JP2003289671A - 三相pwm整流器の制御装置 - Google Patents
三相pwm整流器の制御装置Info
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Abstract
ップルや直流電圧の変動成分を低減することができる三
相PWM整流器の制御回路を提供することにある。 【解決手段】 直流出力端子P,N間に接続されている
コンデンサCoに流れる電流を検出し、出力される電流
検出信号iD から高周波成分がローパスフィルタ117
により除去され、さらに、高周波成分が除去された電流
検出信号iD が遅延積分器120にフィルタ信号として
入力されて系統交流電源の1周期間遅延された補正信号
とこのフィルタ信号とをそれぞれ系統交流電源の同位相
毎に加算された新たな補正信号iRが生成され、予め設
定しておいた制御ゲインを掛けて補正信号iRのゲイン
調整が行われ、第1の基準電流振幅信号I* からゲイン
調整された補正信号iRを引いて第1の基準電流振幅信
号I* を補正する。
Description
流電力を直流電力に変換する三相PWM整流器に関し、
特に、入力される交流波形に同期した直流出力リップル
を低減するように制御する三相PWM整流器の制御装置
に関する。
やバッテリー充電器などに広く用いられている。
の電源として用いる場合、出力電圧リップルに対する評
価雑音を数mVから数10mVに抑える必要がある。こ
の評価雑音は、50Hzから5000Hzまでのリップ
ル成分に重みを付けて加算したもので、この重みは、例
えば『安藤電気株式会社製 雑音レベル測定器 AD−
9430形 説明書 1−1頁』に記載されている。
M整流器を参照してその基本的な動作を説明する。交流
入力端子R,S,Tには、図示しない三相の系統交流電
源が接続される。
圧がそれぞれ交流リアクトルLA,LB,LCに入力さ
れ、交流リアクトルLA,LB,LCからの系統交流電
圧がそれぞれスイッチング素子QA1,QA2,QB
1,QB2,QC1,QC2とダイオードDA1,DA
2,DB1,DB2,DC1,DC2により直流電圧に
整流され、さらに、コンデンサCoにより平滑されて直
流出力端子P,Nを介して図示しない負荷に直流電力が
出力される。
ンサCoの端子間電圧を検出し、直流電圧検出信号Vo
を出力する。
準出力電圧信号V* から直流電圧検出信号Voを引いた
差信号ΔVが誤差増幅器111に出力される。さらに、
誤差増幅器111では、この差信号ΔVが誤差増幅され
て基準電流振幅信号I* として乗算器112A〜112
Cに出力される。なお、基準電流振幅信号I* は、基準
出力電圧信号V* に対して、直流電圧検出信号Voが大
きいときに、小さい数値となる。
B,100Cは、交流入力端子R,S,Tに入力される
系統交流電圧を検出し、それぞれ交流電圧検出信号v
A,vB,vCを出力する。乗算器112A〜112C
では、それぞれ交流電圧検出信号vA〜vCと基準電流
振幅信号I* とが乗算されて基準交流電流信号IA* ,
IB* ,IC* が減算器113A〜113Cに出力され
る。
B,101Cは、交流入力端子R,S,Tに流れる系統
交流電流を検出し、それぞれ交流電流検出信号iA,i
B,iCを出力する。減算器113A〜113Cでは、
それぞれ基準交流電流信号IA* ,IB* ,IC* から
交流電流検出信号iA ,iB ,iC を引いた差信号
ΔIA,ΔIB,ΔICが誤差増幅器114A〜114
Cに出力される。
は、この差信号ΔIA,ΔIB,ΔICが誤差積分され
て基準電圧信号VA* ,VB* ,VC* として比較器1
15A〜115Cに出力される。なお、誤差増幅器11
1および114A〜114Cは比例積分制御器などとす
る。
流周波数(例えば50Hz)よりも充分に周波数が高い
例えば24kHzの三角波からなる比較波Hが発生され
て比較器115A〜115Cに出力されている。比較器
115A〜115Cでは、基準電圧信号VA* ,VB*
,VC* と比較波Hとの電圧における大小関係が比較
され、図14に示すように、前者が大きいときは1、そ
れ以外は0となる比較信号SA,SB,SCがゲート駆
動回路103A〜103Cに出力される。
は、比較器115Aからの比較信号SAが入力され、比
較信号SAが1のとき、スイッチング素子QA1を導通
させ、比較信号SAが0のとき、スイッチング素子QA
2を導通させるオンオフ信号をそれぞれスイッチング素
子QA1,QA2に出力する。なお、他のゲート駆動回
路103B,103Cは、ゲート駆動回路103Aと同
様に動作するので、その説明を省略する。
R,S,Tに供給される図示しない三相の系統交流電源
からの交流電力が直流電力に変換され、直流出力端子
P,Nから図示しない負荷に給電される。この際、直流
電圧検出信号Voが予め設定しておいた基準出力電圧信
号V* よりも小さい時に基準電流振幅信号I* が大きく
なるように制御され、さらに、その基準電流振幅信号I
* の大きさに従った力率1の系統交流電流が三相の系統
交流電源から交流入力端子R,S,Tに供給される。
PWM整流器の過渡特性を改善した第2の従来の三相P
WM整流器の構成を示す図である。
相PWM整流器に対して、誤差増幅器111と乗算器1
12A〜112Cとの間に減算器119を付加し、電流
検出器104、ローパスフィルタ117、比例ゲイン1
18を新たに設けたことにあり、その他の構成は図13
