JPH03256592A - Ｐｗｍ電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ＰＷＭ電力変換装置に関し、特に通電流制
限時における制御の安定化技術に関するものである。

〔従来の技術〕

第３図は例えば特開昭５９−１９４６９７号公報に示さ
れた従来のＰＷＭ電力変換装置を示す図である。図にお
いて、（１）は誘導電動機、（２）は直流母線（３）の
直流電力を交流に変換し、８導電動機（１）の可変電圧
可変周波数制御を行うインバータ装置で、強制転流可能
なトランジスタと並列ダイオードを用いたトランジスタ
インバータである。（４）は直流母線（３）間に接続さ
れた平滑コンデンサ、（５）は交流電源（６）に接続さ
れ、交流電力を直流に変換するコンバータ装置である。

また、（７）は基準電圧設定器であり、例えば電動機（
１）が停止中（無負荷）の直流母線（３）の直流電圧に
相当する値に設定する。（８）は直流母線（３）の電圧
を検出する電圧検出器、（９）は電圧設定器（７）から
の出力信号（７ａ）を基準値とし、電圧検出器（８）か
らの出力（８ａ）を負帰還として電圧フィードバック制
御を行うための電圧制御増幅器で、この電圧制御増幅器
（９）の出力信号（９ａ）は、交流電源（６）に同期し
たＲ、Ｓ、Ｔの三相正弦波基準信号を発生する三相正弦
波発生器（１０）からの出力信号（ＩＱａ）　、　（１
０ｂ）　、　（１０ｃ）と乗算器（ＩＩＡ）。

（ＩＩＢ）　、　（ＩＩＧ）により演算が行われる。即
ち、電圧制御増幅器（９）の圧力信号（９ａ）は、三相
正弦波基準信号（１０ａ）　、　（１０ｂ）　、　（１
０ｃ）の振幅を決定する値であり、乗算器（１１＾）　
、　（１１Ｂ）　、　（ＩＩＣ）の出力信号（Ｉｌａ）
　、　（ｌｌｂ）　、　（ｌｌｃ）は三相正弦波電流基
準信号となる。

さらに、（１２Ａ）　、　（１２Ｂ）　、　（１２Ｇ）
は電流制御増幅器であり、交流電源回路の各相に設けら
れた電流検出器（１３Ａ）　、　（１３Ｂ）　、　（１
３Ｃ）からの電流信号（１３ａ）　。

（１３ｂ）　、　（１３Ｃ）を負帰還量として電流制御
のマイナーループを構成し、電流制御増幅器（１２Ａ）
（１２Ｂ）　、　（１２Ｃ）の出力信号（１２ａ）　、
　（１２ｂ）　、　（１２Ｃ）は鋸状波発生器（１４）
の出力変調信号（１４ａ）と比較器（１５）により比較
検出され、この比較器（１５）からコンバータ装置（５
）の各々のトランジスタのスイッチングのタイミングを
決定する信号（１５ａ）〜（１５ｆ）が出力される。（
１δ）はトランジスタのベースドライブ回路であり、直
流母線（３）の直流電圧が基準とする出力信号と等しく
なるように、更に、電流が正弦波状に制御されるように
、トランジスタのベースにスイッチング信号（１６ａ）
〜（１６ｆ）を与える。つまり、コンバータ装置（５）
は、周波数一定の正弦波ＰＷＭコンバータとして制御さ
れる。

第４図は一相の電圧、電流波形を示す図で、電流波形は
電動機（１）がカ行運転を行フて直流母線（３）の直流
電圧が基準電圧設定値より降下した場合は、電源電圧正
弦波波形と同相となって交流電源（６）から直流母線（
３）に電力を供給し、電動機（１）が回生運転を行って
直流母線（３）の直流電圧が上昇した場合は、逆相とな
フて母！　（３）から交流電源（６）に電力を回生ずる
。

正弦波ＰＷＭ制御においても鋸波状電圧により電流には
ＰＷＭ周波数に相当するリップル成分が含まれるが、交
流電源（６）に比較的大きな三相交流リアクトル（１７
）を付加して、平滑を行って滑らかな正弦波電流を得る
。この実施例では、電流制御を三相について行っている
が、例えば三相のうち任意の二相について電流制御を行
い、二相から三相変換すれば制御回路を簡略化できる。

次に、インバータ装置（２）の制御について述べる。上
記第３図において、（１８）は速度検出器、（１９）は
速度指令設定器、（２０）は速度指令設定器（１９）か
らの速度指令（１９ａ）を基準値とし、速度検出器（１
８）からの速度信号（１８ａ）を負帰還量として速度フ
ィードバック制御を行うための速度制御増幅器、（２２
）は速度制御増幅器（２０）の出力信号（２０ａ）　と
速度検出器（１８ンからの速度信号（１８ａ）に基づい
て、周波数指令（２２ａ）を発生する周波数指令発生器
、（２３）は速度制御増幅器（２０）の出力信号である
８導電動機（１）のトルク電流指令（２０ａ）と励磁電
流指令設定器（２１）の励磁電流指令（２１ａ）とのベ
クトル和により位相角（２３ａ）　と三相正弦波電流基
準の振幅（２３ｂ）を出力する電流指令発生器、（２４
）は周波数指令（２２ａ）　と位相角（２３ａ）に基づ
いてＵ、Ｖ、Ｗの三相正弦波基準（２４ａ）　、　（２
４ｂ）　。

