JP2003309980A - 電力変換装置 - Google Patents
電力変換装置Info
- Publication number
- JP2003309980A JP2003309980A JP2002108918A JP2002108918A JP2003309980A JP 2003309980 A JP2003309980 A JP 2003309980A JP 2002108918 A JP2002108918 A JP 2002108918A JP 2002108918 A JP2002108918 A JP 2002108918A JP 2003309980 A JP2003309980 A JP 2003309980A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power converter
- current
- transformer
- function
- output
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Abstract
(57)【要約】
【課題】 電力変換器の交流端に変圧器が接続されてい
る電力変換装置において、検出系のオフセットに影響さ
れることなく、変圧器の偏磁状態を確実に検出するとと
もに変圧器の偏磁を抑制することにある。 【解決手段】 電力変換器１と、フィルタ２を介して接
続される変圧器３と、電力変換器の交流端の電圧を制御
する制御装置（変圧器の二次電圧指令発生器１１、二次
電圧制御器１２、電力変換器出力電流制御器１３）から
なる電力変換装置において、電力変換器出力電圧補正器
３２を設け、関数発生器３１により発生され、変圧器が
直流的に偏磁した場合に発生するピーク電流と相関度の
強い関数Ｆと電力変換器の出力電流から変圧器の偏磁方
向と強さを検出するとともに、検出結果に基づき電力変
換器の出力電圧補正値を出力し、電力変換器出力電流制
御器の出力から出力電圧補正値を減じることにより、変
圧器の直流偏磁を抑制する。
る電力変換装置において、検出系のオフセットに影響さ
れることなく、変圧器の偏磁状態を確実に検出するとと
もに変圧器の偏磁を抑制することにある。 【解決手段】 電力変換器１と、フィルタ２を介して接
続される変圧器３と、電力変換器の交流端の電圧を制御
する制御装置（変圧器の二次電圧指令発生器１１、二次
電圧制御器１２、電力変換器出力電流制御器１３）から
なる電力変換装置において、電力変換器出力電圧補正器
３２を設け、関数発生器３１により発生され、変圧器が
直流的に偏磁した場合に発生するピーク電流と相関度の
強い関数Ｆと電力変換器の出力電流から変圧器の偏磁方
向と強さを検出するとともに、検出結果に基づき電力変
換器の出力電圧補正値を出力し、電力変換器出力電流制
御器の出力から出力電圧補正値を減じることにより、変
圧器の直流偏磁を抑制する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力変換装置に係
り、特に、スイッチング素子によって構成され、直流を
交流に変換する電力変換器および交流を直流に変換する
電力変換器の交流側に接続される変圧器の直流偏磁を検
出し、抑制する技術に関する。
り、特に、スイッチング素子によって構成され、直流を
交流に変換する電力変換器および交流を直流に変換する
電力変換器の交流側に接続される変圧器の直流偏磁を検
出し、抑制する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、交流を直流に変換する電力変換
器や直流を交流に変換する電力変換器の交流側には、電
源や負荷と電力変換器の絶縁を取るためや、所要の交流
電圧および電流を得るために変圧器が接続される。電力
変換器は、交流から直流を得たり、逆に直流から交流を
得ることができるが、電圧検出系や電流検出系および制
御系に含まれる直流成分（オフセット成分）や、電力変
換器を構成するスイッチング素子のスイッチング速度の
ばらつきなどにより、交流出力電圧に直流成分が含まれ
ることがある。変圧器の入力電圧に直流成分が含まれて
いると、変圧器を構成している磁性材料の飽和により励
磁インダクタンスが極端に減少し、（１）過大な励磁電
流が流れる、（２）変圧器の出力電圧が歪む、（３）磁
気騒音が大きくなる、などの現象が発生する。電力変換
器に接続された変圧器の直流偏磁を抑制する方法として
は、特開２０００−２３１２６９号公報があり、変圧器
の電流を積算する期間を制限することにより、電流検出
系のドリフト（オフセットおよびオフセットの時間的変
化）による直流偏差の影響を低減する方法が記載されて
いる。
器や直流を交流に変換する電力変換器の交流側には、電
源や負荷と電力変換器の絶縁を取るためや、所要の交流
電圧および電流を得るために変圧器が接続される。電力
変換器は、交流から直流を得たり、逆に直流から交流を
得ることができるが、電圧検出系や電流検出系および制
御系に含まれる直流成分（オフセット成分）や、電力変
換器を構成するスイッチング素子のスイッチング速度の
ばらつきなどにより、交流出力電圧に直流成分が含まれ
ることがある。変圧器の入力電圧に直流成分が含まれて
いると、変圧器を構成している磁性材料の飽和により励
磁インダクタンスが極端に減少し、（１）過大な励磁電
流が流れる、（２）変圧器の出力電圧が歪む、（３）磁
気騒音が大きくなる、などの現象が発生する。電力変換
