JP2004096911A - Pwm converter system - Google Patents

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Masamichi Ogasa
小笠　正道
Asaki Watanabe
渡邉　朝紀
Yukio Kadota
門田　行生
Yosuke Nakazawa
中沢　洋介
Kazuaki Yuki
結城　和明
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Toshiba Corp
Railway Technical Research Institute
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Toshiba Corp
Railway Technical Research Institute
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To restrain higher harmonic components from flowing to the reactor 13 of a filter circuit 14, in an active filter 15 for suppressing the the higher harmonics of the group of PWM converters 5 and 6. <P>SOLUTION: This system is equipped with a switching harmonic compensating converter 9, a fundamental wave harmonic compensating converter 11 connected in series to it, and a filter circuit 14, which consists of a capacitor 12 and a reactor 13 and to which a resistor 20 for attenuating the current flowing to the reactor is connected in series to the reactor, in parallel with main PWM converters 5 and 6 on the secondary side of a transformer 2; and this offsets the higher harmonics outputted by the group of main converters and flowing in and out of a power source 4, by means of the harmonic compensating converters 9 and 11 generating the higher harmonics having phases opposite to those of them, thereby reducing the leakage of higher harmonics to the AC power source side. This lessens the current, flowing to the filter circuit and lessens a harmonic current affecting the power source, by inserting the resistor 20 in series with the reactor 13 of the filter circuit 14. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＰＷＭコンバータシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、交流電源電圧を変換して直流電圧を作り出すコンバータ装置においては、ＰＷＭコンバータのスイッチングにより発生する電圧、電流高調波が交流電源系統に流れこみ、系統に接続された他機器の異常発熱を引き起こしたり、高周波電流が電源系統に流れることにより発生する電磁波により、テレビなどへの電波障害や信号機器の誤動作を招くことがあった。
【０００３】
これらを抑制するために、ＰＷＭコンバータにおいては、スイッチング周波数を高く設定したり、３レベルコンバータと呼ばれる高調波の少ない主回路方式が適用されたりしてきたが、電流高調波抑制効果が充分でなかった。
【０００４】
これに対して、電源系統に流れ出す高調波電流を完全に抑制する方法が、鉄道総合技術研究所報告（ＲＴＲＩレポートＶｏｌ．１２，Ｎｏ．１，１９９８）に記載されている。この提案されているＰＷＭコンバータシステムは、ＰＷＭコンバータのＰＷＭゲート信号と逆位相のゲート信号で動作する高調波補償器を変圧器の専用巻線に接続し、ＰＷＭコンバータの発生する高調波電流と、高調波補償器の発生する高調波電流とが変圧器の中で打ち消し合うようにし、この結果として、電源系統に接続された変圧器の一次巻線側には高調波が流れ出ない回路方式である。
【０００５】
その回路方式を図１１に示す。図１１に示すＰＷＭコンバータシステムは、交流電圧源１及びこの電源電圧を変圧する変圧器２と、変圧器２の出力巻線３，４に接続されたＰＷＭコンバータ５，６と、ＰＷＭコンバータ５，６の直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサ７と、変圧器２の追加巻線８に接続されたスイッチング高調波補償コンバータ９と、スイッチング高調波補償コンバータ９の直流電圧を維持する直流電圧源１０と、スイッチング高調波補償コンバータ９に直列に接続された基本波高調波補償コンバータ１１と、コンデンサ１２とリアクトル１３から成るフィルタ回路１４とから構成される。なお、この高調波補償コンバータ９，１１とフィルタ回路１４とによってアクティブフィルタ１５を構成する。また、１６はインバータ、１７は負荷としての交流電動機である。
【０００６】
この提案されているＰＷＭコンバータシステムでは、複数のコンバータ５，６により生じ、電源１へ流入出する高調波をスイッチング高調波補償コンバータ９と基本波高調波補償コンバータ１１とをアクティブフィルタ１５としてフィードフォワード的に動作させることにより、メインコンバータ群５，６が出力し、電源１へ流入出する高調波を相殺するため、電源１へ流入出する高調波を劇的に低減することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなＰＷＭコンバータシステムでも、変圧器においてＰＷＭコンバータの発生する高調波電流と高調波補償器が発生する高調波電流の打ち消し合いを行わせるため、ＰＷＭコンバータが接続された変圧器二次巻線及び高調波補償器が接続された専用巻線には高調波が流れこみ、その結果、変圧器には高調波電流による熱損失が発生し、冷却の必要から変圧器の重量増加、大型化が必要になってしまう。これにより、特に鉄道車両などへの適用において、重量物である変圧器を車両床下に搭載できれば低重心化によって車両の高速運転化が可能になるが、変圧器があまりに大型化、重量化すると車両床下の限られた空間に搭載することが困難になる問題点があった。
【０００８】
また、線路周りには信号、踏切などの安全に関する信号機器が設置されているが、高調波電流が流れている変圧器を線路に近い床下に配置すると、これらの信号機器を誤動作させる可能性が高くなってしまう問題点もあった。
【０００９】
また、アクティブフィルタ１５として動作する高調波補償コンバータ９，１１の発生する高調波分がフィルタ回路１４のリアクトル１３に流れるため、このリアクトル１３に流れる高調波分の抑制が求められていた。
【００１０】
さらに、メインのＰＷＭコンバータ側のゲート信号と高調波補償コンバータ側のゲート信号との完全な同期を取ることが困難であり、理論的には高調波の打ち消しが可能ではあっても、現実にはある程度残存する高調波が交流電源側に漏洩することが避けられなかった。
【００１１】
本発明はこのような従来の技術的課題を解決するためになされたもので、コンバータ群の高調波を抑制するためのアクティブフィルタにおいて、高調波分がフィルタ回路のリアクトルに流れるのを抑制することができるＰＷＭコンバータシステムを提供することを目的とする。
【００１２】
本発明はまた、交流電源側への高調波分の漏洩の抑止がいっそう効果的に行えるＰＷＭコンバータシステムを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のＰＷＭコンバータシステムは、交流電圧源及びこの電源電圧を変圧する変圧器と、前記変圧器の出力巻線に接続されたＰＷＭコンバータと、前記ＰＷＭコンバータの直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサと、前記変圧器の追加巻線に接続されたスイッチング高調波補償コンバータと、前記スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧を維持する直流電圧源と、前記スイッチング高調波補償コンバータに直列に接続された基本波高調波補償コンバータと、コンデンサとリアクトルから成るフィルタ回路であって、前記リアクトルに直列に、当該リアクトルに流れる電流を減衰させるための抵抗が接続されたフィルタ回路とを備えたものである。
【００１４】
請求項１の発明のＰＷＭコンバータシステムでは、フィルタ回路のリアクトルと直列に抵抗を挿入することで、フィルタ回路に流れる電流を少なくし、これにより、フィルタ回路が電源に及ぼす高調波電流を小さくすることができる。
【００１５】
請求項２の発明のＰＷＭコンバータシステムは、交流電圧源及びこの電源電圧を変圧する変圧器と、前記変圧器の出力巻線に接続されたＰＷＭコンバータと、前記ＰＷＭコンバータの直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサと、前記変圧器の追加巻線に接続されたスイッチング高調波補償コンバータと、前記スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧を維持する直流電圧源と、前記スイッチング高調波補償コンバータに直列に接続された基本波高調波補償コンバータと、コンデンサのみから成るフィルタ回路とを備えたものである。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項２のＰＷＭコンバータシステムにおいて、前記直流電圧源に代えてコンデンサを用いたものである。
【００１７】
請求項２及び３の発明のＰＷＭコンバータシステムでは、フィルタ回路のリアクトルを除去し、コンデンサのみで構成したことで、フィルタ回路に流れる電流をなくし、これにより、フィルタ回路による高調波電流をなくすことができる。
【００１８】
また、フィルタ回路のリアクトルを除去し、ＰＷＭコンバータのスイッチング高調波を補償するゲート信号でスイッチング高調波補償コンバータを運転すると、スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧には高調波を除去するのに適切な直流電圧が発生する。これにより、直流電圧源に代えてコンデンサを使用することができる。
【００１９】
請求項４の発明のＰＷＭコンバータシステムは、交流電圧源及びこの電源電圧を変圧する変圧器と、前記変圧器の出力巻線に接続されたＰＷＭコンバータと、前記ＰＷＭコンバータの直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサと、前記変圧器の追加巻線に接続されたスイッチング高調波補償コンバータと、前記スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧を維持する直流電圧源と、前記スイッチング高調波補償コンバータに直列に接続された基本波高調波補償コンバータと、コンデンサとリアクトルから成るフイルタ回路であって、前記コンデンサに直列に、当該フィルタ回路に流れる電流を減衰させるための抵抗が接続されたフィルタ回路とを備えたものである。
【００２０】
請求項４の発明のＰＷＭコンバータシステムでは、フィルタ回路のコンデンサと直列に抵抗を挿入することで、フィルタ回路に流れる電流を少なくし、これにより、フィルタ回路が電源に及ぼす高調波電流を小さくすることができる。
【００２１】
請求項５の発明のＰＷＭコンバータシステムは、交流電圧源及びこの電源電圧を変圧する変圧器と、前記変圧器の出力巻線に接続されたＰＷＭコンバータと、前記ＰＷＭコンバータの直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサと、前記変圧器の追加巻線に接続されたスイッチング高調波補償コンバータと、前記スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧を維持する直流電圧源と、前記スイッチング高調波補償コンバータに直列に接続された基本波高調波補償コンバータと、コンデンサとリアクトルから成るフィルタ回路であって、当該コンデンサとリアクトルの値が、当該フィルタ回路の共振周波数が本システムの動作周波数への影響の少ない周波数帯に移るような値に設定されているフィルタ回路とを備えたものである。
【００２２】
請求項５の発明のＰＷＭコンバータシステムでは、フィルタ回路のコンデンサとリアクトルの値を変えると、フィルタ回路の共振周波数が設定できるようになる。そこで、ＰＷＭコンバータの動作周波数や交流電源の信号帯周波数に影響の少ない周波数にフィルタ回路の共振周波数を設定することにより、提案されている図１１のＰＷＭコンバータシステムと同様の回路構成ながら、ＰＷＭコンバータの動作周波数や交流電源の信号帯周波数に影響を少なくすることができる。
【００２３】
請求項６の発明のＰＷＭコンバータシステムは、交流電圧源及びこの電源電圧を変圧する変圧器と、前記変圧器の出力巻線に接続されたＰＷＭコンバータと、前記ＰＷＭコンバータの直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサと、前記変圧器の追加巻線に接続されたスイッチング高調波補償コンバータと、前記スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧を維持する直流電圧源と、前記スイッチング高調波補償コンバータに直列に接続された基本波高調波補償コンバータと、コンデンサとリアクトルから成るフイルタ回路と、前記交流電圧源の電圧を検出する交流電圧検出手段と、前記交流電圧検出手段の出力信号から位相信号を演算するＰＬＬ回路と、前記ＰＷＭコンバータの変調波を演算する変調波生成回路と、前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記ＰＷＭコンバータのゲート信号を生成するＰＷＭ制御回路と、前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記スイッチング高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路と、前記変調波生成回路の算出した変調波から前記基本波高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路とを備えたものである。
【００２４】
請求項６の発明のＰＷＭコンバータシステムでは、ＰＷＭコンバータのＰＷＭ制御に用いる変調波生成回路の出力信号とキャリア回路の出力信号から、スイッチング高調波補償コンバータのゲート信号をゲート演算回路により演算する。また変調波生成回路の出力信号から基本波高調波補償コンバータのゲート信号をゲート演算回路にて演算する。これにより、ＰＷＭコンバータのゲート信号に遅れることなくスイッチング高調波補償コンバータと基本波高調波補償コンバータのゲート信号を高速に演算出力することができる。
【００２５】
請求項７の発明のＰＷＭコンバータシステムは、交流電圧源及びこの電源電圧を変圧する変圧器と、前記変圧器の出力巻線に接続されたＰＷＭコンバータと、前記ＰＷＭコンバータの直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサと、前記変圧器の追加巻線に接続されたスイッチング高調波補償コンバータと、前記スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧を維持する直流電圧源と、前記スイッチング高調波補償コンバータに直列に接続された基本波高調波補償コンバータと、コンデンサとリアクトルからなるフィルタ回路と、前記交流電圧源の電圧を検出する交流電圧検出手段と、前記交流電圧検出手段の出力信号から位相信号を演算するＰＬＬ回路と、前記交流電圧検出手段の出力信号から交流電圧振幅を演算する振幅演算回路と、前記ＰＷＭコンバータの変調波を演算する変調波生成回路と、前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記ＰＷＭコンバータのゲート信号を生成するＰＷＭ制御回路と、前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記スイッチング高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路と、前記変調波生成回路の算出した変調波から前記基本波高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路とを備えたものである。
【００２６】
請求項７の発明のＰＷＭコンバータシステムでは、請求項６のＰＷＭコンバータシステムのように交流電圧検出信号を制御に使用する替わりに、ＰＬＬ回路出力の位相情報と、振幅演算回路の振幅情報から交流電圧相当を演算して制御に使用する。これにより、交流電圧の持つ高調波や検出系のノイズから影響を受けにくくなり、安定した制御信号を得ることができる。
【００２７】
請求項８の発明のＰＷＭコンバータシステムは、交流電圧源及びこの電源電圧を変圧する変圧器と、前記変圧器の出力巻線に接続されたＰＷＭコンバータと、前記ＰＷＭコンバータの直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサと、前記変圧器の追加巻線に接続されたスイッチング高調波補償コンバータと、前記スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧を維持する直流電圧源と、前記スイッチング高調波補償コンバータに直列に接続された基本波高調波補償コンバータと、コンデンサとリアクトルから成るフィルタ回路と、前記ＰＷＭコンバータの変調波を演算する変調波生成回路と、前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記ＰＷＭコンバータのゲート信号を生成するＰＷＭ制御回路と、前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記スイッチング高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路と、前記変調波生成回路の算出した変調波から前記基本波高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路とを備え、前記ＰＷＭコンバータのゲート信号出力と前記スイッチング高調波補償コンバータ及び基本波高調波補償コンバータのゲート信号出力とのタイミングが同期していることを特徴とするものである。
