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JPH0568950B2 - - Google Patents
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JPH0568950B2 - - Google Patents

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JPH0568950B2
JPH0568950B2 JP59168790A JP16879084A JPH0568950B2 JP H0568950 B2 JPH0568950 B2 JP H0568950B2 JP 59168790 A JP59168790 A JP 59168790A JP 16879084 A JP16879084 A JP 16879084A JP H0568950 B2 JPH0568950 B2 JP H0568950B2
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Japan
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frequency
voltage
transformer
saturation
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JP59168790A
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Shigetoshi Higaki
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
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    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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    • H02M7/42Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode

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  • Power Engineering (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明は、直流電力を商用周波数程度の低周波
交流電力に変換する電力変換装置に関するもので
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a power conversion device that converts direct current power to low frequency alternating current power approximately equal to a commercial frequency.

[発明の技術的背景とその問題点] 第6図に、直流電力を商用周波数の交流電力に
変換し、交流系統に連系する本発明を適用出来る
電力変換装置の主回路構成の一例を示す。
[Technical background of the invention and its problems] Figure 6 shows an example of the main circuit configuration of a power conversion device to which the present invention can be applied, which converts DC power into AC power at a commercial frequency and connects to an AC system. .

この装置は、直流電源1から高周波インバータ
2を介して、高周波交流(例えば20KHz)に変換
する。その後、直流電源側と交流電源側とを絶縁
する高周波トランス3を介して電力を伝達し、再
び整流器4により一度直流に変換した後、エネル
ギー蓄積素子(本図に於てはリアクトル)5を経
て、再度交流系統連系用低周波インバータ6によ
り、商用周波数(例えば60KHz)の交流電力に変
換して、交流系統7に連系するものである。
This device converts a DC power source 1 into high frequency AC (for example, 20 KHz) via a high frequency inverter 2. After that, the power is transmitted via a high frequency transformer 3 that insulates the DC power supply side and the AC power supply side, and once again converted to DC by a rectifier 4, and then passed through an energy storage element (a reactor in this figure) 5. Then, the low frequency inverter 6 for connecting to the AC system converts the power into AC power at a commercial frequency (for example, 60 KHz), and connects it to the AC system 7.

一般に、直流電源1と交流系統7との間には、
地絡保護や、インバータ2中のスイツチング素子
21,22,23,24の耐圧の問題等のため、
絶縁用のトランス3を必要とする。その際、仮に
インバータ2に於て、直流電力を、高周波交流で
なく、直接商用周波数の交流電力に変換すれば、
第6図中の整流器4、商用電源連系用インバータ
6は不要となる。(ただしリアクトル5は、この
場合でも省略することはできない。)この様に、
直接商用周波数の交流に変換した場合、絶縁用ト
ランス3は、商用周波数程度の低周波電力を伝達
しなければならないため、第6図の電力変換装置
の様に高周波電力を伝達する場合に比べて、変圧
器の大きさは、格段に増加する。従つて、商用周
波トランスよりも、高周波トランス3、整流器
4、交流系統連系用低周波インバータ6の組合せ
の方が、装置全体として、小形化が可能である。
また効率の点に於ても、低周波トランスよりも高
周波トランスの方が低損失にできるため、整流
器、連系用インバータの損失を含めても、装置全
体の総合効率を良くすることが可能である。
Generally, between the DC power supply 1 and the AC system 7,
Due to problems such as ground fault protection and voltage resistance of the switching elements 21, 22, 23, and 24 in the inverter 2,
Requires transformer 3 for insulation. At that time, if the inverter 2 converts the DC power directly into commercial frequency AC power instead of high frequency AC power,
The rectifier 4 and commercial power supply interconnection inverter 6 shown in FIG. 6 become unnecessary. (However, reactor 5 cannot be omitted even in this case.) In this way,
In the case of direct conversion to commercial frequency alternating current, the isolation transformer 3 must transmit low frequency power of about the commercial frequency, so compared to the case of transmitting high frequency power as in the power converter shown in Fig. 6. , the size of the transformer increases significantly. Therefore, the combination of the high-frequency transformer 3, the rectifier 4, and the low-frequency inverter 6 for connecting to the AC grid can be made more compact as a whole than the commercial frequency transformer.
Also, in terms of efficiency, a high-frequency transformer can have lower loss than a low-frequency transformer, so even if you include the loss of the rectifier and interconnection inverter, it is possible to improve the overall efficiency of the entire device. be.

