JP2002262579A - 電力変換装置 - Google Patents
電力変換装置Info
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Abstract
の検出が正確に且つ容易に得られるようにして、高精度
制御特性の電力変換装置を低価格で提供すること。 【解決手段】 コンバータ部2とPWM制御方式のイン
バータ部3の間にの直流電路に接続したシャント抵抗6
の両端の電圧を負荷電流の検出値として計算機7に入力
し、インバータ部3をPWM制御する電力変換装置にお
いて、誤検出回路12を設け、S&H制御信号からPW
M信号のパルス幅が所定値以下になったとき誤検出と判
断し、S&H回路8の出力データがインバータ部3の制
御に使用されないよう、誤検出信号をPWM制御用の計
算機7と過電流保護回路13に入力し、高周波ノイズの
影響を除去するようにしたもの。
Description
どの電力変換装置に係り、特に、シャント抵抗による電
流検出器を備えたパルス幅変調制御方式の電力変換装置
に関する。
ど交流電動機の運転に広く用いられ、これにより可変速
運転による利点が充分に享受できるようになっている
が、このとき、その制御に負荷電流の検出を要する場合
がある。そして、この負荷電流の検出には、ホール素子
型電流センサや、シャント抵抗型電流検出回路が従来か
ら採用されている。
状の磁性体の一部にホール素子を設け、この磁性体に負
荷電流が流れる電線を巻付けたり貫通させたりすること
により、負荷電流が作り出す磁束をホール素子で電圧に
変換する電流センサのことであり、この場合、検出対象
となる電路から電気的に隔離された検出信号が得られる
というメリットがある。
路とは、要するに、負荷電流が流れる電路に直列に挿入
した抵抗器を用い、その両端子間に、負荷電流により現
われる電圧降下を取り出し、検出信号とする回路のこと
で、従って、かなり低コストで済むので、従来からかな
り広く用いられている。
PWM(パルス・ワイド・モジュレーション:パルス幅
変調)制御方式のインバータ装置を対象として、これに
ホール素子型電流センサと、シャント抵抗型電流検出回
路の双方を適用した場合について示したもので、ここ
で、ホール素子型電流センサと、シャント抵抗型電流検
出回路の双方が示されているのは説明のためで、実際に
は何れか一方を設ければよいことは言うまでもない。
ータ装置を対象としたもので、ダイオード整流器からな
るコンバータ部(順変換部)2と、このコンバータ部2か
ら出力される直流電力が入力されるPWM制御方式のイ
ンバータ部(逆変換部)3、それにコンバータ部2とイン
バータ部3の間の直流部に接続された平滑用のコンデン
サ(キャパシタ)5で構成された主回路を備えている。
商用電源1から交流電力が入力されると、コンデンサ5
で平滑化された直流電力がインバータ部3に供給され、
ここで、インバータ部3の半導体スイッチング素子がP
WM制御されることにより、直流電力が所定の電圧と所
定の周波数の交流電力に変換され、この結果、誘導電動
機などの負荷4に可変電圧可変周波数の電力が供給され
ることになる。
イッチング素子のPWM信号によるオン(導通)、オフ
(遮断)制御は、図示のように、タイミング回路とドライ
バ回路を介して、計算機(コンピュータ)により実行され
るが、このとき、計算機による制御には、負荷5に流れ
る電流の値、つまり負荷電流値が必要になる。
ホール素子型電流センサを用いる方法と、シャント抵抗
型電流検出回路を用いる方法がある。そして、まず、ホ
ール素子型電流センサを用いたときは、図示のように、
この電流センサをインバータ部3の負荷4の間に直列に
接続し、これによる検出結果をA/D変換して計算機に
入力する。
たときは、図示のように、シャント抵抗をコンバータ部
2とインバータ部3の間に直列に接続する。そして、こ
のシャント抵抗に負荷電流が流れることにより現われる
電圧降下を、第1のローパスフィルタと増幅器、それに
第2のローパスフィルタを介して、一旦、S&H回路
(サンプルホールド回路)に取り込む。
に、タイミング回路からS&H制御信号が入力されてい
