JP2016158432A - Power conversion device, active filter and motor drive device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、交流電源系統に接続される電力変換装置、高調波電流を抑制するアクティブフィルタ、及びこのアクティブフィルタを備えたモータ駆動装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device connected to an AC power supply system, an active filter that suppresses harmonic current, and a motor drive device including the active filter.
従来、交流電源系統に接続され、直流/交流変換又は交流/直流変換を行う電力変換装置は、蓄電装置、無停電電源装置(UPS:Uninterruptible Power Supply)や、太陽光発電装置、風力発電装置などの再生可能エネルギー発電装置等に広く利用されている。通常、このような電力変換装置は、アクティブフィルタ機能や無効電流補正機能などを備えている。そのため、こうした電力変換装置の制御には、交流電源情報(例えば、相電圧、周波数、位相、相順などの情報)が必要である。 Conventionally, power converters connected to an AC power supply system and performing DC / AC conversion or AC / DC conversion are power storage devices, uninterruptible power supplies (UPS), solar power generation devices, wind power generation devices, and the like. It is widely used in renewable energy power generation devices. Usually, such a power converter has an active filter function, a reactive current correction function, and the like. Therefore, AC power supply information (for example, information on phase voltage, frequency, phase, phase order, etc.) is necessary for the control of such a power converter.
かかる交流電源情報の検出技術として、例えば、フォトカプラなど安価な回路で交流電圧のゼロクロスを検出し、交流電源の位相、周波数、相順などを推定する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。しかし、この技術では交流電圧の瞬時値を検出することができないため、交流電源系統の電圧変動や三相不平衡など交流電源異常を検知することができない。
そこで、交流電圧の瞬時値を検出するために、絶縁型の電圧センサや小型の交流トランスを用いて、交流電圧を電圧信号に変換する技術も知られている。この技術では、電圧センサや交流トランスなどの部品コストが高くなるため、汎用製品には適用され難い。
As a technique for detecting such AC power supply information, for example, a technique for detecting a zero cross of an AC voltage with an inexpensive circuit such as a photocoupler and estimating the phase, frequency, phase order, etc. of the AC power supply is known (for example, Patent Documents). 1). However, since this technology cannot detect the instantaneous value of the AC voltage, it cannot detect an AC power supply abnormality such as a voltage fluctuation or a three-phase imbalance in the AC power supply system.
In order to detect the instantaneous value of the AC voltage, a technique for converting the AC voltage into a voltage signal using an insulating voltage sensor or a small AC transformer is also known. This technology increases the cost of components such as voltage sensors and AC transformers, and thus is difficult to apply to general-purpose products.
また、部品コストを抑えた他の交流電源情報の検出技術として、三相簡易コンバータに適用する分圧抵抗回路によって三相交流の電源位相を検出する技術が開示されている(例えば、特許文献2参照)。この技術では、三相交流電源の各相の電圧を検出する分圧抵抗回路による検出手段から得られた信号を用いて、直流側の正極/負極間に直列に接続された複数の平滑コンデンサの中点と三相交流電源の各相との間を開閉する双方向スイッチを制御することにより、電源電流の高調波成分を低減させている。なお、参考技術として、電力変換装置で駆動するモータの空転時の誘起電圧を検出する技術が開示されている(例えば、特許文献3参照)。 In addition, as another AC power supply information detection technique with reduced component costs, a technique for detecting a three-phase AC power supply phase using a voltage dividing resistor circuit applied to a three-phase simple converter is disclosed (for example, Patent Document 2). reference). In this technique, a plurality of smoothing capacitors connected in series between the positive electrode and the negative electrode on the DC side are used by using a signal obtained from detection means by a voltage dividing resistor circuit that detects the voltage of each phase of the three-phase AC power supply. By controlling a bidirectional switch that opens and closes between the midpoint and each phase of the three-phase AC power supply, the harmonic component of the power supply current is reduced. As a reference technique, a technique for detecting an induced voltage at the time of idling of a motor driven by a power converter is disclosed (for example, see Patent Document 3).
