JP2001119953A - 電力変換装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】パルス密度変調式インバータにおける入力交流
電源としての電力系統および該系統の他の機器への擾乱
を最小限にする制御方法を提供する。 【解決手段】電力変換装置としての前記インバータから
負荷への給電期間と停止期間の合計周期と、入力交流電
源の基本波の周期との間に偶数倍の関係を持たせた制御
を該インバータに行わせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、交流電源の電圧
を整流し、この整流電圧を該交流電源の周波数より高い
周波数の交流電圧に変換して負荷に供給する給電期間
と、該変換動作を停止する停止期間とを交互に繰り返す
電力変換装置の制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５はこの種の電力変換装置の従来例を
示す回路構成図であり、１は商用電源などの単相の交流
電源、２は電力変換装置、３は電力変換装置２の負荷と
しての例えばオゾン発生用の放電管である。

【０００３】この電力変換装置２には図示の如くダイオ
ードを単相ブリッジ接続した整流回路１１と、整流回路
１１の整流電圧を平滑するコンデンサ１２と、コンデン
サ１２の両端電圧が入力され、この両端電圧を交流電圧
に変換するために図示の如くＩＧＢＴとダイオードとの
逆並列回路１３ａ〜１３ｄを単相ブリッジ接続したイン
バータ回路１３と、制御装置２０とを備えている。

【０００４】図５に示した電力変換装置２の動作と制御
装置２０の構成要素の動作とを、図６に示す動作波形図
を参照しつつ、以下に説明する。

【０００５】この電力変換装置２の負荷としての放電管
３に対する放電電圧を維持しつつ、放電管３に供給する
電力を所望の値にするために、図６（ロ）に示す方形波
状の高周波の交流電圧を電力変換装置２から発生させる
期間と発生させない期間とをそれぞれ制御することによ
り電力変換装置２が出力する平均電力が調整され、この
平均電力を放電管３に供給するようにしている。

【０００６】そこで制御装置２０にはパルス数指令器２
１と、パルスカウンタ２２と、出力パルスタイマ２３
と、リセットタイマ２４と、パルス分配回路２５と、ゲ
ート駆動回路２６とを備え、パルス数指令器２１では外
部より指令される放電管３に供給する電力指令に基づ
き、前記方形波状の高周波の交流電圧を出力する際の繰
り返しサイクル数（ａ）を演算し、このサイクル数
（ａ）をパルスカウンタ２２のプリセット値とする。

【０００７】出力パルスタイマ２３は前記方形波状の交
流電圧の周波数を指令するタイマであり、ほぼ１対１の
比率の論理「Ｈ」レベルと論理「Ｌ」レベルとを出力
し、その合計期間Ｔ₂ （図６（ロ）参照）を有してい
る。また、リセットタイマ２４は前記方形波状の高周波
の交流電圧を電力変換装置２から発生させる期間と発生
させない期間との合計時間Ｔ₁ （図６（ロ）参照）を経
過する毎にリセット信号を出力する。

【０００８】従って、パルスカウンタ２２では前記リセ
ット信号が出力される毎にパルスカウンタ２２に備える
計測カウンタをリセットして前記プリセット値ａを読み
込み、更にパルス分配回路２５での後述のパルス分配動
作を開始させる。前記計測カウンタは出力パルスタイマ
２３の例えば論理「Ｈ」レベルの回数を計測し、この計
測値とプリセット値とが一致し、このとき、該論理
「Ｈ」レベルの次の論理「Ｌ」レベルが終了すると、パ
ルス分配回路２５における後述のパルス分配動作を停止
させる停止信号を送出する。

【０００９】すなわち、パルス分配回路２５では前記停
止信号が送出されていないときの出力パルスタイマ２３
の論理レベルに対応し、例えば、論理「Ｈ」レベルのと
きにはインバータ回路１３の逆並列回路１３ａ，１３ｄ
へのオン指令、１３ｂ，１３ｃへのオフ指令を生成し、
また、論理「Ｌ」レベルのときにはインバータ回路１３
の逆並列回路１３ｂ，１３ｃへのオン指令、１３ａ，１
３ｄへのオフ指令を生成し、これらをゲート駆動回路２
６へ送出する。ゲート駆動回路２６では上述のオン指
令，オフ指令に対応してインバータ回路１３の逆並列回
路１３ａ〜１３ｄそれぞれのＩＧＢＴへのゲート信号を
生成する。

