JP2003259647A - 多重pwmサイクロコンバータ - Google Patents

多重pwmサイクロコンバータ

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JP2003259647A JP2002177866A JP2002177866A JP2003259647A JP 2003259647 A JP2003259647 A JP 2003259647A JP 2002177866 A JP2002177866 A JP 2002177866A JP 2002177866 A JP2002177866 A JP 2002177866A JP 2003259647 A JP2003259647 A JP 2003259647A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】従来のPWMサイクロコンバータにおいては出
力端子の開放、入力側の短絡を避ける必要があり、スナ
バも含めて大電流のスタックを構成するのが原理的に難
しく、大容量の変換器を製作するのが難しいという問題
があった。 【解決手段】双方向スイッチn*m個で構成されるn入
力m出力PWMサイクロコンバータの単位変換器p個
(n,m,pはそれぞれ2以上の整数)の各相出力端子
をリアクトルを介して並列接続し、全体としてm個の出
力端子を持つように構成した多重PWMサイクロコンバー
タを提案する。また、各単位変換器の各出力相に電流セ
ンサを設けて電流を検出し,電流のアンバランスに応じ
て各単位変換器に対する出力電圧指令を補正することを
特徴とする多重PWMサイクロコンバータを提案する。こ
れにより大容量の変換器を実現でき、直流リンク部のコ
ンデンサが不要で変換器の体積,コストを低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は自己消弧素子を用い
たPWM(Pulse Width Modulation;パルス幅変調)サイク
ロコンバータ(ここでは変換器ともいう。)を並列結合
した多重変換器と、その電流バランス制御に関する。
【0002】
【従来の技術】PWM サイクロコンバータは交流入力を直
接可変電圧可変周波数の交流出力に変換する装置であ
る。図6に従来から知られているPWMサイクロコンバー
タの回路図の一例を示す。図6において、1は三相交流
電源,2はLCフィルタ,3は双方向スイッチ9個を組み
合わせて構成されるPWMサイクロコンバータ、4は負
荷である。PWMサイクロコンバータ3を構成する双方
向スイッチは、例えば図7のように構成される。図7に
おいて、5は単方向IGBT(絶縁ゲートバイポーラトラン
ジスタ),6はダイオードである。双方向スイッチはゲ
ート信号によりどちらの方向の電流もON/OFFできる。
【0003】モータドライブ用途などに、図8に示すよ
うな交流入力を整流器にて一度直流に変換し,その後イ
ンバータを用いて可変電圧可変周波数の交流に変換する
装置が広く使われているが、直流部には大容量の電解コ
ンデンサが使われることが多く、体積,コスト,寿命の
問題があった。
【0004】また、整流器としてコンデンサインプット
形整流器が広く使われているが、この方式は交流入力側
高調波が大きく、力率も悪い。また、クレーン,エレベ
ータなどのように回生運転のモードがある装置では直流
部に戻されたエネルギをダイナミックブレーキで消費す
るしかなかった。
【0005】PWMサイクロコンバータは交流を直接交流
に変換するので直流リンク部のコンデンサが不要で、寿
命の問題がなく、装置を小型にできる。また、PWM(パ
ルス幅変調)手法を工夫することにより、交流入力側の
高調波を極めて小さくでき、入力側力率もほぼ1にする
ことができる。さらに、回生エネルギを電源側に返すこ
とができ、省エネにもなる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】PWMサイクロコンバ
ータは前記の種々の特長を持つが、PWMサイクロコン
バータにおいては出力端子の開放、入力側の短絡を避け
る必要があり、スナバも含めて大電流のスタックを構成
するのが原理的に難しく、その結果、大容量の変換器を
製作するのが難しいという問題があった。本発明は上記
問題点を解決するべくPWMサイクロコンバータの並列
多重化を提案することと並列多重化した場合の電流バラ
ンス制御方法を提案することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明では、上記の課題