【００２８】
ＰＷＭコンバータの演算周期は、制御に対して十分な演算周期であればよいが、スイッチング高調波補償コンバータと基本波高調波補償コンバータには高速な演算周期が要求される。両者が独自にゲート信号出力を行うと、ＰＷＭコンバータのスイッチングタイミングと高調波補償コンバータのスイッチングタイミングが完全に一致しないので、高調波補償動作が不充分になってしまう。
【００２９】
そこで請求項８の発明のＰＷＭコンバータシステムでは、ＰＷＭコンバータと高調波補償コンバータのゲート信号出力を同期させ、同じタイミングでコンバータのスイッチングを行う。これにより、ゲート信号が一致して完全な補償動作が可能となる。
【００３０】
請求項９の発明のＰＷＭコンバータシステムは、交流電圧源及びこの電源電圧を変圧する変圧器と、前記変圧器の出力巻線に接続されたＰＷＭコンバータと、前記ＰＷＭコンバータの直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサと、前記変圧器の追加巻線に接続されたスイッチング高調波補償コンバータと、前記スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧を維持する直流電圧源と、前記スイッチング高調波補償コンバータに直列に接続された基本波高調波補償コンバータと、コンデンサとリアクトルから成るフイルタ回路と、前記ＰＷＭコンバータの変調波を演算する変調波生成回路と、前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記ＰＷＭコンバータのゲート信号を生成するＰＷＭ制御回路と、前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記スイッチング高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路と、前記変調波生成回路の算出した変調波から前記基本波高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路とを備え、前記ゲート演算回路それぞれは、前記ＰＷＭコンバータの交流電流を検出し、前記スイッチング高調波補償コンバータ、基本波高調波補償コンバータそれぞれのゲート信号として、前記ＰＷＭコンバータのスイッチング素子のデッドタイム遅れを補償するようなゲート信号を生成することを特徴とするものである。
【００３１】
請求項９の発明のＰＷＭコンバータシステムでは、ＰＷＭコンバータの交流電流から、素子のデッドタイムが発生するタイミングを考慮して高調波補償コンバータを駆動する。これにより、ＰＷＭコンバータのデッドタイムによるスイッチング遅れを高調波補償コンバータで補償することができる。
【００３２】
請求項１０の発明は、請求項６又は７に記載のＰＷＭコンバータシステムにおいて、前記ゲート演算回路それぞれは、前記ＰＬＬ回路の出力信号を用いて、前記スイッチング高調波補償コンバータ、基本波高調波補償コンバータそれぞれのゲート信号として、前記ＰＷＭコンバータのデッドタイム遅れを補償するようなゲート信号を生成することを特徴とするものである。
【００３３】
ＰＷＭコンバータは力率１で運転するとき、交流電圧と系統電流の位相は一致する。そこで、請求項１０の発明のＰＷＭコンバータシステムでは、交流電圧の検出信号から素子のデッドタイムが発生するタイミングを考慮して高調波補償コンバータを駆動する。これにより、ＰＷＭコンバータのデッドタイムによるスイッチング遅れを高調波補償コンバータで補償することができる。
【００３４】
請求項１１の発明のＰＷＭコンバータシステムは、交流電圧源及びこの電源電圧を変圧する変圧器と、前記変圧器の出力巻線に接続されたＰＷＭコンバータと、前記ＰＷＭコンバータの直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサと、前記変圧器の追加巻線に接続されたスイッチング高調波補償コンバータと、前記スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧を維持する直流電圧源と、前記スイッチング高調波補償コンバータに直列に接続された基本波高調波補償コンバータと、コンデンサとリアクトルから成るフィルタ回路と、前記ＰＷＭコンバータの変調波を演算する変調波生成回路と、前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記ＰＷＭコンバータのゲート信号を生成するＰＷＭ制御回路と、前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記スイッチング高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路と、前記変調波生成回路の算出した変調波から前記基本波高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路とを備え、前記ゲート演算回路それぞれは、前記スイッチング高調波補償コンバータ、基本波高調波補償コンバータそれぞれの交流電流を検出し、前記スイッチング高調波補償コンバータ、基本波高調波補償コンバータそれぞれのゲート信号としてこれらのスイッチング高調波補償コンバータ、基本波高調波補償コンバータそれぞれのデッドタイム遅れを補償するようなゲート信号を生成することを特徴とするものである。
【００３５】
請求項１１の発明のＰＷＭコンバータシステムでは、高調波補償コンバータの交流電流を検出し、高調波補償コンバータのデッドタイム遅れが発生するタイミングを考慮して高調波補償コンバータを駆動する。これにより、高調波補償コンバータのデッドタイムによるスイッチング遅れを高調波補償コンバータで補償することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は、本発明の第１の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムを示している。本実施の形態のＰＷＭコンバータシステムは、図１１に示した提案されているＰＷＭコンバータシステムと同様の交流電圧源１及びこの電源電圧を変圧する変圧器２と、変圧器２の出力巻線３，４に接続されたＰＷＭコンバータ５，６と、ＰＷＭコンバータ５，６の直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサ７と、変圧器２の追加巻線８に接続されたスイッチング高調波補償コンバータ９と、スイッチング高調波補償コンバータ９の直流電圧を維持する直流電圧源１０と、スイッチング高調波補償コンバータ９に直列に接続された基本波高調波補償コンバータ１１と、コンデンサ１２とリアクトル１３から成るフィルタ回路１４から構成されている。
【００３７】
そして、本実施の形態のＰＷＭコンバータシステムの特徴として、フィルタ回路１４において、リアクトル１３に直列に、当該リアクトル１３に流れる電流を減衰させるための抵抗２０が挿入されている。
【００３８】
次に、上記構成のＰＷＭコンバータシステムの動作について説明する。コンバータ５，６により生じ、電源１へ流入出する高調波を抑制するためのアクティブフィルタ１５の出力電圧を高調波補償コンバータ９，１１に対するスイッチング信号によって制御するが、このスイッチング信号は、ＰＷＭコンバータ５，６各々の出力電圧を制御するためのスイッチング信号に基づいて調整される。
【００３９】
このＰＷＭコンバータシステムにおけるメインＰＷＭコンバータ５，６の動作とアクティブフィルタ１５の動作を説明する。
【００４０】
＜メインコンバータの動作＞
メインコンバータであるＰＷＭコンバータ５，６のスイッチング信号の生成を簡単に説明する。単相ＰＷＭコンバータ５，６各々にはＵ相とＶ相がある。
【００４１】
まず、ＰＷＭコンバータ５のＵ相について説明する。変調波と搬送波（キャリア）を比較し、次のようにスイッチング素子Ｓ１ＵＰへのスイッチング信号を生成する。
【００４２】
【数１】
Ｓ１Ｕ＝１，Ｓ１Ｘ＝０　（変調波＞搬送波）
Ｓ１Ｕ＝０，Ｓ１Ｘ＝１　（変調波＜搬送波）
上記のＳ１Ｕ，Ｓ１Ｘ＝１の場合、対応するスイッチング素子をオンするように、またＳ１Ｕ，Ｓ１Ｘ＝０の場合、対応するスイッチング素子をオフするようにゲート回路を駆動する。
【００４３】
ＰＷＭコンバータ１のＶ相の動作はＵ相に比べ、変調波を（−１）倍してＶ相の変調波を生成し、次のようにゲート信号を生成する。
【００４４】
【数２】
Ｓ１Ｖ＝０，Ｓ１Ｙ＝１　（変調波＞搬送波）
Ｓ１Ｖ＝１，Ｓ１Ｙ＝０　（変調波＜搬送波）
ＰＷＭコンバータ１の出力電圧（ＵＶ線間電圧）ＶＣ１は、図１２の第１のコンバータのゲート生成信号のようになる。出力電位は、０［Ｖ］，＋Ｖｄｃ［Ｖ］，−Ｖｄｃ［Ｖ］の３電位となる。
【００４５】
＜コンバータ群（多重化運転）の動作＞
ＰＷＭコンバータ５，６が複数台、交流電源１に接続されたシステムの場合、搬送波の基準位相をＰＷＭコンバータ間でずらして駆動する。
【００４６】
いま、Ｎ台の多重化運転を仮定した場合、ｍ台目（１＜ｍ＜Ｎ）の搬送波位相θｃは、数３式によって決定する。
【００４７】
【数３】

Figure 2004096911
ここに、αは初期位相である
単相ＰＷＭコンバータ単体の場合、出力電圧高調波および出力電流高調波は、スイッチング周波数ＦＳ［Ｈｚ］の２倍の周波数帯に大きなレベルが現れる。また、前述のＮ台のＰＷＭコンバータによる多重化運転では、搬送波位相差運転により、スイッチング周波数ＦＳ［Ｈｚ］の２×Ｎ倍の周波数帯に大きなレベルが現れる。すなわち、単体のコンバータでレベルの高い周波数帯が互いに相殺され、高調波レベルが抑制されるのである。
【００４８】
図１２、図１３には、第１のコンバータと第２のコンバータとの２台のＰＷＭコンバータの多重化運転の場合の各スイッチング素子のスイッチング動作と出力電圧ＶＣ１，ＶＣ２またその合成電圧ＶＣ１＋ＶＣ２の様子を示してある。この場合、第１のコンバータと第２のコンバータの搬送波の位相が相対的に９０［ｄｅｇ］ずれている。
【００４９】
＜補償すべき高調波電圧＞
メインコンバータ群の出力電圧は、図１３に示したようになり、基本波成分以外に高調波成分を含んでいる。高調波電圧は、出力電圧から基本波電圧成分を引き去ることで求めることができる。
【００５０】
このようにして算出した高調波電圧を高次成分と低次成分とに分離すると、図図１３、図１６に示すようなものとなる。逆に言えば、ＰＷＭコンバータ５，６群の出力電圧＝基本波正弦波電圧＋低次高調波＋高次高調波ということになる。
【００５１】
アクティブフィルタ１５は高調波を抑制するため、基本波電圧成分を持たず、低次高調波と高次高調波とを打ち消すように作用させるものである。
【００５２】
＜アクティブフィルタ＞
アクティブフィルタ１５の構成例を図１４〜図１６に示してある。このアクティブフィルタ１５は、単相フルブリッジのコンバータ９，１１を２台直列に接続した構成である。スイッチング高調波補償コンバータ９は高次高調波を抑制するため、高次高調波電圧相当を出力する。基本波高調波補償コンバータ１１は低次高調波を抑制するため、低次高調波電圧相当を出力する。
【００５３】
スイッチング高調波補償コンバータ９の直流側は、電圧源ＶｄｃＡ１（１０）により一定に維持されている。４つのスイッチング素子は、スイッチング信号ＳＡ１Ｕ，ＳＡ１Ｘ，ＳＡ１Ｖ，ＳＡ１Ｙに応じてオンオフ動作をする。基本波高調波補償コンバータ１１の直流側は、流れる電流に応じた電圧ＶｄｃＡ２となる。この基本波高調波補償コンバータ１１の４つのスイッチング素子は、スイッチング信号ＳＡ２Ｕ，ＳＡ２Ｘ，ＳＡ２Ｖ，ＳＡ２Ｙに応じてオンオフ動作をする。
【００５４】
＜アクティブフィルタのスイッチング動作＞
図１４〜図１６に示したアクティブフィルタ１５では、図１２及び図１３に示したコンバータ群のメインのＰＷＭコンバータ５，６のスイッチング信号ＳＣ１Ｕ，ＳＣ１Ｙ，ＳＣ２Ｕ，ＳＣ２Ｙに応じて、次のように信号Ｓ１を生成する。
【００５５】
【数４】
Ｓ１＝ＸＯＲ（ＮＯＴ（ＸＯＲ（ＳＣ１Ｕ，ＳＣ１Ｙ）），ＮＯＴ（ＸＯＲ（ＳＣ２Ｕ，ＳＣ２Ｙ）））
＝ＸＯＲ（ＮＯＴ（ＸＯＲ１），ＮＯＴ（ＸＯＲ２））
また、コンバータ群の変調率に応じて、次のように信号Ｓ２を生成する。ただし、コンバータ群の変調率を各コンバータの変調率の平均値として定義する。すなわち、
【数５】
コンバータ群の変調率＝１／Ｎ×ΣＮ台（各コンバータの変調率）
なお、「変調率×直流電圧＝出力電圧」の関係がある。
【００５６】
【数６】
Ｓ２＝１　ｉｆ　０．５　≦変調率≦　１．０
＝０　ｉｆ　０　≦変調率＜　０．５
＝１　ｉｆ　−０．５　≦変調率＜　０
＝０　ｉｆ　−１．０　≦変調率≦　−０．５
これらの信号Ｓ１，Ｓ２に基づき、アクティブフィルタ１５の上段のコンバータ９のスイッチング信号ＳＡ１Ｕ，ＳＡ１Ｘ，ＳＡ１Ｖ，ＳＡ１Ｙが生成される。
【００５７】
【数７】
ＳＡ１Ｕ＝ＮＯＴ（ＸＯＲ（Ｓ１，Ｓ２））
ＳＡ１Ｘ＝ＮＯＴ（ＳＡ１Ｕ）
ＳＡ１Ｙ＝ＳＡ１Ｕ
ＳＡ１Ｖ＝ＮＯＴ（ＳＡ１Ｙ）
また、アクティブフィルタ１５の下段のコンバータ１１のスイッチング信号ＳＡ２Ｕ，ＳＡ２Ｘ，ＳＡ２Ｖ，ＳＡ２Ｙは、次の数８式で生成される信号Ｓ３に基づき、数９式により決定する。
【００５８】
【数８】
Ｓ３＝１　ｉｆ　（０．００　≦変調率≦　０．２５）
ｏｒ　（０．５０　≦変調率≦　０．７５）
ｏｒ　（−１．００　≦変調率≦　−０．７５）
ｏｒ　（−０．５０　≦変調率≦　０．２５）
＝０　ｉｆ　（０．２５　≦変調率≦　０．５０）
ｏｒ　（０．７５　≦変調率≦　１．００）
ｏｒ　（−０．７５　≦変調率≦　−０．５０）
ｏｒ　（−０．２５　≦変調率≦　０．００）
【数９】
ＳＡ２Ｕ＝Ｓ３
ＳＡ２Ｘ＝ＮＯＴ（ＳＡ２Ｕ）
ＳＡ２Ｙ＝Ｓ３
ＳＡ２Ｖ＝ＮＯＴ（ＳＡ２Ｙ）
上記のように構成されるアクティブフィルタ１５によれば、メインコンバータ５，６群が出力し、電源１へ流入出する高調波、理論的には完全に相殺できるため、電源１へ流入出する高調波を劇的に低減することができる。
【００５９】
しかしながら、図１１に示した提案されているＰＷＭコンバータシステムのように、アクティブフィルタ１５内のフィルタ回路１４をコンデンサ１２とリアクトル１３で構成する場合、リアクトル１３に流れる電流による共振周波数電流が専用巻線８を通じて交流電源側に漏洩する。
【００６０】
そこで、第１の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムでは、このフィルタ回路１４のリアクトル１３と直列に抵抗２０を挿入することで、フィルタ回路１４に流れる電流を少なくなるようにしている。
【００６１】
これにより、第１の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムによれば、アクティブフィルタ１５によって、メインコンバータ５，６群が出力し、電源１へ流入出する高調波を低減することができ、かつ、アクティブフィルタ１５内のコンデンサ１２とリアクトル１３から成るフィルタ回路１４が電源１に及ぼす高調波電流を小さくすることができる。
【００６２】
次に、本発明の第２の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムについて、図２を用いて説明する。第２の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムは、図１に示した第１の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムに対して、アクティブフィルタ１５内のフィルタ回路１４をコンデンサ１２のみから構成したことを特徴とする。
【００６３】
このようにフィルタ回路１４のリアクトルを除去し、コンデンサ１２のみで構成することにより、フィルタ回路１４に流れる電流をなくし、これにより、フィルタ回路１４による高調波電流をなくすことができ、それが電源１に及ぼす高調波電流を小さくすることができる。
【００６４】
次に、本発明の第３の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムについて、図３を用いて説明する。第３の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムは、図２に示した第２の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムに対して、アクティブフィルタ１５に設けていた直流電圧源１０に代えて、コンデンサ１０′を用いたことを特徴とする。
【００６５】
第２の実施の形態のように、アクティブフィルタ１５内のフィルタ回路１４からリアクトルを除去し、ＰＷＭコンバータ５，６のスイッチング高調波を補償するゲート信号でスイッチング高調波補償コンバータ９を運転すると、スイッチング高調波補償コンバータ９の直流電圧には高調波を除去するのに適切な直流電圧が発生する。これにより、直流電圧源１０に代えてコンデンサ１０′を用いることができる。
【００６６】
これにより、第３の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムによれば、バッテリのような直流電圧源１０を用いる場合によりも回路コストを低減できる。
【００６７】
次に、本発明の第４の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムについて、図４を用いて説明する。第４の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムの特徴は、図１１の提案技術に対して、アクティブフィルタ１５内のフィルタ回路１４において、コンデンサ１２と直列に抵抗２１を接続し、この抵抗２１にリアクトル１３を接続した構成にした点にある。
【００６８】
この第４の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムでは、フィルタ回路１４のコンデンサ１２と直列に抵抗２１を挿入することで、フィルタ回路１４に流れる電流を少なくし、これにより、フィルタ回路１４が電源１に及ぼす高調波電流を小さくすることができる。
【００６９】
