JP2001275364A - 半導体電力変換装置 - Google Patents
半導体電力変換装置Info
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- JP2001275364A JP2001275364A JP2000085528A JP2000085528A JP2001275364A JP 2001275364 A JP2001275364 A JP 2001275364A JP 2000085528 A JP2000085528 A JP 2000085528A JP 2000085528 A JP2000085528 A JP 2000085528A JP 2001275364 A JP2001275364 A JP 2001275364A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 比例積分制御系を有して負荷に供給する電流
を制御するのに、負荷急変を検出して制御系のゲイン等
を可変にするのでは追従性が不十分である。 【解決手段】 ＰＩ制御部４をもつ制御装置でインバー
タ１を制御し、負荷２を駆動するのに、電圧計算部７は
インバータの電源電圧とゲート信号及び負荷電流を基に
して該インバータの出力電圧Ｖiを極性を有して求め
る。負荷電圧推定部８は、電圧Ｖiと負荷電流ｉおよび
既知のインダクタンスＬとから、負荷電圧Ｖlを推定す
る。負荷電圧急変判断手段９、１０は、負荷電圧が急変
すると推定されるときに積分要素４Ｃの積分値を、比例
積分制御の追従性を高める方向に強制設定する。負荷２
として連系系統電源やソレノイドとする場合は、制御要
素の積分ゲインまたは比例ゲインを調節することも含
む。
を制御するのに、負荷急変を検出して制御系のゲイン等
を可変にするのでは追従性が不十分である。 【解決手段】 ＰＩ制御部４をもつ制御装置でインバー
タ１を制御し、負荷２を駆動するのに、電圧計算部７は
インバータの電源電圧とゲート信号及び負荷電流を基に
して該インバータの出力電圧Ｖiを極性を有して求め
る。負荷電圧推定部８は、電圧Ｖiと負荷電流ｉおよび
既知のインダクタンスＬとから、負荷電圧Ｖlを推定す
る。負荷電圧急変判断手段９、１０は、負荷電圧が急変
すると推定されるときに積分要素４Ｃの積分値を、比例
積分制御の追従性を高める方向に強制設定する。負荷２
として連系系統電源やソレノイドとする場合は、制御要
素の積分ゲインまたは比例ゲインを調節することも含
む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、比例積分（ＰＩ）
制御要素を有して負荷に供給する電流を自動制御する半
導体電力変換装置に係り、特にＰＩ制御要素の比例積分
ゲインの制御に関する。
制御要素を有して負荷に供給する電流を自動制御する半
導体電力変換装置に係り、特にＰＩ制御要素の比例積分
ゲインの制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＰＩ制御要素を有する電力変換装置の構
成例を図４に示す。インバータ１は、パワートランジス
タやＩＧＢＴの半導体素子で主回路を構成し、そのスイ
ッチング制御で直流電力を電圧および周波数を制御した
交流電力に変換して負荷２に供給する。
成例を図４に示す。インバータ１は、パワートランジス
タやＩＧＢＴの半導体素子で主回路を構成し、そのスイ
ッチング制御で直流電力を電圧および周波数を制御した
交流電力に変換して負荷２に供給する。
【０００３】制御装置は、負荷電流検出値を固定座標か
ら回転座標に変換した電流検出信号を得る座標変換部３
と、この電流検出信号と電流指令値との偏差を比例積分
（ＰＩ））演算する電流制御アンプ４と、この演算結果
を回転座標から固定座標に変換した電流制御信号を得る
座標変換部５と、この電流制御信号を三角波（キャリ
ア）信号と比較してＰＭＷ波形のゲート信号をインバー
タ１に供給するＰＭＷ制御部６とによって構成される。
ら回転座標に変換した電流検出信号を得る座標変換部３
と、この電流検出信号と電流指令値との偏差を比例積分
（ＰＩ））演算する電流制御アンプ４と、この演算結果
を回転座標から固定座標に変換した電流制御信号を得る
座標変換部５と、この電流制御信号を三角波（キャリ
ア）信号と比較してＰＭＷ波形のゲート信号をインバー
タ１に供給するＰＭＷ制御部６とによって構成される。
【０００４】電流制御アンプ４は、それを拡大した等価
回路で示すように、比例ゲインＫpで電流偏差を増幅す
る比例要素４Ａと、積分ゲインＫiで電流偏差を増幅す
る比例要素４Ｂと、この比例要素４Ｂの出力を積分する
積分要素４Ｃと、要素４Ａと４Ｂの出力を加算する加算
要素４Ｄで構成される。
回路で示すように、比例ゲインＫpで電流偏差を増幅す
る比例要素４Ａと、積分ゲインＫiで電流偏差を増幅す
る比例要素４Ｂと、この比例要素４Ｂの出力を積分する
積分要素４Ｃと、要素４Ａと４Ｂの出力を加算する加算
要素４Ｄで構成される。
【０００５】なお、制御装置は、上記の電流制御系の構
