JPH0561655B2 - - Google Patents

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JPH0561655B2
JPH0561655B2 JP58100720A JP10072083A JPH0561655B2 JP H0561655 B2 JPH0561655 B2 JP H0561655B2 JP 58100720 A JP58100720 A JP 58100720A JP 10072083 A JP10072083 A JP 10072083A JP H0561655 B2 JPH0561655 B2 JP H0561655B2
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JP
Japan
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voltage
signal
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pwm converter
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JP58100720A
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JPS59226662A (ja
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Toshiaki Okuyama
Yuzuru Kubota
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/02Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal
    • H02M7/04Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/145Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/155Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は交流電源電圧を直流電圧に変換する
PWM変換器の制御装置に関する。
〔発明の背景〕
トランジスタやゲートターンオフサイリスタな
どの自己消弧素子を用いたPWM変換器は周知の
ところである。PWM変換器の交流入力端をリア
クトルを介して交流電源に接続し、交流電源電圧
を基準にして交流入力電圧の大きさと位相を瞬時
制御すると入力電流の大きさと位相を制御でき
る。それ故、PWM変換器が交流電源から供給さ
れる有効電力を任意に調節することができる。有
効電力はPWM変換器によつて直流電力に変換さ
れるため、直流出力電圧(電流)を所望値に制御
することができることになる。
ところで、PWM変換器を構成する自己消弧素
子にはそれぞれ帰還用のダイオードが逆並列接続
されている。PWM変換器のパルス幅変調制御を
行うためには、直流出力電圧を交流電源電圧のダ
イオード整流電圧より大きくしなければならな
い。何故ならば、直流電圧が交流電源電圧のダイ
オード整流電圧より低下すると、PWM変換器の
帰還用ダイオードによつて直流電力が供給される
ようになりパルス幅変調制御が不能になるからで
ある。
一方、PWM変換器の直流側に接続される負荷
によつては直流電圧が交流電源電圧のダイオード
整流電圧相当あるいはそれ以下であることを要求
される。負荷がインバータの場合、素子の電圧破
壊を防止するために必要となる。
このように、PWM変換器を順変換器として用
いた場合、直流電圧を交流電源電圧のダイオード
整流電圧相当にすることが強く要望されている。
〔発明の目的〕
本発明は上記点に対処して成されたもので、そ
の目的とするところはPWM変換器の直流側電圧
を交流電源電圧のダイオード整流電圧以下にでき
るPWM変換器の制御装置を提供することにあ
る。
〔発明の概要〕
本発明は、リアクトルを介して交流電源に接続
され、該交流電源の電圧を直流電圧に変換する自
己消弧形スイツチング素子を用いてなるPWM変
換器と、該PWM変換器の直流出力端子間に接続
されるコンデンサと、前記直流電圧の設定値と実
際値を比較しその偏差に応じた信号を出力する電
圧比較器と、前記PWM変換器の交流入力電流の
無効分の大きさの指令値を出力する無効電流指令
手段と、前記交流電源の電圧に対して同位相及び
