CN111052583A - 电力转换装置 - Google Patents

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Abstract

具备：转换器(31)，以三相的交流电源(1)作为输入，输出直流电压；逆变器(32)，连接于转换器(31)的输出，经由输出开闭器(4)对交流电动机(5)进行驱动；电源开闭器(6)，用于通过交流电源(1)直接驱动交流电动机(5)；电流检测器(12)，检测逆变器(32)的输出电流；电压检测器(14)及电流检测器(13)，分别检测转换器(3)的输入侧的电源系统的电压及电流；以及控制部(7)，用于基于三相的电压指令控制逆变器(32)的三相的输出电压。控制部(7)具有对交流电动机(5)进行矢量控制的矢量控制部和同步并入控制(83)，同步并入控制(83)在接通电源开闭器(6)而使交流电动机(5)同步并入交流电源(1)后，切换控制系统而使逆变器(32)作为电源系统的无效电力控制装置进行动作。

Description

电力转换装置
技术领域
本发明涉及电力转换装置，特别是涉及同时具备同步并入功能与无效电力控制功能的电力转换装置。
背景技术
作为驱动交流电动机的方式，有基于工业的交流电源的固定频率驱动和基于逆变器装置的可变频率驱动这两种。前者虽然难以使交流电动机的运转速度变化，但能够无转换器损失地以规定的速度运转。相反，后者虽然能够对交流电动机进行可变速驱动，但会产生转换器损失。另外，在前者的情况下，在驱动大容量的交流电动机时，起动时的浪涌电流变大，因此为了防止这一点需要采取某些措施。因此，作为发挥两者的优点的构成，根据需要而切换工业的交流电源驱动与逆变器装置的驱动、这样的驱动方式被实用化。而且，为了采用这种驱动方式，需要有使逆变器装置在短时间内与工业的交流电源无冲击地并行运转这一所谓的同步并入的功能。而且，提出了简单且合理地进行该同步并入的功能的方法(例如参照专利文献1。)。另外，关于同步并入时所需的交流电源与逆变器装置的同步控制，提出了使交流电源与逆变器装置的电压、频率一致、进而使相位一致的各种方法(例如参照专利文献2、专利文献3。)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2015/173892号(全文)
专利文献2:日本特开平8－182386号公报(全文)
专利文献3:日本特开2001－197683号公报(全文)
发明内容
发明要解决的课题
专利文献1所示的电力转换装置将交流电动机的速度基准作为触发信号而进行同步并入，但存在在进行同步并入而从基于逆变器装置的驱动切换为基于工业的交流电源的驱动之后逆变器装置未被进行任何运用这一问题。该问题对于专利文献2、专利文献3也相同。
本发明鉴于上述问题而完成，目的在于提供在进行同步并入而从基于逆变器装置的驱动切换为基于工业的交流电源的驱动之后也有效地运用逆变器装置的电力转换装置。
用于解决课题的手段
为了实现上述目的，本发明的电力转换装置的特征在于，具备：转换器，以三相交流电源作为输入，输出直流电压；逆变器，连接于所述转换器的输出，经由输出开闭器对交流电动机进行驱动；电源开闭器，用于通过所述交流电源直接驱动所述交流电动机；第1电流检测器，检测所述逆变器的输出电流；电压检测器及第2电流检测器，分别检测所述转换器的输入侧的电源系统的电压及电流；以及控制部，用于基于第1三相的电压指令控制所述逆变器的三相的输出电压，所述控制部具有：速度控制器，以使被提供的速度基准与所述交流电动机的直接或者间接地求出的速度反馈的偏差成为最小的方式进行控制，并输出第1Q轴电流基准；第1三相―二相转换器，基于第1基准相位将由所述第1电流检测器检测出的三相电流转换为第1Q轴电流反馈与第1D轴电流反馈；第1Q轴电流控制器，经由第1切换器将所述第1Q轴电流基准与所述第1Q轴电流反馈比较，以使其偏差成为最小的方式进行控制，并输出第1Q轴电压基准；第1D轴电流控制器，经由第2切换器将与被提供磁通基准相应的第1D轴电流基准与所述第1D轴电流反馈比较，以使其偏差成为最小的方式进行控制，并输出第1D轴电压基准；第1二相―三相转换器，基于所述第1基准相位将所述第1Q轴电压基准及第1D轴电压基准转换为所述第1三相的电压指令；运算单元，通过运算根据所述速度反馈、所述第1Q轴电流基准及所述磁通基准求出所述逆变器的输出频率，对求出的输出频率进行积分而求出所述第1基准相位；相位同步电路，以所述电压检测器的输出作为输入而获得第2基准相位；第3切换器，切换所述第1基准相位与所述第2基准相位；无效电力检测单元，从所述电压检测器及所述第2电流检测器中检测系统的无效电力；无效电力控制器，将该无效电力与规定的无效电力基准比较，以使其偏差成为最小的方式进行控制，并输出第2D轴电流基准；以及同步并入控制器，用于将所述交流电动机从基于所述逆变器的驱动切换为基于所述交流电源的驱动，所述同步并入控制器在调整所述交流电动机的速度以及所述逆变器的输出电压而使所述交流电源与所述逆变器的电压、输出频率以及相位一致后，接通所述电源开闭器而进行同步并入，之后切换所述第1至第3切换器而利用所述逆变器进行包含所述交流电动机的驱动系统在内的电力系统的无效电力控制。
