JPS5840428B2 - コウリユウノキユウデンセイギヨホウシキ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はインバータによる交流の給電制御方式に関し
、瞬時的給電電気量の波形を刻々追値制御する断続給電
方式の改良に係り、特に瞬時的制御の応答速度を損なう
ことなく、断続周期及び脈動成分の同期化を行なったも
のである。

従来、インバータのパルス幅変調制御方式として、■基
準電圧波形パターンとキャリア（三角波など）波形とを
比較してパルス幅変調信号を得、これに基づいて固体ス
イッチを制御する方式、■複数個の時間比のパルス幅変
調信号から所定順序で選択分配して上記■と同等パルス
幅変調信号を得る方式、■瞬時給電電気量（電流や電圧
）を検出して上限値と下限値との間を往復するように目
利２値制御（バングバング制御）する方式が周知である
。

しかるに前記■■の方式は、給電電圧が所定基準波形パ
ターンに対応し、負荷変動による過電流を生じる欠点が
あった。

又、わずかの直流分電圧（パルス幅変調手段のアンバラ
ンスや固体スイッチのアンバランス等による）で大きな
直流分電流を生じる欠点があった。

又、逆にそれらの欠点を除去するための手段が非常に複
雑となる欠点があった。

前記■は制御系の応答速度が早いので過電流に対して対
処し易い長所があるが、多相負荷の場合に各相がランダ
ムに作動して、脈動成分が大きい欠点があった。

又同一脈動量にするのに要する固体スイッチの断続スイ
ッチング回数が多くなる欠点があった。

あるいは各相間の相互干渉で出力波形の乱れを生ずる欠
点があった。

この発明は、前述従来の欠点を解消すべく、応答速度が
早く且つ脈動成分の小さい（あるいは所要脈動回数の少
ない）給電制御方式を提供することを特徴とする特に多
相給電制御に適した上記方式を提供することを目的とす
る。

更に、特に過電流や直流分発生の恐れのない多相交流電
流給電制御方式を提供することを目的とする。

第１図は、この発明の一実施例を示す構成図で、１００
は直流電源、２００はインバータ、２ｕｐ〜２ＷＮは固
体スイッチ手段、４ｕ〜４Ｗは電流検出手段、３００は
交流負荷、５は給電電気量の追値目標値であってその周
期波形基準量０し〜Ｒｗ ）を与える基準波形発生手段
、６はレベル出力（論理出力）形コンパレーク、７は同
期信号Ｓｙの発生手段である。

同図において、レベルコンパレーク６は、例えば第２図
ａに示す如く増幅要素６１（演算増幅素子、コンパレー
タ用増幅素子、差動増幅素子など、ＩＣＡｍｐ類、トラ
ンジスタル叩類）を主体とした回路網Ｒ１〜Ｒ５，６１
，６２や論理素子６３などにより構成できる。

レベルコンパレータ６の機能図は第２図す、ｃのように
なり、加え合せ点（加減算手段）６４，６４ａ、６４ｂ
とコンパレータ（出力はＰレベルとＮレベルの二つの状
態をもつ）６５とからなる。

この他、同期信号Ｓｙの加え合せ点ｓ 、 ’ｓは各種
の変形が可能で例えば、第１図の基準量Ｒｕ −Ｒｗに
加え合せる方法、給電電気量検出量ｉｕ−ｉｗに加え合
せる方法などである。

あるいは、同期信号Ｓｙが論理信号である場合はコンパ
レータレベル出力回路に介挿し、論理的に操作すること
ができる。

第２図ａ −ｃのアナログ同期信号介挿法では、第２図
ｄの（１）の実線三角波Ｓｙ１、同図点線鋸歯状波５ｙ
２ｔ （ｉｉ）回正弦波Ｓｙ３の如き各種交流分を含む
同期信号を用いることができ、それらの発生手段（発振
器類）を同期信号発生手段７に採用できる。

第１図において固体スイッチ２は第２図ｅ、ｆの如く、
前置増幅手段（絶縁増幅、ゲート増幅器、ベース駆動増
幅器など）２１と電力トランジスタ２２又はサイリスタ
２４と、ダイオード２３とを主体として構成できる。

