JPH10117481A - Ｐｗｍ制御自励式整流装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】自励式整流器のＰＷＭ制御の際に、従来より低
い直流電圧で動作する制御方法を提供する。 【解決手段】電流調節器２５，２６，２７それぞれの出
力である各相の電圧指令値を６０°の区間ごとにＰＷＭ
信号発生器２８のＰＷＭ信号の振幅と該電圧指令値の
内、その絶対値が最大の相の電圧指令値とから補正指令
値を求め、この補正指令値とそれぞれの相の電圧指令値
とを加算した値の新たな電圧指令値を電圧指令値変換回
路４１で演算し、これらの新たな電圧指令値と前記ＰＷ
Ｍ信号とにより比較器２９にてＰＷＭ制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、商用電源の交流
電力を３相の自励式整流器により直流電力に変換して負
荷に給電するＰＷＭ制御自励式整流装置の制御方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、この種のＰＷＭ制御自励式整流
装置の従来例を示すブロック構成図である。図５におい
て、１は商用電源、１０はＰＷＭ制御自励式整流装置、
２はＰＷＭ制御自励式整流装置１０の出力に接続される
インバータなどの負荷である。

【０００３】ＰＷＭ制御自励式整流装置１０は、ＩＧＢ
Ｔなどの自己消弧形半導体素子とダイオードとを逆並列
し、これをブリッジ接続した自励式整流器の主回路１
１、自励式整流器の交流リアクトル１２、自励式整流器
の出力の平滑用のコンデンサ１３、商用電源１の相電圧
を検出する相電圧検出器１４、商用電源１のＲ相の相電
圧を絶縁変換する絶縁変換器１５、絶縁変換器１５を介
した商用電源１のＲ相の相電圧の位相に同期した角度信
号（θ，θ＝０°〜３６０°）を発生する角度信号発生
手段１６、該角度信号（θ）に基づいた正弦波を発生す
る正弦波発生器１７、該角度信号に１２０°を加算した
値（θ₁ ）に基づいた正弦波を発生する正弦波発生器１
８、電圧設定器１９の電圧設定値とコンデンサ１３の両
端の直流電圧を絶縁変換器２０を介して検出した電圧検
出値との偏差により電圧調節動作をする電圧調節器２
１、電圧調節器２１の出力と正弦波発生器１７の出力と
を乗算器２２で乗算して得られるＲ相電流設定値（ｉ_R
^* ）と電圧調節器２１の出力と正弦波発生器１８の出力
とを乗算器２３で乗算して得られるＴ相電流設定値（ｉ
_T ^* ）とからＳ相電流設定値（ｉ_S ^* ）を求め、このｉ
_R ^* ，ｉ_S ^* ，ｉ_T ^* と電流検出器２４で得られたＲ相
電流検出値（ｉ_R ），Ｓ相電流検出値（ｉ_S ），Ｔ相電
流設定値（ｉ_T ）とのそれぞれの偏差を電流調節器２
５，２６，２７で調節演算をし、電流調節器２５，２
６，２７それぞれの出力である各相の電圧指令値（ｖ_R
^* ，ｖ_S ^* ，ｖ_T ^* ）とキャリア信号発生器２８の出力
とにより比較器２９においてパルス幅変調（ＰＷＭ）制
御を行い、この比較器２９の出力をゲート駆動回路３０
により自励式整流器の主回路１１のそれぞれの自己消弧
形半導体素子にゲート信号を与える構成である。

【０００４】上述のＰＷＭ制御自励式整流装置１０は周
知の技術を用いたものであり、ここでは詳細動作の説明
を省略する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のＰＷＭ制御自励
式整流装置１０の制御方法によると、この自励式整流装
置の採用の目的である負荷２から商用電源１への電力の
回生を行えること及び商用電源１から見た力率をほぼ１
にすることなどから、自励式整流器の主回路１１の入力
交流電流を前記目的に沿った制御をするためには、キャ
リア信号発生器２８の出力の振幅を１とすると前述の各
相の電圧指令値（ｖ_R ^* ，ｖ_S ^* ，ｖ_T ^*）の振幅は１
以下にすることが望ましい。