に示す第1の従来の三相PWM整流器の構成と同様であ
り、同一構成には同一符号を付して示している。
出力端子P,N間に接続されたコンデンサCoに流れる
電流を検出して電流検出信号iD をローパスフィルタ1
17に出力する。
04から出力される電流検出信号iD から高周波成分を
除去したフィルタ信号を出力するアナログフィルタであ
る。
17から出力されるフィルタ信号に対して、予め設定し
ておいた制御ゲインを掛けて新たなフィルタ信号を生成
して減算器119に出力する。
力される基準電流振幅信号I* から制御ゲインが掛けら
れたフィルタ信号を引いて、この差を新たな基準電流振
幅信号I* ´として乗算器112A〜112Cに出力す
る。
れば、電流検出器104により直流出力端子P,N間に
接続されているコンデンサCoに流れる電流を検出し、
出力される電流検出信号iD から高周波成分が除去され
制御ゲインを掛けたフィルタ信号を生成しておき、基準
電流振幅信号I* からフィルタ信号を引いて基準電流振
幅信号I* を補正するので、直流出力端子P,N間に接
続されたコンデンサCoに流れる充放電電流を基準電流
振幅信号I* にフィードバックすることができ、コンデ
ンサCoによる充放電を抑え、直流出力電圧の変動を抑
えることができるという利点を有している。
子R,S,Tに供給されている三相の系統交流電圧にア
ンバランスなどが生じた場合、直流出力端子P,Nから
出力される直流出力電圧に系統交流周波数または系統交
流周波数の整数倍の周波数を主成分とする直流電圧脈動
が生じる。
間のばらつきを低減することができ、さらに、制御回路
を構成する部品点数を削減することができるという効果
がある。
た場合、直流電圧検出器102や電流検出器104には
検出分解能があり、例えば10ビットのA/D変換器を
用いると、10ビットのA/D変換器はフルスケールに
対して0.1%以下を読めない。
出力端子P,Nから出力される直流出力電圧が350V
になるように制御する場合、直流電圧検出器102の検
出範囲を0〜400Vとすると、0.4V以下の電圧脈
動を制御回路が検出できない。従って、直流出力電圧の
脈動は、理論上0.4V以下にすることができないとい
った問題があった。
力端子P,N間に接続されているコンデンサCoに流れ
る充放電時の電流リップルが零になるようにフィードバ
ックすることで、直流出力電圧の脈動を低減するように
している。
流を電流検出器104により検出してアナログフィルタ
であるローパスフィルタ117に入力する場合、ローパ
スフィルタ117により遅延が生じるので、比例ゲイン
118に設定する制御ゲインを大きくできないといった
問題があった。一方、ローパスフィルタ117の遅れ時
間を小さくすると、電流検出器104の入力に低周波数
の電圧脈動を含むスイッチングリップルが重畳するとい
った問題があった。
その目的としては、直流出力電圧に重畳される直流リッ
プルや直流電圧の変動成分を低減することができる三相
PWM整流器の制御回路を提供することにある。
上記課題を解決するため、三相交流入力端子からの三相
交流を入力し、複数のスイッチ素子をオンオフして前記
三相交流を直流電力に変換し、前記直流電力をコンデン
サを接続した直流出力端子から出力する三相PWM整流
器において、前記直流出力端子間に接続されたコンデン
サの電流を検出して電流検出信号を出力する電流検出器
と、この電流検出信号を入力して高周波成分を取り除い
たフィルタ信号を出力するアナログフィルタと、補正信
号を前記三相交流の1周期分記憶する記憶手段と、前記
フィルタ信号を1周期前のタイミングの補正信号に加算
し、これを新たな補正信号として前記記憶手段に記憶す
る遅延積分手段と、前記遅延積分手段から出力される補
正信号を用いて前記スイッチ素子のオンオフ時比率を演
算する演算手段とを備えたことを要旨とする。
るため、前記遅延積分手段は、入力信号を前記三相交流
の1周期間遅延させて出力信号として出力する遅延演算
手段と、該遅延演算手段からの出力信号と前記アナログ
フィルタからのフィルタ信号とを前記三相交流の同位相
毎に加算して加算信号を出力する加算手段と、を有し、
該加算手段からの加算信号を該遅延演算手段の入力信号
とするとともに、前記補正信号として出力することを要
旨とする。
るため、前記遅延積分手段は、入力信号を前記三相交流
の1周期間遅延させて出力信号として出力する遅延演算
手段と、該遅延演算手段からの出力信号と前記アナログ
フィルタからのフィルタ信号とを前記三相交流の同位相
毎に加算して加算信号を出力する加算手段と、を有し、
該加算手段からの加算信号を該遅延演算手段の入力信号
にして、該遅延演算手段からの出力信号を前記補正信号
として出力することを要旨とする。
るため、前記遅延積分手段は、前記三相交流の1周期を
Tとし、このTよりも充分短い時間をΔTとするとき、
入力信号を(T−ΔT)間遅延させて出力信号として出
力する遅延演算手段と、該遅延演算手段からの出力信号
を入力信号として入力してΔT間遅延させて出力信号と
して出力する遅延手段と、該遅延手段からの出力信号と
前記アナログフィルタからのフィルタ信号とを該系前記
三相交流の同位相毎に加算して加算信号を出力する加算
手段と、を有し、該加算手段からの加算信号を該遅延演
算手段の入力信号にして、該遅延演算手段からの出力信
号を前記補正信号として出力することを要旨とする。
るため、前記遅延積分手段は、入力信号を前記三相交流