さて第１図において、同期信号Ｓｙを与えないものは前
述従来の■の実施例に相当する。

この場合、各相毎に給電電流ｉｕ−ｉｗが夫々基準量Ｒ
−〜Ｒｗと比較され、各相給電電流は夫々ｉｕはＲｕ±
△ｉ、ｉｖはＲｖ±Δｉ、ｉｗはＲｗ±△ｉノ範囲で断
続追値制御される。

この偏差△ｉは電流検出器４ｕ〜４ｗの遅れ時間や、コ
ンパレータの作動遅れ時間及びヒステリシス巾や、固体
スイッチ手段のスイッチング遅れ時間などに依存した脈
動振巾である。

しかしこの場合各相が別々の閉ループを持ち、個別的に
作動するので各相相互間の協調動作がとれず、同一脈動
電流△ｉに対するスイッチング回数が多くなる。

他方において、三相負荷では（ｉＬｌ＋ｉｖ＋１ｕ）＝
ｏなる拘束条件や、相間の電磁結合が入るため、完全な
各相独立性も保たれず、互いに相互干渉を生じ、不確定
制御状態になる。

以下第５図〜第８図により従来の■の実施例におけるバ
ングバング制御を用いて電流制御を行なった場合を説明
する。

第５図は回路例を示すもので、４は電流検出器、２２Ｐ
、２２Ｎは正側及び負側トランジスタ、２３は環流ダ
イオード、６５はコンパレーク、Ｚは負荷である。

電流指令信号ｉｓと実負荷電流を検出した電流帰還信号
げとを入力とし、ヒステリシスを有するコンパレータ６
５によって得られる制御信号で正負トランジスタ２２Ｐ
、２２Ｎを交互にオンオフ制御を行ない、所望電流を負
荷に供給している。

第６図は、瞬時における動作波形を示している。

ａ・は電流指令信号ｉｓで一定とする。

ｂは電流帰還信号ｉｆでリップル波高値は△Ｉになる。

Ｃは負荷Ｚの電圧■２を示しｄは抵抗端子電圧■Ｒであ
る。

従ってインダクタンスＬの端子電圧ｖｌは、負荷電圧■
より抵抗端子電圧Ｖ□を差し引いたものであるからｅ
に示す波形になる。

第６図で示される正側トランジスタオン周期Ｔｐ、負側
トランジスタオン周期ＴＮ、パルス巾変調周期ＴＣ、パ
ルス巾変調周波数ｆｃは電流リップル値△■を一定とす
れば（１）〜（４）式で示すことができる。

