JPH0783608B2 - 電力変換器の制御装置 - Google Patents

電力変換器の制御装置

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JPH0783608B2
JPH0783608B2 JP61010176A JP1017686A JPH0783608B2 JP H0783608 B2 JPH0783608 B2 JP H0783608B2 JP 61010176 A JP61010176 A JP 61010176A JP 1017686 A JP1017686 A JP 1017686A JP H0783608 B2 JPH0783608 B2 JP H0783608B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は交流電力を直流電力に変換する電力変換装置に
係り、特にパルス幅制御方式のコンバータに好適な制御
装置に関する。
〔従来の技術〕
コンバータ装置の力率改善の観点からみると、従来から
種々の提案がなされており、例えば、特開昭56-162976
号公報では、電流しや断機能を有する制御可能な開閉素
子をアームに接続し、パルス幅制御と位相制御とを併用
する方式が、また、昭和58年電気学会全国大会論文集N
o.453ではパルス幅制御のみを用いる方式がそれぞれ提
案されているが、これらは共にコンバータ制御のために
電源電圧との同期が必要である。
ところで、これらの従来技術では、その同期引き込みを
行なう手段として、交流電源電圧の一相が負から正に変
化し、零電圧を横切る際に発生する同期化信号をトリガ
としてパルス列を発生させたり(パルス幅制御のみの場
合)、パルス列発生に先立つて位相制御系を起動させる
など(位相制御も併用する場合)同期化信号に同期して
一連のパルス発生処理を実行する方法が広く用いられて
いた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、上記従来例では、同期化信号が発生した
時に現在どのようなパルス列を発生しているかとは無関
係に強制的に同期化が行われるので、たとえば同期化の
直前で、あるコンバータ素子に点弧指令を発生したもの
の同期化処理によつてすぐ消弧指令を発生しなければな
らないというような状況も十分起こり、コンバータ素子
の破壊防止のため、それに与えるべき最小パルス幅確保
の点から特開昭59-103579号公報に記載のような付加回
路を設ける必要があるなど、システムを構成する上での
簡潔さに欠けるという問題点があつた。
本発明の目的は上記した従来技術の問題点に対処し、新
たな同期化技術により複雑な最小パルス幅確保回路を不
要とすることにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的はパルスパターン発生処理を同期化処理とは非
同期で行いつつ、パルスパターン算出用の位相値を同期
化処理で修正することにより、達成される。
〔作用〕
パルスパターン発生処理は同期化処理とはあたかも無関
係のように動作する。それによつて、パルスパターン発
生処理は同期化を瞬時に行うのではなく、いくばくかの
むだ時間をもつて実行するようになるので、パルス幅確
保回路のような付加回路が不要となる。
〔実施例〕
以下、本発明について、図示の実施例により詳細に説明
する。
第1図は本発明の一実施例で、図において、1は三相の
交流電源、2はコンバータ装置の主スイツチング回路
(以下、単にコンバータという)で、21〜26はその主ス
イツチング素子、3は、コンバータ2の直流出力電流を
検出する電流検出器、4は、負荷の例としてのL−R負
荷、5は、直流電流指令I*の入力端子、6は指令I*と帰
還値ifとの偏差Δiを求める比較器、7は交流電圧レベ
ルを検出する電圧検出器、8は交流電圧値がゼロクロス
した時にパルスを発生する波形整形回路、9はゼロクロ
スパルスU↑発生時にパターン発生装置10内部の周波数
指令ωの積分値格納レジスタの内容を修正する同期化
装置、10はコンバータ2のスイツチング素子21〜26に消
点弧パターンを発生するパターン発生装置、110は電流
偏差Δiに応じて第2の位相指令PH2 *と、通流率指令PU
*を発生する関数発生器、120は電源周波数指令ωを一
定時間ごとに積分し、第1の位相指令PH1 *を作成する一
方、第2の位相指令PH2 *とから総合位相指令θ を作
