JP2005341752A - Power converter - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、スイッチング素子により電力変換する電力変換装置に関するものである。 The present invention relates to a power conversion device that converts power with a switching element.
直流電圧を交流電圧に電力変換する電力変換装置の構成は、例えば特許文献1の図57に示されている。この構成は、直流電源にインバータ主回路が接続され、インバータ主回路において直流電圧が交流電圧に変換され、リアクトルとコンデンサで構成された交流フィルタを介して負荷に接続された電力変換主回路と、この電力変換主回路を制御する制御回路とで構成され、その制御回路は、インバータ主回路を駆動するドライブ回路に対して、交流正弦波基準発信回路と振幅指令発生回路との出力を乗算器で乗算して出力電圧指令Vosをつくり、この出力電圧指令Vosと出力電圧Voとの電圧偏差ΔVを加減算器により求め、この電圧偏差ΔVが零になるように電圧制御増幅器とPWM変調回路によりインバータ駆動信号を生成してドライブ回路に入力し、ドライブ回路からインバータ主回路が制御される構成となっている。
A configuration of a power converter that converts DC voltage into AC voltage is shown in FIG. 57 of
スイッチング素子を使用した電力変換器では、スイッチング素子のジャンクション温度が許容温度の範囲内となるように構成されている。スイッチング素子は、周囲温度にスイッチング回数、通電電流等の運転条件による温度上昇を加えた温度がスイッチング素子のジャンクション温度となり、このジャンクション温度が許容温度となるように定格値が設定され、電力変換装置のリアクトル等が所定の騒音レベルになるように構成されている。 The power converter using the switching element is configured such that the junction temperature of the switching element is within the allowable temperature range. The switching element has a rated value set so that the junction temperature of the switching element is the temperature obtained by adding the temperature rise due to the operating conditions such as the number of switching and energization current to the ambient temperature, and this junction temperature becomes the allowable temperature. The reactor or the like is configured to have a predetermined noise level.
スイッチング素子には、スイッチ動作によるスイッチング損失Psnと、通電電流による通電損失Pstが発生し、その和がスイッチング素子に発生する素子損失Pである。
即ち、P=Psn+Potとなる。
スイッチング損失Psnは、1回当たりのスイッチングエネルギPsとスイッチング回数nの積であり、通電損失Potは、ON電圧ドロップと通電電流Poと通電時間比率tの積である。
スイッチング損失Psnと搬送波信号fcの周波数との関係は、スイッチング素子のスイッチング回数が搬送波信号fcの周波数に比例するから図11に示すとおり、搬送波信号fcの周波数が高くなるにしたがって増大する。
出力電流Ioとスイッチング素子損失Pとの関係は図12に示すとおり、出力電流Ioの増加に伴ってスイッチング素子の損失Pが増加する。
リアクトルの騒音は、鉄心の磁気歪みに起因するものであり、出力電流Ioが一定の条件においては、図13に示すように、搬送波信号fcの周波数が高くなると騒音レベルSnが低くなる。
In the switching element, a switching loss Psn due to the switching operation and an energization loss Pst due to the energizing current are generated, and the sum thereof is an element loss P generated in the switching element.
That is, P = Psn + Pot.
The switching loss Psn is a product of the switching energy Ps per switching and the number of times of switching n, and the energization loss Pot is a product of the ON voltage drop, the energization current Po, and the energization time ratio t.
Since the switching frequency of the switching element is proportional to the frequency of the carrier signal fc, the relationship between the switching loss Psn and the frequency of the carrier signal fc increases as the frequency of the carrier signal fc increases as shown in FIG.
As shown in FIG. 12, the relationship between the output current Io and the switching element loss P increases as the output current Io increases.
The reactor noise is caused by the magnetic distortion of the iron core. Under the condition where the output current Io is constant, the noise level Sn decreases as the frequency of the carrier signal fc increases as shown in FIG.
また、搬送波信号fcの周波数を高くするほど出力電圧Voの波形歪み率は低くなるので、搬送波信号fcの周波数は、出力電圧Voの波形歪み率を考慮した値に決められている。 Further, since the waveform distortion rate of the output voltage Vo becomes lower as the frequency of the carrier wave signal fc is increased, the frequency of the carrier wave signal fc is determined to be a value considering the waveform distortion rate of the output voltage Vo.
上記のように、リアクトルの騒音を低く抑えるには、搬送波信号fcの周波数を高くする必要があるが、スイッチング素子のスイッチング損失Psnが増加して温度上昇が大きくなる。また、出力電流Ioの増加に伴って、スイッチング素子の損失Pも増加する。したがって、電力変換装置では、スイッチング素子のジャンクション温度が許容温度に納まり、騒音レベルも所定のレベルに抑えられ、出力電圧Voの波形歪み率も所定値以下になるように搬送波信号fcの周波数が決められている。 As described above, in order to keep the reactor noise low, it is necessary to increase the frequency of the carrier wave signal fc, but the switching loss Psn of the switching element increases and the temperature rise increases. As the output current Io increases, the switching element loss P also increases. Therefore, in the power converter, the frequency of the carrier wave signal fc is determined so that the junction temperature of the switching element falls within the allowable temperature, the noise level is suppressed to a predetermined level, and the waveform distortion rate of the output voltage Vo is also equal to or lower than the predetermined value. It has been.
上記のように電力変換装置のリアクトルの騒音レベルを低く抑えるためには搬送波信号fcの周波数を高く設定することが必要であるが、搬送波信号fcの周波数を高く設定すると、スイッチング損失Psnが増加するので、冷却手段が大型になる問題点があった。
また、出力電圧Voの波形歪み率を仕様値に納めるためには、搬送波周波数fcを高く設定する必要があるが、半導体スイッチのジャンクション温度の制限があるので、出力電流値を低く抑えるか、または冷却をよくするために冷却手段を大型にしなければならない問題点があった。
As described above, it is necessary to set the frequency of the carrier signal fc high in order to keep the reactor noise level low, but if the frequency of the carrier signal fc is set high, the switching loss Psn increases. Therefore, there is a problem that the cooling means becomes large.
Further, in order to keep the waveform distortion rate of the output voltage Vo within the specification value, it is necessary to set the carrier frequency fc high. However, since the junction temperature of the semiconductor switch is limited, the output current value is kept low, or There was a problem that the cooling means had to be enlarged in order to improve the cooling.
この発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、電力変換装置の冷却装置を大型にすることなく、リアクトルの騒音レベルを所定のレベルに抑えられて、必要な出力電流が得られる電力変換装置、または冷却装置を大型にしないで出力電圧の波形歪み率も仕様値となる電力変換装置を構成することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and the required noise can be obtained by suppressing the reactor noise level to a predetermined level without increasing the size of the cooling device for the power converter. It is an object of the present invention to constitute a power conversion device in which the waveform distortion rate of the output voltage becomes a specification value without increasing the size of the power conversion device or the cooling device.
この発明に係る電力変換装置は、直流電源に接続された複数のスイッチング素子で構成された電力変換器の変換出力をリアクトルおよびコンデンサで構成された交流フィルタを介して負荷に供給する電力変換主回路と、電力変換回路の出力電圧を検出する電圧検出手段と、電力変換器を制御する制御回路とからなり、電力変換器の配置位置における最高周囲温度を設定温度とし、電力変換器のジャンクション温度の許容値を温度規定値とし、制御回路は、搬送波信号を発生する搬送波信号発生回路と、制御信号を生成する制御信号生成回路とを備え、制御信号生成回路は出力電圧指令値と出力電圧との電圧偏差を求め、この電圧偏差が零となるように出力電圧指令値を演算し、出力電圧指令値と搬送波信号発生回路が発生した搬送波信号とにより制御信号を生成して駆動回路に入力し、駆動回路から上記電力変換器を制御する電力変換装置において、電力変換器の配置位置の周囲温度を検出する周囲温度検出手段と、電力変換器の出力電流を検出する出力電流検出手段と、搬送波信号周波数切換手段とを設け、搬送波信号周波数切換手段は、検出された周囲温度と電力変換器の出力電流に基づき、搬送波信号発生回路から出力する搬送波信号の周波数を、電力変換器の温度が温度規定値の範囲となる周波数に切り換える構成としたものである。 The power conversion device according to the present invention is a power conversion main circuit that supplies a conversion output of a power converter composed of a plurality of switching elements connected to a DC power supply to a load via an AC filter composed of a reactor and a capacitor. And a voltage detection means for detecting the output voltage of the power converter circuit, and a control circuit for controlling the power converter. The maximum ambient temperature at the position where the power converter is disposed is set as the set temperature, and the junction temperature of the power converter is The control circuit includes a carrier signal generation circuit that generates a carrier wave signal and a control signal generation circuit that generates a control signal. The control signal generation circuit generates an output voltage command value and an output voltage. The voltage deviation is obtained, the output voltage command value is calculated so that this voltage deviation becomes zero, and the output voltage command value and the carrier signal generated by the carrier signal generation circuit are calculated. In the power converter that controls the power converter from the drive circuit by generating a control signal from the drive circuit, the ambient temperature detection means for detecting the ambient temperature at the position where the power converter is disposed, and the power converter Output current detection means for detecting the output current and carrier wave signal frequency switching means are provided. The carrier wave signal frequency switching means is a carrier wave output from the carrier wave signal generation circuit based on the detected ambient temperature and the output current of the power converter. In this configuration, the frequency of the signal is switched to a frequency at which the temperature of the power converter falls within the temperature specified range.
この発明によれば、電力変換器の温度がスイッチング素子の許容温度の規定値の範囲となる周波数の搬送波信号により制御する構成としたものであり、電力変換器の冷却手段を大型化することなく、交流フィルタを構成するリアクトルの騒音が低く抑えられた電力変換装置が得られる。 According to the present invention, the temperature of the power converter is controlled by the carrier wave signal having a frequency that falls within the specified range of the allowable temperature of the switching element, and the cooling means of the power converter is not increased in size. Thus, a power conversion device in which the noise of the reactor constituting the AC filter is suppressed to a low level can be obtained.
実施の形態1.
図1は実施の形態1の電力変換装置の構成を示すブロック図である。この構成は直流電源1に接続された複数のスイッチング素子で構成された電力変換器2と、電力変換器2の出力電流Iaを検出する出力電流検出手段3と、リアクトル5aとコンデンサ5bで構成された交流フィルタ5と、出力電圧Voを検出する電圧検出手段6とで電力変換主回路を構成し、負荷7に接続している。
電力変換主回路を制御する制御回路10は、電圧指令Vosを発生する電圧指令発生回路11と、電圧指令Vosと電力変換主回路の出力電圧Voを比較して電圧偏差ΔVを演算する減算器12と、電圧偏差ΔVにより電圧制御指令Vasを発生する電圧指令発生回路13と、搬送波信号発生する搬送波信号発生回路14と、電圧制御指令Vasと搬送波信号fcとにより電力変換器2の制御信号PWM信号を生成する制御信号発生回路15と、電力変換器2を駆動する駆動回路16とで構成されている。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the power conversion apparatus according to the first embodiment. This configuration includes a
A
搬送波信号発生回路14は、電圧制御型の搬送波発振器14aと搬送波信号発生器14bで構成され、搬送波発振器14aは、図2(a)に示すように、入力電圧に比例して発振周波数が高くなるように構成し、入力電圧に対応した周波数の搬送波を発生する構成であり、搬送波信号発生器14bは搬送波に基づき、例えば三角波状の搬送波信号fcを発生する。
The carrier wave
搬送波信号発生回路14は、電力変換器2の周囲温度Taを検出する周囲温度検出手段17と、電圧制御型の搬送波発振器14aの発振周波数を切り換える搬送波信号周波数切換回路18により制御される。搬送波信号周波数切換回路18は、電力変換器2の設置位置の最高周囲温度を設定温度Toとして記憶し、この設定温度Toの条件で、電力変換器2に許容できるジャンクション温度Tjを考慮した許容できる温度を温度規定値Tmとし、設定温度Toにおいて電力変換器2が温度規定値Tmとなる出力電流Iaを出力電流設定値Iosとして記憶し、検出した周囲温度Taと設定温度Toとの差および出力電流Iaと出力電流設定値Iosとの差より、電力変換器2の温度が温度規定値Tmの範囲となる搬送波信号fcの周波数を演算し、搬送波信号発生回路14の搬送波発振器14aに指令し、搬送波信号発生回路14から指令された周波数の搬送波信号fcを出力するように制御する。
基準発振器14aに入力する入力電圧Vfは、図2(b)に示すように、周囲温度TaをX軸、出力電流IaをY軸、搬送波発振器14aに印加する入力電圧VfをZ軸として3次元に表示し、検出した周囲温度Taおよび出力電流Iaから基準発信器14aに印加する発振器の入力電圧Vfを算出し、算出した発信器入力電圧Vfを搬送波発振器14aに印加することにより、所望の周波数の搬送波が出力される。
The carrier
As shown in FIG. 2B, the input voltage Vf input to the
電力変換装置は、電圧指令発生回路11の電圧指令Vosと電力変換主回路の出力電圧Voを減算器12により比較して電圧偏差ΔVを演算し、この電圧偏差ΔVに基づいて電圧制御指令発生回路13により電圧制御指令Vasを発生し、制御信号発生回路15で電圧制御指令Vasと搬送波信号発生回路14からの搬送波信号fcにより、電力変換器2を制御するPWM信号を生成して、駆動回路16に入力し、駆動回路16により、PWM信号に基づいて電力変換器2が制御される。
The power converter compares the voltage command Vos of the voltage
電力変換器2をこのように構成すると、周囲温度Taと出力電流Iaの状況に応じて、許容できる周波数に切り換えた搬送波信号fcで運転できるようになり、搬送波周波数を電力変換器2の許容温度の範囲で高く設定して運転することにより、電力変換器2の冷却手段を大型化することなく、リアクトル等の騒音レベルを抑えた電力変換装置となる。
If the
実施の形態2.
図3は実施の形態2の電力変換装置の構成を示すブロック図である。この構成は実施の形態1の図1の構成の搬送波信号発生回路を発振周波数が一定の搬送波発振器とし、その発信周波数を分周して適正な周波数の搬送波信号fcを出力する構成としたものである。
この構成は、電力変換器主回路部分の直流電源1、電力変換器2、出力電流検出手段3、交流フィルタ5、電圧検出手段6、負荷7、制御回路10を構成する電圧指令発生回路11、減算器12、電圧制御指令発生回路13、制御信号発生回路15、駆動回路16および周囲温度検出手段17は図1と同一である。
図3における搬送波信号発生回路24は、発信周波数が一定の搬送波発振器24cと、搬送波信号発生器24bと、搬送波発振器24cと搬送波信号発生器24bとの間に配置された分周器24dとで構成し、搬送波発振器24cは制御に必要な最も高い周波数の搬送波を発振し、分周器24dは、搬送波発振器24cが発振した搬送波を分周率nで分周して所要周波数の搬送波を生成し、この分周した搬送波により搬送波信号発生器24bで例えば三角波の搬送波信号fcを生成し出力するように構成している。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of the power conversion device according to the second embodiment. In this configuration, the carrier wave signal generation circuit having the configuration shown in FIG. 1 of the first embodiment is a carrier wave oscillator having a constant oscillation frequency, and the oscillation frequency is divided to output a carrier wave signal fc having an appropriate frequency. is there.
This configuration includes a
3 includes a
搬送波信号発生回路24を制御する搬送波信号周波数切換手段28は、電力変換器2の配置位置での最高周囲温度を設定温度Toとして記憶し、この設定温度Toの条件で、電力変換器2に許容できるジャンクション温度Tjを考慮した許容できる温度を温度規定値Tmとし、設定温度Toにおいて電力変換器2が温度規定値Tmとなる出力電流Iaを出力電流設定値Iosとして記憶し、検出した周囲温度Taと設定温度Toとの関係、および検出した出力電流Iaと出力電流設定値Iosとの関係により、予め設定した例えば図4に示す分周率nより搬送波発振器24cが出力した搬送波を分周して適正な周波数の搬送波により搬送波信号発生器24bで搬送波信号fcを生成する。
選択する分周率nは、a1<a2<a3<a4 の大きさ順に設定し、Ta<To、Ta>To および Ia<Ios、Ia>Ios の関係と選択する分周率nの関係は図4に示すとおりであり、出力電流Iaが大きく、周囲温度Taが高いと、搬送波信号fcの周波数は低くなるように設定され、出力電流Iaが小さく、周囲温度Taが低いと、搬送波信号fcの周波数は高くなるように設定される。
The carrier signal frequency switching means 28 for controlling the carrier
Division ratio n to be selected, a 1 <a 2 <a 3 <a 4 Nookisajun'nisetteishi,Ta<To,Ta> To and Ia <Ios, Ia> division ratio selecting a relationship Ios n The relationship is as shown in FIG. 4. When the output current Ia is large and the ambient temperature Ta is high, the frequency of the carrier signal fc is set to be low. When the output current Ia is small and the ambient temperature Ta is low, The frequency of the carrier wave signal fc is set to be high.
このように搬送波信号の周波数を周囲温度Ta、出力電流Iaの状況に応じて、電力変換器2が許容できる温度となる周波数に段階的に切り換えることにより、搬送波信号発生回路24の搬送波発振器24cが簡単な構成で、搬送波信号fcの周波数が電力変換器2の許容温度の範囲で段階的に高く設定され、電力変換器2の冷却手段を大型化することなく、リアクトル等の騒音レベルを抑えた電力変換装置となる。
In this way, the
実施の形態3.
図5は実施の形態3の電力変換装置の構成を示すブロック図である。この実施の形態3は、出力電圧Voの波形歪み率が仕様値を満足しない場合に、搬送波信号fcの周波数を高くすることにより、仕様値を満足させる実施の形態である。
図5の構成は、電力変換器主回路部分の直流電源1、電力変換器2、交流フィルタ5、電圧検出手段6、負荷7、制御回路10を構成する電圧指令発生回路11、減算器12、電圧制御指令発生回路13、搬送波信号発生回路14、搬送波発振器14a、搬送波信号発生器14b、制御信号発生回路15、駆動回路16は実施の形態1の図1の構成と同一である。
この構成は、出力電圧の波形歪み率を検出する出力電圧波形歪み率検出手段37と搬送波発振器14aの搬送波周波数を切り換える搬送波信号周波数切換回路38を出力電圧検出手段6の出力回路に接続し、搬送波信号周波数切換回路38から搬送波信号発生回路14の搬送波発振器14aの発振周波数を制御する構成である。
搬送波信号周波数切換回路38は、波形歪み率の仕様値を記憶し、出力電圧波形歪み率検出手段37が検出した波形歪み率と記憶された波形歪み率の仕様値とを比較し、波形歪み率が仕様値を満足していない場合に、波形歪み率が仕様値となるように搬送波周波数を高くする制御信号を出力する。
また、波形歪み率が仕様値を満足している状態でも非常に小さい場合には、仕様値に近づけた波形歪み率となるように搬送波周波数を低くするように切り換えることができる。
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the power conversion apparatus according to the third embodiment. In the third embodiment, when the waveform distortion rate of the output voltage Vo does not satisfy the specification value, the specification value is satisfied by increasing the frequency of the carrier wave signal fc.
The configuration of FIG. 5 includes a
In this configuration, an output voltage waveform distortion rate detecting means 37 for detecting the waveform distortion rate of the output voltage and a carrier signal
The carrier wave signal
In addition, when the waveform distortion rate is very small even when the specification value is satisfied, the carrier frequency can be switched to be low so that the waveform distortion rate is close to the specification value.
このように、出力電圧の波形歪み率が、仕様値に近い値で満足する状態に搬送波周波数を低く設定できるので、電力変換器2の効率を向上させた運転ができる電力変換装置となる。
Thus, since the carrier frequency can be set low so that the waveform distortion rate of the output voltage is satisfied at a value close to the specification value, the power conversion device can be operated with improved efficiency of the
実施の形態4.
図6は実施の形態4の電力変換装置の構成を示すブロック図である。この実施の形態4は、実施の形態3の出力電圧Voの波形歪み率が仕様値を満足しない場合に、搬送波信号fcの周波数を高くすることにより、仕様値を満足させる構成の搬送波信号発生回路の構成を、周波数が一定の搬送波を発振する搬送波発振器とし、搬送波発振器が発生した搬送波の周波数を分周することで所定の周波数の搬送波信号を生成して、出力電圧の波形歪み率が仕様値を満足するように制御する構成である。
図6の構成は、電力変換器主回路部分の直流電源1、電力変換器2、交流フィルタ5、電圧検出手段6、負荷7、制御回路10を構成する電圧指令発生回路11、減算器12、電圧制御指令発生回路13、搬送波信号発生回路14、電圧制御発振器14a、制御信号発生回路15、駆動回路16、出力電圧波形歪み率検出手段37は実施の形態3の図5の構成と同一である。搬送波信号発生回路24は、基準発振器24c、搬送波信号発生器24b、分周器24dは実施の形態2と同一である。
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of the power conversion device according to the fourth embodiment. In the fourth embodiment, when the waveform distortion rate of the output voltage Vo of the third embodiment does not satisfy the specification value, the carrier signal generation circuit configured to satisfy the specification value by increasing the frequency of the carrier signal fc. A carrier wave oscillator that oscillates a carrier wave with a constant frequency is generated, a carrier wave signal of a predetermined frequency is generated by dividing the frequency of the carrier wave generated by the carrier wave oscillator, and the waveform distortion rate of the output voltage is the specified value. It is the structure which controls to satisfy.
The configuration of FIG. 6 includes a
この構成は、出力電圧Voの波形歪み率を検出する出力電圧波形歪み率検出手段37と搬送波信号周波数切換手段48を出力電圧検出手段6の出力回路に接続し、搬送波信号周波数切換手段48には、波形歪み率の仕様値を記憶し、搬送波周波数を分周する分周率nを段階的に設定して記憶し、出力電圧波形歪み率検出手段37が検出した波形歪み率と波形歪み率の仕様値とを比較し、波形歪み率が仕様値を満足していない場合に、仕様値に近くなる分周率を選択し、搬送波信号発生回路24の分周器24dに入力して搬送波周波数を高くするように制御する。
また、波形歪み率が仕様値を満足している状態で非常に小さい場合には、仕様値に近づけた波形歪み率となる搬送波周波数になる分周率nを選択して分周器24cにより分周し、搬送波周波数を低くするように切り換えることができる。
In this configuration, output voltage waveform distortion rate detection means 37 for detecting the waveform distortion rate of output voltage Vo and carrier wave signal frequency switching means 48 are connected to the output circuit of output voltage detection means 6. The specification value of the waveform distortion rate is stored, the division rate n for dividing the carrier frequency is set and stored in stages, and the waveform distortion rate and the waveform distortion rate detected by the output voltage waveform distortion rate detection means 37 are stored. When the waveform distortion rate does not satisfy the specification value, the frequency division ratio close to the specification value is selected and input to the
If the waveform distortion rate is very small while satisfying the specification value, a frequency division rate n that becomes a carrier frequency that gives a waveform distortion rate close to the specification value is selected and divided by the
このように、出力電圧の波形歪み率が、仕様値に近い値になるように搬送波周波数を低く設定できるので、電力変換器2の効率を向上させた運転ができる電力変換装置となる。
Thus, since the carrier frequency can be set low so that the waveform distortion rate of the output voltage is close to the specification value, the power conversion device can be operated with improved efficiency of the
実施の形態5.
図7は実施の形態5の電力変換装置の構成を示すブロック図である。実施の形態3および4において、出力電圧の波形歪み率を仕様値を満足させる構成を説明したが、この場合は波形歪み率が厳しく要求される場合には搬送波周波数が高くなるので、電力変換器の損失が大きくなり、過負荷耐量が少なくなる問題があり、電力変換器の出力電流が制限される。この場合は許容できる出力電流に対応して、保護装置の過負荷検出レベルを低くしておく必要がある。
実施の形態5は、電力変換器2の許容出力電流に対応して、別途設置されている電力変換装置の保護装置に対して、過負荷レベルを出力する構成としたものである。
図7の構成は、電力変換器主回路部分の直流電源1、電力変換器2、交流フィルタ5、電圧検出手段6、負荷7、制御回路10を構成する電圧指令発生回路11、減算器12、電圧制御指令発生回路13、搬送波信号発生回路14、搬送波発振器14a、搬送波信号発生器14b、制御信号発生回路15、駆動回路16は実施の形態3の図5の構成と同一である。
この図7の構成は、実施の形態3の構成に対して、電力変換器2の出力側に出力電流Iaを検出する電流検出手段3を設け、図8に示した搬送波周波数に対応する過負荷検出レベルを演算する演算回路を有し、搬送波信号発生回路14から搬送波信号fcの周波数と電流検出手段3が検出した出力電流Iaを入力し、搬送波信号fcの周波数により許容出力電流Iomを演算し、検出された出力電流Iaが許容出力電流Iomを越えた場合に過負荷レベル信号を別途設置されている電力変換装置の保護装置に出力する。
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of the power conversion apparatus according to the fifth embodiment. In the third and fourth embodiments, the configuration that satisfies the specification value of the waveform distortion rate of the output voltage has been described. In this case, the carrier frequency increases when the waveform distortion factor is strictly required. There is a problem that the loss of the power converter becomes large and the overload resistance is reduced, and the output current of the power converter is limited. In this case, it is necessary to lower the overload detection level of the protection device corresponding to the allowable output current.
In the fifth embodiment, an overload level is output to a protection device for a power conversion device that is separately installed in response to the allowable output current of the
The configuration of FIG. 7 includes a
7 is provided with current detection means 3 for detecting the output current Ia on the output side of the
この構成では、搬送波信号fcの周波数と出力電流Iaとにより電力変換装置の過負荷を検出し、これを過負荷レベル信号を出力して保護する構成としたことにより、波形歪み率が仕様値を満足する状態で、安定した運転ができる電力変換装置となる。 In this configuration, the overload of the power conversion device is detected based on the frequency of the carrier wave signal fc and the output current Ia, and the overload level signal is output to protect the waveform distortion rate. A power conversion device capable of stable operation in a satisfied state.
実施の形態6.
図9は実施の形態6の電力変換装置の構成を示すブロック図である。この構成は複数の電力変換装置を並列運転する場合に、各装置の出力電流Iaを電流指令により一定となるように制御する電力変換装置である。
図9の構成は、直流電源1に接続された電力変換器2、電力変換器2の出力電流Iaを検出する出力電流検出手段3、リアクトル5aとコンデンサ5bで構成された交流フィルタ5とで電力変換主回路が構成され、負荷7に接続されている。
電力変換主回路を制御する制御回路20は、電流指令値Iosを発生する電流指令発生回路21と、電流指令値Iosと出力電流検出手段3が検出した出力電流Iaにより電流偏差ΔIを演算する減算器22と、電流偏差ΔIにより電流制御指令Iasを発生する電流指令発生回路23と、搬送波信号を発生する搬送波信号発生回路14と、電流制御指令Iasと搬送波信号fcとにより電力変換器2の制御信号PWMを生成する制御信号発生回路25と、電力変換器2を駆動する駆動回路16とで構成している。
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of the power conversion apparatus according to the sixth embodiment. This configuration is a power conversion device that controls the output current Ia of each device to be constant according to a current command when a plurality of power conversion devices are operated in parallel.
The configuration of FIG. 9 includes
The
搬送波信号発生回路14は、電圧制御型の搬送波発振器14aと搬送波信号発生器14bで構成され、搬送波発振器14aは、図2(a)に示すように、入力電圧に比例して発振周波数が高くなるように構成し、入力電圧に対応した周波数の搬送波fosを発生する構成であり、搬送波信号発生器14bは搬送波fosに基づき、例えば三角波状の搬送波信号fcを発生するように構成されている。
The carrier wave
搬送波信号発生回路14は、電力変換器2の周囲温度Taを検出する周囲温度検出手段17と、電圧制御型の搬送波発振器14aの発振周波数を切り換える搬送波信号周波数切換回路58により制御される。
搬送波信号周波数切換回路58は、電力変換器2の設置位置の最高周囲温度を設定温度Toとして記憶し、この設定温度Toの条件で、電力変換器2の許容できるジャンクション温度Tjを考慮した温度を温度規定値Tmとして記憶し、検出された周囲温度Taと電流指令値Iosの条件において、電力変換器2が温度規定値Tmとなる搬送波周波数を演算し、搬送波信号発生回路14の搬送波発振器14aに対して指令し、搬送波信号発生回路14から指令された周波数の搬送波が出力するように制御する。搬送波発振器14aに対する指令は、実施の形態1において説明した方法の図2(b)に示した方法により、指令周波数に対応した入力電圧Vfを印加して搬送波を発生させる。
The carrier
The carrier signal
電力変換装置は、電流指令発生回路21の電流指令Iosと電力変換器2の出力電流Iaを減算器12により比較して電流偏差ΔIを演算し、この電流偏差ΔIに基づいて電流制御指令発生回路23により電流制御指令Iasを発生し、制御信号発生回路25で電流制御指令Iasと搬送波信号発生回路14からの搬送波信号fcにより、電力変換器2を制御するPWM信号を生成して、駆動回路16に入力し、駆動回路16により、PWM信号に基づいて電力変換器2が制御される。
The power converter compares the current command Ios of the current
電力変換器2をこのように構成すると、周囲温度Taと電流指令値Iosに対して、電力変換器2の温度が温度規定値Tmの範囲となるように搬送波周波数fosを切り換えた搬送波信号fcで運転できる構成となる。
If the
このように構成すると、複数の電力変換器が並列運転される状況において、各電力変換装置の出力電流は、電流指令値Iosにしたがって出力し、周囲温度Taと電流指令値Iosの条件で、電力変換器2は温度が温度規定値Tmの範囲で運転され、電力変換器2の冷却手段を大型化することなく、リアクトルの騒音レベルを抑えた運転が可能となる。
With this configuration, in a situation where a plurality of power converters are operated in parallel, the output current of each power converter is output according to the current command value Ios, and the power is output under the conditions of the ambient temperature Ta and the current command value Ios. The
実施の形態7.
図10は実施の形態2の電力変換装置の構成を示すブロック図である。
実施の形態7は、実施の形態6の図9の構成の搬送波信号発生回路を発振周波数が一定の搬送波発振器とし、その発信周波数を分周して適正な周波数の搬送波信号fcを出力する構成としたものである。
この構成は、電力変換器主回路部分の直流電源1、電力変換器2、出力電流検出手段3、交流フィルタ5、負荷7、制御回路30を構成する電圧指令発生回路21、減算器22、電圧制御指令発生回路23、制御信号発生回路25、駆動回路16および周囲温度検出手段17は図9と同一である。
FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of the power conversion device according to the second embodiment.
In the seventh embodiment, the carrier wave signal generation circuit having the configuration shown in FIG. 9 of the sixth embodiment is a carrier wave oscillator having a constant oscillation frequency, and the oscillation frequency is divided to output a carrier wave signal fc having an appropriate frequency. It is what.
This configuration includes a
搬送波信号発生回路24は、実施の形態2の図3に示したものと同一であり、発信周波数が一定の搬送波発振器24cと、搬送波信号発生器24bと、搬送波発振器24cと搬送波信号発生器24bとの間に配置された分周器24dとで構成し、搬送波発振器24cは制御に必要な最も高い周波数の搬送波を発振し、分周器24dは、搬送波発振器24cが発振した搬送波を分周率nで分周して所要周波数の搬送波を生成し、この分周した搬送波により搬送波信号発生器24bで例えば三角波の搬送波信号fcを生成し出力ものである。
The carrier wave
搬送波信号発生回路24を制御する搬送波信号周波数切換手段58は、電力変換器2の配置位置での最高周囲温度を設定温度Toとし、この設定温度Toの条件で、電力変換器2に許容できるジャンクション温度Tjを考慮した許容できる温度を温度規定値Tmとし、基準搬送波の分周は、予め任意の搬送波周波数に分周できるように段階的に複数の分周率を設定し、設定温度To、温度既定値Tmおよび搬送波信号を分周する分周率nを記憶し、設定温度Toと、電流指令値Iosの条件において、電力変換器2の温度が温度既定値Tmの範囲となる搬送波信号fcの周波数を演算し、演算された搬送波周波数になるように分周率を選択して搬送波発振器24cに指令し、指令された搬送波周波数で生成した搬送波信号で運転する。
The carrier signal frequency switching means 58 for controlling the carrier
このように構成すると、実施の形態6と同様に、複数の電力変換器が並列運転される状況において、各電力変換装置の出力電流は、電流指令値Iosにしたがって出力し、周囲温度Taと電流指令値Iosの条件で、搬送波周波数を高くして電力変換器2の温度が温度規定値Tmの範囲で運転され、電力変換器2の冷却手段を大型化することなく、リアクトルの騒音レベルを抑えた運転が可能となる。
With this configuration, as in the sixth embodiment, in a situation where a plurality of power converters are operated in parallel, the output current of each power converter is output according to the current command value Ios, and the ambient temperature Ta and current Under the condition of the command value Ios, the carrier frequency is increased and the temperature of the
1 直流電源、2 電力変換器、3 出力電流検出手段、5 交流フィルタ、
6 出力電流検出手段、7 負荷、10 制御回路、11電圧指令発生回路、
12 減算器、13 電圧制御指令発生回路、14 搬送波信号発生回路、
15 制御信号生成回路、16 駆動回路、17 周囲温度検出手段、
18 搬送波信号周波数切換手段、24 搬送波信号発生回路、
28 搬送波信号周波数切換手段、37 波形歪み率検出手段、
38 搬送波信号周波数切換手段、35 過負荷レベル演算回路、
58 搬送波信号周波数切換手段、68 搬送波信号周波数切換手段。
1 DC power supply, 2 power converter, 3 output current detection means, 5 AC filter,
6 output current detection means, 7 load, 10 control circuit, 11 voltage command generation circuit,
12 subtractor, 13 voltage control command generation circuit, 14 carrier wave signal generation circuit,
15 control signal generation circuit, 16 drive circuit, 17 ambient temperature detection means,
18 carrier wave signal frequency switching means, 24 carrier wave signal generating circuit,
28 carrier wave signal frequency switching means, 37 waveform distortion rate detecting means,
38 carrier wave signal frequency switching means, 35 overload level calculation circuit,
58 carrier wave signal frequency switching means, 68 carrier wave signal frequency switching means.
Claims (7)
The carrier signal generation circuit comprises a carrier oscillator that oscillates a carrier wave having a constant frequency, a frequency divider, and a carrier signal generator, and the carrier signal generation frequency switching means divides the frequency of the carrier signal in advance. The carrier signal frequency switching means is configured to store the frequency in which the temperature of the power converter falls within the range of the temperature specified value based on the ambient temperature and the output current command value. The power converter according to claim 6, wherein a rate is selected.
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