の1周期間遅延させて出力信号として出力する遅延演算
手段と、該遅延演算手段からの出力信号と前記アナログ
フィルタからのフィルタ信号とを前記三相交流の同位相
毎に加算して加算信号を出力する加算手段と、カットオ
フ周波数が前記三相交流の周波数よりも低く設定され、
該加算手段からの加算信号を入力信号として入力して低
周波数成分を抽出した信号を出力信号として出力するフ
ィルタと、該加算手段からの加算信号と該フィルタから
の出力信号とを減算して減算信号を出力する減算手段
と、を有し、該減算手段からの減算信号を該遅延演算手
段の入力信号とするとともに、前記補正信号として出力
することを要旨とする。
るため、前記遅延積分手段は、入力信号を前記三相交流
の1周期間遅延させて出力信号として出力する遅延演算
手段と、カットオフ周波数が搬送波周波数の約1/2に
設定され、該遅延演算手段からの出力信号を入力信号と
して入力して高周波成分を除去した信号を出力信号とし
て出力するフィルタと、該フィルタからの出力信号と前
記アナログフィルタからのフィルタ信号とを前記三相交
流の同位相毎に加算して加算信号を出力する加算手段
と、を有し、該加算手段からの加算信号を該遅延演算手
段の入力信号にして、該遅延演算手段からの出力信号を
前記補正信号として出力することを要旨とする。
るため、前記遅延演算手段は、前記交流電圧検出手段か
ら出力された交流電圧検出信号の極性を示す符号信号を
出力する符号検出手段と、該符号信号の1周期間に入力
される制御クロックを計数して周期クロック数を出力す
る周期計数手段と、前記制御クロックを計数して書込ア
ドレスを出力する書込アドレス計数手段と、該書込アド
レスから該周期クロック数を引いた値を読出アドレスと
して算出する減算手段と、前記制御クロックの周期毎
に、該書込アドレスにより入力信号を書き込むととも
に、該読出アドレスにより入力信号を読み出して出力信
号として出力するメモリ手段とを有することを要旨とす
る。
を参照して説明する。
1の実施の形態に係る三相PWM整流器10の構成を示
す図である。
図示しない三相の系統交流電源に接続されている交流入
力端子R,S,Tと、図示しない負荷に接続されている
直流出力端子P,Nが設けられている。三相の系統交流
電源から交流入力端子R,S,Tに力率1で交流電力を
入力して直流電力に変換し、直流出力端子P,Nから負
荷に直流電力を供給する。
力端子R,S,Tからの系統交流電圧がそれぞれ入力さ
れる交流リアクトルLA,LB,LCと、交流リアクト
ルLA,LB,LCからの系統交流電圧をそれぞれ入力
してオンオフ信号に応じて直流電圧に整流する、例え
ば、IGBTのスイッチング素子QA1,QA2,QB
1,QB2,QC1,QC2と、それぞれのスイッチン
グ素子のコレクタ−エミッタ間に逆方向に接続されたダ
イオードDA1,DA2,DB1,DB2,DC1,D
C2と、スイッチング素子およびダイオードにより整流
された電圧を平滑するコンデンサCoで構成される。
交流入力端子R,S,Tからの系統交流電圧をそれぞれ
検出して交流電圧検出信号VA,VB,VCを出力する
交流電圧検出器100A,100B,100Cと、交流
入力端子R,S,Tに流れる系統交流電流をそれぞれ検
出して交流電流検出信号IA,IB,ICを出力する交
流電流検出器101A,101B,101Cと、コンデ
ンサCoの端子間電圧を検出して直流電圧検出信号Vo
を出力する直流電圧検出器102と、コンデンサCoに
流れる電流を検出して電流検出信号iD を出力する電流
検出器104と、後述する制御回路20に設けられた比
較器115A〜115Cからの比較信号SA,SB,S
Cに応じてオンオフ信号をスイッチング素子QA1,Q
A2,QB1,QB2,QC1,QC2に出力するゲー
ト駆動回路103A〜103Cと、制御回路20で構成
される。制御回路20には、減算器110、誤差増幅器
111、ローパスフィルタ117、比例ゲイン118、
減算器119、乗算器112A〜112C、減算器11
3A〜113C、誤差増幅器114A〜114C、比較
器115A〜115C、比較波発生器116に加えて、
遅延積分器120が設けられている。
出力電圧信号V* から直流電圧検出信号Voを引いた差
信号ΔVを誤差増幅器111に出力する。誤差増幅器1
11は、この差信号ΔVを誤差増幅して第1の基準電流
振幅信号I* を増幅器119に出力する。
04から出力された検出電流信号iD から高周波成分を
除去したフィルタ信号を出力するアナログフィルタであ
る。
17から出力されるフィルタ信号に補正を加えて補正信
号iRとして比例ゲイン118に出力する。この遅延積
分器120は、補正信号を三相交流の1周期分記憶する
記憶手段を構成し、ローパスフィルタ117から出力さ
れるフィルタ信号を1周期前のタイミングの補正信号に
加算し、これを新たな補正信号として前記記憶手段に記
憶するように動作するものである。
差増幅器111、減算器119、乗算器112A〜11
2C、減算器113A〜113C、誤差増幅器114A
〜114Cを構成しており、上述した遅延積分器120
から出力される補正信号を用いてスイッチング素子QA
1,QA2,QB1,QB2,QC1,QC2のオンオ
フ時比率を演算する演算手段を構成している。
120には、ローパスフィルタ117から出力されるフ
ィルタ信号と系統交流電源の1周期前のタイミングの補
正信号をそれぞれ系統交流電源の同位相毎に加算して加
