電流型逆變器裝置以及電流型逆變器裝置的控制方法
【專利摘要】電流型逆變器的開關(guān)元件的控制中，不需要特別的控制，為了換流動作而通過通常的開關(guān)動作來防止開關(guān)元件的開關(guān)損失。在電流型逆變器裝置的換流動作中，控制開關(guān)元件的驅(qū)動定時，使得生成換流源的開關(guān)元件和換流目標(biāo)的開關(guān)元件都成為接通狀態(tài)的重疊區(qū)間，基于具有該重疊區(qū)間的開關(guān)元件的控制來控制共振電路，通過共振電路的共振電流來降低開關(guān)元件的換流動作時的開關(guān)損失。利用具有重疊區(qū)間的開關(guān)元件的控制來控制共振電路的共振電流的生成，通過由該控制生成的共振電流，在換流時將換流源的開關(guān)元件的電流和電壓設(shè)為零，降低換流動作時的開關(guān)損失。
【專利說明】電流型逆變器裝置以及電流型逆變器裝置的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種向例如等離子體負(fù)載等負(fù)載供給電流的電流型逆變器裝置、以及電流型逆變器裝置的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電流型逆變器裝置具備與直流源連接的直流電抗器、將來自直流電抗器的直流電力變換為交流電力的變換部、對變換部的開關(guān)元件進行驅(qū)動控制的控制部，如果從負(fù)載側(cè)看，則可以作為電流源來處理，因此具有針對負(fù)載短路等負(fù)載的阻抗變動，向抑制方向?qū)ψ儎赢a(chǎn)生作用的特征。例如，在等離子體負(fù)載的情況下，向維持等離子體的方向產(chǎn)生作用。
[0003]電流型逆變器裝置，由于即使在負(fù)載如上述那樣變動的情況下也能夠穩(wěn)定地進行向負(fù)載的電流供給的優(yōu)點，適合于向阻抗根據(jù)狀況而變化的等離子體負(fù)載的電力供給。
[0004]例如，在等離子體消弧，等離子體負(fù)載向開路狀態(tài)的方向變動的情況下，電流型逆變器裝置的對等離子體負(fù)載的電壓上升。該電壓上升是促使等離子體著火的方向，使得容易著火。相反，在等離子體負(fù)載側(cè)產(chǎn)生電弧，等離子體負(fù)載向短路狀態(tài)的方向變動的情況下，電流型逆變器裝置向負(fù)載供給恒定電流，因此抑制過剩地向等離子體負(fù)載供給電流的情況，因此能夠降低對等離子體負(fù)載的損害。
[0005]圖15是用于說明電流型逆變器裝置的一個結(jié)構(gòu)例子的圖。在圖15中，電流型逆變器裝置100具備電流型降壓斬波器電路101、三相逆變器電路102、三相變壓器103。電流型降壓斬波器電路101對開關(guān)元件Ql進行斬波控制，由此對從未圖示的交流源和整流電路輸入的直流進行降壓，通過直流電抗器LFl進行電流平滑，輸入到三相逆變器電路102。
[0006]進行正交變換的斬波器電路，也可以使用電流型升降壓斬波器電路來代替上述的電流降壓斬波器電路101。
[0007]三相逆變器電路102通過按照預(yù)定的定時控制開關(guān)元件QK、Qs> Qt> Qx> QY、Qz的點弧、消弧，來在元件間進行換流，向三相變壓器103供給交流電力。
[0008]電流型逆變器裝置存在以下問題，S卩，在全部開關(guān)元件切斷通電電流時，通過直流電抗器的電流向開關(guān)元件施加過電壓，由此有可能產(chǎn)生元件損壞，另外，在換流時在開關(guān)元件中產(chǎn)生電流、電壓，由此產(chǎn)生元件損壞。
[0009]為了防止這樣的負(fù)載短路事故造成的開關(guān)元件的損壞，已知檢測負(fù)載電流來求出通電期間并在該通電期間內(nèi)控制開關(guān)元件的技術(shù)、檢測流過開關(guān)元件的電流并根據(jù)檢測電流控制開關(guān)元件的技術(shù)(參照專利文獻I)。
[0010]除此以外，針對因電流切斷造成的電涌電壓的產(chǎn)生、開關(guān)損失的問題，已知以下技術(shù)，即在負(fù)載電壓的過零點求出換流源的開關(guān)元件的電流成為零的電流重疊時間，在比負(fù)載電壓的過零點提早了求出的電流重疊時間的時刻使換流目標(biāo)的開關(guān)元件開始換流(參照專利文獻2)。
[0011]圖16和圖17是用于說明在圖15的電路動作中換流時的開關(guān)損失的圖。圖16表示出換流源和換流目標(biāo)的開關(guān)元件的接通狀態(tài)不重疊而換流的情況。在該例子中，將開關(guān)元件Qk設(shè)為換流源，將開關(guān)元件Qs設(shè)為換流目標(biāo)，分別根據(jù)選通脈沖信號Gk和Gs成為接通狀態(tài)(圖16(a)、(b))。選通脈沖信號Gk的下降沿和選通脈沖信號Gs的上升沿一致，因此開關(guān)元件之間不重疊而進行換流。在此，流過換流源的開關(guān)元件Qk的電流Iqk和電壓Vqk (開關(guān)元件的漏-源間電壓)如圖16 (c)、(e)所示那樣，在關(guān)斷時由于布線電感、元件電容、負(fù)載電感等的影響而使時間常數(shù)變化。因此，在換流時不為ZCS和ZVS而產(chǎn)生開關(guān)損失。另夕卜，產(chǎn)生電涌電壓，會造成開關(guān)元件的損壞。
[0012]另外，即使在設(shè)置了在換流時換流源和換流目標(biāo)的開關(guān)元件的接通狀態(tài)重疊的重疊區(qū)間的情況下，如圖17 (c)、(e)所示那樣，在換流時也不為ZCS和ZVS，因此產(chǎn)生開關(guān)損失。
[0013]另外，作為降低開關(guān)損失的軟開關(guān)逆變器，已知共振型逆變器。
[0014]共振型逆變器將換流二極管和共振用電容器與開關(guān)元件并聯(lián)連接，由該共振用電容器、共振用電感、以及與共振電路連接的開關(guān)元件構(gòu)成共振電路。通過共振電路的共振電流造成的共振用電容器的充放電和換流二極管的導(dǎo)通，來實現(xiàn)開關(guān)元件的ZVS (零電壓開關(guān))、ZCS (零電流開關(guān))(例如專利文獻2)。
[0015]另外，共振電路是將共振用電容器與開關(guān)元件并聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)，因此存在由于電容器而使電容增加的問題。為了解決該問題，提出了通過由輔助開關(guān)元件構(gòu)成的輔助電路形成共振電路的結(jié)構(gòu)(專利文獻3)。
[0016]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0017]專利文獻
[0018]專利文獻1:特開平8-298777號公報
[0019]專利文獻2:特開2002-325464號公報
[0020]專利文獻3:特開2004-23881號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]發(fā)明要解決的課題
[0022]在以前提出的電流型逆變器中，為了控制開關(guān)元件的驅(qū)動時期來防止開關(guān)損失、元件損壞，例如必須檢測負(fù)載電流、開關(guān)元件的電流。另外，在通過檢測換流源的開關(guān)元件的電流成為零的電流重疊時間來控制開關(guān)元件的結(jié)構(gòu)中，為了檢測電流重疊時間，也必須檢測負(fù)載電流和負(fù)載電壓。
[0023]因此，在任意一個結(jié)構(gòu)中都必須設(shè)置檢測電流、電壓的檢測器，除此以外，還存在以下的問題，即在控制通常的開關(guān)元件的動作的控制電路以外，還必須準(zhǔn)備根據(jù)檢測電流、檢測電壓形成控制開關(guān)元件的控制信號的控制電路。
[0024]另外，在共振型逆變器的情況下存在以下問題，即除了必須將共振電容器與開關(guān)元件并聯(lián)連接以外，還必須在控制通常的開關(guān)元件的動作的控制電路以外，準(zhǔn)備形成用于共振電路用的開關(guān)元件的控制信號的控制電路。