しかしながらここで問題となる点として、高周
波トランス3の飽和があげられる。つまり、装置
の小形化、高効率化を図れば図る程、飽和問題が
顕著になつてくる。従つて何らかの対策をしなけ
れば、スイツチング素子21〜24の破壊ない
し、トランス3の焼損という事故につながる可能
性がある。
However, the problem here is saturation of the high frequency transformer 3. In other words, the more the device is made smaller and more efficient, the more the saturation problem becomes more prominent. Therefore, unless some measure is taken, there is a possibility that an accident such as destruction of the switching elements 21 to 24 or burnout of the transformer 3 may occur.

[発明の目的] 本発明は、上記事情を考慮してなされたもの
で、交流系統に所望の電流を流す様に制御しつ
つ、高周波インバータ2中のスイツチング素子2
1,22,23,24のオン時間を制御すること
により、トランス3が発生する磁束を制御し、一
方では、その制御誤差の蓄積により、トランス3
が飽和し始めた場合、速やかに制御回路にリセツ
トをかけて、通常の制御に復帰させることで、完
全にトランスを飽和させてしまうことが無い様
な、電力変換装置を提供することを目的とするも
のである。
[Object of the Invention] The present invention has been made in consideration of the above-mentioned circumstances, and it is possible to control the switching element 2 in the high frequency inverter 2 while controlling the desired current to flow in the AC system.
1, 22, 23, and 24, the magnetic flux generated by the transformer 3 is controlled, and on the other hand, due to the accumulation of control errors, the transformer 3
The purpose of the present invention is to provide a power conversion device that prevents the transformer from becoming completely saturated by quickly resetting the control circuit and returning to normal control when the transformer begins to become saturated. It is something to do.

[発明の概要] この目的を達成するために本発明は、直流電力
を高周波インバータを介して高周波交流に変換
し、高周波トランスを介して電力を伝達した後、
一度整流器を通して直流に戻し、エネルギー蓄積
素子、商用電源連系用インバータにより再び商用
周波の交流電力に変換して、商用電源に連系する
電力変換装置に於て、商用電源に正弦波状の電源
電流を流す様な電圧パターン発生回路の信号によ
り、前記高周波インバータのスイツチング素子を
オン、オフさせつつ、前記高周波トランスに印加
される電圧の極性に応じて、前記スイツチング素
子のオン時間を制御することで、間接的に、前記
高周波トランス内の発生磁束を制御する磁束制御
回路を設け、一方ではその制御回路の制御誤差を
蓄積により、前記高周波トランスが飽和し始めた
場合、直ちに飽和を検出する回路を設け、その飽
和検出回路の信号により前記磁束制御回路にリセ
ツトをかけて、速やかに飽和解除の方向に動作さ
せて、通常の制御に復帰させることで、前記高周
波トランスの飽和を防止している。
[Summary of the Invention] To achieve this object, the present invention converts DC power into high-frequency AC through a high-frequency inverter, and after transmitting the power through a high-frequency transformer,
Once converted to DC power through a rectifier, it is converted back to commercial frequency AC power using an energy storage element and an inverter for connecting to a commercial power supply.The power converter connected to the commercial power supply converts the sinusoidal power supply current to the commercial power supply. The switching element of the high-frequency inverter is turned on and off by a signal from a voltage pattern generation circuit that causes the high-frequency transformer to flow, and the on-time of the switching element is controlled according to the polarity of the voltage applied to the high-frequency transformer. , a magnetic flux control circuit is provided that indirectly controls the magnetic flux generated within the high-frequency transformer, and on the other hand, when the high-frequency transformer begins to saturate due to accumulation of control errors in the control circuit, a circuit that immediately detects saturation is provided. The saturation of the high frequency transformer is prevented by resetting the magnetic flux control circuit using the signal from the saturation detection circuit, quickly operating in the direction of desaturation, and returning to normal control.

[発明の実施例] まず、第6図により、本発明の原理を説明す
る。
[Embodiments of the Invention] First, the principle of the present invention will be explained with reference to FIG.