成に限らず、ＰＩ制御要素をもつ電圧制御系にした構
成、さらには電圧制御系と電流制御系をもつ場合もあ
る。
成に限らず、ＰＩ制御要素をもつ電圧制御系にした構
成、さらには電圧制御系と電流制御系をもつ場合もあ
る。
【０００６】また、半導体電力変換装置としては、前記
のインバータにより交流負荷を駆動するものに限らず、
交流電力を直流電力に変換するコンバータ、直流−直流
の電力変換をするチョッパなどがあり、これら装置にお
いてもＰＩ制御系をもつ構成が多く採用される。また、
負荷としては電動機などの回転機に限らず、直流電気車
からの回生電力をインバータで交流に変換して交流電源
に回生する場合の電力系統など、種々の負荷があり、こ
れら負荷に応じて電力変換装置も種々のものが設計され
る。
のインバータにより交流負荷を駆動するものに限らず、
交流電力を直流電力に変換するコンバータ、直流−直流
の電力変換をするチョッパなどがあり、これら装置にお
いてもＰＩ制御系をもつ構成が多く採用される。また、
負荷としては電動機などの回転機に限らず、直流電気車
からの回生電力をインバータで交流に変換して交流電源
に回生する場合の電力系統など、種々の負荷があり、こ
れら負荷に応じて電力変換装置も種々のものが設計され
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】前記のように、負荷電
流のＰＩ制御要素を有する電力変換装置において、負荷
の変化が比較的緩やかになる場合は、制御系が有する積
分要素の出力が負荷出力の値にほぼ一致し、負荷出力の
変化に追従した制御を得ることができる。
流のＰＩ制御要素を有する電力変換装置において、負荷
の変化が比較的緩やかになる場合は、制御系が有する積
分要素の出力が負荷出力の値にほぼ一致し、負荷出力の
変化に追従した制御を得ることができる。
【０００８】しかし、負荷出力が積分要素のゲインで追
従しきれないほど急激に変化した場合、制御出力に大き
な応答遅れが生じる。例えば、負荷電圧がステップ状に
変化した場合、出力誤差は積分要素のゲインに対応した
速度で減少していくが、その追従性が極めて悪くなる。
従しきれないほど急激に変化した場合、制御出力に大き
な応答遅れが生じる。例えば、負荷電圧がステップ状に
変化した場合、出力誤差は積分要素のゲインに対応した
速度で減少していくが、その追従性が極めて悪くなる。
【０００９】この対策として、積分要素のゲインを高め
ることが考えられるが、ゲインを高くし過ぎると、出力
が振動的になってしまう。結果的に、負荷出力の変化率
が高い場合には応答性を犠牲にするものが多い。
ることが考えられるが、ゲインを高くし過ぎると、出力
が振動的になってしまう。結果的に、負荷出力の変化率
が高い場合には応答性を犠牲にするものが多い。
【００１０】他の対策として、負荷の変化が大きい場
合、制御系のゲインを高くしてリミッタを設けた方式
（例えば、特開平９−３１２９７５号公報）、さらにリ
ミッタのリミッタ値を変更する方式（例えば、特開平５
−１８１５０２号公報）のものがある。また、制御偏差
が大きい領域では、積分要素のゲインを大きくし、比例
要素のゲインを小さくするものがある（例えば、特開平
５−２３３００７号公報）。
合、制御系のゲインを高くしてリミッタを設けた方式
（例えば、特開平９−３１２９７５号公報）、さらにリ
ミッタのリミッタ値を変更する方式（例えば、特開平５
−１８１５０２号公報）のものがある。また、制御偏差
が大きい領域では、積分要素のゲインを大きくし、比例
要素のゲインを小さくするものがある（例えば、特開平
５−２３３００７号公報）。
【００１１】しかし、これらの方式は、いずれも大きな
制御偏差が現れた後にゲイン制御等を実行するものであ
り、ステップ状の負荷変動（外乱）など、急激な負荷変
動に対して制御遅れを十分に補償できるものでなかっ
た。
制御偏差が現れた後にゲイン制御等を実行するものであ
り、ステップ状の負荷変動（外乱）など、急激な負荷変
動に対して制御遅れを十分に補償できるものでなかっ
た。
【００１２】本発明の目的は、ステップ状の負荷変動に
も制御遅れを少なくして精度よい追従制御ができる半導
体電力変換装置を提供することにある。
も制御遅れを少なくして精度よい追従制御ができる半導
体電力変換装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】（発明の原理的な説明）
負荷の急変に対して、制御誤差を最小限にするために
は、負荷の変化を早期に検出できることが必要となる。
本発明は、電力変換装置の出力電圧と、負荷との間のイ
ンダクタンス成分を通した電流および負荷電圧との関係
から、負荷電圧の変化を電力変換装置の出力から予め推
定し、この推定値に応じてＰＩ制御系の積分要素の積分
値やゲインや比例要素のゲインを強制制御するようにし
たものである。この詳細を以下に説明する。
負荷の急変に対して、制御誤差を最小限にするために
は、負荷の変化を早期に検出できることが必要となる。
本発明は、電力変換装置の出力電圧と、負荷との間のイ
ンダクタンス成分を通した電流および負荷電圧との関係