負荷電流に応じてパルス巾変調周波数ｆｃはかなり変動
することがわかる。

パルス巾変調周期Ｔｃに対する正側トランジスタオン周
期Ｔｐの比を通流比αとすれば、（５）式に示すように
通流比αも負荷電流に応じて変動することがわかる。

第７図は前記（１）〜（５）式の特性説明図である。

ａは電流指令信号ｉｓに対するパルス巾変調周波数ｆｃ
の特性でＯの時最大変調周波数ｆＣＭＡＸとなる。

ｂは電流指令信号ｉｓに対する通流比αの変化を示して
いる。

ｃ、ｄ、ｅはａ、ｂの特性を有する制御回路のタイムチ
ャートを示しており、電流指令信号ｉｓに対するパルス
巾変調周波数ｆｃと通流比αとの変化を示している。

実負荷電流におけるリップル値は△Ｉでその周波数と増
加時、減少時の比率は変調周波数ｆｃと通流比αとから
決定される。

一定交流電流を給電した場合、出力交流−周期内で変調
周波数ｆｃ及び通流比αは大巾に変化することがわかる
。

第８図は三相負荷に給電した場合のタイムチャート図で
ある。

三相交流を給電している瞬時についての１例を示してい
る。

各相電流指令をｉｕｓ 、 ｉｖｓ 。ｉｗｓ とす
る。

三相平衡負荷条件より三相電流の総和は零となるため ｉ ｕ ｓ ＝ −１ｙ３ ｉｗｓ ＝ Ｏの場合
である。

定リップル△■で制御する場合、各相の変調周波数ｆＣ
と通流比αは各相電流（瞬時値）に応じて独立に決定さ
れる。

この場合、各相電圧波形はｄ−ｆの様になる。

刻々の電流指令変化に対しては瞬時に応答しようとする
が負荷時定数で決定される応答になることは言うまでも
ない。

この発明では、同期信号Ｓｙを介挿する。

これにより、上記不確性をもつ系に同期した一種の外乱
が入るため、各相の断続周期がこの同期信号ｓｙに引き
込まれる。

換言すれば同期信号ｓｙの同期を基調（ダクト）として
、時間比率が各相毎に変化し、前述従来例■の作用（キ
ャリアによる変調作用）が重畳される。

特に第２図ｄに示した如き交流外同期信号をコンパレー
タ入力量（Ｓ、Ｓ’、ｉｕ−ｉｗ、Ｒｕ−Ｒｗ） へ介
挿することにより、同期時間比変調作用と瞬時応答作用
とが理想的に両立する。

そして、瞬時応答作用は電流検出器４やコンパレータ６
や固体スイッチ２の応答速度次第なので、極めて応答の
早い電流制御特性ひいては過電流制限特性を得ることが
できる。