て、シャント抵抗の両端の電圧を、PWM制御に同期し
てサンプルホールドして、この後、このS&H回路の出
力をA/D変換して計算機に入力するようになってい
る。なお、このようなシャント抵抗を用いたインバータ
装置については、例えば、特開平8−19263号公報
の開示を挙げることができる。
M制御に伴う高周波ノイズに充分な配慮がされていると
は言えず、負荷電流検出精度の向上とコスト抑制に問題
があった。すなわち、PWM制御方式の場合、電流が断
続されるため、電力線や負荷系統に存在する浮遊キャパ
シタンスや浮遊インダクタンスにより、PWM制御に同
期して、断続的に高周波ノイズが線路に流れる。
の場合、そこに用いられている磁性体に渦電流が発生
し、発熱して性能が低下してしまう虞れがあった。ま
た、このホール素子型電流センサは、比較的高価なホー
ル素子や大きな磁性体を必要とするため、低価格化と小
形化に問題があった。
価な電子部品で構成できるか、電力線を流れる高周波ノ
イズが信号に重畳されてしまうため、サンプルホールド
すべきタイミングによって検出結果の精度が著しく悪化
してしまうという問題があった。
のように、S&H回路の入力にローパスフィルタを設
け、更に増幅器の前段にもローパスフィルタを設けるな
どの方法より、ノイズの波高値を抑えると言った対策が
施されている。
入力信号の幅が狭くなったとき、つまりPWM制御にお
けるパルスのデューティが大きくなったとき、挿入して
あるローパスフィルタの影響により、S&H回路のホー
ルドデータが入力信号の波高値より小さくなり、検出結
果に誤差を生じ、制御の精度が低下していまうという問
題があった。
回路による負荷電流の検出が正確に且つ容易に得られる
ようにして、高精度制御特性の電力変換装置を低価格で
提供することにある。
から負荷電流をサンプルホールドし、このホールとされ
た負荷電流の検出値に基づいて、少なくともインバータ
部を制御する方式のパルス幅変調制御型電力変換装置に
おいて、パルス幅制御信号のパルス幅を検出し、パルス
幅の検出値が所定値以下になったことを検出する誤検出
手段を設け、この誤検出手段の出力により、前記ホール
ドされた負荷電流の検出値の書込み更新を禁止させるよ
うにして達成される。
電流をサンプルホールドし、このホールとされた負荷電
流の検出値に基づいて、少なくともインバータ部を制御
する方式のパルス幅変調制御型電力変換装置において、
前記パルス幅制御信号のパルス幅と前記高周波ノイズの
幅を比較し、前者に対する後者の比率が所定値以下にな
ったことを検出する誤検出手段を設け、この誤検出手段
の出力により、前記ホールドされた負荷電流の検出値の
書込み更新を禁止させるようにしても達成される。
ルホールドのためのサンプルホールド制御信号に基づい
て、前記パルス幅を検出するものでもよく、前記シャン
ト抵抗の出力に基づいて、前記パルス幅を検出するもの
でもよい。
について、図示の実施形態により詳細に説明する。
力変換装置の一例で、ダイオード整流器からなるコンバ
ータ部2と、このコンバータ部2から出力される直流電
力が入力されるPWM制御方式のインバータ部3、それ
にコンバータ部2とインバータ部3の間の直流部に接続
された平滑用のコンデンサ5で構成された主回路を備え
ている点は、図5で説明した従来技術と同じである。
商用電源1から交流電力が入力されると、コンデンサ5
で平滑化された直流電力がインバータ部3に供給され、
ここで、インバータ部3の半導体スイッチング素子がP
WM制御されることにより、直流電力が所定の電圧と所
定の周波数の交流電力に変換され、この結果、誘導電動
機などの負荷4に可変電圧可変周波数の電力が供給され
る点も、図5で説明した従来技術と同じである。
体スイッチング素子のPWM制御についても、タイミン
グ回路11とドライバ回路10を介して、計算機7によ
り実行されるが、このとき、図示のように、シャント抵
抗6をコンバータ部2とインバータ部3の間に直列に接
続し、このシャント抵抗6に負荷電流が流れることによ
り現われる電圧降下を、一旦、S&H回路8で、タイミ
ング回路11から供給されているS&H制御信号によ