しかしながら、特許文献2に記載の技術では、分圧抵抗回路で検出された電圧信号の立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジから交流電源の位相、周波数、及び相順を推定することはできるが、交流電源の瞬時電圧などの情報を得ることはできない。そのため、電力変換装置の交流電圧の変動時においては、交流電源系統に流れる電流の制御を適切に行うことができない。
また、特許文献3に記載の技術では、モータの空転時において分圧抵抗回路で該モータの誘起電圧を検出することはできるが、インバータが動作中においてはモータの誘起電圧を検出することができない。
However, in the technique described in Patent Document 2, although the phase, frequency, and phase sequence of the AC power supply can be estimated from the rising edge or falling edge of the voltage signal detected by the voltage dividing resistor circuit, Information such as instantaneous voltage cannot be obtained. Therefore, when the AC voltage of the power conversion device fluctuates, the current flowing through the AC power supply system cannot be properly controlled.
Further, in the technique described in Patent Document 3, the induced voltage of the motor can be detected by the voltage dividing resistor circuit when the motor is idling, but the induced voltage of the motor cannot be detected while the inverter is operating. .
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、交流電源系統に流れる電流を適切に制御可能な電力変換装置、高調波電流を抑制するアクティブフィルタ、及びこのアクティブフィルタを備えたモータ駆動装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and includes a power conversion device that can appropriately control a current flowing in an AC power supply system, an active filter that suppresses harmonic current, and a motor drive device including the active filter. The purpose is to provide.
前記目的を達成するために、本発明の電力変換装置は、多相交流(例えば、三相交流)の交流電源に接続され、交流/直流変換モードと直流/交流変換モードとを有するインバータ回路と、前記交流電源の各相の入力端子と前記インバータ回路の直流側の接地端子との間に接続され、該交流電源の各相の電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段で検出した任意の二相の検出電圧の差分を、該任意の二相の線間電圧として求める差分電圧演算手段と、前記差分電圧演算手段で求めた任意の二相の線間電圧を用いて補正された制御信号(例えば、PWM(Pulse Width Modulation)制御信号)に基づいて、前記インバータ回路を制御する制御手段と、を備えることを最も主要な特徴とする。 In order to achieve the above object, a power conversion device of the present invention is connected to an AC power supply of multiphase AC (for example, three-phase AC), and has an inverter circuit having an AC / DC conversion mode and a DC / AC conversion mode. A voltage detecting means connected between an input terminal of each phase of the AC power supply and a ground terminal on the DC side of the inverter circuit, and detecting the voltage of each phase of the AC power supply, and detected by the voltage detecting means; The difference between the two-phase detection voltages is corrected using the differential voltage calculation means for obtaining the arbitrary two-phase line voltage, and the arbitrary two-phase line voltage obtained by the difference voltage calculation means. The main feature is that it comprises control means for controlling the inverter circuit based on a control signal (for example, a PWM (Pulse Width Modulation) control signal).
本発明によれば、交流電源系統に流れる電流を適切に制御可能な電力変換装置を得ることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the power converter device which can control appropriately the electric current which flows into an alternating current power supply system can be obtained.
以下、本発明の実施形態に係る電力変換装置、アクティブフィルタ、及びこのアクティブフィルタを備えたモータ駆動装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各実施形態では、説明を容易にするために、交流電源系統の相数として三相を代表的に例示して説明する。 Hereinafter, a power converter, an active filter, and a motor driving device including the active filter according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each embodiment, for ease of explanation, three phases will be representatively exemplified as the number of phases of the AC power supply system.