【０００６】例えば、商用電源１を３φ４４０Ｖ（Ａ
Ｃ）とすると、ＰＷＭ制御自励式整流装置１０の出力の
定常状態での直流電圧が６８０Ｖ（ＤＣ）程度が望まし
く、この直流電圧より得られる上述の制御方法による交
流電圧は２４０Ｖ（ＡＣ）となり、一方、前記商用電源
１の相電圧は２５４Ｖ（ＡＣ）であることから、電流調
節器２５，２６，２７がこの電圧差に起因して飽和状態
になることがあり、その結果、自励式整流器の主回路１
１の入力交流電流が歪み、該入力交流電流の高調波成分
が増加するという問題があった。

【０００７】この発明の目的は、上記問題点を解決する
ＰＷＭ制御自励式整流装置の制御方法を提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】商用電源の交流電力を３
相の自励式整流器により直流電力に変換して負荷に給電
する自励式整流装置であって、前記自励式整流器の出力
の直流電圧を検出し、この直流電圧が所定の値になるよ
うに電圧の調節演算をし、この電圧の調節演算により得
られた電流指令値（直流量）と前記商用電源の位相に同
期した角度信号とにより各相電流指令値（交流量）を演
算し、この各相電流指令値に追従するように前記商用電
源の各相電流を検出して電流の調節演算をし、この各相
の電流の調節演算により得られた各相の電圧指令値（交
流量）とキャリア信号とによりＰＷＭ制御された各相ゲ
ート信号を生成し、この各相ゲート信号により前記自励
式整流器の自己消弧形半導体素子を制御するＰＷＭ制御
自励式整流装置の制御方法において、この第１の発明
は、前記各相の電圧指令値（交流量）の内のいずれかの
相の零位相を基準として６０°（電気角）ごとの期間に
分割し、それぞれの６０°期間中の各相の電圧指令値
（交流量）のうちその絶対値が最大である相の電圧指令
値を、該電圧指令値の極性と同一極性の前記キャリア信
号の振幅値から減算し、この減算値に所定の係数を乗じ
た補助指令値を求め、この６０°期間中のそれぞれの相
の新たな電圧指令値は、当該する相の電圧指令値（交流
量）と前記補助指令値とを加算した値とし、前記各相の
新たな電圧指令値と前記キャリア信号とによりＰＷＭ制
御された新たな各相ゲート信号を生成し、また第２の発
明は、前記各相の電圧指令値（交流量）の内のいずれか
の相の零位相を基準として、該電圧指令値の３倍の周波
数で所定の振幅を有する補助正弦波信号を生成し、それ
ぞれの相の新たな電圧指令値は、当該する相の電圧指令
値（交流量）と前記補助正弦波信号とを加算した値と
し、前記各相の新たな電圧指令値と前記キャリア信号と
によりＰＷＭ制御された新たな各相ゲート信号を生成す
る。

【０００９】この発明の制御方法によれば、自励式整流
器が発生する交流電圧の線間電圧を正弦波に保つ条件
で、後述の数式で得られる補助指令値または前記３倍の
周波数の補助正弦波信号を、従来の制御方法の各相の電
圧指令値（交流量）に加算した値を新たな各相の電圧指
令値とすることで、より低い直流電圧から所望の交流電
圧を得ることが可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、この発明の第１の実施例
を示すＰＷＭ制御自励式整流装置のブロックであり、図
５に示した従来例と同一機能を有するものには同一符号
を付して説明を省略する。図１において、ＰＷＭ制御自
励式整流装置４０には、電流調節器２５，２６，２７そ
れぞれの出力である各相の電圧指令値（ｖ_R ^* ，
ｖ_S ^* ，ｖ_T ^* ）の内のいずれかの相の零位相を基準と
して６０°（電気角）ごとの期間に分割し、それぞれの
６０°期間中の各相の電圧指令値（ｖ_R ^* ，ｖ_S ^* ，ｖ
_T ^* ）の内、その絶対値が最大である相の電圧指令値
（ｖ_R ^* ，ｖ_S ^* ，ｖ_T ^* ）を、この相の電圧指令値
（ｖ_R ^* ，ｖ_S ^* ，ｖ_T ^* ）の極性と同一極性のキャリ
ア信号の振幅値から減算し、この減算値に所定の係数を
乗じた補助指令値Ｖ₀ を求め、該６０°期間中のそれぞ
れの相の新たな電圧指令値（ｖ_RR ^* ，ｖ_SS ^* ，ｖ_TT ^* ）
は、当該する電圧指令値（ｖ_R ^* ，ｖ_S ^* ，ｖ_T ^* ）と
前記補助指令値Ｖ₀ とを加算した値とする電圧指令値変
換回路４１を備えている。