電源電流IUを電源電圧VACと同相(つまり力率
=1)とするには、商用電源連系用低周波インバ
ータ6中のスイツチング素子61,62,63,
64を位相角α=0°で制御する。つまり電源電圧
VACが0となるタイミングでスイツチング素子
(図ではサイリスタ)61,64又は62,63
の組合せでオンさせる。従つてインバータ6の入
力側の電圧VINVは、スイツチング素子61,6
2,63,64の導通状態に応じて、商用電源が
全波整流された電圧波形となる。一方高周波イン
バータ2において、高速スイツチング素子21,
22,23,24のうち、21,24又は22,
23の組合せでオンさせると高周波トランス3の
一次側(高周波インバータ側を一次側、整流器側
を二次側とする。)に直流電圧VDCが印加され、
従つて二次側に電圧V2が現われる。つまり、ト
ランスの巻数比をn1:n2として スイツチング素子21,24オンの場合 V2=n2/n1VDC スイツチング素子22,23オンの場合 V2=n2/n1VDC その他の場合 V2≒0又は無励磁となる。故
に、整流器4の出力電圧VRECは スイツチング素子21,24オン又は 22,23オンの場合VREC=n2/n1VDC その他の場合 VREC≒0 となる。従つてリアクトル5に印加される電圧は
VREC−VINVであるのでスイツチング素子21,2
4又は22,23の組合せでオンの場合 n2/n1VDC−VINV ……(A) その他の場合 −VINV ……(B) となる。そこでn2/n1VDC>(VINVの最大値)となる 様に、トランスの巻数比n1:n2を決めておけば、
リアクトル5を流れる電流ILは (A)の場合 IL 増加 (B)の場合 IL 減少 となる。
In order to make the power supply current I U in phase with the power supply voltage V AC (that is, power factor = 1), switching elements 61, 62, 63,
64 is controlled at a phase angle α=0°. In other words, the power supply voltage
Switching elements (thyristor in the figure) 61, 64 or 62, 63 at the timing when V AC becomes 0
Turn it on with a combination of Therefore, the voltage V INV on the input side of the inverter 6 is
Depending on the conduction state of 2, 63, and 64, the commercial power supply has a full-wave rectified voltage waveform. On the other hand, in the high frequency inverter 2, the high speed switching elements 21,
Of 22, 23, 24, 21, 24 or 22,
When the combination 23 is turned on, a DC voltage V DC is applied to the primary side of the high frequency transformer 3 (the high frequency inverter side is the primary side and the rectifier side is the secondary side).
A voltage V 2 therefore appears on the secondary side. In other words, assuming the turns ratio of the transformer is n 1 :n 2 , when switching elements 21 and 24 are on, V 2 = n 2 / n 1 V DC . When switching elements 22 and 23 are on, V 2 = n 2 / n 1 V DC , etc. In the case of V 2 ≒ 0 or no excitation. Therefore, the output voltage V REC of the rectifier 4 is V REC = n 2 /n 1 V DC when the switching elements 21 and 24 are on or 22 and 23 are on, and V REC ≈0 in other cases. Therefore, the voltage applied to reactor 5 is
Since V REC −V INV , switching elements 21 and 2
4 or a combination of 22 and 23, n2 / n1 V DC -V INV ...(A) In other cases, -V INV ...(B). Therefore, if the turns ratio n 1 :n 2 of the transformer is determined so that n 2 /n 1 V DC > (maximum value of V INV ),
The current I L flowing through the reactor 5 increases in case (A) and decreases in case (B).

ここで注目すべき点は、高速スイツチング素子
21,24又は22,23の組合せのどちらに於
ても、その結果として、リアクトルを流れる電流
ILを増加させることができることである。従つて
トランスの飽和を考慮した場合、ILを増加させな
ければならない期間に於て、21,24又は2
2,23がオンしている時間をバランスよく制御
してやれば良いことになる。
What should be noted here is that in either combination of high-speed switching elements 21, 24 or 22, 23, as a result, the current flowing through the reactor
It is possible to increase IL . Therefore, when considering the saturation of the transformer, in the period when I L must be increased, 21, 24 or 2
All that is needed is to control the amount of time that 2 and 23 are on in a well-balanced manner.

以下、本発明の一実施例を第1図を参照して説
明する。この図は、第6図の主回路構成を同一と
していて、図中の電源電流IU(つまりアクトル電
流IL)を所定の正弦波状の電流になる様に制御し
つつ、かつ高周波トランス3が飽和しない様に高
周波インバータ2中の高速スイツチング素子2
1,22,23,24を駆動するためのブロツク
図である。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. This figure has the same main circuit configuration as in Figure 6, and controls the power supply current I U (actor current I L ) in the figure so that it becomes a predetermined sinusoidal current, and the high-frequency transformer 3. High-speed switching element 2 in high frequency inverter 2 to avoid saturation.
1, 22, 23, and 24. FIG.