算信号を生成するとともに、この加算信号を補正信号i
Rとして出力する加算器122と、加算器122からの
加算信号を入力して系統交流電源の1周期間遅延させて
補正信号として加算器122に出力する遅延演算器12
1とが設けられている。
0は、加算器122から出力される加算信号を補正信号
iRとして出力するようにして構成されている。
交流電源の1周期間遅延させて加算器122に出力する
ために、複数の遅延器123を直列接続するようにして
構成されており、遅延器123は系統交流電源の周波数
よりも充分短い時間の遅延を行う。ディジタル制御を行
う場合、この遅延時間を制御周期とすればよく、制御周
波数を例えば24kHzとし、系統交流周波数を例えば
50Hzとすると、480個の遅延器123により遅延
演算器121を実現することができる。なお、遅延演算
器121として480ワードのメモリを用いてもよい。
ら出力される補正信号iRに対して、予め設定しておい
た制御ゲインを掛けて補正信号iRのゲイン調整を行い
減算器119に出力する。
出力される第1の基準電流振幅信号I* から比例ゲイン
118によりゲイン調整された補正信号iRを引いてこ
の差を第2の基準電流振幅信号I*’として乗算器11
2A〜112Cに出力する。
出器100A,100B,100Cから出力される交流
電圧検出信号vA,vB,vCと、減算器119から出
力される第2の基準電流振幅信号I*’とをそれぞれ乗
算して基準交流電流信号IA*,IB* ,IC* を減算
器113A〜113Cに出力する。
準交流電流信号IA* ,IB* ,IC* から交流電流検
出信号iA ,iB ,iC を引いた差信号ΔIA,Δ
IB,ΔICを誤差増幅器114A〜114Cに出力す
る。
信号ΔIA,ΔIB,ΔICを誤差積分して基準電圧信
号VA* ,VB* ,VC* として比較器115A〜11
5Cに出力する。
(例えば50Hz)よりも充分に周波数が高い例えば2
4kHzの三角波からなる比較波Hを発生して比較器1
15A〜115Cに出力する。比較器115A〜115
Cは、基準電圧信号VA* ,VB* ,VC* と比較波H
とを比較し、図14に示すように、前者が大きいときは
1、それ以外は0となる比較信号SA,SB,SCをゲ
ート駆動回路103A〜103Cに出力する。
整流器10の動作について説明する。
圧がそれぞれ交流リアクトルLA,LB,LCに入力さ
れ、交流リアクトルLA,LB,LCからの系統交流電
圧をスイッチング素子QA1,QA2,QB1,QB
2,QC1,QC2とダイオードDA1,DA2,DB
1,DB2,DC1,DC2により直流電圧に整流さ
れ、さらに、コンデンサCoにより平滑されて直流出力
端子P,Nに出力される。
たコンデンサCoの端子間電圧は、直流電圧検出器10
2により検出され直流電圧検出信号Voとして減算器1
10に出力される。減算器110では、予め設定してお
いた基準出力電圧信号V* から直流電圧検出信号Voを
引いた差信号ΔVが誤差増幅器111に出力される。さ
らに、誤差増幅器111では、この差信号ΔVが誤差増
幅されて第1の基準電流振幅信号I* が減算器119に
出力される。なお、第1の基準電流振幅信号I* は、基
準出力電圧信号V* に対して、直流電圧検出信号Voが
大きいときに、小さい数値となる。
コンデンサCoに流れる電流は、電流検出器104によ
り検出され電流検出信号iD としてローパスフィルタ1
17に出力される。さらに、ローパスフィルタ117で
は、電流検出器104により出力された電流検出信号i
D から高周波成分を除去したフィルタ信号が遅延積分器
120に出力される。
117から出力されるフィルタ信号と遅延演算器121
から出力される系統交流電源の1周期前のタイミングの
補正信号を加算器122によりそれぞれ系統交流電源の
同位相毎に加算して加算信号を生成し、加算器122か
らの加算信号を遅延演算器121に入力して系統交流電
源の1周期間遅延させて補正信号として加算器122に
出力するとともに、この加算信号を補正信号iRとして
比例ゲイン118に出力する。
から出力される補正信号iRに対して、予め設定してお
いた制御ゲインを掛けて補正信号iRのゲイン調整が行
われ減算器119に出力される。
出力される第1の基準電流振幅信号I* から比例ゲイン
118から出力される補正信号iRが引かれてこの差を
第2の基準電流振幅信号I*’として乗算器112A〜
112Cに出力される。
る系統交流電圧は、交流電圧検出器100A,100
B,100Cにより検出されそれぞれ交流電圧検出信号
vA,vB,vCとして乗算器112A〜112Cに出
力される。
交流電圧検出信号vA〜vCと第2の基準電流振幅信号
I*’とが乗算されて基準交流電流信号IA* ,IB*
,IC* が減算器113A〜113Cに出力される。
からスイッチング素子QA1,QA2,QB1,QB
2,QC1,QC2に供給されているそれぞれの系統交
流電流は、交流電流検出器101A,101B,101
Cにより検出され交流電流検出信号iA,iB,iCと
して出力される。減算器113A〜113Cでは、それ
ぞれ基準交流電流信号IA* ,IB* ,IC* から交流
電流検出信号iA,iB,iCを引いた差信号ΔIA,
ΔIB,ΔICが誤差増幅器114A〜114Cに出力
される。
は、この差信号ΔIA,ΔIB,ΔICが誤差積分され
て基準電圧信号VA* ,VB* ,VC* として比較器1
15A〜115Cに出力される。
