JP2001186752A - 電源高調波抑制装置および空気調和機 - Google Patents
電源高調波抑制装置および空気調和機Info
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Abstract
向上を図ることを目的とすると共に、同時に信頼性の高
い電源高調波抑制装置を得ること。 【解決手段】 電源電圧の位相検出手段と、毎周期同位
相において演算する補償出力指令値演算手段と、位相毎
に補償出力指令と実際の補償出力との誤差量を演算する
誤差量演算手段と、位相毎に誤差量を電源高調波抑制装
置の動作開始から所定時間経過後より積分し記憶する誤
差量積分手段と、記憶された誤差量の積分値から補償出
力の制御量を演算する制御量演算手段と、制御量から電
源高調波抑制装置主回路の制御信号を出力する制御信号
出力手段と、を備え、制御信号に基づいて、電源高調波
抑制装置制御回路は、電源高調波抑制装置主回路内のス
イッチング素子をオン/オフ制御するものである。
Description
が発生する電源高調波を抑制するための電源高調波抑制
装置に関するものである。
装置の構成図である。図において、1は系統電源、2は
系統電源1に接続された電源高調波発生負荷、3は系統
電源11に電源高調波発生負荷2と並列に接続され電源
高調波発生負荷2から発生した電源高調波を抑制する電
源高調波抑制装置、4は電源高調波発生負荷2の負荷入
力を検出する負荷入力検出器である。
られたノイズフィルタ、7は電源高調波抑制装置3内に
設けられた交流リアクタ、8は電源高調波抑制装置3の
補償出力を検出する補償出力検出器、9は保証出力を発
生するためのスイッチング素子を有する電源高調波抑制
装置主回路、10は電源高調波抑制装置主回路9の直流
部に接続された電解コンデンサ、11は電源高調波抑制
装置主回路9内のスイッチング素子を駆動するためのゲ
ート駆動回路、12は制御量からスイッチング素子駆動
のための制御信号を発生する制御信号発生手段、13は
負荷入力検出器4より検出された負荷入力から電源高調
波抑制装置3の出力する補償出力の指令値を演算する補
償出力指令値演算手段、14は補償出力指令値演算手段
13より得られる補償出力指令値と補償出力検出器8よ
り検出される補償出力とを比較し誤差量を演算する誤差
量演算手段、21は電源高調波発生負荷2および電源高
調波抑制装置3を系統電源1に接続する受電点、35は
誤差量演算手段14より得られる誤差量から制御信号発
生手段12で用いる制御量を演算する制御量演算手段で
ある。
置の動作について図10を用いて説明する。なお、電源
高調波抑制装置3には負荷入力に含まれる高調波電流を
補償する電流補償型のものと高調波電圧を補償する電圧
補償型のものがあるがここでは前者の電流補償型につい
て説明する。
荷2を動作させた場合、系統電源1側から電源高調波発
生負荷2に電源高調波を含んだ電流が入力される。その
電流は、負荷入力検出器4にて負荷入力Ifとして検出す
る。補償出力指令値演算手段13では負荷入力検出器4
で検出された負荷入力Ifから電源高調波成分Ihを検出し
電源高調波抑制装置3が補償する出力の補償出力指令値
Ia_refを演算により求める。
Ia_refと実際に電原高調波抑制装置主回路が出力してい
る補償出力Iaとを比較し、補償出力指令値Ia_refと補償
出力Iaとの誤差量Ia_errを演算する。制御量演算手段3
5では、誤差量Ia_errを用いて、補償出力指令値Ia_ref
と補償出力Iaとの差を0とするための制御量Ia_cntを演
算する。
における制御ブロック図である。図11はは比例制御を
用いた制御ブロックで、図11に示す制御ブロックにお
いて、14は補償出力指令値Ia_refと補償出力Iaを差し
引き誤差量Ia_errを求める誤差量演算手段、35は誤差
量Ia_errから制御量Ia_cntを求める制御量演算手段、2
6は制御量演算手段35内の比例制御を行うための比例
ゲインを示す。
になる。補償出力指令値Ia_refから補償出力Iaを差し引
きし誤差量Ia_errを求める。誤差量Ia_errに比例ゲイン
kcpを乗じて制御量Ia_cntを求める。
御ブロックである。図12に示す制御ブロックにおい
て、14は補償出力指令値Ia_refと補償出力Iaを差し引
き誤差量Ia_errを求める誤差量演算手段、35は誤差量
Ia_errから制御量Ia_cntを求める制御量演算手段、25
は、制御量演算手段35内の比例制御部、26は比例制
御部25内の比例ゲイン、27は制御量演算手段35内
の積分制御部、28は積分制御部内の積分器、29は積
分制御部内の積分ゲインを示す。
になる。補償出力指令値Ia_refから補償出力Ia_refを差
し引きし誤差量Ia_errを求める。誤差量Ia_errに比例ゲ
インkcpを乗じたものと、誤差量Ia_errの積分値に積分
ゲインkciを乗じたものとを加え制御量Ia_cntをを求め
る。
ックである。図13に示す制御ブロックにおいて、14
は補償出力指令値Ia_refと補償出力Iaを差し引き誤差量
Ia_errを求める誤差量演算手段、35は誤差量Ia_errか
ら制御量Ia_cntを求める制御量演算手段、25は、制御
量演算手段35内の比例制御部、26は比例制御部25
内の比例ゲイン、30は制御量演算手段35内の微分制
御部、31は微分制御部内の微分手段、29は微分制御
部内の微分ゲインを示す。
になる。補償出力指令値Ia_refから補償出力Ia_refを差
し引きし誤差量Ia_errを求める。誤差量Ia_errに比例ゲ
インkcpを乗じたものと、誤差量Ia_errの微分値に微分
