JPS619191A - 電力変換装置の電流断続検出装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は電力変換装置の電流断検出装置に係り、特に起
電力を有する誘導性回路に接続される自然転流形電力変
換装置の通電電流検出において、その瞬時値の検出が不
要で、平均値に基づいて通電電流の断続の有無を検知す
る電力変換装置の電流断続検出装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

起電力を有する誘導性回路と、自然転流形電力変換装置
を組み合わせた系としては、例えばサイリスタで構成さ
れた制御整流盟友より給電駆動される直流電動機速度制
御系がある。この系は一般に電流マイナー制御ループを
有し、通常は負荷電流の平均値に基づく制御を行う。た
だし、この速度制御系においては、負荷電流が連続して
いる場合と断続している場合とでループゲイン等の制御
定数が変ってしまうので、それを補償する場合には負荷
電流の連続時と断続時で制御論理を変更する必要が生じ
、その際には負荷電流の有無の検出が不可欠となる。

〔背景技術の問題点〕

従来、この種の検出器は、変流器等により電流の瞬時波
形を検出し、その検出信号を処理して電流断続の有無を
検知していたが、検出装置が複雑となる欠点があった。

〔発明の目的〕

従って、本発明の目的は上記従来技術の欠点を解消し、
構成が比較的単純で且つ電力変換装置に通常具備される
ことの多い平均電流検出器を雷ノＪ変換装置の通電電流
の検知に応用して断続状態を検出し得る電力変換装置の
電流断続検出装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために、本発明は電力変換素子から
なる自然転流形の電力変換装置と、この電力変換装置の
通電電流の平均ねを検出する電流検出手段と、電力変換
装置に対する電圧指令値から所定の演算に基づいて基準
値を算出する演算手段と、電流検出手段の検出出力と演
算手段からの基準値とを比較する比較手段と、この比較
手段の出力に基づいて電力変換装置の断続の有無を判定
する判定手段とを備えた電力変換装置の電流通電電流の
断続検出装置を提供するものである。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照しながら本発明の詳細な説明する。

第１・図は本発明の一実施例に係る電力変換装置の電流
断続検出装置のブロック図で、特に直流電動機の速度制
御系に適用した場合を例示するものである。同図におい
て、商用電源１からの交流電力は電力変換装置２で整流
され、負荷４を駆動する直流電動１３に供給される。直
流電動機３の回転速度１２は速度検出器５により検出さ
れ制御回路１５に帰還される。分流器抵抗７は負荷電流
６に比例した電圧信号を発生し、平均回路８はこれを平
均して負荷電流６の平均値に比例した量１１として制御
回路１５に帰還すると同時に、比較器９にも与える。比
較器９には制御回路１５から点弧制御回路１０への電圧
指令値１６も与えられる。　　ｌ比較器９はこの電圧指
令値１６と後述する所定の演算値から電流断続を判定す
る値を算出し、負荷電流６の平均値に比例した量１１と
比較して電流断続の有無を判定し、判定結果１３を制御
回路１５に与える。制御回路１５へは速度設定値１４も
与えられており、この設定値と上記三つの帰還量とから
制御論理に従って電圧指令値１６を決定し、点弧制御回
路１０及び先述の比較器９に与える。点弧制御回路１ｏ
は電圧指令値１６に基づき電力変換装置２の点弧時点を
決定する。

このような構成において、次にその動作を説明する。第
１図に示した負荷電流６は当然直流であるが、交流成分
が重畳している。この交流成分は−主に直流側回路中の
インダクタンス成分により制限されるが、直流成分の大
小には関係しない。従って直流成分が十分小さくなると
負荷電流６は断続し始める。この断続を始める限界での
負荷電流平均値（直流電流平均値）を断続臨界平均電流
■　と呼ぶことにする。この断続臨界平均電流ｒ ■　は以下に説明するように、電力変換装置２のｒ 位相制御角αに依存し、その正弦関数として表わすこと
ができる。まず負荷電流（直流電流）が断続する動作領
域（以下、断続モードと称する）での直流電流瞬時値＋
　（１）は １（１）＝（１旦　　旦５ｉｎ（（ｘ＋　ｚニー　φ）
）。４′１０ＲＺ　　　　　ｐ ｒ。

