JP4144942B2 - Power supply voltage estimation device for PWM converter - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源電圧センサレスで制御されるPWMコンバータの制御装置に係わり、特に制御器が停止状態での電源電圧推定装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図2は従来の技術を説明するための多相交流を直流に変換するPWMコンバータの主回路構成を示す図であって、同図において、1はコンバータを構成するPWM変換ブリッジ、2は多相交流電源、3は交流リアクトル、4は直流回路である。
コンバータ制御の目的は、交流電流を電源電圧波形から所定の力率角がずれた正弦波指令値に追従させ、直流電圧を所定の電圧指令値に一致させることにあるが、交流電流制御で、電源電圧を基準にして行うので、電源電圧の情報は必要不可欠である。このため、従来ではハード的に検出変圧器等により電源電圧を直接検出することが多い。
【0003】
しかし、電源電圧検出器は電源変動やスイッチングリップルやノイズ等の影響を受けるために,取り付けスペースを必要とし,コスト的にも不利なので,ソフトウェアでオブザーバを構成し、電源電圧を推定してコンバータ制御を行う電源電圧センサレス制御手法が考案されている。
図3は電源電圧センサレス制御の場合のシステム構成ブロック図を示す。同図において、5は図2の変換器主回路を表すブロック、6は変換器を制御するCPU演算ブロック、7は直流電圧検出器、8は交流電流検出器である。9はCPU内部の制御器を表し、交流電流、直流電圧を所定の指令値に一致させるように制御演算を行い、変換器のゲート信号となるスイッチング信号を出力して、制御の目的を果たす。10は電源電圧オブザーバであり、交流電流検出信号と直流電圧検出信号と制御器9出力のスイッチング信号を入力とし、交流回路モデルとオブザーバ理論より電源電圧値を推定し、制御器9に提供する。
オブザーバを動作させるために、制御器出力のスイッチング信号が必要であるため、制御が始まらないと、オブザーバも動作もできず、従来では、起動時に電源電圧推定値の初期値をゼロにして、オブザーバを制御器と同時にスタートさせいる。この場合、オブザーバの初期誤差が大きいので、収束するまでの期間が長い。この間では、制御器が正確な電源電圧情報が得られないので、誤動作で過電流、過電圧になる恐れが生じる。
【0004】
スムーズに起動するために,通常の制御動作の前に、特別なテスト動作ステージを設ける手法もある。テスト動作期間では、適当なテストスイッチング信号を変換器に出力しながら、オブザーバを動作させる。適当な時間が経って、電源電圧をある程度推定できたら、通常の制御動作に切換える。この場合、前記の同時スタートより安全であるが、テスト動作中には、交流電流の上昇が避けられず、無負荷時、直流側が充電されつつ、過電圧になる恐れが残る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、上記した問題点に対して、起動前、過電流、 過電圧を起こさせずに、電源電圧をある程度推定し、起動制御をスムーズに行うPWMコンバータの交流電源電圧推定装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
つまり、その目的を達成するために、交流から直流に変換するPWMコンバータと、該コンバータの交直流制御量を所定の指令値に追従させる制御器と、前記コンバータの交流電流検出信号と直流電圧検出信号とスイッチング信号を入力とし、電源電圧値を推定する電源電圧オブザーバと、からなる電源電圧センサレス制御されるPWMコンバータの制御装置において、
前記制御器が起動前のゲートブロック状態では、前記PWM変換器の各相交流電流の極性を求める第1の手段と、第1の手段で求められた電流極性に基づき、等価スイッチング信号を求める第2の手段と、を設け、前記第2の手段で求められた等価スイッチング信号を電源電圧オブザーバに入力して前記電源電圧値を推定することにある。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳述する。
【0007】
【発明の実施の形態】
図1は本発明のゲートブロック時の電源電圧推定装置の構成を示す図である。同図において、11は交流電流極性を求める第1の手段であり、12はゲートブロック時に、第1の手段で求められた電流極性に基づき、変換ブリッジの等価スイッチング信号を求める第2の手段であり、13は従来の電源電圧オブザーバで、その入力のスイッチング信号を第2の手段で求められた等価スイッチング信号として、電源電圧を推定する。
本発明は、コンバータ起動時、オブザーバが制御器に電源電圧情報を提供できるために、制御器動作前のゲートブロック状態でもオブザーバを動作させ、その時のオブザーバの作動方法に関するものである。以下、本発明のゲートブロック時のオブザーバ作動原理を詳述する。
【0008】
制御器起動前に、変換ブリッジを構成する半導体スイッチング素子のゲート信号を上下ともオフにして、すなわち、ゲートブロック状態にするのは普通である。この状態では,スイッチング素子がゲートオフ状態にあるが,図2に示したコンバータブリッジ、すなわちPWM変換器1にある逆並列ダイオードの存在で,コンバータブリッジは多相ダイオード整流器となる。従って、図2の交流リアクトル3に僅かながらも,電流が流れており、等価的にスイッチングしているようにみることができる。その等価スイッチング信号は電流の極性で決められる。これについては、以下図4を用いて、その原理を説明する。
図4は図2の多相PWMコンバータの一つの相を取り出して示したものであり、同図において,2’は交流電源、3’は交流リアクトル、4’は直流負荷回路、14,14’はそれぞれPWM変換器ブリッジのアームを構成する上下スイッチ、15,15’はスイッチと逆並列に接続されているダイオードである。また、iは交流電流を示し、以後ブリッジに流す方向を正とする。
電流極性が正の場合,電流がアームの上のスイッチの逆並列ダイオード15を通して流れるので,これは上のスイッチのゲートにON信号、下のスイッチのゲートにOFF信号を与えた場合と同じスイッチング効果になるので、スイッチング信号uは等価的に1(上ON、下OFF)とみることができる。同じ理由で,電流極性が負の場合,等価的にu=0(下ON、上OFF)である。
【0009】
ゲートブロック時のこの等価現象を利用して、本発明は第1の手段を設けて電流極性を求め、第2の手段では上述のように等価スイッチング信号を求める。そして、第2の手段で求められた等価スイッチング信号をオブザーバの入力のスイッチング信号として,オブザーバを動作させて,電源電圧の推定を行う。