スイツチングパターン発生回路100では電源
電流IUを正弦波状の電流にするために、高周波イ
ンバータ2中のスイツチング素子のスイツチング
信号SW14、SW23を出力する。そのためにま
ず整流器4の出力VRECとして発生すべき電圧のパ
ターンVPATを電圧パターン発生回路より出力
する。この電圧パターン発生回路は、通常よく行
なわれている様な、ある電流基準の付近に被制御
電流が存在する様に比較器で比較してオン、オフ
のパターンつまり電圧パターンVPATを発生す
る回路(直接電流比較型パルス幅変調制御)や、
所定の電流を流す様な電圧基準と三角波を比較し
てVRECとして発生すべき電圧パターンVPATを
発生する回路(三角波比較型パルス幅変調制御)、
あるいは、あらかじめ演算等により電圧パターン
を用意しておく様な回路等で良い。ここで注目す
べき点は、発生された電圧パターンVPATは、
特にトランスの飽和を意識せずに、電源電流IU
つまりリアクトル電流ILを制御するための任意の
パターンで良い点である。ただし、振幅変調制御
ではなくパルス幅変調制御である。よつて、発生
された電圧VPATは幅の広いパルスを含んでい
ても良い。
The switching pattern generation circuit 100 outputs switching signals SW14 and SW23 of the switching elements in the high frequency inverter 2 in order to make the power supply current IU a sinusoidal current. To do this, first, the voltage pattern VPAT to be generated as the output V REC of the rectifier 4 is output from the voltage pattern generation circuit. This voltage pattern generation circuit is a circuit that generates an on/off pattern, that is, a voltage pattern VPAT, by comparing it with a comparator so that the controlled current exists near a certain current reference, as is usually done. direct current comparison type pulse width modulation control),
A circuit that generates the voltage pattern VPAT to be generated as V REC by comparing a triangular wave with a voltage reference that causes a predetermined current to flow (triangular wave comparison type pulse width modulation control),
Alternatively, a circuit or the like may be used in which a voltage pattern is prepared in advance by calculation or the like. The point to note here is that the generated voltage pattern VPAT is
This is a good point because it can be used in any pattern to control the power supply current IU , that is, the reactor current IL , without being particularly concerned with transformer saturation. However, this is not amplitude modulation control but pulse width modulation control. Thus, the generated voltage VPAT may include wide pulses.

電圧パターン発生回路により発生した電圧パタ
ーン信号VPATは、スイツチング素子選択回路
へ入力される。この回路では、次にオンすべきス
イツチング素子21,24又は22,23の組合
せを選択する。例えば21,24をオンすべき場
合は、21,24選択信号SEL14を縦短絡防止
用遅延回路へ出力する。そこで例えば数μSECの
遅延ののち、21,24オン信号SW14がスイ
ツチング素子駆動回路へ出力されて、スイツチン
グ素子21,24にそれぞれ駆動信号D1、D4
が出力される。そして素子21,24が導通して
高周波トランス3の一次側へ直流電圧VDCが印加
され、その結果VRECに電圧が現われて、リアクト
ル電流ILが増加する。一方スイツチング素子2
1,24オン信号SW14及び22,23オン信
号SW23は、磁束制御回路100へも出力され
る。そこで、まずSW14,SW23は極性付全
導通時間計算回路へ入力される。そこでは、SW
14又はSW23の信号が出ている時間を符号付
で計測する。つまりSW14が出力されている時
間は正、SW23が出力されている時間は負とし
てその総和をとる。その結果が極性付全導通時間
TNとなる。このTNは、高周波トランス3
内に発生する磁束の模擬信号つまり発生磁束レベ
ルと見ることができる。従つて本発明において
は、この極性付全体導通時間TNがある一定レ
ベルを越えない様に制御を行なうことにより、高
周波トランス3の磁束の飽和を防止あるいは制御
している。この時間データTNは次に領域判別
回路へ出力される。TNがある上限値ULMT
を越えた場合、上限オーバ信号ULVが出力さ
れる。またある下限値DLMTの下まわつた場合、
下限オーバ信号DLVが出力される。またそれ
らの限界値内に位置する場合には交互にスイツチ
ング信号ALTが出力される。それらの信号(UL
oV、DLV、ALT)は、スイツチング素子選
択回路へ出力され、その信号をもとにしてスイツ
チング素子の組21,24,22,23を選択す
る。
The voltage pattern signal VPAT generated by the voltage pattern generation circuit is input to the switching element selection circuit. This circuit selects the combination of switching elements 21, 24 or 22, 23 to be turned on next. For example, when 21 and 24 are to be turned on, the 21 and 24 selection signal SEL14 is output to the delay circuit for preventing vertical short circuit. Therefore, for example, after a delay of several μSEC, the 21, 24 ON signals SW14 are output to the switching element drive circuit, and the switching elements 21, 24 receive the drive signals D1, D4, respectively.
is output. Then, the elements 21 and 24 become conductive, and the DC voltage V DC is applied to the primary side of the high frequency transformer 3. As a result, a voltage appears at V REC and the reactor current I L increases. On the other hand, switching element 2
The 1, 24 ON signal SW14 and the 22, 23 ON signal SW23 are also output to the magnetic flux control circuit 100. Therefore, first, SW14 and SW23 are input to a polarized total conduction time calculation circuit. There, SW
14 or SW23 signal is output with a sign. In other words, the time during which SW14 is output is positive, and the time during which SW23 is output is negative, and the sum is taken. The result is the polarized total conduction time TN. This TN is a high frequency transformer 3
It can be seen as a simulated signal of the magnetic flux generated within the magnetic flux, that is, the generated magnetic flux level. Therefore, in the present invention, saturation of the magnetic flux of the high frequency transformer 3 is prevented or controlled by controlling the polarized overall conduction time TN not to exceed a certain level. This time data TN is then output to the area discrimination circuit. Upper limit value ULMT with TN
If it exceeds the upper limit, an upper limit over signal ULV is output. Also, if it falls below a certain lower limit DLMT,
A lower limit over signal DLV is output. Moreover, when the position is within these limit values, the switching signal ALT is outputted alternately. Those signals (UL
oV, DLV, ALT) are output to the switching element selection circuit, and the switching element sets 21, 24, 22, 23 are selected based on the signals.

