インバータの転流余裕時間とは？

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質問者：mami-mumemo
質問日時：2004/05/30 17:19
回答数：3件

インバータの転流余裕時間というのはいったい
どういうことを意味しているのでしょうか？
また、転流余裕時間の変化による、インバータの
動作変化はあるのでしょうか？
文献などを調べてみましたが載っていませんでした。
どなたか、お願いします。

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回答 (3件)

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No.3

回答者： foobar
回答日時：2004/05/31 09:58

ご質問の転流余裕時間はトランジスタやFETのような自己消弧型素子を使ったPWMインバータ回路でのデッドタイムに関することかな、とふと思ったので補足追加。

トランジスタなどの場合には、自分自身で電流を切る能力(自己消弧)があるので、サイリスタのような転流余裕時間は必要有りません。が、別の理由でデッドタイムというものを設けます。

ーーーーー
｜｜
Tr1 D1
｜｜
＋ーー＋ーー I
｜｜
Tr2 D2
｜｜
ーーーーーー

のような回路で、Tr1とTr2を交互にONさせる場合、
Tr1やTr2のON信号が切れてから、実際の電流が切れるまでにターンオフ時間だけの遅れが有ります。このため、Tr1をOFFしてから、次のTr2にON信号をいれるのを少しおくらせて、Tr1とTr2が同時にONするのを防ぎます。
この両方をOFFにする時間がデッドタイムです。
問題は、出力電流Iの向きによって、デッドタイム中の回路の挙動が異なり出力電圧が変わります。
例えば、Tr1->Tr2にON信号が変わるとき、I>0 だとデッドタイム中にはD2がONし、I<0ではD1がONします。このため、電流の極性で出力電圧の大きさが変わって、電圧の歪につながります。

デッドタイムを小さくすると、両方のTrが同時にONする危険性が増え、デッドタイムを大きくすると、上記の波形歪が大きくなります。
(そこで、出力電流の極性を見て、デッドタイムの割り振りを変えたり、点弧しないトランジスタにはゲート信号をあたえないといった対策を取ることも有ります。)

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No.2

回答者： foobar
回答日時：2004/05/31 09:24

サイリスタ回路で次の相に転流するには、転流が完了する時点で

1. 次の相のサイリスタに順方向の電圧が加わっており
2. 次の相のサイリスタが点弧することで、今点弧しているサイリスタに逆バイアスがかかること
が必要です。
理想的な状態だと位相角(α)<180度なら、上記の条件が満足されているのですが、実際の回路では

・#1さんの示したページに有る、サイリスタのターンオフ時間
・サイリスタ回路にある洩れインダクタンス(例えばトランスの洩れインダクタンスなど)により、サイリスタを流れる電流のdI/dtが抑制される
のため、転流開始から完了までにはある時間が必要です。
(特に、後者の洩れインダクタンスによる効果は、実質的に点弧角αを大きくする効果が有り、転流遅れ角(転流遅れ時間)と呼ばれることが多いようです。(転流遅れ時間にターンオフ時間を含めるかどうかは、資料あたってないので、、))

これの時間分だけ、αを180度より小さい範囲で運転する必要が有り、どれだけ小さくするかが転流余裕時間(転流余裕角)になります。
転流余裕角を大きく設定すると、転流失敗の危険は減りますが、αが小さくなった分、インバーター動作時の最大電圧が減ります。また、転流余裕角を小さくしすぎると、最大電圧で回生運転したときに転流失敗しやすくなります。

余談
洩れリアクタンスによる転流遅れは、転流余裕角を大きくする必要を産むだけでなく、負荷電流に伴い転流遅れ角が増えて電圧変動率を大きくする要因にもなります。