器に接続された変圧器の直流偏磁を抑制する方法として
は、特開２０００−２３１２６９号公報があり、変圧器
の電流を積算する期間を制限することにより、電流検出
系のドリフト（オフセットおよびオフセットの時間的変
化）による直流偏差の影響を低減する方法が記載されて
いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前記の公知例において
は、オフセットの影響を小さくすることはできるが、原
理的にオフセットの影響を零にすることはできない。こ
のため、オフセットが大きい場合には、十分な偏磁抑制
効果は期待できない。
は、オフセットの影響を小さくすることはできるが、原
理的にオフセットの影響を零にすることはできない。こ
のため、オフセットが大きい場合には、十分な偏磁抑制
効果は期待できない。
【０００４】本発明の課題は、電力変換器の交流端に変
圧器が接続されている電力変換装置において、検出系の
オフセットに影響されることなく、変圧器の偏磁状態を
確実に検出するとともに変圧器の偏磁を抑制することに
ある。
圧器が接続されている電力変換装置において、検出系の
オフセットに影響されることなく、変圧器の偏磁状態を
確実に検出するとともに変圧器の偏磁を抑制することに
ある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、電力変換器の出力電流に、偏磁電流と相関が強く、
直流成分および基本波成分および負荷に起因する高調波
との相関がない関数を乗じた結果から電力変換器の出力
電流から変圧器の偏磁の強さおよび方向を検出し、この
検出値に基づいて電力変換器の交流出力を補正し、変圧
器の直流偏磁を抑制する。
に、電力変換器の出力電流に、偏磁電流と相関が強く、
直流成分および基本波成分および負荷に起因する高調波
との相関がない関数を乗じた結果から電力変換器の出力
電流から変圧器の偏磁の強さおよび方向を検出し、この
検出値に基づいて電力変換器の交流出力を補正し、変圧
器の直流偏磁を抑制する。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態であ
る電力変換装置を示す。本実施形態は、直流電圧源２０
と、直流電源２１を直流電圧源とし、スイッチング素子
により構成され、直流を交流に変換する電力変換器１
と、リアクトルおよびコンデンサからなり、電力変換器
１の出力する出力電圧に含まれる高周波成分を除去する
フィルタ回路２と、フィルタ回路２の出力電圧を一次入
力電圧とする変圧器３と、変圧器３の二次側に接続され
る負荷装置４と、変圧器３の二次電圧を検出する電圧検
出器５と、電圧検出器５の出力が二次電圧指令発生器１
１の出力する出力電圧指令と一致するように電力変換器
１の出力電流指令を発生する二次電圧制御器１２と、電
力変換器１の出力電流を検出する電流検出器６と、二次
電圧制御器１２の出力と電流検出器６の出力が一致する
ように電力変換器１の出力電圧を調整する電力変換器出
力電流制御器１３と、偏磁電流の検出に用いる関数Ｆを
出力する関数発生装置３１と、電流検出器６の出力と関
数発生装置３１の出力から出力電圧補正値を演算する電
力変換器出力電圧補正器３２と、電力変換器出力電流制
御器１３の発生する電力変換器出力電圧指令から電力変
換器出力電圧補正器３２の出力を減じる減算器１５と、
減算器１５の出力に基づいて電力変換器１を構成するス
イッチング素子のスイッチング状態を制御する制御パル
スを出力するパルス発生器１４からなる電力変換装置で
ある。
る電力変換装置を示す。本実施形態は、直流電圧源２０
と、直流電源２１を直流電圧源とし、スイッチング素子
により構成され、直流を交流に変換する電力変換器１
と、リアクトルおよびコンデンサからなり、電力変換器
１の出力する出力電圧に含まれる高周波成分を除去する
フィルタ回路２と、フィルタ回路２の出力電圧を一次入
力電圧とする変圧器３と、変圧器３の二次側に接続され
る負荷装置４と、変圧器３の二次電圧を検出する電圧検
出器５と、電圧検出器５の出力が二次電圧指令発生器１
１の出力する出力電圧指令と一致するように電力変換器
１の出力電流指令を発生する二次電圧制御器１２と、電
力変換器１の出力電流を検出する電流検出器６と、二次
電圧制御器１２の出力と電流検出器６の出力が一致する
ように電力変換器１の出力電圧を調整する電力変換器出
力電流制御器１３と、偏磁電流の検出に用いる関数Ｆを
出力する関数発生装置３１と、電流検出器６の出力と関
数発生装置３１の出力から出力電圧補正値を演算する電
力変換器出力電圧補正器３２と、電力変換器出力電流制
御器１３の発生する電力変換器出力電圧指令から電力変
換器出力電圧補正器３２の出力を減じる減算器１５と、
減算器１５の出力に基づいて電力変換器１を構成するス
イッチング素子のスイッチング状態を制御する制御パル
スを出力するパルス発生器１４からなる電力変換装置で
ある。
【０００７】図１においては、負荷装置４に安定した交
流電圧を供給するため、変圧器３の二次電圧を検出し、
二次電圧制御器１２により電圧検出器５の出力が二次電
圧指令発生器１１の出力する出力電圧指令に一致するよ
うに電力変換器出力電流指令を出力するとともに、電力
変換器１の出力電流を検出し、電力変換器出力電流制御
器１３により電流検出器６の出力が電力変換器出力電流
指令と一致するように電力変換器１の出力電圧を調整し
ている。また、電力変換器出力電圧補正器３２では、関
数発生器３１により発生され、変圧器３が直流的に偏磁