【００１１】図２は、この電圧指令値変換回路４１の動
作を説明する説明図である。図２において、電圧指令値
変換回路４１には図２（イ）に示す如く正弦波状の電圧
指令値（ｖ_R ^* ，ｖ_S ^* ，ｖ_T ^* ）が入力され、この図
の場合には、電圧指令値（ｖ_R ^* ）の零位相を基準とし
て６０°ごとの期間に分割している。電圧指令値（ｖ_R
^* ）の０°〜６０°の期間では、電圧指令値（ｖ_S ^* ）
の絶対値が残りの電圧指令値（ｖ_R ^* ，ｖ_T ^* ）より大
きいので、この期間の補助電圧指令値Ｖ₀ はキァリア信
号の振幅を±αとすると、式（１）で表される。

【００１２】

【数１】Ｖ₀ ＝Ｋ₀ ×（−α−ｖ_S ^* ） …（１） ここで、Ｋ₀ は比例定数である。同様に、電圧指令値
（ｖ_R ^* ）の６０°〜１２０°の期間の前記Ｖ₀ は、式
（２）で表される。

【００１３】

【数２】Ｖ₀ ＝Ｋ₀ ×（α−ｖ_R ^* ） …（２） 同様に、電圧指令値（ｖ_R ^* ）の１２０°〜１８０°の
期間の前記Ｖ₀ は、式（３）で表される。

【００１４】

【数３】Ｖ₀ ＝Ｋ₀ ×（−α−ｖ_T ^* ） …（３） 同様に、電圧指令値（ｖ_R ^* ）の１８０°〜２４０°の
期間の前記Ｖ₀ は、式（４）で表される。

【００１５】

【数４】Ｖ₀ ＝Ｋ₀ ×（α−ｖ_S ^* ） …（４） 同様に、電圧指令値（ｖ_R ^* ）の２４０°〜３００°の
期間の前記Ｖ₀ は、式（５）で表される。

【００１６】

【数５】Ｖ₀ ＝Ｋ₀ ×（−α−ｖ_R ^* ） …（５） 同様に、電圧指令値（ｖ_R ^* ）の３００°〜３６０°の
期間の前記Ｖ₀ は、式（６）で表される。

【００１７】

【数６】Ｖ₀ ＝Ｋ₀ ×（α−ｖ_T ^* ） …（６） 図２（ハ）に示す如く、上記式（１）〜式（６）で求め
た各期間の補助電圧指令値Ｖ₀ とそれぞれの期間の電圧
指令値（ｖ_R ^* ，ｖ_S ^* ，ｖ_T ^* ）とを加算した値から
図２（ロ）に示すような波形が得られ、この波形の新た
な電圧指令値（ｖ_RR ^* ，ｖ_SS ^* ，ｖ_TT ^* ）とキャリア信
号発生器２８の出力とを比較器２９に入力してＰＷＭ制
御を行うようにしている。