から、負荷電圧の変化を電力変換装置の出力から予め推
定し、この推定値に応じてＰＩ制御系の積分要素の積分
値やゲインや比例要素のゲインを強制制御するようにし
たものである。この詳細を以下に説明する。
【００１４】図５は、電力変換装置と負荷の間の等価モ
デルを示し、電力変換装置の出力電圧Ｖi、負荷電圧
Ｖl、インダクタンス（インピーダンス）成分Ｌを流れ
る装置の出力電流ｉとすると、これらの値には、以下の
ような関係が成立する。
デルを示し、電力変換装置の出力電圧Ｖi、負荷電圧
Ｖl、インダクタンス（インピーダンス）成分Ｌを流れ
る装置の出力電流ｉとすると、これらの値には、以下の
ような関係が成立する。
【００１５】
【数１】 （ｄi／ｄt）＝（Ｖi−Ｖl）／Ｌ …（１） この微分項を微小変動値で近似すると、
【００１６】
【数２】（Δｉ／Δｔ）＝（Ｖi−Ｖl）／Ｌ Ｖl＝Ｖi−（Δｉ／Δｔ）Ｌ …（２） この（２）式から、変換装置の出力電圧Ｖi、出力電流
ｉを求めることができ、インダクタンスＬが既知であれ
ば、出力電流変化量Δｉ／Δｔによって負荷電圧Ｖlを
推定できる。この関係は、ベクトル電圧、電流において
も成立するため、多相の電力変換装置にも適用可能であ
る。
ｉを求めることができ、インダクタンスＬが既知であれ
ば、出力電流変化量Δｉ／Δｔによって負荷電圧Ｖlを
推定できる。この関係は、ベクトル電圧、電流において
も成立するため、多相の電力変換装置にも適用可能であ
る。
【００１７】このような負荷電圧（または電流や電力）
の推定には、例えば、ＰＷＭ制御回路をもつ装置におい
ては、図６に示すように、ＰＷＭのキャリア１周期の間
に、装置の出力を周期Δｔで電流サンプリングを行って
電流値ｉを取り込み、この電流ｉから（Δｉ／Δｔ）を
求めると同時に、電流値ｉとゲート信号から変換装置の
出力電圧Ｖiを求める。この出力電圧Ｖiは、基本的には
ゲート信号によって決定し、デッドタイム期間はサンプ
リングした電流値の符号によって決定する。これらの処
理を各相について行うと、電流サンプリング時点での出
力電圧ベクトルと出力電流ベクトルが得られる。
の推定には、例えば、ＰＷＭ制御回路をもつ装置におい
ては、図６に示すように、ＰＷＭのキャリア１周期の間
に、装置の出力を周期Δｔで電流サンプリングを行って
電流値ｉを取り込み、この電流ｉから（Δｉ／Δｔ）を
求めると同時に、電流値ｉとゲート信号から変換装置の
出力電圧Ｖiを求める。この出力電圧Ｖiは、基本的には
ゲート信号によって決定し、デッドタイム期間はサンプ
リングした電流値の符号によって決定する。これらの処
理を各相について行うと、電流サンプリング時点での出
力電圧ベクトルと出力電流ベクトルが得られる。
【００１８】なお、３相変換を三角波比較ＰＷＭによっ
て制御する場合、キャリア１周期の間に発生する出力電
圧ベクトルの変化は、最大でも６回である。したがっ
て、仮に電流サンプリングをキャリア１周期の間に３０
回以上実行すれば、出力電圧ベクトルが一定となってい
る間に最低でも５サンプルの電流データを取り込むこと
ができ、十分な検出精度を得ることができる。
て制御する場合、キャリア１周期の間に発生する出力電
圧ベクトルの変化は、最大でも６回である。したがっ
て、仮に電流サンプリングをキャリア１周期の間に３０
回以上実行すれば、出力電圧ベクトルが一定となってい
る間に最低でも５サンプルの電流データを取り込むこと
ができ、十分な検出精度を得ることができる。
【００１９】また、スイッチングが行われた前後の時刻
の電流検出値は、スイッチング時の電圧過渡変動などの
影響を受け易いため、これら時点のサンプル値は電圧推
定から除去するのが好ましい。
の電流検出値は、スイッチング時の電圧過渡変動などの
影響を受け易いため、これら時点のサンプル値は電圧推
定から除去するのが好ましい。
【００２０】図７は、上記の負荷電圧Ｖlの推定結果
で、ＰＩ制御系のゲインを調節するブロック構成を示
す。同図では、負荷電圧計算部Ａで計算した負荷電圧推
定値Ｖlと、その値にローパスフィルタ（ＬＰＦ）Ｂを
通した直前の値（平均値）を比較部Ｃで絶対値比較する
ことで負荷電圧Ｖlの変化量の大小、つまり負荷電圧が
急変したか否かを判定し、差の絶対値が小さい場合はＰ
Ｉ制御系のゲインを制御することなく次回の負荷電圧計
算に戻り、差の絶対値が大きい場合はＰＩ制御系の積分
値やゲインを制御部Ｄが好ましい値に強制設定する。
で、ＰＩ制御系のゲインを調節するブロック構成を示
す。同図では、負荷電圧計算部Ａで計算した負荷電圧推
定値Ｖlと、その値にローパスフィルタ（ＬＰＦ）Ｂを
通した直前の値（平均値）を比較部Ｃで絶対値比較する
ことで負荷電圧Ｖlの変化量の大小、つまり負荷電圧が
急変したか否かを判定し、差の絶対値が小さい場合はＰ
Ｉ制御系のゲインを制御することなく次回の負荷電圧計
算に戻り、差の絶対値が大きい場合はＰＩ制御系の積分
値やゲインを制御部Ｄが好ましい値に強制設定する。
【００２１】すなわち、負荷電圧が積分要素のゲインで
追従できる程度に緩やかに変化している定常時にはＰＩ