した場合に発生するピーク電流と相関度の強い関数Ｆと
電力変換器１の出力電流から変圧器３の偏磁方向と強さ
を検出するとともに、検出結果に基づき電力変換器１の
出力電圧補正値を出力する。電力変換器出力電流制御器
１３の出力から出力電圧補正値を減じることにより、変
圧器３の直流偏磁を抑制する。
流電圧を供給するため、変圧器３の二次電圧を検出し、
二次電圧制御器１２により電圧検出器５の出力が二次電
圧指令発生器１１の出力する出力電圧指令に一致するよ
うに電力変換器出力電流指令を出力するとともに、電力
変換器１の出力電流を検出し、電力変換器出力電流制御
器１３により電流検出器６の出力が電力変換器出力電流
指令と一致するように電力変換器１の出力電圧を調整し
ている。また、電力変換器出力電圧補正器３２では、関
数発生器３１により発生され、変圧器３が直流的に偏磁
した場合に発生するピーク電流と相関度の強い関数Ｆと
電力変換器１の出力電流から変圧器３の偏磁方向と強さ
を検出するとともに、検出結果に基づき電力変換器１の
出力電圧補正値を出力する。電力変換器出力電流制御器
１３の出力から出力電圧補正値を減じることにより、変
圧器３の直流偏磁を抑制する。
【０００８】二次電圧指令発生器１１の二次出力電圧指
令、二次電圧制御器１２の出力電流指令および電力変換
器電流制御器の出力は、直流成分を含まない交流成分の
みであり、当然のとこながら、電力変換器１の出力電
圧、電流、変圧器３の二次出力電圧、電流も交流成分の
みに制御される。すなわち、直流成分が零となるように
制御される。このため、変圧器３に直流電圧が印加され
ることはない。ところが、出力電流の検出系を構成する
電流検出器６や、制御系を構成している制御器１２，１
３には微量ながら直流成分が含まれ、検出した成分にオ
フセット成分、すなわち本来は存在しない直流成分が重
畳した状態で諸量が検出される。検出系および制御系に
直流成分が重畳していると、電力変換器１の出力電流に
直流成分が含まれていないのにも係わらず、あたかも直
流成分が存在しているかのように見える。このため、電
流制御系は重畳しているオフセット成分が零になるよう
に電力変換器１の出力電圧を制御する。フィルタ回路２
では直流成分は除去されないから、電力変換器１の出力
した直流成分は変圧器３の一次巻線に印加される。この
結果、変圧器一次入力電圧にも直流成分が重畳され、変
圧器３の鉄心は直流偏磁を起こす。変圧器３の鉄心が直
流偏磁を起こすと、励磁インダクタンスが極端に低下す
るため、図２に示すように、変圧器電圧の零クロス付近
で過大なピーク電流（点線）が流れる。このような現象
を抑制するには、電力変換器１の出力電流に含まれてい
る変圧器鉄心の直流偏磁によって発生するピーク電流成
分を検出し、これが抑制されるようにすなわち電力変換
器１の出力電圧に含まれる直流成分が減少する方向に出
力電圧を制御すればよい。しかしながら、電力変換器１
の出力電流には、直流偏磁に伴うピーク電流の他に、フ
ィルタ回路２に流れる電流および負荷電流（二次電流を
変圧器巻数比倍したもの）が重畳した電流となる。特に
負荷電流は、負荷の状態により変化するため、電力変換
器１の出力電流から直流偏磁に伴うピーク電流のみを確
実に検出することは困難を極める。変圧器３の直流偏磁
の有無を検出する方法として、電力変換器１の出力電流
に含まれれる直流成分を検出する方式が考えられるが、
電流検出系にはオフセットの影響があるため、直流成分
を正確に検出することは事実上不可能である。オフセッ
トの影響を排除し、偏磁電流を検出する方向として前述
の公知例があるが、この方式は、オフセット成分の影響
を小さくしているに過ぎず、オフセット成分の大きさに
よっては、偏磁電流を検出できないことがある。また
は、偏磁していないにも拘らず偏磁しているかのように
検出してしまうこともある。
令、二次電圧制御器１２の出力電流指令および電力変換
器電流制御器の出力は、直流成分を含まない交流成分の
みであり、当然のとこながら、電力変換器１の出力電
圧、電流、変圧器３の二次出力電圧、電流も交流成分の
みに制御される。すなわち、直流成分が零となるように
制御される。このため、変圧器３に直流電圧が印加され
ることはない。ところが、出力電流の検出系を構成する
電流検出器６や、制御系を構成している制御器１２，１
３には微量ながら直流成分が含まれ、検出した成分にオ
フセット成分、すなわち本来は存在しない直流成分が重
畳した状態で諸量が検出される。検出系および制御系に
直流成分が重畳していると、電力変換器１の出力電流に
直流成分が含まれていないのにも係わらず、あたかも直
流成分が存在しているかのように見える。このため、電
流制御系は重畳しているオフセット成分が零になるよう
に電力変換器１の出力電圧を制御する。フィルタ回路２
では直流成分は除去されないから、電力変換器１の出力
した直流成分は変圧器３の一次巻線に印加される。この
結果、変圧器一次入力電圧にも直流成分が重畳され、変
圧器３の鉄心は直流偏磁を起こす。変圧器３の鉄心が直
流偏磁を起こすと、励磁インダクタンスが極端に低下す
るため、図２に示すように、変圧器電圧の零クロス付近
で過大なピーク電流（点線）が流れる。このような現象
を抑制するには、電力変換器１の出力電流に含まれてい
る変圧器鉄心の直流偏磁によって発生するピーク電流成
分を検出し、これが抑制されるようにすなわち電力変換
器１の出力電圧に含まれる直流成分が減少する方向に出
力電圧を制御すればよい。しかしながら、電力変換器１