【００１０】上述の如く制御装置２０が動作することに
より、電力変換装置２から放電管３への供給される平均
電力Ｐ_AVは下記式（１）のように表される。

【００１１】

【数１】Ｐ_AV∝ａ・Ｔ₂ ／Ｔ₁ …（１） 式（１）において、Ｔ₁ ≫Ｔ₂ とすることによりＰ_AVを
ほぼ連続的に変化させることができ、このような動作を
する電力変換装置２は、一般にパルス密度変調式インバ
ータと称される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】図５に示した従来の電
力変換装置２においては、図６（イ）に示す交流電源１
の電圧ｖ₁ の位相に対して前記Ｔ₁ 毎に発せられるリセ
ットタイマ２４からのリセット信号が非同期に動作する
ため、図６（ハ）に示す如く交流電源１からの電流ｉ₁
が常時変動し、この変動により交流電源１の系統および
該系統に接続されている他の機器に擾乱を与えるという
難点があった。

【００１３】この発明の目的は上記問題点を解消する電
力変換装置としてのパルス密度変調式インバータの制御
方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この第１の発明は、交流
電源の電圧を整流し、この整流電圧を該交流電源の周波
数より高い周波数の交流電圧に変換して負荷に供給する
給電期間と、該変換動作を停止する停止期間とを交互に
繰り返す電力変換装置の制御方法において、前記給電期
間と停止期間とを加算した周期（Ｔ₀ ）と、前記交流電
源の基本波の周期（Ｔ_N ）との関係を２Ｋ＝Ｔ_N ／
Ｔ₀ ，（Ｋ＝１，２，・・・）にしたことを特徴とす
る。

【００１５】また第２の発明は、多相（Ｍ相）の交流電
源の電圧を整流し、この整流電圧を該交流電源の周波数
より高い周波数の交流電圧に変換して負荷に供給する給
電期間と、該変換動作を停止する停止期間とを交互に繰
り返す電力変換装置の制御方法において、前記給電期間
と停止期間とを加算した周期（Ｔ₀ ）と、前記Ｍ相の交
流電源の基本波の周期（Ｔ_N ）との関係を２ＫＭ＝Ｔ_N
／Ｔ₀ ，（Ｋ＝１，２，・・・）にしたことを特徴とす
る。

【００１６】この発明によれば、前記給電期間と停止期
間とを加算した周期（Ｔ₀ ）と、前記交流電源の基本波
の周期（Ｔ_N ）との間に偶数倍の関係を持たせることに
より、前記電力変換装置の出力動作に関係なく該交流電
源からの電流の変動を抑制することができ、さらに前記
電流の正極性時と負極性時の値をほぼ等しくすることが
できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の第１の実施例を
示す電力変換装置の回路構成図であり、図５に示した従
来例回路と同一機能を有するものには同一符号を付して
ここではその説明を省略する。

【００１８】すなわち図１に示した電力変換装置４にお
いては、従来例回路のリセットタイマ２４に代えてリセ
ット回路４１を制御装置４０に備えている。この電力変
換装置４の動作を、図２に示した動作波形図を参照しつ
つ、以下に説明する。

【００１９】図２は電力変換装置４において、リセット
回路４１が出力するリセット信号の周期Ｔ₀ を交流電源
１の基本波の周期Ｔ_N の１／２、すなわち前記Ｋ＝１の
関係に設定し、パルス数指令器２１では前記ａ＝８とし
たときの動作波形を示している。またこの波形例では、
図２（イ），（ロ）に示す如く、リセット回路４１は交
流電源１の電圧ｖ₁ の瞬時値が零点を通過する毎にリセ
ット信号を出力するようにしている。

【００２０】その結果、電力変換装置４から負荷として
の放電管３への給電動作の有無に関係なく、図２（ハ）
に示す如く交流電源１からの電流ｉ₁ の変動が、該電流
の正極性，負極性時共に抑制されている。

【００２１】図３はこの発明の第２の実施例を示す電力
変換装置の回路構成図であり、図５に示した従来例回路
と同一機能を有するものには同一符号を付してここでは
その説明を省略する。