以上の様子を第2図のタイミングチヤートをも
とにして、更に説明する。図の様な電圧パターン
信号VPATが電圧パターン発生回路より出力さ
れた場合を考える。このVPATは、前記の様に、
整流器4の出力電圧VRECとほぼ相似の関係にあ
る。図中のAで示される時点よりも前の期間は、
極性付全導通時間TN(すなわち、発生磁束模
擬信号)は、上限ULMT、下限DLMT内にある
ため、それぞれの限界オーバ信号ULV、DL
Vは出力されず、交互スイツチング信号ALTが
出力されている。このALTが出力されている期
間(つまり“H”)は、図の様にVPATが出力さ
れるごとに、SW14,SW23が交互に出力さ
れる。ここで、前回どちらの組が導通状態にあつ
たかは、スイツチング素子記憶回路からの信号
MEM14,MEM23をもとにしている。その
結果、高周波トランス3には正、負の電圧が交互
に印加される。しかしながらSW14,SW23
のオン時間は、VPATのオン時間によるため、
必ずしも同一でない。従つて、その総和であるT
oNのレベルも次第に増加(あるいは減少)し、
その結果上限値(あるいは下限値)をオーバす
る。第2図では、A点において、上限値を越えた
場合を示している。この時点で、上限オーバ信号
ULVが出力され、同時に(実際は縦短絡防止
のための微小時間経過後であるが、図では略して
ある。)SW14信号をリセツトしてSW23信号
を出力することにより、高周波インバータ2にお
いては、素子21,24の組から22,23の組
へと導通状態が替わり、高周波トランス3には、
正から負の極性の電圧が印加される。一方その二
次電圧V2は、整流器4により整流されるため、
VRECには電圧が現われ、その結果リアクトル電流
を増加させ続けることができる。その後TNは
減少して、上限・下限内に設けられた限界値オー
バ信号をリセツトレベルRSTV(図では、中心
にとつてあるが、任意でよい。)に達した時点で
(第2図中ではA′点)ULV信号をリセツトす
る。図にも示してある様にULVが出力されて
いる期間は、SW23のみを出力する様にする。
その後ALT信号が復活することにより、A′点以
後は、A点以前の様に交互スイツチングを繰り返
すことになる。
The above situation will be further explained based on the timing chart shown in FIG. Consider a case where a voltage pattern signal VPAT as shown in the figure is output from a voltage pattern generation circuit. As mentioned above, this VPAT is
The relationship is almost similar to the output voltage V REC of the rectifier 4. The period before the time point indicated by A in the diagram is
Since the polarized total conduction time TN (that is, the generated magnetic flux simulation signal) is within the upper limit ULMT and lower limit DLMT, the respective limit over-signals ULV and DL
V is not output, and the alternate switching signal ALT is output. During the period when ALT is being outputted (that is, "H"), SW14 and SW23 are alternately outputted every time VPAT is outputted as shown in the figure. Here, which pair was in the conductive state last time is determined by the signal from the switching element memory circuit.
It is based on MEM14 and MEM23. As a result, positive and negative voltages are alternately applied to the high frequency transformer 3. However, SW14, SW23
The on time of depends on the on time of VPAT, so
Not necessarily the same. Therefore, the sum of T
The level of oN also gradually increases (or decreases),
As a result, the upper limit (or lower limit) is exceeded. FIG. 2 shows a case where the upper limit value is exceeded at point A. At this point, the upper limit over signal
ULV is output, and at the same time (actually, after a short period of time has elapsed to prevent a vertical short circuit, but it is omitted in the figure), the SW14 signal is reset and the SW23 signal is output, so that the high frequency inverter 2 The conduction state changes from the set 21 and 24 to the set 22 and 23, and the high frequency transformer 3 has
A voltage of positive to negative polarity is applied. On the other hand, the secondary voltage V 2 is rectified by the rectifier 4, so
A voltage appears at V REC so that the reactor current can continue to increase. Thereafter, TN decreases, and when the limit value over signal set within the upper and lower limits reaches the reset level RSTV (in the figure, it is set at the center, but it can be set arbitrarily) (in Figure 2, it is Point A') Reset the ULV signal. As shown in the figure, only SW23 is output during the period when ULV is output.
Thereafter, the ALT signal is restored, and after point A', alternate switching is repeated as before point A.

