良い。

【００８５】６レベル出力以上のインバ―タについても
同様に多数のスナバコンデンサのエネルギを１つの定電
流源CSUPに回生するように構成できる。このように、本
発明の電圧形自励変換器のスナバエネルギ回生装置によ
れば、る素子がタ―ンオンしたときのスナバコンデンサ
の放電電流は定電流源CSUPからの一定電流Ｉ0 となり、
従来の装置で問題となった過大な放電電流が流れること
はなくなる。しかも、３レベル以上のインバ―タでも１
つの定電流源で簡単な構成で複数のスナバコンデンサの
エネルギを回生することが可能となる。

【００８６】以上はインバ―タ１相分（Ｕ相）について
説明したが、２相出力以上のインバ―タでも同様に達成
することは言うまでもない。又、インバ―タのみならず
交流を直流に変換するコンバ―タにも同様に適用でき
る。更に、定電流源CSUPとして、他励コンバ―タについ
て説明したが、自励コンバ―タでも同様に達成できる。
要は回生能力のある定電流源であればよい。

【００８７】

【発明の効果】以上説明のように、本発明のスナバエネ
ルギ回生装置によれば、主回路を構成する自己消弧素子
に流れる電流を増大させることく、且つスナバコンデン
サ電圧の放電時間を十分短くすることが可能となり、自
己消弧素子の最少オン時間を小さくすることかできる。
その結果、ＰＷＭ制御の制御範囲が広がり、更に、高い
スイッチング周波数でも制御できるようになる。しかも
３レベル出力以上インバ―タでも１つの定電流源で簡単
に構成で複数のスナバコンデンサのエネルギを回生する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスナバエネルギ回生装置の一実施例を
示す構成図。

【図２】［図１］のスナバエネルギ回生装置の定電流源
の具体例を示す構成図。

【図３】本発明のスナバエネルギ回生装置の別の実施例
を示す構成図。

【図４】本発明のスナバエネルギ回生装置の更に別の実
施例を示す構成図。

【図５】従来の電圧形インバ―タのスナバ回路を示す構
成図。

【図６】従来の電圧形インバ―タのスナバエネルギ回生
装置の構成図。

【符号の説明】

Ｖd1〜Ｖd4 ……直流電源 ＬA1〜ＬA1 ……アノ―ドリアクトル ＥA1，ＥA2 ……定電圧源 ＤA1，ＤA2 ……ダイオ―ド Ｓ1 〜Ｓ8 ……自己消弧素子 Ｄ1 〜Ｄ8 ……帰還ダイオ―ド ＬＯＡＤ ……負荷 Ｄc1〜Ｄc8 ……クランプ用ダイオ―ド Ｃs1〜Ｃs8 ……スナバコンデンサ Ｄ1 〜Ｓs8 ……スナバダイオ―ド ＤR1〜ＤR6 ……回生用ダイオ―ド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02M 7/48 H02H 7/12 H02M 1/00 H02M 7/515

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流正母線と負母線との間に直列接続さ
   れる２個の直流電源と、両端にアノードリアクトルを有
   し、前記直流正負母線間に接続される第１乃至第４の自
   己消弧素子の直列回路と、前記自己消弧素子にそれぞれ
   逆並列接続される帰還ダイオードと、直列接続点が前記
   直流電源の直列接続点に接続されカソードが前記第２の
   自己消弧素子のアノードに、アノードが前記第３の自己
   消弧素子のカソードに接続される第１、第２のクランプ
   用ダイオードと、前記第１、第２の自己消弧素子にそれ
   ぞれ並列接続されるスナバコンデンサとスナバダイオー
   ドの順の直列接続回路から成る第１、第２のスナバ回路
   と、前記第３、第４の自己消弧素子にそれぞれ並列接続
   されるスナバダイオードとスナバコンデンサの順の直列
   接続回路から成る第３、第４のスナバ回路を備えた電圧
   型自励変換器において、前記第１、第２のスナバ回路の
   それぞれのスナバダイオードのアノードにそれぞれのカ
   ソードが接続される第１、第２の回生用ダイオードと、
   前記第３、第４のスナバ回路のそれぞれのスナバダイオ
   ードのカソードにそれぞれのアノードが接続される第
   ３、第４の回生用ダイオードと、この第３、第４の回生
   用ダイオードのカソードと前記第１、第２の回生用ダイ
   オードのアノードとの間に接続される定電流源を具備し
   た３レベル出力電力変換器のスナバエネルギ回生装置。
2. 【請求項２】 直流正母線と負母線との間に直列接続さ
   れるＮ個（Ｎは２以上の整数）の直流電源と、両端にア
   ノードリアクトルを有し、前記直流正負母線間に接続さ
   れる第１乃至第Ｍ（Ｍ＝２Ｎ）の自己消弧素子の直列回
   路と、前記自己消弧素子にそれぞれ逆並列接続される第
   １乃至第Ｍの帰還ダイオードと、前記自己消弧素子の導
   通モードに応じて出力端子の電位を前記Ｎ個の直流電源
   の各接続点の電位にクランプする第１乃至第（Ｍ−２）
   のクランプ用ダイオードと、前記第１乃至第Ｎの自己消
   弧素子にそれぞれ並列接続されるスナバコンデンサとス
   ナバダイオードの順の直列接続回路から成る第１乃至第
   Ｎのスナバ回路と、前記第（Ｎ＋１）乃至第Ｍの自己消
   弧素子にそれぞれ並列接続されるスナバダイオードとス
   ナバコンデンサの順の直列接続回路から成る第（Ｎ＋
   １）乃至第Ｍのスナバ回路を備えた電圧型自励変換器に
   おいて、前記第１乃至第Ｎのスナバ回路のそれぞれのス
   ナバダイオードのアノードにそれぞれのカソードが接続
   される第１乃至第Ｎの回生用ダイオードと、前記第（Ｎ
   ＋１）乃至第Ｍのスナバ回路のそれぞれのスナバダイオ
   ードのカソードにそれぞれのアノードが接続される第
   （Ｎ＋１）乃至第Ｍの回生用ダイオードと、この第（Ｎ
   ＋１）乃至第Ｍの回生用ダイオードのカソードと前記第
   １乃至第Ｎの回生用ダイオードのアノードとの間に接続
   される定電流源を具備した多レベル出力電力変換器のス
   ナバエネルギ回生装置。