を解決するため、請求項1に記載の発明では、双方向ス
イッチn*m個で構成されるn入力m出力PWMサイク
ロコンバータの単位変換器p個(n,m,pはそれぞれ
2以上の整数)の各相出力端子をリアクトルを介して並
列接続し、全体としてm個の出力端子を持つように構成
した多重PWMサイクロコンバータを提案する。
【0008】また、請求項2に記載の発明では、請求項
1に記載の発明において、並列接続用リアクトルは各出
力端子毎にコアを共有することを特徴とする多重PWMサ
イクロコンバータを提案する。
【0009】また、請求項3に記載の発明では、請求項
1に記載の発明において、各単位変換器の各出力相に電
流センサを設けて電流を検出し,電流のアンバランスに
応じて各単位変換器に対する出力電圧指令を補正するこ
とを特徴とする多重PWMサイクロコンバータを提案す
る。これらの発明では、リアクトルを介して複数のPWM
サイクロコンバータを並列することで、大容量の変換器
を実現できる。
【0010】また、請求項4に記載の発明では、複数の
PWMサイクロコンバータの出力をリアクトルを介して
並列結合した三相出力多重変換器において、各単位変換
器の出力電流に対して零相分電流を検出し、単位変換器
間の零相分電流偏差に応じて,もしくは各単位変換器の
零相分電流値に応じて各単位変換器への電圧指令を補正
することを特徴とする多重PWMサイクロコンバータを
提案する。
【0011】また、請求項5に記載の発明では、複数の
PWMサイクロコンバータの出力をリアクトルを介して
並列結合した三相出力多重変換器において、各単位変換
器の出力電流に対して三相/二相変換及び回転座標変換
を行い、単位変換器間のd軸電流偏差及びq軸電流偏差
に応じて各単位変換器に対するd軸電圧指令、q軸電圧
指令を補正することを特徴とする多重PWMサイクロコ
ンバータを提案する。
【0012】また、請求項6に記載の発明では、複数の
PWMサイクロコンバータの出力をリアクトルを介して
並列結合した三相出力多重変換器において、各単位変換
器の出力電流に対して三相/二相変換及び回転座標変換
を行い、各単位変換器のd軸電流と変換器全体のd軸平
均電流との差、及び各単位変換器のq軸電流と変換器全
体のq軸平均電流との差に応じて各単位変換器に対する
d軸電圧指令,q軸電圧指令を補正することを特徴とす
る多重PWMサイクロコンバータを提案する。
【0013】また、請求項7に記載の発明では、請求項
5または請求項6に記載の変換器において、さらに各単
位変換器の出力電流の零相分を検出し、零相分の3分の
1を各相出力電流から減じて補正した出力電流に対して
三相/二相変換及び回転座標変換を行うことを特徴とす
る多重PWMサイクロコンバータを提案する。これらの
発明では、電流のアンバランスなく変換器を動かすこと
ができるので、大容量の変換器を安定して動かすことが
できる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、図1から図5を用いて本発
明の実施の形態を詳細に説明する。図1に本発明の第1
の実施の形態を示す。図1において図6と同じ符号を付
したものは同じものを示すので説明は省略する。図1に
おいて3A,3BはPWMサイクロコンバータ(単位マト
リックスコンバータ(単位変換器))で、それぞれ双方
向スイッチ9個で構成された3入力3出力である。7A,
7Bは前記単位変換器3A,3Bのそれぞれa相,b相,c
相を並列に接続するリアクトルである。二つの単位変換
器3A,3Bの出力電流はこれらのリアクトルで合成さ
れ、負荷4に供給される。このように並列接続すること
により全体として単位変換器の場合の約2倍の電流を供
給でき、大容量の負荷も駆動できるようになる。
【0015】図2に本発明の第2の実施の形態を示す。
図2において3A,3Bはそれぞれ6個の双方向スイッチ
で構成される3入力2出力PWMサイクロコンバータ
(マトリックスコンバータ)である。7A,7Bは前記単位
変換器3A,3Bの出力を並列に接続するためのリアクト
ルである。4は単相交流負荷または直流負荷である。本
実施形態においても,並列接続によってより大きい電流
を供給できるのは同様である。
【0016】図3は本発明の第3の実施の形態で、本発
明の請求項2に記載の発明の具体的構成である。図3に
おいて7は単位変換器3A,3Bの各相の出力を並列接続
するリアクトルであり、それぞれ一つの鉄心に各変換器
出力の巻線を巻いた構成である。リアクトル7の一例を
