JP2011199938A - Power conversion apparatus and method for control of the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power conversion apparatus that can suppress a phenomenon of magnetic deviation without adding a specification for magnetic deviation to a detector or a transformer, and to provide a method for control of the power conversion apparatus.SOLUTION: The power conversion apparatus includes the transformer, a converter which is connected to the transformer and converts an AC power supply voltage to a DC voltage, a power conversion apparatus 3 having an inverter which is connected to the converter, and a control device 5 which controls the conversion apparatus. The control device includes a zero-phase voltage generator 100 which generates a zero-phase voltage command, supplies the generated zero-phase voltage command to a pulse generator which controls switching elements constituting the power conversion apparatus, and makes the converter generate a zero-phase output voltage of a prescribed frequency, a determinator 101 which outputs a prescribed variable gain when an output frequency of the converter is within a range of a preset prescribed frequency, and a variable gain calculator 102 which multiplies an output of the zero-phase voltage generator by the variable gain and generates the zero-phase voltage command. The control device controls the power conversion apparatus on the basis of an output voltage command which is generated by adding the zero-phase voltage command being an output of the variable gain calculator to the output voltage command.

Description

本発明は、電力変換技術に係り、特に、電力変換器の入力側に設けた入力側変圧器に生じる偏磁を抑制することのできる電力変換装置および電力変換方法に関する。   The present invention relates to a power conversion technique, and more particularly, to a power conversion device and a power conversion method capable of suppressing a bias magnetism generated in an input-side transformer provided on the input side of the power converter.

従来の偏磁抑制装置として特許文献1が知られている。この文献に開示される装置では、変換器交流出力電圧の直流成分を検出する電圧検出回路、変換器と接続される変圧器2次電流の微分値の極性を検出する電流検出回路、およびこれらで検出した値に応じて変換器交流出力電圧の直流成分の補正ゲインを可変する制御回路を備える。   Patent Document 1 is known as a conventional bias suppression device. In the apparatus disclosed in this document, a voltage detection circuit that detects a DC component of a converter AC output voltage, a current detection circuit that detects the polarity of a differential value of a transformer secondary current connected to the converter, and A control circuit is provided that varies the correction gain of the DC component of the converter AC output voltage in accordance with the detected value.

この装置では、検出回路により得られた直流電圧成分および変圧器2次電流より、変圧器2次電流の微分値を演算する。この2次電流微分値を元に補正ゲイン可変手段を用いて補正ゲインを変化させ、変化させた補正ゲインを直流電圧の検出値に乗じることで電圧補正値を得る。変換器の出力電圧指令値は前記電圧補正値により補正され、通常の交流電圧指令に直流成分が重畳した波形となる。このため、この出力電圧波形によって変圧器の偏磁を抑制することが可能となる。この装置では、電流の微分値を演算して制御に用いることで、補正によって過電流となることなく瞬時に偏磁現象を抑制可能である。   In this device, the differential value of the transformer secondary current is calculated from the DC voltage component obtained by the detection circuit and the transformer secondary current. Based on this secondary current differential value, the correction gain is changed by using the correction gain variable means, and the voltage correction value is obtained by multiplying the detected value of the DC voltage by the changed correction gain. The output voltage command value of the converter is corrected by the voltage correction value, and becomes a waveform in which a DC component is superimposed on a normal AC voltage command. For this reason, it becomes possible to suppress the magnetism of the transformer by this output voltage waveform. In this apparatus, by calculating the differential value of the current and using it for the control, the demagnetization phenomenon can be instantaneously suppressed without being overcurrent by the correction.

特開平9−294380号公報JP-A-9-294380

交流電源に接続された変圧器と、該変圧器と接続され前記交流電源の電力を可変電圧可変周波数の電力に変換する電力変換装置において、交流を直流に変換し変換された直流を可変周波数の交流に変換する電力変換器の直流回路に流れる直流電流は、電力変換器の出力周波数のN倍の周波数で変動する。   A transformer connected to an AC power source, and a power converter connected to the transformer for converting the power of the AC power source into a variable voltage variable frequency power, wherein the converted DC is converted into a variable frequency The direct current flowing in the direct current circuit of the power converter that converts to alternating current fluctuates at a frequency N times the output frequency of the power converter.

前記変圧器の電源周波数と前記直流電流の変動周波数が一致する条件では、変圧器の2次巻線に直流分が流れ、この直流分により変圧器の磁束が偏る偏磁現象が生じる。変圧器に偏磁現象が生じると過渡的に大きな励磁電流が流れる。このため、高調波電流の増加、過電流に伴う変圧器の過熱等の問題が生じる。   Under the condition where the power supply frequency of the transformer and the fluctuation frequency of the direct current coincide with each other, a direct current component flows in the secondary winding of the transformer, and this direct current component causes a demagnetization phenomenon in which the magnetic flux of the transformer is biased. When the magnetism phenomenon occurs in the transformer, a large excitation current flows transiently. For this reason, problems such as an increase in harmonic current and overheating of the transformer due to overcurrent occur.