制御系のゲインをそのままにして定常時の制御特性を保
持しておき、負荷電圧が急変すると予測される場合には
ＰＩ制御系の積分要素等の積分値を負荷電圧の急変前に
強制変更することで追従性を高める。
追従できる程度に緩やかに変化している定常時にはＰＩ
制御系のゲインをそのままにして定常時の制御特性を保
持しておき、負荷電圧が急変すると予測される場合には
ＰＩ制御系の積分要素等の積分値を負荷電圧の急変前に
強制変更することで追従性を高める。
【００２２】なお、現実の装置では、電力変換装置と負
荷との間に介在するインピーダンスは、インダクタンス
成分の他に、抵抗成分も含まれるが、この抵抗成分によ
る電圧も負荷電圧の一部として検出及び補償することが
できる。
荷との間に介在するインピーダンスは、インダクタンス
成分の他に、抵抗成分も含まれるが、この抵抗成分によ
る電圧も負荷電圧の一部として検出及び補償することが
できる。
【００２３】以上までのことから、本発明は、以下の構
成を特徴とする。
成を特徴とする。
【００２４】（第１の発明）比例積分制御要素を有して
負荷に供給する電流を自動制御する半導体電力変換装置
において、電力変換装置の電源電圧と制御信号及び負荷
電流を基にして該装置の出力電圧を極性を有して求める
電圧計算部と、前記出力電圧と負荷電流および前記電力
変換装置から負荷への電流に介在するインピーダンスと
から、負荷電圧を推定する負荷電圧推定部と、前記推定
した負荷電圧から該負荷電圧が急変すると推定されると
きに前記比例積分制御要素の積分値およびゲインの一方
または両方を、比例積分制御の追従性を高める方向に調
節する負荷電圧急変判断手段とを備えたことを特徴とす
る。
負荷に供給する電流を自動制御する半導体電力変換装置
において、電力変換装置の電源電圧と制御信号及び負荷
電流を基にして該装置の出力電圧を極性を有して求める
電圧計算部と、前記出力電圧と負荷電流および前記電力
変換装置から負荷への電流に介在するインピーダンスと
から、負荷電圧を推定する負荷電圧推定部と、前記推定
した負荷電圧から該負荷電圧が急変すると推定されると
きに前記比例積分制御要素の積分値およびゲインの一方
または両方を、比例積分制御の追従性を高める方向に調
節する負荷電圧急変判断手段とを備えたことを特徴とす
る。
【００２５】（第２の発明）比例積分制御要素を有して
連系電力系統への供給電力を自動制御する半導体電力変
換装置において、電力変換装置の電源電圧と制御信号及
び系統電流を基にして該装置の出力電圧を極性を有して
求める電圧計算部と、前記出力電圧と系統電流および前
記電力変換装置から系統への電流に介在するインピーダ
ンスとから、系統電圧を推定する系統電圧推定部と、前
記推定した系統電圧から該系統電圧が急変すると推定さ
れるときに前記比例積分制御要素の積分値およびゲイン
の一方または両方を、比例積分制御の追従性を高める方
向に調節する系統電圧急変判断手段とを備えたことを特
徴とする。
連系電力系統への供給電力を自動制御する半導体電力変
換装置において、電力変換装置の電源電圧と制御信号及
び系統電流を基にして該装置の出力電圧を極性を有して
求める電圧計算部と、前記出力電圧と系統電流および前
記電力変換装置から系統への電流に介在するインピーダ
ンスとから、系統電圧を推定する系統電圧推定部と、前
記推定した系統電圧から該系統電圧が急変すると推定さ
れるときに前記比例積分制御要素の積分値およびゲイン
の一方または両方を、比例積分制御の追従性を高める方
向に調節する系統電圧急変判断手段とを備えたことを特
徴とする。
【００２６】（第３の発明）比例積分制御要素を有して
ソレノイドへの負荷電流を自動制御する半導体電力変換
装置において、電力変換装置の電源電圧と制御信号及び
負荷電流を基にして該装置の出力電圧を極性を有して求
める電圧計算部と、前記出力電圧と負荷電流から前記ソ
レノイドのインダクタンスを推定し、この推定したイン
ダクタンスから前記比例積分制御要素の積分ゲインおよ
び比例ゲインの一方または両方を、比例積分制御の追従
性を高める方向に調節する負荷インダクタンス推定部と
延期推定したインダクタンスから前記ソレノイドの操作
杆の位置情報を得る位置変換部とを備えたことを特徴と
する。
ソレノイドへの負荷電流を自動制御する半導体電力変換
装置において、電力変換装置の電源電圧と制御信号及び
負荷電流を基にして該装置の出力電圧を極性を有して求
める電圧計算部と、前記出力電圧と負荷電流から前記ソ
レノイドのインダクタンスを推定し、この推定したイン
ダクタンスから前記比例積分制御要素の積分ゲインおよ
び比例ゲインの一方または両方を、比例積分制御の追従
性を高める方向に調節する負荷インダクタンス推定部と
延期推定したインダクタンスから前記ソレノイドの操作
杆の位置情報を得る位置変換部とを備えたことを特徴と
する。
【００２７】
【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図１は、本発
明の実施形態を示すＰＩ電流制御系をもつ電力変換装置
に適用した場合であり、同図が図４と異なる部分は、回
