JPH0634586B2 - 電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置

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JPH0634586B2
JPH0634586B2 JP60210134A JP21013485A JPH0634586B2 JP H0634586 B2 JPH0634586 B2 JP H0634586B2 JP 60210134 A JP60210134 A JP 60210134A JP 21013485 A JP21013485 A JP 21013485A JP H0634586 B2 JPH0634586 B2 JP H0634586B2
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【発明の詳細な説明】 〔発明の技術的分野〕 本発明は、改良した制御方法によってPWM制御(パル
ス幅変調制御)を行なう電力変換装置に関するものであ
る。
〔発明の技術的背景と問題点〕
電圧形インバータは、その出力電圧を可変する手段とし
てインバータ入力の直流電圧を可変することにより行な
う方法、いわゆるPAM制御。直流電圧を一定にしてお
き、出力の電圧をパルス状に分割してパルスの幅を可変
することにより平均値的に出力電圧を可変してやるPW
M制御(パルス幅変調制御)が代表的である。しかしな
がらPAM制御は可変直流電源が必要なこと、及びPW
M制御は、その制御方式によっては出力電流を正弦波に
制御可能なことから一般的にPWM制御が用いられてい
る。PWM制御による出力電圧の可変方法を第4図によ
り説明する。PWM制御の方法として第4図に示すよう
に搬送波Sと変調波Sの差の極性でパルスSを作
り、このパルスSを電圧形インバータの主スイッチン
グ素子へ通電信号として与える。出力電圧はパルスS
の幅によって決まり、搬送波Sの最大値Scpと変調波
の最大値SMPの比(SCP:SMP)を変調率Kとす
ると、変調率Kが1に近ずくにつれパルスSのそれ
ぞれの幅が広くなり、出力電圧としては最大値に近ずく
ことになる。第4図において、パルス幅tは変調率K
が1に近ずくにつれて小さくなることに注目すると、
主スイッチング素子の通電幅が小さくなり最後には通電
幅が零になることを意味している。すなわち、出力電圧
を最大にするには、主スイッチング素子の通電幅が零方
向に移行することになる。
ところで、電圧形インバータの主スイッチング素子とし
ては、自己消弧形の電力素子が用いられ、例えばゲート
ターンオフサイリスタ(GTO),トランジスタ,電力
用FET,強制転流回路を有したサイリスタ等が用いら
れている。これらの自己消弧形の電力素子においては、
素子そのものの特性や付随する回路等から主スイッチン
グ素子として通電,非通電できる最小の時間に制限をも
っている。すなわち、PWM制御を行ない主スイッチン
グ素子へ通電信号を与えても主スイッチング素子として
は、これ以上通電幅を小さくできない限界を有してい
る。従がって第4図におけるパルス幅tは、これ以上
小さくできない限度がある。その最小限度のパルス幅は
主スイッチング素子の特性や付随回路によって決まる。
出力電圧は、パルス幅tを小さくするほど高くなるこ
とから、最小限度のパルス幅を必要とすることは出力電
圧の低下を意味し、PWM制御により出力電圧を可変す
るにも最小限度パルス幅近くでは上記制限により制御不
能になる。PWM制御を用いて全範囲出力電圧を可変す
るようにするには、出力電圧最大近くで、上記最小限度
パルス幅にならないように充分に余裕を必要とする。こ
のことは最大出力電圧時にパルス幅tを広く確保する
ことになり出力電圧を能力以下に低下させて用いること
になり変換装置容量を充分に活用することができなかっ
た。
〔発明の目的〕
本発明の目的は前記問題点を除去するために成されたも
ので、電力変換装置が最大出力を出すポイントにおいて
電力変換装置の容量を最大限に活用することにより経済
的な容量で制御的に安定した高性能な電力変換装置を提
供することにある。
〔発明の概要〕
前記目的達成のためには、主スイッチング素子の通電幅
を決めるPWM制御回路において、定められている主ス
イッチング素子の最小通電幅を監視しながらPWM制御
の結果、最小通電幅以下の通電幅を必要としても主スイ
ッチング素子には最小通電幅そのものを与える。すなわ
ち、PWM制御に対して最小通電幅で制限を加え、通電
幅に制限を加えたことにより発生する出力の低下、ある
いは制御の不安定は出力電圧の高さ、すなわち、インバ
ータ入力の直流電圧を可変するPAM制御を並用するこ
とにより目的を達成できる。
〔発明の実施例〕
本発明の一実施例について第1図によって構成を説明す
る。第1図において交流電源11は整流回路12を介し
て直流電源に変換され、リアクトル13、及びコンデン
サ14のフィルタ回路を通してインバータ回路15に接
続されている。インバータ回路15では後述する制御回
路により可変周波数の交流を出力して負荷となる誘導電
動機16を駆動している。制御回路は設定器21により
与えられる速度基準信号が直流電圧基準発生器22を介
して直流電圧基準Eref が得られる。電圧基準信号E
ref は直流電圧検出器26によって検出されたインバー
タ回路15の入力である直流電圧信号を帰還信号として
電圧制御回路25によって比較増幅されて位相基準信号
を出力する。この位相基準信号と変圧器28を介して得
られる交流電源11の電圧位相を入力した位相制御回路
29により整流回路12を構成するサイリスタへゲート
パルスを与える。整流回路12は、サイリスタによって
構成されたサイリスタ整流回路であり、その出力から見
ればサイリスタの点弧タイミングを適当に制御すること
によりインバータ回路15へ入力する直流電圧を可変す
ることができ、いわゆる可変直流電源を構成している。