図4に示す。図4のリアクトルにおいては単位変換器3
Aの負荷電流ia1による磁束φ1と単位変換器3Bの負荷
電流ia2による磁束φ2がほぼ打ち消し合うので、変換器
間の横流ia1−ia2の最大値を考慮して鉄心を設計するこ
とができ、図1の実施例のリアクトル7A,7Bに比べて小
型かつ経済的なリアクトルとすることができる。
【0017】図5に本発明の第4の実施の形態を示す。
各単位変換器の双方向スイッチに一つの制御装置から全
く同じゲート信号を与えたとしても、各スイッチ素子の
順方向電圧ドロップのばらつき,各スイッチ素子のター
ンオンタイム,ターンオフタイムのばらつきなどのた
め、単位変換器の出力電流分担にアンバランスが生じる
可能性がある。本実施形態は電流バランス制御の一例で
ある。ここでは2個の3入力2出力PWMサイクロコンバ
ータが直流を出力している場合の電流バランス制御を扱
う。
【0018】図5において8A, 8Bは第1の単位変換器
3Aの出力電流iP1,iN1を検出する電流センサ,8C,8D
は第2の単位変換器3Bの出力電流iP2,iN2を検出する
電流センサである。9Aは加算器であり、iP1,iP2を加
算することで多重PWMサイクロコンバータ全体の出力電
流idcを算出する。10Aは減算器で、電流指令idc *
出力電流idcの差を演算する。減算器10Aの出力は電
流制御増幅器11に入力され、変換器全体に対する電圧
指令v*が出力される。10Bは第1の変換器のP側出力
電流iP1と第2の変換器のP側出力電流iP2の差ΔiPを算
出する減算器,10Cは第1の変換器のN側出力電流iN1
と第2の変換器のN側出力電流iN2の差ΔiNを算出する減
算器である。
【0019】12A,12Bはスイッチ選択ロジック1
3により制御されるスイッチで、コンプリメンタリに動
作する。スイッチ12A=ON,スイッチ12B=OFFの
場合は Δi=ΔiP となり、スイッチ12A=OFF,スイッチ12B=ONの
場合は Δi=ΔiN となる。14は電流偏差増幅器であり、電流偏差Δiを
入力とし、電圧補正指令Δv*を出力する。10D,9B
はそれぞれ減算器,加算器であり、電圧指令v*が式 v1 *=v*−Δv* v2 *=v*+Δv* により補正され、第1の変換器に対する電圧指令v1 *
第2の変換器に対する電圧指令v2 *が得られる。電圧指
令v1 *,v2 *はそれぞれPWMロジック15A,15Bに入力
され、変換器3A,3Bの双方向スイッチに対するゲート
信号がPWMロジック15A,15Bから供給される。
【0020】ここでスイッチ選択ロジック13の動作の
詳細を解説しておく。3入力2出力のPWMサイクロコン
バータ3A,3Bは出力電圧指令と入力電流指令に応じて
下記の6種のどれかでパルス幅変調される。 (1)A1 +=ON,B1 +=C1 +=OFF,A1 -,B1 -,C1 -に時間
を配分しPWM(各時刻で一つがON,残り二つがOFF) A2 +=ON,B2 +=C2 +=OFF,A2 -,B2 -,C2 -に時間を配分
しPWM (2)C1 -=ON,A1 -=B1 -=OFF,A1 +,B1 +,C1 +に時間
を配分しPWM C2 -=ON,A2 -=B2 -=OFF,A2 +,B2 +,C2 +に時間を配分
しPWM (3)B1 +=ON,A1 +=C1 +=OFF,A1 -,B1 -,C1 -に時間
を配分しPWM B2 +=ON,A2 +=C2 +=OFF,A2 -,B2 -,C2 -に時間を配分
しPWM (4)A1 -=ON,B1 -=C1 -=OFF,A1 +,B1 +,C1 +に時間
を配分しPWM A2 -=ON,B2 -=C2 -=OFF,A2 +,B2 +,C2 +に時間を配分
しPWM (5)C1 +=ON,A1 +=B1 +=OFF,A1 -,B1 -,C1 -に時間
を配分しPWM C2 +=ON,A2 +=B2 +=OFF,A2 -,B2 -,C2 -に時間を配分
しPWM (6)B1 -=ON,A1 -=C1 -=OFF,A1 +,B1 +,C1 +に時間
を配分しPWM B2 -=ON,A2 -=C2 -=OFF,A2 +,B2 +,C2 +に時間を配分
しPWM
【0021】(1),(3),(5)の場合、P側のリ
アクトル7A,7Cは交流入力の同じ相に接続されるの
で、これらのPWMが行われている期間は電流値iP1,iP2
は増減しない。N側のリアクトル7B,7Dに印加される
平均電圧はそれぞれA1 -,B1 -,C1 -に配分する時間、
A2 -,B2 -,C2 -に配分する時間により調節可能であり、