《第1実施形態》
第1実施形態では、三相交流電源系統に連結される電力変換装置10について説明する。
<装置構成>
図1は、本発明の第1実施形態に係る電力変換装置10の全体構成図である。
電力変換装置10は、図1に示すように、三相で構成されたノイズフィルタ2と、三相の各線に直列に接続されたリアクトル3と、三相ブリッジ回路で構成された半導体スイッチング素子からなるインバータ回路4と、インバータ回路4の直流側の正極/負極間に接続された平滑コンデンサ5と、三相の各相電圧を検出する分圧抵抗回路(電圧検出手段)6と、分圧抵抗回路6で検出された任意の二相の電圧の差分を求める一対の差動アンプ(差分電圧演算手段)7と、インバータ回路4のPWM制御を行う制御装置(制御手段)8と、三相交流の各相の電流を検出する電流検出部11と、を備えて構成されている。なお、電力変換装置10の入力側は三相の交流電源1に接続され、電力変換装置10の出力側は直流負荷又は直流電源(直流負荷/直流電源)9に接続されている。
<< First Embodiment >>
1st Embodiment demonstrates the
<Device configuration>
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a
As shown in FIG. 1, the
インバータ回路4の動作モードとして、交流電源1から交流電力を受電して直流負荷/直流電源9に直流電力を供給する整流モード(交流/直流変換モード)と、直流負荷/直流電源9からの直流電力を逆変換して交流電源1へ交流電力を出力する回生モード(直流/交流変換モード)とがある。整流モードと回生モード(インバータモード)との動作モードの切り替えは、制御装置8からの制御信号によって実現される。なお、直流負荷/直流電源9における直流電源手段としては、例えば、図示しない太陽光発電設備や蓄電池などが適宜用いられる。
As an operation mode of the
インバータ回路4は、6個の半導体スイッチング素子(本実施形態ではIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor))と各半導体スイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードとによって三相ブリッジ回路が構成されている。この三相ブリッジ回路は、三相の交流電源1に対応している。なお、各半導体スイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードは、それぞれの半導体スイッチング素子のOFF時の転流用ダイオードであり、インバータ回路の公知の基本構成に属するものである。そのため、ダイオードについての詳細な説明は省略する。
The
平滑コンデンサ5は、インバータ回路4の直流側の直流電圧のリップルとサージ電圧を抑制するための要素である。
The smoothing capacitor 5 is an element for suppressing a DC voltage ripple and a surge voltage on the DC side of the
分圧抵抗回路6は、交流電源1の各相の入力端子とインバータ回路4の出力の直流側の負極端子(接地端子)との間に接続される。分圧抵抗回路6の各相の分圧抵抗の中点から検出される検出電圧(中点電圧)は、一対の差動アンプ7の各々で差分演算されて制御装置8に入力される。
The voltage dividing
制御装置8は、一対の差動アンプ7の各々で差分演算されて入力された差分電圧に基づいて、交流電源1の電圧、位相、周波数、相順などの電源電圧情報を算出する。ここで、分圧抵抗回路6における各相の分圧抵抗の分圧比は、各々の分圧抵抗の中点から検出される中点電圧が差動アンプの入力範囲(例えば、0V〜15V)内に収束するように調整すればよい。本実施形態では、一対の差動アンプ7のそれぞれに入力される中点電圧は、U相とV相、及びV相とW相の各中点電圧であるが、これに限らず、任意の二相で検出した中点電圧を用いてもよい。
The
制御装置8としては、マイクロコンピュータ、DSP(Digital Signal Processor)等の演算処理装置が好適に用いられる。制御装置8に内蔵されるサンプリングホールド回路とA/D(Analog/Digital)変換部などにより、一対の差動アンプ7に入力された各中点電圧はデジタル信号に変換される。本実施形態では、制御装置8及び一対の差動アンプ7の電源の負極側の電位は、インバータ回路4の直流側の接地端子と同電位にしてあるため、各検出信号(各中点電圧)の電気絶縁対策はなくてもよい。
なお、本実施形態において、実際の電力変換用途に応じて、インバータ回路4の直流側の直流電圧などを検出する必要がある場合、適宜に分圧抵抗等を追加して検出すればよい。
As the
In the present embodiment, when it is necessary to detect the DC voltage on the DC side of the
