JPH078141B2 - Ｐｗｍコンバータ装置の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はPWMコンバータ装置の制御装置に関するもの
である。

〔従来の技術〕

従来、この種の装置として特開昭60-229676号及び特開
昭62-210866号公報に示すものがある。

第３図は例えば特開昭60-229676号公報に記載されたPWM
コンバータを用いた従来のPWMコンバータ装置の制御装
置を示すブロック図である。図において、交流電源
（１）のＵ相、Ｖ相及びＷ相の各相の供給端子にはそれ
ぞれ交流リアクトル（２）が接続され、この交流リアク
トル（２）を介して三相交流電力を電力変換器（３）に
供給するようになされている。電力変換器（３）は、複
数のトランジスタ（スイチッング素子）（3a）〜（3f）
及びダイオード（整流素子）（3g）〜（3l）からなり、
トランジスタ（3a）〜（3f）及びダイオード（3g）〜
（3l）の各一対の接続点に上記リアクトル（２）を介し
て交流電源（１）の供給端子が接続されている。そし
て、後述するPWM信号作成回路からのPWM信号により交流
電源（１）から供給される交流電力を所望の直流電力に
交換している。また、この電力交換器（３）のトランジ
スタ対及びダイオード対の両端間には直流電圧Edを平均
化する平滑コンデンサ（４）が接続されており、平滑コ
ンデンサ（４）の両端間には電圧検出器（５）及び負荷
（６）が接続されている。上記リアクトル（２）と電力
変換器（３）との間には電力変換器（３）から交流電源
（１）に流れる三相交流の出力電流Iu、Iv及びIwを検出
するための電流検出器（７）が設けられ、又、交流電源
（１）の供給端子には、三相の交流電圧Eu、Ev及びEwの
各電圧位相θ_Eu、θ_Ev及びθ_Ewを検出する位相検出器
（８）が接続されている。

上記電圧位相θ_Eu、θ_Ev及びθ_Ewの入力を受ける座標変
換器（９）は、この電圧位相に基づいて上記出力電流I
u、Iv及びIwを直交二軸の交流電源を基準とした出力電
流の直交成分電流Id（以後、無効電流Idと呼ぶ）と同相
成分電流Iq（以後、有効電流Iqと呼ぶ）に変換してい
る。

一方、無効電流設定回路（10）は無効電流Idに相当する
無効電流設定値Id^＊を出力し、減算器（11）はこの無設
電流設定値Id^＊から無効電流Idを減算し、これに接続さ
れた電流制御器（12）は減算器（11）からの差電流信号
に基づいて交流電源を基準とした三相交流の電圧指令の
直交成分電圧設定値（以後、直交電圧設定値と呼ぶ）Vd
^＊を出力している。

また、直流電圧設定回路（13）は直流電圧Edに相当する
電圧設定値Ed^＊を出力し、減算器（14）は上記設定値Ed
^＊から直流電圧Edを減算し、これに接続された電圧制御
器（15）は、減算器（14）からの差電圧信号に基づいて
有効電流Iqに相当する有効電流設定値Iq^＊を出力してい
る。減算器（16）は有効電流設定値Iq^＊から有効電流Iq
を減算し、電流制御器（17）は減算器（16）からの差電
流信号に基づいて交流電源を基準とした三相交流の電圧
指令の同相成分電圧設定値（以後同相電圧設定値と呼
ぶ）Vq^＊を出力している。

電流制御器（12）及び（17）に接続された座標変換器
（18）は、電圧位相θ_Eu、θ_Ev及びθ_Ewに基づいて、直
交二軸の直交電圧設定値Vd^＊及び同相電圧設定Vq^＊を、
三相の電圧指令値部Vu^＊、Vv^＊及びVw^＊に変換してい
る。

３つのPWM信号作成回路（19）〜（21）は、それぞれ同
一構成からなり、各電圧指令値Vu^＊、Vv^＊及びVw^＊に応
じたパルス幅を有するPWM信号Pa〜Pfを出力している。

例えば、Ｗ相用のPWM信号作成回路（21）は、出力電流I
wの極性を判別する比較器（22）と、比較器（22）の出
力信号に応じて矩形波状の電圧補正信号ΔＶを出力する
調節器（23）と、電圧指令値Vw^＊に電圧補正信号ΔＶを
加算する加算器（24）と、三角波状の搬送波Vcを出力す
る搬送波発生器（25）と、加算器（24）により補正され
た電圧指令値Vw^＊から搬送波Vcを減算する減算器（26）
と、減算器（26）の出力信号に応じてオン信号Ｑ及び
を出力する比較器（27）と、オン信号Ｑ及びの立ち上
がりのタイミングを電圧補正信号ΔＶに比例した時間だ
け遅延させてPWM信号Pe及びPfとして出力する遅延要素
（28）及び（29）とを備えている。