ΔiN=iN1−iN2を小さくする方向に制御できる。この期
間ではスイッチ選択ロジック13はスイッチ12Bを選
択し、Δi=ΔiNとする。
【0022】一方,(2),(4),(6)の場合,N
側リアクトル7B,7Dは交流入力の同じ相に接続され
るので、これらのPWMが行われている期間は電流値iN1
iN2は増減しない。P側のリアクトル7A,7Cに印加され
る平均電圧はそれぞれA1 +,B1 +,C1 +に配分する時間、A
2 +,B2 +,C2 +に配分する時間により調節可能であり、Δ
iP=iP1−iP2を小さくする方向に制御できる。この期間
ではスイッチ選択ロジック13はスイッチ12Aを選択
し、Δi=ΔiPとする。
【0023】このように本実施例ではPWMスイッチング
に応じ、N側リアクトル電流が増減しない期間ではP側電
流偏差ΔiPを電流偏差増幅器14に接続し、P側リアク
トル電流が増減しない期間ではN側電流偏差ΔiNを電流
偏差増幅器14に接続して電流バランス制御を行なうの
で、全体としてP側,N側とも電流がバランスするように
制御が行われる。
【0024】ここでは2多重PWMサイクロコンバータの
電流バランス制御の例を述べたが、例えば3多重の場合
には変換器(1)と変換器(2)の電流偏差を用いて変
換器(1),変換器(2)の電圧指令を補正し、変換器
(2)と変換器(3)の電流偏差を用いて変換器
(2),変換器(3)の電圧指令を補正することができ
る。さらに、変換器(3)と変換器(1)の電流偏差を
用いて変換器(3),変換器(1)の電圧指令の補正を
付加する実施例も可能である。多重数が3を越えるとき
も、変換器(k)と変換器(k+1)の電流偏差を用い
て変換器(k),変換器(k+1)の電圧指令を補正す
れば良いのは言うまでもない。
【0025】また、三相出力の場合の多重PWMサイク
ロコンバータの制御方法について、図9から図15を用
いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。図9に本発
明の第5の実施の形態を示す。図9において3A,3B
は三相出力PWMサイクロコンバータ,4は負荷,7
A,7Bは並列結合のためのリアクトル,8A,8Bは
各変換器の出力電流を検出する電流センサ,16Aは変
換器3Aの零相電流 iz1=ia1+ib1+ic1 を算出する零相電流検出器,16Bは変換器3Bの零相
電流 iz2=ia2+ib2+ic2 を算出する零相電流検出器,10Aは単位変換器間の零
相電流偏差 δiz=iz1−iz2 を検出する減算器,17は零相電流偏差を減少する方向
に制御するための零相電流補正コントローラであり、例
えばゲイン要素が用いられる。18は多重PWMサイク
ロコンバータ全体に対する電圧指令va *,vb *,vc *を発
生する電圧指令信号発生器である。
【0026】10B,10C,10Dは零相電流偏差コ
ントローラ17の出力を用いて変換器全体に対する電圧
指令を補正して変換器3Aに対する電圧指令va1 *
vb1 *,vc1 *を発生する減算器,9A,9B,9Cは零相
電流偏差コントローラ17の出力を用いて変換器全体に
対する電圧指令を補正して変換器3Bに対する電圧指令
va 2 *,vb2 *,vc2 *を発生する加算器,19Aは電圧指令
va1 *,vb1 *,vc1 *に基づいて変換器3Aの半導体スイッ
チへのON/OFF指令を発生するパルス幅変調器,1
9Bは電圧指令va2 *,vb2 *,vc2 *に基づいて変換器3B
の半導体スイッチへのON/OFF指令を発生するパル
ス幅変調器である。
【0027】本実施形態では、各単位変換器の零相電流
を検出し、変換器間の零相電流偏差に応じて各単位変換
器への電圧指令一式を増減させるので、零相電流が累積
することなく、安定した運転が可能となる。
【0028】次に,第6の実施の形態を説明する前に,
関連するPWMの一手法を説明しておく。(本手法は文献 [1]小山,夏,樋口,黒木,山田,古賀,「PWMサイ
クロコンバータのVVVFオンライン制御」,電気学会
論文誌D,Vol.116-D,No.6, pp.644-651, 1996 [2]S.Ishii, E. Yamamoto, H.Hara, E.Watanabe, A.M.H
ava, and X.Xia, ” A Vector Controlled High Perfor
mance Matrix Converter Induction Motor Drive”, C
onference record of IPEC-Tokyo, pp. 235-240, Apri