ゲインkcdを乗じたものとを加え制御量Ia_cntをを求め
る。
御ブロックである。図12に示す制御ブロックにおい
て、14は補償出力指令値Ia_refと補償出力Iaを差し引
き誤差量Ia_errを求める誤差量演算手段、35は誤差量
Ia_errから制御量Ia_cntを求める制御量演算手段、25
は制御量演算手段35内の比例制御部、26は比例制御
部25内の比例ゲイン、27は制御量演算手段35内の
積分制御部、28は積分制御部内の積分器、29は積分
制御部内の積分ゲイン、30は制御量演算手段35内の
微分制御部、31は微分制御部内の微分手段、29は微
分制御部内の微分ゲインを示す。
になる。補償出力指令値Ia_refから補償出力Iaを差し引
きし誤差量Ia_errを求める。誤差量Ia_errに比例ゲイン
kcpを乗じたものと、誤差量Ia_errの積分値に積分ゲイ
ンkciを乗じたものと、誤差量Ia_errの微分値に微分ゲ
インkcdを乗じたものとを加え制御量Ia_cntをを求め
る。
もとに電源高調波抑制装置主回路9内のスイッチング素
子をオン/オフするための制御信号(PWM信号)Ipwmを発
生する。発生された制御信号Ipwmをもとにゲート駆動回
路11が電源高調波抑制装置主回路9内のスイッチング
素子をオン/オフ制御し、電源高調波抑制装置主回路9
より補償出力電流が発生する。この補償出力電流は交流
リアクタ7およびノイズフィルタ6を介して系統電源1
に供給される。
3から出力される補償出力Iaと電源高調波発生負荷2が
発生する負荷入力Ifの高調波分Ihとが相殺され系統電源
1に高調波電流が流れ込まないように補償される。
は比例・積分制御あるいは比例・微分制御あるいは比例
・積分・微分制御を用いた電源高調波抑制装置は上記の
ように構成されているので、電源高調波抑制能力を低下
させるいくつかの遅れ要素の影響で高い電源高調波抑制
能力が得られないという問題点があった。
高調波抑制装置主回路9の直後に交流リアクタ7が接続
されている。この交流リアクタ7は補償電流Iaの変化分
dI/dt を抑制するように働くため電源高調波抑制能力に
大きく影響を及ぼすものである。つまり、負荷電流Ifが
急峻に変化する部分では交流リアクタ7によるdI/dtの
制限により補償電流Iaが補償電流指令値Ia_refに追従し
きれず、補償出力Iaと補償電流指令値Ia_refは一致しな
くなる。
ップルの除去、電圧型の電源高調波抑制装置においては
出力電圧を出力電流に変換するために不可欠であるた
め、インダクタンスを極端に小さくすることは不可能で
ある。
3内の制御回路には定電流制御系を安定させるために遅
れ要素を持った伝達関数が存在している。さらには電源
高調波抑制装置3の制御手段にデジタル制御を用いた場
合、補償出力指令値の演算し、実際に電流が出力される
までに数制御周期の演算時間遅れが存在する。つまり、
補償電流指令値Ia_refに対し、実際の補償電流Iaは演算
時間遅れ分、位相遅れが生じる。
生じる補償電流Iaは、図15に示す波形(a)の負荷入力I
fから求められる波形(b)の補償出力指令値Ia_refどおり
にならず、図15の波形(c)のように補償出力指令値Ia_
refの位相遅れかつなまった波形となる。その結果、系
統電源側に流れ込む電流Isは完全な正弦波状にならず図
15の波形(d)のように大きなスパイクSpを含んだ形状
となる。
げた場合補償出力が発振現象を生じ、かえって電源高調
波を増加させるという問題点もあった。
め負荷入力の変動は電源周期に同期した周期性を持つ
が、その周期性に応じた制御を行うことができなかっ
た。
2の状態を検出することができないため、系統電源1や
電源高調波発生負荷2の状態に応じた制御が行えず、電
源環境や電源高調波発生負荷2の動作状態によってはか
えって電源高調波を増加させるという問題点もあった。
になされたもので、電源高調波抑制装置の電源高調波抑
制能力の向上を図ることを目的とすると共に、信頼性の
高い電源高調波抑制装置を得ることを目的とする。
波抑制装置は、系統電源に接続された高調波発生負荷に
並列に接続され、高調発生負荷の負荷入力を検出し、負
荷入力に含まれる高調波成分を抽出し、高調波成分を相
殺するための補償出力をスイッチング素子のオン/オフ
制御により発生させる電源高調波抑制装置において、電
源電圧位相を検出する位相検出手段と、毎周期同位相に
おいて、負荷入力をもとに補償出力指令値を演算する補
償出力指令値演算手段と、位相毎に補償出力指令と電源
高調波抑制装置主回路が出力する実際の補償出力との誤
差量を演算する誤差量演算手段と、 位相毎に誤差量を
電源高調波抑制装置の動作開始から所定時間経過後より
積分し記憶する誤差量積分手段と、記憶された誤差量の
積分値から補償出力の制御量を演算する制御量演算手段
と、制御量から電源高調波抑制装置主回路の制御信号を
出力する制御信号出力手段と、を備え、制御信号に基づ
いて、電源高調波抑制装置制御回路は、電源高調波抑制
装置主回路内のスイッチング素子をオン/オフ制御する
ものである。
キャリア周期に同期した位相であるものである。
キャリア周期と異なる周期としたものである。
に記憶された誤差量の積分値の両方から演算により求め
られるものである。
の積分値と位相毎に記憶された誤差量積分値とから演算
により求められるものである。
の変化量と位相毎に記憶された誤差量の積分値から演算
により求められるものである。
の積分値と誤差量の変化量と位相毎に記憶された誤差量
の積分値から演算により求められるものである。
け進んだ位相に対応する位相毎に記憶された誤差量積分
値から演算により求められるものである。
の負荷入力に応じて変更するものである。