（２４Ｃ）を発生る三相正弦波発生器、（２５Ａ）　、
　（２５Ｂ）　。

（２５Ｇ）は三相正弦波基準（２４ａ）　、　（２４ｂ
）　、　（２４ｃ）と三相正弦波電流基準の振幅（２３
ｂ）を乗算する乗算器であり、上記出力信号（２５ａ）
　、　（２５ｂ）　、　（２５ｃ）は三相正弦波電流基
準となる。

マタ、（２６Ａ）　、　（２６８）　、　（２６Ｃ）　
ｉｆ　を流制ａｌ増幅器テあり、８導電動機の出力回路
の各相に設けられた電流検出器（２７Ａ）　、　（２７
Ｂ）　、　（２７Ｃ）からの電流信号（２７ａ）　、　
（２７ｂ）　、　（２７Ｃ）を負帰還量として電流制御
のマイナーループを構成し、上記電流制御増幅器（２６
Ａ）　、　（２６Ｂ）　、　（２６Ｃ）の出力信号（２
６ａ）　、　（２６ｂ）　。

（２ｆｉｃ）は鋸状波発生器（２８）の出力変調信号（
２８）と比較器（２９）により比較検圧され、この比較
器（２９）からインバータ装置（２）の各々のトランジ
スタのスイッチングのタイミングを決定する信号（２９
ａ）〜（２９ｆ）が出力される。（３０）はトランジス
タのベースドライブ回路であり、所定の速度、電流に制
御されるように、トランジスタのベースにスイッチング
信号（３０ａＪ　〜（３Ｏｆ）を与える。

この実施例では、電流制御を三相について行っているが
、例えば三相のうち任意の二相について電流制御を行い
、二相から三相変換すれば制御回路を簡略化できる。

（発明が解決しようとする課題） 従来のＰＷＭ電力変換装置は以上のように構成されてお
り、インバータ、コンバータ装置の保護のため電流の振
幅指令にそれぞれの電流制御手段を備えている。そのた
め、コンバータ装置（５）の交流電流が電流制限手段で
制限されるが、インバータ装置（２）の交流電流が電流
制限手段に達しない場合、コンバータ装置（５）はイン
バータ装置（２）に電力を供給、または電力を電源に回
生できないため、直流母線（３）の電圧が低下または上
昇し、インバータ及びコンバータ装置の制御が不安定に
なるという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、コンバータ装置の交流電流が電流制限手段で
制限されると、それに連動してインバータ装置の交流電
流を電流制限手段で制限し、インバータ装置から負荷へ
の電力の供給、またはインバータ装置からコンバータ装
置への電力の回生を制限することにより、直流母線の電
圧の低下または上昇を防止し、インバータ及びコンバー
タ装置の安定な制御を行い、かつ素子の能力を最大限に
利用しうるＰＷＭ電力変換装置を得ることを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るＰＷＭ電力変換装置は、交流電源に交流
リアクトルを介して接続されたスイッチング素子と並列
ダイオードを含む第１の電力変換器と、上記第１の電力
変換器に平滑コンデンサを介して接続されたスイッチン
グ素子と並列ダイオードを含む第２の電力変換器を有し
、上記交流電源からの交流電力を上記第１の電力変換器
を介して直流電力に変換し、更に上記第２の電力変換器
を介して所定の周波数と電圧の交流電力に変換するＰＷ
Ｍ電力変換装置において、上記第１の電力変換器の交流
側の電流を指令する第１の電流指令発生手段と、その電
流指令の大きさを所定の値に制限する第１の制限手段と
、その電流指令の大きさが上記第１の制限手段で制限さ
れたことを検出するリミッタ検出手段と、上記第２の電
力変換器の交流側の電流を指令する第２の電流指令発生
手段と、その電流指令の大台さを制限する第２の制限手
段と、上記リミッタ検出手段により上記第１の電力変換
器の電流指令の大きさが上記第１の制限手段で制限され
たことを検出すると、その時の上記第２の電力変換器の
交流側の電流指令の大きさを上記第２の制限値として設
定する制限値設定手段とを備えたものである。

〔作用〕

この発明において、インバータ装置の交流側の電流指令
の大きさの制限値設定手段は、コンバータ装置の交流側
の電流指令の大きさが電流制限手段で制限されると、そ
れをリミット検出手段が検出し、それにより、その時の
インバータ装置の交流側の電流指令の大きさをインバー
タ装置の交流側の電流指令の大台さの制限値として電流
制限手段に設定するようになり、コンバータ装置の交流
電流が電流制限手段に制限されるのに連動してインバー
タ装置の交流電流が電流制限手段で制限される。従って
、コンバータ装置からインバータ装置への電力の供給が
制限されると、それに連動して、インバータ装置から負
荷への電力の供給が制限され、また、逆に、回生時にコ
ンバータ装置から電源への電力の回生が制限されるとそ
れに連動して負荷からインバータ装置への電力の回生が
制限され、コンバータ装置の供給可能な電力で負荷が駆
動されるため、直流母線の電圧の低下、上昇が防止され
、インバータ及びコンバータ装置は安定に制御される。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第３
図と同一部分は同一符号を付して示す第１図において、
（３１）はコンバータ装置（５）の制御回路において、
三相正弦波基準信号（１０ａ）、　（ｌｏｂ）　。