[0025]因此，在現(xiàn)有已知的電流型逆變器裝置中存在以下的問題，即除了控制為了換流動作而通常進行的開關(guān)動作以外，還必須為了防止開關(guān)損失、元件損壞而控制開關(guān)元件，并且存在以下的問題，即除了控制在通常的換流動作中進行的開關(guān)元件的動作的控制電路以夕卜，還需要為了防止開關(guān)損失、元件損壞而控制開關(guān)元件的控制電路。[0026]本發(fā)明的目的在于:解決上述的現(xiàn)有的問題點，在電流型逆變器的開關(guān)元件的控制中不需要特別的控制，為了換流動作通過通常的開關(guān)動作來防止開關(guān)元件的開關(guān)損失。
[0027]用于解決課題的手段
[0028]本發(fā)明在電流型逆變器裝置的換流動作中，在換流源的開關(guān)元件和換流目標(biāo)的開關(guān)元件都成為接通狀態(tài)的換流的重疊區(qū)間的生成中，設(shè)置預(yù)先設(shè)定了重疊的時間寬度(相位寬度)的固定的換流的重疊區(qū)間，使得能夠得到對負(fù)載電流的變動充分的重疊時間。在此，固定是指換流的重疊區(qū)間的時間寬度(相位寬度)是與負(fù)載電流的變動無關(guān)地設(shè)定的寬度。換流的重疊區(qū)間的設(shè)定，控制開關(guān)元件的驅(qū)動定時。通過開關(guān)元件的換流的重疊區(qū)間中的驅(qū)動定時控制來控制共振電路，通過共振電路的共振電流來降低開關(guān)元件的換流動作時的開關(guān)損失。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的電流型逆變器裝置和逆變器控制，只改變換流時的開關(guān)元件的驅(qū)動定時，在換流源和換流目標(biāo)的開關(guān)元件都成為接通狀態(tài)的換流的重疊區(qū)間的生成中，即使在負(fù)載電流變動的情況下，也預(yù)先設(shè)定為充分地得到重疊時間寬度(相位量)，并且通過換流的重疊區(qū)間中的開關(guān)元件的控制而在共振電路中流過共振電流，通過共振電流來降低開關(guān)損失。
[0030]通過使用該換流的重疊區(qū)間中的共振電流，除了如目前已知的電流型逆變器裝置那樣為了換流動作而通常進行的開關(guān)動作控制以外，不需要用于防止開關(guān)損失的開關(guān)元件的控制，另外，除了控制在通常的換流動作中進行的開關(guān)元件的動作的控制電路以外，不需要用于防止開關(guān)損失的控制電路。
[0031]本申請發(fā)明不是簡單地通過生成換流源和換流目標(biāo)的開關(guān)元件都成為接通狀態(tài)的重疊區(qū)間來降低開關(guān)元件的開關(guān)損失，而是利用具有重疊區(qū)間的開關(guān)元件的控制，控制共振電路的共振電流的生成，通過由該控制生成的共振電流，在換流時將換流源的開關(guān)元件的電流和電壓設(shè)為零，降低換流動作時的開關(guān)損失。
[0032]本申請發(fā)明具備電流型逆變器裝置的形式和電流型逆變器裝置的控制方法的形式。
[0033][電流型逆變器裝置的形式]
[0034]本申請發(fā)明的電流型逆變器裝置具備:構(gòu)成直流源的電流型斬波器部；通過多個開關(guān)元件的動作將電流型斬波器部的直流輸出變換為多相的交流電力的多相逆變器部；控制電流斬波器部和多相逆變器部的控制部；向多相逆變器部的開關(guān)元件供給共振電流的共振電路。
[0035]控制部在多相逆變器部的開關(guān)元件間的換流時，控制換流源和換流目標(biāo)的開關(guān)元件的驅(qū)動定時。通過控制該開關(guān)元件的驅(qū)動定時，來生成換流目標(biāo)的開關(guān)元件和換流源的開關(guān)元件都成為接通狀態(tài)的重疊區(qū)間，并且控制共振電路的共振電流。
[0036]共振電路的共振電流，在重疊區(qū)間中對換流源的開關(guān)元件向反向偏壓方向供給，對與開關(guān)元件反并聯(lián)連接的換流二極管向正向偏壓方向供給。通過向開關(guān)元件和換流二極管供給該共振電流，在重疊區(qū)間中將換流源的開關(guān)元件設(shè)為零電流和零電壓，在零電流和零電壓下進行換流源的開關(guān)元件從接通狀態(tài)向關(guān)斷狀態(tài)切換的時刻的換流動作。
[0037]本申請發(fā)明的電流型逆變器裝置和控制方法不限于將直流電力變換為三相的交流電力的三相逆變器，也能夠應(yīng)用于將直流電力變換為二相以上的任意多相的交流電力的多相逆變器。
[0038]本申請發(fā)明的共振電路，將換流目標(biāo)的開關(guān)元件的輸出作為共振電流的供給源，在重疊區(qū)間中，在換流源的開關(guān)元件成為關(guān)斷狀態(tài)之前，將換流目標(biāo)的開關(guān)元件設(shè)為接通狀態(tài)，由此將流過換流目標(biāo)的開關(guān)元件的正向電流導(dǎo)入到共振電路，生成共振電流。
[0039]本發(fā)明的共振電路具備:與多相逆變器部變換的交流電力的相數(shù)相同數(shù)量的電流供給端子。將各電流供給端子與在形成多相逆變器部的開關(guān)元件的橋結(jié)構(gòu)中相對的開關(guān)元件的各連接端子連接。
[0040]在多相逆變器部的開關(guān)元件間的換流時，從與換流目標(biāo)的開關(guān)元件連接的電流供給端子向共振電路內(nèi)導(dǎo)入電流，生成共振電流。在共振電路中生成的共振電流從與換流源的開關(guān)元件連接的電流供給端子向換流源的開關(guān)元件供給。從共振電路向換流源的開關(guān)元件供給的電流，向換流源的開關(guān)元件的反向偏壓方向?qū)氲介_關(guān)元件。
[0041]導(dǎo)入到換流源的開關(guān)元件的共振電流與流過換流源的開關(guān)元件的正向電流是反方向，因此抵消正向電流，將流過換流源的開關(guān)元件的電流設(shè)為零電流。
[0042]進而，共振電流流過轉(zhuǎn)送二極管，由此將換流源的開關(guān)元件的電壓設(shè)為零電壓。該換流源的開關(guān)元件的零電流狀態(tài)和零電壓狀態(tài)在重疊區(qū)間中持續(xù)，在零電流狀態(tài)和零電壓狀態(tài)下進行換流源的開關(guān)元件從接通狀態(tài)向關(guān)斷狀態(tài)的切換，進行基于ZCS和ZVS的換流。
[0043]本申請發(fā)明的共振電路的電路結(jié)構(gòu)例如可以構(gòu)成為在電流供給端形成的各端子之間分別具備LC串聯(lián)電路。LC串聯(lián)電路在多相逆變器部的開關(guān)元件間的換流時，輸入換流目標(biāo)的開關(guān)元件的正向電流來形成共振電流，向換流源的開關(guān)元件的反向偏壓方向供給所生成的共振電流。
[0044]在本申請發(fā)明的多相逆變器部將直流電力變換為η相的交流電力的情況下，共振電路為了在下一個成為接通狀態(tài)的其他開關(guān)元件中不流過共振電流，構(gòu)成共振電路的LC串聯(lián)電路的電抗L和電容C滿足(LXC)1/2> Ji /n的條件。在多相逆變器部是三相逆變器電路的情況下，LC串聯(lián)電路的電抗L和電容C應(yīng)該滿足的條件是(LXC) 1/2>3i/3。
[0045]在電抗L和電容C滿足該條件的情況下，在下一個開關(guān)元件成為接通狀態(tài)之前衰減相當(dāng)于共振電流的半波長的相位量，能夠防止共振電流的影響。
[0046]另外，在本申請發(fā)明的多相逆變器部將直流電力變換為η相的交流電力的情況下，作為用于防止開關(guān)元件間的短路的條件，重疊區(qū)間的相位量Qt滿足Ji/2n>0t。
[0047]通過重疊區(qū)間的相位量Θ t滿足/2η> Θ t，能夠防止在逆變器的橋結(jié)構(gòu)中在直流電力的上下間相對的2個開關(guān)元件間的短路。在多相逆變器是三相逆變器的情況下，重疊區(qū)間的相位量Θ t應(yīng)該滿足的條件是π /6〉Θ t。
[0048]另外，作為用于使在重疊區(qū)間內(nèi)流過換流源的開關(guān)元件的正向電流減少為零的條件，滿足sin ( 9t)> (多相逆變器部的相電流/共振電流的最大峰值)。