l, 2000に基づいている)
【0029】図6に示した単機PWMサイクロコンバータ
において、ある時刻の交流入力電圧E R,ES,ETを値の大
きい順に並べてEmax,Emid,Eminとする。また、出力す
べき電圧Va,Vb,Vcについても大きい順に並べてVmax
Vmid,Vminとする。9つの双方向スイッチの各スイッチ
は入力側のどれかの相と接続されており、同時に出力側
のどれかの相と接続されている。例えば、入力側はEmax
の相,出力側はVmaxの相に接続されているスイッチを
S1,入力側はEmid,出力側はVmaxのスイッチを
S2,...のように仮称すると、図6は図16のように
描き替えることができる。
【0030】一方、交流入力1サイクルを図17のよう
に12個の区間に分割し、表1のようにベース電圧E
baseを決めておく。
【表1】 キャリア周期1区間におけるスイッチングパターンを下
記のように決める。 (1)Ebase=Eminの場合 キャリア周期TcにわたってスイッチS7とS8はOFF,S9
はONである。スイッチS1〜S6は図18のようにスイッ
チングされる。 (2)Ebase=Emaxの場合 キャリア周期TcにわたってスイッチS1はON,S2とS3
OFFである。スイッチS4〜S9は図19のようにスイッ
チングされる。
【0031】各パルスへの時間配分は下記の式で計算さ
れる。
【数1】
【数2】
【数3】
【数4】
【数5】
【数6】
【数7】
【数8】
【数9】
【数10】
【数11】
【0032】本PWM手法は電圧形インバータで広く知ら
れている2アーム変調と同様、一定期間一つの相のスイ
ッチング状態を固定しておき、残りの二相でスイッチン
グすることで出力線間電圧を制御する点に特徴がある。
【0033】さて、本発明の第6の実施の形態では、多
重並列PWMサイクロコンバータの各変換器にこのPWM手法
を適用する場合に対応した零相電流バランス手法を提案
する。図10を用いて説明する。図10において、20
は電圧指令発生器18が発する電圧指令va *,vb *,vc *
を値の大きい順に並べ替えてVmax,Vmid,Vminを出力す
るソータ,21は式(6),(7)によってΔVmax,Δ
Vmidを算出する線間電圧指令演算器,10A,10Bは
零相電流コントローラ17の出力を用いて線間電圧指令
を補正し、第1の単位変換器への電圧指令を出力する減
算器,9A,9Bは零相電流コントローラ17の出力を
用いて第2の単位変換器への電圧指令を補正する加算器
である。
【0034】19A,19Bはそれぞれ第1,第2の単
位変換器の出力パルスを決定し、単位変換器3A及び3
Bへのスイッチング信号を発生するパルス幅変調器であ
る。19Aでは
【数12】
【数13】
【数14】 などの計算を行い、19Bでは
【数15】
【数16】
【数17】 などの計算を行ってパルス幅変調を実行する。本実施形
態においても、単位変換器間の零相電流偏差に応じて各
変換器への電圧指令を補正するのは第5の実施形態と同
様であり、電流アンバランスを少なくし、安定した運転
が可能になる。
【0035】次に、本発明の第7の実施の形態を図11
を用いて説明する。図11において、9は変換器3Aの
出力電流と変換器3Bの出力電流を相毎に加算し、多重
変換器全体の出力電流を算出する加算器,22Aは式
【数18】 を用いて三相電流ia,ib,ic を直交静止座標系の二相電
流ix,iyに変換する三相/二相変換器,23Aは式
【数19】 を用いて二相電流ix,iyをd軸q軸電流id,iqに変換す
る回転座標変換器,22Bは変換器3Aの出力電流
ia1,ib1,ic1 を二相電流ix1,iy1に変換する三相/
二相変換器,22Cは変換器3Bの出力電流ia2,ib2
ic2を二相電流ix2,iy 2に変換する三相/二相変換器,
23Bは二相電流ix1,iy1をdq軸電流id1,iq 1に変換
する回転座標変換器,23Cは二相電流ix2,iy2をdq
軸電流id2,iq2に変換する回転座標変換器である。10
A,10Bはそれぞれ単位変換器間のd軸及びq軸電流
の差を算出する減算器,25A,25Bはそれぞれd軸
及びq軸電流偏差補正コントローラである。
【0036】10Cはd軸電流制御増幅器11Aの出力
するd軸電圧指令vd *をd軸電流偏差補正コントローラ
25Aの出力を用いて補正し,第1の変換器へのd軸電
圧指令vd1 *を出力する減算器,9Aは同様に第2の変換
器へのd軸電圧指令vd2 *を出力する加算器,10Eはq