路要素７〜１０を設けた点にある。
明の実施形態を示すＰＩ電流制御系をもつ電力変換装置
に適用した場合であり、同図が図４と異なる部分は、回
路要素７〜１０を設けた点にある。
【００２８】電圧計算部７は、変換装置の出力電圧Ｖi
のサンプリングデータを求めるものであり、ＰＷＭ制御
部６からのゲート信号の状態（符号：１あるいはー１）
の検出とサンプリングクロック（Δｔ）を生成すると共
に、スイッチング前後の時刻の電圧検出値を推定から除
去するタイミング信号を得、サンプリングタイミングで
のインバータ１の電源電圧になる直流側電圧の１／２に
ゲート信号の状態（符号）を乗じてサンプリングする。
また、デッドタイムの期間は、そのときの出力電流ｉの
極性から電圧Ｖiの符号を決定する。
のサンプリングデータを求めるものであり、ＰＷＭ制御
部６からのゲート信号の状態（符号：１あるいはー１）
の検出とサンプリングクロック（Δｔ）を生成すると共
に、スイッチング前後の時刻の電圧検出値を推定から除
去するタイミング信号を得、サンプリングタイミングで
のインバータ１の電源電圧になる直流側電圧の１／２に
ゲート信号の状態（符号）を乗じてサンプリングする。
また、デッドタイムの期間は、そのときの出力電流ｉの
極性から電圧Ｖiの符号を決定する。
【００２９】負荷電圧推定部８は、出力電圧Ｖiと、こ
のタイミングでの負荷電流ｉの変化量（Δｉ／Δｔ）お
よびインダクタンス成分Ｌから、前記の（２）式の演算
を行い、負荷電圧Ｖlを求める。
のタイミングでの負荷電流ｉの変化量（Δｉ／Δｔ）お
よびインダクタンス成分Ｌから、前記の（２）式の演算
を行い、負荷電圧Ｖlを求める。
【００３０】ローパスフィルタ（ＬＰＦ）９は、電圧Ｖ
1の平滑によって直前の電圧値を求める。負荷電圧急変
判断部１０は、現在の負荷電圧Ｖlと直前の電圧値との
大小比較により負荷電圧Ｖlが急変するか否かを判定
し、急変すると判定されたときに積分要素４Ｃに保持さ
れる積分値を強制変更（上書き）操作する。
1の平滑によって直前の電圧値を求める。負荷電圧急変
判断部１０は、現在の負荷電圧Ｖlと直前の電圧値との
大小比較により負荷電圧Ｖlが急変するか否かを判定
し、急変すると判定されたときに積分要素４Ｃに保持さ
れる積分値を強制変更（上書き）操作する。
【００３１】なお、積分要素４Ｃの積分値の変更は、一
定値とするに限らず、負荷電圧の推定値に応じて適宜調
節することもできる。また、この調整に並行して積分ゲ
インや比例ゲインを高い値に調節して追従性を高めるこ
とができる。
定値とするに限らず、負荷電圧の推定値に応じて適宜調
節することもできる。また、この調整に並行して積分ゲ
インや比例ゲインを高い値に調節して追従性を高めるこ
とができる。
【００３２】以上のように、負荷電圧Ｖlが急変するこ
とをキャリア１周期に相当する時間で推定することがで
き、この推定で積分要素の積分値を予め変更操作するこ
とにより、外乱発生時の電流制御にその遅れを短縮して
制御精度を高めることができる。
とをキャリア１周期に相当する時間で推定することがで
き、この推定で積分要素の積分値を予め変更操作するこ
とにより、外乱発生時の電流制御にその遅れを短縮して
制御精度を高めることができる。
【００３３】（第２の実施形態）図２は、本発明の実施
形態を示すＰＩ電流制御系をもつ系統連系電力変換装置
に適用した場合である。同図は、図１の負荷２として電
力系統とし、インバータ１から電力系統に電力を供給す
る場合である。
形態を示すＰＩ電流制御系をもつ系統連系電力変換装置
に適用した場合である。同図は、図１の負荷２として電
力系統とし、インバータ１から電力系統に電力を供給す
る場合である。
【００３４】図２において、電圧計算部７は図１の場合
と同様になり、負荷電圧推定部８を系統電圧推定部８Ａ
とし、負荷電圧急変判断部１０を系統電圧急変判断部１
０Ａとする。
と同様になり、負荷電圧推定部８を系統電圧推定部８Ａ
とし、負荷電圧急変判断部１０を系統電圧急変判断部１
０Ａとする。
【００３５】追加されるローパスフィルタ１１とＰＬＬ
（フェーズロックループ）１２は、インバータ１を電力
系統と連系した制御のため、座標変換部５に必要な系統
電圧に同期した位相情報を得るもので、ローパスフィル
タ１１により系統電圧推定部８Ａからの瞬時推定値から
基本周波の系統電圧を抽出し、ＰＬＬ１２によって基本
周波信号に同期してそれを逓倍した位相信号を得る。
（フェーズロックループ）１２は、インバータ１を電力
系統と連系した制御のため、座標変換部５に必要な系統
電圧に同期した位相情報を得るもので、ローパスフィル
タ１１により系統電圧推定部８Ａからの瞬時推定値から
基本周波の系統電圧を抽出し、ＰＬＬ１２によって基本
周波信号に同期してそれを逓倍した位相信号を得る。
【００３６】本実施形態においても、電力系統の電圧急
変に対して追従性を高めた制御が可能となる。また、回
路要素１１、１２の追加により、系統電圧を検出するた
めの高圧電圧センサが不要になる。
変に対して追従性を高めた制御が可能となる。また、回
路要素１１、１２の追加により、系統電圧を検出するた