よって、制御器が停止状態でもオブザーバを動作させて、電源電圧を推定することができる。これで、制御器が起動時、オブザーバから正確な電源情報を得ることができるので、過電流、過電圧等の不具合が避けられる。
【0010】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、電源電圧センサレス制御されるPWMコンバータの電源電圧推定装置において、制御器が停止状態であっても、電源電圧を推定することができる。従って、 制御器が起動時正しい電源電圧情報を得ることができ、過電流、過電圧等を起こさず、順調に起動することができ、実用上、極めて有用性の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の構成を示すブロック図である。
【図2】三相電圧形PWMコンバータの主回路構成を示す図である。
【図3】従来の技術を説明するための電源電圧センサレス制御ブロック図である。
【図4】本発明の原理を説明のためのゲートブロック時の特性を示す図である。
【符号説明】
1 PWMコンバータを構成するPWM変換器
2、2’ 交流電源
3、3’ 交流リアクトル
4、 4’直流回路
5 変換器主回路
6 CPU演算ブロック
7 直流電圧検出器
8 交流電流検出器
9 コンバータの制御器演算ブロック
10 電源電圧オブザーバ演算ブロック
11 本発明の第1 の手段
12 本発明の第2の手段
13 電源電圧オブザーバ
14、14’半導体スイッチング素子
15、15’逆並列ダイオード
i 交流電流
u スイッチング信号[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for a PWM converter that is controlled without a power supply voltage sensor, and more particularly to a power supply voltage estimation device when a controller is stopped.
[0002]
[Prior art]
FIG. 2 is a diagram showing a main circuit configuration of a PWM converter for converting a polyphase alternating current into a direct current for explaining the conventional technique. In FIG. 2, 1 is a PWM conversion bridge constituting the converter, and 2 is a polyphase An AC power source, 3 is an AC reactor, and 4 is a DC circuit.
The purpose of the converter control is to make the AC current follow a sine wave command value with a predetermined power factor angle shifted from the power supply voltage waveform, and to match the DC voltage with the predetermined voltage command value. Since it is based on the power supply voltage, information on the power supply voltage is indispensable. For this reason, conventionally, the power supply voltage is often directly detected by a detection transformer or the like in hardware.
[0003]
However, since the power supply voltage detector is affected by power supply fluctuations, switching ripples, noise, etc., it requires installation space and is disadvantageous in terms of cost. Therefore, an observer is configured by software, the power supply voltage is estimated, and converter control is performed. A power supply voltage sensorless control method has been devised.
FIG. 3 is a system configuration block diagram in the case of power supply voltage sensorless control. In the figure, 5 is a block representing the converter main circuit of FIG. 2, 6 is a CPU calculation block for controlling the converter, 7 is a DC voltage detector, and 8 is an AC current detector.
Since the switching signal of the controller output is required to operate the observer, the observer cannot operate unless the control is started. Conventionally, the initial value of the estimated power supply voltage is set to zero at the start-up, and the observer is Is started simultaneously with the controller. In this case, since the observer's initial error is large, the period until convergence is long. During this time, since the controller cannot obtain accurate power supply voltage information, there is a risk of malfunction resulting in overcurrent and overvoltage.