一方、電力変換装置としての可変電圧可変周波数は速度
基準より周波数基準発生器33,出力電圧基準発生器3
4を介してそれぞれ周波数基準ref 及び出力電圧基準
ref が得られ、PWM制御回路32に与えられ、出力
周波数,出力電圧がPWM制御により決められる。PW
M制御回路32の出力はインバータ回路15を構成して
いる主スイッチング素子へ通電信号を与えるゲートパル
ス発生器31へ与えられ、ゲートパルスが作られてい
る。
通電幅監視回路35は、PWM制御回路32の出力信号
を入力してインバータ回路15の主スイッチング素子へ
与える通電幅を監視している。この通電幅監視回路35
は、定められた通電幅以下の信号がPWM制御回路32
から出力されると、出力電圧基準発生器34に制限信号
con を与え、かつ直流電圧基準発生器22へ補正信号
coN を与えることによりPWM制御回路35の出力が
定められた通電幅以下にならないようにする。
次に、第2図により本実施例の作用を説明する。第2図
(a)は速度基準から得られた周波数基準ref で時間T
で最大周波数及び最大出力電圧で変換装置として最大
出力のポイントである。(b)はインバータ回路15に与
える直流電圧基準Eref で時間Tまでは一定値を
保っている。(e)出力電圧基準Vref である。すなわ
ち、出力電圧基準Vref は第4図によって説明したPW
M制御における変調率Kである。変調率Kを出力電
圧基準Vref により要求される出力電圧となるように変
化させている。ここで、第4図にて説明したように時間
にてPWM制御の結果、主スイッチング素子へ与え
る通電幅が定められた制限の値に到達し、それを通電幅
監視回路35が検出し、TからTの間にそれぞれ
(d)に示した直流電圧補正信号econ 及び出力電圧制限
信号vcon が直流電圧基準Eref に加えられる。第2図
(b)及び(c)のTからTの間のΔE及びΔvは補正さ
れた結果のTにおける値である。
すなわち、時間TからTの間で、PWM制御による
出力電圧の制御は定められた制限の通電幅を維持し、か
つ出力周波数を最大値まで出力し、PWM制御における
最大出力電圧を出力している。また、PWM制御に対し
て制限が与えられ不足した出力電圧は直流電圧を制御す
ることにより、変換装置の出力電圧としては満足されて
いる。いわゆる時間TからTの間では、PAM制御
とPWM制御が並用して変換装置の出力電圧を制御して
いる。
以上説明した実施例によれば、PWM制御の使用範囲を
制限値に固定したまま、出力電圧はPAM制御により補
なうことにより、インバータ回路の主スイッチング素子
は能力最大に通電し、変換装置としても最大の出力で運
転できる。また、PWM制御により制限された分を補な
うPAM制御は、第2図(b)補正量ΔEで表わされるよ
うに非常に小さい補正量である。すなわち、PAM制御
で補正する量は主スイッチング素子の最小通電幅の分で
あり、その量は出力電圧に対しては充分に小さいからで
ある。
本発明の他の実施例としては、例えば第1図における通
電幅監視回路35はPWM制御回路32の出力ではな
く、インバータ回路15の出力電圧を直接監視すことに
よっても本発明の効果には変わりがない。その構成例を
第3図に示す。第1図の実施例と異なる点はトランス2
3からの出力電圧信号を通電幅監視回路35に与えるこ
とであり、他は第1図の構成と同じである。
また、第1図,第3図にて説明した実施例において直流
可変電圧を得る手段としてサイスタを使用した整流回路
を例としたが、本発明の目的から、直流電圧を制御でき
る別の直流電源、例えばバッテリー等の直流電源にチョ
ッパ回路等を付加した構成でも同様の効果となる。
〔発明の効果〕
以上の説明から、PWM制御における能力を制限値で使
用し、不足分をPAM制御により補なうことにより、 1)電力変換装置の容量を最大限に活用することができ
るため経済的な装置とすることできる。尚、本発明によ
り装置の容量を大きくする必要もない。
2)PWM制御に制限が加えられても、出力電圧の制御
はPAM制御にて行なうが前述のごとく、その量は非常
に小さく、制御的な応答性も失なうことなく制御できる
ため安定した高性能の出力電圧制御が可能な電力変換装
置である。
以上の様な特徴をもった電力変換装置を提供することが
できる。
【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図は本発
明の動作を説明するための図、第3図は本発明の他の実
施例を示す構成図、第4図はPWM制御を説明する概念
図である。 11……交流電源、12……整流回路、13……リアク
トル、14……コンデンサ、15……インバータ回路、
16……誘導電動機、21……設定器、22……直流電
圧基準発生器、25……電圧制御回路、26……直流電
圧検出器、28……変圧器、29……位相制御回路、3
1……ゲートパルス発生器、32……PWM制御回路、
33……周波数基準発生器、34……出力電圧基準発生
器、35……通電幅監視回路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】主スイッチング素子の通電幅を可変するこ
    とにより、出力の電力を可変するパルス幅変調制御方式
    の電力変換装置において、出力のパルス幅、あるいは出
    力のパルス幅に対応する信号から、主スイッチング素子
    の通電幅を検出し、検出した主スイッチング素子の通電
    幅が定められた通電幅以下にならないようにパルス幅変
    調制御回路に制限を加えることにより、主スイッチング
    素子の通電幅を定められた値を越えないように固定し、
    固定したことにより発生する過不足電力分を出力のパル
    ス高さを制御し、過不足電力分を補なうことを特徴とし
    た電力変換装置。
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