[0049]通過滿足該條件，能夠?qū)⒃谥丿B區(qū)間內(nèi)流過換流源的開關(guān)元件的正向的電流設(shè)為零。
[0050]根據(jù)sin ( Θ t) > (多相逆變器部的相電流/共振電流的最大峰值)的條件，將共振電路的共振電流的最大峰值設(shè)定為比多相逆變器部的各相的相電流值大。
[0051][電流型逆變器裝置的控制方法的形式]
[0052]本申請發(fā)明的電流型逆變器裝置的控制方法，是通過多相逆變器部所具有的多個開關(guān)元件的動作將電流型斬波器部的直流輸出變換為多相的交流電力的電流型逆變器裝置的控制方法。在多相逆變器部的開關(guān)元件間的換流時，通過控制換流目標(biāo)和換流源的開關(guān)元件的驅(qū)動定時，來生成換流目標(biāo)的開關(guān)元件和換流源的開關(guān)元件都成為接通狀態(tài)的重疊區(qū)間，并且控制共振電流。
[0053]在重疊區(qū)間中，對換流源的開關(guān)元件向反向偏壓方向供給共振電流，向與該開關(guān)元件反并聯(lián)連接的換流二極管向正向偏壓方向供給共振電流。通過該電流供給，在重疊區(qū)間中將換流源的開關(guān)元件設(shè)為零電流和零電壓，在零電流和零電壓下進行換流源的開關(guān)元件從接通狀態(tài)向關(guān)斷狀態(tài)切換的時刻的換流動作。
[0054]多相逆變器部具備開關(guān)元件的橋結(jié)構(gòu)、在橋結(jié)構(gòu)中相對的開關(guān)元件的連接端子之間連接的共振電路。在開關(guān)元件間的換流時，將向換流目標(biāo)的開關(guān)元件的電流導(dǎo)入到上述共振電路，生成共振電流，將在重疊區(qū)間中生成的共振電流對換流源的開關(guān)元件向該開關(guān)元件的反向偏壓方向供給。
[0055]在多相逆變器部是將直流電力變換為η相的交流電力的逆變器時，作為用于防止開關(guān)元件間的短路的條件，重疊區(qū)間的相位量Θ t滿足的條件是π /2η> Θ t。在多相逆變器部是三相逆變器電路的情況下，重疊區(qū)間的相位量Gt所滿足的條件是π/6>θ?。
[0056]另外，用于使在重疊區(qū)間內(nèi)流過轉(zhuǎn)送元的開關(guān)元件的正向電流減少為零的條件是sin ( 9t)> (多相逆變器部的相電流/共振電流的最大峰值)。
[0057]通過滿足該條件，能夠?qū)⒃谥丿B區(qū)間內(nèi)流過換流源的開關(guān)元件的正向的電流設(shè)為零。
[0058]根據(jù)sin ( Θ t) > (多相逆變器部的相電流/共振電流的最大峰值)的條件，將共振電路的共振電流的最大峰值設(shè)定為比多相逆變器部的各相的相電流值大。
[0059]發(fā)明效果
[0060]如以上說明的那樣，根據(jù)本發(fā)明的電流型逆變器裝置和電流型逆變器裝置的控制方法，在電流型逆變器的開關(guān)元件的控制中不需要特別的控制，為了換流動作通過通常的開關(guān)動作就能夠防止開關(guān)損失。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0061]圖1是用于說明本發(fā)明的電流型逆變器裝置的結(jié)構(gòu)例子的圖。
[0062]圖2是用于說明本發(fā)明的電流型逆變器裝置的其他結(jié)構(gòu)例子的圖。
[0063]圖3是本發(fā)明的電流型逆變器裝置的概要結(jié)構(gòu)圖和動作圖。
[0064]圖4是用于說明本發(fā)明的電流型逆變器裝置的開關(guān)元件的換流狀態(tài)的時序圖。
[0065]圖5是用于說明本發(fā)明的逆變器電路和共振電路的結(jié)構(gòu)例子的圖。
[0066]圖6是用于說明本發(fā)明的開關(guān)元件的驅(qū)動的時序圖。
[0067]圖7是用于說明本發(fā)明的共振電流的圖。
[0068]圖8是用于說明本發(fā)明的共振電路的圖。
[0069]圖9是用于說明本發(fā)明的重疊區(qū)間和共振電路的條件的圖。
[0070]圖10是用于說明本發(fā)明的開關(guān)元件的換流狀態(tài)的圖。
[0071]圖11是用于說明本發(fā)明的逆變器電路和共振電路的動作的圖。
[0072]圖12是用于說明本發(fā)明的逆變器電路和共振電路的動作的圖。[0073]圖13是用于說明本發(fā)明的逆變器電路和共振電路的動作的圖。
[0074]圖14是用于說明本發(fā)明的逆變器電路和共振電路的動作的圖。
[0075]圖15是用于說明電流型逆變器裝置的一個結(jié)構(gòu)例子的圖。
[0076]圖16是用于說明在逆變器中換流時的開關(guān)損失的圖。
[0077]圖17是用于說明在逆變器中換流時的開關(guān)損失的圖。
【具體實施方式】
[0078]以下，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式。以下，對于本發(fā)明的電流型逆變器裝置和電流型逆變器裝置的控制方法，使用圖1、圖2說明電流型逆變器裝置的結(jié)構(gòu)例子，使用圖3、圖4說明電流型逆變器裝置的控制例子。另外，使用圖5?圖13說明本發(fā)明的逆變器電路和共振電路。在此，作為多相逆變器以三相逆變器為例子來表示。
[0079][電流型逆變器裝置的結(jié)構(gòu)例子]
[0080]首先，使用圖1、圖2說明本發(fā)明的電流型逆變器裝置的結(jié)構(gòu)例子。
[0081]圖1所示的本發(fā)明的電流型逆變器裝置I具備對交流電源2的交流電力進行整流的整流部10、構(gòu)成抑制過渡地產(chǎn)生的高電壓的保護電路的緩沖電路(Snubber) 20、將從整流部10輸入的直流電力的電壓變換為預(yù)定電壓而輸出直流電流的電流型降壓斬波器部30、將電流型降壓斬波器部30的直流輸出變換為多相的交流輸出的多相逆變器部40、將多相逆變器部40的交流輸出變換為預(yù)定電壓的多相變壓部50、將多相變壓部50的交流變換為直流的多相整流部60。
[0082]進行正交變換的斬波器部，也可以使用電流型升降壓斬波器部來代替上述的電流型降壓斬波器部30。
[0083]電流型降壓斬波器部30具備開關(guān)元件Q1、二極管D1和直流電抗器LF1。開關(guān)元件Q1通過對由整流部10整流后的直流電壓進行斬波控制來降壓。直流電抗器Lfi對斬波控制后的直流進行電流平滑，輸入到多相逆變器部40。
[0084]控制電路部80輸入電流型降壓斬波器部30的斬波電流、電流型逆變器裝置I的輸出電壓的檢測值，對開關(guān)元件Q1進行斬波控制使得成為預(yù)定電流和預(yù)定的輸出電壓。
[0085]圖2所示的本發(fā)明的電流型逆變器裝置I是將電流型降壓斬波器部30設(shè)為其他結(jié)構(gòu)例子的例子。圖2所示的電流型降壓斬波器部30是將輸出電容器Cfi與輸出端并聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)。
[0086]在圖2所示的結(jié)構(gòu)中，設(shè)置在通常的電流型降壓斬波器中沒有設(shè)置的輸出電容器。通過構(gòu)成為將輸出電容器Cfi與電流型降壓斬波器部30的輸出端連接，能夠吸收在多相逆變器部40的開關(guān)元件間進行換流動作時產(chǎn)生的電涌電壓、與各開關(guān)元件串聯(lián)連接的電感的能量，保護開關(guān)元件。
[0087]此外，將輸出電容器Cfi的值設(shè)定為根據(jù)該基于輸出電容器和布線電感的時間常數(shù)，電流的延遲不對逆變器動作的換流產(chǎn)生影響的程度。
[0088]多相逆變器部40具備對與相數(shù)對應(yīng)的開關(guān)元件進行橋連接而構(gòu)成的多相逆變器電路。例如在三相的情況下，三相逆變器電路由6個開關(guān)元件構(gòu)成。開關(guān)元件例如可以使用IGBT、MOSFET等半導(dǎo)體開關(guān)元件。多相逆變器電路的各開關(guān)元件根據(jù)開關(guān)控制部81的控制信號進行開關(guān)動作，將直流電力變換為交流電力而輸出。[0089]多相逆變器部40具備共振電路70，將通過該共振電路70生成的共振電流導(dǎo)入到多相逆變器電路的換流狀態(tài)的開關(guān)元件，在零電流和零電壓的狀態(tài)下進行該開關(guān)元件的換流。本發(fā)明的共振電路70與多相逆變器電路的各開關(guān)元件的換流動作同步地生成共振電流，將共振電流導(dǎo)入到換流源的開關(guān)元件，在ZCS (零電流開關(guān))和ZVS (零電壓開關(guān))的狀態(tài)下進行該換流源的開關(guān)元件的換流動作。