この対策としては一般的に、変換器に検出器を追加することで変圧器の偏磁現象を検出し、その検出値から変換器の出力電圧に対して偏磁抑制制御を行う方式、あるいは別電源から偏磁を解消する直流電圧を印加することで偏磁現象を抑制又は解消する方式が知られている。しかしこららの方式では、変換を構成する部品点数が増加し、変換器の容積や費用が増加する。   As a countermeasure, in general, a transformer is detected by adding a detector to the converter, and the magnetism suppression control is performed on the output voltage of the converter from the detected value, or another method. There has been known a method for suppressing or eliminating a magnetic demagnetization phenomenon by applying a DC voltage from the power source to eliminate the magnetic demagnetization. However, these methods increase the number of parts that make up the conversion, increasing the volume and cost of the converter.

また、変圧器の鉄心に空隙を入れて偏磁耐量を増加させること、あるいは鉄心断面積を大きくして磁束密度を低くすることで自己平衡作用により偏磁を防止することも行われている。しかし、この方式は、変圧器の外形寸法、重量、費用が大となる。また標準品を使用することができなくなる。   In addition, it is also possible to prevent the magnetization by self-equilibrium action by increasing the resistance to demagnetization by inserting a gap in the iron core of the transformer or by increasing the cross-sectional area of the iron core to reduce the magnetic flux density. However, this method increases the external dimensions, weight, and cost of the transformer. Also, standard products cannot be used.

本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、検出器、あるいは変圧器に偏磁仕様を追加することなく、偏磁現象を抑制可能な電力変換装置および電力変換装置の制御方法を提供するものである。   The present invention has been made in view of these problems, and provides a power conversion device and a control method for the power conversion device that can suppress a magnetic demagnetization phenomenon without adding a demagnetization specification to a detector or a transformer. It is to provide.

本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。   In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.

変圧器、該変圧器に接続されて交流電源電圧を直流電圧に変換するコンバータ、および該コンバータに接続されて前記直流電圧を交流電圧に変換して負荷に供給するインバータを備えた電力変換装置と、出力電圧指令を生成し、生成した出力電圧指令を前記電力変換装置を構成するスイッチング素子を制御するパルス生成器に供給して前記変換器の出力電圧および出力周波数を制御する制御装置を備え、該制御装置は、零相電圧指令を生成し、生成した零相電圧指令を前記電力変換装置を構成するスイッチング素子を制御するパルス生成器に供給して前記変換器に所定周波数の零相出力電圧を生成させる零相電圧発生器と、前記電力変換器の出力周波数が予め定めた所定の周波数範囲にあるとき所定の可変ゲインを出力する判定器と、 零相電圧発生器出力に前記可変ゲインを乗算して零相電圧指令を生成する可変ゲイン演算器を備え、該可変ゲイン演算器の出力である零相電圧指令を前記出力電圧指令に加算して生成した出力電圧指令に基づいて前記電力変換器を制御する。   A power converter comprising: a transformer; a converter connected to the transformer for converting an AC power supply voltage into a DC voltage; and an inverter connected to the converter for converting the DC voltage into an AC voltage and supplying the same to a load; A control device that generates an output voltage command, supplies the generated output voltage command to a pulse generator that controls a switching element that constitutes the power converter, and controls an output voltage and an output frequency of the converter; The control device generates a zero-phase voltage command, supplies the generated zero-phase voltage command to a pulse generator that controls a switching element constituting the power converter, and supplies the converter with a zero-phase output voltage having a predetermined frequency. A zero-phase voltage generator for generating the power converter, a determiner for outputting a predetermined variable gain when the output frequency of the power converter is in a predetermined frequency range, and a zero-phase voltage generator A variable gain calculator that generates a zero-phase voltage command by multiplying the output of the pressure generator by the variable gain is generated by adding the zero-phase voltage command that is the output of the variable gain calculator to the output voltage command. The power converter is controlled based on an output voltage command.

本発明は、以上の構成を備えるため、検出器あるいは変圧器に偏磁防止のための仕様を追加することなく、偏磁現象を抑制可能な電力変換装置および電力変換装置の制御方法を提供することができる。   The present invention has the above-described configuration, and therefore provides a power conversion device and a control method for the power conversion device that can suppress a magnetic demagnetization phenomenon without adding specifications for preventing magnetic demagnetization to a detector or a transformer. be able to.