次に、本発明の第５の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムについて、図１１を用いて説明する。第５の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムは、回路構成は図１１に示した従来の提案技術のものと共通するが、アクティブフィルタ１５内のフィルタ回路１４を構成するコンデンサ１２とリアクトル１３について、それらの電気的特性値を、当該フィルタ回路１４の共振周波数が本システムの動作周波数への影響の少ない周波数帯に移るような値に設定したことを特徴とする。
【００７０】
フィルタ回路１４のコンデンサ１２とリアクトル１３の電気的特性値を変えると、フィルタ回路１４の共振周波数を調整することができる。そこで、第５の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムでは、ＰＷＭコンバータ３，４の動作周波数や交流電源の信号帯周波数に影響の少ない周波数にフィルタ回路１４の共振周波数を設定することにより、従来、提案されているＰＷＭコンバータシステムと同様の回路構成ながら、ＰＷＭコンバータ５，６の動作周波数や交流電源１の信号帯周波数に対する影響を少なくすることができる。
【００７１】
次に、本発明の第６の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムについて、図５を用いて説明する。第６の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムは、交流電圧源１及びこの電源電圧を変圧する変圧器２と、変圧器２の出力巻線３，４に接続されたＰＷＭコンバータ５，６と、ＰＷＭコンバータ５，６の直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサ７と、変圧器２の追加巻線８に接続されたスイッチング高調波補償コンバータ９と、スイッチング高調波補償コンバータ９の直流電圧を維持する直流電圧源１０と、スイッチング高調波補償コンバータ９に直列に接続された基本波高調波補償コンバータ１１と、コンデンサ１２とリアクトル１３から成るフイルタ回路１４を備えている。
【００７２】
さらにこのＰＷＭコンバータシステムは、交流電圧源１の電圧を検出する交流電圧検出器３１と、交流電圧検出器３１の出力信号３２から位相信号３３を演算するＰＬＬ回路３４と、ＰＷＭコンバータ５，６の変調波３５を演算する変調波生成回路３６と、変調波生成回路３６の算出した変調波３５とキャリア回路３７の出力するキャリア３８からＰＷＭコンバータ５，６のゲート信号３９，４０を生成するＰＷＭ制御回路４１，４２と、変調波生成回路３６の算出した変調波３５とキャリア回路３７の出力するキャリア３８からスイッチング高調波補償コンバータ９のゲート信号４３を演算するゲート演算回路４４と、変調波生成回路３６の算出した変調波３５から基本波高調波補償コンバータ１１のゲート信号４５を演算するゲート演算回路４６とを備えている。
【００７３】
この第６の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムでは、ＰＬＬ回路３４が、交流電圧源１の電圧を検出する交流電圧検出器３１の出力信号３２から位相信号３３を演算し、変調波生成回路３６が、交流電圧検出器３１の出力信号３２とこのＰＬＬ回路３４の出力する位相信号３３に基づいてＰＷＭコンバータ５，６の変調波３５を演算し、ＰＷＭ制御回路３９，４０それぞれが、変調波生成回路３６の出力する変調波３５とキャリア回路３７の出力するキャリア３８からＰＷＭコンバータ５，６のゲート信号４１，４３を生成する。
【００７４】
これと共に、アクティブフィルタ１５側では、ゲート演算回路４４が、ＰＷＭコンバータ５，６のＰＷＭ制御に用いる変調波生成回路３６の出力する変調波信号３５とキャリア回路３７の出力するキャリア信号３８を用いて、スイッチング高調波補償コンバータ９のゲート信号４３を演算する。またゲート演算回路４６が、変調波生成回路３６の出力する変調波信号３５から基本波高調波補償コンバータ１１のゲート信号４５を演算する。
【００７５】
これにより、第６の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムでは、ＰＷＭコンバータ５，６のゲート信号４１，４２に遅れることなくスイッチング高調波補償コンバータ９と基本波高調波補償コンバータ１１のゲート信号４３，４５を高速に演算して出力することができ、メインコンバータ５，６群が出力し、電源１へ流入出する高調波を効果的に相殺し、電源１へ流入出する高調波を劇的に低減することができる。
【００７６】
次に、本発明の第７の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムについて、図６を用いて説明する。第７の実施の形態は、図５に示した第６の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムに対して、振幅演算回路５１を追加的に備え、この振幅演算回路５１が、交流電圧検出器３１の出力信号３２から交流電圧振幅５２を演算して変調波生成回路３６に出力し、変調波生成回路３６が、この交流電圧振幅５２とＰＬＬ回路３４の出力信号３３から変調波３５を求めるようにしたことを特徴とする。
【００７７】
この第７の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムでは、第６の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムのように交流電圧検出信号３２を制御に使用する替わりに、ＰＬＬ回路３４の出力の位相情報３３と振幅演算回路５１の振幅情報５２とから交流電圧相当を演算してＰＷＭ制御に使用する。
【００７８】
これにより、第７の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムでも、第６の実施の形態と同様に、ＰＷＭコンバータ５，６のゲート信号４１，４２に遅れることなくスイッチング高調波補償コンバータ９と基本波高調波補償コンバータ１１のゲート信号４３，４５を高速に演算して出力することができ、メインコンバータ５，６群が出力し、電源１へ流入出する高調波を効果的に相殺し、電源１へ流入出する高調波を劇的に低減することができる。その上、第７の実施の形態の場合、第６の実施の形態のように交流電圧検出器３１の検出する交流電圧信号３２を直接用いずに振幅演算回路５１が求めた交流電圧振幅信号５２を用いるため、交流電圧の持つ高調波や検出系のノイズから影響を受けにくくなり、安定した制御信号を得ることができる。
【００７９】
次に、本発明の第８の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムについて、図７を用いて説明する。
【００８０】
図５に示した第６の実施の形態、図６に示した第７の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムのいずれでも、ＰＷＭコンバータ５，６の演算周期は、制御に対して十分な演算周期であればよいが、スイッチング高調波補償コンバータ９と基本波高調波補償コンバータ１１には高速な演算周期が要求される。ところが、両者が独自にゲート信号出力を行うと、ＰＷＭコンバータ５，６のスイッチングタイミングと高調波補償コンバータ９，１１のスイッチングタイミングが完全に一致しないので、高調波補償動作が不充分になってしまう。
【００８１】
そこで第８の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムでは、ゲート信号出力指令回路５３を新たに設け、ＰＷＭ制御回路４１，４２とゲート演算回路４４，４６にゲート信号出力指令を同時に与える構成にしている。なお、図７では、図５の回路要素と共通するものに共通の符号を付して示してある。
【００８２】
これにより、第８の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムでは、ＰＷＭコンバータ５，６と高調波補償コンバータ９，１１のゲート信号出力を同期させ、同じタイミングでコンバータ５，６，９，１１のスイッチングを行うことにより、ゲート信号が一致して完全な補償動作が可能となる。
【００８３】
なお、図６のＰＷＭコンバータシステムにおいても、図７と同様のゲート信号出力指令回路５３を設けることにより、同様の作用、効果を得ることができる。
【００８４】
次に、本発明の第９の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムについて、図８を用いて説明する。第９の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムは、交流電圧源１及びこの電源電圧を変圧する変圧器２と、変圧器２の出力巻線３，４に接続されたＰＷＭコンバータ５，６と、ＰＷＭコンバータ５，６の直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサ７と、変圧器２の追加巻線８に接続されたスイッチング高調波補償コンバータ９と、このスイッチング高調波補償コンバータ９の直流電圧を維持する直流電圧源１０と、スイッチング高調波補償コンバータ９に直列に接続された基本波高調波補償コンバータ１１と、コンデンサ１２とリアクトル１３から成るフイルタ回路１４を備えている。
【００８５】
本実施の形態のＰＷＭコンバータシステムはまた、ＰＷＭコンバータ５，６の変調波３５を演算する変調波生成回路３６と、変調波生成回路３６の算出した変調波３５とキャリア回路３７の出力するキャリア３８からＰＷＭコンバータ５，６のゲート信号４１，４２を生成するＰＷＭ制御回路３９，４０と、変調波生成回路３６の算出した変調波３５とキャリア回路３７の出力するキャリア３８とからスイッチング高調波補償コンバータ９のスイッチング状態４３を演算するゲート演算回路４４と、変調波生成回路３６の算出した変調波３５から基本波高調波補償コンバータ１１のスイッチング状態４５を演算するゲート演算回路４６とを備えている。
【００８６】
本実施の形態のＰＷＭコンバータシステムはさらに、ＰＷＭコンバータ５の交流電流を検出する交流電流検出器５４を備えていて、ゲート演算回路４４，４６それぞれが、この交流電流検出器５４の検出するＰＷＭコンバータ５の交流電流５５を入力し、スイッチング高調波補償コンバータ９、基本波高調波補償コンバータ１１それぞれのゲート信号４３，４５として、ＰＷＭコンバータ５のスイッチング素子のデッドタイム遅れを補償するようなゲート信号を生成するようにしている。
【００８７】
この第９の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムでは、ＰＷＭコンバータ５，６の制御は第６の実施の形態と同様であるが、ＰＷＭコンバータ５の交流電流５５から、素子のデッドタイムが発生するタイミングを考慮して高調波補償コンバータ９，１１を駆動する。これにより、ＰＷＭコンバータ５，６のデッドタイムによるスイッチング遅れを高調波補償コンバータ９，１１で補償することができる。
【００８８】
次に、本発明の第１０の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムについて、図９を用いて説明する。第１０の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムの特徴は、図８に示した第９の実施の形態に対して、ゲート演算回路４４，４６それぞれが、ＰＬＬ回路３４の出力信号３３を用いてスイッチング高調波補償コンバータ９、基本波高調波補償コンバータ１１それぞれのゲート信号４３，４５としてＰＷＭコンバータ５，６のデッドタイム遅れを補償するようなゲート信号を生成するようにした点にある。したがって、その他の回路要素については、図８に示した第９の実施の形態のものと共通する。
【００８９】
ＰＷＭコンバータ５，６は力率１で運転するとき、交流電圧と系統電流の位相は一致する。そこで、第１０の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムでは、交流電圧の検出信号３２から素子のデッドタイムが発生するタイミングを考慮して高調波補償コンバータ９，１１を駆動する。これにより、ＰＷＭコンバータ５，６のデッドタイムによるスイッチング遅れを高調波補償コンバータ９，１１で補償することができる。
【００９０】
次に、本発明の第１１の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムについて、図１０を用いて説明する。第１１の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムは、図８に示した第９の実施の形態に対して、交流電流検出器５４によってＰＷＭコンバータ５の交流入力電流を検出する代わりに、スイッチング高調波補償コンバータ９の交流入力電流を検出する交流電流検出器５６を設け、ゲート演算回路４４，４６それぞれが、この交流電流検出器５６の検出信号５７を用いてゲート信号４３，４５としてスイッチング高調波補償コンバータ９、基本波高調波補償コンバータ１１それぞれのデッドタイム遅れを補償するようなゲート信号を生成するようにしたことを特徴とする。その他の回路要素については、図８に示した第９の実施の形態のものと共通する。
【００９１】
本実施の形態のＰＷＭコンバータシステムでは、高調波補償コンバータ９，１１の交流電流を検出し、高調波補償コンバータ９，１１のデッドタイム遅れが発生するタイミングを考慮して高調波補償コンバータ９，１１それぞれを駆動することにより、高調波補償コンバータ９，１１のデッドタイムによるスイッチング遅れを高調波補償コンバータで補償することができる。
【００９２】
【発明の効果】
以上のように請求項１の発明によれば、フィルタ回路のリアクトルと直列に抵抗を挿入することで、フィルタ回路に流れる電流を少なくし、フィルタ回路が電源に及ぼす高調波電流を小さくすることができる。
【００９３】
請求項２及び３の発明によれば、フィルタ回路のリアクトルを除去し、コンデンサのみで構成したことで、フィルタ回路に流れる電流をなくし、フィルタ回路による高調波電流をなくすことができる。
【００９４】
また、フィルタ回路のリアクトルを除去し、ＰＷＭコンバータのスイッチング高調波を補償するゲート信号でスイッチング高調波補償コンバータを運転すると、スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧には高調波を除去するのに適切な直流電圧が発生するので、能動素子である直流電圧源に代えてコンデンサを利用することができ、回路コストを低減できる。
【００９５】
請求項４の発明によれば、フィルタ回路のコンデンサと直列に抵抗を挿入することで、フィルタ回路に流れる電流を少なくし、フィルタ回路が電源に及ぼす高調波電流を小さくすることができる。
【００９６】
請求項５の発明によれば、フィルタ回路のコンデンサとリアクトルの値を適切に設定することでＰＷＭコンバータの動作周波数や交流電源の信号帯周波数に影響の少ない周波数にフィルタ回路の共振周波数を設定することにより、従来提案されているＰＷＭコンバータシステムと同様の回路構成ながら、ＰＷＭコンバータの動作周波数や交流電源の信号帯周波数に影響の少なくすることができる。
【００９７】
請求項６の発明によれば、ＰＷＭコンバータのＰＷＭ制御に用いる変調波生成回路の出力信号とキャリア回路の出力信号から、スイッチング高調波補償コンバータのゲート信号をゲート演算回路により演算し、変調波生成回路の出力信号から基本波高調波補償コンバータのゲート信号をゲート演算回路にて演算することにより、ＰＷＭコンバータのゲート信号に遅れることなくスイッチング高調波補償コンバータと基本波高調波補償コンバータのゲート信号を高速に演算出力することができる。
【００９８】
請求項７の発明によれば、請求項６のＰＷＭコンバータシステムのように交流電圧検出信号を制御に使用する替わりに、ＰＬＬ回路出力の位相情報と、振幅演算回路の振幅情報から交流電圧相当を演算して制御に使用することにより、交流電圧の持つ高調波や検出系のノイズから影響を受けにくくなり、安定した制御信号を得ることができる。
【００９９】
請求項８の発明によれば、ＰＷＭコンバータと高調波補償コンバータのゲート信号出力を同期させ、同じタイミングでコンバータのスイッチングを行うことによってゲート信号を一致させ、完全な補償動作ができる。
【０１００】
請求項９の発明によれば、ＰＷＭコンバータの交流電流から、素子のデッドタイムが発生するタイミングを考慮して高調波補償コンバータを駆動することにより、ＰＷＭコンバータのデッドタイムによるスイッチング遅れを高調波補償コンバータで補償することができる。
【０１０１】
請求項１０の発明によれば、ＰＷＭコンバータの交流電圧の検出信号から素子のデッドタイムが発生するタイミングを考慮して高調波補償コンバータを駆動することにより、ＰＷＭコンバータのデッドタイムによるスイッチング遅れを高調波補償コンバータで補償することができる。
【０１０２】
請求項１１の発明によれば、高調波補償コンバータの交流電流を検出し、高調波補償コンバータのデッドタイム遅れが発生するタイミングを考慮して高調波補償コンバータを駆動することにより、高調波補償コンバータのデッドタイムによるスイッチング遅れを高調波補償コンバータで補償することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムの回路図。
【図２】本発明の第２の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムの回路図。
【図３】本発明の第３の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムの回路図。
【図４】本発明の第４の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムの回路図。
【図５】本発明の第６の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムの回路ブロック図。
【図６】本発明の第７の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムの回路ブロック図。
【図７】本発明の第８の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムの回路ブロック図。
【図８】本発明の第９の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムの回路ブロック図。
【図９】本発明の第１０の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムの回路ブロック図。
【図１０】本発明の第１１の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムの回路ブロック図。
【図１１】従来提案されているＰＷＭコンバータシステムの回路ブロック図。
【図１２】従来提案されているＰＷＭコンバータシステムにおけるメインコンバータ群の各メインコンバータの動作を示すタイミングチャート（その１）。