に応じて変更するものである。
に応じて変更するものである。
のである。
のである。
るものである。
るものである。
載の電源高調波抑制装置と接続したものである。
えたものである。
レスモータを有する圧縮機を備えたものである。
を有する圧縮機を備えたものである。
タを備えたものである。
レスモータを有するファンモータを備えたものである。
を有するファンモータを備えたものである。
実施の形態1を図面を用いて説明する。図1〜4は実施
の形態1を示す図で、図1は電源高調波発生負荷より発
生する電源高調波を抑制する電源高調波抑制装置の構成
図、図2は図1の電源高調波抑制装置における各部の波
形を示す説明図(1)、図3は図1の電源高調波抑制装置
における各部の波形を示す説明図(2)、図4は電源高調
波抑制装置の制御ブロック図である。
源1に接続された電源高調波発生負荷、3は系統電源1
に電源高調波発生負荷2と並列に接続され電源高調波発
生負荷2から発生した電源高調波を抑制する電源高調波
抑制装置、4は電源高調波発生負荷2の負荷入力を検出
する負荷入力検出器である。
られた電源電圧の位相を検出を行う位相検出手段、6は
電源高調波抑制装置3内に設けられたノイズフィルタ、
7は電源高調波抑制装置3内に設けられた交流リアク
タ、8は電源高調波抑制装置3の補償出力を検出する補
償出力検出器、9は補償出力を発生するためのスイッチ
ング素子を有する電源高調波抑制装置主回路、10は電
源高調波抑制装置主回路9の直流部に接続された電解コ
ンデンサ、11は電源高調波抑制装置主回路内のスイッ
チング素子を駆動するためのゲート駆動回路、12は制
御量からスイッチング素子駆動のための制御信号を発生
する制御信号発生手段、13は負荷入力検出器4より検
出された負荷入力から電源高調波抑制装置3の出力する
補償出力の指令値を演算する補償出力指令値演算手段、
14は補償出力指令値演算手段13より得られる補償出
力指令値と補償出力検出器8より検出される補償出力と
を比較し誤差量を演算する誤差量演算手段である。
位相に応じて誤差量演算手段14より得られた誤差量を
位相毎に決められた積分器にて積分し、位相に応じた積
分器内の積分値を出力する誤差量積分手段、16は誤差
量積分手段15内に設けられ位相毎に決められた誤差量
積分器、17は誤差量積分手段15内に設けられ位相検
出手段5より得られる位相に応じて誤差量積分器16を
切り替えるための切り替え手段A、18は制御量演算手
段18内に設けられ位相検出手段5より得られる位相に
応じて誤差量積分手段15内に設けられた誤差量積分器
16を選択する切り替え手段Bである。
系統電源状態または電源高調波発生負荷動作状態を判断
する運転状態判断手段、20は誤差積分器16の出力お
よび誤差量演算手段14から得られる誤差量から運転状
態判断手段19の判断結果に応じて制御量を演算する制
御量演算手段、21は電源高調波発生負荷2および電源
高調波抑制装置3を系統電源1に接続する受電点であ
る。
置の動作について図1を用いて説明する。なお、電源高
調波抑制装置には負荷入力に含まれる高調波電流を補償
する電流補償型のものと高調波電圧を補償する電圧補償
型のものがあるがここでは前者の電流補償型を例にとり
説明する。さらに、ここでは系統電源を3相電源とした
場合を例にとり説明する。
算手段13および誤差量演算手段14および誤差量積分
手段15および制御量演算手段20は制御周期dtにて離
散時間的に処理を行う。ここで、制御周期dtと系統電源
1の周波数fsが決まれば電源電圧1周期内に生じる制御
回数NがN(整数値)=1/(fs・dt)により得られるため、誤
差量積分器16の数はN個となる。
周期とする。ここで、キャリア周期とは、電源高調波抑
制装置主回路9内に設けられたスイッチング素子をオン
/オフ制御する周期である。また、制御周期dtは、キャ
リア周期と異なる周期、例えばキャリア周期の2倍の周
期でもよい。
荷2を動作させた場合、系統電源1側から電源高調波発
生負荷2に電源高調波を含んだ電流が発生する。
3に入力される電源電圧のゼロクロスから図2の波形
(a)に示す電源電圧の位相θを演算により求める。図2
の波形(a)のように電源電圧のゼロクロス直後の制御点
での位相をθ0としその後制御周期dt毎にθ1、θ2、・・・
・・・、θN-1とする(図2の(d))。つまり、電源1周期内
にN個の制御点を設ける。位相検出手段5は前記制御位
相θ0〜θN-1の値を求める。
(b)のようにそれぞれの制御位相θ毎に負荷入力検出器
4にて負荷入力Ifとして検出される。補償出力指令値演
算手段13では負荷入力検出器4で検出された負荷入力
Ifから電源高調波成分Ihを検出し電源高調波抑制装置3
が補償する出力の補償出力指令値Ia_refを演算により求
める。その波形を図2の波形(c)に示す。
Ia_refと実際に電原高調波抑制装置主回路が出力してい
る補償出力Iaとを比較し、補償出力指令値Ia_refと補償
出力Iaとの誤差量Ia_errを演算する。
応するN個の誤差量積分器16を有しており、誤差量Ia_
errは制御位相θに応じて切り替え手段A 17により選
択された誤差量積分器16により積分され、制御位相θ
に応じて切り替え手段B 18により選択された誤差積分
器16より得られる誤差積分値Ia_err_iを出力する。
果Ifまたは補償出力Iaまたは負荷入力Ifと補償入力Iaの
両方から系統電源の状態、あるいは電源高調波発生負荷
の動作状態を判断する。詳しく言えば電源状態の変化あ
るいは悪化さらには電源高調波発生負荷2の不安定動作
の影響により電源高調波抑制装置3の動作が電源高調波
を抑制できず、かえって電源高調波を増加させてしまう