发明效果
根据本发明，能够提供在进行同步并入而从基于逆变器装置的驱动切换为基于工业的交流电源的驱动之后也有效地运用逆变器装置的电力转换装置。
附图说明
图1是表示本发明的电力转换装置的实施例1的电路构成图。
图2是表示本发明的电力转换装置的实施例2的电路构成图。
图3是表示本发明的电力转换装置的实施例3的电路构成图。
图4是表示本发明的电力转换装置的实施例4的电路构成图。
图5是表示本发明的电力转换装置的实施例5的电路构成图。
图6是表示本发明的电力转换装置的实施例6的电路构成图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施例进行说明。
实施例1
图1是本发明的实施例1的电力转换装置的电路构成图。工业的三相的交流电源1经由电流检测器13连接于输入开闭器2的交流电源侧。而且，输入开闭器2的电力转换器侧连接于电力转换器3的二极管转换器31。电力转换器3由二极管转换器31、直流电容器33以及逆变器32构成。二极管转换器31的直流输出被直流电容器33平滑化并输入到逆变器32。逆变器32的交流输出经过电流检测器12、进一步经由输出开闭器4而驱动交流电动机5。另外，以能够从交流电源1直接驱动交流电动机5的方式设置有开闭器6。即，开闭器6的交流电源侧连接于输入开闭器2的交流电源侧，开闭器6的交流电动机侧连接于输出开闭器4的交流电动机侧。
逆变器32是电压型的PWM转换器。构成逆变器32的功率器件通过从控制部7提供的栅极信号被进行接通断开控制。在交流电动机5安装有速度检测器11，其输出被提供到控制部7。另外，在逆变器32的输出侧设置电流检测器12，其输出也被提供到控制部7。输入开闭器2的交流电源侧设有电压检测器14。电流检测器13与电压检测器14的输出也被提供到控制部7。
接着，对控制部7的内部构成进行说明。首先，说明以将开闭器6断开、将输入开闭器2以及输出开闭器4接通的状态对交流电动机5进行可变速驱动的情况。这里，开闭器6的操作信号S6由后述的同步并入控制器83操作。这里，将对交流电动机5进行可变速驱动的情况称作电动机驱动模式。
从外部提供的速度基准被连接于加减法器71的第1输入。加减法器71的第2输入被输入有后述的同步并入控制器83的输出即速度微调信号Δωs。起动交流电动机5而进行可变速驱动的期间被设定为，使同步并入控制器83的输出即速度微调信号Δωs成为0。由速度检测器11获得的速度反馈被连接于加减法器71的第3输入。在加减法器71中，根据第1输入与第2输入之和运算出第3输入的差分，并提供到速度控制器72。速度控制器72例如是PI控制器。然后，速度控制器72以使被提供的差分成为最小的方式进行调节控制并输出转矩基准。该转矩基准由除法器73除以另外设定的磁通基准而成为转矩电流基准。该转矩电流基准被连接于切换器74A的第1输入。此外，切换器74A的第2输入被输入有0。切换器74A的输出被连接于减法器75A。切换器74A的切换信号S74A由后述的同步并入控制器83操作。在将交流电动机5起动而进行可变速驱动的电动机驱动模式的期间，切换器74A的切换信号S74A被设定为使切换器74A的输出选择第1输入。由此，在该期间，转矩电流基准经由切换器74A被提供到减法器75A的第1输入。另外，通过将磁通基准提供到磁通电流转换器73A，从而获得磁通电流基准。作为磁通电流转换器73A的输出的磁通电流基准被连接于切换器74B的第1输入。此外，在切换器74B的第2输入连接有后述的无效电力控制器87的输出。切换器74B的输出被连接于加减法器75B的第1输入。切换器74B的切换信号S74B由后述的同步并入控制器83操作。在电动机驱动模式的期间，切换器74B的切换信号S74B被设定为使切换器74B的输出选择第1输入。由此，在该期间，磁通电流基准经由切换器74B被提供到加减法器75B。加减法器75B的第2输入被输入有后述的同步并入控制器83的输出即电压微调信号Δv。另外，在电动机驱动模式的期间，同步并入控制器83的输出即电压微调信号Δv被设定为0。
由电流检测器12检测出的三相的输出电流被提供到三相―二相转换器79。三相―二相转换器79将该三相电流，利用后述的切换器74C的输出即基准相位θ转换为相互正交的二轴的直流成分。通过适当地选定基准相位θ，能够使该二轴的电流成分为作为转矩电流反馈的Q轴电流反馈和与其正交的作为磁通电流反馈的D轴电流反馈。Q轴电流反馈作为减法器75A的减法输入被提供，与减法器75A的第1输入的差分被提供到Q轴电流控制器76A。D轴电流反馈被作为加减法器75B的第3输入而提供，加减法器75B的第1输入与第2输入之和与第3输入的差分被提供到D轴电流控制器76B。
Q轴电流控制器76A以及D轴电流控制器76B例如是PI控制器，以使各自的输入成为最小的方式进行调节控制而分别输出Q轴电压指令以及D轴电压指令并向二相―三相转换器77提供。二相―三相转换器77使用作为切换器74C的输出的基准相位θ将Q轴电压指令以及D轴电压指令转换为三相的电压指令，并将其输出向PWM控制器78提供。PWM控制器78对逆变器32的各功率器件供给PWM调制后的栅极信号，以使逆变器32的各相的输出电压成为该三相的电压指令。