成する位相作成装置、130は総合位相指令θ の値に
応じてθ が0°〜60°、60°〜120°、120°〜180
°、180°〜240°、240°〜300°、300°〜360°の6つ
の領域のうちどの領域に含まれるかを判定する領域判定
装置、140は判定情報MO、総合位相指令θ 、通流率
指令PU*とからどの素子にどのようなパルスパターンを
与えるべきかを決定する分配装置である。
次にその動作について具体的に示す。なおここでは各装
置をマイクロコンピユータで実現した例を示すので、各
装置の動作はフローチヤートで説明する。
第2図には2つの主な処理である同期化処理90とパター
ン発生処理100の概略フローチヤートを示す。
まず第2図(a)の同期化処理90について説明する。こ
の同期化処理9は電源のゼロクロスパルスU↑によつて
起動されるから、仮に電源に変動等がなく、50Hzの電源
を使用していれば20msecごとにこのサブルーチンが実行
されることになる。このサブルーチンの主な処理は電源
の周波数指令ωを一定時間Δtごとに積分して得られ
る第1の位相指令PH1 *の値を零にリセツトすること(処
理92)にある。より具体的には∫ωΔtが格納される
レジスタ(位相作成装置120内にあるもの)の中味をク
リアすればよい。
もし仮に電源周波数にまつたく変動がなければ、後述す
る総合位相θ の作成処理1200で求める位相PH1 *(周
波数指令ωの積分値)は電源同期化処理が起動した
時、ちようど360°に相当する値になつているはずであ
る。
電源周波数が高くなつた場合を考えると、PH1 *の値が36
0°よりも少し小さな値(たとえば355°)の時に同期化
処理がかけられPH1 *の値が0にリセツトされる。
逆に電源周波数が低くなつた場合にはPH1 *の値は360°
を越えるが、ここでは処理1200の中でPH1 *の値が360°
を越えた場合にはその値を360°に保持するよう動作す
るので、間違つたモードを出力することはない(後述第
8図の300°≦θ <360°に該当するパターンを発生
すべき所を0≦θ <60°に該当するパターンを発生
するようなことはない)。
次に、処理91は外乱に対してこの同期化処理が誤動作し
にくくするための付加処理である。すなわち理想的なゼ
ロクロスパルスが入力される時には位相指令PH1 *は電気
角360°に近づいているはずである。そこで、この実施
例では、位相指令PH1 *の値があまりに360°とかけはな
れた場合に受けつけた割込みは同期化処理を行わずに割
込み待ちにもどるようにしており、この付加処理によつ
て、同期化処理の誤動作を防止することができる。第3
図にこのような現象が発生する場合の一例を示す。同図
(a)は理想的な場合、同じく(b)は誤ゼロクロスパ
ルスが発生する場合である。すなわち、電源電圧波形VU
は常に(a)のような状態にある保障はなく、(b)の
ようにノイズが重畳することは十分考えられ、この誤ゼ
ロクロスパルスによつてそのたびに同期化処理が行われ
れば正常なパターン発生は期待できなくなる。
次に第2図(b)のパターン発生処理100について説明
する。このパターン発生処理100はほぼ一定時間Δtご
とに起動されるタイマ割込みタスクである。このタスク
によつて時間Δtごとにコンバータ素子はON、OFFする
のでコンバータのスイツチング周波数はこの値によつて
決まり、1/Δt(Hz)ということになる。
さらに20msec/Δtが整数となるようにΔtを決め、ゼ
ロクロスパルスに同期するようにタイマ割込みをセツト
し、かつ電源が周波数変動を起こさなければ、このパタ
ーン発生処理は同期化処理と同期して動くことになる
が、周波数変動等は必ず生じるので、このパターン発生
処理は電源とは非同期に起動していると言える。
これら同期化処理とパターン発生処理の両タスクの起動
タイミングを第4図に示す。T1時点の同期化処理はパタ
ーン発生処理に割込んでPH1 *のリセツトを行つている
が、このリセツトがパターン発生処理内のθ 算出の
前であれば同期動作は*1で示すパターン発生処理内で
実行されるが、θ 算出のあとであれば、同期動作は
一タイマ割込み分遅れて*2でパターン発生に反映され
ることになる。また、T2時点でPH1 *のリセツトが行われ
た場合もやはり*3でパターン発生に同期化が反映され
ることになる。
次に処理内容について詳細に説明する。
関数発生器110は第5図に示すように電流偏差Δiに応
じて通流率指令PU*と第2の位相指令PH2 *を発生する関