【００１８】この第１の実施例の制御方法は、前記式
（１）〜式（６）に示す補助電圧指令値Ｖ₀ を求める簡
単な加算演算と、６０°の期間ごとに求めたＶ₀ に電圧
指令値（ｖ_R ^* ，ｖ_S ^* ，ｖ_T ^* ）を加算する簡単な加
算演算とにより実施できる。また、前記式（１）〜式
（６）に示した比例定数Ｋ₀ は、キァリア信号の振幅
（±α）を１とすると、Ｋ₀ ＝１．５程度が実用上好適
であり、新たな電圧指令値から得られる線間電圧はそれ
ぞれの相電圧の差であるから、正弦波状の波形となり、
より低い直流電圧から所望の交流電圧を得ることが可能
である。

【００１９】図３は、この発明の第２の実施例を示すＰ
ＷＭ制御自励式整流装置のブロックであり、図５に示し
た従来例と同一機能を有するものには同一符号を付して
説明を省略する。図３において、ＰＷＭ制御自励式整流
装置５０には、電流調節器２５，２６，２７それぞれの
出力である各相の電圧指令値（ｖ_R ^* ，ｖ_S ^* ，
ｖ_T ^* ）に、例えば、電圧指令値（ｖ_R ^* ）に同期した
３倍の周波数で所定の振幅を有する補助正弦波信号を生
成し、それぞれの相の新たな電圧指令値（ｖ_RR ^* ，ｖ_SS
^* ，ｖ_TT ^* ）は、当該する相の電圧指令値（ｖ_R ^* ，ｖ
_S ^* ，ｖ_T ^* ）と前記補助正弦波信号とを加算する電圧
指令値変換回路５１を備えている。

【００２０】図４は、この電圧指令値変換回路５１の動
作を説明する説明図である。図４において、電圧指令値
変換回路５１には図４（イ）に示す如く正弦波状の電圧
指令値（ｖ_R ^* ，ｖ_S ^* ，ｖ_T ^* ）が入力され、図４
（ハ）に示す如く、電圧指令値（ｖ_R ^* ）の零位相を基
準として３倍の周波数で所定の振幅を有する補助正弦波
信号（Ｖ₁ ，式（７）参照）を生成し、この補助正弦波
信号Ｖ₁ と電圧令値（ｖ_R ^* ，ｖ_S ^* ，ｖ_T ^* ）とを加
算した値から図４（ロ）に示すような波形が得られ、こ
の波形の新たな電圧指令値（ｖ_RR ^* ，ｖ_SS ^* ，ｖ_TT ^* ）
とキャリア信号発生器２８の出力とを比較器２９に入力
してＰＷＭ制御を行うようにしている。

【００２１】この第２の実施例の制御方法では、先ず、
角度信号発生手段１６の出力の角度信号θから、例え
ば、ＲＯＭテーブルなどにより式（７）に示す補助正弦
波信号（Ｖ₁ ）を生成する。

【００２２】

【数７】Ｖ₁ ＝Ｋ₁ ×ｓｉｎ（３・θ） …（７） ここで、Ｋ₁ はＶ₁ の振幅を決める比例定数である。式
（７）に示すＶ₁ に電圧指令値（ｖ_R ^* ，ｖ_S ^* ，ｖ_T
^* ）を加算する簡単な加算演算により新たな電圧指令値
（ｖ_RR ^* ，ｖ_SS ^* ，ｖ_TT ^* ）が得られる。

【００２３】また、前記式（７）示した比例定数Ｋ
₁ は、キァリア信号の振幅（±α）を１とすると、Ｋ₁
＝０．３程度が実用上好適であり、新たな電圧指令値か
ら得られる線間電圧はそれぞれの相電圧の差であるか
ら、正弦波状の波形となり、より低い直流電圧から所望
の交流電圧を得ることが可能である。

【００２４】

【発明の効果】この発明によれば、ＰＷＭ制御自励式整
流装置の出力の直流電圧から商用電源が所望する交流電
圧を得るためには、前記直流電圧を従来の制御方法に比
して低く設定することが簡単な加算演算で可能となり、
その結果、ＰＷＭ制御自励式整流装置の低価格化，小型
化に寄与できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例を示すＰＷＭ制御自励
式整流装置のブロック構成図

