JP5793005B2 - Power conversion device and control device thereof - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、整流回路とインバータ回路を備えた電力変換装置、及び制御装置に係るものである。 Embodiments of the present invention relate to a power conversion device including a rectifier circuit and an inverter circuit, and a control device.
一般に、商用周波数の交流系統から受電する電力変換装置では、交流系統からの交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路と、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路とを組み合わせて用いている。このうち、インバータ回路は、モータの駆動源をはじめ変圧器を介して交流の高圧高周波電力を供給する電源、あるいは、変圧器の二次を整流してEVなどのバッテリーを充電する充電装置などに応用されている。一方、整流回路は、インバータ回路に直流電圧を供給する直流電源であって、優れた力率を発揮するものとして、スイッチング素子を備えたものが提案されている。中でも、pwmコンバータは直流電圧の一定制御が可能なので多用されている(例えば、特許文献1)。 Generally, in a power converter that receives power from an AC system of commercial frequency, a rectifier circuit that rectifies AC voltage from the AC system and converts it to DC voltage, and an inverter circuit that converts DC voltage to AC voltage are used in combination. Yes. Of these, the inverter circuit is used as a power source for supplying AC high-voltage high-frequency power via a transformer as well as a motor drive source, or a charging device that rectifies the secondary of the transformer and charges a battery such as an EV. Applied. On the other hand, the rectifier circuit is a DC power source that supplies a DC voltage to the inverter circuit, and a circuit that includes a switching element has been proposed as an element that exhibits an excellent power factor. Among them, the pwm converter is widely used because it can perform constant control of the DC voltage (for example, Patent Document 1).
上記のようなpwmコンバータを利用した電力変換装置は、電源力率がほぼ1という高力率を発揮することができ、直流電圧の変動もなく、安定した動作が可能である。しかしその反面、この種の電力変換装置は、pwmコンバータブリッジが高価なスイッチング素子からなるので、コストが高いという問題点があった。また、損失が多いので効率が低いといった短所も指摘されていた。そこで従来から、低コストで高効率であるダイオード整流回路が提案されている(例えば、特許文献2)。 The power conversion device using the pwm converter as described above can exhibit a high power factor with a power source power factor of approximately 1, and can operate stably without fluctuations in DC voltage. On the other hand, this type of power conversion device has a problem of high cost because the pwm converter bridge is composed of an expensive switching element. In addition, it was pointed out that the efficiency was low due to the large loss. Therefore, conventionally, a diode rectifier circuit that is low-cost and highly efficient has been proposed (for example, Patent Document 2).
ところが、ダイオード整流回路はアクティブな素子を用いないので、力率が低下することは否めない。高力率の改善を達成するためには、整流後の平滑度を向上させて交流側のピーク電流を低くすれば良い。具体的には、直流部に小容量コンデンサを設け、この小コンデンサ容量によって整流後の電流を平滑化した多相整流回路を採用することが有効である。 However, since the diode rectifier circuit does not use an active element, the power factor cannot be denied. In order to achieve an improvement in the high power factor, the smoothness after rectification should be improved to reduce the peak current on the AC side. Specifically, it is effective to employ a multiphase rectifier circuit in which a small-capacitance capacitor is provided in the direct current section and the rectified current is smoothed by the small capacitor capacity.
ダイオード整流回路と小容量コンデンサを備えた電力変換装置には、上述した力率の低下とは別に、次のような不具合が指摘されている。すなわち、pwmコンバータと違い、ダイオード整流回路では、直流電圧が交流入力電圧の変動をダイレクトに受けてしまい、しかも負荷の変動にも弱い。 In addition to the power factor reduction described above, the following problems have been pointed out in power converters including diode rectifier circuits and small capacitors. That is, unlike the pwm converter, in the diode rectifier circuit, the DC voltage directly receives the fluctuation of the AC input voltage, and is also vulnerable to the fluctuation of the load.
交流入力電圧や負荷の変動により、ダイオード整流回路の出力する直流電圧が変動すれば、インバータ回路もその影響を受け、負荷に供給する電圧及び電力は不安定となる。このため、ダイオード整流回路を備えた電力変換装置は、直流電圧変動の影響を受け難い負荷にしか応用することができず、適用範囲の狭さが問題となっていた。 If the DC voltage output from the diode rectifier circuit fluctuates due to fluctuations in the AC input voltage or load, the inverter circuit is also affected, and the voltage and power supplied to the load become unstable. For this reason, the power converter provided with the diode rectifier circuit can be applied only to a load that is not easily affected by the DC voltage fluctuation, and the narrow application range has been a problem.