[0090]多相逆變器部40的交流輸出，通過提高開關(guān)元件的切換頻率能夠得到高頻輸出。在將等離子體產(chǎn)生裝置設(shè)為負(fù)載部的情況下，電流型逆變器裝置向負(fù)載部供給例如200KHZ的高頻輸出。為了成為高頻輸出，多相逆變器電路以高頻對開關(guān)元件進行切換動作。如果這樣以高頻的驅(qū)動頻率切換開關(guān)元件，則在交流輸出中包含高頻脈動成分。
[0091]作為除去包含在多相逆變器部40的交流輸出中的高頻脈動成分的一個結(jié)構(gòu)例子，與通常的多相整流電路同樣地，多相整流部60在輸出部設(shè)置直流濾波電路。直流濾波電路可以由與輸出端并聯(lián)連接的輸出電容器Ckj和串聯(lián)連接的電抗器Lro構(gòu)成。
[0092]電流型逆變器裝置I不需要上述的串聯(lián)濾波電路，可以構(gòu)成為經(jīng)由布線所具備的布線電感Ltl輸出多相整流部60的直流輸出，通過輸出電纜3將電流型逆變器裝置I和成為等離子體負(fù)載的等離子體產(chǎn)生裝置4之間連接起來，作為除去高頻脈動成分的結(jié)構(gòu)，可以利用電流型逆變器裝置的寄生阻抗。
[0093]例如，由在多相整流部60和輸出端子之間的布線阻抗90所具有的電感、連接在電流型逆變器裝置I和負(fù)載之間的輸出電纜所包含的電感Lro、等離子體負(fù)載的情況下，由等離子體產(chǎn)生裝置4的電極電容Ctl構(gòu)成與串聯(lián)濾波電路同樣的除去高頻成分的濾波電路，降低高頻脈沖成分。
[0094]在將電流型逆變器裝置設(shè)為向等離子體產(chǎn)生裝置的電力供給源的情況下，在負(fù)載側(cè)的等離子體產(chǎn)生裝置4中產(chǎn)生電弧時可以看作負(fù)載短路，從電流型逆變器裝置側(cè)所具備的串聯(lián)濾波電路的輸出電容器Cro供給電弧能量Pc。
[0095]這時,可以用以下的式(I)表不從輸出電容器Cfq輸出的電弧能量Pc。
[0096]Pc = 1/2XCF0XV02+1/2X (LF0+L0) X 102...(I)
[0097]理想的是等離子體產(chǎn)生裝置4的電弧能量Pc是每輸出IkW為ImJ以下。對此，電感Lfq、L0通常表示小的值，因此相對于lmj/kw，能夠無視電感Lfq、L0的能量(Lfq+Lq) X I。2。此外，lmJ/kW表示每輸出IkW的mj單位的能量，與輸出IOOkW對應(yīng)的能量是100mJ。因此，在等離子體產(chǎn)生裝置4的電弧能量Pc是ImJ以下的情況下，輸出電容器CF()的值選定能夠?qū)⑹?I)的匕設(shè)為ImJ所得到的Cro的值以上的值，由此不對電弧能量Pc產(chǎn)生影響。
[0098]因此，在電流型逆變器裝置中，在代替串聯(lián)濾波電路而利用布線阻抗、輸出電纜、等離子體產(chǎn)生裝置的電極電容的寄生阻抗的結(jié)構(gòu)中，如果相當(dāng)于輸出電容器Cro的電容量具有對供給電弧能量P。來說足夠的大小，則能夠除去高頻脈動成分，并且供給電弧能量匕。
[0099]另外，高頻脈動成分具有在多相逆變器電路的驅(qū)動頻率降低時增加的特性。因此，通過提高多相逆變器電路的驅(qū)動頻率，能夠降低輸出電容器CF()和輸出電抗器Lro的必要性。另外，通過提高多相逆變器電路的驅(qū)動頻率，能夠抑制電流型逆變器裝置I內(nèi)部所保有的能量。
[0100][電流型逆變器裝置的換流動作例子]
[0101]接著，使用圖3、圖4說明本發(fā)明的電流型逆變器裝置的換流動作例子，基于三相逆變器的例子進行說明。
[0102]圖3是電流型逆變器裝置的概要結(jié)構(gòu)圖和動作圖，圖4是說明電流型逆變器裝置的開關(guān)元件的換流狀態(tài)的時序圖。此外，在圖3中，通過濃淡表示出流過元件和布線的電流狀態(tài)，用濃的顯示表示導(dǎo)通狀態(tài)，用淡的顯示表示非導(dǎo)通狀態(tài)。
[0103]圖3所示的電流型逆變器裝置將6個開關(guān)元件QK、Qs、QT、Qx、QY、Qz進行橋連接，將開關(guān)元件Qk和開關(guān)元件Qx串聯(lián)連接，將開關(guān)元件Qs和開關(guān)元件Qy串聯(lián)連接，將開關(guān)元件Qt和開關(guān)元件Qz串聯(lián)連接。
[0104]開關(guān)元件Qk和開關(guān)元件Qx的連接點經(jīng)由電感Lml被作為三相變壓器51的R相成分來連接，開關(guān)元件Qs和開關(guān)元件Qy的連接點經(jīng)由電感Lm2被作為三相變壓器51的S相成分來連接，開關(guān)元件Qt和開關(guān)元件Qyz的連接點經(jīng)由電感Lm3被作為三相變壓器51的T相成分來連接。
[0105]另外，開關(guān)元件Qk和開關(guān)元件Qx的連接點、開關(guān)元件Qs和開關(guān)元件Qy的連接點、開關(guān)元件Qst和開關(guān)元件Qz的連接點分別與共振電路的各端子連接，被從共振電路供給共振電流。
[0106]圖4的時序圖表示開關(guān)元件Qk和開關(guān)元件Qs之間的換流動作例子。在此，將開關(guān)元件Qk設(shè)為換流源的開關(guān)元件，將開關(guān)元件Qs設(shè)為換流目標(biāo)的開關(guān)元件。
[0107]在本發(fā)明的電流型逆變器裝置中，控制換流動作使得生成換流源的開關(guān)元件和換流目標(biāo)的開關(guān)元件都成為接通狀態(tài)的重疊區(qū)間，并且與該換流動作同步地控制共振電路的共振電流，向換流源的開關(guān)元件供給。
[0108]通過將開關(guān)元件Qs的選通脈沖信號Gs (圖4 (b))的上升沿定時設(shè)為開關(guān)元件Qk的選通脈沖信號Gk (圖4 (a))下降沿之前，使將開關(guān)元件Qk設(shè)為接通狀態(tài)的選通脈沖信號6,(圖4 (a))和將開關(guān)元件Qs設(shè)為接通狀態(tài)的選通脈沖信號Gs (圖4 (b))在時間上重疊，來生成換流源的開關(guān)元件Qk和換流目標(biāo)的開關(guān)元件Qs都成為接通狀態(tài)的重疊區(qū)間。因此，開關(guān)元件Qs在開關(guān)元件Qk從接通狀態(tài)切換為關(guān)斷狀態(tài)之前成為接通狀態(tài)，在重疊區(qū)間內(nèi)開關(guān)元件Qk和開關(guān)元件Qs都成為接通狀態(tài)。
[0109]以下，說明圖4中的A區(qū)間、B區(qū)間、C區(qū)間、D區(qū)間的各區(qū)間。
[0110](A 區(qū)間):
[0111]在圖4中的A區(qū)間中，開關(guān)元件Qk處于接通狀態(tài)，在開關(guān)元件Qk中流過電流Iqk(圖4 (C)),不流過開關(guān)元件Qs的電流Iqs (圖4 (d))。
[0112]圖3 (a)表示出A區(qū)間的開關(guān)元件的動作狀態(tài)和電流狀態(tài)。開關(guān)元件Qk的電流Iqe (圖4 (c))作為R相初級電流Ik (圖4 (h))供給到三相變壓器51，通過開關(guān)元件Qz而返回。
[0113](B 區(qū)間):
[0114]由于選通脈沖信號Gs開關(guān)元件Qs成為接通狀態(tài)，在開關(guān)元件Qs中開始流過電流Iqs (圖4 (d))。這時，開關(guān)元件Qs的電流Iqs按照基于共振部70、電感Lml、電感Lm2的時間常數(shù)而增加，因此在開關(guān)元件Qs的接通時刻進行ZCS (零電流開關(guān))(圖4 (d))。
