JP2002095256A - Controller for dc reactor - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は直流リアクトルの制
御装置に係り、特に三相交流電源を整流して平滑コンデ
ンサで平滑する三相整流平滑回路のピーク電流と、 高
調波電流を抑制する目的で整流器と平滑コンデンサとの
間に挿入される直流リアクトルの制御装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a DC reactor control device, and more particularly, to the purpose of suppressing a peak current and a harmonic current of a three-phase rectifying and smoothing circuit for rectifying a three-phase AC power supply and smoothing it with a smoothing capacitor. The present invention relates to a control device for a DC reactor inserted between a rectifier and a smoothing capacitor.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に直流リアクトルは、鉄心に巻線を
巻いただけの単純な直流リアクトルが実用に供されてい
る。2. Description of the Related Art In general, a DC reactor in which a winding is wound around an iron core is in practical use.
【０００３】この様な直流リアクトル（ＤＣＬ）を用い
た整流平滑回路の構成を図２１に示す。この回路は、三
相ブリッジ整流回路２１０２とインダクタンスＬの直流
リアクトルＤＣＬ２１０３と平滑コンデンサ２１０４と
から成り、電源２１０１の発生する三相交流電圧を整流
平滑化し、負荷２１０５に直流電力を供給する。FIG. 21 shows a configuration of a rectifying and smoothing circuit using such a DC reactor (DCL). This circuit includes a three-phase bridge rectifier circuit 2102, a DC reactor DCL 2103 having an inductance L, and a smoothing capacitor 2104, rectifies and smoothes a three-phase AC voltage generated by a power supply 2101, and supplies DC power to a load 2105.
【０００４】三相ブリッジ整流回路２１０２は、三相交
流電圧を整流し、電源周波数ｆの６倍の周波数のリップ
ルを含む三相全波整流電圧Ｖｒｅｃを直流側に出力す
る。この時の平滑コンデンサ２１０４の電圧Ｖｃと直流
電流Ｉｄｃの波形を図２２(ａ)(ｂ)に示すとともに、こ
の時の交流電流波形とこの波形をフーリエ解析した結果
を図２３(ａ)(ｂ)に示す。図２３（ａ）で明らかなよう
に、交流電流のピーク値は４０［Ａ］程度あり、また全
調波歪ＴＨＤは５３％程度である。そしてこの時の平滑
コンデンサ電圧Ｖｃは、図２４に示したように２７９．
１±６．２［Ｖ］であり、±２．２％程度の変動を示し
ている。A three-phase bridge rectifier circuit 2102 rectifies a three-phase AC voltage and outputs a three-phase full-wave rectified voltage Vrec including a ripple having a frequency six times the power supply frequency f to the DC side. The waveforms of the voltage Vc of the smoothing capacitor 2104 and the DC current Idc at this time are shown in FIGS. 22A and 22B, and the AC current waveform at this time and the result of Fourier analysis of this waveform are shown in FIGS. ). As apparent from FIG. 23A, the peak value of the alternating current is about 40 [A], and the total harmonic distortion THD is about 53%. Then, the smoothing capacitor voltage Vc at this time is 279.
1 ± 6.2 [V], indicating a fluctuation of about ± 2.2%.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】従来の直流リアクトル
２１０３においては、通過電流がすべて鉄心の励磁電流
となるため磁気飽和しやすく、これを避けるために鉄心
断面積を大きく作る必要があった。しかし鉄心断面積を
大きくすると装置が大型化し、コストアップを招くこと
になり、十分な大きさの断面積を確保していないのが普
通である。In the conventional DC reactor 2103, all the passing current becomes the exciting current of the iron core, so that it is likely to be magnetically saturated. To avoid this, it is necessary to make the iron core cross-sectional area large. However, if the iron core cross-sectional area is increased, the size of the apparatus is increased, which leads to an increase in cost, and it is usual that a sufficiently large cross-sectional area is not secured.
【０００６】しかし鉄心断面積を制限すると電流波形の
波高値付近で鉄心が磁気飽和してしまい、電流ピークを
十分抑制できなくなる恐れがある。また磁気飽和が発生
すると電流平滑作用が損なわれ電源高調波を十分に低減
できなくなる。このように制御機能が無いため交流側の
高調波電流が多く残存し、全調波歪ＴＨＤも３５％程度
までしか改善し得ないのが現状である。However, if the cross-sectional area of the core is limited, the core may be magnetically saturated near the peak value of the current waveform, and the current peak may not be sufficiently suppressed. Also, when magnetic saturation occurs, the current smoothing action is impaired, and power supply harmonics cannot be reduced sufficiently. As described above, since there is no control function, a large amount of harmonic current on the AC side remains, and at present, the total harmonic distortion THD can be improved only up to about 35%.
【０００７】更に直流リアクトル２１０３のインダクタ
ンス値を単に大きくするだけであると、入力電流の過渡
的な変化が遅くなり、負荷急変に伴い入力電流が急変し
ないため、直流平滑コンデンサ２１０４の端子間電圧が
大きく変動してしまい直流リンク電圧の安定性が損なわ
れる。Further, if the inductance value of the DC reactor 2103 is merely increased, the transient change of the input current becomes slow, and the input current does not change suddenly with a sudden change in the load. It fluctuates greatly and the stability of the DC link voltage is impaired.
【０００８】一方、交流側の高調波電流を抑制する手段
として例えば特開平９−１８２４４１号公報記載のよう
な制御機能を有する三相整流装置を適用することも考え
られるが、スイッチング素子のコストが高いため装置の
コストに影響を与えてしまう。On the other hand, it is conceivable to apply a three-phase rectifier having a control function as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-182441, for example, as a means for suppressing the harmonic current on the AC side. The high cost affects the cost of the apparatus.
【０００９】また直流リンク部に直接チョッパを挿入す
る方法によってもピーク電流や高調波は抑制することが
できるが、スイッチング素子に主電流が流れるため、ス
イッチング素子の電流容量を大きくすることが必要とな
り、スイッチング素子での電力損失が大きくなる。The peak current and harmonics can also be suppressed by inserting a chopper directly into the DC link. However, since the main current flows through the switching element, it is necessary to increase the current capacity of the switching element. In addition, the power loss in the switching element increases.