軸電流制御増幅器11Bの出力するq軸電圧指令vq *
q軸電流偏差補正コントローラ25Bの出力を用いて補
正し、第1の変換器へのq軸電圧指令vq1 *を発生する減
算器,9Bは同様に第2の変換器へのq軸電圧指令vq2 *
を発生する加算器、10Fはd軸電流指令id*とd軸
idからd軸電流偏差を演算する減算器、10Gはq軸
電流指令iq*とq軸電流iqからq軸電流偏差を演算
する減算器である。
【0037】24Aは式
【数20】 を用いてdq軸電圧指令vd1 *,vq1 *を直交静止座標系上
の電圧指令vx1 *,vy1 *に変換する逆回転座標変換器,2
4Bは同様にdq軸電圧指令vd2 *,vq2 *を直交静止座標
系上の電圧指令vx2 *,vy2 *に変換する逆回転座標変換
器,22Dは式
【数21】 を用いて直交静止座標系電圧指令vx1 *,vy1 *を三相電圧
指令va1 *,vb1 *,vc1 *に変換する二相/三相変換器,2
2Eは同様にvx2 *,vy2 *をva2 *,vb2 *,vc2 *に変換する
二相/三相変換器である。
【0038】本実施形態では、各単位変換器のd軸電
流,q軸電流を検出し、その偏差に応じて各変換器のd
軸電圧指令,q軸電圧指令を補正するので、特定の変換
器に偏って負荷がかかることなく、多重PWMサイクロコ
ンバータを安定して動かすことができる。
【0039】第8の実施の形態を説明する前に、零相電
流と三相/二相変換の関係について述べる。もともと、
式(21)を用いて三相/二相変換を行う場合には三相
電流の和,すなわち零相電流は0の前提があるのが普通
である。信号に直流分が混じっている場合、その信号を
三相/二相変換及びθ=ωtを用いた回転座標変換を行
っても、角周波数ωの成分を正しく検出できていない可
能性がある。一方、 iz1=ia1+ib1+ic1 に対し、各相電流を補正した
【数22】
【数23】
【数24】 を考えると、 ia1'+ib1'+ic1'=0 である。直流分を除去した三相信号に対して三相/二相
変換及び回転座標変換を行うのが望ましい。第8の実施
の形態は以上の議論に基づくものである。
【0040】以下,図12を用いて第8の実施の形態を
説明する。図12において26Aは加算器16Aが算出
した変換器3Aの零相電流iz1を1/3倍するゲインで
ある。同様に、26Bは加算器16Bが算出した変換器
3Bの零相電流iz2を1/3倍するゲインである。10
H,10I,10Jはゲイン26Aの出力を用いて変換
器3Aの出力電流信号を補正する減算器,10K,10
L,10Mはゲイン26Bの出力を用いて変換器3Bの
出力電流信号を補正する減算器である。22F,22G
はそれぞれ
【数25】
【数26】 によって変換を行う三相/二相変換器である。本実施形
態においても、以後各変換器の電流の回転座標変換を行
い、d軸q軸それぞれの電流偏差に応じてd軸q軸電圧
指令を補正するのは第7の実施形態と同様である。
【0041】以上、第5,第6の実施の形態では零相電
流の偏差を補正する例を述べ、第7,第8の実施の形態
ではd軸電流,q軸電流の偏差を補正する例を述べた
が、両者を組み合わせることができるのは言うまでもな
い。
【0042】以下,図13,図14を用いて第9の実施
の形態を説明する。図13において19は減算器10が
出力する零相電流偏差δi,及び三相/二相変換器2
2D,22Eが出力する電圧指令va1 *,vb1 *,vc1 *,v
a2 *,vb2 *,vc 2 *を入力とし、変換器3A,3Bのスイ
ッチング指令を出力するパルス幅変調器であり、その詳
細を図14に示す。図14において20Aは電圧指令v
a1 *,vb1 *,vc1 *を値の大きい順に並べ替え、Vmax1,V
mid1,Vmin1を出力するソータ,20Bは電圧指令va2 *,v
b2 *,vc2 *を並べ替え、Vmax2,Vmid2,Vmin2を出力するソ
ータである。
【0043】
【0044】本実施形態においては零相電流,d軸電
流,q軸電流のすべてについて単位変換器間の電流アン
バランスを少なくするように制御されるので、特定の単
位変換器に電流が偏ることなく安定した運転が可能であ
る。
【0045】また、以上説明した実施の形態では単位変
換器2個による多重PWMサイクロコンバータの例を述べ
てきたが、単位変換器3個以上の例においても、k番目
の変換器の電流とk+1番目の変換器の電流の偏差に応
じてk番目の変換器の電圧指令とk+1番目の変換器の
電圧指令を補正すれば良いのは言うまでもない。
【0046】次に図15を用いて本発明の第10の実施
