JPS62189976A - 循環電流形サイクロコンバ−タ装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は交流電動機の駆動するのに用いられる循環電流
形サイクロコンバータ装置に関する。

〔従来の技術〕

サイクロコンバータは交流入力電圧波形をつなぎ合わせ
て周波数の異なる交流電圧を出力する変換装置である。

特に、循環電流形サイクロコンバータは正側と負側のサ
イリスタの通流期間の切換えが連続して行えるために出
力電流波形が正弦波に近いので、低速回転で問題となる
トルクリプルの発生が少ない利点がある。その反面、循
環電流はすべて無効分となるために電源力率が低下する
。

また、その循環電流は負荷電流と直流リック１〜ルを介
して結合しているために、負荷電流の周波数及び大きさ
によって常に変動し、変換器及び電源変圧器の容量が増
加する。

従来、このようなサイクロコンバータの無効電力あるい
は循環電流の変動を補償する装置については、電気学会
論文誌１．０４巻２号第９〜１６頁に［非干渉制御理論
を適用した循環電流制御法の検討」と題する文献におい
て論じられている。ここに示された循環電流制御系の構
成は、循環電流指令に負荷電流指令信号の絶対値と負荷
電流フィードバック信号の絶対値を加算して循環電流を
制御するもので直流リアクトルの電圧降下を負荷電流の
微分をとらずに補償することができので、ノイズに強い
システムではあるが、負荷電流指令信号と負荷電流フィ
ードバック信号に位相差がある場合につい′ては配慮さ
れてぃなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は負荷電流とその指令信号に位相差がある
場合すなわち、負荷電流制御系の周波数応答が低い場合
について配慮がされておらず、そのような場合には負荷
電流とその指令信号の絶対値から直流リアクトルの電圧
降下を正しく補償できず、循環電流が断続してサイクロ
コンバータの出力電圧波形に歪みが生じ、電動機のトル
クリプルの原因となる問題があった。

本発明の目的は、負荷電流とその指令信号に位相差が生
じる運転状態においても、循環電流を負荷電流と独立し
た制御ができる循環電流形サイクロコンバータ装置を提
供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

負荷電流の極性を検出して負荷電流制御器の出力信号及
び負荷電流に対して乗算し、その出力信号（負荷電圧指
令信号に相当する。）からその負荷電流による負荷装置
と直流リアクトルの抵抗電圧降下成分を差し引き、その
差信号（リアクタンス電圧降下に相当）を負荷と直流リ
アクトルのインダクタンスの大きさで割り算することに
よって負荷電流の絶対値の微分値を求め、その微分値よ
り直流リアクトルのリアクタンス電圧降下成分を演算す
る。また負荷電流の絶対値より直流リアクトルの抵抗電
圧降下成分を演算し、その演算した直流リアクトルの電
圧降下成分の和を循環電流制御器の出力信号に加算する
。

［作用〕 負荷電流制御器の出力信号が直流リアクトルの電圧降下
成分と負荷の電圧降下成分の和を供給していることから
、負荷電流に比例した抵抗電圧降下成分を差し引くと、
その差信号からリアクタンス電圧降下を求めることがで
きる。そこで、その電圧を負荷と直流リアクトルのイン
ダクタンスの大きさで割ることにより負荷電流の微分値
を求めることができる。この微分値を用いて、循環電流
制御系に作用する負荷電流による干渉成分電圧を予め演
算し、循環電流制御器の出力信号に加えて補償し、干渉
を打消す。ここで、干渉成分電圧の演算に際しては、負
荷電流制御器の出力信号を用いているので、負荷電流と
その指令信号に位相差がある場合でも、負荷電流の極性
に応じて上述の演算を行うことによって完全に干渉を打
消すことができる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。循環
電流形サイクロコンバータ本体は正側変換器２、負側変
換器２及び中間タップ付直流リアクトル４から構成され
る。正側及び負側変換器２゜３は電源トランス１に接続
されている。５，６は負荷抵抗、インダクタンスである
。負荷は直流リアクトル４の中間タップに接続されてい
る。正側。

負側変換器の出力電圧指令は位相制御回路７から与えら
れる。

位相制御回路７の入力信号は負荷電流制御器８、循環電
流制御器９及び補償回路１０の出力信号から作られる。

加算器１１は負荷電流指令ｊＬ申と負荷電流検出器１２
の検出信号ｉｚの偏差Δ１Ｌ１１を出力する。負荷電流
制御器８はその偏差ΔｊＬ＊に応じて負荷に必要な電圧
の指令信号ｖＬ傘を出力する。