しかし、電力変換装置の需要は急速に高まる近年、経済的に有利なことが重視されている。したがって、ダイオード整流回路を備えた電力変換装置の適用分野をさらに広げることが望まれていた。そこで、ダイオード整流回路を備えた電力変換装置において、直流電圧変動の影響を受けず、負荷側の変動にも迅速に対応可能な電力変換装置の制御技術の開発が待たれていた。 However, in recent years, the demand for power conversion devices has increased rapidly, and it has been emphasized that it is economically advantageous. Therefore, it has been desired to further expand the application field of the power conversion device including the diode rectifier circuit. Therefore, development of a control technique for a power conversion device that includes a diode rectifier circuit and that can respond quickly to fluctuations on the load side without being affected by fluctuations in DC voltage has been awaited.
本実施形態の電力変換装置及びその制御装置は、上記の課題を解決するために提案されたものである。本実施形態は、ダイオード整流回路を備えた電力変換装置の制御装置において、直流電圧の一定制御が可能で、且つ負荷に対し高精度に電圧及び電力を供給して安定した負荷制御を実現することにより、適用範囲の拡大を可能としたものである。 The power conversion device and the control device thereof according to the present embodiment have been proposed to solve the above problems. In this embodiment, in a control device for a power conversion device including a diode rectifier circuit, constant control of a DC voltage is possible, and stable load control is realized by supplying voltage and power to a load with high accuracy. Thus, the application range can be expanded.
上記の目的を達成するために、実施形態の電力変換装置の制御装置は、次の点を特徴とする。
(1)電力変換装置には、ダイオード素子を含み商用周波数の交流系統電圧を整流して直流母線に出力する整流回路と、半導体スイッチング素子を含み直流母線の電圧を交流に変換して負荷に電力を供給するインバータ回路とが設けられている。
(2)直流母線には直流母線の電圧値を検出する電圧検出手段が設けられている。
(3)電圧検出手段には積分手段が接続されている。積分手段は、電圧検出手段の検出した電圧値を取り入れ、インバータ回路の周波数に同期してリセットすることで、インバータ周波数1サイクル毎の電圧積分値を求めるように構成されている。
(4)積分手段には、pwm信号生成手段が接続され、pwm信号生成手段には計算手段が接続されている。計算手段は、予め設定された負荷の有効電力基準とインバータ回路の周波数を取り込み、有効電力基準を周波数で除してインバータ周波数1サイクル毎の電圧基準を計算するように構成されている。
(5)pwm信号生成手段は、計算手段の求めたインバータ周波数1サイクル毎の電圧基準と積分手段の求めた電圧積分値とを比較して、インバータ回路を駆動させるpwm信号を生成するように構成されている。
In order to achieve the above object, a control device for a power conversion device according to an embodiment is characterized by the following points.
(1) The power conversion device includes a rectifier circuit that rectifies a commercial frequency AC system voltage including a diode element and outputs the rectified voltage to a DC bus, and includes a semiconductor switching element to convert the DC bus voltage to AC and power the load. And an inverter circuit for supplying.
(2) The DC bus is provided with voltage detection means for detecting the voltage value of the DC bus.
(3) An integrating means is connected to the voltage detecting means. The integrating means is configured to obtain a voltage integrated value for each cycle of the inverter frequency by taking in the voltage value detected by the voltage detecting means and resetting in synchronization with the frequency of the inverter circuit.
(4) The integration means is connected to the pwm signal generation means, and the pwm signal generation means is connected to the calculation means. The calculation means is configured to take a preset active power reference of the load and the frequency of the inverter circuit, and calculate the voltage reference for each cycle of the inverter frequency by dividing the active power reference by the frequency.
(5) The pwm signal generating means is configured to generate a pwm signal for driving the inverter circuit by comparing the voltage reference for each cycle of the inverter frequency obtained by the calculating means with the voltage integrated value obtained by the integrating means. Has been.
1.代表的な実施形態の構成
以下、代表的な実施形態である電力変換装置とその制御装置について、図1〜図3を参照して具体的に説明する。
1. Configuration of Representative Embodiment Hereinafter, a power conversion device and a control device thereof as a representative embodiment will be specifically described with reference to FIGS.
(1)電力変換装置の構成
図1に示すように、電力変換装置Aは、整流回路を含むコンバータ部と、これに接続されたインバータ部とを含み、コンバータ部の受電端側に商用周波数の三相の交流電源1が接続され、インバータ部の送電端側に負荷であるオゾン発生装置14が接続されている。
(1) Configuration of Power Conversion Device As shown in FIG. 1, the power conversion device A includes a converter unit including a rectifier circuit and an inverter unit connected thereto, and a commercial frequency is provided on the power receiving end side of the converter unit. A three-phase AC power source 1 is connected, and an ozone generator 14 as a load is connected to the power transmission end side of the inverter unit.