また、（30）、（31）は補償器であり、定常状態に於る
リアクトル（２）の電圧降下を補償するため、予め設定
されたリアクトル（２）のインピーダンスに相当する定
数と、座標変換（９）の出力である無効電流Id、有効電
流Iqとをそれぞれ乗算して出力する。（32）は電源電圧
を補償する電源電圧補償器である。

第３図に示した従来のPWMコンバータ装置の制御装置の
動作について説明する。

電流検出器（７）は、出力電流Iu、Iv及びIwを検出し
て、座標変換器（９）及びPWM信号作成回路（19）〜（2
1）に入力する。又、位相検出器（８）は、交流電圧E
u、Ev及びEwの電圧位相θ_Eu、θ_Ev及びθ_Ewを検出し、
座標変換器（９）及び（18）に入力する。各電圧位相θ
_Eu、θ_Ev及びθ_Ewは、 θ_Eu＝θ θ_Ev＝θ−（2/3）π θ_Ew＝θ＋（2/3）π で表わされる。

座標変換器（９）は、交流電圧Eu、Ev及びEwの直流量に
相当する電源電圧Ｅを基準として、出力電流Iu、Iv及び
Iwの直流量に相当する出力電流Ｉの電源電圧Ｅに対する
直交成分（無効電流）Idと、同相成分（有効電流）Iqと
を、 から演算する。この演算により、無効電流Id及び有効電
流Iqは直流量に変換される。

一方、無効電流設定回路（10）から生成された無効電流
設定値Id^＊は、減算器（11）により無効電流Idが減算さ
れて差電流信号となり、電流制御器（12）に入力され
る。また無効電流設定値Id^＊は通常０に設定される。電
流制御器（12）は、差電流信号を例えば比例積分演算
し、電圧指令値Vu^＊、Vv^＊及びVw^＊の直流量に相当する
電圧指令値Ｖ^＊の電源電圧Ｅに対する直交電圧設定値Vd
^＊を出力する。

又、直流電圧設定回路（13）から生成された電圧設定値
Ed^＊は、減算器（14）により直流電圧Edが減算されて差
電圧信号となり、電圧制御器（15）に入力される。電圧
制御器（15）は、差電圧信号を例えば比例積分演算し、
電源電圧Ｅを基準としたときは同相成分となる出力電流
Ｉの有効電流設定値Iq^＊を出力する。この有効電流設定
値Iq^＊は、減算器（16）により有効電流Iqが減算され、
差電流信号となって電流制御器（17）に入力される。電
流制御器（17）は、差電流信号を例えば比例積分演算
し、電圧指令値Ｖ^＊の電源Ｅに対する同相電圧設定値Vq
^＊を出力する。

座標変換器（18）は、直交電圧設定値Vd^＊及び同相電圧
設定値Vq^＊に基づいて、三相交流の電圧指令値Vu^＊、Vv
^＊及びVw^＊を、 から演算する。この演算により、直流量に相当する直交
電圧設定値Vd^＊及び同相電圧設定値Vq^＊は、交流量の電
圧指令値Vu^＊、Vv^＊及びVw^＊に変換され、各PWM信号作
成回路（19）〜（21）に入力される。

ここで、Ｗ相のPWM信号作成回路（21）に注目し、電圧
補正信号ΔＶが零の場合について説明する。電圧設定値
Vw^＊は、減算器（26）により搬送波Vcが減算されて比較
器（27）に入力される。

比較器（27）は、減算器（26）の出力信号に基づいて、
電圧指令値Vw^＊と搬送波Vcとを比較し、 Vw^＊＞Vc の間はオン信号Ｑを出力し、 Vw^＊＜Vc の間はオン信号を出力する。これらのオン信号Ｑ及び
は、遅延要素（28）及び（29）により立ち上がりタイ
ミングが遅延され、トランジスタ（3e）及び（3f）をそ
れぞれオン駆動するためのPWM信号Pe及びPfとなって出
力される。遅延要素（28）及び（29）は、トランジスタ
（3e）及び（3f）のオフ動作遅れに起因するアーム短絡
を防止している。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のPWMコンバータ装置の制御装置は以上のように構
成されているので、リアクトルのインダクタンスに応じ
て設定する補償定数がリアクトルのばらつきなどにより
実際のリアクトルのインダクタンスに対して誤差を持つ
場合、リアクトルの電圧降下に応じた精度良い補償が行
なわれず、制御が不安定になるという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、リアクトルのばらつきなどによるインダク
タンスの誤差に影響されず、実際のリアクトルのインダ
クタンスに応じてリアクトルの電圧降下の補償を精度良
く行なうことができる安定で精度の高いPWMコンバータ
装置の制御装置を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るPWMコンバータ装置の制御装置は、交流
電源からの交流電力を交流リアクトルを介して直流電力
に変換するPWM制御の電力変換器と、電力変換器から出
力される直流電圧を制御する直流電圧制御手段と、交流
側の交流電流の無効電流を制御する無効電流制御手段
と、有効電流を制御する有効電流制御手段と、上記交流
リアクトルによる電圧降下を補償すべく無効電流と有効
電流にそれぞれ補償定数を乗算して補償量とする補償手
段とを備えたPWMコンバータ装置の制御装置において、
定常負荷状態であることを検出する定常負荷検出手段
と、定常負荷状態時に上記無効電流制御手段の出力が零
となるように上記補償定数を調節する補償定数調節手段
を設けたものである。