本発明の第1の実施形態にかかる電力変換装置を説明する図である。It is a figure explaining the power converter device concerning a 1st embodiment of the present invention. 入力変圧器における偏磁現象について説明する図である。It is a figure explaining the demagnetization phenomenon in an input transformer. 直流回路の変動周波数が電源周波数と一致する場合における電力変換器および変圧器に流れる電流・電圧および磁束を示す図である。It is a figure which shows the electric current, voltage, and magnetic flux which flow into a power converter and a transformer in case the fluctuation frequency of a DC circuit corresponds with a power supply frequency. 変換器の出力電圧指令に加算する零相電圧のゲインを可変させた場合の出力電圧波形の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of an output voltage waveform at the time of changing the gain of the zero phase voltage added to the output voltage command of a converter. 電力変換器および変圧器に流れる電流、電圧および磁束の関係を示した波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform which showed the relationship of the electric current which flows into a power converter and a transformer, a voltage, and magnetic flux. 電力変換器および変圧器に流れる電流、電圧および磁束の関係を示した波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform which showed the relationship of the electric current which flows into a power converter and a transformer, a voltage, and magnetic flux.

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の第1の実施形態にかかる電力変換装置を説明する図である。図において、1は交流電源、2は前記交流電源1の電圧を電力変換器の入力電圧に変換する変圧器、3は前記変圧器2から出力される電力を所望の電力に変換する電力変換器、4は前記電力変換器が出力する電力で駆動される交流電動機である。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a power conversion device according to a first embodiment of the present invention. In the figure, 1 is an AC power source, 2 is a transformer that converts the voltage of the AC power source 1 into an input voltage of a power converter, and 3 is a power converter that converts power output from the transformer 2 into desired power. Reference numeral 4 denotes an AC electric motor driven by electric power output from the power converter.

5は前記交流電動機4の出力トルクや速度が所望の特性を満たすように前記電力変換器3を操作する電力変換器制御装置である。6は電流検出器であり、前記電力変換器3の出力電流を検出し出力する。7は速度検出器であり、前記交流電動機4の速度を検出し出力する。前記電流検出器6、速度検出器7の出力信号は、電力変換器制御装置5に入力され、電力変換器制御装置5は、各種演算処理を行い、前記電力変換器3を操作する信号を出力する。   Reference numeral 5 denotes a power converter control device that operates the power converter 3 so that the output torque and speed of the AC motor 4 satisfy desired characteristics. Reference numeral 6 denotes a current detector that detects and outputs the output current of the power converter 3. Reference numeral 7 denotes a speed detector which detects and outputs the speed of the AC motor 4. Output signals of the current detector 6 and the speed detector 7 are input to a power converter control device 5, which performs various arithmetic processes and outputs a signal for operating the power converter 3. To do.

次に電力変換器制御装置5の主要動作について説明する。先ず、電力変換器制御装置5は、速度指令発生器51から出力される速度指令値ωrrefと速度検出器7から出力される速度検出値ωrとの偏差が速度制御器52に入力され、速度制御器52では速度検出値が速度指令値に一致するようにトルク電流指令値Iqrefを演算し、出力する。   Next, main operations of the power converter control device 5 will be described. First, the power converter control device 5 inputs the deviation between the speed command value ωrref output from the speed command generator 51 and the speed detection value ωr output from the speed detector 7 to the speed controller 52 to control the speed control. The instrument 52 calculates and outputs the torque current command value Iqref so that the speed detection value matches the speed command value.

電流座標変換器53には、電流検出器6から出力される交流電流検出値と位相演算器54から出力される位相θが入力され、電流座標変換器53では、位相θを用いて3相交流電流検出値から直流電流検出値である励磁電流検出値Idとトルク電流検出値Iqを演算し、出力する。   The current coordinate converter 53 receives the AC current detection value output from the current detector 6 and the phase θ output from the phase calculator 54. The current coordinate converter 53 uses the phase θ to perform a three-phase AC. An excitation current detection value Id and a torque current detection value Iq, which are DC current detection values, are calculated from the current detection value and output.

速度制御器52で演算されたトルク電流指令値Iqrefと電流座標変換器53から出力されるトルク電流検出値Iqとの偏差がトルク電流制御器55に入力され、トルク電流制御器55ではトルク電流検出値Iqがトルク電流指令値Iqrefに一致するようにq軸電圧指令値Vqを演算し、出力する。また、励磁電流指令設定器56から出力される励磁電流指令値Idrefと電流座標変換器53から出力される励磁電流検出値Idとの偏差が励磁電流制御器57に入力され、励磁電流制御器57では励磁電流検出値Idが励磁電流指令値Idrefに一致するようにd軸電圧指令値Vdを演算し、出力する。   A deviation between the torque current command value Iqref calculated by the speed controller 52 and the torque current detection value Iq output from the current coordinate converter 53 is input to the torque current controller 55, and the torque current controller 55 detects the torque current. The q-axis voltage command value Vq is calculated and output so that the value Iq matches the torque current command value Iqref. The deviation between the excitation current command value Idref output from the excitation current command setter 56 and the excitation current detection value Id output from the current coordinate converter 53 is input to the excitation current controller 57, and the excitation current controller 57 Then, the d-axis voltage command value Vd is calculated and output so that the excitation current detection value Id matches the excitation current command value Idref.