の出力電流には、直流偏磁に伴うピーク電流の他に、フ
ィルタ回路２に流れる電流および負荷電流（二次電流を
変圧器巻数比倍したもの）が重畳した電流となる。特に
負荷電流は、負荷の状態により変化するため、電力変換
器１の出力電流から直流偏磁に伴うピーク電流のみを確
実に検出することは困難を極める。変圧器３の直流偏磁
の有無を検出する方法として、電力変換器１の出力電流
に含まれれる直流成分を検出する方式が考えられるが、
電流検出系にはオフセットの影響があるため、直流成分
を正確に検出することは事実上不可能である。オフセッ
トの影響を排除し、偏磁電流を検出する方向として前述
の公知例があるが、この方式は、オフセット成分の影響
を小さくしているに過ぎず、オフセット成分の大きさに
よっては、偏磁電流を検出できないことがある。また
は、偏磁していないにも拘らず偏磁しているかのように
検出してしまうこともある。
【０００９】そこで、本実施形態では、直流成分および
基本波成分との相関がなく、直流偏磁に伴うピーク電流
成分との相関が強い関数Ｆとインバータ出力電流とを乗
じ、乗じた結果の平均値により偏磁電流の大きさを方向
を検出する。ここで、関数同士の相関について説明す
る。ある関数Ｇ（ｔ）とＨ（ｔ）に含まれる周波数成分
およびその周波数成分の位相が密な場合を相関が強い
（共通の周波数成分を有し、位相も同じ）と言い、これ
らが疎である場合を相関がない（全く関係ない：周波
数、位相が一致していない）と言う。すなわち、ある関
数Ｇ(ｔ)と最も相関の強い関数は、Ｇ（ｔ）自身であ
り、Ｇ(ｔ)と相関がない関数は、Ｇ（ｔ）に含まれない
周波数成分からなる関数もしくは、Ｇ（ｔ）に含まれる
周波数成分を有するが、これらの周波数成分の位相は互
いに直交関係にある関数である。関数Ｆの直流成分に対
する相関および関数Ｆの基本波成分に対する相関は、な
いことが理想的であるが、直流偏磁に伴うピーク電流成
分との相関の強さに対して、無視または十分小さければ
偏磁抑制を行うことが可能である。例えば、電力変換器
出力電流の検出系で検出される直流成分（オフセットお
よび誤差を含む）をＡ、基本波の実効値（誤差を含む）
をＢ、直流偏磁に伴うピーク電流の実効値をＨとし、検
出関数Ｆの直流成分に対する相関の強さをＡＦ、基本波
に対する相関の強さをＢＦ、偏磁に伴うピーク電流に対
する相関の強さをＨＦとすると、偏磁の方向と強さを表
す値は、 Ａ×ＡＦ＋Ｂ×ＢＦ＋Ｈ×ＨＦ で表される。偏磁抑制を行うには、Ｈ×ＨＦに対し、Ａ
ｍ×ＡＦおよびＢｍ×ＢＦが無視または十分小さければ
よい。ただし、Ａｍを電力変換器の制御装置の有するオ
フセットの最大値（制御器および検出器の精度によって
決まる。）、Ｂｍを電力変換器の最大出力電流（出力容
量によって決まる。）とし、検出誤差として無視できる
レベルを例えばＸ（装置の規模、制御対象に依存する
が、概ね５〜１０％程度と考える。）、偏磁電流の最小
検出レベル（偏磁電流検出精度）をＨｍとすれば、 Ｘ×（Ｈｍ×ＨＦ）＞Ａｍ×ＡＦ Ｘ×（Ｈｍ×ＨＦ）＞Ｂｍ×ＢＦ を満たすように、すなわち、各成分に対する相関が ＡＦ＜Ｘ×Ｈｍ×ＨＦ／Ａｍ ＢＦ＜Ｘ×Ｈｍ×ＨＦ／Ｂｍ を満たせば、偏磁電流の検出に影響を与えない。よっ
て、直流成分、基本波成分および偏磁に伴うピーク電流
に対する相関が上記を満たす関数Ｆを用いればよい。
基本波成分との相関がなく、直流偏磁に伴うピーク電流
成分との相関が強い関数Ｆとインバータ出力電流とを乗
じ、乗じた結果の平均値により偏磁電流の大きさを方向
を検出する。ここで、関数同士の相関について説明す
る。ある関数Ｇ（ｔ）とＨ（ｔ）に含まれる周波数成分
およびその周波数成分の位相が密な場合を相関が強い
（共通の周波数成分を有し、位相も同じ）と言い、これ
らが疎である場合を相関がない（全く関係ない：周波
数、位相が一致していない）と言う。すなわち、ある関
数Ｇ(ｔ)と最も相関の強い関数は、Ｇ（ｔ）自身であ
り、Ｇ(ｔ)と相関がない関数は、Ｇ（ｔ）に含まれない
周波数成分からなる関数もしくは、Ｇ（ｔ）に含まれる
周波数成分を有するが、これらの周波数成分の位相は互
いに直交関係にある関数である。関数Ｆの直流成分に対
する相関および関数Ｆの基本波成分に対する相関は、な
いことが理想的であるが、直流偏磁に伴うピーク電流成
分との相関の強さに対して、無視または十分小さければ
偏磁抑制を行うことが可能である。例えば、電力変換器
出力電流の検出系で検出される直流成分（オフセットお
よび誤差を含む）をＡ、基本波の実効値（誤差を含む）
をＢ、直流偏磁に伴うピーク電流の実効値をＨとし、検
出関数Ｆの直流成分に対する相関の強さをＡＦ、基本波
に対する相関の強さをＢＦ、偏磁に伴うピーク電流に対
する相関の強さをＨＦとすると、偏磁の方向と強さを表
す値は、 Ａ×ＡＦ＋Ｂ×ＢＦ＋Ｈ×ＨＦ で表される。偏磁抑制を行うには、Ｈ×ＨＦに対し、Ａ
ｍ×ＡＦおよびＢｍ×ＢＦが無視または十分小さければ
よい。ただし、Ａｍを電力変換器の制御装置の有するオ
フセットの最大値（制御器および検出器の精度によって
決まる。）、Ｂｍを電力変換器の最大出力電流（出力容
量によって決まる。）とし、検出誤差として無視できる
レベルを例えばＸ（装置の規模、制御対象に依存する
が、概ね５〜１０％程度と考える。）、偏磁電流の最小
検出レベル（偏磁電流検出精度）をＨｍとすれば、 Ｘ×（Ｈｍ×ＨＦ）＞Ａｍ×ＡＦ Ｘ×（Ｈｍ×ＨＦ）＞Ｂｍ×ＢＦ を満たすように、すなわち、各成分に対する相関が ＡＦ＜Ｘ×Ｈｍ×ＨＦ／Ａｍ ＢＦ＜Ｘ×Ｈｍ×ＨＦ／Ｂｍ を満たせば、偏磁電流の検出に影響を与えない。よっ