電力変換装置Aには、整流回路を構成するダイオードブリッジ51、52が設けられている。ダイオードブリッジ51、52の入力側には変圧器50を介して交流電源1が接続され、出力側には直流母線7が接続されている。ダイオードブリッジ51、52には、小容量コンデンサ53とサージエネルギー吸収回路54が設置されている。つまり、電力変換装置Aのコンバータ部は、ダイオードブリッジ51、52、小容量コンデンサ53及びサージエネルギー吸収回路54から構成される。
The power converter A is provided with diode bridges 51 and 52 constituting a rectifier circuit. The AC power supply 1 is connected to the input side of the diode bridges 51 and 52 via the
一方、電力変換装置Aのインバータ部は、インバータブリッジ11と、変圧器12と、リアクトル13とから構成される。インバータブリッジ11は、直流母線7の電圧を交流に変換して、オゾン発生装置14に供給する回路であり、4つのIGBTを有している。図1中の符号GA〜GDは、インバータブリッジ11におけるIGBTのゲートを示している。変圧器12は、昇圧用のトランスであって、インバータブリッジ11とオゾン発生装置14との間に設置される。リアクトル13は、変圧器12に直列に接続されている。 On the other hand, the inverter unit of the power conversion device A includes an inverter bridge 11, a transformer 12, and a reactor 13. The inverter bridge 11 is a circuit that converts the voltage of the DC bus 7 into AC and supplies it to the ozone generator 14, and has four IGBTs. Symbols GA to GD in FIG. 1 indicate IGBT gates in the inverter bridge 11. The transformer 12 is a step-up transformer, and is installed between the inverter bridge 11 and the ozone generator 14. The reactor 13 is connected to the transformer 12 in series.
このような電力変換装置Aが交流電源1から三相交流を受電すると、変圧器50を経由した交流を、ダイオードブリッジ51、52が受け取る。ダイオードブリッジ51、52は、交流電源1から取り込んだ交流電圧を整流して直流母線7に出力する。そして、インバータブリッジ11が、直流母線7の直流電圧を交流電圧に変換する。変圧器12は交流電圧を昇圧し、リアクトル13を介して負荷との共振状態としてオゾン発生装置14に電力を供給する。
When such a power conversion device A receives three-phase alternating current from the alternating current power source 1, the diode bridges 51 and 52 receive alternating current via the
(2)電力変換装置の制御装置
上記の電力変換装置Aの制御装置Bは、3つの部分から構成される。第1の部分は電力変換装置Aのコンバータ部の出力取込手段、第2の部分はインバータ部の出力取込手段、第3の部分はインバータ部に対する制御信号の生成手段である。
(2) Control device for power conversion device The control device B for the power conversion device A is composed of three parts. The first part is output taking means of the converter unit of the power converter A, the second part is output taking means of the inverter part, and the third part is control signal generating means for the inverter part.
(2−1)コンバータ部の出力取込手段
コンバータ部の出力取込手段は、電圧検出器6と、積分回路55と、リセット回路56とを含む。電圧検出器6は、ダイオードブリッジ51、52が出力する直流電圧を検出する手段であって、直流電圧値VDを小容量コンデンサ53から取り込み、積分回路55に送るようになっている。
(2-1) Output Capture Unit of Converter Unit The output capture unit of the converter unit includes a
リセット回路56は、インバータ周波数Fを取り込み、1サイクルの起点でリセット信号を積分回路55に出力する回路である。積分回路55は、電圧検出器6から直流電圧値VDを、リセット回路56からリセット信号をそれぞれ受け取って、直流電圧値VDを積分した電圧積分値∫Vdtを求める回路である。
The
(2−2)インバータ部の出力取込手段
インバータ部の出力取込手段として、変流器15、変圧器16、掛算器17、18、ローパスフィルタ19、20、無効電力設定器21及び無効電力検出用信号発生器25、有効電力制御回路63、計算回路64及び有効電力設定器66が設けられている。
(2-2) Output take-in means of inverter unit As output take-in means of the inverter unit, current transformer 15, transformer 16, multipliers 17 and 18, low-pass filters 19 and 20, reactive power setting device 21 and reactive power A detection signal generator 25, an active
変流器15及び変圧器16は、インバータブリッジ11とオゾン発生装置14との間に設置されている。変流器15はインバータブリッジ11の出力する電流値I15を検出する機器、変圧器16はオゾン発生装置14の出力する電圧値V16を検出する機器である。 The current transformer 15 and the transformer 16 are installed between the inverter bridge 11 and the ozone generator 14. The current transformer 15 is a device that detects the current value I15 output from the inverter bridge 11, and the transformer 16 is a device that detects the voltage value V16 output from the ozone generator 14.
