JPH08275531A - 静止型電力変換装置 - Google Patents

静止型電力変換装置

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JPH08275531A
JPH08275531A JP9622695A JP9622695A JPH08275531A JP H08275531 A JPH08275531 A JP H08275531A JP 9622695 A JP9622695 A JP 9622695A JP 9622695 A JP9622695 A JP 9622695A JP H08275531 A JPH08275531 A JP H08275531A
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Yoshiaki Kamimura
吉明 上村
Takeshi Shioda
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 PWM変換器を内蔵した静止型電力変換装置
において、PWM変換器の交流入力回路にトランスを設
けることなく、PWM変換器直流出力を交流電源電圧の
波高値以下に抑制し、かつ、電源から見た力率を100
%にする静止型電力変換装置。 【構成】 PWM変換器入力交流側に接続されたリアク
トルの電源側に進相コンデンサを設け、このコンデンサ
に流れる電流に等しく、電源電圧に対して90゜遅れ位
相の無効電流指令信号を出力する手段と、直流出力電圧
の設定値と実際値の偏差信号に交流電源電圧を掛けた積
を有効電流指令信号とする手段と、それらを加算して電
流指令信号とする手段と、電流指令信号に応じてゲート
信号を出力する手段より構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、交流電源から見た力率
を100%にし、しかも、入力交流電圧をトランス等で
降圧することなく、静止型電力変換装置の負荷にかかる
電圧を低くすることを可能にした静止型電力変換装置に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】PWM変換器のパルス幅変調制御を行
い、交流電源から供給される電流、または、交流電源に
回生する電流を正弦波電流にし、かつ、力率を100%
にする場合、従来より行われている方法では、PWM変
換器の交流入力電圧は交流電源電圧より高くなる。以
下、その詳細を図3および図4を用いて説明する。
【0003】図3は、従来の静止型電力変換装置の主回
路構成図であり、1は交流電源、2は静止型電力変換装
置、21はPWM変換器、22は交流電源1とPWM変換器
21の間に挿入されたリアクトル、23はPWM変換器21の
直流側に接続され、フィルタとして作用する直流コンデ
ンサである。PWM変換器21はオン・オフ可能な半導体
素子と、該半導体素子と逆並列に接続されたダイオード
から構成され、三相ブリッジ回路として接続されてい
る。
【0004】図4は図3の交流電源1の電圧Eと、PW
M変換器21の交流入力電圧Vと,PWM変換器21の交流
入力電流Iの関係を示すベクトル図であり、(a)は順
変換動作の場合、(b)は逆変換動作の場合を示す。
(a)あるいは(b)に示すように、PWM変換器21に
交流電源1から供給される電流I、または、交流電源1
に回生する電流Iは、交流電源1の電圧Eと同位相ある
いは逆位相になるように制御することにより電源から見
た力率を100%にすることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図4
(a)、(b)のいずれにおいても、PWM変換器21の
交流入力電圧Vはリアクトル22の両端電圧XIにより、
交流電源1の電圧より大きくなる。このため、PWM変
換器21の出力電圧も高くなる。PWM変換器21の負荷と
して、VVVFインバータ(図示せず)など半導体素子
を使用した装置を使用すると、半導体素子のスイッチン
グ動作に伴い、サージ電圧が発生するが、PWM変換器
21の出力電圧が高いため、サージ電圧も高くなってしま
うという不具合がある。
【0006】また、VVVFインバータにより電動機
(図示せず)を駆動するような場合、VVVFインバー
タから電動機までのケーブルの長さによっては、さらに
大きなサージ電圧が電動機に加わり、既設の電動機の中
には巻線の絶縁破壊に至るものもあった。また、VVV
Fインバータを構成する半導体素子の破損や、直流側に
接続される直流コンデンサ23等も耐圧的に苦しくなると
言う不具合があった。
【0007】このような不具合を解消するために、半導
体素子や直流コンデンサを高耐圧品にしたり、電動機の
絶縁レベルを変えたり、あるいは、電源側にトランスを
設けてPWM変換器の入力電圧を下げて使用していた
が、コストが高くなり、重量も増加するという不具合が
あった。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、かかる不具合
を解消するためになされたものであり、その目的とする
ところは、高耐圧半導体素子や絶縁レベルの高い電動機
の使用、あるいはトランスを用いるなどの特別な対策を
しないで、PWM変換器の入力電圧を交流入力電圧以下
にし、かつ、交流電源から見た力率を100%にする静
止型電力変換装置を提供することにある。
【0009】本発明の静止型電力変換装置は、オン・オ
フ可能な半導体素子および、それと逆並列に接続される
ダイオードにより構成されるPWM変換器と、該PWM
変換器の交流側に直列に接続されるリアクトルと、該リ
アクトルの交流電源側に接続される進相コンデンサと、
前記交流電源電圧を検出する手段と、前記直流出力電圧
の設定値と実際値を比較して電圧偏差信号を出力する手
段と、前記交流電源電圧に対し位相が90゜遅れ、か
つ、前記進相コンデンサに流れる電流に等しく、かつ、
逆位相の無効電流指令信号を出力する手段と、前記電圧
偏差信号と前記交流電源電圧との積により有効電流指令