<制御の説明>
図2は、図1に示す制御装置8の制御構成を示すブロック図である。
図2に例示する制御装置8は、演算処理装置が所定のプログラムを実行することで、dqベクトル制御により、インバータ回路4の回生モード(つまり、インバータモード)における交流電圧指令信号を演算し、該インバータ回路4の各半導体スイッチング素子をスイッチング制御するためのPWM制御信号を生成するように動作する。ただし、制御装置8は、dqベクトル制御以外に、同様な機能を実現できる他の制御方式で構成してもよい。すなわち、例えば、無停電電源装置のインバータ回路で汎用されているような制御方式、つまり、ベクトル変換を行わないで、検出した電圧信号と三角波又は鋸歯状波のキャリア波形と比較して直接制御信号を生成するような制御方式の構成であってもよい。
<Description of control>
FIG. 2 is a block diagram showing a control configuration of the
The
詳しく述べると、制御装置8は、図2に示すように、電源情報演算部13と、3相/2軸変換部14と、電圧制御部15と、2軸/3相変換部16と、PWM制御部17とを備えて構成されている。
More specifically, as shown in FIG. 2, the
電源情報演算部13は、交流電圧検出信号である交流電圧の差分信号(EUV、EVW)を入力して、種々の交流電圧情報(電源電圧情報)を演算する。すなわち、電源情報演算部13は、電源電圧位相(θs)を演算して3相/2軸変換部14及び2軸/3相変換部16へそれぞれ出力し、電源周波数(fs)を演算して電圧制御部15へ出力し、さらに、三相電圧(EU ,EV ,EW )を演算して電圧制御部15へ出力する。また、電源情報演算部13は、電源異常を検知した場合は電源異常検知信号をPWM制御部17へ出力する。
The power supply
3相/2軸変換部14は、三相交流系統の各相の電流検出部11で検出された三相電流の交流電流検出信号(IU ,IV ,IW )と、電源情報演算部13で演算された電源電圧位相(θs)とに基づいて、d軸電流Idとq軸電流Iqとを、下記の式(1)及び式(2)に基づいて演算する。式(1)は、3相/2軸変換の演算式を表し、式(2)は回転座標系への変換の演算式を表している。
The three-phase / two-
式(1)
式(2)
Formula (1)
Formula (2)
電圧制御部15は、d軸電流指令値Id *及びq軸電流指令値Iq *と、3相/2軸変換部14で求められたd軸電流検出値Id及びq軸電流検出値Iqと、電源情報演算部13で求められた電源周波数(fs)及び三相電圧(Vs;EU ,EV ,EW )とを用いて、d軸電圧指令値Vd *及びq軸電圧指令値Vq *を演算して2軸/3相変換部16へ出力する。
The
2軸/3相変換部16は、電圧制御部15で求められたdq軸の電圧指令値(つまり、d軸電圧指令値Vd *及びq軸電圧指令値Vq *)と、電源情報演算部13で求められた電源電圧位相(θs)とを用いて、下記の式(3)及び式(4)に基づいて、三相電圧指令値(VU *,VV *,VW *)を算出してPWM制御部14へ出力する。なお、式(3)は、回転座標系から固定座標系への変換の演算式を表す。また、式(4)は、2軸/3相変換の演算式を表す。
The 2-axis / 3-
式(3)
式(4)
Formula (3)
Formula (4)
PWM制御部17は、2軸/3相変換部16からの三相電圧指令値(VU *,VV *,VW *)と三角波又は鋸歯状波のキャリア波とに基づいてPWM制御信号を生成し、インバータ回路4の各半導体スイッチング素子をインバータモードでスイッチングさせ、該インバータ回路4をPWM駆動させる。また、PWM制御部17は、電源情報演算部13からの電源異常検知信号を用いて、PWM制御信号の出力を停止させる。
The PWM control unit 17 generates a PWM control signal based on the three-phase voltage command values (V U * , V V * , V W * ) from the 2-axis / 3-
<電源情報演算の説明>
図3は、図2に示す電源情報演算部13の制御構成を示すブロック図である。
電源情報演算部13は、図3に示すように、一対のA/D変換部20、位相演算部21、相電圧演算部22、電源異常検出・記録部23、及び周波数演算部24を備えて構成されている。
<Description of power supply information calculation>
FIG. 3 is a block diagram showing a control configuration of the power
As shown in FIG. 3, the power supply
一対のA/D変換部20は、一対の差動アンプ7のそれぞれから入力される交流電圧の差分信号(UV間電圧信号EUV及びVW間電圧信号EVW)をデジタル信号に変換し、このデジタル信号を位相演算部21、相電圧演算部22、及び電源異常検出・記録部23へ出力する。