以上の様に制御することにより、極性付全導通
時間TNすなわち、発生磁束模擬値は上限
(ULMT)及び下限(DLMT)範囲内に入り、
従つてトランスの飽和は理想的な場合防止でき
る。しかしながら実際問題としてスイツチング素
子のターンオン時間、ターンオン時間のばらつ
き、あるいはスイツチング時の過渡現象(振動
等)の影響、直流電圧の時間的な変動又は制御誤
差の蓄積(デイジタル制御の場合量子化誤差、ア
ナログ制御の場合ドリフトによる誤差等)等のた
め、磁束制御回路上では、正規に制御を行なつて
いるにもかかわらず、トランスに於ては次第に飽
和の方向へ進んで行くことがありうる。その対策
として、第1図の様に飽和検出回路を設け、そこ
から出力されるトランス飽和信号SATにより、
磁束制御回路にいわばリセツトをかける様にす
る。そこでこの飽和検出回路について説明する。
一般にトランスが飽和し始めると、励磁電流が増
加し、2次電圧が低下する。第3図に定性的な電
圧、電流波形を示す。従つてトランスの飽和を検
出するためには、2次電圧V2又は一次電流I1を監
視することによりV2の場合は電圧の低下、I1の場
合はI1中の励磁電流の増加を検出すれば良い。た
だし励磁電流の増加を精度良く検出するために
は、I1電流を精度良くかつ高速に検出する必要が
あるため、一般にV2を検出するよりは難度が高
い。またトランスに磁束センサを埋め込み、B−
H特性上のポイントを直接監視して、飽和点を検
出する方法も考えられる。
By controlling as above, the polarized total conduction time TN, that is, the generated magnetic flux simulation value falls within the upper limit (ULMT) and lower limit (DLMT) range,
Transformer saturation can therefore be prevented in the ideal case. However, in practice, the turn-on time of switching elements, variations in turn-on time, the effects of transient phenomena (vibration, etc.) during switching, temporal fluctuations in DC voltage, or accumulation of control errors (quantization errors in the case of digital control, analog In the case of control, errors due to drift, etc.) may cause the transformer to gradually move toward saturation, even though the magnetic flux control circuit is performing normal control. As a countermeasure, a saturation detection circuit is provided as shown in Figure 1, and the transformer saturation signal SAT output from the circuit is used to detect
The magnetic flux control circuit is reset, so to speak. Therefore, this saturation detection circuit will be explained.
Generally, when a transformer begins to saturate, the excitation current increases and the secondary voltage decreases. Figure 3 shows qualitative voltage and current waveforms. Therefore, in order to detect the saturation of the transformer, by monitoring the secondary voltage V 2 or the primary current I 1 , we detect a decrease in the voltage in the case of V 2 and an increase in the excitation current in I 1 in the case of I 1 . Just detect it. However, in order to accurately detect an increase in excitation current, it is necessary to accurately and quickly detect I 1 current, which is generally more difficult than detecting V 2 . In addition, a magnetic flux sensor is embedded in the transformer, and B-
Another possible method is to directly monitor points on the H characteristic to detect the saturation point.