[0004]
In order to start smoothly, there is also a method of providing a special test operation stage before the normal control operation. In the test operation period, the observer is operated while outputting an appropriate test switching signal to the converter. When the power supply voltage can be estimated to some extent after an appropriate time, the control is switched to the normal control operation. In this case, it is safer than the above-mentioned simultaneous start, but during the test operation, an increase in alternating current is unavoidable, and there is a possibility that overload will occur while the direct current side is charged when there is no load.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above-mentioned points, and the object of the present invention is to estimate the power supply voltage to some extent before starting, without causing overcurrent and overvoltage, and to start up the above problem. An object of the present invention is to provide an AC power supply voltage estimation device for a PWM converter that performs control smoothly.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
That is, in order to achieve the purpose, a PWM converter for converting from AC to DC, a controller for causing the AC / DC control amount of the converter to follow a predetermined command value, an AC current detection signal and a DC voltage detection of the converter In a control device for a PWM converter that is controlled by a power supply voltage sensor, which includes a power supply voltage observer that estimates a power supply voltage value by inputting a signal and a switching signal,
In the gate block state before starting the controller, the first means for obtaining the polarity of each phase alternating current of the PWM converter and the equivalent switching signal for obtaining the equivalent switching signal based on the current polarity obtained by the first means And an equivalent switching signal obtained by the second means is input to a power supply voltage observer to estimate the power supply voltage value.
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a power supply voltage estimation device in a gate block according to the present invention. In the figure, 11 is a first means for obtaining the alternating current polarity, and 12 is a second means for obtaining the equivalent switching signal of the conversion bridge based on the current polarity obtained by the first means when the gate is blocked. Yes, 13 is a conventional power supply voltage observer, which estimates the power supply voltage using the input switching signal as the equivalent switching signal obtained by the second means.
The present invention relates to a method of operating an observer at that time, because the observer can provide power supply voltage information to the controller at the time of starting the converter, so that the observer is operated even in a gate block state before the operation of the controller. Hereinafter, the observer operating principle at the time of the gate block of the present invention will be described in detail.
[0008]
Before starting the controller, it is normal to turn off the gate signals of the semiconductor switching elements that constitute the conversion bridge, that is, in the gate block state. In this state, the switching element is in a gate-off state, but the converter bridge is a multiphase diode rectifier due to the presence of the converter bridge shown in FIG. 2, that is, the antiparallel diode in the PWM converter 1. Therefore, it can be seen that a small amount of current flows through the AC reactor 3 in FIG. The equivalent switching signal is determined by the polarity of the current. The principle of this will be described below with reference to FIG.
FIG. 4 shows one phase of the multi-phase PWM converter of FIG. 2, in which 2 ′ is an AC power source, 3 ′ is an AC reactor, 4 ′ is a DC load circuit, and 14 and 14 ′. Are upper and lower switches constituting the arms of the PWM converter bridge, and 15 and 15 'are diodes connected in reverse parallel to the switches. Further, i represents an alternating current, and the direction in which it flows through the bridge is assumed to be positive thereafter.
When the current polarity is positive, the current flows through the
[0009]
Utilizing this equivalent phenomenon at the time of the gate block, the present invention provides the first means to obtain the current polarity, and the second means obtains the equivalent switching signal as described above. Then, the observer is operated using the equivalent switching signal obtained by the second means as the switching signal input to the observer, and the power supply voltage is estimated.
Therefore, the power supply voltage can be estimated by operating the observer even when the controller is stopped. Thus, when the controller is activated, accurate power supply information can be obtained from the observer, so that problems such as overcurrent and overvoltage can be avoided.
[0010]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the power supply voltage estimation device for a PWM converter that is controlled without a power supply voltage sensor, the power supply voltage can be estimated even when the controller is in a stopped state. Therefore, the controller can obtain correct power supply voltage information at start-up, can start up smoothly without causing overcurrent, overvoltage, etc., and is extremely useful in practical use.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a main circuit configuration of a three-phase voltage type PWM converter.
FIG. 3 is a power supply voltage sensorless control block diagram for explaining a conventional technique.
FIG. 4 is a diagram showing characteristics at the time of a gate block for explaining the principle of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 PWM converter 2, 2 'AC power supply 3, 3' AC reactor 4, 4 'DC circuit 5 Converter main circuit 6 CPU arithmetic block 7 DC voltage detector 8 AC
Claims (1)
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| JP21026798A JP4144942B2 (en) | 1998-07-10 | 1998-07-10 | Power supply voltage estimation device for PWM converter |
Applications Claiming Priority (1)
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