JPS6111069B2

JPS6111069B2 -

Info

Publication number: JPS6111069B2
Application number: JP16066477A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Izumi; Masaru Yamazoe
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1977-12-27
Filing date: 1977-12-27
Publication date: 1986-04-01
Also published as: JPS5490528A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は複数個の可制御電気弁からなる点弧位
相制御形電力変換器のデイジタル制御方法に関す
る。

マイクロコンピユータの最近の著しい技術進歩
にともない、この種の電力変換器の制御分野で
も、制御装置のデイジタル化が種々検討されてい
る。

この場合に制御装置が持つべき種々の機能をで
きる限り少ない個数のマイクロコンピユータで具
現化したいということは経済性の観点から常に要
望されるところである。

例えば交流電源に接続されて直流負荷へ給電す
るサイリスタ変換器の場合に、それの電流制御の
ために必要な機能は、電流調節機能と点弧角調整
機能の二つによつて代表される。これらの機能の
デイジタル化に際して現在のところ、在来のアナ
ログ方式の考え方を継承して、それを単に極く一
般的にデイジタル化するやり方がもつぱらであ
る。例えば電流調節機能に関しては、予め定めた
一定の時間間隔で電流目標値および電流実際値の
サンプリングを行い、その都度、所定のアルゴリ
ズムに従つて、PIもしくはPIDなどの演算処理を
実行するというやり方である。また、点弧角調整
機能に関しては、点弧角調整のためのカウンタ動
作に対する起点を、交流電源電圧から導き出した
同期信号によつて与えるというやり方である。

例えば３相ブリツジ結線されたサイリスタから
なる電力変換器の場合、６つのサイリスタに対し
て点弧角調整を行わなければならない。これらの
点弧角調整を１個のマイクロコンピユータで行わ
せることは、工夫しさえすればそれほど困難では
ないにしても、上述のようなやり方を採用してい
たのでは、そのマイクロコンピユータに著しい高
速性が要性され、この要求は現在の市販のＮ−
MOS形マイクロコンピユータで満足させること
は困難である。たとえ、そのような兼用化を実現
できたとしても、この場合両機能の少なくとも一
方の性能を許容できないほど低下させざるを得な
くなる。

本発明の目的は、上記に鑑み、例えば電流など
の如き制御量のための調節機能と、電力変換器内
のすべての可制御電気弁に対する点弧角調節機能
とを、それぞれについて十分な性能を保証した上
で、一個のマイクロコンピユータで具現化するこ
とを可能にするデイジタル制御方法を提供するこ
とにある。

この目的は、本発明によれば、複数個の可制御
電気弁からなる電力変換器の点弧位相をデイジタ
ル制御する方法において、いずれかの可制御電気
弁のための点弧信号が発生する都度、その発生時
点を時間基準として次回に点弧信号を発生すべき
時点までの時間を、制御量の目標値と実際値とに
よる制御量調節のための演算処理結果にしたがつ
て、定常状態における所定の点弧間隔に修正を加
えることにより求め、前回の点弧信号発生時点か
ら前記演算処理結果にしたがつて求めた時間が経
過した時点の到来を検出したとき、その都度点弧
すべく選択された可制御電気弁のための点弧信号
を発生するようにすることによつて達成される。

例えば、３相純ブリツジ結線された６つのサイ
リスタからなる電力変換器の場合には、これらの
サイリスタは、定常状態においては、60゜の電気
角に相当する時間間隔で点弧される。本発明にお
いては、この所定の点弧間隔に制御量調節演算結
果の修正分＋Δｍ_oが加えられ、点弧信号発生時
点を基準として、この時点から60゜＋Δｍ_oに相
当する時間が経過した時点の到来が検出されたと
きに、その都度選択されたサイリスタのための点
弧信号が発生される。この場合に、前回点弧角が
αであつたとすると、次の点弧角はα＋Δｍ_oと
なる。

これに対して、従来の制御方法では、電力変換
器の交流電源電圧から個々のサイリスタ毎に同期
電圧が取り出され、それぞれ同期電圧の零点通過
時点（零の点弧角に相当する時点）を基準とし
て、その時点から所望の点弧角に相当する時間が
経過した時点の到来が検出されたとき、該当する
サイリスタの点弧信号が発生される。

従来の制御方法の場合には、各サイリスタ毎に
零の点弧角に相当する同期点から、所望の絶対的
点弧角に相当する時間が経過した時点が到来する
のを検出する機能（例えばカウンタ機能）が働き
始める。かかる機能が働き出す同期点は60゜間隔
で生じるので、点弧角を０゜〜180゜の範囲で可
変にするためには、かかる機能が同時に３組並行
して動作できることが必要である。