トルク電流制御器55から出力されるq軸電圧指令値Vqと励磁電流制御器57から出力されるd軸電圧指令値Vdと位相演算器54から出力される位相θが電圧座標変換器58に入力され、電圧座標変換器58では、位相θを用いてd軸電圧指令値Vdとq軸電圧指令値Vqから3相交流電圧指令値を演算し、出力する。   The q-axis voltage command value Vq output from the torque current controller 55, the d-axis voltage command value Vd output from the excitation current controller 57, and the phase θ output from the phase calculator 54 are input to the voltage coordinate converter 58. Then, the voltage coordinate converter 58 calculates and outputs a three-phase AC voltage command value from the d-axis voltage command value Vd and the q-axis voltage command value Vq using the phase θ.

速度検出器7から出力される速度検出値ωrと電流座標変換器53から出力されるトルク電流検出値が周波数演算器59に入力され、周波数演算器59では、例えば誘導電動機を用いた場合は、速度検出器ωrに負荷に応じたすべり周波数ωsを加算して周波数指令ω1を演算し、出力する。周波数演算器59で演算した周波数指令ω1は位相演算器54に入力され、位相演算器54では周波数指令ω1を積分して位相θを演算し、出力する。 前記交流電圧指令値はパルス生成器60に入力され、パルス生成器60では、電力変換器3の出力電圧が出力電圧指令値に一致するように電力変換器3のスイッチング素子をオン・オフするパルス信号を演算し出力する。   The speed detection value ωr output from the speed detector 7 and the torque current detection value output from the current coordinate converter 53 are input to the frequency calculator 59. In the frequency calculator 59, for example, when an induction motor is used, A frequency command ω1 is calculated by adding the slip frequency ωs corresponding to the load to the speed detector ωr and output. The frequency command ω1 calculated by the frequency calculator 59 is input to the phase calculator 54. The phase calculator 54 integrates the frequency command ω1 to calculate the phase θ and outputs it. The AC voltage command value is input to the pulse generator 60, and the pulse generator 60 turns on / off the switching element of the power converter 3 so that the output voltage of the power converter 3 matches the output voltage command value. Calculate and output the signal.

以上説明したように、電力変換器は交流電動機4の出力トルクあるいは速度が所望の特性となるように、出力する交流電圧を制御する。   As described above, the power converter controls the output AC voltage so that the output torque or speed of the AC motor 4 has desired characteristics.

図2は、入力変圧器における偏磁現象について説明する図であり、電力変換器3として、単相インバータを直列に接続して多レベルの出力電圧を出力するようにしたマルチレベルインバータを用いた例を示したものである
図2において、1は交流電源、2は変圧器、3は複数の単相セルインバータ10を直列に接続することで構成された電力変換器であり、変圧器2から供給される交流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換する。4は前記電力変換器3が出力する電力で駆動される交流電動機である。
FIG. 2 is a diagram for explaining the demagnetization phenomenon in the input transformer. As the power converter 3, a multi-level inverter in which single-phase inverters are connected in series to output a multi-level output voltage is used. In FIG. 2, 1 is an AC power source, 2 is a transformer, 3 is a power converter configured by connecting a plurality of single-phase cell inverters 10 in series, The supplied AC power is converted to AC power having a variable voltage and variable frequency. Reference numeral 4 denotes an AC motor driven by the power output from the power converter 3.

電力変換器3内の各単相セルインバータ10は、交流電圧を直流電圧に変換する順変換器11、変換された直流電圧を平滑する平滑コンデンサ12を備え、逆変換器13によりパルス幅変調(PWM)された交流電圧を出力する。各セルインバータ10の出力はU相セルユニット14u、V相セルユニット14v、W相セルユニット14wの各ユニット内で足し合わされ、3相交流電圧として交流電動機4へ出力される。なお、各相のセルユニットには、各相に対応してU相変圧器21u、V相変圧器21v、W相変圧器21wが接続され、前記交流電源1の電圧を電力変換器の入力電圧に変換する。   Each single-phase cell inverter 10 in the power converter 3 includes a forward converter 11 that converts an AC voltage into a DC voltage, and a smoothing capacitor 12 that smoothes the converted DC voltage. A pulse width modulation ( PWM) AC voltage is output. The outputs of the cell inverters 10 are added together in the U-phase cell unit 14u, the V-phase cell unit 14v, and the W-phase cell unit 14w, and output to the AC motor 4 as a three-phase AC voltage. Each phase cell unit is connected to a U-phase transformer 21u, a V-phase transformer 21v, and a W-phase transformer 21w corresponding to each phase, and the voltage of the AC power supply 1 is used as the input voltage of the power converter. Convert to