【図１３】従来提案されているコンバータシステムにおけるメインコンバータ群の各メインコンバータの動作を示すタイミングチャート（その２）。
【図１４】従来提案されているコンバータシステムにおけるアクティブフィルタのスイッチング高調波補償コンバータの動作を示すタイミングチャート。
【図１５】従来提案されているコンバータシステムにおけるアクティブフィルタの基本波高調波補償コンバータの動作を示すタイミングチャート。
【図１６】従来提案されているコンバータシステムにおけるメインコンバータ群の出力電圧と高調波分の波形図、アクティブフィルタの変調率、制御信号、出力電圧の波形図。
【符号の説明】
１　交流電圧源
２　変圧器
３　二次巻線
４　二次巻線
５　ＰＷＭコンバータ
６　ＰＷＭコンバータ
７　直流コンデンサ
８　専用巻線
９　スイッチング高調波補償コンバータ
１０　直流電圧源
１１　基本波高調波補償コンバータ
１２　コンデンサ
１３　リアクトル
１４　フィルタ回路
１５　アクティブフィルタ
３１　交流電圧検出器
３４　ＰＬＬ回路
３６　変調波生成回路
３７　キャリア回路
３９　ＰＷＭ制御回路
４０　ＰＷＭ制御回路
４４　ゲート演算回路
４６　ゲート演算回路
５１　振幅演算回路
５３　ゲート信号出力指令回路
５４　交流電流検出器
５６　交流電流検出器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a PWM converter system.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a converter device that converts an AC power supply voltage to generate a DC voltage, voltage and current harmonics generated by switching of a PWM converter flow into an AC power supply system, causing abnormal heat generation of other devices connected to the system. In addition, electromagnetic waves generated when a high-frequency current flows through a power supply system may cause radio interference to a television or the like or malfunction of a signal device.
[0003]
In order to suppress these, in a PWM converter, a high switching frequency has been set, or a main circuit system with a small number of harmonics called a three-level converter has been applied. However, the effect of suppressing current harmonics was not sufficient. .
[0004]
On the other hand, a method for completely suppressing the harmonic current flowing into the power supply system is described in the report of the Railway Technical Research Institute (RTRI report Vol. 12, No. 1, 1998). The proposed PWM converter system connects a harmonic compensator, which operates with a gate signal having a phase opposite to that of the PWM gate signal of the PWM converter, to a dedicated winding of the transformer, and generates a harmonic current generated by the PWM converter, The harmonic current generated by the harmonic compensator cancels out in the transformer, and as a result, the harmonics do not flow out to the primary winding side of the transformer connected to the power supply system. .
[0005]
FIG. 11 shows the circuit system. The PWM converter system shown in FIG. 11 includes an AC voltage source 1 and a transformer 2 for transforming the power supply voltage, PWM converters 5 and 6 connected to output windings 3 and 4 of the transformer 2, and a PWM converter 5 and 6, a DC capacitor 7 for suppressing the DC voltage ripple, a switching harmonic compensation converter 9 connected to the additional winding 8 of the transformer 2, and a DC voltage source for maintaining the DC voltage of the switching harmonic compensation converter 9. 10, a fundamental harmonic compensation converter 11 connected in series with the switching harmonic compensation converter 9, and a filter circuit 14 including a capacitor 12 and a reactor 13. The active filter 15 is composed of the harmonic compensation converters 9 and 11 and the filter circuit 14. Reference numeral 16 denotes an inverter, and 17 denotes an AC motor as a load.
[0006]
In the proposed PWM converter system, harmonics generated by the plurality of converters 5 and 6 and flowing into and out of the power supply 1 are fed forward using the switching harmonic compensation converter 9 and the fundamental harmonic compensation converter 11 as an active filter 15. In this way, the harmonics output from the main converter groups 5 and 6 and flowing into and out of the power supply 1 cancel each other, so that the harmonics flowing into and out of the power supply 1 can be dramatically reduced.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, even in such a PWM converter system, in order to cancel out the harmonic current generated by the PWM converter and the harmonic current generated by the harmonic compensator in the transformer, the transformer secondary to which the PWM converter is connected is used. Harmonics flow into the winding and the dedicated winding to which the harmonic compensator is connected. As a result, heat loss occurs due to harmonic currents in the transformer. It becomes necessary. This makes it possible to operate the vehicle at high speed by lowering the center of gravity if a heavy transformer can be installed under the vehicle floor, especially in railway vehicles, etc., but if the transformer becomes too large and heavy, There has been a problem that it is difficult to mount it in a limited space under the floor.
[0008]
In addition, signal devices related to safety such as signals and railroad crossings are installed around the track, but if a transformer carrying harmonic current is placed under the floor near the track, there is a possibility that these signal devices may malfunction. There was also a problem that it became expensive.
[0009]
In addition, since harmonic components generated by the harmonic compensation converters 9 and 11 operating as the active filter 15 flow through the reactor 13 of the filter circuit 14, suppression of the harmonic components flowing through the reactor 13 has been required.
[0010]
Further, it is difficult to completely synchronize the gate signal on the main PWM converter side and the gate signal on the harmonic compensation converter side, and even though it is theoretically possible to cancel out the harmonics, in reality, Leakage of some remaining harmonics to the AC power supply was inevitable.
[0011]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a conventional technical problem. In an active filter for suppressing harmonics of a converter group, it is intended to suppress a harmonic component from flowing to a reactor of a filter circuit. It is an object of the present invention to provide a PWM converter system capable of performing the following.
[0012]
Another object of the present invention is to provide a PWM converter system that can more effectively suppress leakage of harmonic components to the AC power supply.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a PWM converter system for suppressing an AC voltage source and a transformer for transforming the power supply voltage, a PWM converter connected to an output winding of the transformer, and a DC voltage ripple of the PWM converter. A DC capacitor for switching, a switching harmonic compensation converter connected to an additional winding of the transformer, a DC voltage source for maintaining a DC voltage of the switching harmonic compensation converter, and a series connection with the switching harmonic compensation converter. A connected fundamental harmonic compensation converter, and a filter circuit including a capacitor and a reactor, the filter circuit including, in series with the reactor, a filter circuit connected with a resistor for attenuating a current flowing through the reactor. It is.
[0014]
In the PWM converter system according to the first aspect of the present invention, the current flowing through the filter circuit is reduced by inserting a resistor in series with the reactor of the filter circuit, thereby reducing the harmonic current applied to the power supply by the filter circuit. Can be.
[0015]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a PWM converter system for suppressing an AC voltage source and a transformer for transforming the power supply voltage, a PWM converter connected to an output winding of the transformer, and a DC voltage ripple of the PWM converter. A DC capacitor for switching, a switching harmonic compensation converter connected to an additional winding of the transformer, a DC voltage source for maintaining a DC voltage of the switching harmonic compensation converter, and a series connection with the switching harmonic compensation converter. It comprises a fundamental harmonic compensating converter connected thereto and a filter circuit consisting of only a capacitor.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, in the PWM converter system of the second aspect, a capacitor is used instead of the DC voltage source.
[0017]
In the PWM converter system according to the second and third aspects of the present invention, the reactor of the filter circuit is removed and only the capacitor is used to eliminate the current flowing through the filter circuit, thereby eliminating the harmonic current caused by the filter circuit. it can.
