JPS5870327A - 電力変換装置の制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は可変周波電力変換装置における電圧または電流
の制御方式に関するものである。

負荷に可変周波数の多相交流を供給する電力変換装置（
例えばサイクロコンバータ）の電圧・電流の瞬時値制御
方法としては、一般に出力周波数と同一周波数の交流指
令値と、それに対応する交流実際値を検出し、両者をＰ
Ｉ調節器に導き、その偏差が零となる様にＰＩ調節器で
各相独立に制御する。しかし、この方式ではＰＩ制御系
が周波数依存性を持つため、出力周波数が高くなると指
令値と実際値との間に振幅差や位相差が生じ、指令値と
実際値とが一致しなくなる欠点がある。

本発明は、この点に鑑みなされたもので、電力変換装置
の出力周波数が高くなっても指令値と実際値との間に振
巾差や位相差が生じないようにすることを目的とするも
のである。

すなわち、上記欠点は電圧または電流をそのまま交流量
として制御することに起因する。従って、これを直流量
に変換して制御できれば上記欠点は除かれることになる
。

ところで、一般に多相交流は、その周波数に同期して回
転する回転座標系に立って観測すれば電圧・電流は直流
量となる。

本発明の特徴は、まず多相交流量を２相交流に変換し、
該２相交流を回転座標系量に変換することにより直流量
とし、この値を所望値に保つ様に制御することにより上
記の如き欠点を除去する点にある。

ここで、本発明の詳細な説明する前に多相交流から２相
交流への変換、および２相交流から回転座標系量への変
換原理について図面を参照して説明する。

第１図はｎ相の交流電流を２相交流に変換する原理を説
明するための原理図、第２図は２相交流量を回転座標系
量へ変換する原理を説明するための原理図、第３図は第
１図の如きｎ相→２相変換原理にもとづいて変換を行な
う座標変換器を示す構成図、第４図は第３図とは逆の変
換を行なう座標変換器を示す構成図である。

ところで、一般に対称多相交流は座標変換により直交す
る各成分及び零相分に分解することができる。すなわち
、第１図に示される如きｎ（ａ　。

ｂ・・・・・・ｎ）相交流電流において、例えばａ相軸
と同軸上にα軸をとり、それと直交する軸をβ軸とする
と、各軸成分ｉα、ｉβおよび零相分ｉ０は、各相電流
瞬時値を！ａ　Ｈ１１）　ｌ　’Ｑ　＋・・・・・・ｉ
ｎとすると、次の演算式で与えられる。

なお、対称交流の場合は１０＝Ｑとなる。上記０式から
も明らかなように、電流ｉα−βは多相交流と同一周波
数で最大値が各相電流の最大値と等しく直交した２相交
流量となる。また、ｉα、ｉβ演算式中の係数ｉは相電
流最大値と２相交流最大値とを等しくするための係数で
ある。この様なｎ相／２相の相数変換は、第３図の如き
公知の座標変換器によって行なうことができる。

すなわち、第３図において１０１−１，１０１−２゜・
・・・・・１０１−ｎはそれぞれ所定のゲインと極性と
を有する演算増巾器であり、１０２は所定のゲインをも
つｎ入力加算器である。したがって、演算増巾器１０１
−１　、１０１−２＝・−１０１−ｎのゲインおよび極
性をそれぞれｃｏｓ−！２−π、ｃｏｓ”、・・・・・
・ｃｏｓＷとｎ　　　　　　ｎ　　　　　　　　　　　
ｎし、加算器１０２のゲインを２／ｒ１とすれば、上記
０式の電流ｉαを演算する回路となり、また同様に演れ
ば、上記０式の電流ｉβを演算する回路となり、したが
って任意のｎ相交流を２相交流に変換することができる
。また、第１図からも明らかなように、α−β軸座標系
からｎ相交流への逆変換も可能で、その場合の演算式は
次の如く与えられる。なお簡単にするためｉ　０　＝　
Ｏとする。

そして、このような相数変換も、第４図の如き公知の座
標変換器によって行なうことができる。

この場合も、第３図と同様に、増巾器１０３−γ（γ−
１，２・・・・・・ｎ）にｃｏｓ　（１−１）２ｎのゲ
インと極性１ をもだせ、かつ増巾器１０４−γ（γ＝１，２・・・・
・・ｎ）に５、。（γ−１）　２ｎ　ｏゲイ、と極性を
もたせ、ユれらを図の如く加算器１０５−１〜１０５−
ｎにて加算することにより、上記０式の演算を行ない各
相電流ｉａ、　ｉｌ）・・・・・・ｉｎを求めるもので
ある。なお、こ〜でも第１図または第３図の場合と同様
にａ相電流ｉａをα軸の電流ｉαに一致させている。

