JP2003244960A - Pwmサイクロコンバータ - Google Patents
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Abstract
し、入力電流波形の改善を図る。またPWMサイクロコ
ンバータの主回路を構成する双方向半導体スイッチング
素子のスイッチング時に発生したサージエネルギーを電
力系統に回生する。 【解決手段】交流電源の各相と出力側の各々の相を自己
消弧能力をもつ双方向スイッチで直接接続し、出力電圧
指令に応じて交流電源電圧をPWM制御し、任意の交流
及び直流電圧を出力するPWMサイクロコンバータにお
いて、直流電圧系統に接続されたPWMコンバータ装置
を有し、PWMコンバータ装置の出力部をPWMサイク
ロコンバータの入力電源側に接続したものである。
Description
ンバータの入力部に接続されたPWMコンバータを用い
ることで、任意の電流波形を実現し、入力電流歪みの抑
制を図るPWMサイクロコンバータの入力電流改善に関
するものである。
電源電圧を直接任意の電圧・周波数に変換するAC−A
C直接電力変換装置である。PWMサイクロコンバータ
はその原理上、電力用半導体素子の入力部はパルス状の
電流が流れる。そのパルス電流を電源系統に返さないた
めに、一般にACリアクトルとACキャパシタを用いロ
ーパスフィルタを設ける。しかしながら、フィルタに電
流が流れるとリアクトルとキャパシタが共振現象を起こ
してしまい入力部に共振電流が流れる。この共振電流の
ために入力電流の歪み率が悪化してしまう。また、PW
Mサイクロコンバータが動作していない時にもコンデン
サに進み電流が流れるため、共振電流も発生してしま
う。この共振電流を抑制する方法の従来例として、AC
リアクトルと並列に抵抗を備えダンピングさせる方法が
挙げられる。この従来例を図6に示す。図6において、
1は三相交流電源、2は三相交流リアクトル、3は三相
交流キャパシタ、4は双方向スイッチ群、5はモータ、
そして18はダンピング抵抗である。次に図6の接続関
係がわかるように構成を説明する。ダンピング抵抗18
は三相交流リアクトル2と並列接続される。ダンピング
抵抗18の一端は三相交流電源へ接続され、他端は三相
交流キャパシタ3へ接続される。三相交流キャパシタ3
の他端は、双方向スイッチ群4の入力側(電源側)の各
相端子に接続される。双方向スイッチ群4の出力端子側
(負荷側)は、負荷となるモータ5へ接続される。三相
交流リアクトル2と3は三相交流キャパシタはLCロー
パスフィルタを構成する。ダンピング抵抗18は、入力
電流高調波成分をロスとして消費させるものである。
抵抗を用いたダンピング方法では、抵抗の熱損失を用い
てダンピングを行うためにロスが発生し、エネルギー効
率を悪化させ、電力変換器であるPWMサイクロコンバ
ータの寿命にも影響を及ぼす。本発明は上記問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は(1)PWMサイ
クロコンバータの共振電流を抑制し、入力電流波形の改
善を図ること、(2)PWMサイクロコンバータの主回
路を構成する双方向半導体スイッチング素子のスイッチ
ング時に発生したサージエネルギーを電力系統に回生す
ることにある。
に本発明は、交流電源の各相と出力側の各々の相を自己
消弧能力をもつ双方向スイッチで直接接続し、出力電圧
指令に応じて交流電源電圧をPWM制御し、任意の交流
及び直流電圧を出力するPWMサイクロコンバータにお
いて、直流電圧系統に接続されたPWMコンバータ装置
を有し、前記PWMコンバータ装置の出力部を前記PW
Mサイクロコンバータの入力電源側に接続したものであ
る。また、前記PWMサイクロコンバータの入力電圧を
全波整流するダイオード整流装置と、前記ダイオード整
流装置により作成された直流電圧を平滑する平滑キャパ
シタと、前記平滑キャパシタの平滑電圧を検出する平滑
電圧検出装置とを備えたことを特徴とするものである。
また、前記PWMサイクロコンバータの電力用半導体素
子の入出力端子に接続され、ダイオードおよびキャパシ
タを備えた1つ以上のスナバ装置と、前記スナバ用キャ
パシタの両端電圧を検出するスナバ電圧検出装置とを備
えたことを特徴とするものである。また、交流電源の各
相と出力側の各々の相を自己消弧能力をもつ双方向スイ
ッチで直接接続し、出力電圧指令に応じて交流電源電圧
をPWM制御し、任意の交流及び直流電圧を出力するP
WMサイクロコンバータの制御装置において、前記PW