の形態を説明する。本実施形態は3多重PWMサイクロ
コンバータにおいて、各変換器電流と平均電流との差を
用いて電圧指令を補正する例である。また、図15は2
本または3本のケーブルあるいは信号を1本の線で表し
た、いわゆる単線結線図である。 図15において3C
は第3の単位変換器,7A,7B,7Cは単位変換器3
A,3B,3Cの出力を並列結合するための三相リアク
トル,8A,8B,8Cは各単位変換器のa,b,c相
出力電流を検出する電流センサ,9は相毎に変換器出力
電流の和 ia=ia1+ia2+ia3 ib=ib1+ib2+ib3 ic=ic1+ic2+ic3 を求める加算器,22Gは単位変換器3Cの三相出力電
流信号ia3,ib3,ic3から直交静止座標系での電流信号i
x3,iy3を算出する三相/二相変換器,23Dはix3,i
y3からid3,iq3を算出する回転座標変換器である。
【0047】10は電流制御偏差 id_err= id *−id iq_err= iq *−iq を求める減算器,27は電流制御偏差を入力とし、変換
器全体の電圧指令vd *,v q *を出力する電流制御コントロ
ーラ,26はd軸q軸電流の平均値
【数27】
【数28】 を求めるためのゲイン,10A,10B,10Cはそれ
ぞれ単位変換器の電流と平均電流の差電流を求める減算
器,28A,28B,28Cはそれぞれ差電流を増幅す
る電流バランスコントローラ,10D,10E,10F
は各変換器の電流バランスコントローラ28A,28
B,28Cの出力を用いて変換器全体の電圧指令vd *,v
q *を補正し、各変換器への電圧指令vd1 *,vq1 *,vd2 *
vq2 *,vd3 *,vq3 *を出力する減算器,24Cは変換器3
Cへの電圧指令vd3 *,vq3 *を直交静止座標系上の電圧指
令vx3 *,vy3 *に変換する逆回転座標変換器,22Hは
vx3 *,vy3 *を三相電圧指令va3 *,vb3 *,vc3 *に変換する二
相/三相変換器,19Cは変換器3Cのスイッチング信
号を発生するパルス幅変調器である。本実施形態におい
ては各単位変換器の出力電流が平均電流からずれないよ
うに電圧指令を補正するので、やはり電流バランスが保
たれ、安定した運転が可能となる。
【0048】ここではd軸q軸電流について各変換器電
流と平均電流の差を用いる例を述べたが、零相電流につ
いても各変換器零相電流と、全体の零相電流平均値との
差を用いる例があり得ることは言うまでもない。また、
零相,d軸,q軸の全てについて同様にしてバランス制
御を行う例があり得ることも言うまでもない。
【0049】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数のPWMサイクロコンバータをリアクトルで並列する
ことにより大容量の変換器を構成できるので、直流リン
クが不要,電源側力率1,回生可能などの種々の特長を
持つ大容量PWMサイクロコンバータを構成できる。
【0050】また、単位変換器間の電流偏差もしくは変
換器全体の平均電流からの各単位変換器の電流偏差に応
じて各変換器への電圧指令を補正するので、特定の変換
器に負荷が偏ることなく、大容量のPWMサイクロコン
バータを安定して運転することができる。容量範囲の拡
大により、コンパクト,回生可能,省エネ,高入力力
率,低高調波などの特長を持つPWMサイクロコンバー
タの適用範囲を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を示す図。
【図2】本発明の第2の実施の形態を示す図。
【図3】本発明の第3の実施の形態を示す図。
【図4】本発明の第3の実施の形態に用いる鉄心共有リ
アクトルの構成を示す図。
【図5】本発明の第4の実施の形態を示す図。
【図6】単一のPWMサイクロコンバータを示す図。
【図7】図6のPWMサイクロコンバータに用いられる双
方向スイッチの構成の一例を示す図。
【図8】PWMコンバータ/PWMインバータを示す図。
【図9】本発明の第5の実施の形態を示す図。
【図10】本発明の第6の実施の形態を示す図。
【図11】本発明の第7の実施の形態を示す図。
【図12】本発明の第8の実施の形態を示す図。
【図13】本発明の第9の実施の形態を示す図。
【図14】本発明の第9の実施の形態を示す図。
【図15】本発明の第10の実施の形態を示す図。
【図16】PWMサイクロコンバータのPWM手法の一
例を示す図。
【図17】PWMサイクロコンバータのPWM手法の一
例を示す図。
【図18】PWMサイクロコンバータのPWM手法の一