以下同期信号として第２図ｄの三角波Ｓｙ１を介挿した
場合の同時時間比変調作用と瞬時応答作用を第９図〜第
１２図について説明する。

第９図は同期信号として三角波を用いた場合の説明図で
ある。

三角波の瞬時電圧Ｖｃと、電流偏差ｉεとが決定される
とコンパレータ入力点電位は■ｃＩで示される。

図中Ｃは負荷電圧ｖｚ、抵抗分電圧Ｒｉを示している。

前記従来例と同様インダクタンス分電圧■ｔはｄで示さ
れる。

ｅは実負荷電流ｉを示している。

このように同期信号として三角波を用いれば三角波と同
期したオンオフ時間制御ができる。

なお図中Ｔｐは正側トランジスタオン周期、ＴＮは負側
トランジスタオン同期、Ｔｃは変調同期である。

正側オン時の電流変化、負側オン時の電流変化は、（６
Ｘ７）式で表わされる。

各々絶対値は等しくなり電流指令信号と負荷電流平均値
とが等しくなる。

（８Ｘ９） （１０）式は前記従来例の場合と同様にキ
ャリア周期、正側オン周期、負側オン周期とを示してい
る。

他方抵抗端子電圧は通流比αを用いて示すと（１１）式
となる。

従って電流リップルは（１２）式で示される。

次に電流と通流比との関係は（１３）式％式％ 第１０図は（１２）（１３）式で表した電流瞬時値に対
する通流比及び電流リップルの特性を示している。

第１１図は単相給電時の電流、抵抗端子電圧、通流比、
電流リップルとを示している。

この方式は同期信号である三角波により変調周期が決定
され、負荷電流変化に対し電流リップルが変動する。

第１２図は三相給電時の各部波形を示している。

図中ａ、ｂ、ｃはコンパレーク入力電位である。

図中ｉεｕ−ｉεＷは電流偏差信号である。

その結果各相出力電圧Ｖｕ’−ｏ −Ｖｖｖ’−ｏはｄ
、ｅ、ｆ、各相電流ｉｕ−ｉｗはｇ、ｈ、ｔの如くなる
。

同期信号である三角波を加算することにより、変調同期
は電流変化に対して変動しなくなり一定になる。

そして通流比の変化によってリップル値が変動すること
になる。

このようにこの発明においては第２図ｄのような同期信
号を加えることにより、各相の変調周期が同一になり、
各相通流化がそれぞれ異なり所望の電流値に制御できる
。

ところで瞬時応答作用については電流偏差信号が同期信
号振幅より大きくなれば、コレパレータは同期信号によ
り変調周期が決定されなくなる。

すなわち負荷電圧は正の飽和か負の飽和の電圧となり、
負荷時定数で決定される電流の増減がなされる。

そして電流偏差信号が減少してくれば同期信号で決定さ
れる変調周期による出力電圧が給電される。

従って瞬時応答作用については前記従来例と同じである
が、各相変調周期が一定で同期化される。

第３図は第１図実施例の変形で、３相の内の一相分の電
流検出器４ｗ及び基準波形信号Ｒｗを省略簡単化したも
のである。

即ち、ｉｗ＝−（ｉＬｌ＋ｉ ｖ ） 、 Ｒｗ−−（
ＲＬＪ＋ Ｒｖ ）である三相の性質を利用し、これら
の加減算及び極性操作をコンパレーク入力回路（単に入
力抵抗の追加や、接続端子極性の変更などでよい）で行
ったものである。

第４図は、この発明の他の一実施例を示す図で、給電電
圧瞬時値を給電電流制御と同様に行ったものである。

即ち、電流検出器４の代りに電圧検出器８を設け、その
検出出力Ｖ−〜ｖｗを基準波形Ｒｕ〜Ｒｗと比較し、追
値断続制御したものである。

同図実施例は、中性点ｎｕを分圧器８１ｐ。

８１Ｎで作り、フィルタリング分圧器８３ｕ。

８４Ｌｌ〜８３Ｗ、８４Ｗで各相出力電圧瞬時値（平均
実質的給電電圧波形）を検出したものである。

中性点分圧器８１ ｐ ＋ ８１ Ｎはなくてもよいが
、相間相互干渉を軽減できる。

又、交流負荷３００の中性点を利用してもよい。

又、検出変圧器を用いて検出してもよく、この検出変圧
器のり一ケージインダクタンスと二次側並列接続コンデ
ンサとでフィルタリング作用をもたせてもよい。

あるいは又、定周波交流給電装置では負荷３００のため
の主回路交流フィルタリング出力電圧を検出してもよい
。

これらフィルタリング要素は断続制御を行なう上で、閉
ループに必要な時間遅れ要素である。

前述第１図実施例では負荷３００のインダクタンスが電
流を遅らせてフィルタリング作用を持つ。

以上、この発明によれば、交流給電電気量の制御の応答
速度が極めて早く、負荷変動に対してその制御量（電流
又は電圧）の変動を生じない。

しかも、同期信号の介挿により断続（バンクバンク）制
御系が同期化される。

特に多相交流給電において、各相が同期的に時間比変調
されて、同−脈動量に対する固体スイッチのスイッチン
グ所要回数が軽減される。

又、各相間の相互干渉による波形の乱れも軽減される。

【図面の簡単な説明】

第１図、第３図、第４図はこの発明の夫々一実施例を示
す図、第２図はこの発明に用いる要素の補足説明図、第
５図〜第８図は従来例の動作説明図、第９図〜第１２図
はこの発明の一実施例の動作説明図である。 図において、１００は直流電源、２００はインバータ、
２は固体スイッチ手段、４は給電電流検出器、３００は
交流負荷、５は基準波形発生手段、６はレベルコンパレ
ータ、７は同期信号発生器、８は給電電圧検出器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 直流電源から交流負荷へ交流を給電するための固体
   スイッチを担持するインバータと、上記負荷への給電電
   気量を検出する検出手段と、上記給電電気量の周期波形
   基準量を与える基準波形発生手段と、上記周期波形基準
   量と上記検出出力量とを比較して上記固体スイッチに比
   較出力信号を与え上記周期波形基準量に追値して上記給
   電電気量波形を断続給電制御するレベル出力コンパレー
   タと、さらに上記検出手段、上記基準波形発生手段、上
   記レベル出力コンパレークおよび上記インパークからな
   る追値制御閉ループの上記レベル出力コンパレークの入
   力量へ周期信号を重畳させる同期信号発生手段とを備え
   てなる交流の給電制御方式。 ２ 上記周期信号発生手段の上記周期信号は少なくとも
   交流外を含有する交流信号に構成してなる特許請求の範
   囲第１項記載の交流の給電制御方式。