＋−５ｉｎ（ωを十α十怜Ｌ〜φ）−１旦Ｒ ・・・・・・・・・・・・・・・　（１）と表わされる
。ただし、（１）式において右辺≦０のとき、ｚｔ）−
ｏである。また、（１）式中、ＥＤは直流側起電力、Ｅ
は交流側線間電圧波高値、■　は直流側回路時定数でＴ
ｃ＝Ｌ／Ｒ１Ｒ及びＬは直流側回路の抵抗及びインダク
タンス成分、ψは直流側Ｒ及びＬで決まる力率角でφ−
ｔａｎ−１ωＬ／Ｒ１ ωは交流電源角周波数、ｔは時間変数、モしてＰは変換
器の昨流側パルス数である。Ｐは例えば３相全波整流回
路ではＰ＝６で、また変換器の素子は電気角でωＴ＝２
π／Ｐ毎に順次点弧され、断続モードでは直流電流はＴ
＝２π／Ｐωを周期として断続する。断続限界では＋　
（１）が時刻で丁度Ｏとなる動作状態と考えることがで
き、２１＞＝０から任意の位相制御角αで断続限界を与
える直流側起電力ＥＤｃ−ま −Ｔ／Ｔｃ Ｚ　　　　（１−ｅ、　　　　） ２π −５ｉｎ（−＋　ａ　−φ）　ｅ　−■／１ｃ・・・・
・・・・・　　（２） で与えられる。（２）式を（１）式に代入し１＝０−Ｔ
の期間で平均すると、任意の位相制御角αに対する断続
限界平均電流■　が得られる。即ち、Ｃｒ ｌｃｒは ＋　５ｉｎ（λＬ十α−φ） となる。（３）式中、Ｚ、φ及びＴＣは当該回路の構成
要素が定まれば一定値となり、またＥは交流電源電圧に
よって決まる一定値であるから、結局断続臨界平均電流
■。、は位相制御角αの関数となる。（３）式は複雑な
形をしているが、回路定数によっては極めて簡単な関数
形で近似できる。

このことを以下に数値例で示す。

例として、電力変換装置２を三相全波整流純ブリツジ形
とするとＰ＝６となる。また直流電動機の代表的数値例
として、Ｒ＝０．２Ω、Ｌ−１０，０ｍＨとし、交流電
源電圧を線間実効値２００Ｖとし、その周波数を５０Ｈ
ｚとすれば、Ｚ＝３．２０．φ＝８６．４°となり、断
続臨界平均電流■。、と位相制御角αとの関係は（３）
式による数値計算から第２図の特性図に示す通りとなる
。この第２図から、断続臨界平均電流Ｉ　はＣｒ　　　
　　シ 位相制御角αの正弦関数として近似できると判断できる
。即ち、α＝９０°の時に（３）式で与えＩ′ｃｒは、 １　’　ｃｒ＝＝Ｉ　ｃｒ、　ＨＳｊｎα　・・・・・
・・・・（４）と近似できる。次に、この近似の精度を
調べる。

（３）式で与えられる巌密解Ｔ　と（４）式で与ｒ えられる近似解との比Ａを Ａ＝　Ｉ　　／　Ｉ’　ｃｒ＝　Ｉ。、／　Ｉｏ、　、
　ｓｉｎαｒ ・・・・・・・・・　（５） として、Ａとαとの関係を計算で求めると、第３図の特
性図に示すようになる。Ａ＝１の時、誤差Ｏであること
はもちろんである。以上の数値例では誤差は第３図から
大きくとも２％程度であることが分かり、（４）式によ
る近似は十分に良い精度を持っていることが分かる。

また八は（５）式右辺と（３）式から分かるように、α
の関数であると同時に負荷条件を示すパラメータとして
時定数Ｔ　と力率角φを含む。しかし、 φ−ｔ　ａ　ｎ−”−上−ｔａｎ−’ωＴｃとなるから
、独立なパラメータとして王。のみを選んでよい。

第４図は各々Ｔ　　＝１０ｍｓｅｃ及びＴｃ−４５００
ｍ５ｅｃの時の比Ａとαとの関係を示す特性図である。

この第４図から、ＴＣが１０ｍ５ｅｃ及び５００ｍ５ｅ
ｃの場合にも（４）式による近似で十分に良い精度が得
られることが分かる。なお、第４図には示していないが
、Ｔｃがｉｏｍｓｅｃ〜５００ｍ５ｅｃの間にある場合
の精度は、第４図に示した精度の範囲内に納まることが
実際の計算により確認されている。また、Ｔｏ＜　１．
　Ｏｍ　ｓｅｃあるいはＴＣ＞５００ｍ　ｓｅｃの場合
にも、上述の手法により精度を算出し、その精度が用途
の許容精度内に納まれば（４）式による近似は十分に応
用可能である。また、直流側パルス数が６以外の純ブリ
ツジ形の自然転流形変換器にも（４）式が成り立つこと
が同様に確認されている。更に、例えばＰ＝６のとき、
電圧指令値をＥ　　とすると、ＥＦ 点弧制御角αは なる関数式から算出される。（６）式からｓｉｎαｔｉ
ｔ と表わされる。従って、（４）、（７）式から・・・・
・・・・・・・・・・・・・・（８）となる。