電流検出器6、速度検出器7の出力信号は、電力変換器制御装置5に入力され、電力変換器制御装置5は、各種演算処理を行い、前記電力変換器3を操作する信号を出力する。電力変換器制御装置5の主要動作については前述したとおりである。   Output signals of the current detector 6 and the speed detector 7 are input to the power converter control device 5, and the power converter control device 5 performs various arithmetic processes and outputs a signal for operating the power converter 3. . The main operation of the power converter control device 5 is as described above.

ここで、単相インバータの出力パワーPdcは(1)式で表される。単相インバータの出力は(1)式の第2項で示されるように電力変換器の出力周波数ω1の2倍周波数で変動する。なお、(1)式中のφは電動機の力率角である。
Here, the output power Pdc of the single-phase inverter is expressed by equation (1). The output of the single-phase inverter fluctuates at twice the output frequency ω1 of the power converter as shown in the second term of equation (1). In the equation (1), φ is the power factor angle of the motor.

単相セルインバータの直流回路にはパワーPdcに比例した直流電流が流れ、この電流はパワーPdcと同じく、電力変換器の出力周波数の2倍周波数で変動する。   A DC current proportional to the power Pdc flows through the DC circuit of the single-phase cell inverter, and this current fluctuates at twice the output frequency of the power converter, as with the power Pdc.

図3は、前記直流回路の変動周波数が電源周波数と一致する場合、例えば、電源が50Hzの場合、電力変換器を出力周波数25Hzで運転した場合における、電力変換器および変圧器に流れる電流・電圧および磁束を示す図である。なお、前記電流、電圧、磁束はそれぞれ3相となるが1相分のみ表示する。     FIG. 3 shows the current and voltage flowing through the power converter and transformer when the fluctuation frequency of the DC circuit matches the power supply frequency, for example, when the power supply is 50 Hz and the power converter is operated at an output frequency of 25 Hz. It is a figure which shows magnetic flux. The current, voltage, and magnetic flux are three phases, but only one phase is displayed.

図3(a)に示す変換器出力電圧指令、図3(b)に示す変換器出力電流の出力周波数が25Hzの場合、図3(c)に示す単相インバータの直流回路に流れる直流電流は2倍の50Hzで変動する。この変動周波数が、電源周波数である50Hzと一致する条件では、図3(d)に示すように変圧器の2次側電流が片側に偏り直流成分が含まれる。このように直流電流成分が流れると、図3(e)に示すように変圧器には、磁束が偏る偏磁現象が生じ、過渡的に過大な励磁電流が流れ、高調波、変圧器の騒音(うなり)、あるいは損失が増加し熱的な問題が生じる。     When the converter output voltage command shown in FIG. 3A and the output frequency of the converter output current shown in FIG. 3B are 25 Hz, the direct current flowing through the DC circuit of the single-phase inverter shown in FIG. It fluctuates at 50 Hz, twice as much. Under the condition that the fluctuation frequency matches the power supply frequency of 50 Hz, as shown in FIG. 3D, the secondary current of the transformer is biased on one side and a DC component is included. When a direct current component flows in this way, as shown in FIG. 3 (e), the transformer has a demagnetization phenomenon in which the magnetic flux is biased, transiently excessive excitation current flows, harmonics, and transformer noise. (Beats), or loss increases, causing thermal problems.

図4は、変換器の出力電圧指令に加算する零相電圧のゲインを可変させた場合の出力電圧波形の変化を示す図である。     FIG. 4 is a diagram showing a change in the output voltage waveform when the gain of the zero-phase voltage added to the converter output voltage command is varied.

ここでは、図4(b)に示すように零相電圧指令の周波数は出力電圧指令の3倍とし、零相電圧指令のピーク値を出力電圧指令のピーク値と一致させ、電動機の力率角分の位相をシフトさせた条件としている。この結果、図4(c)に示すように変換器の出力電圧波形が変化し、変圧器の偏磁現象を引き起こす原因となる25Hzの電圧成分が減少する。なお、零相電圧のみを変化させるため、電動機に印加される線間電圧波形は変化しない。 本発明ではこのような特性に着目し、U、V、W相に加算する零相電圧指令を可変制御することで変圧器の偏磁現象を引き起こす電圧の周波数成分を減少させ、直流偏磁を抑制する。     Here, as shown in FIG. 4 (b), the frequency of the zero-phase voltage command is set to three times the output voltage command, the peak value of the zero-phase voltage command is matched with the peak value of the output voltage command, and the power factor angle of the motor The condition is that the phase of the minute is shifted. As a result, as shown in FIG. 4C, the output voltage waveform of the converter is changed, and the voltage component of 25 Hz that causes the bias magnetism phenomenon of the transformer is reduced. Since only the zero-phase voltage is changed, the line voltage waveform applied to the motor does not change. In the present invention, paying attention to such characteristics, by variably controlling the zero-phase voltage command to be added to the U, V, and W phases, the frequency component of the voltage that causes the magnet biasing phenomenon is reduced, and the DC biasing is reduced. Suppress.

