JP2008136258A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンバータの電流制御能力を超えるような直流電圧低下を未然に抑制することが可能な電力変換装置を提供する。
【解決手段】交流入力を受け、その出力の直流電圧を所望の値に制御するようにしたコンバータ２０と、この直流電圧を入力とし、その交流出力でモータ４を駆動するインバータ３０とを備えた構成において、コンバータ２０の出力電流が所定値を超えたとき、インバータ３０の電流指令のリミッタを制限する手段を設ける。
【選択図】図１

Description

この発明は、モータを可変速駆動するための電力変換装置に関するものである。

コンバータとインバータを用いて負荷装置を制御する電力変換装置は従来から使用されている。その代表的なものとして、交流電動機を可変速駆動する電力変換装置がある。電圧制御が可能なコンバータを用いた電力変換装置において、１台のコンバータに複数台のインバータを接続し、コンバータは出力の直流電圧が一定になるように制御を行い、各々のインバータは当該インバータに接続されたモータの速度を速度指令に従って制御する構成も多くの応用例がある。このような応用例において、インバータの負荷が急変したとき、コンバータの出力電圧の時間変化率と直流部に設けられた平滑コンデンサの容量にリンクした補償信号とによってコンバータの電流制御を行って直流電圧の過渡変動を抑制する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平７−１１５７７０号公報（第３−４頁、図１）

特許文献１に示され手法によれば、所定の範囲内の負荷変動等に基づく直流電圧の変動を抑制することが可能となる。しかしながら、例えば交流の入力電圧が急激に低下したとき、あるいは複数台のインバータのうち何台かのインバータの負荷変動が重なってコンバータの電流制御能力を超えたときには、特許文献１に示されたような制御では直流電圧の低下が抑えきれず、そのまま運転を続けると過電流等によって電力変換装置が運転不能となるという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みて為されたもので、コンバータの電流制御能力を超えるような直流電圧低下を未然に抑制することが可能な電力変換装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の発明である電力変換装置は、交流入力を受け、その出力の直流電圧を所望の値に制御するようにしたコンバータと、前記直流電圧を入力とし、その交流出力でモータを駆動するインバータとを備え、前記コンバータの出力電流が所定値を超えたとき、前記インバータの電流指令のリミッタを制限する手段を設けたことを特徴としている。

また、本発明の第２の発明である電力変換装置は、交流入力を受け、その出力の直流電圧を所望の値に制御するコンバータと、前記直流電圧を共通の入力とし、その交流出力でモータを駆動する複数台のインバータとを備え、前記コンバータの出力電流が所定値を超えたとき、前記複数台のインバータ各々の電流指令のリミッタを夫々制限する手段を設けたことを特徴としている。

この発明によれば、コンバータの電流制御能力を超えるような直流電圧低下を未然に抑制することが可能な電力変換装置を提供することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

以下、本発明の実施例１に係る電力変換装置を図１及び図２を参照して説明する。図１は本発明の実施例１に係る電力変換装置の回路構成図である。

交流電源１からの交流電力をコンバータ主回路２は直流に変換し、その直流電圧をインバータ主回路３に供給する。インバータ主回路３は直流を交流に変換してモータ４を可変速駆動する。コンバータ主回路２及びインバータ主回路３は通常、パワー半導体デバイスをブリッジ接続して構成される。モータ４にはその回転速度を検出する速度検出器９が接続されている。

コンバータ主回路２の直流出力は平滑コンデンサ５によって平滑される。また、インバータ主回路３の直流入力は平滑コンデンサ６によって平滑される。尚この平滑コンデンサ６は省略される場合もある。コンバータ主回路２の制御部を含む全体がコンバータ２０である。また、インバータ主回路３の制御部を含む全体がインバータ３０である。

以下、コンバータ２０及びインバータ３０の制御系について説明する。

コンバータ２０における平滑コンデンサ５の両端の電圧である電圧ｆｂｋは、電圧指令である電圧ｒｅｆと比較され、その差分がゼロとなるように電圧制御器２１の出力が調節される。この電圧制御器２１の出力は電流リミットＬＩＭ１を有するリミッタ２２に入力され、リミッタ２２の出力は電流指令である電流ｒｅｆ１となる。この電流ｒｅｆ１は、コンバータ主回路２の出力電流検出器７で検出された電流ｆｂｋ１と比較され、その差分がゼロになるように電流制御器２３の出力であるコンバータ電圧指令を調節する。そして、このコンバータ電圧指令を受けて、ゲート制御回路２４がコンバータ主回路２を構成するパワー半導体デバイスのゲートにオン／オフパルスを与える。