加算器１３は循環電流指令ｉｏ＊と循環電流検出器１４
の検出信号ｉｏの偏差Δｉｏ−を出力する。循環電流制
御器９はその偏差Ａｉｏユに応じて正側変換器２と負側
変換器３との出力電圧差の指令信号ｖｏ＊を出力する。

循環電流検出器１４は正側変換器２の出力電流検出器１
５の検出信号ｊＰ、負側変換器３の出力電流検出器１６
の検出信号ｊＮ及び負荷電流検出器１２の検出信号ｉ＋
、によって次の演算を行ない循環電流ｊｏを検出する。

ｉ、ｏ＝　−（ｉｐ十ｉ　Ｎ　−１１＋、ｌ）　　　　
−（１）補償回路１０は負荷電流検出信号ｊ−１，の符
号検出器１７とその出力信号を負荷電圧指令Ｖｌ−に乗
算するための乗算器】８とｊｌ、の絶対値回路１９と係
数器２０．２１及び加算器２２．２３から構成される。

加算器２２は循環電流制御器９の出力信号ｖＯ＊と係数
器２ｏの出力信号を加算する。加算器２３は加算器２２
の出力信号と係数器２１の出力信号を加算して修正差電
圧信号ＶＱ１１＊を出力する。

位相制御回路７の入力信号は加算器２４．２５の出力信
号である。加算器２４は負荷電流制御器８の出力信号Ｖ
Ｌ幸と加算器２３の出力信号ｖｏＯを加算して正側変換
器の出力電圧指令信号ＶＰを出力する。加算器２５は反
転増幅器２６の出力信号−ｖＩ、＊と加算器２３の出力
信号■０＊傘を加算して負側変換器の出力電圧指令信号
ｖＮ＊を出力する。

次に本発明に関係する補償回路３−０の必要性を説明す
る。正側、負側変換器の出力電圧をｖｐ　。

ＶＮとし、その出力電流をｊｐ　、　ｊＮとし、負荷の
端子電圧をＶｌ２、負荷電流をｊＩ、とし、直流リアク
トルの抵抗と自己及び相互インダクタンスをｒ、Ｌ、Ｍ
とすると、電圧方程式は次のように表わせる。電圧、電
流の方向は図示の方向をプラスとする。

ｖｐ　＝　（ｒ＋ｐＬ）；−ｐ＋ｐＭｉＮ＋Ｖ＋、　・
・・（２）ＶＮ　ニーｐＭｉｐ　−（ｒ十ｐＬ）　ｉＮ
＋Ｖ１．”（３）Ｖ＋、＝　（Ｒ＋、＋ｐＩル）ｊｌ　
　　　　　　　　・・・・・・（４）また、電流ｉＬ、
ｉＮは負荷電流ｊ１、の極性に対して次式で表わされる
。

ｉ＋、≧０の場合 ｉｐ＝；＋、　＋ｉ、ｏ　ｒ　ｊＮ＝：ｉｏ　　　　−
（５）ｊＬ＜ｏの場合 １ｐ＝ｉｏ　、１Ｎ＝−ｊ、＋、＋ｉｏ　　　　＝−（
６）従って、（５）、（６）式より次式の関係が得られ
る。

］、Ｐ　−１，Ｎ　＝　１．１．　　　　　　　　　　
　　・・・（７）ｉｐ　　＋ｉＮ　＝　ｌ　ｊｌ、ｌ　
＋２　ｉｏ　　　　　　　・・・（８）正側、負側変換
器の出力電圧指令ＶＰ傘、ＶＮ中に対する出力電圧ＶＰ
　、ＶＮの比をＫｐ　、ＫＮとすこれより、ＶＰ　、Ｖ
ＮとＶＬ孝、ＶＯＩの関係式は次式で表わされる。

ｖｐ　　＝Ｋｐ　　（ｖＩ−＋ｖｏ中）　　　　　　　
　　　　　　　　−（１０）ＶＮ　：ＫＮ　（−ＶＬＩ
　＋ｖｏ＊）　　　　　　　・・・（１１）すなわち、 となる。