以下，对基准相位θ进行说明。若交流电动机5采用感应电动机，则由滑差运算器80根据前述的磁通基准与除法器73的输出即转矩电流基准求出感应电动机的滑差s。由加法器81将该滑差s与速度反馈相加而求出逆变器32的输出频率，用积分器82将该输出频率积分而获得交流电动机M的输入端子电压的基准相位θM。积分器87的输出即基准相位θM被连接于切换器74C的第1输入。此外，切换器74C的第2输入被输入有与后述的PLL控制器84的输出即交流电源1的电压同步的基准相位θS。切换器74C的输出是基准相位θ。切换器74C的切换信号S74C由后述的同步并入控制器83操作。在电动机驱动模式的期间，切换器74C的切换信号S74C被设定为使切换器74C的输出选择第1输入。由此，在该期间，交流电动机M的输入端子电压的基准相位θM成为基准相位θ并经由切换器74C被提供到二相―三相转换器77与三相―二相转换器79。
通过以上说明的构成，能够以将输入开闭器2以及输出开闭器4接通的状态对交流电动机5进行可变速驱动。另外，以上说明的构成除了切换器74A、74B以及74C等，还包括用于对交流电动机5进行所谓矢量控制的构成要件。另外，在本实施例中，从外部提供的速度基准被设定为，使旋转速度具有规定的速率地从零上升到与由交流电源1直接驱动交流电动机5的情况下的旋转速度相当的速度，从而能够使逆变器32的基本波输出频率为与交流电源1相同的频率。
接着，对同步并入和同步并入后的无效电力控制的构成进行说明。由电压检测器14检测出的交流电源1的电压的相位被PLL控制器84检测，获得基准相位θS。PLL控制器84是使用了锁相环的相位同步电路，输出与交流电源1的电压同步的基准相位θS。这里，以与交流电源的电压相位同相的成分为q轴、与其正交的成分为d轴的方式确定基准相位θS。同步并入控制器83中作为监视输入，被输入有由电压检测器14检测到的交流电源1的电压、与PLL控制器84的输出即交流电源1的电压同步的基准相位θS、二相―三相转换器77的输出即三相的电压指令、以及积分器82的输出即交流电动机M的输入端子电压的基准相位θM。三相的电压指令是与逆变器32的基本波电压输出相当的信号。若上升到与交流电动机5被交流电源1直接驱动的情况下的旋转速度相当的速度，由电压检测器14检测到的交流电源1的电压的频率与二相―三相转换器77的输出即三相的电压指令的频率的差分成为规定的范围内，则同步并入控制器83进行使交流电源1的电压与逆变器32的输出电压的基本波之间电压、频率及相位一致的所谓的齐速(日文：揃速)控制。这里，将进行齐速控制的情况称作齐速模式。即，若上升到与交流电动机5被交流电源的1直接驱动的情况下的旋转速度相当的速度，由电压检测器14检测到的交流电源1的电压的频率与二相―三相转换器77的输出即三相的电压指令的频率的差分成为规定的范围内，则从电动机驱动模式转移至齐速模式。
若成为齐速模式，则使上述的2信号的频率、电压及相位一致，因此在本实施例中，同步并入控制器83输出速度微调信号Δωs，并加入到加减法器71的第2输入中，进而输出用于调整由电压检测器14检测到的交流电源1的电压与二相―三相转换器77的输出即三相的电压指令(相当于逆变器32的输出电压的基本波)的偏差的电压微调信号Δv，作为d轴校正电流提供至减法器75B的第2输入。然后，若由电压检测器14检测到的交流电源1的电压的频率与二相―三相转换器77的输出即三相的电压指令的电压、频率、相位(基准相位θS与基准相位θM)一致(严格来说是偏差成为规定的允许范围内。)，则输出同步并入指令，并输出操作信号S6以使开闭器6接通。同步并入控制器83的齐速控制功能的详细情况记载于例如专利文献2、专利文献3中，因此省略其说明。
若接通开闭器6，则逆变器32与交流电源1进行并行运转。在将开闭器6接通后，同步并入控制器83发出控制切换信号，将电力转换器3的动作从齐速运转模式向无效电力控制模式切换。即，同步并入控制器83变更切换信号S74A，将切换器74A的输出信号从第1输入切换为第2输入，变更切换信号S74B，将切换器74B的输出信号从第1输入切换为第2输入，变更切换信号S74C，将切换器74C的输出信号从第1输入切换为第2输入，进而使速度微调信号Δωs以及电压微调信号Δv的输出为0。即，分别将切换器74A的输出从除法器73的输出向0切换，将切换器74B的输出从磁通电流转换器73A的输出向无效电力控制器87的输出切换，进而将切换器74C的输出从积分器82的输出向PLL控制器84的输出切换。这里，输入开闭器2维持接通的状态。
通过以上，在无效电力控制模式中，切换器74A的输出成为0。切换器74A的输出相当于转矩电流基准，在逆变器32的q轴电流控制环中成为q轴电流基准。逆变器32的输出电压相位与交流电源1的电压相位同步，因此从逆变器32输出的q轴电流成分、即有效电流成分成为0。