これに対して、本発明による制御方法によれ
ば、定常状態における所定の点弧間隔が前回の点
弧角に対する相対的な補正分Δｍ_oだけ修正さ
れ、点弧信号発生時点を基準として、その修正結
果に相当する時間が経過した時点の到来が検出さ
れるのであるから、上述の如き機能は常時１組だ
け働き得るようになつていればよい。したがつ
て、本発明によれば、マイクロコンピユータを用
いて制御方法を実施する場合にハードウエアの簡
単化ないしはプロセツサの処理責務を軽減するこ
とができる。

さらに、本発明による制御方法によれば、点弧
信号そのものが次の点弧信号の発生時点に対して
の時間基準となつていることから、定常状態にお
ける所定の点弧間隔を修正する制御量調節演算処
理を点弧信号に同期させることが難無く行える。
特に、一旦点弧がおこなわれた後に次回の点弧が
行われるまでの間に、そのような演算処理は一回
だけ行えば十分であり、それよりも多く行なうこ
とは無駄である。このような同期化によつて、制
御調節演算処理を、時間的に互いに隣合う２つの
点弧信号の間の時間空間において必ず一回は制御
量調節演算処理が実行されることを保証しなが
ら、その時間空間では最小限の一回の制御量調節
演算処理しか行わないようにすることができる。

従来においては、制御量調節演算処理は点弧信
号に同期化されてなくて、それとは無関係に短い
一定のサンプリング周期にて実行されるようにな
つているため、時間的に互いに隣合う２つの点弧
信号の間の時間空間において必ず一回は制御量調
節演算処理が実行されることを保証しようとする
と、必ずや二回以上制御量調節演算処理が無駄に
実行されるサンプリング周期が生じる。このた
め、従来のやり方ではマイクロコンピユータに余
分の仕事をさせることになり、このために他の処
理が犠性にされることがあつた。

以下、図面に示す実施例を参照しながら本発明
を更に詳細に説明する。

第１図は本発明による電力変換器の制御方法を
実施するためのハード構成例を示す。この図にお
いて、１は例えば３相純ブリツジ結線のサイリス
タ変換器であり、その交流側は電源変圧器２を介
して３相交流電源３に接続されている。この変換
器の直流側には負荷４が接続されている。５はマ
イクロプロセツサであり、CPU５１、メモリ５
２および入出力インターフエス５から構成されて
いて、本発明に従つて電流調節機能と点弧角調整
機能とを持たされている。マイクロプロセツサ５
に入力すべきデイジタル表示の電流目標値は電流
設定器６によつて与えられる。また、電流実際値
は変流器７を介して検出され、Ａ−Ｄコンバータ
８によつてデイジタル量に変換されてマイクロプ
ロセツサに入力される。更に、マイクロプロセツ
サに導くべき同期信号は、交流電源３に接続され
た同期信号用降圧変圧器９および量子化回路１０
によつて与えられる。マイクロプロセツサ５はパ
ルス増幅器１１のための点弧信号を出力する。

その際にパルス増幅器１１は、その点弧信号に
従つて、パルストランス１２を介してサイリスタ
変換器１内の対応せるサイリスタに点弧パルスを
供給する。

第２図は、第１図の制御系をシンプルな形で示
したブロツク図であり、２０は調節部、２１は制
御対象を示している。Ｃは制御量の実際値であ
り、第１図の例では電流実際値である。ｒは制御
量の目標値であり第１図の例では電流目標値であ
る。更にｍは操作量であり、第１図の例では点弧
角であるとして考えることができる。

前回の操作量ｍ_o-1に対して、今回はそれをΔ
ｍ_oだけ修正して、それを今回の操作量ｍ_oとして
出力すべきであるとする。つまり、ｍ_o＝ｍ_o-1＋Δｍ_o ……(1) とする。ｍは正の値をとり、Δｍ_oは正負いずれ
の値もとり得るものとする。Δｍ_oを求めるため
の演算式は、例えばPID調節原理の場合には、次
の通りである。

Δｍ_o＝Kp（Ｃ_o-1−Ｃ_o）＋Ｋ_I（ｒ_o−Ｃ_o）＋Ｋ_D（2C_o-1−Ｃ_o−Ｃ_o-2） ……(2) 但し、ｒ、Ｃに対するサフイクスのｎは今回の
サンプル値、ｎ−１は前回のサンプル値、ｎ−２
は前々回のサンプル値を表わす。また周知の如
く、上式においてKpは比例定数、Ｋ_Iは積分定
数、Ｋ_Dは微分定数である。