90゜位相差の各信号を検出する手段と、前記同位
相信号と前記直流電圧偏差に応じた信号に基づい
て有効分指令信号を出力する手段と、前記90゜位
相差信号と前記無効電流指令手段の指令値に基づ
いて無効分指令信号を出力する手段と、前記有効
分指令信号と無効分指令信号より電流指令信号を
出力する電流指令手段と、前記電流指令信号に応
じて前記PWM変換器のスイツチング素子の点弧
制御を行なう点弧制御手段とを具備するPWM変
換器の制御装置において、 前記無効電流指令手段の前記指令値は、前記交
流入力電圧の設定値と実際値の偏差に応じて出力
されることを特徴とする。
また、他の発明は前記PWM変換器の制御装置
と同一構成において、前記無効電流指令手段の前
記指令値は、前記直流電圧の設定値に応じて出力
されることを特徴とする。
〔発明の実施例〕
第1図に本発明の一実施例を示す。
第1図において、PWM変換器1はリアクトル
Lを介して交流電源ACに接続される。PWM変
換器1は例えば第2図に示すように、ゲートター
ンオフサイリスタGTOをグレーツ結線し、GTO
に帰還ダイオードFDが逆並列接続される構成と
なつている。PWM変換器1の直流出力端子間に
は負荷11と平滑コンデンサCが接続される。コ
ンデンサCの両端電圧(PWM変換器1の直流出
力電圧)は電圧検出器15で検出される。変換器
1の直流出力電圧の大きさを設定する直流電圧設
定回路2の設定値Vsと電圧検出器15で検出し
た実際値V0は電圧比較器3に図示の極性で加え
られる。電圧比較器3の出力信号ΔVは乗算器5
の入力となる。変換器1の交流入力電圧の大きさ
を設定する交流電圧設定回路6の設定値(直流信
号)Etsと交流入力電圧の大きさを検出する電圧
検出器7の検出値Et0は電圧比較器8に図示の極
性で加えられる。電圧比較器8の出力信号(直流
信号)ΔEは乗算器9に入力される。変圧器4は
交流電源ACの交流電源電圧(相電圧)Eを検出
し、電圧Eと同相信号E1および90゜位相の遅れた
90゜位相差信号E2を出力する。同相信号E1は乗算
器5に入力され、90゜位相差信号E2は乗算器9に
入力される。乗算器5は同相信号E1と直流電圧
偏差に応じた信号ΔVを掛算し、電源電流Iの電
源電圧Eに対して同位相の有効分電流指令信号I1
を出力する。また、乗算器9は90゜位相差信号E2
と交流電圧偏差に応じた信号ΔEを掛算し、電源
電圧Eに対し90゜だけ位相の遅れた無効分電流指
令信号I2を出力する。加算器10は両電流指令信
号I1とI2をベクトル加算し電流指令信号Ipを比較
器12に図示の極性で与える。変換器1の交流入
力電流Iは変流器11で検出される。比較器12
はヒステリシス特性を有するもので、電流指令信
号Ipと検出値Iの偏差によつてPWM信号を発生
しゲート回路10に加える。
なお、第1図は1相分のみを示しており、部品
番号4,5および9〜13は他の2相分必要であ
るが図示を省略している。
次に、第1図の動作を説明する前に本発明の理
解を容易にするためPWM変換器の変換動作の原
理を説明する。
第3図は交流電源ACと変換器1とを簡略化し
て示したもので、Eは交流電源電圧、Etは変換
器1の交流入力電圧およびIは交流入力電流を示
す。
第4図は電圧E,Etと電流Iの関係を示すベ
クトル図で、同図aは順変換動作の場合を示し、
同図bは逆変換動作の場合を示す。
第4図から理解できるよう交流入力電圧Etの
大きさと位相を電圧Eを基準にして変化させると
リアクトルLに印加される電圧が変化する。その
結果、交流入力電流Iの大きさと位相が調節さ
れる。第4図は変換器1が力率1.0の運転を行う
場合を示している。図示のように電流Iが電源電
圧Eに同位相(または逆位相)となるよう制御す
ることにより、電源力率1.0の運転が行える。し
かし、その際、入力電圧Etの大きさはリアクト
ルLの電圧降下XIによつて電源電圧Eより大き
くなる。
一方、PWM変換器1は正側と負側のGTOが
交互に導通するものであり、変換器1の交流入力
端には直流電圧の正側、負側電圧が交互に現われ
る。正負の比率はPWM信号に基づき連続的に変
化するので、交流入力電圧Etの基本波は正弦波
状に制御される。このように、交流入力電圧Et
は直流電圧をパルス幅制御して得られるものであ
るため、交流入力電圧Etの基本波の最大値は直
流電圧により制限される。換言すると、直流電圧
V0が不足の場合は前述したPWM信号に基づく動
作を行えず入力電圧Etを所定値に制御すること
ができなくなる。そして、電源力率1.0の運転に
おいては交流入力電圧Etが電流Iの大きさに比