（１２）、（＋３）式へ（２，）、（３）式を代入し、
次式が得られる。

Ｋ　ｐ　ｖ　Ｌ幸＝　−（ｒ＋ｐ（Ｌ−Ｍ））ｊ　＋、
＋ｖ＋、　−（１４）Ｋｐｖｏ傘＝　　　（ｒ　＋ｐ（
Ｌ＋Ｍ））（ｌ　　ｊ　しｌ＋２　　ｊ、ｏ）（１５）
式より、循環電流制御器の出力信号ｖｏ１１と負荷電流
ｊＬの絶対値の微分値の大きさにょって決まる。従って
、循環電流ｉｏをその指令信号ｉｏ傘に一致させるため
には、負荷電流３−ｐによる干渉成分を補償する必要が
ある。そこで、（１５）式に含まれるｉ＋、の干渉成分
を補償する本発明の方法を次に説明する。

（１５）式のｊｌ、による干渉成分をΔｅとすれば次式
である。

Δｅ＝　−（ｒ＋ｐ（Ｌ−Ｍ））Ｎ＋、ｌ　　　　−（
］６）また、（１４）式へ（４）式を代入すると次式を
得る。

・・・・・・　（］７） （１６）式は負荷電流ｊ、ｂの絶対値を含むもので、ｊ
Ｌが正、負の場合について八〇を求める。

−＝、、”（１６）式へ（１７）式を代入し、次式を得
る。

・・・・・・（１８） （（ｉｔ、が負の場合））；　ｌ　ｉｂｌ　＝−３，＋
、（１６）式へ（１７）式を代入し、次式を得る。

２　ＬＬ＋Ｔ−−Ｍ　　　　　　　　　　２．　Ｌｔ、
＋　Ｌ　−Ｍ・・・・・・（１９） （１８）、（１９）式より、負荷電流ｊしの極性をＳｇ
ｎとすれば、すなわちｉしが正の場合５ｇｎ＝１、負の
場合５ｇｎ＝−１とし、次式を得る。

・・・・・・（２０） さらに、例えば第１図のブロック図に示すように、負荷
電流制御器８のゲインをＧＬとすれば、Ｖｌ、”は次式
で表わされる。

ｖ１ｊ＝　Ｇｔ、　（３，ｔ、＊　−ｉ　＋、）　　　
　　　　−・＝　（２１）（２０）式へ、（２１，）式
を代入すると次式である。

２Ｌ［、＋Ｌ−Ｍ ２　Ｌ＋、＋　Ｌ　−Ｍ ・・・・・・（２２） あるいは。

２Ｌｔ、＋Ｌ−Ｍ ２Ｌ＋、＋Ｌ−Ｍ ・・・・・・（２３） あるいは、 ２Ｌ＋、＋Ｌ−Ｍ ２ＬＬ→−Ｌ−Ｍ ・・・・・・　（２４） と表わすことができる。従って、（２０）〜（２４）式
のいずれかの方式でΔｅを補償するよ（）’＞　＆：″
″ｆｔ！　ｆｆｉ　＠　１°０１゛６“０“０＊　４．
ｚ　Ａ　ｅ　ｔｔ加算すればよい。

２１のゲインｇｌ＋ｇｌは次式で与えられる。

２Ｌ＋、＋Ｌ−Ｍ 第２図は本発明による補償回路］−〇による補償成分Δ
ｅと負荷電流ｊＬによる干渉成分の波形である。なお、
説明を簡単にするために直流リアクトル４の抵抗ｒは充
分小さいものとして求めた。

これより、負荷電流指令ｉＬ＊と負荷電流ｊＩ、との位
相差がある場合にもΔｅはｊｂによる干渉成分を補償で
きることがわかる。第３図は従来の負荷電流指令の絶対
値と負荷電流の絶対値を用いて補償する方式の場合につ
いて同一の計算条件で求めた波形である。このものでは
、負荷電流指令ｊＬ傘と負荷電流ｊしに位相差を生じた
部分で、干渉成分と補償成分が不一致となることがわか
る。

第１図の実施例によれば、負荷電流とその指令時にも循
環電流ミニマム化ができる効果がある。

さらに、負荷電流制御系の周波数応答を低く設計できる
ので、ディジタル制御におけるマイクロプロセッサの負
担を軽減できる。また、本実施例によれば、（２６）式
に示すように補償回路１０を構成する係数器２１のみに
抵抗ｒ、Ｒ＋、が含まれており、運転時の温度上昇に伴
う係数の温度補正が容易であり、係数器２０．２１の大
きさは負荷電流及び循環電流制御系のゲインを含まない
ことから、それらの制御系と独立に設定できる効果があ
る。