The pair of A /
位相演算部21は、交流電圧の差分信号(EUV,EVW)のデジタル信号に基づいて、電源電圧位相(θs)を演算し、この電源電圧位相(θs)を2軸/3相変換部16と3相/2軸変換部14へ出力するとともに、この電源電圧位相(θs)を周波数演算部24へ出力する。位相演算部21が電源電圧位相(θs)を演算する際の計算式を下記の式(5)に示す。
The
式(5)
Formula (5)
相電圧演算部22は、交流電圧の差分信号(EUV,EVW)のデジタル信号に基づいて三相電圧(EU ,EV ,EW )を演算し、この三相電圧(EU ,EV ,EW )を電圧制御部15へ出力する。相電圧演算部22が三相電圧(EU ,EV ,EW )を演算する際の計算式を下記の式(6)に示す。
なお、電源異常検出・記録部23について、詳しくは後記する。
The phase
The power supply abnormality detection /
式(6)
Formula (6)
周波数演算部24は、位相演算部21で演算された電源電圧位相(θs)に基づいて、電源周波数(fs)を演算し、この電源周波数(fs)を電圧制御部15へ出力する。
具体的には、周波数演算部24は、位相の微分(差分)から下記の式(7)を用いて電源周波数(fs)を算出する。ここで、θs1とθs0はそれぞれ今回と前回の位相値であり、Δtは位相演算の時間間隔である。また、演算された電源周波数(fs)の正負により、三相電源の相順を判定することができる。
式(7) fs=(θs1−θs0)/Δt
The
Specifically, the
Formula (7) fs = (θs1-θs0) / Δt
図4は、図3に示す電源異常検出・記録部23の制御構成を示すブロック図である。
電源異常検出・記録部23は、図4に示すように、振幅演算部30、不平衡演算部31、異常判定部32、バッファメモリ33、及び不揮発性メモリ34を備えて構成されている。電源異常検出・記録部23では、交流電圧の差分信号(EUV,EVW)が振幅演算部30と不平衡演算部31とに入力されると、これらの振幅演算部30と不平衡演算部31とによって交流電圧の振幅値と相電圧の不平衡率とが算出される。
FIG. 4 is a block diagram showing a control configuration of the power supply abnormality detection /
As shown in FIG. 4, the power supply abnormality detection /
異常判定部32は、振幅演算部30と不平衡演算部31とで算出された交流電圧の振幅値と不平衡率とに基づいて、交流電源1の電圧変動(例えば、瞬時停電や電源電圧の急上昇)、電源電圧の不平衡、及び三相のうちのいずれかの相の欠相を検出し、電源異常検知信号(交流電源異常情報)をPWM制御部17へ出力する。PWM制御部17は、電源異常検知信号を受信すると、直ちに、PWM制御信号の出力を停止させインバータ回路4の動作を停止させることにより、電力変換装置10を保護するように動作する。
Based on the amplitude value and the unbalance rate of the AC voltage calculated by the
電源異常検出・記録部23は、電源異常の前後の電源電圧の検出信号を記録するために、制御装置8のメモリの一部をバッファメモリ33として、その検出信号を一時的に保存する。すなわち、バッファメモリ33は交流電圧の差分信号(EUV,EVW)を常時入力し、異常判定部32が電源異常を検知した場合は、バッファメモリ33から不揮発性メモリ34(フラッシュメモリ)へデータを書き込み、電源異常の履歴(交流電源変化情報)を保存する。このような機能を有することにより、保存された異常履歴の内容から電力変換装置10の電源異常の追跡調査などを行うことができる。
The power supply abnormality detection /
図5は、本発明の第1実施形態に係る電力変換装置の各部波形である。図5に示す各波形図において、横軸は時間軸を表し、(a)、(b)、(c)の縦軸は電圧レベル、(d)の縦軸は位相を表している。 FIG. 5 is a waveform of each part of the power conversion device according to the first embodiment of the present invention. In each waveform diagram shown in FIG. 5, the horizontal axis represents the time axis, the vertical axes of (a), (b), and (c) represent the voltage level, and the vertical axis of (d) represents the phase.