次に、第２図を参照して２相交流を回転座標系へ変換す
る場合について説明する。こ〜では電流を例にとって述
べるが、電圧でも同様である。いま、回転座標系を１−
２軸直交座標系とし、矢印で示される方向に２相交流と
同一の角周波薮ωで回転しているものとする。１−２軸
上の各電流成分！１　、　！２は次の演算式で与えられ
る。

いま、２相電流ｉα、ｉｌを次の様に仮定する（Ｉ、、
ｌ：電流最大値） こ瓦で、０式を０式に代入すると、 ｉｌ＝Ｉｍｃｏｓ（ωｔ＋α）　ｃｏｓωＢ−ＩｒＩ、
５ｉｎ（ωを十α）　ｓｉｎωｔ＝ＩＩＴＩＣＯ３α　
　　　　　　　　　　　　−■ｉ２　＝　−Ｉ　ｍｃｏ
ｓ（Ｏ）ｔ　−トα）　ｓｉｎ　ωｔ　＋　ＩＢ　ｓｉ
ｎ　（ωｔ　−１−α）　ｃｏｓ　ωｔ＝Ｉｍｓｊｎα
　　　　　　　　　　　　　−■となり、電流’１　＋
　ｉ２は角周波数ωに無関係な直流量となる。ここに、
αは基準信号ｃｏｓωｔ、ｓｉｎωｔに対する電流の位
相を定める信号であり、α−〇とするとｉｌ−玩、１２
＝Ｑとなる。また、回転座標系（１−２軸）から固定座
標系（α−β軸）への変換は第２図より次の演算式で与
えられる。

α−β軸／１−２軸および１−２軸／α−β軸への変換
も周知の座標変換器によって行なうことかできる。

第５図は、従来の電力変換装置による電流制御方法を表
わす基本ブロック図である。

同図において、１は各相の電流の大きさを決める電流レ
ベル設定器、２は出力周波数を決定する周波数設定器、
３は周波数設定器２の出力信号ｆ＊で決まる周波数で、
かつ大きさ１の正弦波交流信号ＣＯ３ωｔ、ｓｉｎωｔ
を作る正弦波基準信号発生器で、例えば公知の電圧−周
波数（Ｖ／Ｆ）変換器で構成される。また、この正弦波
基準信号としては負荷１０が回転機器の場合には、回転
機器に取付けられた位置検出器の出力信号を利用するこ
ともできる。

正弦波基準信号は、この基準信号に対する電流の位相を
決める電流位相設定器５の出力信号ωＳα。

ｓｉｎαと共に公知のベクトル回転器４に導かれ、ｃｏ
ｓ（ωｔ＋α）　、５ｉｎ（ωｔ＋α）に変換される。

この信号と電流レベル設定器１の出力信号■。＊とは相
電流指令演算器（例えば掛算器によって構成される。）
６に導かれ、その出力は交流の相電流指令値ｉα＊。

Ｉβ＊となる。電流指令値ｉα＊、１β＊と、電流検出
器９で検出された電流実際値ｉα、ｉβとは、夫々ＰＩ
調節器７によりその偏差が零となる様に制御され、該Ｐ
Ｉ調節器７の各出力信号は電圧指令値ｅα＊。

ｅβ＊とじて変換装置８へ導かれる・ 第６図は本発明の実施例を示す構成図で、第５図の点線
で囲んだ電流制御部分のみが示されている。α−β軸座
標系から１−２軸回転座標系への変換を行なう２相正弦
波基準信号ｓｉｎωｔ、ωＳωｔは第５図の場合と同様
に正弦波基準信号発生器３の出力信号を使用しているが
、これは出力周波数に同期した直交する２相交流信号で
あればよい。この基準信号ｃｏｓωｔ、ｓｉｎωｔはα
−β軸／１−２軸座標変換器１１および１２に導かれる
。一方、交流の電流指令値ｉヶ＊、ｉβ＊はα−β軸／
１−２軸座標変換器１１ａにより直流量の指令値１１＊
　、　Ｉ　２＊に変換される。

また同様に、電流実際値１α、ｉｌもα−β軸／１−２
軸座標変換器１１ｂにより１１　、　ｉ２に変換される
。

指令値、ｌ＊　、　ｉ２＊と実際値ｉ１　、　ｉ２とは
ＰＩ調節器１３によりその偏差が零となる様に制御され
る。

ＰＩ調節器１３の出力ｅｌ＊、ｅ２＊も直流量であるか
ら、１−２軸／α−β軸座標変換器１２により交流の電
圧指令値Ｊ　Ｈｅβ＊に変換され、第５図の場合と同様
に変換装置へ導かれる。この実施例では、ＰＩ調節器の
調節器が出力周波数に関係なく直流量となるから、定常
状態では指令値と実際値は一致し、その結果交流量にお
ける指令値と実際値もまた一致し、従来方式における欠
点を除去することができる。