本実施形態の電力変換装置における制御動作について図1を用いて説明する。零相電圧を生成し、生成した零相電圧のゲインを制御するため、零相電圧発生器100、零相電圧可変条件判定器101、零相電圧可変ゲイン演算器102、および位相演算器103を設置する。   A control operation in the power conversion apparatus of the present embodiment will be described with reference to FIG. In order to generate the zero phase voltage and control the gain of the generated zero phase voltage, the zero phase voltage generator 100, the zero phase voltage variable condition determination unit 101, the zero phase voltage variable gain calculator 102, and the phase calculator 103 are provided. Install.

零相電圧発生器は設定した周期で変化する波形を演算して出力する。零相電圧可変条件判定器101は出力周波数指令ω1を入力し、入力した周波数指令ω1が偏磁が生じる出力周波数を中心として設定した周波数バンド幅内に入る場合、零相電圧可変条件成立の判定フラグを出力する。   The zero-phase voltage generator calculates and outputs a waveform that changes at a set cycle. The zero-phase voltage variable condition determiner 101 receives the output frequency command ω1, and determines that the zero-phase voltage variable condition is satisfied when the input frequency command ω1 falls within the frequency bandwidth set around the output frequency at which the bias is generated. Output a flag.

出力された判定フラグは零相電圧可変ゲイン演算器102に入力する。零相電圧発生器100から出力される零相電圧波形は、電流の位相を検出して位相を演算する位相演算器103において位相をシフトされ、零相電圧可変ゲイン演算器に102に入力される。   The output determination flag is input to the zero-phase voltage variable gain calculator 102. The phase of the zero-phase voltage waveform output from the zero-phase voltage generator 100 is shifted in the phase calculator 103 that detects the phase of the current and calculates the phase, and is input to the zero-phase voltage variable gain calculator 102. .

零相電圧可変ゲイン演算器102は、判定フラグに基づいて位相演算器103から出力される零相電圧波形に演算したゲインを乗算して出力する。   The zero-phase voltage variable gain calculator 102 multiplies the gain calculated by the zero-phase voltage waveform output from the phase calculator 103 based on the determination flag and outputs the result.

零相電圧可変ゲイン演算器102の出力は電圧座標変換器58から出力される出力電圧指令Vrefに加算され、加算後の出力電圧指令がパルス生成器60に入力され、パルス生成器60は入力された出力電圧指令に応じたパルス信号を変換器3のスイッチング素子に供給する。   The output of the zero phase voltage variable gain calculator 102 is added to the output voltage command Vref output from the voltage coordinate converter 58, and the output voltage command after the addition is input to the pulse generator 60, and the pulse generator 60 is input. A pulse signal corresponding to the output voltage command is supplied to the switching element of the converter 3.

図5は、電力変換器および変圧器に流れる電流、電圧および磁束の関係を示した波形を示す図である。   FIG. 5 is a diagram showing a waveform showing the relationship between the current, voltage, and magnetic flux flowing through the power converter and the transformer.

前述のように、出力電圧指令に零相電圧を加算することで、偏磁が生じる運転状態においても、変圧器の2次側に流れる直流電流成分を減少させることができる。このため、電源に変圧器を介して電力変換器を接続し、電力変換器により電動機を可変速駆動する電力変換器においても、特定周波数での運転時に生じる変換器の入力側変圧器の偏磁現象に対して、偏磁耐量を増加させるための対策や偏磁を抑制するための検出器を追加することなく、変圧器の偏磁現象を抑制することが可能となる。   As described above, by adding the zero-phase voltage to the output voltage command, it is possible to reduce the direct current component that flows on the secondary side of the transformer even in the operation state in which the bias is generated. For this reason, even in a power converter in which a power converter is connected to a power source via a transformer and the electric motor is driven at a variable speed by the power converter, the bias of the input side transformer of the converter generated during operation at a specific frequency With respect to the phenomenon, it is possible to suppress the magnetic demagnetization phenomenon of the transformer without adding a measure for increasing the magnetic demagnetization tolerance and a detector for suppressing the magnetic demagnetization.