例して上昇することから、直流電圧はそれを見込
んで高く設定する必要がある。
第5図は本発明の原理を示すベクトル図で、a
は順変換動作、bは逆変換動作の場合である。
第5図から明らかなように、順変換動作の場合
は電流Iを電源電圧Eに対して0<<90゜の範
囲で遅れ位相にすることにより、また、逆変換動
作の場合は90゜<<180゜の範囲で遅れ位相に制
御することにより交流入力電圧Etの大きさはリ
アクトルLの電圧降下XIによつて交流電源電圧
Eより低下する。したがつて、直流電圧V0を電
源電圧Eのダイオード整流電圧より小さくするこ
とができる。
以上が本発明の原理であり、この原理を実現す
るための第1図に示す実施例の動作を説明する。
さて、直流電圧設定回路2の設定値Vsと電圧
検出器12で検出した実際値V0は電圧比較器3
で比較される。電圧比較器3の出力信号ΔVは乗
算器5に入力される。乗算器5は変圧器4で検出
した電源電圧Eに対して同位相の信号E1に出力
信号ΔVを掛算し、同位相信号E1の振幅を出力信
号ΔVの大きさに比例して変化させた電流指令信
号I1を出力する。電流指令信号I1は第5図に示す
如く電源電圧Eと同位相であり、電源電流Iの有
効分の大きさを指令するものとなる。一方、交流
電圧設定回路6の設定値Etsと電圧検出器7で検
出した実際値Et0は電圧比較器8で比較され、そ
の偏差に応じた信号ΔEが乗算器9に入力される。
ここで、両電圧設定回路2,6の設定値はVs>
Et0の関係に選定される。乗算器9は電源電圧E
に対し90゜位相差信号E2に出力信号ΔEを掛算し、
90゜位相差信号E2の振幅を出力信号ΔEの大きさに
比例して変化させた電流指令信号I2を出力する。
電流指令信号I2は第5図に示すように電源電圧E
と90゜位相差を持つており、電源電流Iの無効分
の大きさを指令するものとなる。乗算器5,9の
両電流指令信号I1,I2は加算器10で加算され電
流指令信号Ipとなる。電流指令信号Ipと変流器で
検出した交流入力電流Iを比較器12で比較し、
比較器12からPWM信号を得る。PWM変換器
1を比較器12のPWM信号に基づき点弧制御す
ることにより、交流入力電流Iの大きさと位相は
電流指令信号Ipと一致するように制御される。
このようにしてPWM変換器1の制御を行うの
であるが、交流入力電流Iは電流指令信号Ipに比
例するようその瞬時値が制御される。電流指令信
号Ipは有効分電流指令信号I1と無効分電流指令信
号I2のベクトル和である。有効分電流指令信号I1
はその振幅が信号ΔVに比例して変化する。その
ため、交流入力電流Iの有効分I1は信号ΔVに応
じて制御される。PWM変換器1の直流出力電流
は交流入力電流Iの有効分I1に比例する。したが
つて、PWM変換器1の直流出力電流V0は直流電
圧設定回路2に設定された設定値Vsと一致する
ように制御される。一方、無効分電流指令信号I2
はその振幅が信号ΔEに比例して変化する。した
がつて、交流入力電圧Et0は設定値Etsと一致する
ように制御される。
なお、V0>Vsになると信号ΔVが負極性のた
め、有効分電流指令信号I1は交流電源電圧E(同
位相信号E1)と逆位相になる。したがつて、
PWM変換器1は第5図bに示すような逆変換動
作が行われる。以上のようにPWM変換器1の順
変換動作および逆変換動作のいずれの場合にも交
流入力電圧Etの大きさを交流電源電圧Eのダイ
オード整流電圧より小さくできる。結局PWM変
換器1の直流側電圧を交流電源電圧Eのダイオー
ド整流電圧より小さくできる。
その結果、変換器の直流出力電圧を負荷の要求
する電圧に設定することができる。
また、第1図の実施例においては直流電圧設定
値Vsに追従して交流入力電圧設定値Vtsを変化さ
せることにより、直流電圧V0を負荷の要求に応
じて調整することが可能となる。
第6図に本発明の他の実施例を示す。
第6図は直流電圧設定値Vsの大きさに応じて
交流入力電流Iの無効分I2を直接制御するように
したものである。
第6図において第1図と異なるところは直流電
圧設定値Vsに応じて無効分制御信号I2を出力す
る無効電流指令回路16を設け、この指令回路1
6の発生する無効分制御信号I2を乗算器9に加え
るようにしたことである。
無効電流指令回路16は第7図に示すように、
直流電圧設定値Vsが所定値Vs2−Vs3のときには
無効電流I2を零にし、所定値Vs2−Vs1の範囲で
無効電流I2を次第に増加するようにする。
このように、第6図の実施例においても第1図
と同様に直流出力電圧V0の大きさを交流電源電
圧Eのダイオード整流電圧より小さくすることが