変流器15には掛算器17、18が接続されている。また、変圧器16には掛算器18と無効電力検出用信号発生器25が接続され、無効電力検出用信号発生器25には掛算器17が接続されている。掛算器17は、無効電力検出用信号発生器25から無効電力検出用信号V25を受け取るようになっている。 Multipliers 17 and 18 are connected to the current transformer 15. In addition, a multiplier 18 and a reactive power detection signal generator 25 are connected to the transformer 16, and a multiplier 17 is connected to the reactive power detection signal generator 25. The multiplier 17 receives the reactive power detection signal V25 from the reactive power detection signal generator 25.
掛算器17にはローパスフィルタ19が接続され、掛算器18にはローパスフィルタ20が接続されている。掛算器17はオゾン発生装置14の無効電力Qを算出する回路であり、掛算器18はオゾン発生装置14の有効電力Pを算出する回路である。 A low pass filter 19 is connected to the multiplier 17, and a low pass filter 20 is connected to the multiplier 18. The multiplier 17 is a circuit that calculates the reactive power Q of the ozone generator 14, and the multiplier 18 is a circuit that calculates the active power P of the ozone generator 14.
ローパスフィルタ19には、無効電力設定器21及び無効電力制御回路23が順次接続されている。無効電力設定器21ではオゾン発生装置14の無効電力基準Q*を設定している。無効電力制御回路23はオゾン発生装置14の無効電力Qを制御してインバータブリッジ11のインバータ周波数Fを調整する回路である。 A reactive power setting device 21 and a reactive power control circuit 23 are sequentially connected to the low-pass filter 19. The reactive power setting device 21 sets a reactive power reference Q * for the ozone generator 14. The reactive power control circuit 23 is a circuit that adjusts the inverter frequency F of the inverter bridge 11 by controlling the reactive power Q of the ozone generator 14.
ローパスフィルタ20には、有効電力設定器66及び有効電力制御回路63が順次接続されている。有効電力設定器66ではオゾン発生装置14の有効電力基準P*を設定している。有効電力制御回路63は、有効電力Pの制御に加えて、計算回路64の計算結果であるP*/F(後述)の補正処理を行う回路である。
An active
計算回路64は、有効電力設定器66で設定有効電力基準P*を、インバータ周波数Fで割ることで、インバータ周波数1サイクル毎の電圧基準Vm*(=αP*/F、αは係数である)を計算する回路である。
The
(2−3)インバータの制御信号の生成手段
インバータの制御信号の生成手段は、コンパレータ58と、pwm回路59と、位相シフトpwm回路60とからなる。これらの回路は、積分回路55の出力側に順次接続されている。
(2-3) Inverter Control Signal Generation Unit The inverter control signal generation unit includes a
コンパレータ58は、計算回路64が求めた電圧基準Vm*と、積分回路55が求めた電圧積分値∫Vdtとを比較するものである。pwm回路59は、コンパレータ58の比較に基づいてpwm信号を生成する回路である。位相シフトpwm回路60は、pwm回路59の生成したpwm信号を、位相シフト形pwm制御の駆動信号に変換する回路である。
The
(2−4)電力変換装置の制御装置の動作
上記の構成要素からなる制御装置Bは、次のように動作する。ダイオードブリッジ51、52の出力側では、電圧検出器6は小容量コンデンサ53の直流電圧値VDを検出して、これを積分回路55に送る。
(2-4) Operation of the control device of the power conversion device The control device B composed of the above-described components operates as follows. On the output side of the diode bridges 51, 52, the
リセット回路56は、インバータ周波数Fの1サイクルの起点でリセット信号を積分回路55に送るので、積分回路55はリセット信号に基づいてリセットする。積分回路55は、リセット信号に挟まれるT0からT1までの間、電圧検出器6から小容量コンデンサ53の直流電圧値VDを積分した電圧積分値∫Vdtを求めることができ、これをコンパレータ58に送る。
Since the
一方、インバータブリッジ11の出力側では、変流器15がインバータブリッジ11の出力した電流値I15を検出して掛算器17、18に送る。変圧器16は、オゾン発生装置14の出力した電圧値V16を検出して掛算器18及び無効電力検出用信号発生器25に送る。 On the other hand, on the output side of the inverter bridge 11, the current transformer 15 detects the current value I 15 output from the inverter bridge 11 and sends it to the multipliers 17 and 18. The transformer 16 detects the voltage value V 16 output from the ozone generator 14 and sends it to the multiplier 18 and the reactive power detection signal generator 25.
