制御整流について

質問

一般的に位相角をずらしてcos型の電圧になると
本には書いてあります。

それはさておき、

スイッチングをしないでゲートを閉じたままだと、
（還流？）ダイオードで全波整流されますよね？
このときの直流電圧、電流の向きを正とします。
上から下に流れる感じで。

それではゲートを操作して整流する場合、
例えばU相電流がプラスでU相＋側のダイオードを通っていた電流が
U相－側IGBT側をONしたらこちらから流れ、
電流が下から上に行き、負荷の電圧は逆になりますか？
（もちろんこの時V相、W相＋側のどちらかのゲートはONします）。

あと追加質問ですが、
U相電流がプラスの時はU相－側をONしないと流れないですよね？
それではゲート操作の場合は電圧が逆になるんでしょうか？

回答No.1

foobar · ベストアンサー

便宜上、U相上側の素子をu1,下側の素子をu2、同様にv1,v2,w1,w2とします。
で、IGBTに逆並列にダイオードが入ってる回路構成だと、

1. u1のダイオードに電流が流れている状態で、u2をONすると、
電流はu1からu2に切り替わります。
u1のダイオードには逆バイアスがかかってOFFするので。

2.u2をオンすると電圧が反転する?
通常の回路構成(直流側にコンデンサがあるような、電圧型変換器の構成)では0Vになりますが、反転はしません。
U相が＋V相が-の時で考えてみると、
u2に交流側から直流側に向けて(IGBT)を通って電流が流れる場合、直流側を放電(直流側から交流側に電力が流れる)動作になります。
このとき、V相の電圧がU相より低いので、自動的にv2のダイオードがONして、U相→u2->v2->V相と電流が流れます。
（電流は直流回路には流れ込まない)
ここで、v1のIGBTをONすると、v1,v2が同時にONして、直流回路を短絡してしまいます。
(通常は、この状態では、短絡を防ぐためにv1をONしません。)

補足

流れ的なことはよくわかりました．

最後のところで、『v1,v2がONすると短絡』というフレーズについて、
いつもシステムが止まってしまうのですが、
（おそらくIPM？保護機能で）
それは同時にONしていたということですかね？

三角波比較PWMでゲート操作していたんですが、
以前、この方式はu1,v1,w1すべてがONになる瞬間があると教えてもらったので、
そういうことだったのかなと思います。

ということはPWM方式では制御できない。
120°方形波通電にすべきということですかね？

回答No.4

foobar

＃１訂正します。
「ここで、v1のIGBTをONすると、v1,v2が同時にONして、直流回路を短絡してしまいます。
(通常は、この状態では、短絡を防ぐためにv1をONしません。)」
これ、間違いです。(申し訳ない）

v1をONすると、v2のダイオードに逆バイアスがかかりv2がOFFするので、直流短絡は(継続的には)おきません。
(最初にv1をONしておいて、u2をONした場合には、V2のダイオードはONしません。（電流はU->u2->直流-->..->直流+->v1->V相と流れる））

ただし、v2のダイオードがONしているときにv1をONさせた場合には、
v1がONしてから、v2のダイオードがOFFするまでに若干の時間(ダイオードの回復時間分だけ)が必要で、この短い時間は直流回路が短絡されたような状態になります。
スイッチング周波数が高いと、この短時間に流れる電流（とそれによる発熱)が問題になることがあります。

お礼

詳しい解説ありがとうございました。
また新しく質問するかもしれませんが、よろしくお願いします。

回答No.3

foobar

3. u1,v1,w1全てONになる。
これは起きてもOKです。
というのは、
・u1,v1,w1全てONの場合、u2,v2,w2の逆並列接続ダイオードはきちんと直流電圧で逆バイアスされるので、ONしない
・交流が整流器入力で三相短絡した状態になるが、交流に入っている直列リアクトルが電流の急変を抑制するので、(PWMの結果起きる)短時間の短絡なら過電流にはならない。
です。

4. PWM制御できない?
PWM制御できないことは無いです。実際にPWM制御して入力電流を正弦波にする整流器があります。
気をつけないと行けないのは、
・同じ相の上下の素子(u1,u2など)が同時にONしないように、留意する。（特にu1->u2 やu2->u1の切替時)
・電源側の電圧と、PWMの基準信号で振幅や位相が所定の範囲内に入っているように留意する。
・交流側に、必要な大きさのリアクトルを挿入する(リアクトルの大きさは、PWMのキャリア周波数、直流や交流の電圧、許容される電流リプルの大きさで決まります)
というあたりでしょうか。

お礼

訂正

一番気をつけることは、下側ダイオードと上側IGBTが
ONしたときですね。
これは結構な頻度で起こるもののように感じます。

補足

そうでしたか。
上下で短絡しないようになっているので、何か他の問題のようです。

直流電圧を上げたい場合は、
U相電圧が立ち上がる頃に、
u1をONすればダイオードで充電されるということですね。
そうしても電圧が上がらない原因は他にある見たいです。
Iuが＋、Ivが－、Iwが0になっちゃってますから何かおかしいです。

回答No.2

foobar

2.に関して補足。
U相電圧がV相電圧より低い場合。
この時には、直流電圧がUVの線間電圧より高いという条件で、
u2,v1をONすると、
直流+->v1->V相->U相->u2->直流-
の電流が流れます。

これは直流から交流に電力を送る状態ですので、直流側に電力供給源がなければ、直流のコンデンサが放電して直流電圧が低下していきます。
で、線間電圧と、直流電圧が一致するまで下がったところで、電流が0になります。
(直流電圧<線間電圧になると、v1とu2のダイオードがONして、直流を充電するむきの電流が流れます。直流電圧が反転したりはしません。)