这里，对无效电力控制器87进行说明。电流检测器13的输出与电压检测器14的输出被输入到无效检测器85，无效电力检测器85检测经过电流检测器13的无效电力。即，在本实施例中，检测交流电动机5与电力转换器3的合计的无效电力。无效电力检测器85的输出被输入到减法器86的减法端子。减法器86的加法端子被输入有在外部设定的无效电力基准。无效电力基准与无效电力检测器85的差分被输入到无效电力控制器87。无效电力控制器87例如是PI控制器。然后，以使被提供的差分成为最小的方式进行调节控制，将其输出向切换器74B的第2输入输出。在无效电力控制模式中，切换器74B的输出成为第2输入。切换器74B的输出即无效电力控制器87的输出在逆变器32的d轴电流控制环中成为d轴电流基准。由于逆变器的输出电压相位与交流电源1的电压相位同步，因此从逆变器32输出的d轴电流成分即成为无效电流成分。由此，在无效电力控制模式中控制为，逆变器32输出的有效电流即q轴电流成为0，作为无效电流的d轴电流成为无效电力控制器87的输出。换言之，由电力转换器3消耗的电力损失被从二极管转换器31供电，电力转换器3作为无效电力控制装置发挥功能，其作为包含连接有电流检测器13的交流电动机5在内的电力系统整体而输出成为从外部提供的无效电力基准那样的无效电流。
例如，如果将从外部提供到减法器86的无效电力基准设定为0，则在无效电力控制模式中，逆变器31以在电流检测器13所连接的电力系统中产生的无效电力成为0的方式产生无效电力。即，能够进行驱动交流电动机5的电力与电力转换器3的输入电力的合计的功率因数成为1的运转。
而且，若构成为将对在连接于交流电源1且连接有未图示的其他负载L的其他电力系统中产生的无效电力进行检测的无效电力检测器的输出连接于减法器86的减法端子，则在无效电力控制模式中，电力转换装置3能够控制其他电力系统的无效电力。如果在其他电力系统连接有交流电动机5的驱动系统，则电力转换装置3能够进行不仅补偿交流电动机5的驱动系统的无效电力也补偿负载L的无效电力的运转。
实施例2
图2是本发明的实施例2的电力转换装置的电路构成图。对于该实施例2的各部，与图1的本发明的实施例1的电力转换装置的各部相同的部分以同一附图标记表示，并省略其说明。该实施例2与实施例1的不同点在于，省略在实施例1中设置的电流检测器13，并且在控制部7A中也省略了在实施例1中设于控制部7的无效电力检测器85、减法器86以及无效电力控制器87，在本实施例的控制部7A中追加了保持电路95，保持电路95的信号输入设为三相―二相转换器79的输出即D轴电流反馈，保持电路95的信号输出连接于切换器74B的第2输入，保持电路95的信号保持动作遵循从同步并入控制器83输出的保持控制信号S95。
以下对该实施例2的动作进行说明。到电动机驱动模式以及齐速运转模式为止与实施例1相同。但是，在这些模式中，从同步并入控制器83输出的保持控制信号S95设为保持电路95不保持输入的状态。在齐速模式中，与实施例1相同，使由电压检测器14检测到的交流电源1的电压与二相―三相转换器77的输出即三相的电压指令的2信号的频率、相位一致，因此同步并入控制器83输出速度微调信号Δωs，并加入到加减法器71的第2输入，进而输出与由电压检测器14检测到的交流电源1的电压与二相―三相转换器77的输出即三相的电压指令(相当于逆变器32的输出电压的基本波)的偏差相当的电压微调信号Δv，作为d轴校正电流而提供到减法器75B的第2输入。然后，若由电压检测器14检测到的交流电源1的电压的频率与二相―三相转换器77的输出即三相的电压指令的频率、电压、相位(基准相位θS与基准相位θM)一致(严格来说是偏差成为规定的允许范围内。)，则输出同步并入指令，使保持控制信号S95变化并由保持电路95保持其输入信号，并输出与所保持的输入信号相等的信号。同时，以使开闭器6接通的方式输出操作信号S6。若将开闭器6接通，则逆变器32与交流电源1进行并行运转。在将开闭器6接通后，同步并入控制器83发出控制切换信号，将电力转换器3的动作从齐速运转模式切换为作为无效电力控制模式的特例的磁通电流补偿模式。即，同步并入控制器83变更切换信号S74A，将切换器74A的输出信号从第1输入切换为第2输入，变更切换信号S74B，将切换器74B的输出信号从第1输入切换为第2输入，变更切换信号S74C，将切换器74C的输出信号从第1输入切换为第2输入，进而使速度微调信号Δωs以及电压微调信号Δv的输出为0。
这里，开闭器6的断开动作伴随着机械式的动作，因此从操作信号S6的切换开始实际上伴随着几ms以上的延迟。这样，使保持控制信号S95变化且使保持电路95保持其输入信号的动作为电路电平的动作且高速。控制部7A例如由微处理器构成，因此其延迟时间为微处理器的运算时间程度，容易以1ms以下实现。因而，在同时实施了保持控制信号S95与操作信号S6的切换的情况下，保持电路95保持即将被同步并入时的三相―二相转换器77的输出即d轴电流反馈。另外，在微处理器的运算时间为1ms以上的情况下、开闭器6使用半导体开关且有延迟关系反转的可能性的情况下，能够使操作信号S6的切换发送时具有延迟，最终满足延迟关系。
如此，将切换器74A的输出从除法器73的输出向0切换，将切换器74B的输出从磁通电流转换器73A的输出向保持电路95的输出切换，进而将切换器74C的输出从积分器82的输出向PLL控制器84的输出切换。这里，输入开闭器2维持接通的状态。