掛算器17は、無効電力検出用信号発生器25から無効電力検出用信号V25を受け取り、無効電力検出用信号V25と変流器15の出力した電流値I15の積を求め、ローパスフィルタ19に送ってオゾン発生装置14の無効電力Qを算出する。無効電力制御回路23は、無効電力設定器21で設定した無効電力基準Q*と、前記無効電力Qを取り込み、無効電力基準Q*がゼロになるようにインバータブリッジ11のインバータ周波数Fを調整して、基本波の力率が1になるように制御する。 The multiplier 17 receives the reactive power detection signal V25 from the reactive power detection signal generator 25, obtains the product of the reactive power detection signal V25 and the current value I15 output from the current transformer 15, and sends the product to the low-pass filter 19. Then, the reactive power Q of the ozone generator 14 is calculated. The reactive power control circuit 23 takes in the reactive power reference Q * set by the reactive power setting unit 21 and the reactive power Q, and adjusts the inverter frequency F of the inverter bridge 11 so that the reactive power reference Q * becomes zero. Thus, control is performed so that the power factor of the fundamental wave becomes 1.
掛算器18は、電流値I15と電圧値V16との積をローパスフィルタ20に送ってオゾン発生装置14の有効電力Pを算出する。計算回路64は、有効電力設定器66で設定した有効電力基準P*と、無効電力制御回路23で調整したインバータ周波数Fを取り込み、有効電力基準P*インバータ周波数Fで除し、商となるインバータ周波数1サイクル毎の電圧基準Vm*(=αP*/F)を求める。
The multiplier 18 sends the product of the current value I15 and the voltage value V16 to the low-pass filter 20 to calculate the active power P of the ozone generator 14. The
有効電力制御回路63は、有効電力設定器66で設定した有効電力基準P*と、前記有効電力Pを取り込む。有効電力制御回路63は、有効電力Pと有効電力基準P*とを比較増幅して有効電力Pを制御すると共に、計算回路64の計算結果であるαP*/Fの補正処理を行う。
The active
1サイクル毎の有効電力Pは、オゾン発生装置14の放電電圧Vzと、力率をほぼ1に制御した電流iと、インバータ周波数Fとの積として求まる(式1)。また、電流iと放電電圧Vzと1サイクル毎の電圧平均値Vmとの関係式2を、式1の電流iに代入すると、1サイクル毎の有効電力Pは、1サイクル毎の電圧平均値Vmとインバータ周波数Fとの積に比例することになる(式3)。このような関係が成立することから、有効電力制御回路63は、1サイクル毎に、計算回路64の求める電圧基準Vm*(=αP*/F)を補正処理することができる。
P=i・Vz・F…(1)
i=k・(Vm/Vz)…(2)
P=k・Vm・F…(3)
The active power P for each cycle is obtained as the product of the discharge voltage Vz of the ozone generator 14, the current i whose power factor is controlled to approximately 1, and the inverter frequency F (Equation 1). Further, when the relational expression 2 of the current i, the discharge voltage Vz, and the voltage average value Vm for each cycle is substituted into the current i of the expression 1, the active power P for each cycle is the voltage average value Vm for each cycle. And the inverter frequency F (equation 3). Since such a relationship is established, the active
P = i · Vz · F (1)
i = k · (Vm / Vz) (2)
P = k · Vm · F (3)
コンパレータ58は、積分回路55から電圧積分値∫Vdtを受け取り、計算回路64から電圧基準Vm*を受け取って、両者を比較する。pwm回路59は、コンパレータ58による電圧積分値∫Vdtと電圧基準Vm*との比較に基づいてpwm信号を生成する。
The
(2−5)pwm信号の生成
図2を参照して、pwm回路59におけるpwm信号の生成について、より具体的に説明する。図2において、上段から順に、aがインバータ周波数Fの動作波形、bがリセット回路56から出力されるリセット信号の動作波形、cが積分回路55から出力される電圧積分値∫Vdtの波形、dが電圧基準Vm*の電圧値である。
(2-5) Generation of pwm Signal The generation of the pwm signal in the pwm circuit 59 will be described more specifically with reference to FIG. 2, in order from the top, a is an operating waveform of the inverter frequency F, b is an operating waveform of the reset signal output from the
電圧積分値∫Vdtの波形cが、1サイクルあたりの電圧基準Vm*の電圧値dに到達した時点をt1とし、これに基づいてpwm信号を生成している。すなわち、電圧積分値∫Vdtの波形cが電圧基準Vm*の電圧値d以下(T0からt1まで)では、pwm信号はHとなり、電圧積分値∫Vdtの波形cが電圧基準Vm*の電圧値dを超えれば(t1からT1まで)、pwm信号はLとなる。 The time point at which the waveform c of the voltage integral value ∫Vdt reaches the voltage value d of the voltage reference Vm * per cycle is defined as t1, and the pwm signal is generated based on this. That is, when the waveform c of the voltage integral value ∫Vdt is equal to or less than the voltage value d of the voltage reference Vm * (from T0 to t1), the pwm signal becomes H, and the waveform c of the voltage integral value ∫Vdt is the voltage value of the voltage reference Vm *. If d is exceeded (from t1 to T1), the pwm signal becomes L.