【００１０】本発明の目的は、交流電源側の電流ピーク
と高調波電流を抑制すると共に、負荷変動時の直流リン
ク電圧の変動も抑制できる小型・軽量、高効率で低価格
な直流リアクトルの制御装置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to control a small, lightweight, high-efficiency, and low-cost DC reactor capable of suppressing current peaks and harmonic currents on the AC power supply side and suppressing fluctuations in DC link voltage during load fluctuations. It is to provide a device.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１記載の発明における直流リアクトルの制御装
置は、三相交流電源を整流して平滑コンデンサで平滑す
る三相整流平滑回路の整流器と平滑コンデンサとの間に
挿入される鉄心にそれぞれ巻装した主巻線及び補助巻線
から成る直流リアクトルを有し、この直流リアクトルの
前記補助巻線に任意の電圧波形を発生する補償電圧発生
部を接続し、この補償電圧発生部を制御装置によって制
御して直流リップルを補償するようにしたことを特徴と
している。According to a first aspect of the present invention, there is provided a DC reactor control apparatus for rectifying a three-phase AC power supply and smoothing the three-phase AC power supply with a smoothing capacitor. A DC reactor comprising a main winding and an auxiliary winding wound around an iron core inserted between the DC reactor and a smoothing capacitor, and generating a compensation voltage for generating an arbitrary voltage waveform in the auxiliary winding of the DC reactor. The compensation voltage generator is controlled by a control device to compensate for the DC ripple.
【００１２】この直流リアクトルの制御装置によれば、
電流ピークの抑制，高調波の抑制、及び直流電圧の安定
性を改善できる。According to the DC reactor control device,
Current peak suppression, harmonic suppression, and DC voltage stability can be improved.
【００１３】請求項２記載の発明における直流リアクト
ルの制御装置は、制御装置を、直流リアクトル補助巻線
に接続したチョッパ回路から成る補償電圧発生部、交流
線間電圧を検出する電圧検出部、直流電流を検出する電
流検出部及び制御部により構成し、この制御部は前記電
圧検出部から入力した線間電圧信号から三相全波整流電
圧信号を算出し直流コンデンサ電圧指令値との差として
算出される直流リップル補償電圧を直流リアクトル主巻
線側のリップル補償電圧に換算し出力するリップル補償
パタン発生部と、前記電流検出部から入力した直流電流
検出値を用いて直流電流制御を行い電圧指令値を算出し
前記リップル補償パタン発生部から入力したリップル補
償電圧を加算しリップル補償電圧指令値として出力する
直流電流制御部と、リップル補償電圧指令値と正側キャ
リア発生部及び負側キャリア発生部が発生するキャリア
信号に基づきＰＷＭ制御を行い前記チョッパ回路に対し
てスイッチング信号を出力するＰＷＭ制御部とから構成
して成り、直流リアクトル補助巻線に直流リップルによ
り発生する直流リアクトル鉄心の主磁束を減じる向きの
電流を流す電圧を印加するように制御することを特徴と
する。According to a second aspect of the present invention, there is provided a DC reactor control device, comprising: a control device comprising a compensation voltage generating section comprising a chopper circuit connected to a DC reactor auxiliary winding; a voltage detecting section detecting an AC line voltage; The control unit calculates a three-phase full-wave rectified voltage signal from the line voltage signal input from the voltage detection unit and calculates the difference as a difference from the DC capacitor voltage command value. A ripple compensation pattern generating unit that converts the output DC ripple compensation voltage into a ripple compensation voltage on the DC reactor main winding side and outputs the converted DC ripple compensation voltage, and performs DC current control using a DC current detection value input from the current detection unit to perform a voltage command. A DC current control unit that calculates a value, adds a ripple compensation voltage input from the ripple compensation pattern generation unit, and outputs the sum as a ripple compensation voltage command value; A PWM control unit for performing PWM control based on the ripple compensation voltage command value and carrier signals generated by the positive-side carrier generation unit and the negative-side carrier generation unit and outputting a switching signal to the chopper circuit; The present invention is characterized in that control is performed so that a voltage is applied to the reactor auxiliary winding so that a current flows in a direction that reduces the main magnetic flux of the DC reactor iron core generated by the DC ripple.
【００１４】これによればピーク電流の抑制，高調波電
流の抑制、及び直流電圧の安定性を改善できる。According to this, it is possible to suppress the peak current, suppress the harmonic current, and improve the stability of the DC voltage.
【００１５】請求項４記載の発明における直流リアクト
ルの制御装置は、補償電圧発生部を、直流リアクトル補
助巻線に接続されたチョッパ回路と、直流リアクトル補
助巻線に直流電圧を印加する直流電圧源とから構成した
ことを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a DC reactor control device, wherein the compensation voltage generating section includes a chopper circuit connected to the DC reactor auxiliary winding, and a DC voltage source for applying a DC voltage to the DC reactor auxiliary winding. And characterized in that:
【００１６】この発明によれば直流リアクトル鉄心を通
る主磁束を低減でき、鉄心を小型化できる。According to the present invention, the main magnetic flux passing through the DC reactor core can be reduced, and the core can be downsized.
【００１７】請求項７記載の発明における直流リアクト
ルの制御装置は、補償電圧発生部を、直流リアクトル補
助巻線に接続されたインバータ回路と、直流リアクトル
補助巻線に直流電圧を印加する直流電圧源とから構成し
たことを特徴とするものである。According to a seventh aspect of the present invention, in the DC reactor control device, the compensation voltage generating section includes an inverter circuit connected to the DC reactor auxiliary winding, and a DC voltage source for applying a DC voltage to the DC reactor auxiliary winding. And characterized in that:
【００１８】この発明によれば直流リアクトル補助巻線
に両方向の電流を流すことが可能であり、バイアス電流
を不要とすることができる。According to the present invention, a current can flow in both directions through the DC reactor auxiliary winding, and a bias current can be eliminated.