[0018]
In addition, when the switching harmonic compensation converter is operated with a gate signal that removes the reactor of the filter circuit and compensates for the switching harmonics of the PWM converter, the DC voltage of the switching harmonic compensation converter is appropriate for eliminating the harmonics. DC voltage is generated. Thus, a capacitor can be used instead of the DC voltage source.
[0019]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a PWM converter system for suppressing an AC voltage source and a transformer for transforming the power supply voltage, a PWM converter connected to an output winding of the transformer, and a DC voltage ripple of the PWM converter. A DC capacitor for switching, a switching harmonic compensation converter connected to an additional winding of the transformer, a DC voltage source for maintaining a DC voltage of the switching harmonic compensation converter, and a series connection with the switching harmonic compensation converter. A filter circuit comprising a connected fundamental harmonic compensation converter and a capacitor and a reactor, the filter circuit including, in series with the capacitor, a resistor connected to attenuate a current flowing through the filter circuit. Things.
[0020]
In the PWM converter system according to the fourth aspect of the present invention, by inserting a resistor in series with the capacitor of the filter circuit, the current flowing through the filter circuit is reduced, thereby reducing the harmonic current applied to the power supply by the filter circuit. Can be.
[0021]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a PWM converter system for suppressing an AC voltage source and a transformer for transforming the power supply voltage, a PWM converter connected to an output winding of the transformer, and a DC voltage ripple of the PWM converter. A DC capacitor for switching, a switching harmonic compensation converter connected to an additional winding of the transformer, a DC voltage source for maintaining a DC voltage of the switching harmonic compensation converter, and a series connection with the switching harmonic compensation converter. A filter circuit composed of a connected fundamental harmonic compensation converter, a capacitor and a reactor, and the value of the capacitor and the reactor is set to a frequency band where the resonance frequency of the filter circuit has little effect on the operating frequency of the system. And a filter circuit set to a value that changes.
[0022]
In the PWM converter system according to the fifth aspect, the resonance frequency of the filter circuit can be set by changing the values of the capacitor and the reactor of the filter circuit. Therefore, by setting the resonance frequency of the filter circuit to a frequency that has little effect on the operating frequency of the PWM converter and the signal band frequency of the AC power supply, the PWM converter has the same circuit configuration as the proposed PWM converter system of FIG. , And the influence on the signal frequency of the AC power supply can be reduced.
[0023]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a PWM converter system for suppressing an AC voltage source and a transformer for transforming the power supply voltage, a PWM converter connected to an output winding of the transformer, and a DC voltage ripple of the PWM converter. A DC capacitor for switching, a switching harmonic compensation converter connected to an additional winding of the transformer, a DC voltage source for maintaining a DC voltage of the switching harmonic compensation converter, and a series connection with the switching harmonic compensation converter. A connected fundamental harmonic compensation converter, a filter circuit including a capacitor and a reactor, AC voltage detecting means for detecting a voltage of the AC voltage source, and a PLL for calculating a phase signal from an output signal of the AC voltage detecting means Circuit, a modulation wave generation circuit for calculating a modulation wave of the PWM converter, and a modulation wave generation circuit A PWM control circuit for generating a gate signal of the PWM converter from a modulated wave and a carrier calculated by a path, and a gate operation for calculating a switching state of the switching harmonic compensation converter from the modulated wave and the carrier calculated by the modulated wave generating circuit And a gate operation circuit for calculating a switching state of the fundamental harmonic compensation converter from the modulation wave calculated by the modulation wave generation circuit.
[0024]
In the PWM converter system according to a sixth aspect of the present invention, the gate signal of the switching harmonic compensation converter is calculated by the gate calculation circuit from the output signal of the modulated wave generation circuit used for PWM control of the PWM converter and the output signal of the carrier circuit. Further, a gate signal of the fundamental harmonic compensation converter is calculated by the gate calculation circuit from the output signal of the modulation wave generation circuit. As a result, the gate signals of the switching harmonic compensation converter and the fundamental harmonic compensation converter can be calculated and output at high speed without being delayed by the gate signal of the PWM converter.
[0025]
A PWM converter system according to a seventh aspect of the present invention provides an AC voltage source and a transformer for transforming the power supply voltage, a PWM converter connected to an output winding of the transformer, and a DC voltage ripple of the PWM converter. A DC capacitor for switching, a switching harmonic compensation converter connected to an additional winding of the transformer, a DC voltage source for maintaining a DC voltage of the switching harmonic compensation converter, and a series connection with the switching harmonic compensation converter. A connected fundamental harmonic compensation converter, a filter circuit including a capacitor and a reactor, an AC voltage detecting means for detecting a voltage of the AC voltage source, and a PLL for calculating a phase signal from an output signal of the AC voltage detecting means A circuit for calculating an AC voltage amplitude from an output signal of the AC voltage detecting means; A modulation wave generation circuit that calculates a modulation wave of the PWM converter; a PWM control circuit that generates a gate signal of the PWM converter from the modulation wave and the carrier calculated by the modulation wave generation circuit; A gate operation circuit that calculates a switching state of the switching harmonic compensation converter from a modulation wave and a carrier; and a gate operation circuit that calculates a switching state of the fundamental harmonic compensation converter from the modulation wave calculated by the modulation wave generation circuit. It is provided with.
[0026]
According to the PWM converter system of the seventh aspect, instead of using the AC voltage detection signal for control as in the PWM converter system of the sixth aspect, the AC voltage is obtained from the phase information of the PLL circuit output and the amplitude information of the amplitude calculation circuit. The equivalent is calculated and used for control. This makes it difficult to be affected by harmonics of the AC voltage and noise of the detection system, and a stable control signal can be obtained.
[0027]
According to another aspect of the present invention, there is provided a PWM converter system for suppressing an AC voltage source and a transformer for transforming the power supply voltage, a PWM converter connected to an output winding of the transformer, and a DC voltage ripple of the PWM converter. A DC capacitor for switching, a switching harmonic compensation converter connected to an additional winding of the transformer, a DC voltage source for maintaining a DC voltage of the switching harmonic compensation converter, and a series connection with the switching harmonic compensation converter. A connected fundamental harmonic compensating converter, a filter circuit including a capacitor and a reactor, a modulated wave generating circuit for calculating a modulated wave of the PWM converter, and the PWM from a modulated wave and a carrier calculated by the modulated wave generating circuit. A PWM control circuit for generating a gate signal of a converter; A gate operation circuit that calculates the switching state of the switching harmonic compensation converter from the modulated wave and the carrier, and a gate operation circuit that calculates the switching state of the fundamental harmonic compensation converter from the modulation wave calculated by the modulation wave generation circuit Wherein the timing of the gate signal output of the PWM converter and the timing of the gate signal output of the switching harmonic compensation converter and the fundamental harmonic compensation converter are synchronized.
[0028]
The operation cycle of the PWM converter may be any operation cycle sufficient for control, but a high-speed operation cycle is required for the switching harmonic compensation converter and the fundamental harmonic compensation converter. If both perform the gate signal output independently, the switching timing of the PWM converter and the switching timing of the harmonic compensation converter do not completely match, and the harmonic compensation operation becomes insufficient.
[0029]
Therefore, in the PWM converter system according to the eighth aspect of the present invention, the gate signal outputs of the PWM converter and the harmonic compensation converter are synchronized, and the switching of the converter is performed at the same timing. As a result, the gate signals match and a complete compensation operation becomes possible.
[0030]
A PWM converter system according to a ninth aspect of the present invention provides an AC voltage source and a transformer for transforming the power supply voltage, a PWM converter connected to an output winding of the transformer, and a DC voltage ripple of the PWM converter. A DC capacitor for switching, a switching harmonic compensation converter connected to an additional winding of the transformer, a DC voltage source for maintaining a DC voltage of the switching harmonic compensation converter, and a series connection with the switching harmonic compensation converter. A connected fundamental harmonic compensating converter, a filter circuit including a capacitor and a reactor, a modulated wave generating circuit for calculating a modulated wave of the PWM converter, and the PWM from a modulated wave and a carrier calculated by the modulated wave generating circuit. A PWM control circuit for generating a gate signal of a converter; A gate operation circuit that calculates the switching state of the switching harmonic compensation converter from the modulated wave and the carrier, and a gate operation circuit that calculates the switching state of the fundamental harmonic compensation converter from the modulation wave calculated by the modulation wave generation circuit Wherein each of the gate arithmetic circuits detects an alternating current of the PWM converter, and detects a dead time delay of a switching element of the PWM converter as a gate signal of each of the switching harmonic compensation converter and the fundamental harmonic compensation converter. Is generated by generating a gate signal that compensates for.
[0031]
In the PWM converter system according to the ninth aspect, the harmonic compensation converter is driven from the alternating current of the PWM converter in consideration of the timing at which the dead time of the element occurs. Thus, the switching delay due to the dead time of the PWM converter can be compensated by the harmonic compensation converter.
[0032]
According to a tenth aspect of the present invention, in the PWM converter system according to the sixth or seventh aspect, each of the gate operation circuits uses the output signal of the PLL circuit to perform the switching harmonic compensation converter and the fundamental harmonic compensation converter. A gate signal for compensating a dead time delay of the PWM converter is generated as each gate signal.
[0033]
When the PWM converter operates at a power factor of 1, the phases of the AC voltage and the system current match. Therefore, in the PWM converter system according to the tenth aspect, the harmonic compensation converter is driven in consideration of the timing at which the dead time of the element occurs from the detection signal of the AC voltage. Thus, the switching delay due to the dead time of the PWM converter can be compensated by the harmonic compensation converter.
[0034]
A PWM converter system according to an eleventh aspect of the present invention provides an AC voltage source and a transformer for transforming the power supply voltage, a PWM converter connected to an output winding of the transformer, and a DC voltage ripple of the PWM converter. A DC capacitor for switching, a switching harmonic compensation converter connected to an additional winding of the transformer, a DC voltage source for maintaining a DC voltage of the switching harmonic compensation converter, and a series connection with the switching harmonic compensation converter. A connected fundamental harmonic compensating converter, a filter circuit including a capacitor and a reactor, a modulated wave generating circuit for calculating a modulated wave of the PWM converter, and the PWM from a modulated wave and a carrier calculated by the modulated wave generating circuit. A PWM control circuit for generating a gate signal of the converter; A gate operation circuit for calculating the switching state of the switching harmonic compensation converter from the output modulated wave and the carrier; and a gate operation for calculating the switching state of the fundamental harmonic compensation converter from the modulation wave calculated by the modulation wave generation circuit. Wherein each of the gate operation circuits detects an AC current of each of the switching harmonic compensation converter and the fundamental harmonic compensation converter, and outputs a gate signal of each of the switching harmonic compensation converter and the fundamental harmonic compensation converter. And generating a gate signal for compensating the dead time delay of each of the switching harmonic compensation converter and the fundamental harmonic compensation converter.
[0035]
In the PWM converter system according to the eleventh aspect, the AC current of the harmonic compensation converter is detected, and the harmonic compensation converter is driven in consideration of the timing at which the dead time delay of the harmonic compensation converter occurs. Thereby, the switching delay due to the dead time of the harmonic compensation converter can be compensated by the harmonic compensation converter.
[0036]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a PWM converter system according to a first embodiment of the present invention. The PWM converter system according to the present embodiment includes an AC voltage source 1 similar to the proposed PWM converter system shown in FIG. 11, a transformer 2 for transforming the power supply voltage, and an output winding 3 of the transformer 2. 4, a DC capacitor 7 for suppressing DC voltage ripple of the PWM converters 5 and 6, and a switching harmonic compensation converter 9 connected to an additional winding 8 of the transformer 2. A DC voltage source 10 for maintaining the DC voltage of the switching harmonic compensation converter 9, a fundamental harmonic compensation converter 11 connected in series with the switching harmonic compensation converter 9, a filter circuit 14 including a capacitor 12 and a reactor 13. It is composed of
[0037]
Then, as a feature of the PWM converter system of the present embodiment, in the filter circuit 14, a resistor 20 for attenuating a current flowing through the reactor 13 is inserted in series with the reactor 13.
[0038]
Next, the operation of the PWM converter system having the above configuration will be described. The output voltage of the active filter 15 for suppressing harmonics generated by the converters 5 and 6 and flowing into and out of the power supply 1 is controlled by a switching signal to the harmonic compensation converters 9 and 11. , 6 are adjusted based on a switching signal for controlling each output voltage.
[0039]
The operation of the main PWM converters 5 and 6 and the operation of the active filter 15 in this PWM converter system will be described.
[0040]
<Operation of main converter>
The generation of the switching signals of the PWM converters 5 and 6 as the main converters will be briefly described. Each of the single-phase PWM converters 5 and 6 has a U-phase and a V-phase.
[0041]
First, the U phase of the PWM converter 5 will be described. The modulated wave is compared with the carrier (carrier) to generate a switching signal to the switching element S1UP as follows.
[0042]
(Equation 1)
S1U = 1, S1X = 0 (modulated wave> carrier wave)
S1U = 0, S1X = 1 (modulated wave <carrier)
When S1U, S1X = 1, the gate circuit is driven to turn on the corresponding switching element, and when S1U, S1X = 0, the gate circuit is driven to turn off the corresponding switching element.
[0043]
The V-phase operation of the PWM converter 1 generates a V-phase modulated wave by multiplying the modulated wave by (−1) as compared with the U-phase, and generates a gate signal as follows.
[0044]
(Equation 2)
S1V = 0, S1Y = 1 (modulation wave> carrier wave)
S1V = 1, S1Y = 0 (modulated wave <carrier)
The output voltage (UV line voltage) VC1 of the PWM converter 1 is like the gate generation signal of the first converter in FIG. The output potential becomes three potentials of 0 [V], + Vdc [V], and -Vdc [V].