〔作用〕

この発明においては、定常負荷検出手段により定常負荷
状態であることを検出し、その状態に於て、補償定数調
節手段により無効電流制御手段の出力が零になるよう
に、すなわち交流リアクトルの電圧降下の補償量と実際
の電圧降下の誤差分が零になるよう補償手段の補償定数
が調節され、交流リアクトルの電圧降下を正確に補償す
る。それに従い、交流リアクトルによる電圧降下の補償
量が補償される。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を第３図と同一部分は同一符
号を付して示す第１図について説明する。第１図におい
て、（33）は電圧制御器（15）の出力である有効電流Iq
に相当する有効電流設定値Iq^＊の変化が所定値以下であ
れば、定常負荷状態であると判断し、定常負荷検出信号
を出力する定常負荷検出器、（34）は電流制御器（12）
の出力を入力し、その値を零にするよう、補償器（3
0），（31）の補償定数を調節する補償定数調節器であ
る。その他は従来例と同様である。

第１図構成に於て、定常負荷検出器（33）により、電圧
制御器（15）の出力である有効電流Iqに相当する有効電
流設定値Iq^＊の変化が所定値以下であれば、定常負荷状
態であると判断し、定常負荷検出信号を出力し、その検
出信号及び電流制御器（12）の出力により、補償定数調
節器（34）は、第２図のフローチャートに従い、電流制
御器（12）の出力の値を零にするよう、補償器（30），
（31）の補償定数を調節する。

すなわち、第２図に於て、補償定数調節器（12）は、定
常負荷検出信号により、定常負荷であるか否かを判断し
（S1）、定常負荷であれば電流制御器（12）の出力を、
有効電流Iqで除算し、リアクトル（２）のインピーダン
スの誤差分に相当する値δを算出する（S2）。次に、そ
の誤差分δを、補償器（30），（31）のリアクトル
（２）のインピーダンスに相当する定数を補正するた
め、その値に加算する（S3）。これにより電流制御器
（12），（17）の出力は定常状態に於て、補償器（3
0），（31）の補償により零となる。

その結果、補償器（30），（31）は、リアクトル（２）
のインダクタンスに応じた定数が設定され、それと座標
変換（９）の出力である無効電流Id、有効電流Iqが乗算
され、定常状態に於るリアクトル（２）の電圧降下とし
て補償される。

なお、上記実施例において、定常負荷状態の検出は、例
えば、有効電流Iqまたは負荷（６）に流れる直流電流の
変化が所定値以下であることにより行なってもよい。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、定常負荷状態に於て、
交流電流の交流電源に直交する電流成分を制御する無効
電流制御手段の出力が零になるように交流リアクトルの
電圧降下を補償する無効電流と有効電流をそれぞれに補
償定数を乗算して補償量とする補償手段の補償定数を調
節するように構成したので装置が安価にでき、また精度
の高いものが得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるPWMコンバータ装置
の制御装置を示すブロック図、第２図は補償定数調節器
（34）のフローチャート、、第３図は従来のPWMコンバ
ータ装置の制御装置を示すブロック図である。 （１）は三相交流電源、（２）は交流リアクトル、
（３）は電力変換器、（11），（12）は無効電流制御手
段をなす減算器と電流制御器、（13），（14），（15）
は直流電圧制御手段をなす直流電圧設定回路と減算器及
び電圧制御器、（16），（17）は有効電流制御手段をな
す減算器と電流制御器、（30），（31）は補償器、（3
3）は定常負荷検出器、（34）は補償定数調節器。 なお、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流電源からの交流電力を交流リアクトル
   を介して直流電力に変換するPWM制御の電力変換器と、
   電力変換器から出力される直流電圧を制御する直流電圧
   制御手段と、交流側の交流電流の無効電流を制御する無
   効電流制御手段と、有効電流を制御する有効電流制御手
   段と、上記交流リアクトルによる電圧降下を補償すべく
   無効電流と有効電流にそれぞれ補償定数を乗算して補償
   量とする補償手段とを備えたPWMコンバータ装置の制御
   装置において、定常負荷状態であることを検出する定常
   負荷検出手段と、定常負荷状態時に上記無効電流制御手
   段の出力が零となるように上記補償定数を調節する補償
   定数調節手段を設けたことを特徴とするPWMコンバータ
   装置の制御装置。