めの高圧電圧センサが不要になる。
【００３７】（第３の実施形態）図３は、本発明の実施
形態を示すＰＩ電流制御系をもつ摺動機械の駆動装置に
適用した場合である。同図は、インバータ１からソレノ
イド２Ａに交流電流を供給することで機械装置を水平方
向など一次元方向に位置制御する場合であり、制御装置
は電流制御アンプ４とＰＷＭ制御部６で構成される。
形態を示すＰＩ電流制御系をもつ摺動機械の駆動装置に
適用した場合である。同図は、インバータ１からソレノ
イド２Ａに交流電流を供給することで機械装置を水平方
向など一次元方向に位置制御する場合であり、制御装置
は電流制御アンプ４とＰＷＭ制御部６で構成される。
【００３８】このような機械装置は、ソレノイド２Ａの
操作杆の位置によってインダクタンスが大きく変化し、
この変化が急変することが電力変換装置からみた負荷急
変になる。
操作杆の位置によってインダクタンスが大きく変化し、
この変化が急変することが電力変換装置からみた負荷急
変になる。
【００３９】そこで、本実施形態においては、ソレノイ
ド２Ａの電圧変化が十分遅い、あるいは十分小さいとい
った条件の基に負荷インダクタンスＬを推定し、電流制
御部４の比例要素のゲインＫｐを調節する。
ド２Ａの電圧変化が十分遅い、あるいは十分小さいとい
った条件の基に負荷インダクタンスＬを推定し、電流制
御部４の比例要素のゲインＫｐを調節する。
【００４０】ソレノイド２Ａへの電流供給では、インダ
クタンス変化によるエネルギーによって操作杆を一次元
動作させるが、定常時の負荷電圧が極めて小さくなるた
め、インバータ１の出力電圧と電流変化が検出できれ
ば、下記の式から負荷インダクタンスＬの推定が可能と
なる。
クタンス変化によるエネルギーによって操作杆を一次元
動作させるが、定常時の負荷電圧が極めて小さくなるた
め、インバータ１の出力電圧と電流変化が検出できれ
ば、下記の式から負荷インダクタンスＬの推定が可能と
なる。
【００４１】
【数３】 Ｌ＝（Ｖi−Ｖl）／（Δｉ／Δｔ） …（３） 図３において、電圧計算部７は、前記の場合と同様に、
インバータ１の電圧Ｖ iを求め、この電圧と負荷電流ｉ
から負荷インダクタンス推定部８ＢがインダクタンスＬ
を推定し、この推定値Ｌの変化に対応させて比例要素４
Ａの比例ゲインＫｐを調節する。
インバータ１の電圧Ｖ iを求め、この電圧と負荷電流ｉ
から負荷インダクタンス推定部８ＢがインダクタンスＬ
を推定し、この推定値Ｌの変化に対応させて比例要素４
Ａの比例ゲインＫｐを調節する。
【００４２】また、インダクタンスＬの推定値から、位
置変換部１３がソレノイド２Ａの操作杆の位置情報を求
め、これを機械装置の位置制御系の位置検出信号として
利用可能にする。なお、位置変換部１３は、操作杆の位
置とそのときのインダクタンスとの関係の測定値をテー
ブルデータとして格納しておく。
置変換部１３がソレノイド２Ａの操作杆の位置情報を求
め、これを機械装置の位置制御系の位置検出信号として
利用可能にする。なお、位置変換部１３は、操作杆の位
置とそのときのインダクタンスとの関係の測定値をテー
ブルデータとして格納しておく。
【００４３】本実施形態によれば、負荷のインダクタン
スの変化に応じて、比例要素のゲインを変更、例えば比
例関係を持たせることにより、ソレノイドの操作杆の位
置の変化にも影響を受けない電流制御ができる。
スの変化に応じて、比例要素のゲインを変更、例えば比
例関係を持たせることにより、ソレノイドの操作杆の位
置の変化にも影響を受けない電流制御ができる。
【００４４】なお、以上までの実施形態は、電流制御系
をもつ電力変換装置に適用した場合を示すが、電圧制御
系や電力制御系をもつ装置に適用して同等の作用効果を
得ることができる。
をもつ電力変換装置に適用した場合を示すが、電圧制御
系や電力制御系をもつ装置に適用して同等の作用効果を
得ることができる。
【００４５】また、電力変換装置として、インバータに
適用する場合を示すが、コンバータやチョッパなどの他
の装置に適用できる。また、ＰＷＭ制御機能をもつ制御
装置に適用した場合を示すが、ＰＷＭ制御機能をもたな
い装置、電動機のベクトル制御装置、アクティブフィル
タなどの種々の電力変換装置に適用できる。
適用する場合を示すが、コンバータやチョッパなどの他
の装置に適用できる。また、ＰＷＭ制御機能をもつ制御
装置に適用した場合を示すが、ＰＷＭ制御機能をもたな
い装置、電動機のベクトル制御装置、アクティブフィル
タなどの種々の電力変換装置に適用できる。
【００４６】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、電力変
換装置の出力電圧と、負荷との間のインダクタンス成分
を通した電流および負荷電圧との関係から、負荷電圧の
変化を電力変換装置の出力から予め推定し、この推定値
に応じてＰＩ制御系の積分要素の積分値やゲインや比例
要素のゲインを強制制御するようにしたため、負荷急変
を早期に検出することで制御遅れを少なくして精度よい
追従制御ができる。
換装置の出力電圧と、負荷との間のインダクタンス成分