[0045]
<Operation of converter group (multiplex operation)>
In the case of a system in which a plurality of PWM converters 5 and 6 are connected to the AC power supply 1, the reference phase of the carrier is shifted and driven between the PWM converters.
[0046]
Now, assuming N multiplexing operations, the m-th (1 <m <N) carrier phase θc is determined by equation (3).
[0047]
[Equation 3]
Figure 2004096911
Where α is the initial phase
In the case of a single-phase PWM converter alone, the output voltage harmonics and the output current harmonics show large levels in a frequency band twice as high as the switching frequency FS [Hz]. In the multiplexing operation using the N PWM converters described above, a large level appears in a frequency band 2 × N times the switching frequency FS [Hz] due to the carrier phase difference operation. That is, the high-frequency bands are canceled out by a single converter, and the harmonic level is suppressed.
[0048]
FIGS. 12 and 13 show the switching operation of each switching element and the output voltages VC1 and VC2 and their combined voltages VC1 + VC2 in the case of the multiplex operation of the two PWM converters of the first converter and the second converter. Is shown. In this case, the phases of the carrier waves of the first converter and the second converter are relatively shifted by 90 [deg].
[0049]
<Harmonic voltage to be compensated>
The output voltage of the main converter group is as shown in FIG. 13 and includes a harmonic component in addition to the fundamental component. The harmonic voltage can be obtained by subtracting the fundamental voltage component from the output voltage.
[0050]
When the harmonic voltage calculated in this way is separated into a high-order component and a low-order component, the result is as shown in FIGS. Conversely, the output voltage of the PWM converters 5 and 6 group = the sine wave voltage of the fundamental wave + lower harmonic + higher harmonic.
[0051]
The active filter 15 does not have a fundamental wave voltage component to suppress harmonics, and acts to cancel low-order harmonics and high-order harmonics.
[0052]
<Active filter>
14 to 16 show configuration examples of the active filter 15. The active filter 15 has a configuration in which two single-phase full-bridge converters 9 and 11 are connected in series. The switching harmonic compensation converter 9 outputs a high-order harmonic voltage equivalent to suppress high-order harmonics. The fundamental harmonic compensation converter 11 outputs a low-order harmonic voltage equivalent in order to suppress low-order harmonics.
[0053]
The DC side of the switching harmonic compensation converter 9 is kept constant by the voltage source VdcA1 (10). The four switching elements perform on / off operations according to the switching signals SA1U, SA1X, SA1V, and SA1Y. The DC side of the fundamental harmonic compensation converter 11 has a voltage VdcA2 corresponding to the flowing current. The four switching elements of the fundamental harmonic compensation converter 11 perform on / off operations according to the switching signals SA2U, SA2X, SA2V, and SA2Y.
[0054]
<Switching operation of active filter>
In the active filter 15 shown in FIGS. 14 to 16, the signals are as follows according to the switching signals SC1U, SC1Y, SC2U, SC2Y of the main PWM converters 5, 6 of the converter group shown in FIGS. Generate S1.
[0055]
(Equation 4)
S1 = XOR (NOT (XOR (SC1U, SC1Y)), NOT (XOR (SC2U, SC2Y)))
= XOR (NOT (XOR1), NOT (XOR2))
Further, the signal S2 is generated as follows according to the modulation rate of the converter group. Here, the modulation rate of the converter group is defined as an average value of the modulation rates of the converters. That is,
(Equation 5)
Modulation rate of converter group = 1 / N x N units (modulation rate of each converter)
Note that there is a relationship of “modulation rate × DC voltage = output voltage”.
[0056]
(Equation 6)
S2 = 1 if 0.5 ≤ modulation rate ≤ 1.0
= 0 if 0 ≤ modulation rate <0.5
= 1 if -0.5 ≤ modulation rate <0
= 0 if -1.0 ≤ modulation rate ≤ -0.5
Based on these signals S1 and S2, switching signals SA1U, SA1X, SA1V, and SA1Y of the converter 9 in the upper stage of the active filter 15 are generated.
[0057]
(Equation 7)
SA1U = NOT (XOR (S1, S2))
SA1X = NOT (SA1U)
SA1Y = SA1U
SA1V = NOT (SA1Y)
Further, the switching signals SA2U, SA2X, SA2V, SA2Y of the converter 11 at the lower stage of the active filter 15 are determined by the following equation (9) based on the signal S3 generated by the following equation (8).
[0058]
(Equation 8)
S3 = 1 if (0.00 ≦ modulation rate ≦ 0.25)
or (0.50 ≦ modulation rate ≦ 0.75)
or (-1.00 ≤ modulation rate ≤ -0.75)
or (−0.50 ≦ modulation rate ≦ 0.25)
= 0 if (0.25 ≦ modulation rate ≦ 0.50)
or (0.75 ≦ modulation rate ≦ 1.00)
or (-0.75 ≤ modulation rate ≤ -0.50)
or (-0.25 ≤ modulation rate ≤ 0.00)
(Equation 9)
SA2U = S3
SA2X = NOT (SA2U)
SA2Y = S3
SA2V = NOT (SA2Y)
According to the active filter 15 configured as described above, the harmonics that are output from the main converters 5 and 6 and flow into and out of the power supply 1 can be theoretically completely canceled out. Waves can be dramatically reduced.
[0059]
However, when the filter circuit 14 in the active filter 15 is composed of the capacitor 12 and the reactor 13 as in the proposed PWM converter system shown in FIG. 8 leaks to the AC power supply side.
[0060]
Therefore, in the PWM converter system of the first embodiment, the current flowing through the filter circuit 14 is reduced by inserting the resistor 20 in series with the reactor 13 of the filter circuit 14.
[0061]
Thus, according to the PWM converter system of the first embodiment, the active filter 15 can reduce the harmonics output from the main converters 5 and 6 and flowing into and out of the power supply 1, and The harmonic current exerted on the power supply 1 by the filter circuit 14 including the capacitor 12 and the reactor 13 in the filter 15 can be reduced.
[0062]
Next, a PWM converter system according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The PWM converter system according to the second embodiment differs from the PWM converter system according to the first embodiment shown in FIG. 1 in that the filter circuit 14 in the active filter 15 is composed of only the capacitor 12. I do.
[0063]
By thus removing the reactor of the filter circuit 14 and using only the capacitor 12, the current flowing through the filter circuit 14 can be eliminated, thereby eliminating the harmonic current caused by the filter circuit 14. Can be reduced.
[0064]
Next, a PWM converter system according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The PWM converter system according to the third embodiment differs from the PWM converter system according to the second embodiment shown in FIG. 2 in that a capacitor 10 ′ is provided instead of the DC voltage source 10 provided in the active filter 15. It is characterized by using.
[0065]
As in the second embodiment, when the reactor is removed from the filter circuit 14 in the active filter 15 and the switching harmonic compensation converter 9 is operated with the gate signal for compensating the switching harmonics of the PWM converters 5 and 6, the switching A DC voltage suitable for removing harmonics is generated in the DC voltage of the harmonic compensation converter 9. Thus, the capacitor 10 'can be used instead of the DC voltage source 10.
[0066]
Thus, according to the PWM converter system of the third embodiment, the circuit cost can be reduced even when the DC voltage source 10 such as a battery is used.
[0067]
Next, a PWM converter system according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The feature of the PWM converter system of the fourth embodiment is that a resistor 21 is connected in series with a capacitor 12 in a filter circuit 14 in an active filter 15 with respect to the proposed technique of FIG. In that it is connected.
[0068]
In the PWM converter system according to the fourth embodiment, the current flowing through the filter circuit 14 is reduced by inserting the resistor 21 in series with the capacitor 12 of the filter circuit 14, whereby the filter circuit 14 is connected to the power supply 1. The applied harmonic current can be reduced.
[0069]
Next, a PWM converter system according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The PWM converter system according to the fifth embodiment has the same circuit configuration as that of the conventional proposed technology shown in FIG. 11, but the capacitor 12 and the reactor 13 constituting the filter circuit 14 in the active filter 15 have the same configuration. Is set to a value such that the resonance frequency of the filter circuit 14 shifts to a frequency band that has little effect on the operating frequency of the present system.
[0070]
By changing the electrical characteristic values of the capacitor 12 and the reactor 13 of the filter circuit 14, the resonance frequency of the filter circuit 14 can be adjusted. Therefore, in the PWM converter system according to the fifth embodiment, the resonance frequency of the filter circuit 14 is set to a frequency that has little effect on the operating frequencies of the PWM converters 3 and 4 and the signal band frequency of the AC power supply. Although the circuit configuration is the same as that of the PWM converter system described above, the influence on the operating frequencies of the PWM converters 5 and 6 and the signal band frequency of the AC power supply 1 can be reduced.
[0071]
Next, a PWM converter system according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The PWM converter system according to the sixth embodiment includes an AC voltage source 1 and a transformer 2 for transforming this power supply voltage, PWM converters 5 and 6 connected to output windings 3 and 4 of the transformer 2, and a PWM converter. DC capacitor 7 for suppressing DC voltage ripple of converters 5 and 6, switching harmonic compensation converter 9 connected to additional winding 8 of transformer 2, and DC voltage of switching harmonic compensation converter 9 are maintained. It includes a DC voltage source 10, a fundamental harmonic compensation converter 11 connected in series to the switching harmonic compensation converter 9, and a filter circuit 14 including a capacitor 12 and a reactor 13.
[0072]
Further, the PWM converter system includes an AC voltage detector 31 for detecting a voltage of the AC voltage source 1, a PLL circuit 34 for calculating a phase signal 33 from an output signal 32 of the AC voltage detector 31, A modulation wave generation circuit 36 for calculating a modulation wave 35, and a PWM control for generating gate signals 39, 40 for the PWM converters 5, 6 from the modulation wave 35 calculated by the modulation wave generation circuit 36 and the carrier 38 output from the carrier circuit 37. Circuits 41 and 42; a gate operation circuit 44 for calculating a gate signal 43 of the switching harmonic compensation converter 9 from the modulation wave 35 calculated by the modulation wave generation circuit 36 and the carrier 38 output by the carrier circuit 37; Gate operation for calculating a gate signal 45 of the fundamental harmonic compensation converter 11 from the modulated wave 35 calculated by 36 And a road 46.
[0073]
In the PWM converter system according to the sixth embodiment, the PLL circuit 34 calculates the phase signal 33 from the output signal 32 of the AC voltage detector 31 that detects the voltage of the AC voltage source 1, and the modulated wave generation circuit 36 Based on the output signal 32 of the AC voltage detector 31 and the phase signal 33 output from the PLL circuit 34, the modulation waves 35 of the PWM converters 5 and 6 are calculated, and the PWM control circuits 39 and 40 are respectively operated by the modulation wave generation circuit. Gate signals 41 and 43 for the PWM converters 5 and 6 are generated from the modulated wave 35 output from 36 and the carrier 38 output from the carrier circuit 37.
[0074]
At the same time, on the active filter 15 side, the gate arithmetic circuit 44 uses the modulated wave signal 35 output from the modulated wave generation circuit 36 used for PWM control of the PWM converters 5 and 6 and the carrier signal 38 output from the carrier circuit 37. , The gate signal 43 of the switching harmonic compensation converter 9 is calculated. Further, the gate operation circuit 46 calculates the gate signal 45 of the fundamental harmonic compensation converter 11 from the modulated wave signal 35 output from the modulated wave generation circuit 36.
[0075]
Thus, in the PWM converter system according to the sixth embodiment, the switching harmonic compensating converter 9 and the gate signals 43 and 45 of the fundamental harmonic compensating converter 11 are not delayed by the gate signals 41 and 42 of the PWM converters 5 and 6. Can be calculated and output at high speed, the output of the main converters 5 and 6 group effectively cancels the harmonics flowing into and out of the power supply 1, and dramatically reduces the harmonics flowing into and out of the power supply 1. can do.
[0076]
Next, a PWM converter system according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The seventh embodiment further includes an amplitude calculation circuit 51 in addition to the PWM converter system of the sixth embodiment shown in FIG. The AC voltage amplitude 52 is calculated from the output signal 32 and output to the modulation wave generation circuit 36, and the modulation wave generation circuit 36 obtains the modulation wave 35 from the AC voltage amplitude 52 and the output signal 33 of the PLL circuit 34. It is characterized by the following.
[0077]
In the PWM converter system of the seventh embodiment, instead of using the AC voltage detection signal 32 for control as in the PWM converter system of the sixth embodiment, the phase information 33 and the amplitude of the output of the PLL circuit 34 are used. An AC voltage equivalent is calculated from the amplitude information 52 of the arithmetic circuit 51 and used for PWM control.
[0078]
Thus, also in the PWM converter system of the seventh embodiment, similarly to the sixth embodiment, the switching harmonic compensation converter 9 and the fundamental harmonics are not delayed by the gate signals 41 and 42 of the PWM converters 5 and 6. The gate signals 43 and 45 of the wave compensating converter 11 can be computed and output at high speed, and the main converters 5 and 6 can output and effectively cancel the harmonics flowing into and out of the power supply 1 to the power supply 1. Incoming and outgoing harmonics can be dramatically reduced. In addition, in the case of the seventh embodiment, the AC voltage amplitude signal 52 obtained by the amplitude calculation circuit 51 without directly using the AC voltage signal 32 detected by the AC voltage detector 31 as in the sixth embodiment. Is used, it is less affected by harmonics of the AC voltage and noise of the detection system, and a stable control signal can be obtained.
[0079]
Next, a PWM converter system according to an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0080]
In both the sixth embodiment shown in FIG. 5 and the PWM converter system of the seventh embodiment shown in FIG. 6, the operation cycle of the PWM converters 5 and 6 is an operation cycle sufficient for control. However, the switching harmonic compensation converter 9 and the fundamental harmonic compensation converter 11 require a high-speed operation cycle. However, if both perform the gate signal output independently, the switching timing of the PWM converters 5 and 6 and the switching timing of the harmonic compensation converters 9 and 11 do not completely match, and the harmonic compensation operation becomes insufficient. .