流周波数(例えば50Hz)よりも充分に周波数が高い
例えば24kHzの三角波からなる比較波Hが発生され
て比較器115A〜115Cに出力されている。比較器
115A〜115Cでは、基準電圧信号VA* ,VB*
,VC* と比較波Hとの電圧の大小関係が比較され、
図14に示すように、前者が大きいときは1、それ以外
は0となる比較信号SA,SB,SCがゲート駆動回路
103A〜103Cに出力される。
は、比較器115Aから出力される比較信号SAが入力
され、比較信号SAが1のとき、スイッチング素子QA
1を導通させ、比較信号SAが0のとき、スイッチング
素子QA2を導通させるオンオフ信号をそれぞれスイッ
チング素子QA1,QA2に出力する。なお、他のゲー
ト駆動回路103B,103Cも、ゲート駆動回路10
3Aと同様に動作するので、その説明を省略する。
ば、電流検出器104により直流出力端子P,N間に接
続されているコンデンサCoに流れる電流を検出し、出
力される電流検出信号iD から高周波成分がローパスフ
ィルタ117により除去され、さらに、高周波成分が除
去された電流検出信号iD が遅延積分器120にフィル
タ信号として入力されて系統交流電源の1周期間遅延さ
れた補正信号とこのフィルタ信号とをそれぞれ系統交流
電源の同位相毎に加算された新たな補正信号iRが生成
され、予め設定しておいた制御ゲインを掛けて補正信号
iRのゲイン調整が行われ、第1の基準電流振幅信号I
* から補正信号iRを引いて第1の基準電流振幅信号I
* を補正するので、直流出力端子P,N間に接続された
コンデンサCoに流れる充放電電流を第2の基準電流振
幅信号I*’にフィードバックすることができる。
た補正信号iRに制御ゲインを掛けられた補正信号iR
を用いて、第1の基準電流振幅信号I* を補正すること
により、基準電圧信号VA* ,VB* ,VC* が変化し
て、オン期間のパルス幅の比率を表す時比率が制御され
る。
れる場合(iD>0)、コンデンサCoの端子間電圧が
上昇する向きでリップルが発生する。すなわち、スイッ
チング素子とダイオードとで構成される整流器は交流電
流を流し過ぎたことになる。この図4では、系統交流電
源の特定の位相で、常にコンデンサCoを充電する向き
に電流が流れる場合、遅延積分器120の出力がプラス
に増大する。これにより、この特定位相で第2の基準電
流振幅信号I*’を絞ることが達成でき、コンデンサC
oの電流リップルを低減することができる。
Coの直流出力端子P,Nに発生した電圧10mVの直
流リップル(図4(a))に注目すると、電圧10mV
の直流リップルは数周期(例えば4T)後に5mV(図
4(b))以下まで低減することができる。
220は、第1の実施の形態に係る三相PWM整流器1
0における遅延積分器120の変形例である。
分器220のように、加算器122から出力される加算
信号を遅延演算器121により系統交流電源の1周期間
遅延させて補正信号iRとして出力するとともに、遅延
演算器121から出力される補正信号iRを加算器12
2に入力するように構成されている。
117から出力されるフィルタ信号と系統交流電源の1
周期間遅延させた補正信号iRを加算器122によりそ
れぞれ系統交流電源の同位相毎に加算して加算信号を生
成し、加算器122から出力される加算信号を系統交流
電源の1周期間遅延させて補正信号として加算器122
に出力するとともに、補正信号iRとして出力する。
た補正信号iRに制御ゲインを掛けられた補正信号iR
を用いて、第1の基準電流振幅信号I* を補正すること
により、基準電圧信号VA* ,VB* ,VC* が変化し
て、時比率が制御される。
れる場合(iD>0)、コンデンサCoの端子間電圧が
上昇する向きでリップルが発生する。すなわち、スイッ
チング素子とダイオードとで構成される整流器は交流電
流を流し過ぎたことになる。系統交流電源の特定の位相
で、常にコンデンサCoを充電する向きに電流が流れる
場合、遅延積分器220の出力がプラスに増大する。こ
れにより、この特定位相で第2の基準電流振幅信号I
*’を絞ることが達成でき、コンデンサCoの電流リッ
プルを低減することができる。
高周波成分が除去された電流検出信号iD が遅延積分器
220にフィルタ信号として入力されて系統交流電源の
1周期間遅延された補正信号とこのフィルタ信号とをそ
れぞれ系統交流電源の同位相毎に加算された新たな補正
信号iRが生成され、予め設定しておいた制御ゲインを
掛けて補正信号iRのゲイン調整が行われ、第1の基準
電流振幅信号I* から補正信号iRを引いて第1の基準
電流振幅信号I* を補正するので、直流出力端子P,N
間に接続されたコンデンサCoに流れる充放電電流を第
2の基準電流振幅信号I*’にフィードバックすること
ができる。
の形態に係る三相PWM整流器10の構成は、図3に示
す遅延積分器120に代わって、図6に示す遅延積分器
230を用いることにある。
遅延積分器230のように、加算器122から出力され
る加算信号を複数の遅延器123により系統交流電源の
1周期間よりも2個の遅延器124による2制御同期分
短かく遅延させて遅延信号iRとして出力するととも
に、最後段に設けられた遅延器123から出力される遅
延信号iRを2個の遅延器124により2制御周期分だ
け遅延させた後に加算器122に補正信号として入力す
るように構成されている。この2個の遅延器124は、
ローパスフィルタ117による遅れ時間に相当する時間