[0115]與開關(guān)元件Qs的上升沿時刻同步地在共振電路70中開始流過共振電流(圖4(g))。共振電流向反向偏壓方向流向開關(guān)元件QK。該共振電流在開關(guān)元件Qk中與正向電流Iqk為反方向，因此抵消并減少電流Iqk (圖4 (c))。圖4 (c)和圖4 (g)的帶圓圈的符號I表示處于抵消關(guān)系的電流成分。
[0116]圖3 (b)表示出B區(qū)間的開關(guān)元件的動作狀態(tài)和電流狀態(tài)。開關(guān)元件Qk的正向電流被共振電流抵消，向三相變壓器51供給基于共振電流的一部分的初級電流Ik (圖4 (h))和基于開關(guān)元件Qs的初級電流Is (圖4 (h))，通過開關(guān)元件Qz而返回。
[0117](C 區(qū)間):
[0118]在B區(qū)間的結(jié)束時刻，開關(guān)元件Qk的電流QK (圖4 (C))被共振電流(圖4 (g))抵消而成為零電流，共振電流的剩余成分作為二極管電流Idk (圖4 (e))開始在與開關(guān)元件Qk并聯(lián)連接的換流二極管Dk中流過。圖4 (e)和圖4 (g)的帶圓圈的符號2表示處于對應(yīng)關(guān)系的電流成分。
[0119]在接著B區(qū)間的C區(qū)間的開始區(qū)間中，開關(guān)元件Qk和開關(guān)元件Qs都成為接通狀態(tài)。在該區(qū)間中，開關(guān)元件％的電流Iqk (圖4 (c))繼續(xù)被共振電流(圖4 (g))抵消而維持零電流，開關(guān)元件Qs的電流QS (圖4 (d))伴隨著共振電流的增加而增加。由此，開關(guān)元件Qk的漏-源間電壓VD_S保持為零電壓(圖4 (f ))。
[0120]在C區(qū)間中，如果由于選通脈沖信號Gk的下降沿，換流源的開關(guān)元件Qk成為關(guān)斷狀態(tài)，則開關(guān)元件Qk是關(guān)斷狀態(tài)，但開關(guān)元件Qs為接通狀態(tài)，成為相互不同的開/關(guān)狀態(tài)。在該狀態(tài)下，開關(guān)元件Qk成為關(guān)斷狀態(tài)，不流過電流Iqk，沒有共振電流的抵消，但共振電流
繼續(xù)流過換流二極管Dk。
[0121]因此，流過開關(guān)元件Qk的電流Iqk，接著基于共振電流的零電流狀態(tài)，換流源的開關(guān)元件Qk成為關(guān)斷狀態(tài)，由此保持零電流狀態(tài)，換流源的開關(guān)元件Qk實現(xiàn)ZCS (零電流開關(guān))。
[0122]另外，在開關(guān)元件Qk的換流二極管Dk中流過共振電流，由此換流源的開關(guān)元件Qk實現(xiàn)ZVS (零電壓開關(guān))。該C區(qū)間在共振電流成為零的時刻結(jié)束。
[0123]圖3 (C)表示C區(qū)間的開關(guān)元件的動作狀態(tài)和電流狀態(tài)。共振電流抵消開關(guān)元件Qe的正向電流而成為零電流，流過換流二極管DK，由此成為零電壓。向三相變壓器51供給基于共振電流的一部分的初級電流Ik和基于開關(guān)元件免的初級電流Is，通過開關(guān)元件仏而返回(圖4 (h))。
[0124](D 區(qū)間):
[0125]在共振電流成為零的時刻，向開關(guān)元件Qk的漏-源間的電壓Vqk施加直流電壓成分(圖 4 (f))o
[0126]在圖3和圖4所示的動作狀態(tài)下，在與三相變壓器51側(cè)之間，作為初級電流流過R相的初級電流Ik和S相的初級電流Is。在區(qū)間A中，作為初級電流Ik流過電流IQK，在區(qū)間B、C中，在從初級電流Ik換流為初級電流Is后，在區(qū)間D中，作為初級電流Is流過電流
Iqs。
[0127] 在換流中初級電流Ik和初級電流Is都流過的區(qū)間中，初級電流Ik和初級電流Is為相同電流值，流過當(dāng)一方的初級電流流過時的一半的電流。初級電流Ik和初級電流Is都流過的區(qū)間在圖4 (h)中是在區(qū)間C內(nèi)除了向區(qū)間D切換的區(qū)間的部分。
[0128]在圖4 (h)中的區(qū)間B中，初級電流Ik向中間的電流減少，初級電流Is向中間的電流增加。另外，在圖4 (h)中的區(qū)間C中，向區(qū)間D的切換部分中，初級電流Ik從中間的電流向零電流減少，初級電流Is從中間的電流向初級電流的全電流增加。[0129]通過上述的從電流Iqk向電流Iqs的切換動作，不切斷地從電流型降壓斬波器部向三相變壓器51供給初級電流。
[0130]圖3 Cd)表示出D區(qū)間的開關(guān)元件的動作狀態(tài)和電流狀態(tài)。共振電流停止，向三相變壓器51供給基于開關(guān)元件Qs的初級電流Is，通過開關(guān)元件Qz而返回。
[0131 ] 通過上述換流動作，共振電路的共振電流在重疊區(qū)間中向反向偏壓方向供給到換流源的開關(guān)元件，向正向偏壓方向供給到與開關(guān)元件反并聯(lián)連接的換流二極管，由此，在重疊區(qū)間中將換流源的開關(guān)元件設(shè)為零電流和零電壓，在零電流和零電壓下進行換流源的開關(guān)元件從接通狀態(tài)向關(guān)斷狀態(tài)的切換的時刻的換流動作。
[0132]接著，說明本申請發(fā)明的電流型逆變器裝置和電流型逆變器裝置的控制方法的形式。
[0133]使用圖5?圖11說明本申請發(fā)明的電流型逆變器裝置和電流型逆變器裝置的控制方法的形式。圖5表示本發(fā)明的逆變器電路和共振電路的結(jié)構(gòu)例子，圖6表示用于說明本發(fā)明的逆變器電路開關(guān)元件的驅(qū)動的時序圖，圖7表示用于說明本發(fā)明的共振電路的共振電流的圖，圖8表示用于說明本發(fā)明的共振電路的圖，圖9表示用于說明本發(fā)明的逆變器控制的重疊區(qū)間和共振電路的條件的圖，圖10表示用于說明本發(fā)明的逆變器電路的開關(guān)元件的換流狀態(tài)的圖，圖11?圖14表示用于說明本發(fā)明的逆變器控制的動作的圖。此外，在圖11?圖14中，通過濃淡表示出流過元件和布線的電流狀態(tài)，用濃的顯示表示導(dǎo)通狀態(tài)，用淡的顯示表示非導(dǎo)通狀態(tài)。
[0134]本發(fā)明的共振電路在共振電路的電流供給端所形成的各端子之間分別具備LC串聯(lián)電路。各LC串聯(lián)電路在逆變器電路的開關(guān)元件間的換流時，從換流目標(biāo)的開關(guān)元件輸入正向電流來生成共振電流，向換流源的開關(guān)元件的反向偏壓方向供給所生成的共振電流。
[0135]圖5 (a)所示的逆變器電路41將6個開關(guān)元件QK、Qs、QT、Qx、QY、Qz進行橋連接而構(gòu)成，將開關(guān)元件Qk和開關(guān)元件Qx串聯(lián)連接，將開關(guān)元件Qs和開關(guān)元件Qy串聯(lián)連接，將開關(guān)元件Qt和開關(guān)元件Qz串聯(lián)連接。
[0136]開關(guān)元件Qk和開關(guān)元件Qx的連接點R經(jīng)由電感Lml被作為三相變壓器51的R相成分來連接，開關(guān)元件Qs和開關(guān)元件Qy的連接點S經(jīng)由電感Lm2被作為三相變壓器51的S相成分來連接，開關(guān)元件Qt和開關(guān)元件Qz的連接點T經(jīng)由電感Lm3被作為三相變壓器51的T相成分來連接。
[0137]共振電路71具備由電容器Q和電抗器Lc的串聯(lián)連接構(gòu)成的3組共振電路部，3組共振電路部的各端部被連接到3個電流供給端的端子間。電流供給端的各端子與開關(guān)元件Qe和開關(guān)元件Qx的連接點R、開關(guān)元件Qs和開關(guān)元件Qy的連接點S、開關(guān)元件Qst和開關(guān)元件Qz的連接點T連接。
[0138]通過該結(jié)構(gòu)，在開關(guān)元件Qk和開關(guān)元件Qs的換流時從連接點S向共振電路71供給電流Ies，在開關(guān)元件Qs和開關(guān)元件Qt的換流時從連接點T向共振電路71供給電流ΙΛ，在開關(guān)元件Qt和開關(guān)元件Qk的換流時從連接點R向共振電路71供給電流ΙΛ。