数発生処理である。このΔiが小さい領域βでは位相制
御が動作し、Δiの絶対値が大きい領域αではパルス幅
制御が動作することになる。さらにここで最小通流率PU
minを設定しているが、この値は前述した最小パルス幅
にリンクする数値である。そしてこの値自体は同期化処
理の影響を受けないので、PU*minを確保すれば付加回路
を用いなくても最小パルス幅を確保できることになる。
勿論パルス幅制御だけで位相制御が不要な用途にはこの
PH2 *が不要となるだけであり、同期化に関する本発明の
本質は影響を受けない。
位相作成装置120の機能は総合位相作成処理1200であ
り、その詳細を第6図に示す。処理1210で前回の位相PH
1 *にゲインk倍した電源周波数指令ωを加算すること
によつて今回の位相PH1 *を求める。処理1220で前回のPH
1 *を今回のPH1 *に書きかえ次の積分の準備をする。処理
1230で今回の第1の位相PH1 *と第2の位相PH2 *より総合
位相θ を求める。ここでωは電源の周波数である
から50Hz又は60Hzである。さらにパルス幅制御だけで位
相制御を行わない場合には処理し23は不要となる。
領域判定装置130の機能はθ を用いて電気角360°の
うちのどの領域のパルスを出したらよいかを判定する処
理1300である。その詳細を第7図に示す。まず処理1310
でθ の値が電気角360°のうちのどの60°区間に存
在するかを(MO)調べる。この判定によつてコンバータ
構成素子のうちΔtの間連続して点弧すべき素子、短絡
すべき素子、短絡素子を消弧し次に点弧すべき第1の点
弧素子、第1の点弧素子を消弧して次に点弧すべき第2
の素子などこのΔt時間の間に消点弧すべき素子が判定
される。さらに処理1320でθ が60°区間のうちのど
のΔt区間に存在するか(St)を調べる。仮にΔt=55
5.6μsecとすると60°区間内には6個のΔt区間のある
ことがわかる。(電源50Hzの場合)このStがわかれば消
点弧時間を検索する際にどのデータテーブルを使用すれ
ばよいかがわかることになる。なおここでは正弦波化
(不等パルス)を実現できる方式を例にとつて説明した
が、等パルスでよい場合にはこの処理1320は不要とな
る。
次に分配装置1400について説明する。まず前述の領域判
定処理1300によつてθ がどの60°領域にいるかがわ
かれば、第8図に示すように消点弧すべき素子がわか
る。次に消点弧の時間がわかればよいのであるが、これ
には通流率指令PU*を用いる。ここでは、θ が0°6
0°区間にある場合を例にとつて説明する。さらにスイ
ツチング周波数を1.8kHzとすると60°区間はさらに6つ
のステージから構成される。ここでθ が第1番目の
ステージにあつたとし、通流率指令PU*=0.6であつたと
仮定すると第9図に示す通流率対消点弧時間テーブルを
参照することにより次の1)〜4)の分配処理内容がわ
かる。
1)素子25をΔtの間常時点弧 2)t<t1の間 短絡用素子22を点弧、21、23、24、26は消弧 3)t1≦t≦t2の間 素子23を点弧、21、22、24、26は消弧 4)t2≦t≦Δtの間 素子21を点弧、22、23、24、26は消弧 このように分配装置140によるパルス分配処理1400では
第10図に流れを示すように処理1410で消点弧すべき素子
を調べ、処理1420でその具体的な時期を調べ、処理1430
で出力ポートにスケジユールを組むことによつてパルス
分配を行うことになる。
このように、以上の実施例によればパターン発生処理は
電源同期化処理によりデータの修正は受けるもののパタ
ーン発生自体には影響を受けないので、パターン発生処
理内で決定した最小パルス幅が同期化処理の影響を受け
て削られるようなことはない。その結果として本実施例
では最小パルス幅確保回路のような付加回路はいつさい
不要となる効果がある。
次に、本発明の他の一実施例を第11図、第12図によつて
説明する。
この実施例は同期化処理として位相PH1 *を一度にリセツ
トするのではなく、徐々に修正するようにした実施例で
ある。そのため、まず第11図(a)に示すように、第2
図の実施例における処理92の代りに処理93を設け、これ
により位相PH1 *の退避を行うとともに修正フラグを立て
るような同期処理とした。一方パターン発生処理では、
第11図(b)に示すようにPH1 *の修正処理1500が追加さ
れている。この修正処理1500の詳細を第12図に示す。処