なお、電力変換装置に接続される負荷が同期電動機である場合は電力変換装置の負荷力率が1となるため、図6に示すように電力変換装置の出力電圧指令に対する零相電圧指令の位相差は0となる。この場合、図1に示す位相演算器103は不要である。   Note that when the load connected to the power converter is a synchronous motor, the load power factor of the power converter is 1, so the position of the zero-phase voltage command with respect to the output voltage command of the power converter as shown in FIG. The phase difference is zero. In this case, the phase calculator 103 shown in FIG. 1 is unnecessary.

1 交流電源
2 変圧器
3 電力変換器
4 交流電動機
5 電力変換器制御装置
6 電力変換器出力電流検出器
7 速度検出器
10 単相セルインバータ
11 順変換器
12 平滑コンデンサ
13 逆変換器
14 単相セルユニット
21 各相変圧器
51 速度指令発生器
52 速度制御器
53 電流座標変換器
54 位相演算器
55 トルク電流制御器
56 励磁電流指令設定器
57 励磁電流制御器
58 電圧座標変換器
59 周波数指令演算器
60 パルス生成器
100 零相電圧発生器
101 零相電圧可変条件判定器
102 零相電圧可変ゲイン演算器
103 位相演算器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC power source 2 Transformer 3 Power converter 4 AC motor 5 Power converter control apparatus 6 Power converter output current detector 7 Speed detector 10 Single phase cell inverter 11 Forward converter 12 Smoothing capacitor 13 Inverter 14 Single phase Cell unit 21 Phase transformer 51 Speed command generator 52 Speed controller 53 Current coordinate converter 54 Phase calculator 55 Torque current controller 56 Excitation current command setter 57 Excitation current controller 58 Voltage coordinate converter 59 Frequency command calculation 60 Pulse generator 100 Zero phase voltage generator 101 Zero phase voltage variable condition determiner 102 Zero phase voltage variable gain calculator 103 Phase calculator

Claims (7)