【００１９】請求項１０記載の発明における直流リアク
トルの制御装置は、補償電圧発生部を、前記直流リアク
トルの補助巻線と接続されると共に三相整流平滑回路の
整流器出力端と平滑コンデンサの入力端子間に接続した
チョッパ回路で構成し、前記三相整流器電圧または平滑
コンデンサ電圧を電源として前記チョッパ回路を動作さ
せるようにしたことを特徴とするものである。According to a tenth aspect of the present invention, in the DC reactor control device, the compensation voltage generator is connected to the auxiliary winding of the DC reactor, and a rectifier output terminal of the three-phase rectifying and smoothing circuit and an input terminal of the smoothing capacitor. And a chopper circuit connected between the three-phase rectifier voltage and the smoothing capacitor voltage to operate the chopper circuit.
【００２０】この発明によれば直流電圧源を不要とする
ことができる。According to the present invention, a DC voltage source can be dispensed with.
【００２１】[0021]
【発明の実施の形態】 以下本発明の実施例について説
明する。図１は、本発明の第１の実施の形態における直
流リアクトルの制御装置を用いた回路の構成図である。Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a configuration diagram of a circuit using the DC reactor control device according to the first embodiment of the present invention.
【００２２】電圧変成部である直流リアクトルを含む整
流・平滑回路は、三相ブリッジ整流回路１０２と直流リ
アクトル１０３と平滑コンデンサ１０４とから構成され
る。尚１０５は負荷を示す。三相ブリッジ整流回路１０
２は、交流側で三相交流電源１０１に接続され、三相交
流電圧を整流し、直流側に図２に示すような三相全波整
流電圧Ｖｒｅｃを出力する。A rectifying / smoothing circuit including a DC reactor, which is a voltage transformer, includes a three-phase bridge rectifier circuit 102, a DC reactor 103, and a smoothing capacitor 104. Incidentally, reference numeral 105 denotes a load. Three-phase bridge rectifier circuit 10
2 is connected to a three-phase AC power supply 101 on the AC side, rectifies the three-phase AC voltage, and outputs a three-phase full-wave rectified voltage Vrec as shown in FIG. 2 to the DC side.
【００２３】直流リアクトル制御回路Ａは、直流リアク
トル主巻線１０３ａの巻かれている直流リアクトル鉄心
１０３ｂに巻装された直流リアクトル補助巻線１０３ｃ
に接続された補償電圧発生部を有している。この補償電
圧発生部は、任意の電圧を発生する電圧源１０７と、電
圧源１０７が直流リップルを補償する電圧を発生するよ
うに制御する制御部１０６から構成される。直流リアク
トル主巻線１０３ａと直流リアクトル補助巻線１０３ｃ
は、直流リアクトル鉄心１０３ｂを介して、磁気的に結
合されている。The DC reactor control circuit A includes a DC reactor auxiliary winding 103c wound around a DC reactor iron core 103b around which a DC reactor main winding 103a is wound.
And a compensation voltage generator connected to the control voltage generator. The compensation voltage generator includes a voltage source 107 for generating an arbitrary voltage, and a controller 106 for controlling the voltage source 107 to generate a voltage for compensating for a DC ripple. DC reactor main winding 103a and DC reactor auxiliary winding 103c
Are magnetically coupled via a DC reactor core 103b.
【００２４】直流リアクトル補助巻線１０３ｃに接続さ
れ任意電圧の発生が可能な電圧源１０７は、直流リアク
トル補助巻線１０３ｃを介して、直流リアクトル主巻線
１０３ａに任意の電圧波形を注入することが可能であ
る。制御部１０６は、図３に示すような直流リップルを
補償する電圧指令を電圧源１０７に出力する。電圧源１
０７は、制御部１０６から電圧指令を入力し、直流リア
クトル補助巻線１０３ｃにリップル補償電圧Ｖｓを印加
する。The voltage source 107 connected to the DC reactor auxiliary winding 103c and capable of generating an arbitrary voltage can inject an arbitrary voltage waveform into the DC reactor main winding 103a via the DC reactor auxiliary winding 103c. It is possible. The control unit 106 outputs a voltage command for compensating for a DC ripple as shown in FIG. Voltage source 1
07 inputs a voltage command from the control unit 106 and applies a ripple compensation voltage Vs to the DC reactor auxiliary winding 103c.
【００２５】この結果、直流リアクトル鉄心１０３ｂを
介して直流リップルを打ち消す方向の磁束Ｖｄｃｌが形
成され、直流リアクトル主巻線１０３ａに発生するリッ
プルを打ち消す。図３のように直流電流Ｉｄｃは、リッ
プルの低減されたピークが低く高調波の少ない電流とな
る。また平滑コンデンサ１０４の直流電圧Ｖｃは、図２
に示すようにリップルの小さい安定な電圧になる。これ
により平滑コンデンサ容量を低く選ぶことが可能とな
り、小型化でき、長寿命化を図れ且つ信頼性も改善でき
る。As a result, a magnetic flux Vdcl in a direction for canceling the DC ripple is formed via the DC reactor core 103b, thereby canceling the ripple generated in the DC reactor main winding 103a. As shown in FIG. 3, the DC current Idc is a current having a reduced peak of ripple and a small number of harmonics. The DC voltage Vc of the smoothing capacitor 104 is
As shown in FIG. As a result, the capacity of the smoothing capacitor can be selected low, the size can be reduced, the life can be extended, and the reliability can be improved.
【００２６】図４は、本発明の第２の実施の形態におけ
る回路構成図である。尚図１と同一部分には同一符号を
付し、詳細説明は省略する。本発明における直流リアク
トルの制御装置は、直流リアクトル１０３、補償電圧発
生部を構成するチョッパ回路４０１、電圧検出回路４０
２、電流検出回路４０３、及び詳細を図５に示す制御部
４０４とから構成される。FIG. 4 is a circuit diagram of a second embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted. The DC reactor control device according to the present invention includes a DC reactor 103, a chopper circuit 401 constituting a compensation voltage generation unit, and a voltage detection circuit 40.
2, a current detection circuit 403, and a control unit 404 shown in detail in FIG.
【００２７】チョッパ 回路４０１は、直流リアクトル
１０３における電圧源として直流リアクトル補助巻線１
０３ｃに接続される。電圧検出回路４０２は、交流側の
線間電圧を検出し制御部４０４に対して電圧検出信号を
出力する。電流検出回路４０３は、直流側の直流電流を
検出し制御部４０４に対して電流検出信号Ｉｄｃを出力
する。The chopper circuit 401 includes a DC reactor auxiliary winding 1 as a voltage source in the DC reactor 103.