[0139]共振電路71輸入進行換流動作的2個開關(guān)元件中的換流目標(biāo)的開關(guān)元件的正向電流來生成共振電流。進而，共振電路71向進行換流動作的2個開關(guān)元件中的換流源的開關(guān)元件的反向偏壓方向供給所生成的共振電流。例如在開關(guān)元件Qk和開關(guān)元件Qs之間進行換流的情況下，共振電路71輸入作為換流目標(biāo)的開關(guān)元件Qs的正向電流，生成共振電流，向作為換流源的開關(guān)元件Qk的反向偏壓方向供給所生成的共振電流。此外，共振電路71在圖5 (a)中表示出Λ形連接的結(jié)構(gòu)，但也可以是圖5 (b)所示的星形連接的結(jié)構(gòu)。
[0140]圖6的說明本發(fā)明的逆變器電路的開關(guān)元件的驅(qū)動的時序圖表示出驅(qū)動開關(guān)元件QK、Qs、Qt> Qx、Qy> Qz的選通脈沖信號。在此，表示三相逆變器的例子，因此在設(shè)三相逆變器的驅(qū)動角頻率Q1的I個周期為2 π的相位量時，各相的開關(guān)元件成為接通狀態(tài)的區(qū)間為(2 π /3)的相位量。在圖6中，將I個周期分割為將π /6的相位量作為一個區(qū)間的全部12個區(qū)間而表示。此外，在設(shè)三相逆變器的驅(qū)動頻率為A時，角驅(qū)動角頻率《工是ωι=2π Xfp
[0141]在本申請發(fā)明中，在處于換流關(guān)系的2個開關(guān)元件之間設(shè)置重疊區(qū)間Θ t，由此使共振電路生成共振電流，將生成的共振電流供給到換流源的開關(guān)元件，使換流源的開關(guān)元件以ZCS (零電流開關(guān))和ZVS (零電壓開關(guān))進行換流動作，由此降低換流時的開關(guān)損失。
[0142](重疊區(qū)間0t、共振電路的設(shè)定)
[0143]以下，說明ZCS (零電流開關(guān)WPZVS (零電壓開關(guān))的換流動作所需要的重疊區(qū)間
Θ to
[0144]圖7表示與R相初級電流Ik對應(yīng)的共振電流Ia和重疊區(qū)間Θ t的關(guān)系，圖7(a)表示R相初級電流Ik和共振電流Ια，圖7 (b)表示對開關(guān)元件Qk進行驅(qū)動控制的選通脈沖信號Gk，圖7 (c)表示對開關(guān)元件Qs進行驅(qū)動控制的選通脈沖信號Gs。另外，圖8表示共振電路的一個結(jié)構(gòu)例子。
[0145]在換流時的重疊區(qū)間Θ t中，如果使用共振電路的等價電容(；和等價電抗Le，則用以下的式(2)表示通過將共振電路的 電容器Q和電抗器Lc串聯(lián)連接所得的共振電路生成的共振電流La。
[0146]Icl = I眶 X sinco nt...(2)
[0147]在此，分別用以下的式(3)、(4)表示共振電流的最大值Iniax和共振電路的角頻率ωη。
[0148]Imax = Ve s / (Le/Ce)1/2...(3)
[0149]ωη = I/(Le X Ce)172...(4)
[0150]此外，Vks、L6和C6是圖8 Ca)所示的共振電路的R端子和S端子之間的電壓和等價電抗、等價電容。圖8 (b)是從R相換流為S相時的共振電路的等價電路，這時，不流過T相的Ict電流，因此可以將L6和C6作為從R-S相間看的合成阻抗電路來處理。
[0151]用以下的式(5)、(6)來表示等價電抗Le和等價電容C；。
[0152]Le = 2/3 X Lc...(5)
[0153]Ce = 3/2 X Cl...(6)
[0154]共振電路的角頻率ωη如式(4)~(6)所示那樣由共振電路的電容Q和電抗L。決定，是共振電路固有的角頻率。
[0155]在圖7 (a)中，根據(jù)ωηΧ tP= π/2的關(guān)系,用以下的式(7)表不共振電流La為最大峰值Iniax的時間tP。
[0156]tP = 3?/2Χ1/ωη = Ji /2X (LcXCl)172...(7)
[0157]在對換流源的開關(guān)元件Q進行換流時，通過在開關(guān)元件Q的換流二極管D中導(dǎo)通電流，能夠?qū)㈤_關(guān)元件的漏-源間電壓設(shè)為零電壓，成為ZVS (零電壓開關(guān))。為了向三相變壓器供給初級電流Ik并且向換流二極管D供給電流，在共振電路中選定電容Q和電抗L。，使得用式(3)表示的共振電流Ia的最大峰值Imax在各相中成為Imax>IK、Imax>Is、Imax>IT的范圍。
[0158]在圖7中，重疊區(qū)間Θ t的最大范圍是共振電流的半周期31。在超過共振電流的半周期π地設(shè)定重疊區(qū)間0t的情況下，在重疊區(qū)間0t結(jié)束而換流源的開關(guān)元件成為關(guān)斷狀態(tài)的時刻，共振電流已經(jīng)衰減為零，因此無法使換流源的開關(guān)元件的換流二極管導(dǎo)通而成為零電壓狀態(tài)。
[0159]因此，為了成為ZVS (零電壓開關(guān))，將重疊區(qū)間0t設(shè)定為共振電流的半周期π內(nèi)。
[0160]圖9是用于說明設(shè)定重疊區(qū)間Θ t和共振電路的電容Q和電抗L。時的條件的圖。圖9 (a)、(b)表示在橋結(jié)構(gòu)中處于連接關(guān)系的開關(guān)元件Qk和Qx的選通脈沖信號的定時，圖
9(C)、Cd)表示在橋結(jié)構(gòu)中處于連接關(guān)系的開關(guān)元件Qs和Qy的選通脈沖信號的定時，圖9(g)、(h)表示在橋結(jié)構(gòu)中處于連接關(guān)系的開關(guān)元件Qt和Qz的選通脈沖信號的定時。另外，圖9 (e)表示連接在開關(guān)元件Qk和開關(guān)元件Qs之間的共振電路的共振電流Ia，圖9 (f)表示流過開關(guān)元件Qk的正向電流IQK。
[0161]在本申請發(fā)明的電流型逆變器裝置中，作為用于進行換流動作、ZCS、ZVS的開關(guān)動作的條件，存在以下的上述條件:
[0162]Ca)共振電流Ia的最大峰值Imax在各相中是Imax>IK、Imax>Is、Imax>IT的范圍。
[0163](b)重疊區(qū)間Θ t的最大范圍是共振電流的半周期π。
[0164]作為對重疊區(qū)間和共振電路求出的條件，有以下的條件(C)、(d)、(e)。該條件(c)、(d)、(e)在圖9中分別用 符號A、B、C表不。
[0165](c)防止在橋結(jié)構(gòu)中處于連接關(guān)系的開關(guān)元件間的短路的條件是π /3〉Θ t。
[0166]如果重疊區(qū)間Θ t變長，則例如如圖9中的符號A所示那樣，在橋結(jié)構(gòu)中處于連接關(guān)系的開關(guān)元件Qk和開關(guān)元件Qx等開關(guān)元件之間短路。為了防止該開關(guān)元件間的短路，求出Ji/3>0t (Q1XTn)的條件。此外，Tn是共振電流Ia的時間寬度，O1是三相逆變器的驅(qū)動角頻率。
[0167]此外，通過在各開關(guān)元件中成為接通狀態(tài)的期間在時間方向上以前后相等的任意時間寬度延長而形成重疊區(qū)間的情況下，各延長區(qū)間比η/6短成為條件。
[0168](d)用于使共振電流Ia與下一個共振電流的生成模式無關(guān)的條件是(LeXQ)1/2<1/ (3Wl)0 Co1是三相逆變器電路的驅(qū)動角頻率。
[0169]如圖9中的符號B所示那樣，在開關(guān)元件Qs成為接通狀態(tài)后，在η /3后開關(guān)元件Qx成為接通狀態(tài)，開始流過下一個共振電流，因此由于開關(guān)元件Qs接通而產(chǎn)生的共振電流Ia必須在π/3內(nèi)結(jié)束。
[0170]如果將共振電流Ia的時間寬度設(shè)為Τη，將三相逆變器的驅(qū)動角頻率設(shè)為ω P則用CO1XTJ 31/3來表示共振電流Ia是31/3內(nèi)的條件。
[0171]另一方面，在共振電路中共振電流Ia的時間寬度Tn與半周期對應(yīng)，因此存在Tn=Wcoi^關(guān)系。此外，(^是共振電路的角頻率。
[0172]因此，如果根據(jù)上述的關(guān)系，用對共振電路的電容Q和電抗L。求出的條件來表示共振電流 Ia 是 π/3 內(nèi)的條件、gp Uco1XTnUz^JIMS(LcXQ)v2U/ (30^)。