状態であるかないかを判断する。負荷入力Ifの電源周期
ごとの変動が所定値を超えた場合または補償出力Iaが発
振した場合制御量抑制信号Srを出力する。
かを判断する基準の例について説明する。まず、電源周
期数周期における同位相の負荷入力のピークの最大値と
最小値を比較し、その差が所定値を超えた場合、また
は、電源1周期における負荷入力の最大値を前周期の最
大値と比較しその差が所定値を超えた場合、系統電源環
境が悪化したと判断し、制御量抑制信号Srを出力する。
数周期における同位相の電圧の最大値と最小値を比較し
その差が所定値を超えた場合、系統電源環境が悪化した
と判断し、制御量抑制信号Srを出力する。
1周期の最大値と前周期の最大値とを比較しその差が所
定値を超えた場合、系統電源環境が悪化したと判断し、
制御量抑制信号Srを出力する。
波数変動が所定値を超えた場合、系統電源環境が悪化し
たと判断し、制御量抑制信号Srを出力する。
15の出力Ia_err_iまたは誤差量Ia_errまたはIa_err_i
とIa_errの両方から補償出力指令値Ia_refと補償出力Ia
との誤差量Ia_errを0とするための制御量Ia_cntを演算
する。制御量抑制信号Srが運転状態判断手段19より出
力されていた場合、制御ゲインの低下あるいは演算手段
の変更により制御量を抑制あるいは制御を停止し、電源
高調波の増加という系統電源への悪影響を回避する。
応じた電源高調波抑制装置主回路9内のスイッチング素
子をオン/オフ制御するための制御信号(PWM信号)Ipwm
を出力する。制御信号Ipwmをもとにゲート駆動回路11
は電源高調波抑制装置主回路9内のスイッチング素子を
オン/オフ制御する。それにより電源高調波抑制装置主
回路9より補償出力電流が発生する。この補償出力電流
は交流リアクタ7およびノイズフィルタ6を介して系統
電源1に供給される。
を搭載した空気調和機により発生する負荷入力電流波形
Ifは電源周期と同期した周期的な波形となる。そのた
め、電源高調波を補償するための補償出力指令値Ia_ref
も電源周期に同期した周期的な波形となる。つまり、電
源周期毎の同電源電圧位相における補償出力は毎周期ほ
ぼ同出力となる。従って、電源1周期において電源の位
相を検出し、位相に応じた補償出力を毎周期出力するこ
とにより電源高調波の抑制能力を向上できる。
の波形を示す。図3の波形(a)は3相電源を用いる電源
高調波発生負荷2により発生する電源高調波を含んだ1
相あたりの負荷入力電流Ifの波形である。また、図3の
波形(b)は波形(a)の負荷入力電流Ifから補償出力指令値
演算手段13より求められる補償出力指令値Ia_refの波
形である。また、図3の波形(c)は図1のように構成し
た装置を上記のように動作させた場合に生じる補償出力
Iaの波形である。さらに、図3の波形(d)は負荷入力If
が補償電流Iaにより正弦波状に補償された系統電源側に
流れる電流Isの波形である。
償出力指令値Ia_refに対し、実際の補償出力Iaが補償出
力指令値Ia_refの急峻な変化にも遅れなく追従できるよ
うになり、図3の波形(d)に示すように負荷入力Ifが急
峻に変化する位相に生じていた系統電源側に流れ込む電
流IsのスパイクSpを抑えることが可能となる。つまり、
電源高調波抑制装置の電源高調波抑制能力を向上するこ
とが可能となる。
波電流を例にとり説明を行ったが、高調波電圧に関して
も同様の動作にて補償が可能である。また、ここで用い
た例では系統電源1を3相電源として説明を行ったが、
単相電源においても同様の動作で電源高調波抑制が可能
であることは言うまでもない。
_cntを導出するまでの行程(誤差量演算手段14および
誤差量積分手段15および制御量演算手段20)の流れ
を示した制御ブロック図であるが、この制御ブロックは
繰り返し制御を用いた制御手段であり、電源高調波抑制
装置3内の制御回路組み込まれたマイクロコンピュータ
の中で演算処理される。
補償出力指令値Ia_refから補償出力Iaを差し引いて誤差
量Ia_errを演算する誤差量演算手段、16は位相毎に誤
差量Ia_errを積分する誤差量積分手段、20は制御量Ia
_cntを演算する制御量演算手段、22は繰り返し制御
部、23はデジタル制御における出力を1制御周期遅ら
せる1サンプル遅れ、24は繰り返し制御部22内の制
御ゲインである。
ず、補償出力指令値演算手段13にて導出された補償電
力指令値Ia_refは実際の補償出力Iaと比較され、その差
が誤差量Ia_errとなる。誤差量Ia_errはN制御周期前の
誤差量Ia_errとの和をとり再びN個の1サンプル遅れの
ループに入る。
ると、1電源周期内の制御周期の数はNであるので、N周
期前の位相もθ0となる。つまり、電源周期毎に、同位
相θの誤差量が積分されることとなる。
の後、制御ゲインkcが乗じられ制御量Ia_cntとして出力
する。制御量抑制信号Srが運転状態判断手段19より出
力されていた場合、制御ゲインkcの値を低下させ制御量
Ia_cntを抑制する。
マイクロコンピュータの中で実現する手段は次のように
なる。まず、電源1周期内の制御点の数Nの分だけメモ
リを用意する。それぞれのメモリを位相θ0からθN-1用
のメモリとして振り分け、位相θに応じたメモリの保持
する値に誤差量Ia_errを加える。
メモリθ0〜θN-1を選択し、保持された値Ia_err_iに制
御ゲインkcを乗じて求められる。
を構成することで以下のような効果が得られる。電源周
期1周期において制御周期により分割された位相毎に、
誤差量の積分値を設けることで、電源周期に同期した補