03c. The voltage detection circuit 402 detects a line voltage on the AC side and outputs a voltage detection signal to the control unit 404. The current detection circuit 403 detects a DC current on the DC side and outputs a current detection signal Idc to the control unit 404.
【００２８】次に制御部４０４の詳細構成を示す図５に
ついて説明する。制御部４０４は、リップル補償パタン
発生部５０２と直流電流制御部５０１とＰＷＭ制御部５
０３とから構成され、電圧検出回路４０２から入力した
電圧検出信号から三相全波整流電圧波形Ｖｒｅｃを算出
し、リップル補償パタン発生部５０２に対して出力す
る。Next, FIG. 5 showing the detailed configuration of the control unit 404 will be described. The control unit 404 includes a ripple compensation pattern generation unit 502, a DC current control unit 501, and a PWM control unit 5
The three-phase full-wave rectified voltage waveform Vrec is calculated from the voltage detection signal input from the voltage detection circuit 402 and output to the ripple compensation pattern generation unit 502.
【００２９】リップル補償パタン発生部５０２は、平滑
電圧指令値Ｖ*ｃと三相全波整流電圧波形Ｖｒｅｃとか
らリップル電圧Ｖｒを算出する。リップル電圧Ｖｒは換
算係数Ｋを掛けられ直流リアクトル主巻線１０３ａ側の
リップル補償電圧Ｖｒｐに変換し、直流電流制御部５０
１に対して出力する。The ripple compensation pattern generator 502 calculates a ripple voltage Vr from the smoothed voltage command value V * c and the three-phase full-wave rectified voltage waveform Vrec. The ripple voltage Vr is multiplied by a conversion coefficient K and converted into a ripple compensation voltage Vrp on the DC reactor main winding 103a side.
Output for 1
【００３０】直流電流制御部５０１は、直流電流指令値
Ｉｄｃ*と電流検出回路４０３から入力する電流検出信
号Ｉｄｃに基づき電流制御回路Ｇを介して電流制御を行
い、電圧指令値Ｖを出力する。電圧指令値Ｖは、リップ
ル補償パタン発生部５０２から入力したリップル補償電
圧Ｖｒｐと加算されリップル補償電圧指令値Ｖ*に変換
される。DC current control section 501 performs current control via current control circuit G based on DC current command value Idc * and current detection signal Idc input from current detection circuit 403, and outputs voltage command value V. The voltage command value V is added to the ripple compensation voltage Vrp input from the ripple compensation pattern generator 502 and converted into a ripple compensation voltage command value V * .
【００３１】一方ＰＷＭ制御部５０３は、直流電流制御
部５０１からリップル補償電圧指令値Ｖ*を入力し、正
側キャリア信号発生部５０４と負側キャリア信号発生部
５０５とがそれぞれ発生するキャリア信号と比較部５０
６において比較されＰＷＭが行われ、チョッパ回路４０
１に対してゲート信号Ｇａｔｅ１とゲート信号Ｇａｔｅ
２を出力する。そして直流リアクトル補助巻線１０３ｃ
に直流リップルにより発生する直流リアクトル鉄心１０
３ｂの主磁束を減じる向きの電流を流す電圧を印加する
ように制御する。これにより注入電圧波形を任意とする
ことが可能である。On the other hand, PWM control section 503 receives ripple compensation voltage command value V * from DC current control section 501, and outputs carrier signal generated by positive side carrier signal generating section 504 and negative side carrier signal generating section 505 respectively. Comparison section 50
6 and the PWM is performed, and the chopper circuit 40
1 and a gate signal Gate1 and a gate signal Gate
2 is output. And the DC reactor auxiliary winding 103c
DC reactor core 10 generated by DC ripple
Control is performed so as to apply a voltage that allows a current to flow in the direction to reduce the main magnetic flux of 3b. This makes it possible to make the injection voltage waveform arbitrary.
【００３２】このように制御した場合の交流電流波形と
高調波分布を図６(ａ)(ｂ)に示す。この実施の態様によ
れば電流ピークは、約２７［Ａ］であり、また全調波歪
ＴＨＤは約２７．７［％］に低減することができた。そ
してこの時の平滑コンデンサ電圧Ｖｃの波形を図７に示
したように直流電圧は、２７８．８±０．１［Ｖ］であ
り、±０，０４［％］の変動に低減できている。FIGS. 6 (a) and 6 (b) show the AC current waveform and harmonic distribution in the case of such control. According to this embodiment, the current peak was about 27 [A], and the total harmonic distortion THD could be reduced to about 27.7 [%]. As shown in FIG. 7, the waveform of the smoothing capacitor voltage Vc at this time is 278.8 ± 0.1 [V], and the DC voltage can be reduced to a variation of ± 0.04 [%].
【００３３】図８に本発明の第３の実施の形態を示す。
尚前記実施の態様と同一部分には同一符号を付してあ
る。直流リアクトル１０３の補助巻線１０３ｃは、スイ
ッチ８０２を介して直流電圧源８０１に接続される。ス
イッチ８０２を切り替えることにより、直流リアクトル
補助巻線１０３ｃの双方向に電流が流れるようにし、正
負両極性の電圧を直流リアクトル１０３の補助巻線１０
３ｃに供給することができる。FIG. 8 shows a third embodiment of the present invention.
Note that the same parts as those of the above embodiment are denoted by the same reference numerals. The auxiliary winding 103c of the DC reactor 103 is connected to a DC voltage source 801 via a switch 802. By switching the switch 802, a current flows in both directions of the DC reactor auxiliary winding 103c, and both positive and negative voltages are applied to the auxiliary winding 10c of the DC reactor 103.
3c.