第4図に、2次電圧V2を監視した場合の飽和
検出回路の一実施例を示す。2次電圧が飽和した
かどうかレベルチエツクする信号V′2は、2次電
圧V2又は検出用3次巻線電圧V3を整流後直流電
圧VDCとの除算結果を使用する。この目的はVDC
の時間的な変動を考慮して、レベルチエツクする
信号V′2を正規化するためのものである。従つて
VDCが一定、つまりV1のピーク一定の場合省略可
能である。V′2と飽和検出レベルSATLBLと比較
して、V′2<SATLBLとなつた時点で飽和検出信
号SATを第1図における極性付全導通時間計算
回路へ出力する。
FIG. 4 shows an embodiment of the saturation detection circuit when the secondary voltage V 2 is monitored. The signal V' 2 for checking the level of whether the secondary voltage is saturated uses the result of dividing the secondary voltage V 2 or the detection tertiary winding voltage V 3 by the rectified DC voltage V DC . This purpose is V DC
This is to normalize the signal V'2 to be level checked, taking into account temporal fluctuations in the signal V'2. accordingly
It can be omitted if V DC is constant, that is, the peak of V 1 is constant. V' 2 is compared with the saturation detection level SATLBL, and when V' 2 <SATLBL, the saturation detection signal SAT is output to the polarized total conduction time calculation circuit shown in FIG.

極性付全導通時間計算回路では、飽和検出信号
SATを受けると、SW14又はSW23の信号
(又はMEM14,MEM23)よりスイツチング
素子21,24,22,23の組合せのうち、ど
ちらが導通しているかをチエツクして、トランス
に印加されている電圧の極性を判断する。そし
て、飽和時補正データ転送回路より、 SW14の場合−極性飽和補正レベス SACP(<ULMT) SW23の場合+極性飽和補正レベス SACM(>DLMT) を読み込んで、極性付全導通時間TNを、強制
的にセツトする。これが、飽和検出時における、
飽和制御回路のリセツト機構である。以後、飽和
制御回路は新しくセツトされたTNの値を
ULMT、DLMTの範囲内に復帰する様に動作
し、速やかに飽和の解除が実現される。
In the polarized total conduction time calculation circuit, the saturation detection signal
When SAT is received, it is checked which of the combination of switching elements 21, 24, 22, and 23 is conducting from the signal of SW14 or SW23 (or MEM14, MEM23), and the polarity of the voltage applied to the transformer is determined. to judge. Then, from the saturation correction data transfer circuit, for SW14 - polarity saturation correction level SACP (<ULMT) and for SW23 + polarity saturation correction level SACM (>DLMT) is read, and the total conduction time with polarity TN is forcibly set. Set to . This is when detecting saturation.
This is a reset mechanism for the saturation control circuit. After that, the saturation control circuit uses the newly set value of TN.
It operates to return to within the range of ULMT and DLMT, and saturation is quickly released.

以上の様子を第5図のタイムチヤートをもとに
説明する。Bの時点で飽和信号SATが発生する
と、この場合、SW14が出力(素子21,24
がオン)されているので、トランスは+極性で飽
和していることになり、その結果TNには、+
極性飽和補正レベルSACPがセツトされる。領域
判別回路では、TNの値をともに、上限オーバ
信号ULVを出力して交互スイツチング信号
ALTをリセツトする。その結果、スイツチング
素子選択回路では、ULVが出力されている期
間は、常にSEL23を出力することによりスイツ
チング素子22,23が導通してトランスには−
極性の電圧が印加されて飽和を解除する。
The above situation will be explained based on the time chart shown in FIG. When the saturation signal SAT occurs at time B, in this case, SW14 outputs (elements 21, 24
is on), so the transformer is saturated with + polarity, and as a result, +
A polarity saturation correction level SACP is set. The area discrimination circuit outputs the upper limit over signal ULV together with the value of TN as an alternate switching signal.
Reset ALT. As a result, the switching element selection circuit always outputs SEL23 during the period when ULV is output, thereby making the switching elements 22 and 23 conductive and causing the transformer to -
A polar voltage is applied to release the saturation.

勿論、上限値ULMT、下限値DLMTの値を、
その時の直流電圧VDCのレベルに合せて、適当に
増減させて、制御を行なうことも可能である。
Of course, the values of the upper limit ULMT and lower limit DLMT,
It is also possible to perform control by appropriately increasing or decreasing it in accordance with the level of the DC voltage V DC at that time.