位相シフトpwm回路60は、pwm回路59の生成したpwm信号を、ゲート信号A、B、C、Dに変換し、位相シフト形pwm制御の駆動信号としてインバータブリッジ11のIGBTのゲートGA、GB、GC、GDに駆動信号を送って、インバータブリッジ11を制御する。 The phase shift pwm circuit 60 converts the pwm signal generated by the pwm circuit 59 into gate signals A, B, C, and D, and uses the gates GA, GB, and IGBT gates of the inverter bridge 11 as drive signals for phase shift pwm control. A drive signal is sent to GC and GD to control the inverter bridge 11.
(2−6)位相シフト形pwm制御
位相シフトpwm回路60によるゲート信号A、B、C、Dについては、図2の下段に示す。各ゲート信号A、B、C、Dは、次のような合成波形である。
(2-6) Phase shift type pwm control The gate signals A, B, C, D by the phase shift pwm circuit 60 are shown in the lower part of FIG. Each gate signal A, B, C, D has the following combined waveform.
なお、図2の波形Eは、変圧器12の出力電圧を示している。変圧器12の負荷にインダクタンス分やコンデンサ部分がある場合には、変圧器12の一次側を短絡するモードにしておくことで、変圧器12の出力のゼロ部分を安定させるようになっている。 A waveform E in FIG. 2 indicates the output voltage of the transformer 12. When the load of the transformer 12 includes an inductance component and a capacitor portion, the zero portion of the output of the transformer 12 is stabilized by setting a mode in which the primary side of the transformer 12 is short-circuited.
位相シフト形pwm制御では、インバータブリッジ11の対角のIGBTのゲートに対し、駆動信号を意図的にずらして与える。このような位相シフト形pwm制御によれば、ゼロ電圧スイッチングを実施でき、高効率化及び制御の安定化を図ることができ、オゾン発生装置14に逆起電力(インダクタンスC等)がある場合等に有効である。 In the phase shift type pwm control, the drive signal is intentionally shifted to the diagonal IGBT gate of the inverter bridge 11. According to such phase shift type pwm control, zero voltage switching can be implemented, efficiency can be improved and control can be stabilized, and the ozone generator 14 has a counter electromotive force (inductance C or the like). It is effective for.
(3)実施形態の作用効果
以上のような本実施形態は、次のような作用効果を発揮する。すなわち、交流電源1の電圧変動やダイオードブリッジ51、52の出力側のリプル電圧等によって、小容量コンデンサ53に流れる直流電圧値VDが変動する。この場合、積分回路55の求める電圧積分値∫Vdtは、電圧基準Vm*に到達する時点t1が変わることになる。
(3) Effects of Embodiment The present embodiment as described above exhibits the following functions and effects. That is, the DC voltage value VD flowing through the small-
しかし、電圧基準Vm*で規定される1回のpwmの電圧波形の面積自体は変わることがない。したがって、整流回路がダイオードブリッジ51、52であっても、直流電圧を一定に制御することが可能である。つまり、直流電圧の変動があったとしても、電圧基準Vm*に達するまでの電圧積分値∫Vdtの大きさは変わらず、直流電力の一定制御が可能である。 However, the area of the voltage waveform of one time pwm specified by the voltage reference Vm * does not change. Therefore, even if the rectifier circuit is the diode bridges 51 and 52, the DC voltage can be controlled to be constant. In other words, even if the DC voltage varies, the magnitude of the voltage integral value ∫Vdt until the voltage reference Vm * is reached does not change, and the DC power can be controlled constantly.
また、コンバータ出力の積分値はインバータ周波数Fに反比例するので、コンバータ側の出力変動をインバータブリッジ11の電圧制御に反映することができ、しかも、前記積分値をインバータ周波数Fの1サイクル毎にリセットしているので、インバータ電圧を極めて高速に制御することが可能である。 Further, since the integral value of the converter output is inversely proportional to the inverter frequency F, the output fluctuation on the converter side can be reflected in the voltage control of the inverter bridge 11, and the integral value is reset every cycle of the inverter frequency F. Therefore, it is possible to control the inverter voltage at a very high speed.