償出力が可能となる。そのため電源周期に同期した電源
高調波発生負荷の負荷入力に対し、電源高調波抑制能力
を向上することができる。
より分割された位相毎に、誤差量の積分値を設けること
で、位相毎に制御量を発生することが可能となり、負荷
出力が急峻に変化する位相において、補償出力の追従性
が上昇し、電源高調波抑制能力が向上できる。
り分割された位相毎に誤差量の積分器を設けることで、
位相θにおける過去の誤差量の情報が保持され、現周期
あるいは先の周期の負荷入力を予測することが可能とな
り、電源高調波抑制能力を向上することができる。
るいは補償出力の状態から、系統電源の状態、あるいは
電源高調波発生負荷の動作状態を判断することにより、
電源高調波抑制装置の動作が電源高調波を抑制できずか
えって電源高調波を増加させてしまう状態に、制御手段
を変更させあるいは制御ゲインを低下させ、系統電源へ
の悪影響を回避することが可能となる。ここで、制御手
段の変更には制御を停止し、電源高調波抑制装置が電源
高調波抑制動作をやめることも含まれる。
示す図で、図5は電源高調波抑制装置の制御ブロック図
(1)、図6は電源高調波抑制装置の制御ブロック図
(2)、図7は電源高調波抑制装置の制御ブロック図
(3)、図8は電源高調波抑制装置の制御ブロック図(4)
である。
と比例制御を用いた制御手段であり、電源高調波抑制装
置3内の制御回路組み込まれたマイクロコンピュータの
中で演算処理される。
補償出力指令値Ia_refから補償出力Iaを差し引いて誤差
量Ia_errを演算する誤差量演算手段、16は位相毎に誤
差量Ia_errを積分する誤差量積分手段、20は制御量Ia
_cntを演算する制御量演算手段、22は繰り返し制御
部、23はデジタル制御における出力を1制御周期遅ら
せる1サンプル遅れ、24は繰り返し制御部22内の制
御ゲイン、25は比例制御部、26は比例制御部25内
の比例ゲインである。
ず、補償出力指令値演算手段にて導出された補償電力指
令値Ia_refは実際の補償出力Iaと比較され、その差が誤
差量Ia_errとなる。ここで1/zは1制御周期出力を遅ら
せる1サンプル遅れである。誤差量Ia_errはN制御周期
前の誤差量Ia_errとの和をとり再びN個の1サンプル遅
れのループに入る。
ると、1電源周期内の制御周期の数はNであるので、N周
期前の位相もθ0となる。つまり、電源周期毎に、同位
相θの誤差量が積分されることとなる。
の後制御ゲインkcが乗じられ、さらに誤差量Ia_errに比
例ゲインkciを乗じたものとを足しあわされた後制御量I
a_cntとして出力する。制御量抑制信号Srが運転状態判
断手段19より出力されていた場合、制御ゲインkcの値
あるいは比例ゲインkciあるいは制御ゲインkcおよび比
例ゲインkciの両方を低下させ制御量Ia_cntを抑制す
る。または制御ゲインkcを0とし、比例制御のみの制御
を行う。
マイクロコンピュータの中で実現する手段は次のように
なる。まず、電源1周期内の制御点の数Nの分だけメモ
リを用意する。それぞれのメモリを位相θ0からθN-1用
のメモリとして振り分け、位相θに応じたメモリの保持
する値に誤差量Ia_errを加える。
メモリθ0〜θN-1を選択し、保持された値Ia_err_iに制
御ゲインkcを乗じたものと、さらに誤差量Ia_errに比例
ゲインkciを乗じたものとを加えて求められる。
を構成することで以下のような効果が得られる。電源周
期1周期において制御周期により分割された位相毎に、
誤差量の積分値を設けることで、電源周期に同期した補
償出力が可能となる。そのため電源周期に同期した電源
高調波発生負荷の負荷入力に対し、電源高調波抑制能力
を向上できる。
より分割された位相毎に、誤差量の積分値を設けること
で、位相毎に制御量を発生することが可能となり、負荷
出力が急峻に変化する位相において、補償出力の追従性
が上昇し、電源高調波抑制能力を向上できる。
分割された位相毎に誤差量の積分器を設けることで、位
相θにおける過去の誤差量の情報が保持され、現周期あ
るいは先の周期の負荷入力を予測することが可能とな
り、電源高調波抑制能力を向上できる。
の比例量を用いる比例制御を合わせて用いることで、電
源周期と異なる周期の瞬間的な負荷入力の変化にも追従
が可能となり、電源高調波抑制能力を向上できる。
は補償出力の状態から、系統電源の状態、あるいは電源
高調波発生負荷の動作状態を判断することにより、電源
高調波抑制装置の動作が電源高調波を抑制できずかえっ
て電源高調波を増加させてしまう状態に、制御手段を変
更させあるいは制御ゲインを低下させ、系統電源への悪
影響を回避することが可能となる。ここで、制御手段の
変更には制御を停止し、電源高調波抑制装置が電源高調
波抑制動作をやめることも含まれる。
繰り返し制御および比例制御および積分制御を用いた制
御手段や、図7に示す制御ブロックのように繰り返し制
御および比例制御および微分制御を用いた制御手段、さ
らには図8に示す制御ブロックのような繰り返し制御お
よび比例制御および積分制御および微分制御を用いた手
段においても同様の電源高調波抑制能力を向上させる効
果を得ることができる。
制御ブロックにおいて、14は補償出力指令値Ia_refか
ら補償出力Iaを差し引いて誤差量Ia_errを演算する誤差
量演算手段、16は位相毎に誤差量Ia_errを積分する誤
差量積分手段、20は制御量Ia_cntを演算する制御量演
算手段、22は繰り返し制御部、23はデジタル制御に
おける出力を1制御周期遅らせる1サンプル遅れ、24
は繰り返し制御部22内の制御ゲイン、25は比例制御
部、26は比例制御部25内の比例ゲイン、27は積分