[発明の効果] 以上述べた様に、本発明によれば、高周波トラ
ンスの飽和を防止する様に、高周波トランスのス
イツチング素子のオン、オフを制御し、また制御
誤差等の蓄積により、実際にトランスが飽和し始
めた場合においても速やかに飽和解除の方向へ動
作させ、その場合でも連続して電力変換装置の出
力電流の所望の値に制御している。従つて高周波
トランスの限界設計が可能となり、トランスの小
形化、高効率化が図れ、その結果電力変換装置と
して小形化、高効率化が可能となる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the switching elements of the high-frequency transformer are controlled to turn on and off so as to prevent the saturation of the high-frequency transformer. Even when the transformer begins to saturate, it is quickly operated in the direction of desaturation, and even in that case, the output current of the power converter is continuously controlled to a desired value. Therefore, it becomes possible to design the high frequency transformer at its limits, and the transformer can be made smaller and more efficient, and as a result, the power converter can be made smaller and more efficient.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示すブロツク図、
第2図は第1図の動作を説明するためのタイミン
グチヤート、第3図は一般のトランスの電圧電流
の定性的な波形図、第4図は第1図の飽和検出回
路の一例を示すブロツク図、第5図は本発明の動
作を説明するためのタイミングチヤート、第6図
は本発明が適用される電力変換装置の構成図であ
る。 1……直流電源、2……高周波インバータ、3
……高周波トランス、21,22,23,24…
…高速スイツチング素子、4……全波整流器、7
……商用電源、TN……極性付全導通時間、
ULMT……導通時間上限値、DLMT……導通時
間下限値、SAT……トランス飽和信号、SACP
……+極性飽和補正レベル、SACM……−極性
飽和補正レベル、100……スイツチングパター
ン発生回路、101……磁束制御回路。
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention;
Fig. 2 is a timing chart for explaining the operation of Fig. 1, Fig. 3 is a qualitative waveform diagram of the voltage and current of a general transformer, and Fig. 4 is a block diagram showing an example of the saturation detection circuit of Fig. 1. 5 is a timing chart for explaining the operation of the present invention, and FIG. 6 is a configuration diagram of a power conversion device to which the present invention is applied. 1...DC power supply, 2...High frequency inverter, 3
...High frequency transformer, 21, 22, 23, 24...
...High-speed switching element, 4...Full-wave rectifier, 7
... Commercial power supply, TN ... Total conduction time with polarity,
ULMT...Upper limit value of conduction time, DLMT...Lower limit value of conduction time, SAT...Transformer saturation signal, SACP
... + polarity saturation correction level, SACM ... - polarity saturation correction level, 100 ... switching pattern generation circuit, 101 ... magnetic flux control circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 直流を高周波交流に変換する高周波インバー
タと、該高周波交流が供給される高周波トランス
と、該高周波トランスで絶縁された高周波交流を
第2の直流に変換する整流器と、該第2の直流を
所定周波数の交流に変換して交流系統へ供給する
交流系統連系用インバータとを備えた電力変換装
置において、パルス幅変調制御により前記高周波
インバータに正あるいは負の電圧を出力させるス
イツチ信号を発生するスイツチングパターン発生
手段と、前記スイツチ信号の全導通指令時間を、
前記高周波インバータの正の出力電圧に対応する
導通指令時間には正の符号を付して、負の出力電
圧に対応する導通指令時間には負の符号を付し
て、その総和をとることにより前記高周波トラン
スの磁束を模擬し該模擬磁束が正側あるいは負側
の所定の磁束レベルを越えたとき前記高周波イン
バータの出力電圧の極性を反転させる指令を出力
する磁束模擬手段と、前記高周波トランスの一次
電流の増加及び二次電圧の低下、あるいは磁束セ
ンサーにより前記高周波トランスの飽和を検出す
る飽和検出手段とを設け、前記磁束模擬手段には
更に前記飽和検出手段により前記高周波トランス
の飽和が検出されたとき前記模擬磁束を前記正側
あるいは負側の所定の磁束レベルを越える値に置
換える補正手段を設けたことを特徴とする電力変
換装置。
1. A high-frequency inverter that converts direct current into high-frequency alternating current, a high-frequency transformer to which the high-frequency alternating current is supplied, a rectifier that converts the high-frequency alternating current isolated by the high-frequency transformer into a second direct current, and a rectifier that converts the second direct current into a predetermined direct current. In a power converter equipped with an inverter for connecting to an alternating current system, which converts the frequency into alternating current and supplies it to an alternating current system, a switch that generates a switch signal that causes the high frequency inverter to output a positive or negative voltage by pulse width modulation control. a switching pattern generating means, and a total conduction command time of the switch signal,
By assigning a positive sign to the conduction command time corresponding to the positive output voltage of the high frequency inverter, and assigning a negative sign to the conduction command time corresponding to the negative output voltage, and taking the sum of the two. magnetic flux simulating means for simulating the magnetic flux of the high frequency transformer and outputting a command to reverse the polarity of the output voltage of the high frequency inverter when the simulated magnetic flux exceeds a predetermined magnetic flux level on the positive or negative side; saturation detection means for detecting an increase in primary current and a decrease in secondary voltage, or saturation of the high frequency transformer using a magnetic flux sensor; A power conversion device comprising: a correction means for replacing the simulated magnetic flux with a value exceeding the predetermined magnetic flux level on the positive side or the negative side.
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