を通した電流および負荷電圧との関係から、負荷電圧の
変化を電力変換装置の出力から予め推定し、この推定値
に応じてＰＩ制御系の積分要素の積分値やゲインや比例
要素のゲインを強制制御するようにしたため、負荷急変
を早期に検出することで制御遅れを少なくして精度よい
追従制御ができる。
【図１】本発明の実施形態を示す負荷電圧推定機能付き
電力変換装置の構成図。
電力変換装置の構成図。
【図２】本発明の他の実施形態を示す系統電圧検出機能
付き電力変換装置の構成図。
付き電力変換装置の構成図。
【図３】本発明の他の実施形態を示すインダクタンス推
定機能付き電力変換装置の構成図。
定機能付き電力変換装置の構成図。
【図４】従来の電力変換装置の構成例。
【図５】本発明を原理的に説明するための等価モデル。
【図６】本発明に係るＰＷＭ制御における電流サンプリ
ングの波形図。
ングの波形図。
【図７】本発明における負荷電圧急変の検出と調節のブ
ロック図。
ロック図。
１…インバータ ２…負荷 ４…比例積分制御部 ７…電圧計算部 ８…負荷電圧推定部 ８Ａ…系統電圧推定部 ８Ｂ…負荷インダクタンス推定部 ９、１１…ローパスフィルタ １０…負荷電圧急変判断部 １０Ａ…系統電圧急変判断部 １２…フェーズロックループ １３…位置変換部
Claims (3)
- 【請求項１】 比例積分制御要素を有して負荷に供給す
る電流を自動制御する半導体電力変換装置において、 電力変換装置の電源電圧と制御信号及び負荷電流を基に
して該装置の出力電圧を極性を有して求める電圧計算部
と、 前記出力電圧と負荷電流および前記電力変換装置から負
荷への電流に介在するインピーダンスとから、負荷電圧
を推定する負荷電圧推定部と、 前記推定した負荷電圧から該負荷電圧が急変すると推定
されるときに前記比例積分制御要素の積分値およびゲイ
ンの一方または両方を、比例積分制御の追従性を高める
方向に調節する負荷電圧急変判断手段とを備えたことを
特徴とする半導体電力変換装置。 - 【請求項２】 比例積分制御要素を有して連系電力系統
への供給電力を自動制御する半導体電力変換装置におい
て、 電力変換装置の電源電圧と制御信号及び系統電流を基に
して該装置の出力電圧を極性を有して求める電圧計算部
と、 前記出力電圧と系統電流および前記電力変換装置から系
統への電流に介在するインピーダンスとから、系統電圧
を推定する系統電圧推定部と、 前記推定した系統電圧から該系統電圧が急変すると推定
されるときに前記比例積分制御要素の積分値およびゲイ
ンの一方または両方を、比例積分制御の追従性を高める
方向に調節する系統電圧急変判断手段とを備えたことを
特徴とする半導体電力変換装置。 - 【請求項３】 比例積分制御要素を有してソレノイドへ
の負荷電流を自動制御する半導体電力変換装置におい
て、 電力変換装置の電源電圧と制御信号及び負荷電流を基に
して該装置の出力電圧を極性を有して求める電圧計算部
と、 前記出力電圧と負荷電流から前記ソレノイドのインダク
タンスを推定し、この推定したインダクタンスから前記
比例積分制御要素の積分ゲインおよび比例ゲインの一方
または両方を、比例積分制御の追従性を高める方向に調
節する負荷インダクタンス推定部と延期推定したインダ
クタンスから前記ソレノイドの操作杆の位置情報を得る
位置変換部とを備えたことを特徴とする半導体電力変換
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000085528A JP2001275364A (ja) | 2000-03-27 | 2000-03-27 | 半導体電力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000085528A JP2001275364A (ja) | 2000-03-27 | 2000-03-27 | 半導体電力変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001275364A true JP2001275364A (ja) | 2001-10-05 |
Family
ID=18601854
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000085528A Pending JP2001275364A (ja) | 2000-03-27 | 2000-03-27 | 半導体電力変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001275364A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004017506A1 (ja) * | 2002-08-12 | 2004-02-26 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 電圧変換装置、電圧変換方法および電圧変換の制御をコンピュータに実行させるプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体 |