【００３４】図９に本発明の第４の実施の形態を示す。
この実施の形態のものは、図８におけるスイッチ８０２
の代りにチョッパ回路９０１を用いたもので、この場合
直流リアクトル補助巻線１０３ｃに供給される電流は一
方向に限定されるため、直流リアクトル補助巻線１０３
ｃにバイアス電流を重畳して流す必要がある。このバイ
アス電流は、直流電圧源９０２やチョッパ回路９０１の
電流容量を余計に必要とするが、直流リアクトル鉄心１
０３ｂを通る主磁束を低減するように作用し、鉄心を小
型にできる。FIG. 9 shows a fourth embodiment of the present invention.
This embodiment is different from the switch 802 in FIG.
Is replaced by a chopper circuit 901. In this case, the current supplied to the DC reactor auxiliary winding 103c is limited to one direction, so that the DC reactor auxiliary winding 103c
It is necessary to superimpose a bias current on c. Although this bias current requires an extra current capacity of the DC voltage source 902 and the chopper circuit 901, the DC reactor core 1
It acts to reduce the main magnetic flux passing through 03b, so that the iron core can be reduced in size.
【００３５】図１０に本発明の第５の実施の形態を示
す。ハーフブリッジ構成のインバータ回路１００１は、
図８におけるスイッチ８０２の代りを成すもので、直流
リアクトル補助巻線１０３ｃに両方向の電流を流す事が
可能であり、バイアス電流は必要ない。FIG. 10 shows a fifth embodiment of the present invention. The inverter circuit 1001 having a half-bridge configuration includes:
It is a substitute for the switch 802 in FIG. 8, and it is possible to flow a current in both directions to the DC reactor auxiliary winding 103c, and no bias current is required.
【００３６】図１１に本発明の第６の実施の形態を示
す。チョッパ回路１１０１は、直流リアクトル補助巻線
１０３ｃの各端子にそれぞれ接続されるため2台必要と
なるが、直流電圧源１１０２は1個で済む。FIG. 11 shows a sixth embodiment of the present invention. Two chopper circuits 1101 are required because each is connected to each terminal of the DC reactor auxiliary winding 103c, but only one DC voltage source 1102 is required.
【００３７】図１２に本発明の第７の実施の形態を示
す。直流リアクトル補助巻線１０３ｃに単相ブリッジ電
圧型インバータ回路１２０１を接続する。図１０のハー
フブリッジ構成のインバータ2台分のスイッチング素子
が必要となるが、直流電圧源１２０２は1個で済む。FIG. 12 shows a seventh embodiment of the present invention. The single-phase bridge voltage type inverter circuit 1201 is connected to the DC reactor auxiliary winding 103c. Although switching elements for two inverters having the half-bridge configuration shown in FIG. 10 are required, only one DC voltage source 1202 is required.
【００３８】図１３に本発明の第８の実施の形態を示
す。直流リアクトル補助巻線１０３ｃと図１１に示した
と同様のチョッパ回路１３０１との間に抵抗器１３０２
とスイッチ１３０３の並列回路を挿入している。交流電
源投入時に、スイッチ１３０３を開放し抵抗器１３０２
により、平滑コンデンサ１０４に突入する電流を抑制
し、緩やかに充電することができる。FIG. 13 shows an eighth embodiment of the present invention. A resistor 1302 is provided between the DC reactor auxiliary winding 103c and a chopper circuit 1301 similar to that shown in FIG.
And a switch 1303 in parallel. When the AC power is turned on, the switch 1303 is opened and the resistor 1302
Thereby, the current flowing into the smoothing capacitor 104 can be suppressed and the battery can be charged gently.
【００３９】平滑コンデンサ１０４への充電が完了した
時点でスイッチ１３０３を閉じる事で電力損失を低減す
ることができる。スイッチ１３０３を流れる電流はリア
クトル巻線を流れる主電流に比べ１／１０程度の低い値
であるので、低い電流容量の電磁接触器や半導体スイッ
チを用いることができる。そして主電流が流れる経路に
スイッチを接続する場合よりも、スイッチが閉じている
時の電力損失を低減できる。Power loss can be reduced by closing switch 1303 when charging of smoothing capacitor 104 is completed. Since the current flowing through the switch 1303 is about 1/10 lower than the main current flowing through the reactor winding, an electromagnetic contactor or a semiconductor switch having a low current capacity can be used. Then, the power loss when the switch is closed can be reduced as compared with the case where the switch is connected to the path where the main current flows.
【００４０】図１４に本発明の第９の実施の形態を示
す。直流リアクトル鉄心１０３ｂは同一であるが、直流
ラインの正側と負側に直流リアクトル１０３における主
巻線を１４０１と１４０２に分離して配置する。例えば
特開平９−１８２４４１のような制御機能を有する三相
整流装置を適用した場合、正負対称なリアクトル効果を
発生することができる。また零相インピーダンスを生じ
るので、漏れ電流やＥＭＩノイズを低減できる。FIG. 14 shows a ninth embodiment of the present invention. The DC reactor core 103b is the same, but main windings of the DC reactor 103 are separated into 1401 and 1402 on the positive side and the negative side of the DC line. For example, when a three-phase rectifier having a control function as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-182441 is applied, a symmetric reactor effect can be generated. Further, since zero-phase impedance is generated, leakage current and EMI noise can be reduced.
【００４１】図１５に本発明の第１０の実施の形態を示
す。チョッパ回路１５０１は、整流器１０２の出力端子
と平滑コンデンサ１０５の入力端子に接続される。この
チョッパ回路１５０１は三相全波整流電圧または平滑コ
ンデンサ電圧を電源として動作する。従って直流電圧源
が不要となる。FIG. 15 shows a tenth embodiment of the present invention. The chopper circuit 1501 is connected to the output terminal of the rectifier 102 and the input terminal of the smoothing capacitor 105. The chopper circuit 1501 operates using a three-phase full-wave rectified voltage or a smoothing capacitor voltage as a power supply. Therefore, a DC voltage source becomes unnecessary.
【００４２】図１６に本発明の第１１の実施の形態を示
す。インバータ回路１６０１は、平滑コンデンサの１０
４入力端子に接続される。このインバータ回路１６０１
は三相全波整流電圧または平滑コンデンサ電圧を電源と
して動作する。従って直流電圧源を不要とすることがで
きる。FIG. 16 shows an eleventh embodiment of the present invention. Inverter circuit 1601 includes a smoothing capacitor 10
Connected to 4 input terminals. This inverter circuit 1601
Operates using a three-phase full-wave rectified voltage or a smoothing capacitor voltage as a power supply. Therefore, a DC voltage source can be eliminated.