(2制御周期分)だけ補正信号iRを遅延させて加算器
122に出力するように構成されている。
117から出力されるフィルタ信号と、複数の直列接続
されている遅延器123から出力される補正信号iRが
2個の遅延器124により2制御周期分だけ遅延させた
後に補正信号として加算器122に入力され、フィルタ
信号とこの補正信号をそれぞれ系統交流電源の同位相毎
に加算された新たな補正信号が生成され、加算器122
から出力される加算信号が複数の直列接続されている遅
延器123により系統交流電源の1周期間よりも2個の
遅延器124による2制御同期分短かく遅延させて補正
信号iRとして比例ゲイン118に出力される。
タ117から遅延積分器230に出力されるフィルタ信
号が示されている。一方、図7(b)には、複数の直列
接続されている遅延器123により構成されている遅延
演算器121から出力される補正信号iRが示され、さ
らに、ローパスフィルタ117による遅れ時間に相当す
る時間だけ遅延させて2個の遅延器124から加算器1
22に出力した補正信号を示している。
た補正信号iRに制御ゲインを掛けられた補正信号iR
を用いて、第1の基準電流振幅信号I* を補正すること
により、基準電圧信号VA* ,VB* ,VC* が変化し
て、時比率が制御される。
れる場合(iD>0)、コンデンサCoの端子間電圧が
上昇する向きでリップルが発生する。すなわち、スイッ
チング素子とダイオードとで構成される整流器は交流電
流を流し過ぎたことになる。この図7では、系統交流電
源の特定の位相で、常にコンデンサCoを充電する向き
に電流が流れる場合、遅延積分器230の出力がプラス
に増大する。これにより、この特定位相で第2の基準電
流振幅信号I*’を絞ることが達成でき、コンデンサC
oの電流リップルを低減することができる。
算器121から出力される補正信号iRを2制御周期分
だけ遅延して加算器122に出力する2個の遅延器12
4を設けることで、ローパスフィルタ117による遅れ
時間を補正することができる。なお、遅延器124は2
個に限ったことではない。
の形態に係る三相PWM整流器10の構成は、図3に示
す遅延積分器120に代わって、図8に示す遅延積分器
240を用いることにある。
は、誤差増幅器111と遅延積分器120の二つの積分
器を有しており、この二つの積分器から出力される信号
に付加されている符合が異なる場合、遅延積分器120
から出力される補正信号iRが増大して発散することが
考えられる。
徴は、図3に示す遅延積分器120の構成に加えて、加
算器122から出力される加算信号から直流成分を抽出
して直流成分の符号を反転して減算器127に出力する
ローパスフィルタ125を設けたことにある。
波数が系統交流周波数(例えば50Hz)よりも低く設
定された急峻な遮断特性を有するIIR(Infinite Imp
ulseResponse )フィルタから構成されており、加算器
122から出力される加算信号から直流成分を抽出して
符号を反転して減算器127に出力する。
スフィルタ117から出力されるフィルタ信号と第1の
補正信号をそれぞれ系統交流電源の同位相毎に加算して
加算信号を生成する加算器122と、加算器122から
の加算信号から第2の補正信号を引いて減算信号を生成
する第1の減算器128と、第1の減算器128からの
第1の減算信号に所定のゲインを掛けるゲイン器126
と、第1の減算信号に所定のゲインを掛けた後に1制御
周期分だけ遅延した信号を第2の補正信号として第1の
減算器128に出力する遅延器124と、加算器122
からの加算信号から遅延器124により出力された第2
の補正信号を引いて第2の減算信号を生成するととも
に、この第2の減算信号を補正信号iRとして出力する
第2の減算器127と、第2の減算器127からの補正
信号iRを系統交流電源の1周期間遅延させて第1の補
正信号として加算器122に出力する遅延演算器121
とが設けられている。
号に含まれる直流成分は、ローパスフィルタ125によ
り抽出されてこの直流成分を第2の減算信号として第2
の減算器127に与えるようにしている。
第1の減算器128からの第1の減算信号にゲイン器1
26により所定のゲインを掛けた後に遅延器124によ
り1制御周期分だけ遅延した信号を第2の補正信号とし
て第1の減算器128に出力するので、加算器122か
ら出力される加算信号に含まれる直流成分を抽出するこ
とができる。さらに、第2の減算器127では、加算器
122から出力される加算信号から直流成分を引くの
で、第2の減算器127から直流成分が除去された補正
信号iRが出力される。
成分が除去された信号が出力され、遅延積分器240か
ら出力される補正信号iRが直流的に発散することを防
止することができる。
の形態に係る三相PWM整流器10の構成は、図6に示
す遅延積分器230に代わって、図9に示す遅延積分器
250を用いることにある。
遅延積分器250のように、遅延器124、ゲイン器1
30、加算器131により構成されるローパスフィルタ
129を有することにある。
波数が制御周波数(例えば24KHz)の約1/2程度
に設定されたFIR(Finite Impulse Response )フィ
ルタから構成されており、遅延演算器121からの補正
信号iRが4個の直列接続されている遅延器124に制
御周期毎にシフトされて入力され、それぞれの遅延器1
24に接続されているそれぞれのゲイン器130を介し