制御部、28は積分制御部27内の積分器、29は積分
制御部内の積分ゲイン、30は微分制御部、31は微分
制御部30内の微分手段、32は微分制御部30内の微
分ゲインである。
図で、電源高調波抑制装置における制御ブロック図であ
る。この制御ブロックは繰り返し制御と比例制御を用い
た制御手段であり、制御量演算の演算時間遅れを補償す
るため、繰り返し制御の出力を位相を進めて出力するよ
うに構成したものである。この制御ブロックは電源高調
波抑制装置3内の制御回路組み込まれたマイクロコンピ
ュータの中で演算処理される。
補償出力指令値Ia_refから補償出力Iaを差し引いて誤差
量Ia_errを演算する誤差量演算手段、16は位相毎に誤
差量Ia_errを積分する誤差量積分手段、20は制御量Ia
_cntを演算する制御量演算手段、33は出力位相を進め
る手段を備えた繰り返し制御部、23はデジタル制御に
おける出力を1制御周期遅らせる1サンプル遅れ、24
は繰り返し制御部33内のの制御ゲイン、25は比例制
御部、26は比例制御部25内の比例ゲインである。
ず、補償出力指令値演算手段13にて導出された補償電
力指令値Ia_refは実際の補償出力Iaと比較され、その差
が誤差量Ia_errとなる。ここで1/zは1制御周期出力を
遅らせる1サンプル遅れである。誤差量Ia_errはN制御
周期前の誤差量Ia_errとの和をとり再びN個の1サンプ
ル遅れのループに入る。
ると、1電源周期内の制御周期の数はNであるので、N周
期前の位相もθ0となる。つまり、電源周期毎に、同位
相θの誤差量が積分されることとなる。
補償するため、N個の1サンプル遅れを通過する前の誤
差量積分値に制御ゲインkcを乗じ、繰り返し制御の出力
とする。つまり、現在の位相θより進んだ位相の誤差量
積分値Ia_err_i を用いて繰り返し制御の出力を演算す
る。例えば現在の位相をθ0とし位相進み分を2制御周
期とすると誤差量積分値にθ2のものを用いて繰り返し
制御出力を求めることになる。さらに誤差量Ia_errに比
例ゲインkciを乗じたものと繰り返し制御出力を足しあ
わせ、制御量Ia_cntとして出力する。
より出力されていた場合、制御ゲインkcの値あるいは比
例ゲインkciあるいは制御ゲインkcおよび比例ゲインkci
の両方を低下させ制御量Ia_cntを抑制する。または制御
ゲインkcを0とし、比例制御のみの制御を行う。
マイクロコンピュータの中で実現する手段は次のように
なる。まず、電源1周期内の制御点の数Nの分だけメモ
リを用意する。それぞれのメモリを位相θ0からθN-1用
のメモリとして振り分け、位相θに応じたメモリの保持
する値に誤差量Ia_errを加える。
算時間遅れを補償する進み位相となるメモリθ0〜θN-1
を選択し、保持された値Ia_err_i に制御ゲインkcを乗
じたものと、さらに誤差量Ia_errに比例ゲインkciを乗
じたものとを加えて求められる。
を構成することで以下のような効果が得られる。電源周
期1周期において制御周期により分割された位相毎に、
誤差量の積分値を設けることで、電源周期に同期した補
償出力が可能となる。そのため電源周期に同期した電源
高調波発生負荷の負荷入力に対し、電源高調波抑制能力
を向上できる。
より分割された位相毎に、誤差量の積分値を設けること
で、位相毎に制御量を発生することが可能となり、位相
に依存した負荷出力の急峻に変化に対し補償出力の追従
性が上昇し、電源高調波抑制能力を向上できる。
分割された位相毎に誤差量の積分器を設けることで、位
相θにおける過去の誤差量の情報が保持され、現周期あ
るいは先の周期の負荷入力を予測することが可能とな
り、電源高調波抑制能力を向上できる。
位相の進んだ誤差量積分量を用いることで、負荷入力検
出から制御量を演算し実際に補償出力に反映されるまで
の演算遅れ時間を補償することが可能となり、電源高調
波抑制能力を向上できる。
の比例量を用いる比例制御を合わせて用いることで、電
源周期と異なる周期の瞬間的な負荷入力の変化にも追従
が可能となり、電源高調波抑制能力を向上できる。
は補償出力の状態から、系統電源の状態、あるいは電源
高調波発生負荷の動作状態を判断することにより、電源
高調波抑制装置の動作が電源高調波を抑制できずかえっ
て電源高調波を増加させてしまう状態に、制御手段を変
更させあるいは制御ゲインを低下させ、系統電源への悪
影響を回避することが可能となる。ここで、制御手段の
変更には制御を停止し、電源高調波抑制装置が電源高調
波抑制動作をやめることも含まれる。
繰り返し制御および比例制御および積分制御を用いた制
御手段や、図7に示す制御ブロックのように繰り返し制
御および比例制御および微分制御を用いた制御手段、さ
らには図8に示す制御ブロックのような繰り返し制御お
よび比例制御および積分制御および微分制御を用いた手
段においても同様の位相進み出力手段を用いることで電
源高調波抑制能力を向上させる効果を得ることができ
る。
る電源高調波抑制装置を接続することで発生する電源高
調波を抑制した空気調和機を得ることができる。
縮機を備えた空気調和機に、本発明による電源高調波抑
制装置を接続することでインバータにより発生する電源
高調波を抑制した空気調和機を得ることができる。
流ブラシレスモータを有する圧縮機を備えた空気調和機
に、本発明による電源高調波抑制装置を接続することで
インバータにより発生する電源高調波を抑制した空気調
和機を得ることができる。
導電動機を有する圧縮機を備えた空気調和機に、本発明
による電源高調波抑制装置を接続することでインバータ
により発生する電源高調波を抑制した空気調和機を得る
ことができる。
ァンモータを備えた空気調和機に、本発明による電源高