通过以上，在磁通电流补偿模式中，切换器74A的输出成为0。切换器74A的输出相当于转矩电流基准，在逆变器32的q轴电流控制环中成为q轴电流基准。逆变器的输出电压相位与交流电源1的电压相位同步，因此从逆变器32输出的q轴电流成分即有效电流成分成为0。
由于保持电路95保持即将被同步并入的三相―二相转换器77的输出即d轴电流反馈，因此保持电路95的输出成为即将被同步并入时的d轴电流反馈的值。即，即将被同步并入时的d轴电流反馈的值在逆变器32的d轴电流控制环中成为d轴电流基准。即将同步并入时的逆变器32的d轴电流是相当于交流电动机5的励磁电流的成分。由于逆变器的输出电压相位与交流电源1的电压相位同步，因此从逆变器32输出的d轴电流成分即成为交流电动机5的励磁电流成分。由此，如果交流电动机5的负载条件不变化，则在磁通电流补偿模式中逆变器32输出的有效电流即q轴电流成为0，作为无效电流的d轴电流被控制为补偿励磁电流。
实施例3
图3是本发明的实施例3的电力转换装置的电路构成图。对于该实施例3的各部，与图1的本发明的实施例1的电力转换装置的各部相同的部分以同一附图标记表示，并省略其说明。该实施例3与实施例1的不同点在于，在控制部7B中设有检测二极管转换器31的输出即直流电压的直流电压检测器34、运算该检测电压与设定好的电压基准的差分的减法器88、以及将该差分控制成最小而输出q轴电流基准并将其输出向切换器74A的第2输入提供的电压控制器89，不同点还在于，输入开闭器2由来自同步并入控制器83的切换信号S2操作。
以下对该实施例3的动作进行说明。如下动作与实施例1相同：首先，输入开闭器2为闭状态，经过电动机驱动模式而成为齐速运转模式之后，同步并入控制器83发出控制切换信号，将电力转换器3从齐速运转模式切换为无效电力控制模式。与实施例1不同的是，在切换到了无效电力控制模式时，同步并入控制器83变更切换信号S2，将输入开闭器2断开，另外，切换器74A作为第2输入选择电压控制器89的输出即q轴电流基准而并非0这一点也不同。这里，例如向减法器88提供的设定好的电压基准被设定为与齐速运转模式中的二极管转换器31的直流输出相当的电压。如此，以使向直流电容器33施加的电压成为设定好的电压基准的方式使逆变器32进行再生运转，与电力转换器3内的电力损失量相应的有效电流从交流电源1流入至逆变器32。另外，无效电力控制成为与实施例1完全相同的控制，因此省略其说明。
实施例4
图4是本发明的实施例4的电力转换装置的电路构成图。关于该实施例4的各部，与图2的本发明的实施例2的电力转换装置的各部相同的部分以同一附图标记表示，并省略其说明。该实施例4与实施例2的不同点为，在控制部7C中设有检测二极管转换器31的输出即直流电压的直流电压检测器34、运算该检测电压与设定好的电压基准的差分的减法器88、以及将该差分控制成最小而输出q轴电流基准并将其输出向切换器74A的第2输入提供的电压控制器89，不同点还在于，输入开闭器2由来自同步并入控制器83的切换信号S2操作。另外，例如向减法器88提供的设定好的电压基准设定为与齐速运转模式中的二极管转换器31的直流输出相当的电压。
关于该实施例4的动作，由于是实施例2与实施例3的组合动作，因此省略其说明。根据该实施例4，在无效电力控制模式中，电力转换器3的无效电流以磁通电流补偿模式被控制，有效电流被控制成使向直流电容器33施加的电压成为设定好的电压基准。
实施例5
图5是本发明的实施例5的电力转换装置的电路构成图。关于该实施例5的各部，与图1的本发明的实施例1的电力转换装置的各部相同的部分以同一附图标记表示，并省略其说明。该实施例5与实施例1不同点主要在于，在电力转换器3A中，将二极管转换器31变更为自励式转换器31A，并对控制部7D追加了该自励式转换器31A的控制电路。另外，为了进行自励式转换器31A的电流控制，在自励式转换器31A的输入设有电流检测器15。
自励式转换器31A中的q轴的有效电流控制如在实施例3中逆变器32所进行的那样，是通过由减法器88将直流电压检测器34检测出的电压与电压基准比较、并由电压控制器89以使其差分成为最小的方式输出有效电流基准而进行的。另外，d轴的无效电流控制如在实施例1中逆变器32所进行的那样，是通过由减法器86将无效电力检测器85检测出的无效电力与无效电力基准比较、并由无效电力控制器87以使其差分成为最小的方式输出无效电流基准而进行的。三相－2相转换器91按照PLL控制器84检测出的基准相位θS将三相的反馈电流转换为q轴以及d轴的反馈电流。然后，电压控制器89输出的有效电流基准被减法器90A获取与q轴反馈电流的差分，q轴电流控制器92A以使该差分成为最小的方式输出q轴电压指令并向二相―三相转换器93提供。同样，无效电力控制器87输出的无效电流基准被减法器90B获取与d轴反馈电流的差分，d轴电流控制器92B以使该差分成为最小的方式输出d轴电压指令而向二相―三相转换器93提供。二相―三相转换器93按照PLL控制器84检测出的基准相位θS将二相的电压指令转换为三相的交流电压指令并向PWM控制器94提供。PWM控制器94以使自励式转换器31A的各相的输入电压成为该三相的电压指令的方式对自励式转换器31A的各功率器件供给PWM调制后的栅极信号。