てそれぞれの補正信号iRにゲイン(k0,k1,k2)が掛
けらる。ただし、ゲイン(k0,k1,k2)には、以下の
(1)式に示される関係がある。
加算され、最後に加算器122に入力され、ローパスフ
ィルタ117から出力されるフィルタ信号とこの補正信
号をそれぞれ系統交流電源の同位相毎に加算された新た
な補正信号が生成され、加算信号が遅延演算器121に
より系統交流電源の1周期間遅延された後に補正信号i
Rとして比例ゲイン118に出力される。
延積分器230を用いた場合に、コンデンサCoの直流
出力端子P,Nに急峻な直流リップルが発生する様子が
示されている。
積分器250を用いた場合に、コンデンサCoの直流出
力端子P,Nから減衰特性を有する直流リップルが発生
する様子が示されている。この結果、遅延積分器250
から出力される補正信号iRに制御周波数の半分程度以
上の高周波成分が重畳されることを防止することができ
る。
の形態に係る三相PWM整流器10の構成は、図3,
5,6,8,9に示す遅延演算器121に代わって、図
11に示す遅延器300を用いることにある。
ュアルポートRAM310、周期演算器320から構成
されている。
INを書込アドレスA1に従ってデータD1に記憶する
とともに、読出アドレスA2に従って記憶されているデ
ータD2を読み出して出力信号OUTとして出力する。
カウンタ323、ラッチ325、カウンタ327、減算
器329から構成されている。
検出器100Aにより交流入力端子Rに入力される系統
交流電圧を検出して出力された交流電圧検出信号vAを
Vinとして入力し、交流電圧検出信号vAが0V以上
の正の場合に符号S=1を出力し、それ以外は符号S=
0を出力する。
カウント値をリセットした後、入力される制御CLK
(例えば24KHz)をカウントしてカウント値CNT
をラッチ325に出力する。
力される符号Sが0から1に切替わったタイミングで、
カウンタ323によりカウントされたカウント値CNT
の値Nを保持する。
をカウントしてカウント値を書込アドレスA1としてデ
ュアルポートRAM310と減算器329に出力する。
される書込アドレスA1と、ラッチ325から出力され
る値Nとに基づいて、書込アドレスA1から値Nを引い
て読出アドレスA2を算出し、デュアルポートRAM3
10に出力する。
参照して、遅延器300の動作について説明する。
圧検出器100Aにより交流入力端子Rに入力される系
統交流電圧を検出して出力された交流電圧検出信号vA
をVinとして入力し、図12に示すように、交流電圧
検出信号vAが0V以上の正の場合に符号S=1を出力
し、それ以外は符号S=0を出力する。
号に応じてカウント値をリセットした後、入力される制
御CLKをカウントしてカウント値CNTをラッチ32
5に出力する。さらに、ラッチ325は、符号検出器3
21から出力される符号Sが0から1に切替わったタイ
ミングで、カウンタ323によりカウントされたカウン
ト値CNTの値Nを保持する。例えば、この値Nは、系
統交流電源の1周期間に相当する値であって、この値N
に制御CLKの周期を乗算することにより系統交流電源
の1周期が知れる。
制御CLKをカウントしてカウント値を書込アドレスA
1としてデュアルポートRAM310と減算器329に
出力する。そして、減算器329は、カウンタ327か
ら出力される書込アドレスA1と、ラッチ325からの
値Nとに基づいて、以下に示される(2)式から読出ア
ドレスA2を算出し、デュアルポートRAM310に出
力する。
(2)この結果、デュアルポートRAM310
では、入力信号INを書込アドレスA1に従ってデータ
D1を記憶するとともに、読出アドレスA2に従って記
憶されているデータD2を読み出して出力信号OUTと
して出力するので、例えば系統交流電源の周波数が変動
した場合でも、系統交流電源の周波数の変動に応じて最
新の値N分の遅延動作が可能になるので、系統交流電源
の周波数に応じて変動する周期的な直流出力電圧に重畳
される直流リップルを低減することができる。
Hz系から60Hz系に変更された場合でも、変更後の
系統交流電源の周波数に応じて変動する周期的な直流リ
ップルを低減することができる。
力端子間に接続されたコンデンサによる充放電を抑え、
出力直流電圧の変動を抑えることができ、かつ、周期的
に発生する直流出力電圧の脈動などの直流リップルを低
減することができる。
端子間に接続されたコンデンサに流れる充放電電流を第
2の基準電流振幅信号にフィードバックすることができ
る。この結果、直流出力端子間に接続されたコンデンサ
による充放電を抑え、出力直流電圧の変動を抑えること
ができ、かつ、周期的に発生する直流出力電圧の脈動な
どの直流リップルを低減することができる。
流器10の構成を示す図である。
の接続関係を示す図である。
の接続関係を示す図である。
の出力波形(b)を示す図である。
における遅延積分器の変形例を示す図である。
流器10における遅延積分器230の構成を示す図であ
る。
に出力されるフィルタ信号(a)と、遅延積分器230
から出力される補正信号iR(b)を示す図である。
流器10における遅延積分器240の構成を示す図であ
る。
流器10における遅延積分器250の構成を示す図であ
る。
れる直流リップル(a)と、ローパスフィルタ129が
ある場合に出力される直流リップル(b)の様子を示す
図である。
整流器10における遅延器300の構成を示す図であ