（１０ｃ）の振幅を決定する電流制御増幅器（９）の出
力信号（９ａ）の制限器であり、制限値は例えば電力変
換素子の電流耐量の特性により設定される。

（３２）はインバータ装置（２）の制御回路において、
三相正弦波発生器（２４）から出力される三相正弦波発
生器（２４ａ）　、　（２４ｂ）　、　（２４ｃ）の振
幅を決定する電流指令発生器（２３）の出力信号（２３
ｂ）の制限器であり、制限値は後述する制限値設定器（
３４）により設定される。（３３）は電流制御増幅器（
９）の出力信号（９ａ）が制限器（３１）で制限された
ことを検出するリミッタ検出器、（３４）はリミッタ検
出器（３３）の出力信号（３３ａ）により、電流制御増
幅器（９）の出力信号（９ａ）が制限器（３１）で制限
された時、その時の電流指令発生器（２３）の出力信号
（２３ｂ）を制限器（３２）の制限値として設定すると
共に、上記出力信号（９ａ）が制限器（３１）で制限さ
れない時、電力変換素子の電流耐量の特性により設定さ
れる所定の制限値に設定する制限値設定器である。

次に、動作について第２図に示すフローチャートに従い
説明する。リミッタ検出器（３３）は、制限器（３１）
において電流制御増幅器（９）の出力信号（９ａ）が電
力変換素子の電流耐量の特性により設定された制限値で
制限されたか否かを判別し出力信号（３３ａ）を出力す
る（ステップ５２１　）。次に制限値設定器（３４）は
、リミッタ検出器（３３）の出力信号（３３ａ）により
、上記出力信号（９ａ）が制限器（３１）で制限された
場合、制限された時の出力信号（２３ｂ）を検出し、更
にその出力信号（２３ｂ）を制限器（３２）の制限値と
して設定する（ステップ５２２，５２３　）。

また、上記出力信号（９ａ）が制限器（３１）で制限さ
れない場合（ステップ５２１）、電力変換素子の電流耐
量の特性により設定される所定の制限値に設定する（ス
テップ５２４）。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、コンバータ装置の交
流電流が電流制限手段に制限されるのに連動してインバ
ータ装置の交流電流が電流制限手段で制限されるため、
コンバータ装置からインバータ装置への電力の供給が制
限されるとそれに連動して、インバータ装置から負荷へ
の電力の供給が制限される。また、逆に、回生時にコン
バータ装置から電源への電力の供給が制限されるとそれ
に連動して、負荷からインバータ装置への電力の供給が
制限され、コンバータ装置の供給可能な電力で負荷が駆
動される。従って、直流母線の電圧の低下、上昇が防止
され、インバータ及びコンバータ装置は安定に制御され
、精度が高く安価なものが得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるＰＷＭ電力変換装置
を示すブロック図、第２図はこの発明の一実施例の動作
を示すフローチャート、第３図は従来のＰＷＭ電力変換
装置を示すブロック図、第４図は電圧電流波形である。 （１）は訪導電動機、（２）はインバータ装置、（５）
はコンバータ装置、（６）は三相交流電源、（９）は電
圧制御増幅器、（２３）は電流指令発生器、（３１）　
（３２）は制限器、（３３）はリミッタ検出器、（３４
）は制限値設定器。 尚、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　交流電源に交流リアクトルを介して接続されたスイッ
   チング素子と並列ダイオードを含む第１の電力変換器と
   、上記第１の電力変換器に平滑コンデンサを介して接続
   されたスイッチング素子と並列ダイオードを含む第２の
   電力変換器を有し、上記交流電源からの交流電力を上記
   第１の電力変換器を介して直流電力に変換し、更に上記
   第２の電力変換器を介して所定の周波数と電圧の交流電
   力に変換するＰＷＭ電力変換装置において、上記第１の
   電力変換器の交流側の電流を指令する第１の電流指令発
   生手段と、その電流指令の大きさを所定の値に制限する
   第１の制限手段と、その電流指令の大きさが上記第１の
   制限手段で制限されたことを検出するリミッタ検出手段
   と、上記第２の電力変換器の交流側の電流を指令する第
   ２の電流指令発生手段と、その電流指令の大きさを制限
   する第２の制限手段と、上記リミッタ検出手段により上
   記第１の電力変換器の電流指令の大きさが上記第１の制
   限手段で制限されたことを検出すると、その時の上記第
   ２の電力変換器の交流側の電流指令の大きさを上記第２
   の制限値として設定する制限値設定手段とを備えたこと
   を特徴とするＰＷＭ電力変換装置。