[0081]
Therefore, in the PWM converter system of the eighth embodiment, a gate signal output command circuit 53 is newly provided, and a gate signal output command is simultaneously supplied to the PWM control circuits 41 and 42 and the gate operation circuits 44 and 46. In FIG. 7, components common to those in FIG. 5 are denoted by common reference numerals.
[0082]
Thereby, in the PWM converter system of the eighth embodiment, the gate signal outputs of the PWM converters 5, 6 and the harmonic compensation converters 9, 11 are synchronized, and the switching of the converters 5, 6, 9, 11 is performed at the same timing. By doing so, the gate signals match and a complete compensation operation becomes possible.
[0083]
In the PWM converter system of FIG. 6, the same operation and effect can be obtained by providing the same gate signal output command circuit 53 as in FIG.
[0084]
Next, a PWM converter system according to a ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The PWM converter system according to the ninth embodiment includes an AC voltage source 1, a transformer 2 for transforming the power supply voltage, PWM converters 5 and 6 connected to output windings 3 and 4 of the transformer 2, and a PWM converter. DC capacitor 7 for suppressing DC voltage ripple of converters 5 and 6, switching harmonic compensation converter 9 connected to additional winding 8 of transformer 2, and maintaining DC voltage of switching harmonic compensation converter 9 A DC voltage source 10, a fundamental harmonic compensation converter 11 connected in series to the switching harmonic compensation converter 9, and a filter circuit 14 including a capacitor 12 and a reactor 13.
[0085]
The PWM converter system according to the present embodiment also includes a modulation wave generation circuit 36 that calculates the modulation waves 35 of the PWM converters 5 and 6, a modulation wave 35 calculated by the modulation wave generation circuit 36, and a carrier 38 output by the carrier circuit 37. PWM control circuits 39 and 40 for generating gate signals 41 and 42 for PWM converters 5 and 6 from the converter, and a switching harmonic compensation converter based on the modulated wave 35 calculated by the modulated wave generating circuit 36 and the carrier 38 output from the carrier circuit 37. 9 includes a gate operation circuit 44 for calculating the switching state 43 and a gate operation circuit 46 for calculating the switching state 45 of the fundamental harmonic compensation converter 11 from the modulation wave 35 calculated by the modulation wave generation circuit 36.
[0086]
The PWM converter system according to the present embodiment further includes an AC current detector 54 for detecting an AC current of the PWM converter 5, and each of the gate arithmetic circuits 44 and 46 detects the PWM converter detected by the AC current detector 54. 5, a gate signal for compensating for the dead time delay of the switching element of the PWM converter 5 is provided as the gate signals 43 and 45 of the switching harmonic compensation converter 9 and the fundamental harmonic compensation converter 11, respectively. It is generated.
[0087]
In the PWM converter system of the ninth embodiment, the control of the PWM converters 5 and 6 is the same as that of the sixth embodiment, but the timing at which the dead time of the element occurs from the alternating current 55 of the PWM converter 5 , The harmonic compensation converters 9 and 11 are driven. Thus, the switching delay due to the dead time of the PWM converters 5 and 6 can be compensated by the harmonic compensation converters 9 and 11.
[0088]
Next, a PWM converter system according to a tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A feature of the PWM converter system according to the tenth embodiment is that, compared to the ninth embodiment shown in FIG. 8, each of the gate operation circuits 44 and 46 uses the output signal 33 of the PLL circuit 34 to perform switching harmonics. The point is that the gate signals 43 and 45 for the wave compensation converter 9 and the fundamental harmonic compensation converter 11 are generated as gate signals for compensating for the dead time delay of the PWM converters 5 and 6, respectively. Therefore, other circuit elements are common to those of the ninth embodiment shown in FIG.
[0089]
When the PWM converters 5 and 6 operate at a power factor of 1, the phases of the AC voltage and the system current match. Therefore, in the PWM converter system according to the tenth embodiment, the harmonic compensation converters 9 and 11 are driven in consideration of the timing at which the dead time of the element occurs from the detection signal 32 of the AC voltage. Thus, the switching delay due to the dead time of the PWM converters 5 and 6 can be compensated by the harmonic compensation converters 9 and 11.
[0090]
Next, a PWM converter system according to an eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The PWM converter system according to the eleventh embodiment is different from the ninth embodiment shown in FIG. 8 in that instead of detecting the AC input current of the PWM converter 5 by the AC current detector 54, the switching harmonic compensation is performed. An AC current detector 56 for detecting the AC input current of the converter 9 is provided, and the gate arithmetic circuits 44 and 46 use the detection signal 57 of the AC current detector 56 to generate switching harmonic compensation converters as gate signals 43 and 45, respectively. 9. A gate signal for compensating for a dead time delay of each of the fundamental harmonic compensation converters 11 is generated. Other circuit elements are common to those of the ninth embodiment shown in FIG.
[0091]
In the PWM converter system of the present embodiment, the AC current of the harmonic compensation converters 9 and 11 is detected, and the harmonic compensation converters 9 and 11 are considered in consideration of the timing at which the dead time delay of the harmonic compensation converters 9 and 11 occurs. By driving each, the switching delay due to the dead time of the harmonic compensation converters 9 and 11 can be compensated by the harmonic compensation converter.
[0092]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, by inserting a resistor in series with the reactor of the filter circuit, the current flowing through the filter circuit can be reduced, and the harmonic current applied to the power supply by the filter circuit can be reduced. it can.
[0093]
According to the second and third aspects of the present invention, since the reactor of the filter circuit is removed and only the capacitor is used, the current flowing through the filter circuit can be eliminated, and the harmonic current due to the filter circuit can be eliminated.
[0094]
In addition, when the switching harmonic compensation converter is operated with a gate signal that removes the reactor of the filter circuit and compensates for the switching harmonics of the PWM converter, the DC voltage of the switching harmonic compensation converter is appropriate for eliminating the harmonics. Since a DC voltage is generated, a capacitor can be used instead of the DC voltage source, which is an active element, and the circuit cost can be reduced.
[0095]
According to the fourth aspect of the present invention, by inserting a resistor in series with the capacitor of the filter circuit, the current flowing through the filter circuit can be reduced, and the harmonic current applied to the power supply by the filter circuit can be reduced.
[0096]
According to the fifth aspect of the present invention, the resonance frequency of the filter circuit is set to a frequency that has little effect on the operating frequency of the PWM converter and the signal band frequency of the AC power supply by appropriately setting the values of the capacitor and the reactor of the filter circuit. As a result, it is possible to reduce the influence on the operating frequency of the PWM converter and the signal band frequency of the AC power supply while having the same circuit configuration as the conventionally proposed PWM converter system.
[0097]
According to the invention of claim 6, the gate signal of the switching harmonic compensation converter is calculated by the gate calculation circuit from the output signal of the modulation wave generation circuit used for PWM control of the PWM converter and the output signal of the carrier circuit to generate the modulation wave. By calculating the gate signal of the fundamental harmonic compensation converter from the output signal of the circuit by the gate operation circuit, the gate signal of the switching harmonic compensation converter and the gate signal of the fundamental harmonic compensation converter can be obtained without being delayed by the gate signal of the PWM converter. The operation output can be performed at high speed.
[0098]
According to the seventh aspect of the present invention, instead of using the AC voltage detection signal for control as in the PWM converter system of the sixth aspect, the AC voltage equivalent is obtained from the phase information of the PLL circuit output and the amplitude information of the amplitude calculation circuit. By calculating and using it for control, it is less affected by harmonics of the AC voltage and noise of the detection system, and a stable control signal can be obtained.
[0099]
According to the invention of claim 8, the gate signal outputs of the PWM converter and the harmonic compensation converter are synchronized, and the switching of the converter is performed at the same timing so that the gate signals are matched, and a complete compensation operation can be performed.
[0100]
According to the ninth aspect of the present invention, the switching delay due to the dead time of the PWM converter is compensated by driving the harmonic compensation converter from the AC current of the PWM converter in consideration of the timing at which the dead time of the element occurs. It can be compensated by the converter.
[0101]
According to the tenth aspect of the present invention, the switching delay due to the dead time of the PWM converter is reduced by driving the harmonic compensation converter in consideration of the timing at which the dead time of the element occurs from the detection signal of the AC voltage of the PWM converter. It can be compensated by a wave compensation converter.
[0102]
According to the eleventh aspect of the present invention, an AC current of the harmonic compensation converter is detected, and the harmonic compensation converter is driven in consideration of a timing at which a dead time delay of the harmonic compensation converter occurs. The switching delay due to the dead time can be compensated by the harmonic compensation converter.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a PWM converter system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram of a PWM converter system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram of a PWM converter system according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram of a PWM converter system according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a circuit block diagram of a PWM converter system according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a circuit block diagram of a PWM converter system according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a circuit block diagram of a PWM converter system according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a circuit block diagram of a PWM converter system according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a circuit block diagram of a PWM converter system according to a tenth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a circuit block diagram of a PWM converter system according to an eleventh embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a circuit block diagram of a conventionally proposed PWM converter system.
FIG. 12 is a timing chart showing an operation of each main converter of a main converter group in a conventionally proposed PWM converter system (part 1).
FIG. 13 is a timing chart showing the operation of each main converter of the main converter group in a conventionally proposed converter system (part 2).
FIG. 14 is a timing chart showing an operation of a switching harmonic compensation converter of an active filter in a conventionally proposed converter system.
FIG. 15 is a timing chart showing an operation of a fundamental harmonic compensation converter of an active filter in a conventionally proposed converter system.
FIG. 16 is a waveform diagram of output voltages and harmonics of a main converter group in a conventionally proposed converter system, and a waveform diagram of a modulation factor of an active filter, a control signal, and an output voltage.