第４図に本発明の他の実施例を示す。第４図において第
１図と同一物には同じ番号を付しているので説明を省略
する。第１図と異なる点は補償回路１−０の入力を負荷
電流ｉ＋、とその指令信号ｊＬ◆とし、（２４）式に基
づいて補償回路１ｏを構成、した点である。この時、係
数器２０．２１のゲインｇ１．＊ｇｌは次式で与えられ
る。Ｇしは負荷電流制御器８のゲインである。

２　Ｌ＋、−４−Ｌ　−Ｍ ・・・　（２８） 加算器２７は係数ｍ２０の出方信号と係数器２１の出力
信号を加算し、負荷電流による干渉成分を補償する信号
−Δ０を出方する。加算器２８は循環電流制御器９の出
方信号ｖｏ＊と加算器２７の出力信号〜Δｅを加算し、
修正差電圧信号ｖ□＊＊を出力する。

本実施例の場合は負荷電流制御器８のゲインＧ＋、に応
じて係数器２０．２１−の大きさを（２７）。

（２８）式より設定することによって、第１図と同様の
効果を得ることができる。

第５図は本発明の他の実施例である。第１図と同一物に
は同じ番号を付しているので説明を省略・する。第１図
と異なる点は、負荷に交流電動機を接続したような場合
には誘導起電力Ｅヵ２９が発生するため、これに相当し
た誘導起電力指令信号Ｅ−を負荷電流制御器８の出力信
号に加算するようにしたところである。加算器３０は負
荷電流制御器８の出力信号と誘導起電力指令信号Ｅｌｌ
’とを加算し負荷電圧指令信号ｖＬ申を出力する。この
ようにすれば、Ｅ−はＥｌを補償するので交流電動機も
第１図の実施例で説明したＲＬ　）　ＴＪＩ−の負荷と
等価に扱うことができるので、第Ｊ−図と同様の効果を
得ることができる。

また、（２１）弐〜（２４）式に示した補償成分Δｅの
演算方法は、制御回路８及び９の特性が明らかな場合に
は（２０）式の実施例である第１図と等価であることは
明らかであり、負荷電圧信号Ｖ　（、傘の代りに負荷電
流指令ｉ、１．＊を用いることができるのはもちろんで
ある。

なお、上述の実施例においては動作説明を解り易くする
ための単相のアナログ回路で説明したが、三相＠路及び
マイクロプロセッサを用いたディジタル制御ユニットに
対しても本発明を適用できることは明らかである。

〔発明の効果〕

本発明によ九ば負荷電流がその指令信号に対して位相遅
れを生じても循環電流を負荷電流と独立５に制御できる
ので、循環電流のミニマム化及びサイクロコンバータの
出力電圧波形の歪みを無くせる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
本発明の動作説明図の波形図、第３図は従来方法の動作
波形図、第４図、第５図は本発明の他の実施例を示すブ
ロック線図である。 ２．３・・・正側、負側変換器、４・・・中間タップ付
直流リアクトル、１２・・・負荷電流検出器、１−７・
・・極性検出器、１９・・・絶対値回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、直流リアクトルを介して並列接続された正側変換器
   と負側変換器を有する循環電流形サイクロコンバータと
   、該サイクロコンバータから電流を供給される負荷装置
   と、負荷電流指令信号と負荷電流検出信号の偏差に応じ
   て前記負荷装置に印加する電圧指令信号を出力する電流
   制御手段と、前記正側変換器と負側変換器の間を還流す
   る循環電流指令信号と循環電流検出信号の偏差に応じて
   前記両変換器の出力電圧の差電圧を指令する差電圧指令
   徊号を出力する循環電流制御手段と、前記電圧指令信号
   と負荷電流検出信号の極性信号とにより前記直流リアク
   トルのリアクタンス電圧降下を求めると共に前記負荷電
   流検出信号から前記直流リアクトルの抵抗電圧降下を求
   め、両電圧降下を前記差電圧指令信号に加え修正差電圧
   指令信号を出力する電圧降下補償手段と、前記電圧指令
   信号と修正差電圧指令信号の和および差によつて前記正
   側変換器と負側変換器の点弧位相を制御する位相制御手
   段を具備した循環電流形サイクロコンバータ装置。