サイリスタ変換器１が３相純ブリツジ結線の場
合には、定常状態において60゜の間隔で点弧信号
が順次発生される。従つて、前回の点弧角ｍ_o-1
に対して△ｍ_oだけ修正して次回の点弧角ｍ_oとす
べきことが指令された場合には、前回の点弧信号
発生時点から60゜＋Δｍ_oに相当する時間が経過
した時点で次回の点弧信号を発生すればよい。

この場合にどのサイリスタを点弧させるための
点弧信号を発生させるかは、その都度における同
期信号に基づく点弧相判定処理によつて決定され
る。従つて、マイクロプロセツサ５は、60゜＋Δ
ｍ_oの電気角に相当する時間内に、上述の如き
PID演算処理および点弧相判定処理などを行なわ
なければならない。点弧相判定処理のための時間
はほとんど問題にならない程度の時間であるが、
PID演算処理にどの位の時間がかかるかは問題に
なるかもしれない。しかしながら、現在８ビツト
のマイクロコンとして世界的な標準品となつてい
る、8080AによるPID演算を実現するプログラム
の実行時間は約0.5ｍsecであり、この時間は、50
Hz電源で約９゜の電気角、60Hz電源で約11゜の電
気角となり、しかもΔｍ_oが負の値をとるとき、
それの大きさが20゜以上になることは一般になく
（たとえあつたとしても適当な制限をかけること
は簡単に行える。）これらを総合して考えると、
PID演算処理に要する時間も特に問題にはならな
い。

第３図には、マイクロプロセツサ５が行う処理
動作のフロチヤート例が示されている。マイクロ
プロセツサ５は、電流目標値および電流実際値を
読み込み、PID演算処理を行う（〜）。次に
そのPID演算処理結果Δｍ_oから、次の点弧時点
到来を検出するためのカウント動作のためのカウ
ント値Ｘをで示されている式に行つて求め、
（この式におけるΘの意味は後述する。）、それか
らにおいて例えばカウンタレジスタに値Ｘを収
容して、所定の時間長のプログラムを実行する毎
に前記の値Ｘを減算してゆき、カウンタレジスタ
の値が零になるのを持つ（）。次にで同期信
号を読み込む。それから、その同期信号に基づい
て（PID演算結果により指令された今回の点弧角
ｍ_oが属する範囲も考慮の上）次にどのサイリス
タを点弧すべきかという点弧相判定処理を行い
、そしてその結果により選択したサイリスタに
対応した点弧信号を出力する（）。この点弧信
号によつて、対応したパルス増幅器１１およびパ
ルストランス１２を介して当該サイリスタに点弧
パルスが供給される。マイクロプロセツサは点弧
信号を出力したら、において求めた今回の操作
量ｍ_oを、前回の操作量ｍ_o-1の収容するように指
定された記憶場所にもつていつて入れ換えを行つ
てから（）、再びに戻つて、電流目標値の読
み込み、の電流実際値の読み込みを行つて、
のPID演算処理を行う。以下、同様の繰り返えし
動作をを行う。なお、においては、操作量の入
れ換えだけでなく、電流目標値および電流実際値
を次回の演算に備えて過去の値として記憶場所を
シフトすることもここで行なつてよい。

特に操作量ｍ_oに関しては、点弧角制限などに
よりPID演算の結果とは異なつた値ｍ_oを実行し
た場合には、におけるｍ_oはその実行した値と
すべきである。

に示されたカウント値Ｘの式におけるΘに関
しては、カウンタ動作をマイクロプロセツサ５の
外部で行うか、または内部でカウンタ動作を他の
処理動作中も割り込み等により行うことによつ
て、の点弧信号発生直後からカウンタ動作を開
始する場合には、Θ＝０゜とすればよい。しかし
ながらPID演算が点弧相判定処理などに要する時
間は、プログラムによつて既知の値であるので、
その時間を見込んでΘの値を設定しておき、PID
演算処理後にカウンタ動作を行つて、そしてカウ
ントアツプ後に点弧相判定処理を行つてから点弧
信号を行つてから点孤信号出力するようにして
も、前の点弧相発生時点から次の点弧信号発生時
点までの間隔が60゜＋Δｍ_oとなるという結果は
同じであるので、このようなやり方のほうが好ま
しい。