在该构成中，同步并入控制器83在进行同步并入而将电力转换器3从齐速运转模式切换为无效电力控制模式时，将切换器74A的输入从作为第1输入的除法器73的输出的Q轴电流基准切换为作为第2输入的0，将切换器74B的输入从作为第1输入的磁通电流转换器73A的输出的D轴电流基准切换为作为第2输入的无效电力控制器87的输出即D轴电流基准，将切换器74C的输入从作为第1输入的积分器82的输出即基准相位θM切换为作为第2输入的PLL控制器84的输出即基准相位θS。
根据以上的构成，即使是由逆变器32驱动交流电动机5的电动机驱动模式，也能够利用自励式转换器31A进行电源系统的无效电力控制。通常，自励式转换器31A为与逆变器32大致相同的容量，因此通过将交流电动机5同步并入后的控制的切换，能够进行成倍容量的无效电力控制。
实施例6
图6是本发明的实施例6的电力转换装置的电路构成图。关于该实施例6的各部，与图5的本发明的实施例5的电力转换装置的各部相同的部分以同一附图标记表示，并省略其说明。该实施例6与实施例5的不同点主要在于，在控制部7E中，追加保持电路95，保持电路95的信号输入设为作为三相―二相转换器79的输出的D轴电流反馈，保持电路95的信号输出连接于切换器74B的第2输入，保持电路95的信号保持动作遵循从同步并入控制器83输出的保持控制信号S95。
关于该实施例6的动作，由于是实施例6与实施例2的组合动作，因此省略其说明。根据该实施例6，自励式转换器31A不受驱动模式限制地进行无效电力控制以及直流电压恒定控制，逆变器32在无效电力控制模式中被控制为，无效电流以磁通电流补偿模式被控制，有效电流成为0。
以上说明了本发明的实施例，但其是作为例子而提出，并不意图限定发明的范围。该新的实施例能够以其他各种方式实施，在不脱离发明主旨的范围内能够进行各种省略、替换及变更。这些实施例及其变形包含在发明的范围、主旨中，且包含在权利要求书所记载的发明及其等同的范围中。
例如，各实施例中的速度检测器11也可以是位置检测器，在该情况下只要对位置进行微分而求出速度即可。另外，也可以不设置速度检测器而是通过运算来间接地求出速度。
另外，说明了各实施例中的无效电力控制中将电力系统的无效电力控制为希望的值，但也能够控制电力系统的功率因数，还能够对高次谐波进行抑制控制。在控制功率因数的情况下，将无效电力检测器85替换为功率因数检测器即可，在高次谐波抑制控制的情况下，取代无效电力控制器87，而设置如将检测向电力系统输入的高次谐波电流、并使检测出的高次谐波电流最小化那样的高次谐波抑制控制器。另外，也可以设为在沿用保持无效电力控制器87的控制环的基础上并列设置上述高次谐波抑制控制器的构成。
另外，在各实施例中，说明了在接通开闭器6而进行同步并入后，输出开闭器4保持接通状态地将逆变器32切换为无效电力控制，但也可以是，在同步并入后暂时将输出开闭器4断开，利用切换器74A、74B以及74C将控制系统切换为无效电力控制模式，然后再次接通输出开闭器4。
另外，在接通开闭器6而进行同步并入后，将逆变器32切换为无效电力控制的定时例如由计时器进行。计时器的设定时间优选的是至少比逆变器32的控制系统的时间常数大。另外，也可以不依赖计时器，而是检测到逆变器32的输出电流的过渡变化稳定这一情况而进行切换。
另外，在将控制系统切换为无效电力控制模式时，也可以为了防止过渡干扰而对控制系统追加软启动功能。
另外，在各实施例中，为了检测交流电源1与逆变器32的电压的一致而对于逆变器32侧使用了二相―三相转换器77的输出，但也可以构成为直接检测逆变器32的输出电压。
另外，在各实施例中，采用了将电压微调信号Δv作为d轴校正电流而向加减法器75B的第2输入提供的构成，但只要能够校正逆变器32的输出电压即可，也可以作为q轴校正电流，此外，也可以附加到PWM控制器78的输入或者输出中。
另外，例如在无效电力控制的动作中考虑无效电流基准Id超过逆变器32的能力的情况，也可以对无效电流基准Id设置限幅器。
另外，在各实施例中，仅进行了从电动机驱动模式切换为无效电力控制模式的说明，但可知如果使控制的顺序相反，则能够从无效电力控制模式切换为电动机控制模式。
另外，在各实施例中，说明了电动机驱动模式中的逆变器32以矢量控制运转，但只要满足无问题地进行同步并入的条件，则也可以无需矢量控制地采用V/f恒定控制。
另外，在实施例5、6中，若成为无效电力控制模式，则自励式转换器31A与逆变器32以具有同一功能的状态以2台并行运转。因而，例如，也能够进行更换彼此的控制那样的切换。
而且，在各实施例中，记载为交流电动机5与电力转换器3为一对一地对应，但例如即使是用1台电力转换器依次起动多台交流电动机而进行同步并入那样的系统构成，也能够在所有电动机驱动模式完成后将逆变器32切换为无效电力控制模式而进行运转。
附图标记说明
1 交流电源
2 输入开闭器
3、3A 电力转换器
4 输出开闭器
5 交流电动机
6 开闭器