図5に示すように、(a)は交流電源1のU相電圧Vu40、(b)はU相に対応する分圧抵抗回路6の中点電圧41、(c)はV相に対応する分圧抵抗回路6の中点電圧42、(d)は一対の差動アンプ7からそれぞれ出力されるUV間電圧信号EUV43及びVW間電圧信号EVW44、(e)は位相演算部21から出力される位相演算値(つまり、電源電圧位相)θSの波形であり、いずれの波形も時間的な推移を示している。なお、時間軸の0.2sより前はインバータ回路4のインバータモードが動作を停止し、0.2s以降はインバータモードが動作を開始している状態を示している。
As shown in FIG. 5, (a) is the
図5に示すように、インバータ回路4のインバータモードが動作を開始した後(つまり、0.2s以降)には、U相、V相に対応する分圧抵抗回路6の中点電圧41、42にはリップル成分が現れている。このリップル成分は、インバータ回路4がPWM制御でスイッチング動作を行っているために、インバータ回路4の各半導体スイッチング素子の通電状態によって直流側の負極(接地)電位が変動していることに起因している。
As shown in FIG. 5, after the inverter mode of the
ところが、各相に対応する分圧抵抗回路6の一端はインバータ回路4の直流側の負極(接地)ラインと繋がっているため、分圧抵抗回路6のU相、V相の各分圧抵抗の中点電圧のリップル成分の大きさは同じである。そのため、差動アンプ7で2相分(つまり、U相とV相)の分圧抵抗の中点電圧を差分処理すれば、差動アンプ7はリップル成分の影響を除去した線間電圧信号(UV間電圧信号EUV43,VW間電圧信号EVW44)を出力することができる。
However, since one end of the voltage dividing
すなわち、図5(d)に示すように、一対の差動アンプ7でそれぞれ処理された線間電圧信号(UV間電圧信号EUV43及びVW間電圧信号EVW44)には、インバータモードが動作を開始している0.2s以降においてもリップル成分が殆どなく、電源情報演算部13の位相演算部21で演算された電源電圧位相θS45への影響もないことがわかる。
That is, as shown in FIG. 5D, the line voltage signals (the UV
以上説明したように、本発明の第1実施形態に係る電力変換装置10では、電圧検出手段(分圧抵抗回路6)は、各相の交流電圧を検出する。差分電圧演算手段(差動アンプ7)は、検出された2つの相の検出電圧を比較することにより、リップル成分の影響が除去された線間電圧を出力する。制御手段(制御装置8)は、差動アンプ7が出力した線間電圧を用いて補正されたPWM制御信号に基づいて、インバータ回路4のPWM制御を行う。これにより、仮に、交流電源1の交流電圧が変動したとしても、交流電源系統に流れる高調波電流を適切に抑制することができる。
本発明の第1実施形態に係る電力変換装置10によれば、絶縁型の電圧センサや小型の交流トランスなどの部品を要することなく、交流電源系統に流れる高調波電流を適切に抑制することができるため、アクティブフィルタ機能を有する電力変換装置のコスト低減及び信頼性向上を両立させることができる。
As described above, in the
According to the
本発明の第1実施形態に係る電力変換装置10では、電圧検出手段として機能する分圧抵抗回路6は、各相の分圧抵抗の比によって各相の検出電圧を検出する。
本発明の第1実施形態に係る電力変換装置10によれば、簡易な構成をもって、交流電源1の各相の検出電圧を得ることができる。
In the
According to the
また、本発明の第1実施形態に係る電力変換装置10では、差分電圧演算手段として機能する差動アンプ7は、分圧抵抗回路6の任意の二相の各々の分圧抵抗比で案分した電圧を任意の二相の検出電圧として入力し、入力された任意の二相の検出電圧の差分から任意の二相の線間電圧を求める。
したがって、本発明の第1実施形態に係る電力変換装置10によれば、簡易な構成をもって、交流電源1の任意の二相の線間電圧を得ることができる。
Further, in the
Therefore, according to the
また、本発明の第1実施形態に係る電力変換装置10では、制御装置(制御手段)8が備える電源情報演算部13は、差動アンプ7で求めた任意の二相の線間電圧から、交流電源1の周波数、位相、相順、及び各相電圧を含む交流電源情報を算出する。制御装置(制御手段)8は、この交流電源情報に基づいて、インバータ回路4の電圧又は電流の制御を行う。
本発明の第1実施形態に係る電力変換装置10によれば、時々刻々と変動する交流電源情報に基づいて、インバータ回路4の電圧又は電流を適切に制御することができる。
Further, in the
According to the
また、本発明の第1実施形態に係る電力変換装置10では、電源情報演算部13は電源異常検出・記録部23を備え、この電源異常検出・記録部23は、差動アンプ7で求めた任意の二相の線間電圧から、交流電源1の欠相、交流電圧の急変動、及び三相不平衡を含む交流電源異常情報を検知する。制御装置(制御手段)8は、この交流電源異常情報に基づいて、PWM制御信号の出力を停止することにより、インバータ回路4を保護する。
本発明の第1実施形態に係る電力変換装置10によれば、仮に、交流電源1の欠相、交流電圧の急変動、及び三相不平衡を含む交流電源異常が生じた場合でも、インバータ回路4を保護することができる。
Further, in the