第７図は第５図の変形例を示す構成図である。

すなわち、第５図の様に電流の大きさＩｍ”および電流
の基準信号との位相信号ｃｏｓα、　ｓｉｎαが与えら
れる場合は、第７図で示す様に公知の座標変換器１１０
により１ｍ＊、ωＳα、　ｓｉｎαから直接１ｌ）ｋ　
、　ｉ２＊を演算することも可能である。

第８図は本発明の別の実施例を示す構成図である。

ＰＩ調節器の調節機能を主として比例要素と積分要素に
分けて、比例要素（Ｐ調節器１５）で交流量を調節する
。一方、積分要素（■調節器１４）は直流量の調節を行
ないその出力は座標変換器１２により交流量に変換され
、夫々Ｐ調節器の出力と加算される。この構成において
もＰ調節器は周波数依存性をもたないので、ＰＩ調節器
機能は変わることなく、しかも従来方式における欠点を
除去できる。また、この構成ではＰｐ１節器で交流量を
独立して調節するため電力変換装置や座標変換器１１ａ
、ｌｌｂ、１２等にゲインの不平衡や非線形性等があっ
た場合でも、各相電流を平衡して制御できる利点をもつ
。さらにｎ相交流においては、Ｐ調節器で各相独立に電
流制御を行ない、■調節器の出力信号をα−β軸座標系
の各成分に座標変換した後、公知の２相／ｎ相座標変換
器によりｎ相交流に変換し、夫々Ｐ調節器の出力と加算
する構成としても同様の結果が得られる。

以上のように、本発明によれば、可変周波変換装置にお
ける電圧・電流制御において、交流量を座標変換により
直流量に変換して制御する構成としたため、定常状態に
おいて出力周波数が高（なるにつれて指令値と実際値と
の間に生じる振幅差や位相差を除去することができ、し
たがって良好な制御が可能となるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はｎ相交流を２相交流に変換する原理を説明する
ための原理図、第２図は２相交流量を回転座標系量へ変
換する原理を説明するための原理図、第３図は第１図の
如きｎ相−２相変換原理にもとづく座標変換器を示す構
成図、第４図は第３図とは逆の変換を行なう座標変換器
を示す構成図、第５図は従来の可変周波電力変換装置の
制御方式を示す基本ブロック図、第６図は本発明の実施
例を示す構成図、第７図は第６図の変形例を示す構成図
、第８図は本発明の他の実施例を示す構成図である。 符号説明 １０１−１〜１０１−ｎ　、　１０３−１〜１０３−ｎ
、１０４　１〜１０４−ｎ・・・・・・増巾器、１０２
゜１０５−１〜１０５−ｎ・・・・・・加算器、１・・
・・・・電流レベル設定器、２・・・・・・周波数設定
器、３・・・・・・正弦波基準信号発生器、４・・・・
・・ベクトル回転器、５°“°″°電流位相設定器、６
・・・・・・相電流指令演算器、７，１３・・・・・・
ＰＩｖ４節器、８・・・・・・可変周波変換装置、９・
・・０．・電流検出器、１０・・・・・・負荷、１１・
・・・・・α−β軸／１−２軸座標変換器、１２・・・
・・・１−２軸／α−β軸座標変換器、１１０・・・・
・・座標変換器、１４・・・・・・■調節器、１５・・
・・・・Ｐ調節器 代理人　弁理士　並　木　昭　夫 代理人　弁理士　松　崎　　　清 電　　　　１（ ００ ！子　“、＞１１　、で　小 む　ら ｈ５酷ビへ＋＋埼Ｗ うＶ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 検出量を目標量に一致させるべく調節を行なう調節手段
   を備え、該調節出力にもとづいて電力変換部の制御を行
   なうことにより負荷に所望の多相交流電流または電圧を
   供給するようにした電力変換装置において、前記調節手
   段に寿えられる交流の検出量および目標量をそれぞれ所
   定の直流量に変換する座標変換手段を設け、該変換出力
   にもとづいて電力変換部の制御を行なうことにより、前
   記目標量と検出量との間に周波数の高低にもとづく位相
   差または振巾差が生じないようにしたことを特徴とする
   電力変換装置の制御方式。