Mサイクロコンバータの入力電流を1つ以上検出する入
力電流検出装置と、前記入力電流検出装置により得られ
た入力電流信号から、前記PWMコンバータ装置の電流
指令を作成し、任意の入力電流波形制御を行う制御手段
とを備えたことを特徴とするものである。また、前記P
WMコンバータ装置の1つ以上の補正電流を検出し前記
補正電流検出装置により得られた補正電流と前記入力電
流信号とから、前記PWMコンバータ装置の電流指令を
作成し、任意の入力電流波形制御を行う制御手段とを備
えたことを特徴とするものである。本発明はスイッチン
グ時に発生したサージエネルギーを電力系統に回生する
ことが可能になり、なおかつ入力電流の波形を整形する
ことができる。
づいて説明する。図1は本発明を実施するための、PW
Mサイクロコンバータと直流電圧源を用いたPWMコン
バータを用いたシステム構成を示す。図2は本発明を実
施するための、PWMサイクロコンバータとダイオード
整流回路を用いたPWMコンバータによるシステム構成
を示す。図3は本発明を実施するための、PWMサイク
ロコンバータとスナバ回路より作成された直流電圧源を
用いたPWMコンバータによるシステム構成を示す。図
4は本発明を実施するための、スナバ回路構成図の一例
を示す。図5は本発明を実施するための、スナバ回路構
成図の一例を示す。
ータは三相交流電源1とモータ5の入力電流である三相
出力との間に計9個の双方向半導体スイッチ群4を用い
て直接接続し、交流電源電圧を直流に変換することな
く、任意の周波数・電圧を出力することができる。しか
し、双方向半導体スイッチ群4の入力段にはパルス状の
電流が流れる。そのために三相交流リアクトル2と三相
交流キャパシタ3を用いてフィルタを作成している。本
発明は、交流電源1とは別に直流電圧系統電源である直
流電源8を設け、これに小型のPWMコンバータ7を設
け、PWMサイクロコンバータの入力部に電流を供給し
てやることで、先に述べたフィルタによる共振電流を抑
制することができる。電流抑制手段として、電流検出用
CT10を用いて検出された入力電流信号9をPWMコ
ンバータ7の制御部に入力し、PWMサイクロコンバー
タの実現したい任意の電流波形と比較し、その補正分の
電流を供給してやることで理想の入力電流波形を実現す
る。
とで、その制御性能を向上させることができる。補正方
法の例として入力電流の高調波成分中、制御対象が共振
電流のみである場合、入力電流信号9を理想正弦波と比
較し、PWMコンバータ7より補正電流を流してやれば
共振電流の抑制が実現できる。この場合、共振電流はフ
ィルタの設計に依存するが、その電流値は入力電流全体
と比較して十分に小さい。そのためPWMコンバータ7
の電流容量も小さくてよいことになり、コスト的にも負
担が少ない。
イオード整流器13を用いて三相全波整流し、平滑キャ
パシタ14を用いて平滑した直流電源を用いてPWMコ
ンバータ7を駆動するものである。まず双方向スイッチ
群4によりPWM出力を行うと、三相交流リアクトル2
と三相交流キャパシタ3により共振現象が発生し、三相
交流キャパシタ3の電圧が大きく乱れる。次にこの共振
電圧をダイオード整流器13により整流し平滑キャパシ
タ14に蓄える。そして、そのエネルギーによりPWM
コンバータ7をもちいて、三相交流キャパシタ3の共振
電流を抑制する。すなわち、入力フィルタの共振エネル
ギーを吸収し、そのエネルギーで共振電流を抑制し、入
力電流の歪を改善することができる。
ド整流器13の変わりに直流クランプ型のスナバ回路1
5を用いるものである。PWMサイクロコンバータにお
ける双方向半導体スイッチの保護装置として直流クラン
プ型のスナバ回路を用いる場合がある。図3中スナバ回
路15の回路構成を示したものが図4、5であり、それ
ぞれスナバ用ダイオード群16やスナバ用ダイオード群
17のような構成が考えられる。このスナバ回路14を
本特許のPWMコンバータ7の直流電源電圧として用い
ることにより、スイッチング時に発生したサージによる
エネルギーを浪費することなく補正電流として用いるこ
とができ、システム全体においてより高効率化が実現で
きる。本特許を用いることにより、このような抵抗にロ
スを発生させることなく、より高性能な入力電流制御を
実現することができる。
各相と出力側の各々の相を自己消弧能力をもつ双方向ス
イッチで直接接続し、出力電圧指令に応じて交流電源電
圧をPWM制御し、任意の交流及び直流電圧を出力する
PWMサイクロコンバータにおいて、直流電圧系統に接