り、PWM制御に同期してサンプルホールドし、この
後、このS&H回路8の出力をA/D変換器9でディジ
タル信号にし、計算機7に入力するようになっている点
も、図5の従来技術と同じである。
1の実施形態では、インバータ部3から負荷5に供給さ
れる交流電力の電圧値や周波数については、図示してな
い外部の設定器や上位のコンピュータなどから、計算機
7に入力されるようになっており、この点も、図5の従
来技術と同じである。
の実施形態では、計算機7で演算されるPWM制御結果
に従って、ンバータ部3の半導体スイッチング素子がオ
ンオフ制御され、負荷4に交流電力が供給されるが、こ
のとき、インバータ部3に直列にシャント抵抗6を接続
すると、負荷4に流れる電流(負荷電流)の一部が櫛波状
の電流としてシャント抵抗6に流れる。
ャント抵抗6の出力である櫛波波形の中から、負荷電流
に相当する電圧波形をサンプリングする必要がある。そ
こで、タイミング制御回路11を用いて、PWM制御信
号からサンプリングに必要なタイミングを生成してS&
H回路8を制御し、その検出結果をA/D変換器9でデ
ィジタル信号に変換して計算機7に入力するのである。
号を生成し、その生成されたPWM制御信号がドライブ
回路15を介してインバータ部3に入力され、負荷4に
供給すべき交流電力を制御することになる。
5の従来技術と異なる点は、誤検出回路12が設けられ
ている点と、更には過電流保護回路13が設けられてい
る点にある。そこで、以下、これら誤検出回路12と過
電流保護回路13について詳細に説明する。
成する半導体素子の性能が大きく改善され、高速化が進
んだ結果、半導体スイッチング素子がオンオフ動作する
際に高いdV/dt(インバータ部3の出力電位の急峻
な変化)が生じる。このことは、それ自体でみると、ス
イッチングの高速化を意味するので、本来は好ましいこ
とではある。
ーブル間に寄生する容量のため、これらを介してインバ
ータ部3と対地間及びシャント抵抗6に漏れ電流が現わ
れ、図2に示すように、シャント抵抗出力に高周波ノイ
ズ14が重畳されてしまい、検出結果に誤差が現われて
しまう虞れがある。なお、このことが、従来技術の問題
点であることは、上記した通りである。
2を設け、S&H回路8に供給されるタイミング制御信
号の幅が、例えば数μ秒と短くなったとき、計算機7と
過電流保護回路13に、負荷電流の検出結果に異常が現
われたことが知らされるようにしたものである。
制御回路11からS&H回路8に供給されているS&H
制御信号を入力し、これからサンプル期間の幅を検出
し、この検出結果を、予め設定してある所定の基準幅デ
ータと比較し、サンプル期間の幅が基準幅データにより
与えられる幅より大きくなっているときと、サンプル期
間の幅が基準幅データにより与えられる幅未満になった
ときとが識別できるようになっている誤検出信号を発生
する働きをする。
分することにより、そのパルスの立上り時点と立ち下が
り時点を検出し、所定のカウンタをセット/リセット
し、カウンタの計測値を基準幅データと比較してやれば
よい。
信号は、計算機7と過電流検出回路13に供給され、こ
の結果、計算機7と過電流検出回路13では、シャント
抵抗6の出力からサンプリングされた検出結果の中で、
高周波ノイズ14の影響が大きくなって、負荷電流の検
出値としては誤差が多くなってしまっていることが計算
機7や過電流検出回路13で確認できるようにしたもの
である。
4が発生し、これが図2に示すように、シャント抵抗出
力のパルスに乗ってしまったとする。ところで、この場
合でも、図2のサンプル(n)期間で示すように、サンプ
ル期間の幅(継続時間:パルス幅)に比較して、高周波ノ
イズ14が継続している幅が小さければ、シャント抵抗
出力のパルスからみた負荷電流値の誤差は小さく、実用
上は無視できる。
ように、サンプル幅が、高周波ノイズ14が継続してい
る幅よりも狭くなってしまうと、高周波ノイズ14が支
配的になってしまい、負荷電流値には大きな誤差が含ま
れ、この結果、このままではインバータ部3のPWM制
御の基礎となる負荷電流の検出値が、実際の負荷電流値