【００４３】図１７に本発明の第１２の実施の形態を示
す。直流リアクトル補助巻線１０３ｃとチョッパ回路１
７０１との間に抵抗器１７０２とサイリスタ１７０３と
からなる並列回路を挿入している。交流電源投入時にサ
イリスタ１７０３を開放しておくことで、図１３と同様
の効果が得られる。また、チョッパ回路１７０１の直流
電源を平滑コンデンサ１０４から得ることができ、直流
電圧源を用意する必要がなくなる。FIG. 17 shows a twelfth embodiment of the present invention. DC reactor auxiliary winding 103c and chopper circuit 1
A parallel circuit consisting of a resistor 1702 and a thyristor 1703 is inserted between the circuit 701 and 701. By opening the thyristor 1703 when the AC power is turned on, the same effect as in FIG. 13 can be obtained. In addition, the DC power supply of the chopper circuit 1701 can be obtained from the smoothing capacitor 104, so that it is not necessary to prepare a DC voltage source.
【００４４】この場合、直流リアクトル主巻線１０３ａ
と直流リアクトル補助巻線１０３ｃの巻数比は、１：１
０程度となり、チョッパ回路１７０１に使用されている
半導体スイッチング素子やサイリスタ１７０３を流れる
電流は、直流リアクトル主巻線１０３ａを流れる主電流
に比べて１／１０程度の低い値であるので、低い電流容
量のものが利用できるとともに、主電流が流れる経路に
サイリスタを入れることにより、サイリスタがオンした
場合の電力損失を少なくできる。In this case, the DC reactor main winding 103a
And the turn ratio of the DC reactor auxiliary winding 103c is 1: 1.
The current flowing through the semiconductor switching element and the thyristor 1703 used in the chopper circuit 1701 is about 1/10 lower than the main current flowing through the DC reactor main winding 103a. By using a thyristor in the path through which the main current flows, power loss when the thyristor is turned on can be reduced.
【００４５】図１８に本発明の第１３の実施の形態を示
す。直流リアクトル主巻線１０３ａは、直流回路の正側
と負側に分割されて接続される。直流リアクトル補助巻
線１０３ｃには、平滑コンデンサ電圧を電源とするチョ
ッパ回路１８０１を接続する。この構成によれば図１４
及び図１７に記載した実施の形態と同様の効果を得るこ
とができる。FIG. 18 shows a thirteenth embodiment of the present invention. The DC reactor main winding 103a is divided and connected to the positive side and the negative side of the DC circuit. A chopper circuit 1801 using a smoothing capacitor voltage as a power supply is connected to the DC reactor auxiliary winding 103c. According to this configuration, FIG.
The same effects as those of the embodiment shown in FIG. 17 can be obtained.
【００４６】図１９に本発明の第１４の実施の形態を示
す。直流リアクトル補助巻線１０３ｃに対して、更に追
加された直流リアクトル追加補助巻線１９０１の先にダ
イオード１９０２を接続して平滑コンデンサ１０４に接
続する通電回路を設けることにより、整流波形の波高値
付近で直流リアクトル補助巻線１０３ｃに流れる電流を
少なくでき、電圧源を構成するチョッパ回路１９０３の
電力損失を下げる事ができる。また直流リアクトル主巻
線１０３ａに印加される電圧も低減されるため、主電流
のリップルが低減する。更に電流を流し出す側のチョッ
パ回路１９０３の半導体スイッチング素子を直流リアク
トル主巻線１０３ａと三相全波整流器１０２との間に接
続し給電することにより、直流リアクトル１０３を流れ
る電流を低減させ更に電力損失を低減する事ができる。FIG. 19 shows a fourteenth embodiment of the present invention. With respect to the DC reactor auxiliary winding 103c, an energizing circuit for connecting the diode 1902 to the end of the additional DC reactor additional auxiliary winding 1901 and connecting to the smoothing capacitor 104 is provided, so that the rectified waveform near the peak value is obtained. The current flowing through the DC reactor auxiliary winding 103c can be reduced, and the power loss of the chopper circuit 1903 constituting the voltage source can be reduced. Further, since the voltage applied to the DC reactor main winding 103a is also reduced, the ripple of the main current is reduced. Further, the current flowing through the DC reactor 103 is reduced by connecting the semiconductor switching element of the chopper circuit 1903 on the side from which the current flows to between the DC reactor main winding 103a and the three-phase full-wave rectifier 102 and supplying power. Loss can be reduced.
【００４７】図２０に本発明の第１５の実施の形態を示
す。平滑コンデンサを直列に分離して２００１Ａ、２０
０１Ｂとして構成することにより、図１６の構成に比べ
てインバータ回路２００２を１個で済ますことができ、
更なる低コスト化を実現することができる。FIG. 20 shows a fifteenth embodiment of the present invention. Separating the smoothing capacitor in series, 2001A, 20
01B, one inverter circuit 2002 can be used as compared with the configuration of FIG.
Further cost reduction can be realized.
【００４８】[0048]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、三
相交流電源を整流して平滑コンデンサで平滑する三相整
流平滑回路の整流器と平滑コンデンサとの間に挿入され
る鉄心にそれぞれ巻装した主巻線及び補助巻線から成る
直流リアクトルを有し、この直流リアクトルの前記補助
巻線に任意の電圧波形を発生する補償電圧発生部を接続
し、この補償電圧発生部を制御装置によって制御して直
流リップルを補償するようにしたので、交流電源側の電
流ピークと高周波電流を抑制すると共に、負荷変動時の
直流リンク電圧の変動も抑制できる高効率の直流リアク
トルの制御装置を提供できる。As described above, according to the present invention, a three-phase rectifying and smoothing circuit for rectifying a three-phase AC power supply and smoothing it with a smoothing capacitor is wound around an iron core inserted between the rectifier and the smoothing capacitor. A DC reactor comprising a main winding and an auxiliary winding mounted thereon, a compensation voltage generator for generating an arbitrary voltage waveform is connected to the auxiliary winding of the DC reactor, and the compensation voltage generator is controlled by a control device. Since the DC ripple is compensated by controlling, it is possible to provide a high-efficiency DC reactor control device capable of suppressing the current peak and the high-frequency current on the AC power supply side and suppressing the fluctuation of the DC link voltage at the time of load fluctuation. .