て、直流成分、基本波成分および偏磁に伴うピーク電流
に対する相関が上記を満たす関数Ｆを用いればよい。
【００１０】偏磁電流の大きさおよび方向に基づき、偏
磁電流が減衰ないしは零となるように電力変換器１の出
力電圧補正する出力電圧補正値を電力変換器出力電圧補
正器３２から発生し、これを電力変換器出力電流制御器
１３の出力から減じることにより、電力変換器１の出力
電圧に含まれる直流成分を抑制する。偏磁電流から出力
電圧補正値を発生する手段としては、例えばフィードバ
ック制御で広く用いられる比例制御器や比例積分制御器
が挙げられる。
磁電流が減衰ないしは零となるように電力変換器１の出
力電圧補正する出力電圧補正値を電力変換器出力電圧補
正器３２から発生し、これを電力変換器出力電流制御器
１３の出力から減じることにより、電力変換器１の出力
電圧に含まれる直流成分を抑制する。偏磁電流から出力
電圧補正値を発生する手段としては、例えばフィードバ
ック制御で広く用いられる比例制御器や比例積分制御器
が挙げられる。
【００１１】以下に上記の条件を満たす関数Ｆとして図
３に示すような関数を使用した場合を例にとって、その
動作を説明する。図３に示す関数Ｆは、変圧器３の直流
偏磁に伴うピーク電流に対する相関が高くなるように、
ピーク電流の発生する位相で、振幅１、幅Ｗ（Ｗは９０
°以下）のパルスと、前記のパルスと基本波の周期Ｔの
１／２周期内（Ｔ／２）に振幅−１、幅Ｗのパルスを有
する関数である。すなわち、図３に示す関数Ｆは（１）
のように表わせる。図３において、出力電圧一周期を２
πとし、 ０≦θａ，θｂ，θｃ，θｄ，θｅ，θｆ，θｇ，θｈ
≦２π また、θｅ＝θａ＋π，θｆ＝θｂ＋π，θｇ＝θｃ＋
π，θｈ＝θｄ＋π とすると、
３に示すような関数を使用した場合を例にとって、その
動作を説明する。図３に示す関数Ｆは、変圧器３の直流
偏磁に伴うピーク電流に対する相関が高くなるように、
ピーク電流の発生する位相で、振幅１、幅Ｗ（Ｗは９０
°以下）のパルスと、前記のパルスと基本波の周期Ｔの
１／２周期内（Ｔ／２）に振幅−１、幅Ｗのパルスを有
する関数である。すなわち、図３に示す関数Ｆは（１）
のように表わせる。図３において、出力電圧一周期を２
πとし、 ０≦θａ，θｂ，θｃ，θｄ，θｅ，θｆ，θｇ，θｈ
≦２π また、θｅ＝θａ＋π，θｆ＝θｂ＋π，θｇ＝θｃ＋
π，θｈ＝θｄ＋π とすると、
【数１】
１：θ≦θａ
０：θａ＜θ≦θｂ
−１：θｂ＜θ≦θｃ
０：θｃ＜θ≦θｄ
Ｆ＝｛１：θｄ＜θ≦θｅ （１）
０：θｅ＜θ≦θｆ
−１：θｆ＜θ≦θｇ
０：θｇ＜θ≦θｈ
１：θｈ＜θ≦２π
電力変換器出力電圧補正器３２では、出力電流と関数Ｆ
を乗じて得た出力の平均値を求め、偏磁状態を検出する
とともに、検出値を基に電力変換器出力電圧指令の補正
値を出力する。
を乗じて得た出力の平均値を求め、偏磁状態を検出する
とともに、検出値を基に電力変換器出力電圧指令の補正
値を出力する。
【００１２】本実施形態では、変圧器３の直流偏磁に伴
うピーク電流と関数Ｆが振幅１である位相が一致してい
るので、ピーク電流に対する相関が強く、効率よくピー
ク電流を検出でき、変圧器３の偏磁方向および偏磁の大
きさを精度良くかつ確実に検出することができる。一方
で、関数Ｆは直流成分を含まないので、出力電流検出値
に直流成分が含まれていても、直流成分は偏磁成分の検
出値、すなわち出力電流検出値と関数Ｆとの積の平均値
には全く影響を与えない。同様に、関数Ｆは電力変換器
１の基本波成分を含まないから、偏磁電流の検出値には
全く影響を与えない。これにより、検出系に直流成分が
含まれていても、また、基本波成分が含まれていても、
直流偏磁に伴うピーク電流を誤差なく、確実に検出する
ことができる。勿論、高調波を発生する負荷が変圧器の
二次側に接続されていたとしても、これらの負荷に起因
する高調波成分を含まないように関数Ｆを設定すれば、
同様の効果が得られる。例えば、ダイオードやサイリス
タのような半導体素子からなる整流負荷は、３次、５
次、７次、９次といった低次の高調波を多く含むことが
知られており、これらを含まないように関数Ｆを設定す
ればよい。また、三相の場合には３の整数倍の高調波は
含まず、５次、７次といった高調波を多く含むので、こ
れらを含まないように関数Ｆを設定すればよい。
うピーク電流と関数Ｆが振幅１である位相が一致してい
るので、ピーク電流に対する相関が強く、効率よくピー
ク電流を検出でき、変圧器３の偏磁方向および偏磁の大
きさを精度良くかつ確実に検出することができる。一方
で、関数Ｆは直流成分を含まないので、出力電流検出値
に直流成分が含まれていても、直流成分は偏磁成分の検
出値、すなわち出力電流検出値と関数Ｆとの積の平均値
には全く影響を与えない。同様に、関数Ｆは電力変換器
１の基本波成分を含まないから、偏磁電流の検出値には
全く影響を与えない。これにより、検出系に直流成分が
含まれていても、また、基本波成分が含まれていても、
直流偏磁に伴うピーク電流を誤差なく、確実に検出する
ことができる。勿論、高調波を発生する負荷が変圧器の
二次側に接続されていたとしても、これらの負荷に起因
する高調波成分を含まないように関数Ｆを設定すれば、
同様の効果が得られる。例えば、ダイオードやサイリス
タのような半導体素子からなる整流負荷は、３次、５
次、７次、９次といった低次の高調波を多く含むことが