7、7A、7B 控制部
11 速度检测器
12 电流检测器
13 电流检测器
14 电压检测器
31 二极管转换器
31A 自励式转换器
32 逆变器
33 直流电容器
34 直流电压检测器
71、75B 加减法器
72 速度控制器
73 除法器
73A 磁通电流转换器
74A、74B、74C 切换器
75A 减法器
76A、76B 电流控制器
77 二相―三相转换器
78 PWM控制器
79 三相―二相转换器
80 滑差运算器
81 加法器
82 积分器
83 同步并入控制器
84 PLL控制器
85 无效电力检测器
86 减法器
87 无效电力控制器
88 减法器
89 电压控制器
90A、90B 减法器
91 三相―二相转换器
92A、92B 电流控制器
93 二相―三相转换器
94 PWM控制器
95 保持电路

Claims (8)

1.一种电力转换装置，其特征在于，具备：
转换器，以三相交流电源作为输入，输出直流电压；
逆变器，连接于所述转换器的输出，经由输出开闭器对交流电动机进行驱动；
电源开闭器，用于通过所述交流电源直接驱动所述交流电动机；
第1电流检测器，检测所述逆变器的输出电流；
电压检测器及第2电流检测器，分别检测所述转换器的输入侧的电源系统的电压及电流；以及
控制部，用于基于第1三相的电压指令控制所述逆变器的三相的输出电压，
所述控制部具有：
速度控制器，以使被提供的速度基准与所述交流电动机的直接或者间接地求出的速度反馈的偏差成为最小的方式进行控制，输出第1Q轴电流基准；
第1三相―二相转换器，基于第1基准相位将由所述第1电流检测器检测出的三相电流转换为第1Q轴电流反馈及第1D轴电流反馈；
第1Q轴电流控制器，经由第1切换器将所述第1Q轴电流基准与所述第1Q轴电流反馈比较，以使其偏差成为最小的方式进行控制，并输出第1Q轴电压基准；
第1D轴电流控制器，经由第2切换器将与被提供的磁通基准相应的第1D轴电流基准与所述第1D轴电流反馈比较，以使其偏差成为最小的方式进行控制，并输出第1D轴电压基准；
第1二相―三相转换器，基于所述第1基准相位将所述第1Q轴电压基准及第1D轴电压基准转换为所述第1三相的电压指令；
运算单元，通过运算根据所述速度反馈、所述第1Q轴电流基准及所述磁通基准求出所述逆变器的输出频率，对求出的输出频率进行积分而求出所述第1基准相位；
相位同步电路，以所述电压检测器的输出作为输入而获得第2基准相位；
第3切换器，切换所述第1基准相位与所述第2基准相位；
无效电力检测单元，从所述电压检测器及所述第2电流检测器中检测系统的无效电力；
无效电力控制器，将该无效电力与规定的无效电力基准比较，以使其偏差成为最小的方式进行控制，并输出第2D轴电流基准；以及
同步并入控制器，用于将所述交流电动机从基于所述逆变器的驱动切换为基于所述交流电源的驱动，
所述同步并入控制器在调整所述交流电动机的速度以及所述逆变器的输出电压而使所述交流电源与所述逆变器的电压、输出频率及相位一致后，接通所述电源开闭器而进行同步并入，之后切换所述第1至第3切换器而利用所述逆变器进行包含所述交流电动机的驱动系统在内的电力系统的无效电力控制。
2.一种电力转换装置，其特征在于，具备：
转换器，以三相交流电源作为输入，输出直流电压；
逆变器，连接于所述转换器的输出，经由输出开闭器对交流电动机进行驱动；
电源开闭器，用于通过所述交流电源直接驱动所述交流电动机；
第1电流检测器，检测所述逆变器的输出电流；
电压检测器，检测所述转换器的输入侧的电源系统的电压；以及
控制部，用于基于第1三相的电压指令控制所述逆变器的三相的输出电压，
所述控制部具有：
速度控制器，以使被提供的速度基准与所述交流电动机的直接或者间接地求出的速度反馈的偏差成为最小的方式进行控制，并输出第1Q轴电流基准；
第1三相―二相转换器，基于第1基准相位将由所述第1电流检测器检测出的三相电流转换为第1Q轴电流反馈及第1D轴电流反馈；
第1Q轴电流控制器，经由第1切换器将所述第1Q轴电流基准与所述第1Q轴电流反馈比较，以使其偏差成为最小的方式进行控制，并输出第1Q轴电压基准；
第1D轴电流控制器，经由第2切换器将与被提供的磁通基准相应的第1D轴电流基准与所述第1D轴电流反馈比较，以使其偏差成为最小的方式进行控制，并输出第1D轴电压基准；
第1二相―三相转换器，基于所述第1基准相位将所述第1Q轴电压基准及第1D轴电压基准转换为所述第1三相的电压指令；
运算单元，通过运算根据所述速度反馈、所述第1Q轴电流基准及所述磁通基准求出所述逆变器的输出频率，对求出的输出频率进行积分而求出所述第1基准相位；
相位同步电路，以所述电压检测器的输出作为输入而获得第2基准相位；
第3切换器，切换所述第1基准相位与所述第2基准相位；
保持单元，在规定的定时保持所述第1D轴电流反馈，并输出第3D轴电流基准；以及
同步并入控制器，用于将所述交流电动机从基于所述逆变器的驱动切换为基于所述交流电源的驱动，
所述同步并入控制器在调整所述交流电动机的速度以及所述逆变器的输出电压而使所述交流电源与所述逆变器的电压、输出频率及相位一致后，接通所述电源开闭器而进行同步并入，之后切换所述第1至第3切换器而利用所述逆变器进行补偿所述交流电动机的励磁电流的无效电力控制，并且，所述规定的定时设为即将进行所述同步并入时的定时。