できる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、PWM変
換器の直流側電圧を交流電源電圧のダイオード整
流電圧よりも小さくすることが可能となる。その
結果として、負荷に印加する直流電圧の大きさを
負荷の耐圧に応じて任意に設定できる。
なお、上述の実施例は電流指令信号と交流入力
電流を比較した電流偏差でPWM信号を得ている
が、電流指令信号と三角波の搬送波とを比較して
PWM信号を得るものであつても同様にして行え
るのは勿論である。
また、PWM変換器はトランジスタとダイオー
ドで構成されるものでもよいことは明らかなこと
である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す構成図、第2
図はPWM変換器の詳細回路、第3図は本発明の
原理を説明するための簡略構成図、第4図、第5
図は本発明の原理を説明するためのベクトル図、
第6図は本発明の他の実施例を示す構成図、第7
図は第6図における無効電流指令回路の特性図で
ある。 1…PWM変換器、2,6…電圧設定回路、
3,8…電圧比較器、5,9…乗算器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 リアクトルを介して交流電源に接続され、該
    交流電源の電圧を直流電圧に変換する自己消弧形
    スイツチング素子を用いてなるPWM変換器と、
    該PWM変換器の直流出力端子間に接続されるコ
    ンデンサと、前記直流電圧の設定値と実際値を比
    較しその偏差に応じた信号を出力する電圧比較器
    と、前記PWM変換器の交流入力電流の無効分の
    大きさの指令値を出力する無効電流指令手段と、
    前記交流電源の電圧に対して同位相及び90゜位相
    差の各信号を検出する手段と、前記同位相信号と
    前記直流電圧偏差に応じた信号に基づいて有効分
    指令信号を出力する手段と、前記90゜位相差信号
    と前記無効電流指令手段の指令値に基づいて無効
    分指令信号を出力する手段と、前記有効分指令信
    号と無効分指令信号より電流指令信号を出力する
    電流指令手段と、前記電流指令信号に応じて前記
    PWM変換器のスイツチング素子の点弧制御を行
    なう点弧制御手段とを具備するPWM変換器の制
    御装置において、 前記無効電流指令手段の前記指令値は、前記交
    流入力電圧の設定値と実際値の偏差に応じて出力
    されることを特徴とするPWM変換器の制御装
    置。 2 リアクトルを介して交流電源に接続され、該
    交流電源の電圧を直流電圧に変換する自己消弧形
    スイツチング素子を用いてなるPWM変換器と、
    該PWM変換器の直流出力端子間に接続されるコ
    ンデンサと、前記直流電圧の設定値と実際値を比
    較しその偏差に応じた信号を出力する電圧比較器
    と、前記PWM変換器の交流入力電流の無効分の
    大きさの指令値を出力する無効電流指令手段と、
    前記交流電源の電圧に対して同位相及び90゜位相
    差の各信号を検出する手段と、前記同位相信号と
    前記直流電圧偏差に応じた信号に基づいて有効分
    指令信号を出力する手段と、前記90゜位相差信号
    と前記無効電流指令手段の指令値に基づいて無効
    分指令信号を出力する手段と、前記有効分指令信
    号と無効分指令信号より電流指令信号を出力する
    電流指令手段と、前記電流指令信号に応じて前記
    PWM変換器のスイツチング素子の点弧制御を行
    なう点弧制御手段とを具備するPWM変換器の制
    御装置において、 前記無効電流指令手段の前記指令値は、前記直
    流電圧の設定値に応じて出力されることを特徴と
    するPWM変換器の制御装置。 3 特許請求の範囲第2項において、 前記無効電流指令手段の出力は、前記直流電圧
    の設定値が所定値以上では零にされることを特徴
    とするPWM変換器の制御装置。
JP10072083A 1983-06-08 1983-06-08 Pwm変換器の制御装置 Granted JPS59226662A (ja)

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JPS59226662A JPS59226662A (ja) 1984-12-19
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