[0173](e)用于在重疊區(qū)間Θ t的期間中使共振電流Iqk減少到零的條件如圖9中的符號 C 所示那樣，是 sin ( Θ t) >IQK/Imax。[0174]為了實現(xiàn)ZCS (零電流開關(guān))，在重疊區(qū)間的期間內(nèi)開關(guān)元件％的電流1_必須為零，降低電流Iqk的共振電流Ia至少在重疊區(qū)間Θ t的最后的時刻必須比電流Iqk大，必須滿足Ια>1?的條件。根據(jù)Ia=ImaxSin ( Θ t)的關(guān)系,用sin ( Θ t) >IQR/Imax來表示該條件。
[0175]接著，使用圖10的時序圖說明本發(fā)明的電流型逆變器裝置的換流動作例子。在此，表示在圖6所示的動作模式中，動作模式4、5、6的開關(guān)元件Qk和開關(guān)元件Qs之間的換流動作。
[0176]將開關(guān)元件Qr設(shè)為換流源的開關(guān)元件，將開關(guān)元件Qs設(shè)為換流目標(biāo)的開關(guān)元件。電流型逆變器裝置控制換流動作使得生成換流源的開關(guān)元件Qk和換流目標(biāo)的開關(guān)元件Qs都成為接通狀態(tài)的重疊區(qū)間，并且將在換流目標(biāo)的開關(guān)元件Qs成為接通狀態(tài)時流過的正向電流導(dǎo)入到共振電路71，由此與換流動作同步地使得在共振電路中生成共振電流，將所生成的共振電流供給到換流源的開關(guān)元件Qk。
[0177]換流源的開關(guān)元件Qk和換流目標(biāo)的開關(guān)元件Qs都成為接通狀態(tài)的重疊區(qū)間為從開關(guān)元件Qs的選通脈沖信號Gs (圖10 (b))上升的定時到開關(guān)元件Qk的選通脈沖信號Gk(圖10 (a))下降的定時，使將開關(guān)元件Qk設(shè)為接通狀態(tài)的選通脈沖信號Gk (圖10 (a))和將開關(guān)元件Qs設(shè)為接通狀態(tài)的選通脈沖信號Gs (圖10 (b))在時間上重疊，由此形成重疊區(qū)間。
[0178]因此，開關(guān)元件Qs在開關(guān)元件Qk從接通狀態(tài)切換為關(guān)斷狀態(tài)之前成為接通狀態(tài)，在重疊區(qū)間Qt (動作模式5)中，開關(guān)元件Qk和開關(guān)元件Qs都成為接通狀態(tài)。
[0179]以下，與圖4同樣地，說明圖10中的A區(qū)間、B區(qū)間、C區(qū)間、D區(qū)間的各區(qū)間。A區(qū)間與動作模式4對應(yīng)，B區(qū)間與動作模式5的一部分對應(yīng)，C區(qū)間與動作模式5的剩余部分對應(yīng)，D區(qū)間與動作模式6對應(yīng)。
[0180](A 區(qū)間):
[0181]在圖10中的A區(qū)間中，開關(guān)元件Qk處于接通狀態(tài)，在開關(guān)元件Qk中流過電流IQK，不流過開關(guān)元件Qs的電流Iqs (圖10 (c))。
[0182]圖11表示出A區(qū)間的開關(guān)元件的動作狀態(tài)和電流狀態(tài)。開關(guān)元件％的電流1_作為R相初級電流Ik供給到三相變壓器51，通過開關(guān)元件Qz而返回。
[0183](B 區(qū)間):
[0184]通過選通脈沖信號Gs，開關(guān)元件Qs成為接通狀態(tài)，在開關(guān)元件Qs中開始流過電流Iqso這時，開關(guān)元件Qs的電流Iqs按照基于電感Lm2、Lc的時間常數(shù)而增加，因此在開關(guān)元件Qs的接通時刻進行ZCS (零電流開關(guān))(圖10 (d))。
[0185]通過將流過接通狀態(tài)的開關(guān)元件Qs的正向電流Iqk導(dǎo)入到共振電路71，在共振電路71中生成共振電流Ia (圖10 (g))。將所生成的共振電流Ia向反向偏壓方向?qū)氲綋Q流源的開關(guān)元件QK。導(dǎo)入的共振電流Ia在開關(guān)元件Qk中與正向電流‘為反方向，因此抵消并減少電流Ι-- (圖10 (C))。圖10 (c)和圖10 (g)的帶圓圈的符號I表不處于抵消關(guān)系的電流成分。
[0186]圖12表示出B區(qū)間的開關(guān)元件的動作狀態(tài)和電流狀態(tài)。開關(guān)元件Qs的電流經(jīng)由端子S導(dǎo)入到共振電路71內(nèi)，通過由電容器Q和電抗器L。的串聯(lián)連接構(gòu)成的共振電路部生成共振電流Ια。共振電流Ia的一部分作為R相的初級電流供給到三相變壓器51，剩余的一部分向反向偏壓方向供給到換流源的開關(guān)元件QK。
[0187]開關(guān)元件Qk的正向電流被共振電流抵消，向三相變壓器51供給基于共振電流的一部分的初級電流Ik和基于開關(guān)元件免的初級電流Is，通過開關(guān)元件Qz而返回。
[0188](C 區(qū)間):
[0189]開關(guān)元件Qk的電流Iqk成為零電流。共振電流的剩余成分在與開關(guān)元件Qk并聯(lián)連接的換流二極管Dk中流過。圖10 (e)和圖10 (g)的帶圓圈的符號2表示出處于對應(yīng)關(guān)系的電流成分。
[0190]由此，開關(guān)元件Qk的漏-源間電壓保持為零電壓(圖10 (f))。在該C區(qū)間中，在換流源的開關(guān)元件Qk的選通脈沖信號Gk下降的時刻重疊區(qū)間結(jié)束。
[0191]在換流源的開關(guān)元件Qk的關(guān)斷時，流過開關(guān)元件Qk的電流Iqk繼續(xù)為基于共振電流的零電流狀態(tài)，換流源的開關(guān)元件Qk成為關(guān)斷狀態(tài)，由此保持零電流狀態(tài)，因此，換流源的開關(guān)元件Qk實現(xiàn)ZCS (零電流開關(guān))。
[0192]另外，在開關(guān)元件Qk的換流二極管Dk中流過共振電流，由此換流源的開關(guān)元件Qk實現(xiàn)ZVS (零電壓開關(guān))。該C區(qū)間在共振電流成為零的時刻結(jié)束。
[0193]圖13表示C區(qū)間的開關(guān)元件的動作狀態(tài)和電流狀態(tài)。共振電流&抵消開關(guān)元件Qe的正向電流而成為零電流，流過換流二極管DK，由此成為零電壓。向三相變壓器51供給基于共振電流的一部分的初級電流Ik和基于開關(guān)元件免的初級電流Is，通過開關(guān)元件仏而返回。
[0194](D 區(qū)間):
[0195]在共振電流成為零的時刻，向開關(guān)元件Qk的漏-源間的電壓Vqk施加直流電壓成分(圖10⑴)。
[0196]此外，R相的初級電流Ik在區(qū)間B中產(chǎn)生換流，在區(qū)間C中1,和Is為相同電流，在區(qū)間C的結(jié)束的時刻再次產(chǎn)生換流，從電流Iqk切換到電壓Iqs (圖10 (h))，不切斷地向三相變壓器51供給。
[0197]圖14表示出D區(qū)間的開關(guān)元件的動作狀態(tài)和電流狀態(tài)。共振電流L停止，向三相變壓器51供給基于開關(guān)元件Qs的初級電流Is，通過開關(guān)元件Qz而返回。
[0198]通過上述換流動作，共振電路的共振電流在重疊區(qū)間中向反向偏壓方向供給到換流源的開關(guān)元件，向正向偏壓方向供給到與開關(guān)元件反并聯(lián)連接的換流二極管，由此在重疊區(qū)間中將換流源的開關(guān)元件設(shè)為零電流和零電壓，在零電流和零電壓下進行換流源的開關(guān)元件從接通狀態(tài)向關(guān)斷狀態(tài)的切換的時刻的換流動作。
[0199]在本申請發(fā)明的逆變器的換流動作中，在形成在開關(guān)元件間都成為接通狀態(tài)的重疊區(qū)間時，能夠以多個形式進行換流目標(biāo)和換流源的開關(guān)元件的驅(qū)動定時。例如，可以是以下形式等，即:提早將換流目標(biāo)的開關(guān)元件從關(guān)斷狀態(tài)切換到接通狀態(tài)的定時的形式；延遲將換流源的開關(guān)元件從接通狀態(tài)切換到關(guān)斷狀態(tài)的定時的形式；提早將換流目標(biāo)的開關(guān)元件從關(guān)斷狀態(tài)切換到接通狀態(tài)的定時，并且延遲將換流源的開關(guān)元件從接通狀態(tài)切換到關(guān)斷狀態(tài)的定時的形式。