3.根据权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，
所述转换器是二极管转换器，
所述同步并入控制器在所述同步并入之后，
将所述第1切换器的输入从所述第1Q轴电流基准切换为0，
将所述第2切换器的输入从所述第1D轴电流基准切换为所述第2D轴电流基准，
将所述第3切换器的输入从所述第1基准相位切换为所述第2基准相位。
4.根据权利要求2所述的电力转换装置，其特征在于，
所述转换器是二极管转换器，
所述同步并入控制器在所述同步并入之后，
将所述第1切换器的输入从所述第1Q轴电流基准切换为0，
将所述第2切换器的输入从所述第1D轴电流基准切换为所述第3D轴电流基准，
将所述第3切换器的输入从所述第1基准相位切换为所述第2基准相位。
5.根据权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，
所述转换器是在其输入侧具备输入开闭器的二极管转换器，还具备：直流电压检测器，检测所述转换器的输出电压；以及电压控制器，将该检测电压与规定的电压基准比较，以使其偏差成为最小的方式控制，并输出第2Q轴电流基准，
所述同步并入控制器在所述同步并入之后，
将所述输入开闭器断开，
将所述第1切换器的输入从所述第1Q轴电流基准切换为所述第2Q轴电流基准，
将所述第2切换器的输入从所述第1D轴电流基准切换为所述第2D轴电流基准，
将所述第3切换器的输入从所述第1基准相位切换为所述第2基准相位。
6.根据权利要求2所述的电力转换装置，其特征在于，
所述转换器是在其输入侧具备输入开闭器的二极管转换器，还具备：直流电压检测器，检测所述转换器的输出电压；以及电压控制器，将该检测电压与规定的电压基准比较，以使其偏差成为最小的方式控制，并输出第2Q轴电流基准，
所述同步并入控制器在所述同步并入之后，
将所述输入开闭器断开，
将所述第1切换器的输入从所述第1Q轴电流基准切换为所述第2Q轴电流基准，
将所述第2切换器的输入从所述第1D轴电流基准切换为所述第3D轴电流基准，
将所述第3切换器的输入从所述第1基准相位切换为所述第2基准相位。
7.根据权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，
所述转换器是在输入侧具备输入电流检测器的自励式转换器，
所述控制部为了基于第2三相的电压指令控制所述自励式转换器的三相的输出电压而还具备：
第2三相―二相转换器，基于所述第2基准相位将由所述输入电流检测器检测出的三相电流转换为第2Q轴电流反馈及第2D轴电流反馈；
直流电压检测器，检测所述自励式转换器的输出电压；
电压控制器，将该检测电压与规定的电压基准比较，以使其偏差成为最小的方式进行控制，并输出第2Q轴电流基准；
第2Q轴电流控制器，将所述第2Q轴电流基准与所述第2Q轴电流反馈比较，以使其偏差成为最小的方式进行控制，并输出第2Q轴电压基准；
第2D轴电流控制器，将所述第2D轴电流基准与所述第2D轴电流反馈比较，以使其偏差成为最小的方式进行控制，并输出第2D轴电压基准；以及
第2二相―三相转换器，基于所述第2基准相位将所述第2Q轴电压基准及第2D轴电压基准转换为所述自励式转换器的所述第2三相的电压指令，
所述同步并入控制器在所述同步并入之后，
将所述第1切换器的输入从所述第1Q轴电流基准切换为0，
将所述第2切换器的输入从所述第1D轴电流基准切换为所述第2D轴电流基准，
将所述第3切换器的输入从所述第1基准相位切换为所述第2基准相位。
8.根据权利要求2所述的电力转换装置，其特征在于，
所述转换器是在输入侧具备输入电流检测器的自励式转换器，
所述控制部为了基于第2三相的电压指令控制所述自励式转换器的三相的输出电压而还具备：
第2三相―二相转换器，基于所述第2基准相位将由所述输入电流检测器检测出的三相电流转换为第2Q轴电流反馈及第2D轴电流反馈；
直流电压检测器，检测所述自励式转换器的输出电压；
电压控制器，将该检测电压与规定的电压基准比较，以使其偏差成为最小的方式进行控制，并输出第2Q轴电流基准；
第2Q轴电流控制器，将所述第2Q轴电流基准与所述第2Q轴电流反馈比较，以使其偏差成为最小的方式进行控制，并输出第2Q轴电压基准；
第2D轴电流控制器，将所述第2D轴电流基准与所述第2D轴电流反馈比较，以使其偏差成为最小的方式进行控制，并输出第2D轴电压基准；以及
第2二相―三相转换器，基于所述第2基准相位将所述第2Q轴电压基准及第2D轴电压基准转换为所述自励式转换器的所述第2三相的电压指令，
所述同步并入控制器在所述同步并入之后，
将所述第1切换器的输入从所述第1Q轴电流基准切换为0，
将所述第2切换器的输入从所述第1D轴电流基准切换为所述第3D轴电流基准，
将所述第3切换器的输入从所述第1基准相位切换为所述第2基准相位。
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