| JP2009072004A (ja) * | 2007-09-14 | 2009-04-02 | Tdk-Lambda Corp | 電源装置 |
| WO2009050943A1 (ja) * | 2007-10-19 | 2009-04-23 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | スイッチング電源装置 |
| JP2010268613A (ja) * | 2009-05-15 | 2010-11-25 | Mitsubishi Electric Corp | 電力変換器の制御装置 |
| JP2012200079A (ja) * | 2011-03-22 | 2012-10-18 | Meidensha Corp | 電力用チョッパの制御装置 |
| JP2013226002A (ja) * | 2012-04-23 | 2013-10-31 | Toyo Electric Mfg Co Ltd | 電力変換装置 |
| JP2014212616A (ja) * | 2013-04-18 | 2014-11-13 | 三菱電機株式会社 | Ｐｗｍ制御装置 |
| JP2015050787A (ja) * | 2013-08-30 | 2015-03-16 | カシオ計算機株式会社 | 駆動装置、発光装置、投影装置、制御方法及び記憶媒体 |
-
2000
- 2000-03-27 JP JP2000085528A patent/JP2001275364A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004017506A1 (ja) * | 2002-08-12 | 2004-02-26 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 電圧変換装置、電圧変換方法および電圧変換の制御をコンピュータに実行させるプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体 |
| US7262978B2 (en) | 2002-08-12 | 2007-08-28 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Voltage conversion apparatus, voltage conversion method, and computer-readable recording medium with program recorded thereon to allow computer to execute voltage conversion control |
| CN100435462C (zh) * | 2002-08-12 | 2008-11-19 | 丰田自动车株式会社 | 电压转换装置、电压转换方法和具有记录于其上的程序以允许计算机执行电压转换控制的计算机可读记录介质 |
| JP2009072004A (ja) * | 2007-09-14 | 2009-04-02 | Tdk-Lambda Corp | 電源装置 |
| JP5257704B2 (ja) * | 2007-10-19 | 2013-08-07 | 株式会社村田製作所 | スイッチング電源装置 |
| CN101828329A (zh) * | 2007-10-19 | 2010-09-08 | 株式会社村田制作所 | 开关电源装置 |
| US7852647B2 (en) | 2007-10-19 | 2010-12-14 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Switching power supply digital control circuit protecting from magnetic saturation effects |
| WO2009050943A1 (ja) * | 2007-10-19 | 2009-04-23 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | スイッチング電源装置 |
| JP2010268613A (ja) * | 2009-05-15 | 2010-11-25 | Mitsubishi Electric Corp | 電力変換器の制御装置 |
| JP2012200079A (ja) * | 2011-03-22 | 2012-10-18 | Meidensha Corp | 電力用チョッパの制御装置 |
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| JP2015050787A (ja) * | 2013-08-30 | 2015-03-16 | カシオ計算機株式会社 | 駆動装置、発光装置、投影装置、制御方法及び記憶媒体 |
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