According to the
また、本発明の第1実施形態に係る電力変換装置10では、電源異常検出・記録部23は、前記交流電源異常情報を検知した時点前後の交流電源1の周波数、位相、及び電圧を含む交流電源変化情報を不揮発性メモリ34に記憶する機能を有する。
本発明の第1実施形態に係る電力変換装置10によれば、仮に、交流電源1の欠相、交流電圧の急変動、及び三相不平衡を含む交流電源異常が生じた場合でも、その異常が生じた時点前後の交流電源1の周波数、位相、及び電圧を含む交流電源変化情報に基づいて、異常が生じた経緯を把握することができる。
Moreover, in the
According to the
《第2実施形態》
(アクティブフィルタ)
第1実施形態では、交流電源系統に接続される電力変換装置について説明したが、第2実施形態では、高調波電流を抑制するアクティブフィルタの構成について説明する。
第2実施形態に係るアクティブフィルタでは、交流電源系統から負荷に電力を供給している。この負荷に並列に接続されるアクティブフィルタは、負荷電流の高調波成分だけを補正するため、インバータ回路4は小容量の半導体スイッチング素子及びダイオードで構成すればよい。
<< Second Embodiment >>
(Active filter)
In 1st Embodiment, although the power converter device connected to an alternating current power supply system was demonstrated, 2nd Embodiment demonstrates the structure of the active filter which suppresses a harmonic current.
In the active filter according to the second embodiment, power is supplied from the AC power supply system to the load. Since the active filter connected in parallel to the load corrects only the harmonic component of the load current, the
図6は、本発明の第2実施形態に係るアクティブフィルタの構成図である。基本的には、図1の電力変換装置10と図6のアクティブフィルタ50とは同じ回路構成であるため、同一部品間で共通の符号を付すことにする。
FIG. 6 is a configuration diagram of an active filter according to the second embodiment of the present invention. Basically, the
すなわち、図6に示すアクティブフィルタ50は、交流電源1から負荷52に流れる入力電流に含まれる高調波成分を相殺する補償電流を出力する機能を有する装置であり、交流電源1と並列に接続されている。このアクティブフィルタ50は、図1の電力変換装置10とほぼ同様の回路構成になっている。そのため、アクティブフィルタ50について、重複する説明は省略する。
また、アクティブフィルタ50の出力電流には有効電流成分が殆んど含まれない。そのため、インバータ回路の直流側には、直流負荷/直流電源は不要であり、直流側には平滑コンデンサ5のみが接続されている。この平滑コンデンサ5の両端電圧は、分圧抵抗53の中点電圧として検出され、直流電圧(Ed)として制御装置8へ入力される。
In other words, the
Further, the output current of the
この第2実施形態でも、第1実施形態と同様に、分圧抵抗回路6と一対の差動アンプ7を用いて交流電圧信号(VU ,VV ,VW )を検出する。検出された交流電圧信号は、制御装置8に入力されて、第1実施形態と同様に、制御装置8の内部で電源電圧、位相、周波数、相順を算出して、PWM制御及び電源異常の保護処理が行われる。
第2実施形態に係るアクティブフィルタ50によれば、安価な分圧抵抗回路6と一対の差動アンプ7で交流電圧を検出して、交流電源系統に流れる高調波電流の抑制を行うため、アクティブフィルタのコスト低減及び信頼性向上を両立させることができる。
Also in the second embodiment, the AC voltage signals (V U , V V , V W ) are detected using the voltage dividing
According to the
《第3実施形態》
(モータ駆動装置)
第3実施形態では、第2実施形態に係るアクティブフィルタ50を備えたモータ駆動装置について説明する。図7は、本発明の第3実施形態に係るアクティブフィルタを備えたモータ駆動装置の構成図である。空気調和機や冷凍機などの冷凍装置200は、空気温度を調和する装置であり、室外機210と室内機211とを冷媒配管206を介して接続して構成されている。
<< Third Embodiment >>
(Motor drive device)
In the third embodiment, a motor driving device including the
室内機211は、冷媒と空気間の熱交換を行う室内熱交換器201と、この室内熱交換器201に空気を送風する室内ファン203とを備える。
室外機210は、冷媒と空気間の熱交換を行う室外熱交換器202と、この室外熱交換器202に空気を送風する室外ファン204と、冷媒を圧縮して循環させる圧縮機205とを備える。