点弧角範囲に制限を設ける場合には、PID演算
処理過程で求めた点弧角修正量Δｍ_oを前回の点
弧角ｍ_oに加算して得られる次回の点弧角ｍ_o＝ｍ
_o-1＋Δｍ_oが制限範囲を越えたときには、次回の
点弧角は強制的に最小限界αmin値もしくは最大
限界値αmaxにとどめ、その限界値から逆算して
改めて修正量Δｍ_oを決定し、これによりカウン
タ値Ｘを決定するようにすればよい。

点弧相判定は、例えば次のようにして行われ
る。まず、同期信号の読み込みによつて、そのと
きの位相点が交流電源電圧のどのような位相範囲
にあるかが判明する。例えば３相純ブリツジ結線
のサイリスタ変換器の場合には交流電源電圧の１
サイクルが自然転流時点（点弧角零の時点）によ
つてそれぞれ60゜間隔の６つの位相範囲に分割さ
れる。

かかる位相範囲が判明したならば、今度点弧し
ようとするサイリスタの点弧角の指令値ｍ_oが、
αmin〜60゜か60゜〜120゜か、あるいは120゜〜
αmaxかのいずれの範囲にあるかで、今度点弧す
べきサイリスタの判定を行うことができる。

電流実際値の読み込みは１回に限らず、例えば
一定間隔で所定の回数だけ行つてそれらの平均値
をPID演算のための電流実際値として用いるよう
にしてもよい。また、PID演算も１回に限らず、
マイクロプロセツサに余裕があるなら特定の回数
だけ行つてもよいが、しかしながら一般には１回
で十分である。同期信号の読み込みおよび点弧相
判定処理はカウンタ動作の前に行うこともできる
ことは言うまでもないところである。更に、制御
量は電流に限らず、例えば電圧であつてもよく、
またPID演算に限らず、PI演算あるいはＰ演算で
あつてもよい。また、例えば前記一定値Θさえ考
慮しておけば、マイクロプロセツサに別の処理を
行わせ得るという可能性もある。

別の処理とは、例えばサイリスタレオナード装
置に対して、速度調節のための演算処理であり、
この場合に電流目標値はマイクロプロセツサ内部
においてその演算処理結果に従つて形成される。

以上のように、本発明による制御方法によれ
ば、定常状態における所定の点弧間隔を制御量調
節のための演算処理結果にしたがつて修正を加
え、点弧信号発生時点を基準として、これから次
に点弧信号を発生すべき時点までの時間を求め、
その求めた時間が丁度経過した時点の到来を検出
したときにその都度点弧すべく選択された可制御
電気弁の点弧信号を発生するようにしているの
で、基準時点からの時間経過を測定し且つそのの
経過時間と調節演算処理結果に対応する時間との
一致を監視する機能を１組だけで済ますことがで
き、したがつて、マイクロコンピユータを用いて
制御方法を実施する場合にハーウエアの簡単化な
いしはプロセツサの処理責務を軽減することがで
きる。さらに、本発明による制御方法によれば、
点弧信号そのものが次の点弧信号の発生時点に対
しての時間基準となつていることから、定常状態
における所定の点弧間隔を修正する制御量調節演
算処理の実行を点弧信号に同期させることを難無
く行うことができ、特に、一旦点弧が行われた後
に次回の点弧が行われるまでの間に、必要最小限
の一回の制御量調節演算処理しか行わないように
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による制御方法を実施するため
のハード構成例を示すブロツク図、第２図は第１
図の制御系を簡略図示したブロツク図、第３図は
本発明による制御方法の実施例を示す流れ図であ
る。１……サイリスタ変換器、２……電源変圧器、
３……交流電源、４……負荷、５……マイクロプ
ロセツサ、６……電流設定器、７……変流器、８
……Ａ−Ｄコンバータ、９……同期信号用降圧変
圧器、１０……量子化回路、１１……パルス増幅
器、１２……パルストランス。

Claims

【特許請求の範囲】

１複数個の可制御電気弁からなる電力変換器の
点弧位相をデイジタル制御する方法において、い
ずれかの可制御電気弁のための点弧信号が発生す
る都度、その発生時点を時間基準として次回に点
弧信号を発生すべき時点までの時間を、制御量の
目標値と実際値とによる制御量調節のための演算
処理結果にしたがつて、定常状態における所定の
点弧間隔に修正を加えることにより求め、前回の
点弧信号発生時点から前記演算処理結果にしたが
つて求めた時間が経過した時点の到来を検出した
とき、その都度点弧すべく選択された可制御電気
弁のための点弧信号を発生するようにしたことを
特徴とする電力変換器のデイジタル制御方法。