信号を出力する手段と、該有効電流指令信号と前記無効
電流指令信号を加算して電流指令信号を出力する手段
と、該電流指令信号に応じて前記PWM変換器の点弧制
御を行う手段より構成される。
【0010】
【作用】図2は本発明の原理を示すベクトル図であり、
(a)はPWM変換器が順変換領域で動作する場合のベ
クトル図である。図中Ifは、交流電源より進相コンデ
ンサに流入する進相分電流、Ipは直流出力の電圧偏差
信号ΔVに比例した有効分電流(電源電圧の同相電流成
分)、Iqは大きさが進相分電流Ifに等しく、かつ電
源電圧に対して90゜位相の遅れた無効分電流(したが
って、進相分電流Ifより180゜位相の遅れた電流成
分)である。
【0011】すなわち、このような電流成分IpとIq
の合成成分がPWM変換器に流入するようにPWM変換
器を制御することにより、リアクトル22には交流電源電
圧に対して位相の遅れた電流Icが流れることになる。
PWM変換器に入力される電圧は交流電源電圧から遅れ
電流Icによるリアクタンスドロップ分を差し引いた電
圧が加わるので、図2(a)に示すように交流電源電圧
Eよりも低い電圧Vが加わることになる。
【0012】図2(b)はPWM変換器を逆変換領域で
動作させた場合のベクトル図で、この場合はIpが交流
電源電圧に対して180゜位相がずれるが、PWM変換
器に入力される電圧は図2(b)に示す通りであり、図
2(a)の場合と同様に交流電源電圧Eよりも低い電圧
Vが加わることになる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の詳細を図1により説明する。
図中、3は静止型電力変換装置、4は静止型電力変換装
置の負荷であり、電動機を駆動するVVVFインバータ
などが接続される。31は進相コンデンサ、32は交流電圧
検出器、33は変流器、34は電圧設定回路、35は直流電圧
検出器、36は電圧比較器、37は掛算器、38は無効電流指
令回路、39は加算器、40は比較器、41はゲート回路、42
は変流器である。なお、図3と同一部分については同一
符号を付した。
【0014】図1において、電圧設定回路34の設定値V
sと直流電圧検出器35で検出した実際値Vdは電圧比較
器36で比較され、電圧偏差信号ΔVが出力される。図2
に示す有効分電流Ipの大きさは、この電圧偏差信号Δ
Vによって制御され、PWM変換器21の出力に接続され
ているフィルタ用直流コンデンサ23の充放電を行い、ま
た、PWM変換器の負荷に電流が供給される。掛算器37
は、交流電圧検出器32で検出した交流電源電圧Esと電
圧偏差信号ΔVを入力とし、それらの積を有効電流指令
信号Spとして加算器37に出力する。無効電流指令回路
38は、交流電源電圧Esと進相コンデンサ31に流れる電
流Ifの検出信号Sfを入力とし、電流Ifと同じ大き
さを有し、交流電源電圧Esに対して位相が90゜遅れ
た無効分電流Iqを流すための無効電流指令信号Sqを
加算器39に出力する。
【0015】加算器39は有効電流指令信号Spと無効電
流指令信号Sqを加算し、電流指令信号Sを比較器40に
出力する。比較器40は変流器33で検出したPWM変換器
21の入力電流Icの検出信号Scと加算器39より入力さ
れた電流指令信号Sを比較し、電流指令信号Sに検出信
号Scが追従するようにPWM信号Gsをゲート回路41
に出力する。ゲート回路41はPWM信号Gsに基づいて
PWM変換器21の半導体素子にゲート信号Gを出力す
る。
【0016】
【発明の効果】以上の実施例で詳細について説明したよ
うに、交流電源から見た力率を100%に保ちながら、
PWM変換器の交流入力電圧を交流電源電圧よりも下げ
ることができるので、静止型電力変換装置の出力直流電
圧は交流電源電圧の波高値よりも低くすることができ、
軽量で安価な静止型電力変換装置を提供することができ
るようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の実施例を示す回路図である。
【図2】図2は本発明の原理を説明するためのベクトル
図である。
【図3】図3は静止型電力変換装置の従来の主回路構成
図である。
【図4】図4は図3の動作原理を説明するためのベクト
ル図である。
【符号の説明】
1 交流電源 2 静止型電力変換装置 3 静止型電力変換装置 4 負荷 21 PWM変換器 22 リアクトル 23 直流コンデンサ 31 進相コンデンサ 32 交流電圧検出器 33 変流器 34 電圧設定回路 35 直流電圧検出器 36 電圧比較器 37 掛算器 38 無効電流指令回路 39 加算器 40 比較器 41 ゲート回路 42 変流器

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流電源電圧を直流電圧に変換するPW
    M変換器と、該PWM変換器の交流側に直列に接続され
    るリアクトルと、該リアクトルの交流電源側に接続され
    る進相コンデンサと、前記交流電源電圧を検出する手段
    と、前記直流出力電圧の設定値と実際値を比較して電圧
    偏差信号を出力する手段と、前記交流電源電圧に対して
    位相が90゜遅れ、かつ、前記進相コンデンサに流れる
    電流に等しい無効電流指令信号を出力する手段と、前記
    電圧偏差信号と前記交流電源電圧との積により有効電流
    指令信号を出力する手段と、該有効電流指令信号と前記
    無効電流指令信号を加算して電流指令信号を出力する手
    段と、該電流指令信号に応じて前記PWM変換器の点弧
    制御を行う手段とを備えた静止型電力変換装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005229723A (ja) * 2004-02-13 2005-08-25 Toyo Electric Mfg Co Ltd 交流/直流コンバータの無効電流制御装置

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