続されたPWMコンバータ装置を有し、前記PWMコン
バータ装置の出力部を前記PWMサイクロコンバータの
入力電源側に接続したので、PWMサイクロコンバータ
の共振電流を抑制し、入力電流波形の改善を容易に図る
ことができる。また、PWMサイクロコンバータの主回
路を構成する双方向半導体スイッチング素子のスイッチ
ング時に発生したサージエネルギーを電力系統に回生す
ることができる。本来、PWMサイクロコンバータはそ
の原理上、入力電流波形を制御することが可能である。
しかし、出力部とは双方向半導体スイッチで直接接続さ
れているため、同時に出力電流も制御しなくてはならな
い。そのため入力電流制御性能に制約が発生してしま
う。本特許ではこうしたPWMサイクロコンバータの制
御性能を高めるための補助装置に関するものであり、一
般的なPWMコンバータを流用することで容易に入力電
流制御を実現できる。
バータと直流電圧源を用いたPWMコンバータを用いた
システム構成を示す。
バータとダイオード整流回路を用いたPWMコンバータ
によるシステム構成を示す。
バータとスナバ回路より作成された直流電圧源を用いた
PWMコンバータによるシステム構成を示す。
一例を示す。
一例を示す。
成とフィルタ共振抑制の一例を示す。
Claims (5)
- 【請求項1】 交流電源の各相と出力側の各々の相を自
己消弧能力をもつ双方向スイッチで直接接続し、出力電
圧指令に応じて交流電源電圧をPWM制御し、任意の交
流及び直流電圧を出力するPWMサイクロコンバータに
おいて、 直流電圧系統に接続されたPWMコンバータ装置を有
し、前記PWMコンバータ装置の出力部を前記PWMサ
イクロコンバータの入力電源側に接続したことを特徴と
するPWMサイクロコンバータ。 - 【請求項2】 前記PWMサイクロコンバータの入力電
圧を全波整流するダイオード整流装置と、 前記ダイオード整流装置により作成された直流電圧を平
滑する平滑キャパシタと、 前記平滑キャパシタの平滑電圧を検出する平滑電圧検出
装置とを備えたことを特徴とする請求項1記載のPWM
サイクロコンバータ。 - 【請求項3】 前記PWMサイクロコンバータの電力用
半導体素子の入出力端子に接続され、ダイオードおよび
キャパシタを備えた1つ以上のスナバ装置と、 前記スナバ用キャパシタの両端電圧を検出するスナバ電
圧検出装置とを備えたことを特徴とする請求項1記載の
PWMサイクロコンバータ。 - 【請求項4】 交流電源の各相と出力側の各々の相を自
己消弧能力をもつ双方向スイッチで直接接続し、出力電
圧指令に応じて交流電源電圧をPWM制御し、任意の交
流及び直流電圧を出力するPWMサイクロコンバータの
制御装置において、 前記PWMサイクロコンバータの入力電流を1つ以上検
出する入力電流検出装置と、 前記入力電流検出装置により得られた入力電流信号か
ら、前記PWMコンバータ装置の電流指令を作成し、任
意の入力電流波形制御を行う制御手段とを備えたことを
特徴とするPWMサイクロコンバータ。 - 【請求項5】 前記PWMコンバータ装置の1つ以上の
補正電流を検出し前記補正電流の検出装置により得られ
た補正電流と前記入力電流信号とから、前記PWMコン
バータ装置の電流指令を作成し、任意の入力電流波形制
御を行う制御手段とを備えたことを特徴とする請求項4
記載のPWMサイクロコンバータ。
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|---|---|---|---|
| JP2002036638A JP3864799B2 (ja) | 2002-02-14 | 2002-02-14 | Pwmサイクロコンバータ |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002036638A JP3864799B2 (ja) | 2002-02-14 | 2002-02-14 | Pwmサイクロコンバータ |
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|---|---|
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2002
- 2002-02-14 JP JP2002036638A patent/JP3864799B2/ja not_active Expired - Fee Related
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