【図２】図１の動作を説明する説明図

【図３】この発明の第２の実施例を示すＰＷＭ制御自励
式整流装置のブロック構成図

【図４】図３の動作を説明する説明図

【図５】従来例を示すＰＷＭ制御自励式整流装置のブロ
ック構成図

【符号の説明】

１…商用電源、２…負荷、１０，４０，５０…ＰＷＭ制
御自励式整流装置、１１…自励式整流器の主回路、１２
…交流リアクトル、１３…コンデンサ、１４…相電圧検
出器、１５，２０…絶縁変換器、１６…角度信号発生手
段、１７，１８…正弦波発生器、１９…電圧設定器、２
１…電圧調節器、２２，２３…乗算器、２４…電流検出
器、２５〜２７…電流調節器、２８…キャリア信号発生
器、２９…比較器、３０…ゲート駆動回路、４１，５１
…電圧指令値変換回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】商用電源の交流電力を３相の自励式整流器
   により直流電力に変換して負荷に給電する自励式整流装
   置であって、 前記自励式整流器の出力の直流電圧を検出し、この直流
   電圧が所定の値になるように電圧の調節演算をし、この
   電圧の調節演算により得られた電流指令値（直流量）と
   前記商用電源の位相に同期した角度信号とにより各相電
   流指令値（交流量）を演算し、この各相電流指令値に追
   従するように前記商用電源の各相電流を検出して電流の
   調節演算をし、この各相の電流の調節演算により得られ
   た各相の電圧指令値（交流量）とキャリア信号とにより
   ＰＷＭ制御された各相ゲート信号を生成し、この各相ゲ
   ート信号により前記自励式整流器の自己消弧形半導体素
   子を制御するＰＷＭ制御自励式整流装置の制御方法にお
   いて、 前記各相の電圧指令値（交流量）の内のいずれかの相の
   零位相を基準として６０°（電気角）ごとの期間に分割
   し、 それぞれの６０°期間中の各相の電圧指令値（交流量）
   のうちその絶対値が最大である相の電圧指令値を、該電
   圧指令値の極性と同一極性の前記キャリア信号の振幅値
   から減算し、この減算値に所定の係数を乗じた補助指令
   値を求め、 この６０°期間中のそれぞれの相の新たな電圧指令値
   は、当該する相の電圧指令値（交流量）と前記補助指令
   値とを加算した値とし、 前記各相の新たな電圧指令値と前記キャリア信号とによ
   りＰＷＭ制御された新たな各相ゲート信号を生成するこ
   とを特徴とするＰＷＭ制御自励式整流装置の制御方法。
2. 【請求項２】商用電源の交流電力を３相の自励式整流器
   により直流電力に変換して負荷に給電する自励式整流装
   置であって、 前記自励式整流器の出力の直流電圧を検出し、この直流
   電圧が所定の値になるように電圧の調節演算をし、この
   電圧の調節演算により得られた電流指令値（直流量）と
   前記商用電源の位相に同期した角度信号とにより各相電
   流指令値（交流量）を演算し、この各相電流指令値に追
   従するように前記商用電源の各相電流を検出して電流の
   調節演算をし、この各相の電流の調節演算により得られ
   た各相の電圧指令値（交流量）とキャリア信号とにより
   ＰＷＭ制御された各相ゲート信号を生成し、この各相ゲ
   ート信号により前記自励式整流器の自己消弧形半導体素
   子を制御するＰＷＭ制御自励式整流装置の制御方法にお
   いて、 前記各相の電圧指令値（交流量）の内のいずれかの相の
   零位相を基準として、該電圧指令値の３倍の周波数で所
   定の振幅を有する補助正弦波信号を生成し、 それぞれの相の新たな電圧指令値は、当該する相の電圧
   指令値（交流量）と前記補助正弦波信号とを加算した値
   とし、 前記各相の新たな電圧指令値と前記キャリア信号とによ
   りＰＷＭ制御された新たな各相ゲート信号を生成するこ
   とを特徴とするＰＷＭ制御自励式整流装置の制御方法。