【００２２】すなわち図３に示した電力変換装置６にお
いては、従来例回路の整流回路１１に代えて、図示の如
くダイオードを三相ブリッジ接続した整流回路１４を備
え、また、リセットタイマ２４に代えてリセット回路６
１を制御装置６０に備えている。さらに、電力系統など
の三相の交流電源５を入力電源としている。

【００２３】この電力変換装置６の動作を、図４に示し
た動作波形図を参照しつつ、以下に説明する。

【００２４】図４は電力変換装置６において、リセット
回路６１が出力するリセット信号の周期Ｔ₀ を交流電源
５の基本波の周期Ｔ_N の１／６、すなわち前記Ｋ＝１，
Ｍ＝３の関係に設定し、パルス数指令器２１では前記ａ
＝６としたときの動作波形を示している。またこの波形
例では、図４（イ），（ロ）に示す如く、リセット回路
６１は交流電源５の線間電圧ｖ_RS，ｖ_ST，ｖ_TRそれぞれ
の瞬時値が零点を通過する毎にリセット信号を出力する
ようにしている。

【００２５】その結果、電力変換装置６から負荷として
の放電管３への給電動作の有無に関係なく、図４（ハ）
に示す如く交流電源５からの相電流ｉ_R ，ｉ_S ，ｉ_T そ
れぞれの変動が、該電流の正極性，負極性時共に抑制さ
れている。

【００２６】図１，図３に示した実施例回路は電圧形イ
ンバータの回路構成であるが、電流形インバータにおい
てもこの発明の制御方法を実施することが可能である。

【００２７】

【発明の効果】この発明によれば、パルス密度変調式イ
ンバータにおいて、該インバータから負荷への給電期間
と停止期間とを加算した周期と、入力交流電源の基本波
の周期との間に偶数倍の関係を持たせることにより、該
交流電源からの電流の変動を抑制することができ、さら
に前記電流の正極性時と負極性時の値をほぼ等しくする
ことができるので、このインバータと同一の電力系統お
よび該電力系統の他の機器への擾乱を最小限にすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例を示す電力変換装置の
回路構成図

【図２】図１の動作を説明する波形図

【図３】この発明の第２の実施例を示す電力変換装置の
回路構成図

【図４】図３の動作を説明する波形図

【図５】従来例を示す電力変換装置の回路構成図

【図６】図５の動作を説明する波形図

【符号の説明】

１，５…交流電源、２，４，６…電力変換装置、３…放
電管、１１，１４…整流回路、１２…コンデンサ、１３
…インバータ回路、２０，４０，６０…制御装置、２１
…パルス数指令器、２２…パルスカウンタ、２３…出力
パルスタイマ、２４…リセットタイマ、２５…パルス分
配器、２６…ゲート駆動回路、４１，６１…リセット回
路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 米田 和生 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H007 CA01 CB02 CB05 DC05 5H750 BA01 BA08 CC02 CC06 DD02 FF06

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源の電圧を整流し、この整流電圧
   を該交流電源の周波数より高い周波数の交流電圧に変換
   して負荷に供給する給電期間と、該変換動作を停止する
   停止期間とを交互に繰り返す電力変換装置の制御方法に
   おいて、 前記給電期間と停止期間とを加算した周期（Ｔ₀ ）と、
   前記交流電源の基本波の周期（Ｔ_N ）との関係を２Ｋ＝
   Ｔ_N ／Ｔ₀ ，（Ｋ＝１，２，・・・）にしたことを特徴
   とする電力変換装置の制御方法。
2. 【請求項２】 多相（Ｍ相）の交流電源の電圧を整流
   し、この整流電圧を該交流電源の周波数より高い周波数
   の交流電圧に変換して負荷に供給する給電期間と、該変
   換動作を停止する停止期間とを交互に繰り返す電力変換
   装置の制御方法において、 前記給電期間と停止期間とを加算した周期（Ｔ₀ ）と、
   前記Ｍ相の交流電源の基本波の周期（Ｔ_N ）との関係を
   ２ＫＭ＝Ｔ_N ／Ｔ₀ ，（Ｋ＝１，２，・・・）にしたこ
   とを特徴とする電力変換装置の制御方法。