調波抑制装置を接続することでインバータにより発生す
る電源高調波を抑制した空気調和機を得ることができ
る。
流ブラシレスモータを有するファンモータを備えた空気
調和機に、本発明による電源高調波抑制装置を接続する
ことでインバータにより発生する電源高調波を抑制した
空気調和機を得ることができる。
誘導電動機を有するファンモータを備えた空気調和機
に、本発明による電源高調波抑制装置を接続することで
インバータにより発生する電源高調波を抑制した空気調
和機を得ることができる。
電源電圧位相を検出する位相検出手段と、毎周期同位相
において負荷入力をもとに補償出力指令値を演算する補
償出力指令値演算手段と、位相毎に補償出力指令と電源
高調波抑制装置主回路が出力する実際の補償出力との誤
差量を演算する誤差量演算手段と、位相毎に誤差量を電
源高調波抑制装置の動作開始から所定時間経過後より積
分し記憶する誤差量積分手段と、記憶された誤差量の積
分値をから補償出力の制御量を演算する制御量演算手段
と、制御量から電源高調波抑制装置主回路の制御信号を
出力する制御信号出力手段と、を備え、制御信号に基づ
いて、電源高調波抑制装置制御回路は、電源高調波抑制
装置主回路内のスイッチング素子をオン/オフ制御する
ことで、負荷入力が急峻に変化する位相を予測し、補償
出力指令値と実際の補償出力との差が極力なくなるよう
に、電源高調波抑制装置主回路内のスイッチング素子を
オン/オフ制御するための制御量を出力するように構成
したので、電源高調波抑制能力を向上することができ
る。
はキャリア周期に同期した位相とすることで、位相周期
毎に補償出力を可変できるため電源高調波抑制能力を向
上することができる。
はキャリア周期と異なる周期とすることで演算周期とキ
ャリア周期とを同じ周期にできないときであっても同様
の制御手段を備えた電源高調波抑制装置を得ることがで
きる。
に記憶された誤差量の積分値の両方から演算により求め
ることにより、電源周期と異なる周期で発生する負荷入
力の変化にも追従する補償出力を得ることができ、電源
高調波抑制能力を向上することができる。
の積分値と位相毎に記憶された誤差量積分値から演算に
より求めることにより、電源周期と異なる周期で突発的
に発生する負荷入力の変化にも追従する補償出力を得る
ことができ、電源高調波抑制能力を向上することができ
る。
の変化量と位相毎に記憶された誤差量積分値から演算に
より求めることにより、電源周期と異なる周期で突発的
に発生する負荷入力の変化にも追従する補償出力を得る
ことができ、電源高調波抑制能力を向上することができ
る。
の積分値と誤差量の変化量と位相毎に記憶された誤差量
の積分値から演算により求めることにより、電源周期と
異なる周期で突発的に発生する負荷入力の変化にも追従
する補償出力を得ることができ、電源高調波抑制能力を
向上することができる。
け進んだ位相に対応する記憶された誤差量積分値から演
算により求めることにより、マイクロコンピュータでの
演算時間遅れによる補償電流の遅れ分を補償することが
でき、電源高調波抑制能力を向上することができる。
の負荷入力に応じて変更することにより、系統電源の電
源環境の悪化により電源高調波抑制装置が電源高調波を
補償しきれずかえって電源高調波を増加させてしまうよ
うな系統電源に与える悪影響を回避することができる。
に応じて変更することにより、系統電源の電源環境の悪
化により電源高調波抑制装置が電源高調波を補償しきれ
ずかえって電源高調波を増加させてしまうような系統電
源に与える悪影響を回避することができる。
に応じて変更することにより、系統電源の電源環境の悪
化により電源高調波抑制装置が電源高調波を補償しきれ
ずかえって電源高調波を増加させてしまうような系統電
源に与える悪影響を回避することができる。
とにより、高調波電流を補償する電源高調波抑制装置を
得ることができる。
とにより、高調波電圧を補償する電源高調波抑制装置を
得ることができる。
ることにより、単相電源で用いられる電源高調波発生負
荷の電源高調波を補償する電源高調波抑制装置を得るこ
とができる。
ることにより、3相電源で用いられる電源高調波発生負
荷の発生する電源高調波を補償する電源高調波抑制装置
を得ることができる。
調波抑制装置を接続することで発生する電源高調波を抑
制した空気調和機を得ることができる。
えた空気調和機に請求項1記載の電源高調波抑制装置を
接続することでインバータにより発生する電源高調波を
抑制した空気調和機を得ることができる。
レスモータを有する圧縮機を備えた空気調和機に、請求
項1記載の電源高調波抑制装置を接続することでインバ
ータにより発生する電源高調波を抑制した空気調和機を
得ることができる。
を有する圧縮機を備えた空気調和機に請求項1記載の電
源高調波抑制装置を接続することでインバータにより発
生する電源高調波を抑制した空気調和機を得ることがで
きる。
タを備えた空気調和機に請求項1記載の電源高調波抑制
装置を接続することでインバータにより発生する電源高
調波を抑制した空気調和機を得ることができる。
レスモータを有するファンモータを備えた空気調和機に
請求項1記載の電源高調波抑制装置を接続することでイ
ンバータにより発生する電源高調波を抑制した空気調和
機を得ることができる。
を有するファンモータを備えた空気調和機に、請求項1
記載の電源高調波抑制装置を接続することでインバータ
により発生する電源高調波を抑制した空気調和機を得る
ことができる。
の構成図である。
制装置における各部の波形を示す説明図(1)である。
制装置における各部の波形を示す説明図(2)である。
置の制御ブロック図である。