知られており、これらを含まないように関数Ｆを設定す
ればよい。また、三相の場合には３の整数倍の高調波は
含まず、５次、７次といった高調波を多く含むので、こ
れらを含まないように関数Ｆを設定すればよい。
【００１３】なお、変圧器の入力電流を直接検出できる
場合には、電力変換器の出力電流に代えて変圧器の入力
電流を用い、変圧器の偏磁状態の検出に用いても同様の
効果が得られる。また、直流成分および基本波成分との
相関が低く、偏磁電流との相関が高ければ、変圧器の偏
磁検出に用いる関数Ｆの波形は、図３に示す波形でなく
ても良い。上述した実施形態においては、電力変換器出
力電流と関数Ｆを乗じることにより、偏磁方向および強
さを検出しているが、図３に示したように、１、０、−
１の三つのレベルからなる比較的簡単な関数の場合に
は、電力変換器出力電流と関数Ｆを乗じるに及ばず、積
算バッファーを設け、電力変換器出力電流をＦ＝１の場
合には、サンプリングした出力電流を加算し、Ｆ＝−１
の場合にはサンプリングした出力電流を減算することで
も同様の結果が得られる。本発明の実施形態として、直
流を単相交流に変換する電力変換器を用いて出力電圧を
制御する電力変換装置を例にとって説明したが、本発明
は、三相交流を含む多相交流の変圧器にも容易に適用可
能である。また、直流を交流に変換する電力変換器を用
いて交流出力電流を制御する電力変換装置や、交流を直
流に変換する電力変換装置を用いて交流入力電流および
直流電圧を制御する電力変換装置にも容易に適用可能で
ある。
場合には、電力変換器の出力電流に代えて変圧器の入力
電流を用い、変圧器の偏磁状態の検出に用いても同様の
効果が得られる。また、直流成分および基本波成分との
相関が低く、偏磁電流との相関が高ければ、変圧器の偏
磁検出に用いる関数Ｆの波形は、図３に示す波形でなく
ても良い。上述した実施形態においては、電力変換器出
力電流と関数Ｆを乗じることにより、偏磁方向および強
さを検出しているが、図３に示したように、１、０、−
１の三つのレベルからなる比較的簡単な関数の場合に
は、電力変換器出力電流と関数Ｆを乗じるに及ばず、積
算バッファーを設け、電力変換器出力電流をＦ＝１の場
合には、サンプリングした出力電流を加算し、Ｆ＝−１
の場合にはサンプリングした出力電流を減算することで
も同様の結果が得られる。本発明の実施形態として、直
流を単相交流に変換する電力変換器を用いて出力電圧を
制御する電力変換装置を例にとって説明したが、本発明
は、三相交流を含む多相交流の変圧器にも容易に適用可
能である。また、直流を交流に変換する電力変換器を用
いて交流出力電流を制御する電力変換装置や、交流を直
流に変換する電力変換装置を用いて交流入力電流および
直流電圧を制御する電力変換装置にも容易に適用可能で
ある。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
直流成分および基本波成分との相関が低く、偏磁電流と
の相関が高い関数Ｆと電力変換器の出力電流とを乗じる
ことにより、検出系に含まれるオフセット成分の影響、
負荷電流の影響を受けることなく、簡単かつ確実に変圧
器の偏磁方向および強さを検出することができ、また、
検出系のオフセット成分の影響、負荷電流の影響を受け
ることなく、変圧器の偏磁現象を確実に抑制することが
でき、安定かつ歪のない良質な交流出力電圧を得ること
ができる。
直流成分および基本波成分との相関が低く、偏磁電流と
の相関が高い関数Ｆと電力変換器の出力電流とを乗じる
ことにより、検出系に含まれるオフセット成分の影響、
負荷電流の影響を受けることなく、簡単かつ確実に変圧
器の偏磁方向および強さを検出することができ、また、
検出系のオフセット成分の影響、負荷電流の影響を受け
ることなく、変圧器の偏磁現象を確実に抑制することが
でき、安定かつ歪のない良質な交流出力電圧を得ること
ができる。
【図１】本発明の一実施形態である電力変換装置の構成
図
図
【図２】変圧器の直流偏磁に伴い発生するピーク電流を
示す図
示す図
【図３】本発明の変圧器の直流偏磁に伴い発生するピー
ク電流を検出するための関数の一例を示す図
ク電流を検出するための関数の一例を示す図
１…電力変換器、２…フィルタ回路、３…変圧器、４…
負荷、５…電圧検出器、６…電流検出器、１１…二次電
圧指令発生器、１２…二次電圧制御器、１３…電力変換
器出力電流制御器、１４…パルス発生器、１５…減算
器、３１…関数発生器、３２…電力変換器出力電圧補正
器
負荷、５…電圧検出器、６…電流検出器、１１…二次電
圧指令発生器、１２…二次電圧制御器、１３…電力変換
器出力電流制御器、１４…パルス発生器、１５…減算
器、３１…関数発生器、３２…電力変換器出力電圧補正
器
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 金子 貴志
茨城県ひたちなか市市毛1070番地 株式会
社日立製作所交通システム事業部水戸交通
システム本部内
(72)発明者 額賀 広治
茨城県ひたちなか市市毛1070番地 株式会
社日立製作所交通システム事業部水戸交通
システム本部内
Ｆターム(参考） 5H006 AA04 CA00 DA02 DB01 DC02
DC05 FA00 FA02
5H007 AA12 AA17 CA00 CB02 CC32
DA05 DA06 DB02 DC02 DC05
FA03 FA05
Claims (7)
- 【請求項１】 電力変換器と、前記電力変換器の交流端