さらに、本実施形態では、pwm回路59にて生成したpwm信号を、位相シフトpwm回路60により位相シフト形pwm制御の駆動信号に変換しており、オゾン発生装置14を安定且つ高精度に制御することが可能である。また、本実施形態では、オゾン発生装置14の有効電力Pが変動しても、有効電力制御回路63が有効電力Pを制御しつつ、1サイクル毎に電圧基準Vm*を補正するため、負荷制御の安定化に寄与することができる。
Further, in the present embodiment, the pwm signal generated by the pwm circuit 59 is converted into a drive signal for phase shift type pwm control by the phase shift pwm circuit 60, and the ozone generator 14 is controlled stably and with high accuracy. It is possible. In this embodiment, even if the active power P of the ozone generator 14 fluctuates, the load control is performed because the active
したがって、ダイオード整流回路を備えた電力変換装置であっても、直流電圧変動の影響を懸念する必要がなくなり、経済的な電力変換装置の適用範囲を広げることができる。また、負荷制御の安定性も向上しているため、信頼性及び経済性に優れた電力変換装置を提供することができる。 Therefore, even if it is a power converter device provided with the diode rectifier circuit, it is not necessary to worry about the influence of a DC voltage fluctuation, and the applicable range of an economical power converter device can be expanded. Moreover, since the stability of load control is also improved, it is possible to provide a power conversion device that is excellent in reliability and economy.
2.他の実施形態
なお、本明細書においては、本発明に係る複数の実施形態を説明したが、上記の実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。すなわち、上記の実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
2. Other Embodiments In this specification, a plurality of embodiments according to the present invention have been described. However, the above-described embodiments are presented as examples, and are intended to limit the scope of the invention. Absent. That is, the above-described embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the invention described in the claims and equivalents thereof as well as included in the scope and gist of the invention.
例えば、上記の代表的な実施形態では、pwm信号の波形生成に際して、電圧積分値∫Vdtと電圧基準Vm*(=αP*/F)を比較したが、電圧積分値∫Vdtにインバータ周波数Fを掛ける掛算器68を設け、積分回路55の出力を積分値∫VFdtとしてもよい(図3参照)。
For example, in the above-described representative embodiment, when the waveform of the pwm signal is generated, the voltage integral value ∫Vdt is compared with the voltage reference Vm * (= αP * / F), but the inverter frequency F is set to the voltage integral value ∫Vdt. A
このような実施形態では、コンパレータ58は、電圧積分値∫Vdtと電圧基準Vm*(=αP*/F)を比較するのではなく、両者にインバータ周波数Fを掛けた積分値∫VFdtと、有効電力基準P*と比較することで、pwm回路59がpwm信号を生成することができる。
In such an embodiment, the
したがって、割り算を行うことで導いていた電圧基準Vm*(=αP*/F)を使う必要が無くなり、計算回路64が不要となる。割り算に比べて、掛け算は計算負担が軽いので、pwm回路59によって生成されるpwm信号は同じでありながら、処理速度が向上するという効果を発揮する。
Therefore, it is not necessary to use the voltage reference Vm * (= αP * / F) derived by performing the division, and the
上記の実施形態は、ハード制御のブロック図で説明したが、ディジタル制御やマイコン制御であっても達成できる。従って、請求項においては、前記実施形態における回路を手段として記載したが、この手段には、回路のようにハードウェアのみによって構成されるものと、コンピュータプログラムによって実現される構成のいずれも含むものとする。 Although the above embodiment has been described with reference to a block diagram of hardware control, it can also be achieved by digital control or microcomputer control. Therefore, in the claims, the circuit in the above-described embodiment is described as a means. However, this means includes both a hardware configuration such as a circuit and a configuration realized by a computer program. .
また、発明の態様としては、制御装置の部分全体を制御回路として組み込んだ電力変換装置であってもよい。さらに、有効電力基準をインバータ回路の周波数で除した電圧基準V*の補正処理に関しては、インバータの電力制御出力ループによって補正することが可能であり、有効電力制御回路に限らず、補正処理専用の回路を設けてもよい。また、整流回路であるダイオードブリッジは、受電力率を向上させるために多相整流回路が有効であり、6相整流、12相整流、18相整流、24相整流等でも実施できる。 Moreover, as an aspect of the invention, a power conversion device in which the entire control device is incorporated as a control circuit may be used. Furthermore, the correction process of the voltage reference V * obtained by dividing the active power reference by the frequency of the inverter circuit can be corrected by the power control output loop of the inverter. A circuit may be provided. The diode bridge, which is a rectifier circuit, is effective in a multi-phase rectifier circuit in order to improve the power reception rate, and can be implemented by 6-phase rectification, 12-phase rectification, 18-phase rectification, 24-phase rectification and the like.