置の制御ブロック図(1)である。
置の制御ブロック図(2)である。
置の制御ブロック図(3)である。
置の制御ブロック図(4)である。
置の制御ブロック図である。
構成図である。
ロック図(1)である。
ロック図(2)である。
ロック図(3)である。
ロック図(4)である。
波形を示す説明図である。
波抑制装置、4 負荷入力検出器、5 位相検出手段、
6 ノイズフィルタ、7 交流リアクタ、8補償出力検
出器、9 電源高調波抑制装置主回路、10 電解コン
デンサ、11ゲート駆動回路、12 制御信号発生手
段、13 補償出力指令値演算手段、14 誤差量演算
手段、15 誤差量積分手段、16 誤差量積分器、1
7 切り替え手段A、18 切り替え手段B、19 運転
状態判断手段、20 制御量演算手段、21受電点。
Claims (22)
- 【請求項1】 系統電源に接続された高調波発生負荷に
並列に接続され、前記高調発生負荷の負荷入力を検出
し、前記負荷入力に含まれる高調波成分を抽出し、前記
高調波成分を相殺するための補償出力をスイッチング素
子のオン/オフ制御により発生させる電源高調波抑制装
置において、 電源電圧位相を検出する位相検出手段と、 毎周期同位相において、前記負荷入力をもとに補償出力
指令値を演算する補償出力指令値演算手段と、 前記位相毎に前記補償出力指令と前記電源高調波抑制装
置主回路が出力する実際の補償出力との誤差量を演算す
る誤差量演算手段と、 前記位相毎に前記誤差量を電源高調波抑制装置の動作開
始から所定時間経過後より積分し記憶する誤差量積分手
段と、 前記記憶された誤差量の積分値から前記補償出力の制御
量を演算する制御量演算手段と、 前記制御量から前記電源高調波抑制装置主回路の制御信
号を出力する制御信号出力手段と、 を備え、前記制御信号に基づいて、前記電源高調波抑制
装置制御回路は、前記電源高調波抑制装置主回路内のス
イッチング素子をオン/オフ制御することを特徴とする
電源高調波抑制装置。 - 【請求項2】 前記補償出力指令値を演算する位相は、
キャリア周期に同期した位相であることを特徴とする請
求項1記載の電源高調波抑制装置。 - 【請求項3】 前記補償出力指令値を演算する位相は、
キャリア周期と異なる周期であることを特徴とする請求
項1記載の電源高調波抑制装置。 - 【請求項4】 前記補償出力の制御量は誤差量と位相毎
に記憶された誤差量の積分値の両方から演算により求め
られることを特徴とする請求項1記載の電源高調波抑制
装置。 - 【請求項5】 前記補償出力の制御量は誤差量と誤差量
の積分値と位相毎に記憶された誤差量積分値とから演算
により求められることを特徴とする請求項1記載の電源
高調波抑制装置。 - 【請求項6】 前記補償出力の制御量は誤差量と誤差量
の変化量と位相毎に記憶された誤差量の積分値から演算
により求められることを特徴とする請求項1記載の電源
高調波抑制装置。 - 【請求項7】 前記補償出力の制御量は誤差量と誤差量
の積分値と誤差量の変化量と位相毎に記憶された誤差量
の積分値から演算により求められることを特徴とする請
求項1記載の電源高調波抑制装置。 - 【請求項8】 前記補償出力の制御量は、所定の位相だ
け進んだ位相に対応する位相毎に記憶された誤差量積分
値から演算により求められることを特徴とする請求項1
記載の電源高調波抑制装置。 - 【請求項9】 前記制御量演算手段は、高調波発生負荷
の負荷入力に応じて変更することを特徴とする請求項1
記載の電源高調波抑制装置。 - 【請求項10】 前記制御量演算手段は、実際の補償出
力に応じて変更することを特徴とする請求項1記載の電
源高調波抑制装置。 - 【請求項11】 前記制御量の演算手段は系統電源の状
態に応じて変更することを特徴とする請求項1記載の電
源高調波抑制装置。 - 【請求項12】 前記負荷入力と前記補償出力は電流で
あることを特徴とする請求項1記載の電源高調波抑制装
置。 - 【請求項13】 前記負荷入力と前記補償出力は電圧で
あることを特徴とする請求項1記載の電源高調波抑制装
置。 - 【請求項14】 接続される系統電源は単相電源である
ことを特徴とする請求項1記載の電源高調波抑制装置。 - 【請求項15】 接続される系統電源は3相電源である
ことを特徴とする請求項1記載の電源高調波抑制装置。 - 【請求項16】 請求項1記載の電源高調波抑制装置と
接続したことを特徴とする空気調和機。 - 【請求項17】 インバータで駆動される圧縮機を備え
たことを特徴とする請求項16記載の空気調和機。 - 【請求項18】 インバータで駆動される直流ブラシレ
スモータを有する圧縮機を備えたことを特徴とする請求
項16記載の空気調和機。 - 【請求項19】 インバータで駆動される誘導電動機を
有する圧縮機を備えたことを特徴とする請求項16記載
の空気調和機。 - 【請求項20】 インバータで駆動されるファンモータ
を備えたことを特徴とする請求項16記載の空気調和
機。 - 【請求項21】 インバータで駆動される直流ブラシレ
スモータを有するファンモータを備えたことを特徴とす
る請求項16記載の空気調和機。 - 【請求項22】 インバータで駆動される誘導電動機を
有するファンモータを備えたことを特徴とする請求項1
6記載の空気調和機。
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Family
ID=18497871
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1999
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