に接続される変圧器と、前記電力変換器の交流端の電流
ないしは電圧の少なくとも一方を制御する制御装置から
なる電力変換装置において、 前記変圧器が磁気飽和して励磁インダクタンスが低下し
たときに発生するピーク電流と相関が強く、直流成分お
よび前記電力変換器の出力する交流の基本波成分との相
関がない関数を発生する関数発生手段と、前記関数発生
手段の出力と前記電力変換器の交流端の電流ないしは前
記変圧器の入力電流のいずれか一方に基づき前記変圧器
の偏磁状態を検出することを特徴とする電力変換装置。 - 【請求項２】 電力変換器と、前記電力変換器の交流端
に接続される変圧器と、前記電力変換器の交流端の電流
ないしは電圧の少なくとも一方を制御する制御装置から
なる電力変換装置において、 前記変圧器が磁気飽和して励磁インダクタンスが低下し
たときに発生するピーク電流と相関が強く、前記ピーク
電流に対する前記相関と比較して直流成分および前記電
力変換器の出力する交流の基本波成分との相関が十分弱
い関数を発生する関数発生手段と、前記関数発生手段の
出力と前記電力変換器の交流端の電流ないしは前記変圧
器の入力電流のいずれか一方に基づき前記変圧器の偏磁
状態を検出することを特徴とする電力変換装置。 - 【請求項３】 電力変換器と、前記電力変換器の交流端
に接続される変圧器と、前記電力変換器の交流端の電流
ないしは電圧の少なくとも一方を制御する制御装置から
なる電力変換装置において、 前記変圧器が磁気飽和して励磁インダクタンスが低下し
たときに発生するピーク電流と相関が強く、直流成分お
よび電力変換器の出力する交流の基本波成分との相関が
ない関数を発生する関数発生手段と、前記関数発生器の
出力と前記電力変換器の交流端の電流ないしは前記変圧
器の入力電流のいずれか一方との積の平均値を算出し、
前記変圧器の偏磁状態を検出することを特徴とする電力
変換装置。 - 【請求項４】 電力変換器と、前記電力変換器の交流端
に接続される変圧器と、前記電力変換器の交流端の電流
ないしは電圧の少なくとも一方を制御する制御装置から
なる電力変換装置において、 前記変圧器が磁気飽和して励磁インダクタンスが低下し
たときに発生するピーク電流と相関が強く、前記ピーク
電流に対する前記相関と比較して直流成分および前記電
力変換器の出力する交流の基本波成分との相関が十分弱
い関数を発生する関数発生手段と、前記関数発生手段の
出力と前記電力変換器の交流端の電流ないしは前記変圧
器の入力電流のいずれかとの積の平均値を算出し、前記
変圧器の偏磁状態を検出することを特徴とする電力変換
装置。 - 【請求項５】 請求項１から請求項４のいずれかにおい
て、前記関数発生手段の発生する関数は、前記励磁イン
ダクタンスが低下したときに発生するピーク電流と相関
が強く、直流成分、前記電力変換器の出力する交流の基
本波成分および前記変圧器の他端に接続される負荷装置
に起因する高調波成分との相関がない関数であることを
特徴とする電力変換装置。 - 【請求項６】 請求項１から請求項４のいずれかにおい
て、前記関数発生手段の発生する関数は、前記励磁イン
ダクタンスが低下したときに発生するピーク電流と相関
が強く、前記ピーク電流に対する前記相関と比較して直
流成分、前記電力変換器の出力する交流の基本波成分お
よび前記変圧器の他端に接続される負荷装置に起因する
高調波成分との相関が十分弱い関数であることを特徴と
する電力変換装置。 - 【請求項７】 請求項１から請求項６のいずれかにおい
て、前記変圧器の偏磁状態に応じて前記電力変換器の交
流出力を補正することを特徴とする電力変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002108918A JP3965622B2 (ja) | 2002-04-11 | 2002-04-11 | 電力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002108918A JP3965622B2 (ja) | 2002-04-11 | 2002-04-11 | 電力変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003309980A true JP2003309980A (ja) | 2003-10-31 |
| JP3965622B2 JP3965622B2 (ja) | 2007-08-29 |
Family
ID=29392524
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002108918A Expired - Lifetime JP3965622B2 (ja) | 2002-04-11 | 2002-04-11 | 電力変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3965622B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111756250A (zh) * | 2020-05-31 | 2020-10-09 | 中车永济电机有限公司 | 抑制高频全桥dc/dc变换器中变压器偏磁的控制方法 |
-
2002
- 2002-04-11 JP JP2002108918A patent/JP3965622B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111756250A (zh) * | 2020-05-31 | 2020-10-09 | 中车永济电机有限公司 | 抑制高频全桥dc/dc变换器中变压器偏磁的控制方法 |