[Explanation of symbols]
1 AC voltage source
2 Transformers
3 Secondary winding
4 Secondary winding
5 PWM converter
6 PWM converter
7 DC capacitors
8 Exclusive winding
9 Switching harmonic compensation converter
10 DC voltage source
11 Harmonic Compensation Converter
12 Capacitor
13 Reactor
14 Filter circuit
15 Active filter
31 AC voltage detector
34 PLL circuit
36 Modulation wave generation circuit
37 Carrier circuit
39 PWM control circuit
40 PWM control circuit
44 Gate operation circuit
46 Gate operation circuit
51 Amplitude calculation circuit
53 Gate signal output command circuit
54 AC current detector
56 AC current detector

Claims (11)

交流電圧源及びこの電源電圧を変圧する変圧器と、
前記変圧器の出力巻線に接続されたＰＷＭコンバータと、
前記ＰＷＭコンバータの直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサと、
前記変圧器の追加巻線に接続されたスイッチング高調波補償コンバータと、
前記スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧を維持する直流電圧源と、
前記スイッチング高調波補償コンバータに直列に接続された基本波高調波補償コンバータと、
コンデンサとリアクトルから成るフィルタ回路であって、前記リアクトルに直列に、当該リアクトルに流れる電流を減衰させるための抵抗が接続されたフィルタ回路とを備えたことを特徴とするＰＷＭコンバータシステム。An AC voltage source and a transformer for transforming the power supply voltage;
A PWM converter connected to the output winding of the transformer;
A DC capacitor for suppressing a DC voltage ripple of the PWM converter;
A switching harmonic compensation converter connected to the additional winding of the transformer;
A DC voltage source for maintaining a DC voltage of the switching harmonic compensation converter;
A fundamental harmonic compensation converter connected in series to the switching harmonic compensation converter,
A PWM converter system, comprising: a filter circuit including a capacitor and a reactor, the filter circuit including, in series with the reactor, a resistor connected to attenuate a current flowing through the reactor. 交流電圧源及びこの電源電圧を変圧する変圧器と、
前記変圧器の出力巻線に接続されたＰＷＭコンバータと、
前記ＰＷＭコンバータの直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサと、
前記変圧器の追加巻線に接続されたスイッチング高調波補償コンバータと、
前記スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧を維持する直流電圧源と、
前記スイッチング高調波補償コンバータに直列に接続された基本波高調波補償コンバータと、
コンデンサのみから成るフィルタ回路とを備えたことを特徴とするＰＷＭコンバータシステム。An AC voltage source and a transformer for transforming the power supply voltage;
A PWM converter connected to the output winding of the transformer;
A DC capacitor for suppressing a DC voltage ripple of the PWM converter;
A switching harmonic compensation converter connected to the additional winding of the transformer;
A DC voltage source for maintaining a DC voltage of the switching harmonic compensation converter;
A fundamental harmonic compensation converter connected in series to the switching harmonic compensation converter,
A PWM converter system comprising: a filter circuit including only a capacitor. 前記直流電圧源に代えてコンデンサを用いたことを特徴とする請求項２に記載のＰＷＭコンバータシステム。The PWM converter system according to claim 2, wherein a capacitor is used in place of the DC voltage source. 交流電圧源及びこの電源電圧を変圧する変圧器と、
前記変圧器の出力巻線に接続されたＰＷＭコンバータと、
前記ＰＷＭコンバータの直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサと、
前記変圧器の追加巻線に接続されたスイッチング高調波補償コンバータと、
前記スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧を維持する直流電圧源と、
前記スイッチング高調波補償コンバータに直列に接続された基本波高調波補償コンバータと、
コンデンサとリアクトルから成るフイルタ回路であって、前記コンデンサに直列に、当該フィルタ回路に流れる電流を減衰させるための抵抗が接続されたフィルタ回路とを備えたことを特徴とするＰＷＭコンバータシステム。An AC voltage source and a transformer for transforming the power supply voltage;
A PWM converter connected to the output winding of the transformer;
A DC capacitor for suppressing a DC voltage ripple of the PWM converter;
A switching harmonic compensation converter connected to the additional winding of the transformer;
A DC voltage source for maintaining a DC voltage of the switching harmonic compensation converter;
A fundamental harmonic compensation converter connected in series to the switching harmonic compensation converter,
A PWM converter system, comprising: a filter circuit including a capacitor and a reactor, the filter circuit including, in series with the capacitor, a resistor connected to attenuate a current flowing through the filter circuit. 交流電圧源及びこの電源電圧を変圧する変圧器と、
前記変圧器の出力巻線に接続されたＰＷＭコンバータと、
前記ＰＷＭコンバータの直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサと、
前記変圧器の追加巻線に接続されたスイッチング高調波補償コンバータと、
前記スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧を維持する直流電圧源と、
前記スイッチング高調波補償コンバータに直列に接続された基本波高調波補償コンバータと、
コンデンサとリアクトルから成るフィルタ回路であって、当該コンデンサとリアクトルの値が、当該フィルタ回路の共振周波数が本システムの動作周波数への影響の少ない周波数帯に移るような値に設定されているフィルタ回路とを備えたことを特徴とするＰＷＭコンバータシステム。An AC voltage source and a transformer for transforming the power supply voltage;
A PWM converter connected to the output winding of the transformer;
A DC capacitor for suppressing a DC voltage ripple of the PWM converter;
A switching harmonic compensation converter connected to the additional winding of the transformer;
A DC voltage source for maintaining a DC voltage of the switching harmonic compensation converter;
A fundamental harmonic compensation converter connected in series to the switching harmonic compensation converter,
A filter circuit comprising a capacitor and a reactor, wherein a value of the capacitor and the reactor is set to a value such that a resonance frequency of the filter circuit shifts to a frequency band having little influence on an operation frequency of the present system. And a PWM converter system. 交流電圧源及びこの電源電圧を変圧する変圧器と、
前記変圧器の出力巻線に接続されたＰＷＭコンバータと、
前記ＰＷＭコンバータの直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサと、
前記変圧器の追加巻線に接続されたスイッチング高調波補償コンバータと、
前記スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧を維持する直流電圧源と、
前記スイッチング高調波補償コンバータに直列に接続された基本波高調波補償コンバータと、
コンデンサとリアクトルから成るフイルタ回路と、
前記交流電圧源の電圧を検出する交流電圧検出手段と、
前記交流電圧検出手段の出力信号から位相信号を演算するＰＬＬ回路と、
前記ＰＷＭコンバータの変調波を演算する変調波生成回路と、
前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記ＰＷＭコンバータのゲート信号を生成するＰＷＭ制御回路と、
前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記スイッチング高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路と、
前記変調波生成回路の算出した変調波から前記基本波高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路とを備えたことを特徴とするＰＷＭコンバータシステム。An AC voltage source and a transformer for transforming the power supply voltage;
A PWM converter connected to the output winding of the transformer;
A DC capacitor for suppressing a DC voltage ripple of the PWM converter;
A switching harmonic compensation converter connected to the additional winding of the transformer;
A DC voltage source for maintaining a DC voltage of the switching harmonic compensation converter;
A fundamental harmonic compensation converter connected in series to the switching harmonic compensation converter,
A filter circuit comprising a capacitor and a reactor,
AC voltage detection means for detecting the voltage of the AC voltage source,
A PLL circuit for calculating a phase signal from an output signal of the AC voltage detection means;
A modulation wave generation circuit that calculates a modulation wave of the PWM converter;
A PWM control circuit that generates a gate signal of the PWM converter from the modulated wave and the carrier calculated by the modulated wave generation circuit;
A gate operation circuit that calculates a switching state of the switching harmonic compensation converter from the modulation wave and the carrier calculated by the modulation wave generation circuit,
And a gate operation circuit for calculating a switching state of the fundamental harmonic compensation converter from the modulation wave calculated by the modulation wave generation circuit. 交流電圧源及びこの電源電圧を変圧する変圧器と、
前記変圧器の出力巻線に接続されたＰＷＭコンバータと、
前記ＰＷＭコンバータの直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサと、
前記変圧器の追加巻線に接続されたスイッチング高調波補償コンバータと、
前記スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧を維持する直流電圧源と、
前記スイッチング高調波補償コンバータに直列に接続された基本波高調波補償コンバータと、
コンデンサとリアクトルからなるフィルタ回路と、
前記交流電圧源の電圧を検出する交流電圧検出手段と、
前記交流電圧検出手段の出力信号から位相信号を演算するＰＬＬ回路と、
前記交流電圧検出手段の出力信号から交流電圧振幅を演算する振幅演算回路と、
前記ＰＷＭコンバータの変調波を演算する変調波生成回路と、
前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記ＰＷＭコンバータのゲート信号を生成するＰＷＭ制御回路と、
前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記スイッチング高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路と、
前記変調波生成回路の算出した変調波から前記基本波高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路とを備えたことを特徴とするＰＷＭコンバータシステム。An AC voltage source and a transformer for transforming the power supply voltage;
A PWM converter connected to the output winding of the transformer;
A DC capacitor for suppressing a DC voltage ripple of the PWM converter;
A switching harmonic compensation converter connected to the additional winding of the transformer;
A DC voltage source for maintaining a DC voltage of the switching harmonic compensation converter;
A fundamental harmonic compensation converter connected in series to the switching harmonic compensation converter,
A filter circuit consisting of a capacitor and a reactor,
AC voltage detection means for detecting the voltage of the AC voltage source,
A PLL circuit for calculating a phase signal from an output signal of the AC voltage detection means;
An amplitude calculating circuit for calculating an AC voltage amplitude from an output signal of the AC voltage detecting means,
A modulation wave generation circuit that calculates a modulation wave of the PWM converter;
A PWM control circuit that generates a gate signal of the PWM converter from the modulated wave and the carrier calculated by the modulated wave generation circuit;
A gate operation circuit that calculates a switching state of the switching harmonic compensation converter from the modulation wave and the carrier calculated by the modulation wave generation circuit,
And a gate operation circuit for calculating a switching state of the fundamental harmonic compensation converter from the modulation wave calculated by the modulation wave generation circuit. 交流電圧源及びこの電源電圧を変圧する変圧器と、
前記変圧器の出力巻線に接続されたＰＷＭコンバータと、
前記ＰＷＭコンバータの直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサと、
前記変圧器の追加巻線に接続されたスイッチング高調波補償コンバータと、
前記スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧を維持する直流電圧源と、
前記スイッチング高調波補償コンバータに直列に接続された基本波高調波補償コンバータと、
コンデンサとリアクトルから成るフィルタ回路と、
前記ＰＷＭコンバータの変調波を演算する変調波生成回路と、
前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記ＰＷＭコンバータのゲート信号を生成するＰＷＭ制御回路と、
前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記スイッチング高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路と、
前記変調波生成回路の算出した変調波から前記基本波高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路とを備え、
前記ＰＷＭコンバータのゲート信号出力と前記スイッチング高調波補償コンバータ及び基本波高調波補償コンバータのゲート信号出力とのタイミングが同期していることを特徴とするＰＷＭコンバータシステム。An AC voltage source and a transformer for transforming the power supply voltage;
A PWM converter connected to the output winding of the transformer;
A DC capacitor for suppressing a DC voltage ripple of the PWM converter;
A switching harmonic compensation converter connected to the additional winding of the transformer;
A DC voltage source for maintaining a DC voltage of the switching harmonic compensation converter;
A fundamental harmonic compensation converter connected in series to the switching harmonic compensation converter,
A filter circuit comprising a capacitor and a reactor,
A modulation wave generation circuit that calculates a modulation wave of the PWM converter;
A PWM control circuit that generates a gate signal of the PWM converter from the modulated wave and the carrier calculated by the modulated wave generation circuit;
A gate operation circuit that calculates a switching state of the switching harmonic compensation converter from the modulation wave and the carrier calculated by the modulation wave generation circuit,
A gate operation circuit that calculates a switching state of the fundamental harmonic compensation converter from the modulation wave calculated by the modulation wave generation circuit,
A PWM converter system, wherein the timing of the gate signal output of the PWM converter is synchronized with the gate signal output of the switching harmonic compensation converter and the fundamental harmonic compensation converter. 交流電圧源及びこの電源電圧を変圧する変圧器と、
前記変圧器の出力巻線に接続されたＰＷＭコンバータと、
前記ＰＷＭコンバータの直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサと、
前記変圧器の追加巻線に接続されたスイッチング高調波補償コンバータと、
前記スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧を維持する直流電圧源と、
前記スイッチング高調波補償コンバータに直列に接続された基本波高調波補償コンバータと、
コンデンサとリアクトルから成るフイルタ回路と、
前記ＰＷＭコンバータの変調波を演算する変調波生成回路と、
前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記ＰＷＭコンバータのゲート信号を生成するＰＷＭ制御回路と、
前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記スイッチング高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路と、
前記変調波生成回路の算出した変調波から前記基本波高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路とを備え、
前記ゲート演算回路それぞれは、前記ＰＷＭコンバータの交流電流を検出し、前記スイッチング高調波補償コンバータ、基本波高調波補償コンバータそれぞれのゲート信号として、前記ＰＷＭコンバータのスイッチング素子のデッドタイム遅れを補償するようなゲート信号を生成することを特徴とするＰＷＭコンバータシステム。An AC voltage source and a transformer for transforming the power supply voltage;
A PWM converter connected to the output winding of the transformer;
A DC capacitor for suppressing a DC voltage ripple of the PWM converter;
A switching harmonic compensation converter connected to the additional winding of the transformer;
A DC voltage source for maintaining a DC voltage of the switching harmonic compensation converter;
A fundamental harmonic compensation converter connected in series to the switching harmonic compensation converter,
A filter circuit comprising a capacitor and a reactor,
A modulation wave generation circuit that calculates a modulation wave of the PWM converter;
A PWM control circuit that generates a gate signal of the PWM converter from the modulated wave and the carrier calculated by the modulated wave generation circuit;
A gate operation circuit that calculates a switching state of the switching harmonic compensation converter from the modulation wave and the carrier calculated by the modulation wave generation circuit,
A gate operation circuit that calculates a switching state of the fundamental harmonic compensation converter from the modulation wave calculated by the modulation wave generation circuit,
Each of the gate arithmetic circuits detects an alternating current of the PWM converter, and compensates a dead time delay of a switching element of the PWM converter as a gate signal of the switching harmonic compensation converter and a fundamental harmonic compensation converter. A PWM converter system for generating a simple gate signal. 請求項６又は７に記載のＰＷＭコンバータシステムにおいて、
前記ゲート演算回路それぞれは、前記ＰＬＬ回路の出力信号を用いて、前記スイッチング高調波補償コンバータ、基本波高調波補償コンバータそれぞれのゲート信号として、前記ＰＷＭコンバータのデッドタイム遅れを補償するようなゲート信号を生成することを特徴とするＰＷＭコンバータシステム。The PWM converter system according to claim 6 or 7,
A gate signal for compensating a dead time delay of the PWM converter as a gate signal of each of the switching harmonic compensation converter and the fundamental harmonic compensation converter using an output signal of the PLL circuit; Generating a PWM converter. 交流電圧源及びこの電源電圧を変圧する変圧器と、
前記変圧器の出力巻線に接続されたＰＷＭコンバータと、
前記ＰＷＭコンバータの直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサと、
前記変圧器の追加巻線に接続されたスイッチング高調波補償コンバータと、
前記スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧を維持する直流電圧源と、
前記スイッチング高調波補償コンバータに直列に接続された基本波高調波補償コンバータと、
コンデンサとリアクトルから成るフィルタ回路と、
前記ＰＷＭコンバータの変調波を演算する変調波生成回路と、
前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記ＰＷＭコンバータのゲート信号を生成するＰＷＭ制御回路と、
前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記スイッチング高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路と、
前記変調波生成回路の算出した変調波から前記基本波高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路とを備え、
前記ゲート演算回路それぞれは、前記スイッチング高調波補償コンバータ、基本波高調波補償コンバータそれぞれの交流電流を検出し、前記スイッチング高調波補償コンバータ、基本波高調波補償コンバータそれぞれのゲート信号としてこれらのスイッチング高調波補償コンバータ、基本波高調波補償コンバータそれぞれのデッドタイム遅れを補償するようなゲート信号を生成することを特徴とするＰＷＭコンバータシステム。An AC voltage source and a transformer for transforming the power supply voltage;
A PWM converter connected to the output winding of the transformer;
A DC capacitor for suppressing a DC voltage ripple of the PWM converter;
A switching harmonic compensation converter connected to the additional winding of the transformer;
A DC voltage source for maintaining a DC voltage of the switching harmonic compensation converter;
A fundamental harmonic compensation converter connected in series to the switching harmonic compensation converter,
A filter circuit comprising a capacitor and a reactor,
A modulation wave generation circuit that calculates a modulation wave of the PWM converter;
A PWM control circuit that generates a gate signal of the PWM converter from the modulated wave and the carrier calculated by the modulated wave generation circuit;
A gate operation circuit that calculates a switching state of the switching harmonic compensation converter from the modulation wave and the carrier calculated by the modulation wave generation circuit,
A gate operation circuit that calculates a switching state of the fundamental harmonic compensation converter from the modulation wave calculated by the modulation wave generation circuit,
Each of the gate operation circuits detects an AC current of each of the switching harmonic compensation converter and the fundamental harmonic compensation converter, and outputs these switching harmonics as gate signals of the switching harmonic compensation converter and the fundamental harmonic compensation converter. A PWM converter system for generating a gate signal for compensating a dead time delay of each of a wave compensation converter and a fundamental harmonic compensation converter.
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