次にインバータ３０の制御系について説明する。速度検出器９によって検出された速度ｆｂｋは速度指令である速度ｒｅｆと比較され、その差分がゼロとなるように速度制御器３１はその出力を調節する。速度制御器３１の出力はリミッタ３２に入力され、リミッタ３２の出力は電流指令である電流ｒｅｆ２となる。この電流ｒｅｆ２は、インバータ主回路３の出力電流検出器８で検出された電流ｆｂｋ２と比較され、その差分がゼロになるように電流制御器３３の出力であるインバータ電圧指令を調節する。そして、このインバータ電圧指令を受けて、ゲート制御回路３４がインバータ主回路３を構成するパワー半導体デバイスのゲートにオン／オフパルスを与える。

インバータ３の電流指令である電流ｒｅｆ２が制限値を超えないようにする機能を持つリミッタ３２のリミット値ＬＩＭ２は、コンバータ２０の電流指令である電流ｒｅｆ１を入力とするリミッタ調整回路３５の出力によって制限されるようになっている。

図２にリミッタ調整回路３５のブロック構成図を示す。電流ｒｅｆ１は絶対値変換回路３５１によって絶対値に変換され、その出力はゲイン変換回路３５２に与えられる。ゲイン変換回路３５２では、電流ｒｅｆ１が予め設定された設定値（１）以上になったときＫを出力し、設定値（２）以下に戻ったとき０を出力するようにする。設定値（１）と設定値（２）は、出力が０とＫの切替付近でばたつかないようなヒステリシス特性を有する別々の設定値とする。ゲイン変換回路３５２の出力を積分器３５３によって積分して、この結果を減算器３５４によって、リミッタ３４の固定リミットから差し引いた値をインバータ３０用の新しい電流リミット値ＬＩＭ２とする。

以上の結果、交流電源１の電圧変動などによってコンバータ２０の電流指令が設定値(１)を超えたとき、インバータ３０の電流リミットを定めるリミッタ３２のリミット値ＬＩＭ２が低減し、従ってコンバータ２０の出力が低減され、コンバータ２０の出力直流電圧の安定化が可能となる。

尚、図１に示した実施例１の構成において、電流検出器７は、コンバータ主回路２の出力電流を検出するようにしたが、コンバータ主回路２の入力電流を検出するようにしても良いことは明らかである。

以下、本発明の実施例２に係る電力変換装置を図３及び図４を参照して説明する。図３は本発明の実施例２に係る電力変換装置の回路構成図である。この実施例２の各部について、図１の本発明の実施例１に係る電力変換装置の回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、インバータ３０Ａと並列にインバータ３０Ｎを設ける複数台インバータ駆動の構成とした点、インバータ３０Ａのリミッタ調整回路３５Ａからインバータ３０Ｎのリミッタ調整回路３５Ｎにリミッタ調整用信号を与える構成とした点である。インバータ３０Ｎは、入力に平滑コンデンサ６Ａを備え、インバータ主回路３Ａによってモータ４Ａを駆動する構成となっているが、その制御系の構成についてはインバータ３０Ａと基本的に同一であるので説明を省略する。

図４はリミッタ調整回路３５Ａ及びリミッタ調整回路３５Ｎのブロック構成図である。リミッタ調整回路３５Ａの各部について、図２の本発明の実施例１に係る電力変換装置用のリミッタ調整回路３５のブロック構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、積分器３５３の出力をゲイン３５５を介して減算器３５４に与える構成とした点である。

そして、図４において、リミッタ調整回路３５Ｎは積分器３５３の出力を受け、ゲイン
３５５Ｎを介して減算器３５４Ｎに与え、この値を固定リミット２Ｎから差し引いてインバータ３０Ｎ用の新しい電流リミット値ＬＩＭ２Ｎを求めている。

以上の構成において、インバータの並列台数は２台としているが、３台以上であっても、インバータ３５Ａ用のリミッタ調整回路３５Ａの積分器３５３の出力を分岐して、並列駆動する各々のインバータのリミッタ調整回路に与えるようにすれば良い。また、リミッタ調整回路３５Ａの絶対値変換器３５１、ゲイン変換回路３５２及び積分器３５３までの回路を、コンバータ２０側に移動すれば、並列駆動する全てのインバータのリミッタ調整回路を同一構成とすることが可能となる。