変圧器、該変圧器に接続されて交流電源電圧を直流電圧に変換するコンバータ、および該コンバータに接続されて前記直流電圧を交流電圧に変換して負荷に供給するインバータを備えた電力変換装置と、
出力電圧指令を生成し、生成した出力電圧指令を前記電力変換装置を構成するスイッチング素子を制御するパルス生成器に供給して前記変換器の出力電圧および出力周波数を制御する制御装置を備え、
該制御装置は、
零相電圧指令を生成し、生成した零相電圧指令を前記電力変換装置を構成するスイッチング素子を制御するパルス生成器に供給して前記変換器に所定周波数の零相出力電圧を生成させる零相電圧発生器と、
前記電力変換器の出力周波数が予め定めた所定の周波数範囲にあるとき所定の可変ゲインを出力する判定器と、
零相電圧発生器出力に前記可変ゲインを乗算して零相電圧指令を生成する可変ゲイン演算器を備え、
該可変ゲイン演算器の出力である零相電圧指令を前記出力電圧指令に加算して生成した出力電圧指令に基づいて前記電力変換器を制御することを特徴とする電力変換装置。
A power converter comprising: a transformer; a converter connected to the transformer for converting an AC power supply voltage into a DC voltage; and an inverter connected to the converter for converting the DC voltage into an AC voltage and supplying the same to a load; ,
A controller for generating an output voltage command, supplying the generated output voltage command to a pulse generator for controlling a switching element constituting the power converter, and controlling an output voltage and an output frequency of the converter;
The control device
A zero-phase voltage command is generated, and the generated zero-phase voltage command is supplied to a pulse generator that controls a switching element that constitutes the power converter, so that the converter generates a zero-phase output voltage having a predetermined frequency. A voltage generator;
A determinator that outputs a predetermined variable gain when the output frequency of the power converter is in a predetermined frequency range;
A variable gain computing unit that generates a zero phase voltage command by multiplying the zero phase voltage generator output by the variable gain,
A power conversion apparatus that controls the power converter based on an output voltage command generated by adding a zero-phase voltage command, which is an output of the variable gain calculator, to the output voltage command.
請求項1記載の電力変換装置において、
電力変換装置の負荷力率を検出する検出装置を備え、検出した負荷力率に応じて前記零相電圧の位相を制御することを特徴とする電力変換装置。
The power conversion device according to claim 1,
A power conversion device comprising: a detection device that detects a load power factor of the power conversion device, wherein the phase of the zero-phase voltage is controlled according to the detected load power factor.
三相変圧器、該三相変圧器に接続されて交流電源電圧を直流電圧に変換するコンバータ、および該コンバータに接続されて前記直流電圧を交流電圧に変換して負荷に供給するインバータを備えた電力変換装置と、
出力電圧指令を生成し、生成した出力電圧指令を前記電力変換装置を構成するスイッチング素子を制御するパルス生成器に供給して前記変換器の出力電圧および出力周波数を制御する制御装置を備え、
該制御装置は、
第3高調波の零相電圧指令を生成し、生成した零相電圧指令を前記電力変換装置を構成するスイッチング素子を制御するパルス生成器に供給して前記変換器に所定周波数の零相出力電圧を生成させる零相電圧発生器と、
前記電力変換器の出力周波数が予め定めた所定の周波数範囲にあるとき所定の可変ゲインを出力する判定器と、
零相電圧発生器出力に前記可変ゲインを乗算して零相電圧指令を生成する可変ゲイン演算器を備え、
該可変ゲイン演算器の出力である零相電圧指令を前記出力電圧指令に加算して生成した出力電圧指令に基づいて前記電力変換器を制御することを特徴とする電力変換装置。
A three-phase transformer, a converter connected to the three-phase transformer for converting an AC power supply voltage into a DC voltage, and an inverter connected to the converter for converting the DC voltage to an AC voltage and supplying the load to a load A power converter,
A controller for generating an output voltage command, supplying the generated output voltage command to a pulse generator for controlling a switching element constituting the power converter, and controlling an output voltage and an output frequency of the converter;
The control device
A third-phase zero-phase voltage command is generated, and the generated zero-phase voltage command is supplied to a pulse generator that controls a switching element constituting the power converter, and a zero-phase output voltage having a predetermined frequency is supplied to the converter. A zero-phase voltage generator for generating
A determinator that outputs a predetermined variable gain when the output frequency of the power converter is in a predetermined frequency range;
A variable gain computing unit that generates a zero phase voltage command by multiplying the zero phase voltage generator output by the variable gain,
A power conversion apparatus that controls the power converter based on an output voltage command generated by adding a zero-phase voltage command, which is an output of the variable gain calculator, to the output voltage command.
請求項3記載の電力変換装置において、
電力変換装置の負荷力率を検出する検出装置を備え、検出した負荷力率に応じて前記零相電圧の位相を制御することを特徴とする電力変換装置。
The power conversion device according to claim 3,
A power conversion device comprising: a detection device that detects a load power factor of the power conversion device, wherein the phase of the zero-phase voltage is controlled according to the detected load power factor.
変圧器、該変圧器に接続されて交流電源電圧を直流電圧に変換するコンバータ、および該コンバータに接続されて前記直流電圧を交流電圧に変換して負荷に供給するインバータを備えた電力変換装置と、
出力電圧指令を生成し、生成した出力電圧指令を前記電力変換装置を構成するスイッチング素子を制御するパルス生成器に供給して前記変換器の出力電圧および出力周波数を制御する制御装置を備えた電力変換器の制御方法において、、
零相電圧指令を生成し、生成した零相電圧指令を前記電力変換装置を構成するスイッチング素子を制御するパルス生成器に供給して前記変換器に所定周波数の零相出力電圧を生成させる零相電圧発生器を備え、
前記電力変換器の出力周波数が予め定めた所定の周波数範囲にあるとき、零相電圧発生器出力に前記可変ゲインを乗算して零相電圧指令を生成し、生成した零相電圧指令を前記出力電圧指令に加算して生成した出力電圧指令に基づいて前記電力変換器を制御することを特徴とする電力変換装置の制御方法。
A power converter comprising: a transformer; a converter connected to the transformer for converting an AC power supply voltage into a DC voltage; and an inverter connected to the converter for converting the DC voltage into an AC voltage and supplying the same to a load; ,
Electric power provided with a control device that generates an output voltage command, supplies the generated output voltage command to a pulse generator that controls a switching element that constitutes the power converter, and controls the output voltage and output frequency of the converter In the control method of the converter,
A zero-phase voltage command is generated, and the generated zero-phase voltage command is supplied to a pulse generator that controls a switching element that constitutes the power converter, so that the converter generates a zero-phase output voltage having a predetermined frequency. With a voltage generator,
When the output frequency of the power converter is in a predetermined frequency range, a zero-phase voltage command is generated by multiplying a zero-phase voltage generator output by the variable gain, and the generated zero-phase voltage command is output as the output A method for controlling a power converter, comprising: controlling the power converter based on an output voltage command generated by adding to a voltage command.
請求項5記載の電力変換装置の制御方法において、
電力変換装置の負荷力率を検出する検出装置を備え、検出した負荷力率に応じて前記零相電圧の位相を制御することを特徴とする電力変換装置の制御方法。
In the control method of the power converter device according to claim 5,
A control method for a power converter, comprising: a detection device that detects a load power factor of the power converter, and controlling a phase of the zero-phase voltage according to the detected load power factor.
請求項5記載の電力変換装置の制御方法において、
前記変圧器は三相変圧器であることを特徴とする電力変換装置の制御方法。
In the control method of the power converter device according to claim 5,
The method of controlling a power converter, wherein the transformer is a three-phase transformer.
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