理1510で修正要求があるかどうかを調べ、NOであれば何
もせず、YESであれば処理1520で修正量Δを求める。そ
して処理1530で修正量Δが十分小さい場合には修正は完
了したとして処理1540で要求フラグをクリアし、まだΔ
が大きい場合には処理1550で位相PH1 **1回分の修正量
ΔPを加算して新たな位相PH1 *を作成するとともに残り
の修正量Δを求めて処理を終る。
この実施例では同期化処理が急峻ではなく、スムーズに
行なわれるので出力電流にシヨツクを生じないという他
の効果がある。
〔発明の効果〕
本発明によればパルス発生処理は同期化処理の直接的な
影響も受けないで同期化を達成できるので、最小パルス
幅確保回路のような付加回路を設けなくともよいという
効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による電力変換器の制御装置の一実施例
を示す全体構成図、第2図は動作説明用のフローチヤー
ト、第3図は同期化処理における誤動作発生の説明図、
第4図は処理起動のタイミングチヤート、第5図は関数
発生処理の特性図、第6図は総合位相作成処理を示すフ
ローチヤート、第7図は領域判定処理を示すフローチヤ
ート、第8図は消点弧すべき素子の説明図、第9図は消
点弧時間の特性図、第10図はパルス分配処理を示すフロ
ーチヤート、第11図は本発明の他の一実施例の動作を示
すフローチヤート、第12図は修正処理を示すフローチヤ
ートである。 9……同期化装置、10……パターン発生装置、110……
関数発生器、120……総合位相作成装置、130……領域判
定装置、140……パルス分配装置、PH1 *……ゼロクロス
からの位相情報、θ……総合位相指令、ω*……周波
数指令、Δt……タイマ割込みインターバル、Δi……
電流偏差、PU*……通流率指令、PH2 *……位相指令。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飛田 敏光 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 上田 茂太 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 高橋 秀明 茨城県勝田市市毛1070番地 株式会社日立 製作所水戸工場内 (56)参考文献 特開 昭60−9383(JP,A)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】主スイッチング素子のPWM制御により、交
    流電源から直流電力を得る方式の電力変換器の制御装置
    において、 上記交流電源電圧の半周期よりも十分に短いほぼ一定の
    短時間の周期ごとに、演算により求めた当該周期が存在
    する前記交流電源における位相データに基づいて、当該
    周期内に発生させるべきPWM制御パルスのパターンを発
    生する手段と、 上記交流電源の電圧を検出する手段と、 この電圧検出手段の出力に基づいて、前記交流電源電圧
    がその特定の位相になる時点を検出する特定位相検出手
    段と、 この特定位相検出手段の出力に応動して、前記パターン
    発生手段内における位相データを、前記特定位相に修正
    する手段と、 前記パターン発生手段の出力に基づき前記主スイッチン
    グ素子にPWM制御信号を供給する手段 を設けたことを特徴とする電力変換器の制御装置。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項において、上記パタ
    ーン発生手段は、上記交流電源の周波数信号を一定時間
    ごとに積分して前記位相データを演算する手段を備えた
    ことを特徴とする電力変換器の制御装置。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第1項において、上記特定
    位相検出手段は、上記交流電源の1相の電圧が負の値か
    ら正の値に変わるゼロクロス時点を検出する手段を備え
    たことを特徴とする電力変換器の制御装置。
JP61010176A 1986-01-22 1986-01-22 電力変換器の制御装置 Expired - Lifetime JPH0783608B2 (ja)

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