からから離れてしまい、制御精度が低下してしまうこと
になる。
2が設けてあり、これは、上記したように、サンプル期
間の幅が基準幅データにより与えられる幅未満になった
ときときと、そうでないときが識別できるようになって
いる誤検出信号が発生されるように構成してある。
ンプル(n)期間で示す状態が順次継続している間は“検
出結果良好”を表わす状態(ここではハイレベル)にあ
り、サンプル(n+1)期間で示す状態になったら、“検出
検出不良”を表わす状態(同、ローレベル)になる誤検出
信号が発生するように、つまり、サンプル(n+1)期間で
示す幅が上記した基準幅データに等しくなるように設定
されている。
り込み、それが検出結果良好を表わす状態にあるとき
は、A/D変換器9から、各サンプル期間毎に取り込ん
だ信号を所定のレジスタに次々と上書きし、このレジス
タに書込まれたデータを、PWM制御の基礎となる負荷
電流の検出値として使用し、インバータの制御を実行す
る。
す状態に変わったら、そのときは、この時点からレジス
タに対するデータの書込み更新を禁止し、その直前で、
誤検出信号が検出結果良好を表わす状態にあったとき取
り込んであったデータを、そのまま負荷電流の検出値と
して制御を実行し、この状態を、再び誤検出信号が検出
結果良好を表わす状態になるまで継続させるのである。
は、特別な場合を除き、出力に正弦波の電圧波形が得ら
れるように、出力交流電力の各サイクル期間内でパルス
幅を変化させているのが通例であり、このため、正弦波
電圧のゼロクロス点の近傍の期間でPWM信号のパルス
幅か狭くなっており、従って、主として、この期間で高
周波ノイズ14の影響が大きくなる。
準幅データを、このゼロクロス点の近傍におけるPWM
信号のパルス幅よりも、所定値だけ大きくなるように設
定することより、高周波ノイズ14による影響がほとん
ど無いサンプリング期間での負荷電流検出値だけによる
制御が行なえることになる。
ャント抵抗型電流検出回路における高周波ノイズ14の
影響が充分に抑えられることになり、高精度で低価格の
電力変換装置を容易に得ることができる。
護回路13にも誤検出信号が供給され、これにより、過
電流保護回路13でも、高周波ノイズ14による影響が
ほとんど無いサンプリング期間での負荷電流検出値だけ
による過電流保護が行なえることになり、信頼性の高い
保護動作を得ることができる。
すると、まず、図3は、本発明の第2の実施形態に係る
電力変換装置の一例で、この実施形態が、図1で説明し
た実施形態と異なる点は、図1の実施形態における誤検
出回路12に代えて、誤検出回路15を設けた点にあ
る。
路12と異なる点は、その入力が、タイミング制御回路
11の出力であるS&H制御信号ではなく、シャント抵
抗6から供給されるシャント抵抗出力になっている点だ
けで、パルス幅検出機能と働きは、図1の実施形態と同
じである。
ャント抵抗出力も、S&H制御信号とほとんど同じパル
ス状になっており、異なっているのは、その波高値と、
高周波ノイズ14が乗っている点だけであるから、この
シャント抵抗出力からも、PWM信号のパルス幅が容易
に、しかも確実に検出できることが判る。
ても、シャント抵抗型電流検出回路における高周波ノイ
ズ14の影響が充分に抑えられることになり、高精度で
低価格の電力変換装置が容易に得られ、同じく、過電流
保護回路13でも、高周波ノイズ14による影響がほと
んど無いサンプリング期間での負荷電流検出値だけによ
る過電流保護が行なえ、信頼性の高い保護動作が得られ
ることになる。
係る電力変換装置の一例で、この実施形態が、図1で説
明した実施形態と異なる点は、2台の誤検出回路12
0、150を設けた上で、更にノイズ幅検出回路16を
設け、これら誤検出回路12、15によるパルス幅の監
視についての信頼性が高められるようにした点にあり、
その他の構成は、図1及び図3の実施形態と同じであ
る。
ト抵抗出力の中に現われる高周波ノイズ14の継続時
間、つまりノイズ幅を検出する回路で、具体的には、シ
ャント抵抗出力の各サンプル期間の立上り時点から高周
波ノイズ14が所定値に減衰するまでの時間を検出し、