| CN111756250B (zh) * | 2020-05-31 | 2022-08-05 | 中车永济电机有限公司 | 抑制高频全桥dc/dc变换器中变压器偏磁的控制方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3965622B2 (ja) | 2007-08-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10158315B2 (en) | Controller for AC rotating machine and controller for electric power steering | |
| JP4614439B2 (ja) | 無停電電源装置及びその入力電流制御方法 | |
| EP0680134B1 (en) | Apparatus for controlling converter having self-arc-extinction elements | |
| JPH1056739A (ja) | 電力変換装置 | |
| JP6443652B2 (ja) | 電力変換装置 | |
| JPH0728534A (ja) | 電力変換装置の制御装置 | |
| JP2003309980A (ja) | 電力変換装置 | |
| JP3530748B2 (ja) | 電力変換装置 | |
| JP5165916B2 (ja) | 偏磁抑制制御装置 | |
| JP4320228B2 (ja) | 自励式変換器の制御装置 | |
| JP2018207785A (ja) | 電力変換器 | |
| JP4607617B2 (ja) | 電力変換装置の制御装置 | |
| JP5955644B2 (ja) | インバータゲート制御回路および当該インバータゲート制御回路を備えたインバータ電源装置 | |
| JPH07298637A (ja) | インバータ装置 | |
| JP3463164B2 (ja) | 偏磁抑制制御装置を備えた電力変換装置 | |
| JP7306315B2 (ja) | 交流チョッパ回路の制御装置及び交流チョッパ回路の制御方法 | |
| JP2021100295A (ja) | 絶縁型ｄｃ／ｄｃコンバータおよび絶縁型ｄｃ／ｄｃコンバータの制御方法 | |
| JP2006136107A (ja) | 半導体電力変換装置、およびその偏磁制御方法 | |
| JPH10229682A (ja) | 電力変換装置の制御方法 | |
| JP6770656B1 (ja) | 電力変換装置 | |
| JP2001258264A (ja) | 電圧形自励式変換器の制御装置 | |
| JP2534035Y2 (ja) | インバータ用変圧器の偏磁防止回路 | |
| JP3223304B2 (ja) | 電力変換器の制御装置と自励式無効電力補償装置および直流送電システム | |
| JP3256814B2 (ja) | 多相電力変換器の制御装置 | |
| JP4851844B2 (ja) | 電力変換装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20040326 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041005 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041217 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060726 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070109 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070312 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070515 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070517 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 3965622 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100608 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110608 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110608 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120608 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120608 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130608 Year of fee payment: 6 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |