JP2007184998A - Power converter - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えば無停電電源装置、モータ駆動用インバータ等に適用される自励式の半導体スイッチを使用した電力変換装置に係わり、特に電流指令に追従する瞬時値制御形のスイッチング方式を備えた電力変換装置に関するものである。 The present invention relates to a power conversion device using a self-excited semiconductor switch applied to, for example, an uninterruptible power supply, an inverter for driving a motor, and the like, and in particular, an electric power having an instantaneous value control type switching system that follows a current command. The present invention relates to a conversion device.
図6は、従来のヒステリシス幅補正手段を備えたヒステリシスコンパレータ方式を用いた交流−直流電力変換装置である(例えば、特許文献1参照)。
従来の電力変換装置は、交流電源21の交流入力を整流器22によって直流に変換し、この直流出力を昇圧チョッパ23によって昇圧し直流出力を得る装置である。直流出力の電圧制御は直流電圧設定値Vsの直流検出値Vfとの偏差を電圧制御アンプ24で比例制御演算する。この出力と交流電源21の全波整流を掛算器25で積算し電流指令Isを生成する。この電流指令Isとチョッパ23の出力電流Idと偏差がヒステリシスコンパレータ27に入力され、電流指令Isに対して出力電流Idがヒステリシス幅ΔIを超えたときにコンパレータ27に反転出力を得る。ヒステリシスコンパレータ27のオン・オフ出力はゲート回路28を介して昇圧チョッパ23のスイッチSWのオン・オフ制御信号にされる。ここで、ヒステリシス幅ΔIは入力電流に応じてヒステリシス幅を増減するヒステリシス幅補正手段29を備えている。ヒステリシス補正回路29cは、入力電流を絶対値回路29aに通した絶対値をローパスフィルタ29bに通し、この出力に応じて装置の定格電流を境に図示した特性でヒステリシス幅を増減する回路であり、入力電流が定格電流以下の場合はヒステリシス幅ΔIを小さくしてスイッチング周波数を高くし、過負荷等の高い電流状態ではヒステリシス幅ΔIを大きくしてスイッチング周波数を低くするように動作する。これにより過負荷時などの電流が大きい場合はスイッチング損失を減らすように作用する。
また、このヒステリシス幅補正手段29は直流を交流に変換するインバータ回路において出力電流に応じて補正しても同様に作用する。
FIG. 6 shows an AC-DC power converter using a hysteresis comparator system provided with a conventional hysteresis width correcting means (see, for example, Patent Document 1).
A conventional power conversion device is a device that converts an AC input of an
The hysteresis width correcting means 29 operates in the same manner even when correction is made in accordance with the output current in an inverter circuit that converts direct current into alternating current.
例えば、インバータ回路で出力回路が負荷側短絡を生じた場合、電流変化率が非常
に高くなるため主回路半導体素子のスイッチング周波数が過渡に上昇し、この結果ス
イッチング損失が大きくなり主回路半導体素子が最悪素子故障する恐れがあるため、
負荷短絡等では瞬時にスイッチング周波数を下げ半導体素子を過熱から防止する必要
がある。しかしながら、従来の電流追従形のヒステリシスコンパレータ方式における
ヒステリシス幅調整手段は入力電流あるいは出力電流の結果によって補正する回路の
ため、電流リップルにより補正量が過敏に動作しないように図6に示したようなロー
パスフィルタ回路29bが必要になり、スイッチング周波数を下げる補正の応答が遅
れるという問題がある。また、図6に示した従来例の回路ではヒステリシス幅補正用
として専用の入力電流センサーが必要などコストアップするなどの問題がある。
For example, when the output circuit in the inverter circuit causes a load-side short circuit, the current change rate becomes very high, so the switching frequency of the main circuit semiconductor element rises transiently. As a result, the switching loss increases and the main circuit semiconductor element Because there is a possibility of the worst element failure,
In a load short circuit or the like, it is necessary to instantaneously lower the switching frequency to prevent the semiconductor element from overheating. However, since the hysteresis width adjusting means in the conventional current follow-up type hysteresis comparator system is a circuit that corrects according to the result of the input current or output current, the correction amount does not operate excessively due to the current ripple as shown in FIG. The low-
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、負荷短絡等の異常時に瞬時にスイッチング周波数を下げて主回路半導体素子の過熱を防止するとともに、新たな回路を追加することなくこれを達成することができる電力変換装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and at the time of abnormality such as a load short circuit, the switching frequency is instantaneously lowered to prevent overheating of the main circuit semiconductor element, and without adding a new circuit. It aims at providing the power converter device which can achieve this.
この発明に係る電力変換装置においては、電流指令に追従する瞬時値制御形のスイッチング方式を備えた自励式の半導体スイッチを使用したものにおいて、スイッチング周波数を決定するヒステリシス幅に対して電流指令の大きさに応じてヒステリシス幅を補正するヒステリシス幅補正手段を備えたものである。 The power converter according to the present invention uses a self-excited semiconductor switch having an instantaneous value control type switching system that follows the current command, and the magnitude of the current command is larger than the hysteresis width that determines the switching frequency. A hysteresis width correcting means for correcting the hysteresis width according to the height is provided.
この発明によれば、スイッチング周波数を増減する補正手段を電流指令より行うことにより、フィルタ回路の遅れ要素が不要となりスイッチング周波数の過上昇を高速に抑制することが可能となり、また誤差電流追従方式の瞬時電流制御には基準となる電流指令が必ずあるので新たな回路を設ける必要性が生じない。 According to the present invention, the correction means for increasing / decreasing the switching frequency is performed based on the current command, so that the delay element of the filter circuit is not required, and an excessive increase in the switching frequency can be suppressed at a high speed. Since instantaneous current control always has a reference current command, there is no need to provide a new circuit.
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1における電力変換装置を図1に基づいて説明する。
図1は、三相の無停電電源装置においてインバータ回路にこの発明を適用した場合の実施例である。図1において、1は直流電源、2はIGBT素子、3はリアクトル、4はコンデンサ、5は負荷、6は電流センサー、7はU相の交流電流指令(Isu)、8はU相のヒステリシス幅(ΔIu)、9はヒステリシスコンパレータ、10はゲート回路、11はヒステリシス幅補正手段、12はU相のヒステリシス幅補正量(ΔIhu)である。リアクトル3とコンデンサ4でフィルタ回路を構成しており、負荷5に安定した交流電圧を供給する。ヒステリシスコンパレータ9は、電流指令Isと電流センサー6で検出される電流検出値の偏差とヒステリシス幅を比較するものであり、IGBT素子2を駆動するゲート回路10にオン・オフ信号を与えることにより、IGBT素子2がオン・オフし電流指令に追従する電流を流すことが出来る。
Hereinafter, the power converter in
FIG. 1 shows an embodiment in which the present invention is applied to an inverter circuit in a three-phase uninterruptible power supply. In FIG. 1, 1 is a DC power source, 2 is an IGBT element, 3 is a reactor, 4 is a capacitor, 5 is a load, 6 is a current sensor, 7 is a U-phase AC current command (Isu), and 8 is a U-phase hysteresis width. (ΔIu), 9 is a hysteresis comparator, 10 is a gate circuit, 11 is a hysteresis width correction means, and 12 is a U-phase hysteresis width correction amount (ΔIhu). The reactor 3 and the
次に、この発明の動作についてU相を例に説明するが、V相、W相についても同様である。7はU相の交流電流指令Isuであり、コンデンサ4の交流電圧を一定に制御する電圧制御から生成され、電流センサー6で検出されるU相電流検出値との偏差をヒステリシスコンパレータ9に入力する。ここで、U相のヒステリシス幅8(ΔIu)は定格状態でのスイッチング周波数等から決定された値であり、これにヒステリシス幅補正手段11で計算されるU相のヒステリシス幅補正量12(ΔIhu)を加算した結果を、ヒステリシスコンパレータ9に入力する。このヒステリシス幅補正手段11の構成の例を図2に示す。図2において、電流指令Isに絶対値回路11aを通し、これに対して補正開始電流基準11b(Ik)を減算する。この補正開始電流基準Ikはスイッチング周波数を下げる基準となる電流であり、IGBT素子2の制約等で決定される。次に、減算結果が負にならないように0の下限リミッタ11cを設け、補正ゲイン11d(G)を積算し、ヒステリシス幅補正量12(ΔIh)とする。この補正ゲイン11dの値は、回路定数とスイッチング周波数制限値などから決定される値である。
Next, the operation of the present invention will be described by taking the U phase as an example, but the same applies to the V phase and the W phase.
以上、実施の形態1に示したヒステリシス幅補正手段11により、ヒステリシスコンパレータ9に入力されるヒステリシス幅は、図3に示すように、電流指令振幅が補正開始基準電流Ikを境にして増加するように動作する。この様子を無停電電源装置において説明する。図4は、電流指令を生成する回路を示す概略のブロック図であり、図1に示したフィルタコンデンサ4の交流電圧が一定になるように電圧フィードバック制御が行われる。図4において、電圧指令とコンデンサ4の電圧フィードバックの偏差を比例積分等で構成される電圧制御器13に通し、この値に対して電流リミッタ14を設け、電流指令Isを生成する。また、電圧制御は交流波形の波形制御を行うため、高速に制御される。次に、図5に示した波形は負荷短絡が生じた時の各部波形の動きを示したものである。コンデンサ4の電圧、インバータの電流指令、電流が一定に出力されているときに負荷側で短絡が生じると、コンデンサ4の電圧は零近くまで急減し、この結果、電圧の落込みを回復させようと電圧制御器13が動作するためインバータ電流指令は瞬時にリミッタまで到達する。次に、この電流指令の増加に伴い上述のヒステリシス幅補正手段が動作し、ヒステリシス幅が増加し、IGBT素子2のスイッチング周波数の過上昇を抑えるように動作する。
As described above, the hysteresis width input to the hysteresis comparator 9 by the hysteresis
以上述べたように、この発明の実施の形態1によれば、電流指令量に応じてヒステリシス幅を増減するヒステリシス幅補正手段を備えたことから、主回路素子の過渡なスイッチング周波数上昇を高速に抑制でき主回路素子を過熱から防止することが可能となる。 As described above, according to the first embodiment of the present invention, since the hysteresis width correcting means for increasing / decreasing the hysteresis width according to the current command amount is provided, the transient switching frequency rise of the main circuit element can be increased at high speed. It is possible to suppress the main circuit element from overheating.
なお、実施の形態1では、三相のPWMインバータの場合を示したが、単相回路あるいは交流を直流に変換するコンバータ回路など誤差電流追従方式のスイッチング方式を用いた電力変換装置に適用しても同等の作用効果を得ることが出来る。また、図6の従来例で示した回路においては、電流指令であるIsによりヒステリシス幅を補正することにより、従来例のような交流入力電流の検出が不要で、なおかつ高速に補正することが可能となる。 In the first embodiment, the case of a three-phase PWM inverter has been described. Can obtain the same effect. Further, in the circuit shown in the conventional example of FIG. 6, by correcting the hysteresis width by Is that is a current command, it is not necessary to detect the AC input current as in the conventional example, and it is possible to correct at high speed. It becomes.
なお、実施の形態1では、補正開始電流基準11b(Ik)を設け、これを境にヒステリシス幅を直線補正する場合を示したが、補正量は回路定数や主回路素子の耐量などで適宜設計される。
In the first embodiment, the correction start
1 直流電源
2 IGBT素子
3 リアクトル
4 コンデンサ
5 負荷
6 電流センサー
7 電流指令
8 ヒステリシス幅
9 ヒステリシスコンパレータ
10 ゲート回路
11 ヒステリシス幅補正手段
12 ヒステリシス幅補正量
13 電圧制御器
14 電流リミッター
DESCRIPTION OF
Claims (4)
The current command is generated by passing a deviation between the voltage command and the voltage feedback of the capacitor through a voltage controller configured by proportional integration, and providing a current limiter for this value. 4. The power conversion device according to any one of 3.
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JP2005380583A JP2007184998A (en) | 2005-12-29 | 2005-12-29 | Power converter |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011229293A (en) * | 2010-04-20 | 2011-11-10 | Toshiba Corp | Controller for voltage type inverter |
Citations (3)
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JPS5914366A (en) * | 1982-07-15 | 1984-01-25 | Hitachi Ltd | Controlling method for pulse width modulation inverter |
JPH04355671A (en) * | 1991-06-03 | 1992-12-09 | Mitsubishi Electric Corp | Control circuit for power converter |
JPH066978A (en) * | 1992-06-17 | 1994-01-14 | Meidensha Corp | Power converter |
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- 2005-12-29 JP JP2005380583A patent/JP2007184998A/en active Pending
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