1…交流電源
2a、2b、2c…電流検出器
3a、3b、3c、13…リアクトル
5…コンデンサ
6…電圧検出器
7…直流母線
11…インバータブリッジ
12、16、50…変圧器
14…オゾン発生装置
15…変流器
17、18、68…掛算器
19、20…ローパスフィルタ
21…無効電力設定器
22…有効電力設定器
23…無効電力制御回路
24、63…有効電力制御回路
25…無効電力検出用信号発生器
51、52…ダイオードブリッジ
53…小容量コンデンサ
54…サージエネルギー吸収回路
55…積分回路
56…リセット回路
58…コンパレータ
59…pwm回路
60…位相シフトpwm回路
64…計算回路
A、C…電力変換装置
B、D…電力変換装置の制御装置
F…インバータ周波数
P…有効電力
P*…有効電力基準
Vm*…インバータ周波数1サイクル毎の電圧基準
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... AC power supply 2a, 2b, 2c ... Current detector 3a, 3b, 3c, 13 ... Reactor 5 ...
Claims (6)
前記直流母線の直流電圧を検出する直流電圧検出手段と、
前記直流電圧検出手段の検出した直流電圧を前記インバータ回路の出力周波数に同期してリセットすることでインバータ周波数1サイクル毎の電圧積分値を求める積分手段と、
前記負荷の有効電力基準を設定する有効電力設定手段と、
前記有効電力設定手段の設定した有効電力基準を前記インバータ回路の周波数で除してインバータ周波数1サイクル毎の電圧基準を計算する計算手段と、
前記積分手段の求めた電圧積分値と、前記計算回路の計算した電圧基準とを比較して、前記インバータ回路を駆動させるpwm信号を生成するpwm回路、を具備したことを特徴とする電力変換装置の制御装置。 A rectifier circuit that rectifies a commercial frequency AC system voltage including a diode element and outputs the rectified voltage to a DC bus; and an inverter circuit that includes a semiconductor switching element and converts the voltage of the DC bus to AC and supplies power to a load. A control device used in a power converter,
DC voltage detecting means for detecting a DC voltage of the DC bus,
Integrating means for obtaining a voltage integral value for each cycle of the inverter frequency by resetting the DC voltage detected by the DC voltage detecting means in synchronization with the output frequency of the inverter circuit;
Active power setting means for setting an active power reference of the load;
A calculating means for dividing the active power reference set by the active power setting means by the frequency of the inverter circuit to calculate a voltage reference for each cycle of the inverter frequency;
A power converter comprising: a pwm circuit that compares the voltage integrated value obtained by the integrating means with a voltage reference calculated by the calculating circuit and generates a pwm signal for driving the inverter circuit. Control device.
前記直流母線の直流電圧を検出する直流電圧検出手段と、
前記直流電圧検出手段の検出した直流電圧を前記インバータ回路の出力周波数に同期してリセットすることでインバータ周波数1サイクル毎の電圧積分値を求める積分手段と、
前記負荷の有効電力基準を設定する有効電力設定手段と、
前記積分手段の求めた電圧積分値と前記インバータ回路の出力周波数との積を求める掛け算手段と、
前記有効電力設定手段の設定した負荷の有効電力基準と、前記掛け算手段の求めた積とを比較して、前記インバータ回路を駆動させるpwm信号を生成するpwm回路、を具備したことを特徴とする電力変換装置の制御装置。 A rectifier circuit that rectifies a commercial frequency AC system voltage including a diode element and outputs the rectified voltage to a DC bus; and an inverter circuit that includes a semiconductor switching element and converts the voltage of the DC bus to AC and supplies power to a load. A control device used in a power converter,
DC voltage detecting means for detecting a DC voltage of the DC bus,
Integrating means for obtaining a voltage integral value for each cycle of the inverter frequency by resetting the DC voltage detected by the DC voltage detecting means in synchronization with the output frequency of the inverter circuit;
Active power setting means for setting an active power reference of the load;
Multiplication means for obtaining a product of the voltage integral value obtained by the integration means and the output frequency of the inverter circuit;
And active power reference of the load setting of the effective power setting hand stage, and wherein by comparing the product obtained in the multiplication means, equipped with a pwm circuit, for generating a pwm signal for driving the inverter circuit Control device for power conversion device.
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