図４に示した構成において、ゲイン３５５におけるゲイン倍率Ｇ１及びゲイン３５５Ｎにおけるゲイン倍率ＧＮを適切に設定することによって、コンバータ２０の電流指令が設定値(１)を超えたとき、インバータ３０Ａの電流のリミット値ＬＩＭ２及びインバータ３０Ｎの電流のリミット値ＬＩＭ２Ｎが適切に低減し、従ってコンバータ２０の出力が低減され、コンバータ２０の出力直流電圧の安定化が可能になる。ここで、適切に低減するということは、例えばインバータ３０Ａとインバータ３０Ｎがほぼ同一の容量であればゲイン倍率Ｇ１とゲイン倍率ＧＮをほぼ同等に設定することを意味する。また、インバータ３０Ａの容量がインバータ３０Ｎより遥かに大きい場合は、ゲイン倍率ＧＮを略ゼロに設定しても良い。

図５は本発明の実施例３に係る電力変換装置用のリミッタ調整回路３５Ａ１及びリミッタ調整回路３５Ｎ１のブロック構成図回である。この実施例２の各部について、図４の本発明の実施例２に係る電力変換装置用のリミッタ調整回路３５Ａ及びリミッタ調整回路３５Ｎのブロック構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例３が実施例２と異なる点は、ゲイン３５５Ａ及びゲイン３５５Ｎ１が夫々電流ｆｂｋ２及び電流ｆｂｋ２Ａによって変化する構成とした点である。電流ｆｂｋ２は電流検出器８、そして電流ｆｂｋ２Ａは電流検出器８Ａによって夫々検出される。

この実施例３によれば、並列駆動しているインバータのうち、出力電流が多いインバータほど、コンバータ２０の電流指令が設定値(１)を超えたときの電流リミットの低減の度合いを大きくする。このようにすれば、並列接続されたインバータのうち、コンバータの出力電圧に影響を及ぼすインバータを自動的に検出し、その電流リミットを制限することによって直流電圧の低下を抑制することが可能となる。

本発明の実施例１に係る電力変換装置の回路構成図。 実施例１におけるリミッタ調整回路のブロック構成図。 本発明の実施例２に係る電力変換装置の回路構成図。 実施例２におけるリミッタ調整回路のブロック構成図。 実施例３におけるリミッタ調整回路のブロック構成図。

符号の説明

１ 交流電源
２ コンバータ主回路
３、３Ａ インバータ主回路
４、４Ａ モータ
５ 平滑コンデンサ
６、６Ａ 平滑コンデンサ
７ 電流検出器
８、８Ａ 電流検出器

２０ コンバータ
２１ 電圧制御器
２２ ゲイン変換回路
２３ 電流制御器
２４ ゲートパルス回路

３０、３０Ａ、３０Ｎ インバータ
３１ 速度制御器
３２ ゲイン変換回路
３３ 電流制御器
３４ ゲート回路
３５、３５Ａ、３５Ａ１、３５Ｎ、３５Ｎ１ リミッタ調整回路
３５１ 絶対値変換回路
３５２ ゲイン変換回路
３５３ 積分器
３５４、３５４Ｎ 減算器
３５５、３５５Ａ、３５５Ｎ、３５５Ｎ１ ゲイン

Claims (4)

1. 交流入力を受け、その出力の直流電圧を所望の値に制御するようにしたコンバータと、
   前記直流電圧を入力とし、その交流出力でモータを駆動するインバータと
   を備え、
   前記コンバータの出力電流が所定値を超えたとき、前記インバータの電流指令のリミッタを制限する手段を設けたことを特徴とする電力変換装置。
2. 前記インバータは、
   前記モータの速度が所望の速度となるように制御する速度制御手段を有し、
   前記速度制御手段の出力を前記電流指令としたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 交流入力を受け、その出力の直流電圧を所望の値に制御するようにしたコンバータと、
   前記直流電圧を共通の入力とし、その交流出力でモータを駆動する複数台のインバータと
   を備え、
   前記コンバータの出力電流が所定値を超えたとき、前記複数台のインバータ各々の電流指令のリミッタを夫々制限する手段を設けたことを特徴とする電力変換装置。
4. 前記複数台の各々のインバータの出力電流の値に応じて当該インバータの前記電流指令のリミッタの制限値を夫々決めるようにしたことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。

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