例を示す図。
【図19】PWMサイクロコンバータのPWM手法の一
例を示す図。
【符号の説明】
1 三相交流電源 2 フィルタ 3,3A,3B,3C PWMサイクロコ
ンバータ(変換器) 4,4A 負荷 5 IGBT 6 ダイオード 7,7A,7B,7C,7D リアクトル 8A,8B,8C,8D 電流センサ 9,9A,9B,9C 加算器 10,10A,10B,10C,10D,10E,10
F,10G,10H,10I,10J,10K,10
L,10M 減算器 11,11A,11B 電流制御増幅
器 12A,12B スイッチ 13 スイッチ選択ロ
ジック 14 電流偏差増幅器 15A,15B PWMロジック 16A,16B 加算器 17 零相電流補正コ
ントローラ 18 電圧指令信号発
生器 19,19A,19B,19C,19D パルス幅変調器 20,20A,20B ソータ 21,21A,21B 線間電圧指令演
算器 22A,22B,22C,22F,22G 三相/二相
変換器 22D,22E,22H 二相/三相変換
器 23A,23B,23C 回転座標変換器 24A,24B,24C 逆回転座標変換
器 25A,25B 電流偏差補正コ
ントローラ 26,26A,26B ゲイン 27 電流制御コント
ローラ 28A,28B,28C 電流バランスコ
ントローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H750 AA03 AA04 AA09 BA06 BA09 BB12 CC06 CC08 CC16 DD01 GG04

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】双方向スイッチn*m個で構成されるn入
    力m出力PWMサイクロコンバータの単位変換器p個
    (n,m,pはそれぞれ2以上の整数)の各相出力端子
    をリアクトルを介して並列接続し、全体としてm個の出
    力端子を持つように構成した多重PWMサイクロコンバー
    タ。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の発明において、並列接続
    用リアクトルは各出力端子毎にコアを共有することを特
    徴とする多重PWMサイクロコンバータ。
  3. 【請求項3】請求項1に記載の発明において、各単位変
    換器の各出力相に電流センサを設けて電流を検出し,電
    流のアンバランスに応じて各単位変換器に対する出力電
    圧指令を補正することを特徴とする多重PWMサイクロコ
    ンバータ。
  4. 【請求項4】複数のPWMサイクロコンバータの出力を
    リアクトルを介して並列結合した三相出力多重変換器に
    おいて、各単位変換器の出力電流に対して零相分電流を
    検出し、単位変換器間の零相分電流偏差に応じて,もし
    くは各単位変換器の零相分電流値に応じて各単位変換器
    への電圧指令を補正することを特徴とする多重PWMサ
    イクロコンバータ。
  5. 【請求項5】複数のPWMサイクロコンバータの出力を
    リアクトルを介して並列結合した三相出力多重変換器に
    おいて、各単位変換器の出力電流に対して三相/二相変
    換及び回転座標変換を行い、単位変換器間のd軸電流偏
    差及びq軸電流偏差に応じて各単位変換器に対するd軸
    電圧指令,q軸電圧指令を補正することを特徴とする多
    重PWMサイクロコンバータ。
  6. 【請求項6】複数のPWMサイクロコンバータの出力を
    リアクトルを介して並列結合した三相出力多重変換器に
    おいて、各単位変換器の出力電流に対して三相/二相変
    換及び回転座標変換を行い、各単位変換器のd軸電流と
    変換器全体のd軸平均電流との差、及び各単位変換器の
    q軸電流と変換器全体のq軸平均電流との差に応じて各
    単位変換器に対するd軸電圧指令,q軸電圧指令を補正
    することを特徴とする多重PWMサイクロコンバータ。
  7. 【請求項7】請求項5または請求項6に記載の変換器に
    おいて、さらに各単位変換器の出力電流の零相分を検出
    し、零相分の3分の1を各相出力電流から減じて補正し
    た出力電流に対して三相/二相変換及び回転座標変換を
    行うことを特徴とする多重PWMサイクロコンバータ。
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