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す回路図。FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present invention.
【図２】図１における三相全波整流電圧と平滑電圧の波
形を示す図。FIG. 2 is a diagram showing waveforms of a three-phase full-wave rectified voltage and a smoothed voltage in FIG.
【図３】図１における補償電圧と直流電流を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a compensation voltage and a DC current in FIG.
【図４】本発明の第２の実施の形態を示す回路図。FIG. 4 is a circuit diagram showing a second embodiment of the present invention.
【図５】図４における制御部の構成図。FIG. 5 is a configuration diagram of a control unit in FIG. 4;
【図６】図４の形態における交流電流波形（ａ）と高調
波分布（ｂ）を示す図。6 is a diagram showing an alternating current waveform (a) and a harmonic distribution (b) in the embodiment of FIG. 4;
【図７】図４の形態における直流電圧波形を示す図。FIG. 7 is a view showing a DC voltage waveform in the form of FIG. 4;
【図８】本発明の第３の実施の形態を示す回路図。FIG. 8 is a circuit diagram showing a third embodiment of the present invention.
【図９】本発明の第４の実施の形態を示す回路図。FIG. 9 is a circuit diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
【図１０】本発明の第５の実施の形態を示す回路図。FIG. 10 is a circuit diagram showing a fifth embodiment of the present invention.
【図１１】本発明の第６の実施の形態を示す回路図。FIG. 11 is a circuit diagram showing a sixth embodiment of the present invention.
【図１２】本発明の第７の実施の形態を示す回路図。FIG. 12 is a circuit diagram showing a seventh embodiment of the present invention.
【図１３】本発明の第８の実施の形態を示す回路図。FIG. 13 is a circuit diagram showing an eighth embodiment of the present invention.
【図１４】本発明の第９の実施の形態を示す回路図。FIG. 14 is a circuit diagram showing a ninth embodiment of the present invention.
【図１５】本発明の第１０の実施の形態を示す回路図。FIG. 15 is a circuit diagram showing a tenth embodiment of the present invention.
【図１６】本発明の第１１の実施の形態を示す回路図。FIG. 16 is a circuit diagram showing an eleventh embodiment of the present invention.
【図１７】本発明の第１２の実施の形態を示す回路図。FIG. 17 is a circuit diagram showing a twelfth embodiment of the present invention.
【図１８】本発明の第１３の実施の形態を示す回路図。FIG. 18 is a circuit diagram showing a thirteenth embodiment of the present invention.
【図１９】本発明の第１４の実施の形態を示す回路図。FIG. 19 is a circuit diagram showing a fourteenth embodiment of the present invention.
【図２０】本発明の第１５の実施の形態を示す回路図。FIG. 20 is a circuit diagram showing a fifteenth embodiment of the present invention.
【図２１】従来のこの種直流リアクトル装置を示す回路
図。FIG. 21 is a circuit diagram showing a conventional DC reactor of this type.
【図２２】図２２の回路適用時の直流電圧（ａ）と直流
電流（ｂ）の波形を示す図。22 is a diagram showing waveforms of a DC voltage (a) and a DC current (b) when the circuit of FIG. 22 is applied.
【図２３】図２２の回路適用時の交流電流波形（ａ）と
高調波分布（ｂ）を示す図。FIG. 23 is a diagram showing an alternating current waveform (a) and a harmonic distribution (b) when the circuit of FIG. 22 is applied.
【図２４】図２２の回路適用時の直流電圧波形図。24 is a DC voltage waveform diagram when the circuit in FIG. 22 is applied.
１０１…三相交流電源 １０２…三相ブリッジ整流回路 １０３…直流リアクトル １０３ａ…直流リアクトル主巻線 １０３ｂ…直流リアクトル鉄心 １０３ｃ…直流リアクトル補助巻線 １０４…平滑コンデンサ １０５…負荷 １０６…制御部 １０７…電圧源 ４０１…チョッパ回路 ４０２…電圧検出回路 ４０３…電流検出回路 ４０４…制御部 ５０１…直流電流制御部 ５０２…リップル補償パタン発生部 ５０３…ＰＷＭ制御部 ５０４…正側キャリア信号発生部 ５０５…負側キャリア信号発生部 ５０６…比較部 101: Three-phase AC power supply 102: Three-phase bridge rectifier circuit 103: DC reactor 103a: DC reactor main winding 103b: DC reactor core 103c: DC reactor auxiliary winding 104: Smoothing capacitor 105: Load 106: Control unit 107: Voltage Source 401 Chopper circuit 402 Voltage detection circuit 403 Current detection circuit 404 Control unit 501 DC current control unit 502 Ripple compensation pattern generation unit 503 PWM control unit 504 Positive carrier signal generation unit 505 Negative carrier Signal generator 506 ... Comparator
Claims (11)
平滑する三相整流平滑回路の整流器と平滑コンデンサと
の間に挿入される鉄心にそれぞれ巻装した主巻線及び補
助巻線から成る直流リアクトルを有し、この直流リアク
トルの前記補助巻線に任意の電圧波形を発生する補償電
圧発生部を接続し、この補償電圧発生部を制御装置によ
って制御して直流リップルを補償するようにしたことを
特徴とする直流リアクトルの制御装置。1. A three-phase rectifying / smoothing circuit for rectifying a three-phase AC power supply and smoothing the same with a smoothing capacitor. The main winding and the auxiliary winding are respectively wound around an iron core inserted between a rectifier and a smoothing capacitor. It has a DC reactor, a compensation voltage generator for generating an arbitrary voltage waveform is connected to the auxiliary winding of the DC reactor, and the compensation voltage generator is controlled by a control device to compensate for the DC ripple. A control device for a DC reactor, comprising:
続したチョッパ回路から成る補償電圧発生部、交流線間
電圧を検出する電圧検出部、直流電流を検出する電流検
出部及び制御部により構成し、この制御部は前記電圧検
出部から入力した線間電圧信号から三相全波整流電圧信
号を算出し直流コンデンサ電圧指令値との差として算出
される直流リップル補償電圧を直流リアクトル主巻線側
のリップル補償電圧に換算し出力するリップル補償パタ
ン発生部と、前記電流検出部から入力した直流電流検出
値を用いて直流電流制御を行い電圧指令値を算出し前記
リップル補償パタン発生部から入力したリップル補償電
圧を加算しリップル補償電圧指令値として出力する直流
電流制御部と、リップル補償電圧指令値と正側キャリア
発生部及び負側キャリア発生部が発生するキャリア信号
に基づきＰＷＭ制御を行い前記チョッパ回路に対してス
イッチング信号を出力するＰＷＭ制御部とから構成して
成り、直流リアクトル補助巻線に直流リップルにより発
生する直流リアクトル鉄心の主磁束を減じる向きの電流
を流す電圧を印加するように制御することを特徴とする