[0200]此外，上述實施方式和變形例子的記述是本發(fā)明的電流型逆變器裝置和電流型逆變器裝置的控制方法的一個例子，本發(fā)明并不限于各實施方式，基于本發(fā)明的主旨能夠進行各種變形，并不將它們從本發(fā)明的范圍中排除。
[0201]產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0202]本發(fā)明的電流型逆變器裝置能夠作為向等離子體產(chǎn)生裝置供給電力的電源而應(yīng)用。
[0203]符號的說明
[0204]1:電流型逆變器裝置；
[0205]2:交流電源；
[0206]3:輸出電纜；
[0207]4:等離子體產(chǎn)生裝置；
[0208]10:整流部；
[0209]20:緩沖電路部；
[0210]30:電流型降壓斬波器部；
[0211]40:多相逆變器部；
[0212]41:逆變器電路；
[0213]42:逆變器電路；
[0214]50:多相變壓部；
[0215]51:三相變壓器；
[0216]60:多相整流部；
[0217]70:共振電路；
[0218]71:共振電路；
[0219]72:共振電路；
[0220]80:控制電路部；
[0221]81:開關(guān)控制部；
[0222]90:布線阻抗；
[0223]100:電流型逆變器裝置；
[0224]101:電流型降壓斬波器部；
[0225]102:三相逆變器電路；
[0226]103:三相變壓器。
【權(quán)利要求】
1.一種電流型逆變器裝置，其特征在于，具備: 構(gòu)成直流源的電流型斬波器部； 通過多個開關(guān)元件的動作將上述電流型斬波器部的直流輸出變換為多相的交流電力的多相逆變器部； 控制上述電流型斬波器部和上述多相逆變器部的控制部；以及 向上述多相逆變器部的開關(guān)元件供給共振電流的共振電路， 上述控制部， 在上述多相逆變器部的開關(guān)元件間的換流時， 通過控制換流目標(biāo)和換流源的開關(guān)元件的驅(qū)動定時，來生成換流目標(biāo)的開關(guān)元件和換流源的開關(guān)元件都成為接通狀態(tài)的重疊區(qū)間，以及控制上述共振電路的共振電流， 在上述重疊區(qū)間中，對換流源的開關(guān)元件向反向偏壓方向供給上述共振電路的共振電流，對與該開關(guān)元件反并聯(lián)連接的換流二極管向正向偏壓方向供給上述共振電路的共振電流，由此在上述重疊區(qū)間中將該換流源的開關(guān)元件設(shè)為零電流和零電壓， 在零電流和零電壓下進行換流源的開關(guān)元件從接通狀態(tài)向關(guān)斷狀態(tài)切換的時刻的換流動作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述 的電流型逆變器裝置，其特征在于， 上述共振電路具備與上述多相逆變器部變換的交流電力的相數(shù)相同數(shù)量的電流供給端子， 將各上述電流供給端子與在形成上述多相逆變器部的開關(guān)元件的橋結(jié)構(gòu)中相對的開關(guān)元件的各連接端子連接， 在上述多相逆變器部的開關(guān)元件間的換流時，將共振電流向換流源的開關(guān)元件的反向偏壓方向供給到該開關(guān)元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電流型逆變器裝置，其特征在于， 上述共振電路在上述電流供給端形成的各端子之間分別具備LC串聯(lián)電路， 在上述多相逆變器部的開關(guān)元件間的換流時， 上述LC串聯(lián)電路輸入換流目標(biāo)的開關(guān)元件的正向電流來生成共振電流，向換流源的開關(guān)元件的反向偏壓方向供給該共振電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電流型逆變器裝置，其特征在于， 上述多相逆變器部是將直流電力變換為η相的交流電力的逆變器， 上述共振電路，作為用于在下一個成為接通狀態(tài)的其他開關(guān)元件中不流過上述共振電流的條件， 構(gòu)成上述共振電路的LC串聯(lián)電路的電抗L和電容C對于η相的多相逆變器部的驅(qū)動角頻率 O1，是(LXC) 1/2<1/ (nX GJ1X
5.根據(jù)權(quán)利要求1~4的任意一項所述的電流型逆變器裝置，其特征在于， 上述多相逆變器部是將直流電力變換為η相的交流電力的逆變器， 上述重疊區(qū)間的相位量et， 作為用于防止開關(guān)元件間的短路的條件，滿足η /2η> Θ t， 作為用于使在重疊區(qū)間內(nèi)流過換流源的開關(guān)元件的正向電流減少為零的條件，滿足sin ( 9t)> (多相逆變器部的相電流/共振電流的最大峰值)。通過滿足該條件，能夠?qū)⒃谥丿B區(qū)間內(nèi)流過換流源的開關(guān)元件的正向電流設(shè)為零。
6.根據(jù)權(quán)利要求1~4的任意一項所述的電流型逆變器裝置，其特征在于， 上述共振電路的共振電流的最大峰值比多相逆變器部的各相的相電流值大。
7.一種電流型逆變器裝置的控制方法，通過多相逆變器部所具有的多個開關(guān)元件的動作將電流型斬波器部的直流輸出變換為多相的交流電力，該電流型逆變器裝置的控制方法的特征在于， 在上述多相逆變器部的開關(guān)元件之間的換流時， 通過控制換流目標(biāo)和換流源的開關(guān)元件的驅(qū)動定時，來生成換流目標(biāo)的開關(guān)元件和換流源的開關(guān)元件都成為接通狀態(tài)的重疊區(qū)間，以及控制共振電流， 在上述重疊區(qū)間中，對換流源的開關(guān)元件向反向偏壓方向供給上述共振電流，對與該開關(guān)元件反并聯(lián)連接的換流二極管向正向偏壓方向供給上述共振電流，由此，在上述重疊區(qū)間中將該換流源的開關(guān)元件設(shè)為零電流和零電壓， 在零電流和零電壓下進行換流源的開關(guān)元件從接通狀態(tài)向關(guān)斷狀態(tài)切換的時刻的換流動作。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電流型逆變器裝置的控制方法，其特征在于， 上述多相逆變器部具備開關(guān)元件的橋結(jié)構(gòu)、在該橋結(jié)構(gòu)中相對的開關(guān)元件的連接端子之間連接的共振電路， 在上述開關(guān)元件間的換流時，將向換流目標(biāo)的開關(guān)元件的電流導(dǎo)入到上述共振電路來生成共振電流， 在上述重疊區(qū)間中，將該生成的共振電流向換流源的開關(guān)元件的反向偏壓方向供給到該開關(guān)元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的電流型逆變器裝置的控制方法，其特征在于， 上述多相逆變器部是將直流電力變換為η相的交流電力的逆變器， 上述重疊區(qū)間的相位量et， 作為用于防止開關(guān)元件間的短路的條件，滿足η /2η> θ t， 作為用于使在重疊區(qū)間內(nèi)流過換流源的開關(guān)元件的正向電流減少為零的條件，滿足sin ( 9t)> (多相逆變器部的相電流/共振電流的最大峰值)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7~9的任意一項所述的電流型逆變器裝置的控制方法，其特征在于， 上述共振電路的共振電流的最大峰值比多相逆變器部的各相的相電流值大。
【文檔編號】H02M7/48GK103477550SQ201280018808
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2012年2月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月23日
【發(fā)明者】讓原逸男, 安達俊幸, 小玉真一 申請人:株式會社京三制作所