ノイズ幅検出値を出力する働きをする。
分し、微分出力が所定のレベルにある期間を、各サンプ
ル期間の立上り時点からカウンタで計測し、ノイズ幅を
検出するようにしてもよく、或いは、微分出力を更に積
分し、このときの積分時定数からノイズの幅を検出する
ようにしてもよい。
であるノイズ幅検出値は、誤検出回路12、15に供給
され、S&H制御信号又はシャント抵抗出力から検出さ
れたサンプル期間幅とそれぞれ対比され、誤検出信号の
発生にあずかる。
50は、まず、図1と図3の実施形態で説明した誤検出
回路12、15と同じく、S&H制御信号又はシャント
抵抗出力を入力し、これらからサンプル期間の幅を検出
する機能を備えている上、更に、こうして検出したサン
プル期間の幅をノイズ幅検出回路16から供給されるノ
イズ幅検出値と比較する機能が備えられている。
0は、サンプル期間の幅に対するノイズ幅検出値が、例
えば80%などの所定の割合に達するまでは、例えば図
2に示した場合と同様、“検出結果良好”を表わす状態
(例えばハイレベル)にあり、これ以上になったら“検出
検出不良”を表わす状態(同、ローレベル)になる誤検出
信号を発生するように構成されている。
ても、シャント抵抗型電流検出回路における高周波ノイ
ズ14の影響が充分に抑えられることになり、高精度で
低価格の電力変換装置が容易に得られ、同じく、過電流
保護回路13でも、高周波ノイズ14による影響がほと
んど無いサンプリング期間での負荷電流検出値だけによ
る過電流保護が行なえ、信頼性の高い保護動作が得られ
ることになる。
変換装置を設置し、負荷4を接続して使用状態にしたと
き、実際に発生される高周波ノイズ14の幅に応じて
“検出結果良好”を表わす状態と、“検出検出不良”を
表わす状態の識別が得られることになる。
力変換装置の設置条件等で様々に変化する高周波ノイズ
14に対して、シャント抵抗出力の中の高周波ノイズ1
4の影響を受け易い幅の狭い検出結果が計算機7や過電
流検出回路13で確認でき、この結果、更に高精度で高
信頼性を備えた電力変換装置が容易に提供できる。
出回路を用いても、高周波ノイズによる精度低下の虞れ
がないので、高精度で高信頼の電力変換装置をローコス
トで容易に提供することができる。
示すブロック構成図である。
のタイミング図である
示すブロック構成図である。
示すブロック構成図である。
ック構成図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 シャント抵抗から負荷電流をサンプルホ
ールドし、このホールとされた負荷電流の検出値に基づ
いて、少なくともインバータ部を制御する方式のパルス
幅変調制御型電力変換装置において、 パルス幅制御信号のパルス幅を検出し、パルス幅の検出
値が所定値以下になったことを検出する誤検出手段を設
け、 この誤検出手段の出力により、前記ホールドされた負荷
電流の検出値の書込み更新を禁止させるように構成した
ことを特徴とする電力変換装置。 - 【請求項2】 シャント抵抗から負荷電流をサンプルホ
ールドし、このホールとされた負荷電流の検出値に基づ
いて、少なくともインバータ部を制御する方式のパルス
幅変調制御型電力変換装置において、 前記パルス幅制御信号のパルス幅と前記高周波ノイズの
幅を比較し、前者に対する後者の比率が所定値以下にな
ったことを検出する誤検出手段を設け、 この誤検出手段の出力により、前記ホールドされた負荷
電流の検出値の書込み更新を禁止させるように構成した
ことを特徴とする電力変換装置。 - 【請求項3】 請求項1又は請求項2に記載の発明にお
いて、 前記誤検出手段が、 前記サンプルホールドのためのサンプルホールド制御信
号に基づいて、前記パルス幅を検出するように構成され
ていることを特徴とする電力変換装置。 - 【請求項4】 請求項1又は請求項2に記載の発明にお
いて、 前記誤検出手段が、 前記シャント抵抗の出力に基づいて、前記パルス幅を検
出するように構成されていることを特徴とする電力変換
装置。
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