請求項１に記載の直流リアクトルの制御装置。2. A control device comprising: a compensation voltage generation section comprising a chopper circuit connected to a DC reactor auxiliary winding; a voltage detection section for detecting an AC line voltage; a current detection section for detecting a DC current; and a control section. The control unit calculates a three-phase full-wave rectified voltage signal from the line voltage signal input from the voltage detection unit and outputs a DC ripple compensation voltage calculated as a difference from a DC capacitor voltage command value to a DC reactor main winding. And a ripple compensation pattern generation unit that converts and outputs a ripple compensation voltage on the side, and performs DC current control using the DC current detection value input from the current detection unit to calculate a voltage command value and input the voltage command value from the ripple compensation pattern generation unit. A DC current control unit that adds the calculated ripple compensation voltage and outputs a ripple compensation voltage command value, a ripple compensation voltage command value, a positive carrier generation unit, and a negative key. And a PWM control unit that performs PWM control based on a carrier signal generated by the rear generation unit and outputs a switching signal to the chopper circuit. 2. The DC reactor control device according to claim 1, wherein the control is performed so as to apply a voltage for flowing a current in a direction to reduce the main magnetic flux.
線に接続され直流リアクトル補助巻線に印加する電圧の
極性を切り替える極性切り替え手段と、直流リアクトル
補助巻線に直流電圧を印加する直流電圧源とより構成
し、前記極性切り替え手段により直流リアクトル補助巻
線の双方向に電流が流れる様にしたことを特徴とする請
求項１に記載の直流リアクトルの制御装置。3. A compensation voltage generating section, comprising: a polarity switching means connected to the DC reactor auxiliary winding for switching the polarity of a voltage applied to the DC reactor auxiliary winding; and a DC voltage for applying a DC voltage to the DC reactor auxiliary winding. 2. The DC reactor control device according to claim 1, further comprising a power source, wherein the polarity switching means allows a current to flow in both directions of the DC reactor auxiliary winding.
線に接続されたチョッパ回路と、直流リアクトル補助巻
線に直流電圧を印加する直流電圧源とから構成したこと
を特徴とする請求項１に記載の直流リアクトルの制御装
置。4. A compensation voltage generating section comprising a chopper circuit connected to a DC reactor auxiliary winding and a DC voltage source for applying a DC voltage to the DC reactor auxiliary winding. 3. The control device for a DC reactor according to 1.).
間に抵抗器と短絡器とから成る並列回路を挿入する事を
特徴とする請求項４に記載の直流リアクトルの制御装
置。5. The DC reactor control device according to claim 4, wherein a parallel circuit comprising a resistor and a short circuit is inserted between the DC reactor auxiliary winding and the chopper circuit.
ッパ回路が、直流リアクトル補助巻線の各端子にそれぞ
れ接続されたチョッパ回路である請求項４に記載の直流
リアクトルの制御装置。6. The DC reactor control device according to claim 4, wherein the chopper circuit connected to the DC reactor auxiliary winding is a chopper circuit connected to each terminal of the DC reactor auxiliary winding.
線に接続されたインバータ回路と、直流リアクトル補助
巻線に直流電圧を印加する直流電圧源とから構成したこ
とを特徴とする請求項１に記載の直流リアクトルの制御
装置。7. The DC voltage generator according to claim 1, wherein the compensation voltage generator comprises an inverter circuit connected to the DC reactor auxiliary winding, and a DC voltage source for applying a DC voltage to the DC reactor auxiliary winding. 3. The control device for a DC reactor according to 1.).
バータ回路が、単相ブリッジ電圧型インバータ回路であ
る請求項７に記載の直流リアクトルの制御装置。8. The DC reactor control device according to claim 7, wherein the inverter circuit connected to the DC reactor auxiliary winding is a single-phase bridge voltage type inverter circuit.
負側に分離して配置した請求項１に記載の直流リアクト
ルの制御装置。9. The DC reactor control device according to claim 1, wherein the main winding of the DC reactor is arranged separately on the positive side and the negative side of the DC.
の補助巻線と接続されると共に三相整流平滑回路の整流
器出力端と平滑コンデンサの入力端子間に接続したチョ
ッパ回路で構成し、前記三相整流器電圧または平滑コン
デンサ電圧を電源として前記チョッパ回路を動作させる
ようにした請求項１に記載の直流リアクトルの制御装
置。10. A compensation voltage generator comprising a chopper circuit connected to an auxiliary winding of the DC reactor and connected between a rectifier output terminal of a three-phase rectifying / smoothing circuit and an input terminal of a smoothing capacitor. The DC reactor control device according to claim 1, wherein the chopper circuit is operated using a phase rectifier voltage or a smoothing capacitor voltage as a power supply.
の補助巻線と接続されると共に平滑コンデンサの入力端
子間に接続したインバータ回路で構成し、前記三相整流
器電圧または平滑コンデンサ電圧を電源として前記イン
バータ回路を動作させるようにした請求項１に記載の直
流リアクトルの制御装置。11. A compensation voltage generator comprising an inverter circuit connected to an auxiliary winding of the DC reactor and connected between input terminals of a smoothing capacitor, wherein the three-phase rectifier voltage or the smoothing capacitor voltage is used as a power supply. The control device for a DC reactor according to claim 1, wherein the inverter circuit is operated.
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