る。
タイミングチャートである。
図である。
明するためのタイミングチャートである。
図である。
イッチング素子 DA1,DA2,DB1,DB2,DC1,DC2 ダ
イオード
Claims (7)
- 【請求項1】 三相交流入力端子からの三相交流を入力
し、複数のスイッチ素子をオンオフして前記三相交流を
直流電力に変換し、前記直流電力をコンデンサを接続し
た直流出力端子から出力する三相PWM整流器におい
て、 前記直流出力端子間に接続されたコンデンサの電流を検
出して電流検出信号を出力する電流検出器と、 この電流検出信号を入力して高周波成分を取り除いたフ
ィルタ信号を出力するアナログフィルタと、 補正信号を前記三相交流の1周期分記憶する記憶手段
と、 前記フィルタ信号を1周期前のタイミングの補正信号に
加算し、これを新たな補正信号として前記記憶手段に記
憶する遅延積分手段と、 前記遅延積分手段から出力される補正信号を用いて前記
スイッチ素子のオンオフ時比率を演算する演算手段とを
備えたことを特徴とする三相PWM整流器の制御装置。 - 【請求項2】 前記遅延積分手段は、 入力信号を前記三相交流の1周期間遅延させて出力信号
として出力する遅延演算手段と、 該遅延演算手段からの出力信号と前記アナログフィルタ
からのフィルタ信号とを前記三相交流の同位相毎に加算
して加算信号を出力する加算手段と、を有し、 該加算手段からの加算信号を該遅延演算手段の入力信号
とするとともに、前記補正信号として出力することを特
徴とする請求項1に記載の三相PWM整流器の制御装
置。 - 【請求項3】 前記遅延積分手段は、 入力信号を前記三相交流の1周期間遅延させて出力信号
として出力する遅延演算手段と、 該遅延演算手段からの出力信号と前記アナログフィルタ
からのフィルタ信号とを前記三相交流の同位相毎に加算
して加算信号を出力する加算手段と、を有し、 該加算手段からの加算信号を該遅延演算手段の入力信号
にして、該遅延演算手段からの出力信号を前記補正信号
として出力することを特徴とする請求項1に記載の三相
PWM整流器の制御装置。 - 【請求項4】 前記遅延積分手段は、 前記三相交流の1周期をTとし、このTよりも充分短い
時間をΔTとするとき、入力信号を(T−ΔT)間遅延
させて出力信号として出力する遅延演算手段と、 該遅延演算手段からの出力信号を入力信号として入力し
てΔT間遅延させて出力信号として出力する遅延手段
と、 該遅延手段からの出力信号と前記アナログフィルタから
のフィルタ信号とを該系前記三相交流の同位相毎に加算
して加算信号を出力する加算手段と、を有し、 該加算手段からの加算信号を該遅延演算手段の入力信号
にして、該遅延演算手段からの出力信号を前記補正信号
として出力することを特徴とする請求項2に記載の三相
PWM整流器の制御装置。 - 【請求項5】 前記遅延積分手段は、 入力信号を前記三相交流の1周期間遅延させて出力信号
として出力する遅延演算手段と、 該遅延演算手段からの出力信号と前記アナログフィルタ
からのフィルタ信号とを前記三相交流の同位相毎に加算
して加算信号を出力する加算手段と、 カットオフ周波数が前記三相交流の周波数よりも低く設
定され、該加算手段からの加算信号を入力信号として入
力して低周波数成分を抽出した信号を出力信号として出
力するフィルタと、 該加算手段からの加算信号と該フィルタからの出力信号
とを減算して減算信号を出力する減算手段と、を有し、 該減算手段からの減算信号を該遅延演算手段の入力信号
とするとともに、前記補正信号として出力することを特
徴とする請求項2に記載の三相PWM整流器の制御装
置。 - 【請求項6】 前記遅延積分手段は、 入力信号を前記三相交流の1周期間遅延させて出力信号
として出力する遅延演算手段と、 カットオフ周波数が搬送波周波数の約1/2に設定さ
れ、該遅延演算手段からの出力信号を入力信号として入
力して高周波成分を除去した信号を出力信号として出力
するフィルタと、 該フィルタからの出力信号と前記アナログフィルタから
のフィルタ信号とを前記三相交流の同位相毎に加算して
加算信号を出力する加算手段と、を有し、 該加算手段からの加算信号を該遅延演算手段の入力信号
にして、該遅延演算手段からの出力信号を前記補正信号
として出力することを特徴とする請求項2に記載の三相
PWM整流器の制御装置。 - 【請求項7】 前記遅延演算手段は、 前記交流電圧検出手段から出力された交流電圧検出信号
の極性を示す符号信号を出力する符号検出手段と、 該符号信号の1周期間に入力される制御クロックを計数
して周期クロック数を出力する周期計数手段と、 前記制御クロックを計数して書込アドレスを出力する書
込アドレス計数手段と、 該書込アドレスから該周期クロック数を引いた値を読出
アドレスとして算出する減算手段と、 前記制御クロックの周期毎に、該書込アドレスにより入
力信号を書き込むとともに、該読出アドレスにより入力
信号を読み出して出力信号として出力するメモリ手段と
を有することを特徴とする請求項2乃至6記載の三相P
WM整流器の制御装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2002087969A JP4003501B2 (ja) | 2002-03-27 | 2002-03-27 | 三相pwm整流器の制御装置 |
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