（８）式に示した関係式に基づいて比較器９を。

例えば第５図のブロック図に示すように構成することに
より、電流断続検出部を構成することができる。第５図
の構成にａ３いては、まず電圧指令値Ｅ　　　１６に、
予め計算して求められ設定されたＥＦ 定数π／３Ｅを乗算器５１で乗じ。更にその積を乗算器
５２で自乗する。次に、この自乗値と１と〜　２ の差（１−（πＥＲＥＦ／３Ｅ）　）を引算器５３によ
り得、更に開平３５４によりその平方根を求める。この
平方根に乗算器５５によりＩ　　　を乗Ｃｒ、　Ｈ することにより（８）式左辺のビｃｒを得る。−次に、
比較器５６により直流電流平均値■、と乗算電力変換装
置２の通電転硫は連続、ビＣｒ〉ＩＣｒなら断続と判断
し、この判定結果に応じた信号１３を比較器９の出力信
号として制御回路１５に送出する。ちなみに、第５図の
各ブロックで実施した演算は、すべてマイクロ・プロセ
ッサ等の演算プログラムに置き換えることが可能である
ことは言うまでもない。

第６図は比較器９の他の構成例を示すブロック図である
。同図において、テーブル６０は例えばリード、オンリ
、メモリ（ＲＯＭ）のような記憶素子で構成され、（８
）式の関係を表わす数表を格納している。ＣＰＵ６１は
電圧指令値ＥＩＩＥＦに基づきテーブル６０を検索して
（８）式を＠足するようなビ。、を求め、第５図の構成
の場合と同　　　ｆ様の判定基準に従い”ｃｒと１゜と
を比較して判定結果に応じた信号１３を出力し、比較器
９の出力として制御回路１５に送出する。なお、テーブ
ル６０の作成に当っては、（８）式の関係を折線や階段
線などで近似することによって容易に数値化ができる。

なお、上記実施例では、直流電流平均値Ｉ。を電力変換
装置２の直流側から検出する場合を例示したが、この値
■、は要するに直流電流の平均値に比例した量であれば
よいのであって、例えば変換器の交流側から検出した電
流平均値に適当な係数を乗じたものでもよい。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、電力変換装置の平
均電流から電流の断続状態を検出し得るので、特別な電
流断続検出回路を付加することなく、極めて簡単かつ経
流的な構成で電力変換装置の制御切換え等を実施し得る
電力変換装置の電流断続検出装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ｔよ本発明の一実施例に係る電力変換装置の電流
断続検出装置のブロック図、 第２図は自然転硫形３相フルブリッジ金波整流回路の通
流電流断続限界における直流電流平均値と位相制御角α
との関係の計算例を示した特性図、第３図及び第４図は
断続臨界電流平均値の近似解と厳密解の比較の計算例を
示した特性図、第５図は第１図の比較器の構成の一例を
示すブロック図、 第６図は第１図の比較器の構成の他の例を示すブロック
図である。 １・・・商用電源、２・・・制御整流器、３・・・直流
電動機、４・・・負荷、５・・・速度検出器、７・・・
分流器抵抗、８・・・平均回路、９・・・比較器、１０
・・・点弧制御回路、１５・・・制御回路。 出願人代理人　　猪　　股　　　　清 第２園 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電力変換素子からなる自然転流形の電力変換装置と、こ
   の電力変換装置の通電電流の平均値を検出する電流検出
   手段と、前記電力変換装置に対する電圧指令値から所定
   の演算に基づいて基準値を算出する演算手段と、前記電
   流検出手段の検出出力と前記演算手段からの基準値とを
   比較する比較手段と、この比較手段の出力に基づいて前
   記電力変換装置の通電電流の断続の有無を判定する判定
   手段とを備えたことを特徴とする電力変換装置の電流断
   続検出装置。