圧縮機205は、その内部に、圧縮機構部(図示せず)と圧縮機用モータ207とを備える。
The
The
The
圧縮機用モータ207は、モータ駆動装置100によって駆動される。モータ駆動装置100は、図7に示すように、アクティブフィルタ50及びモータ駆動回路101を備えて構成されている。アクティブフィルタ50は、図6に示す第2実施形態に係るアクティブフィルタ50と共通の回路構成であり、かつ、交流電源1に並列接続された構成となっている。このアクティブフィルタ50は、電流センサ51を介して、負荷(モータ駆動回路101)に流れる交流電流(IU ,IV )を検出し、この交流電流に含まれる高調波を抑制(相殺)するための補償電流を発生させることにより、交流電源系統に流れる電流の高調波成分を抑制するように動作する。
The
モータ駆動回路101は、交流/直流変換を行う整流回路102、及び直流/交流変換を行うインバータ103を備えて構成される。モータ駆動回路101は、圧縮機用モータ207を駆動するための電源手段として機能する。
The motor drive circuit 101 includes a
第3実施形態に係るモータ駆動装置100によれば、第2実施形態に係るアクティブフィルタ50を採用することにより、モータ駆動装置100に流れる交流電流の高調波成分を電源高調波規制値以下に抑えることができる。また、アクティブフィルタ50は、モータ駆動装置100への電力供給を行うことがないため、小型かつ低コストで実現することができる。
また、第3実施形態に係るモータ駆動装置100を備える冷凍装置200によれば、第2実施形態に係るアクティブフィルタ50を採用することにより、冷凍装置200に流れる交流電流の高調波成分を電源高調波規制値以下に抑えることができる。また、アクティブフィルタ50は、冷凍装置200への電力供給を行うことがないため、小型かつ低コストで実現することができる。
According to the
In addition, according to the
〔その他の実施形態〕
以上説明した本発明に係る電力変換装置、アクティブフィルタ、及びこのアクティブフィルタを備えたモータ駆動装置、並びに冷凍装置の各実施形態は、本発明の具現化の例を示したものである。したがって、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならない。本発明はその要旨又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形態で実施することができるからである。
[Other Embodiments]
Each of the embodiments of the power conversion device, the active filter, the motor drive device including the active filter, and the refrigeration device according to the present invention described above is an example of realization of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limitedly interpreted by these. This is because the present invention can be implemented in various forms without departing from the gist or main features thereof.
本発明に係る電力変換装置は、高調波電流対策を施した蓄電装置、無停電電源装置、太陽光発電装置、及び風力発電装置などに広く利用することができる。また、本発明に係るアクティブフィルタは、既設の交流電源で駆動されている各種機器(モータ駆動装置や冷凍装置など)に取り付けて高調波電流対策を行うことができる。 The power conversion device according to the present invention can be widely used for power storage devices, uninterruptible power supply devices, solar power generation devices, wind power generation devices, and the like that have taken harmonic current countermeasures. In addition, the active filter according to the present invention can be attached to various devices (such as a motor driving device and a refrigeration device) driven by an existing AC power source to take measures against harmonic current.
1 交流電源
2 ノイズフィルタ
3 リアクトル
4 インバータ回路
5 平滑コンデンサ
6 分圧抵抗回路(電圧検出手段)
7 差動アンプ(差分電圧演算手段)
8 制御装置(制御手段)
9 直流負荷/直流電源
10 電力変換装置
11 電流検出部
13 電源情報演算部
14 3相/2軸変換部
15 電圧制御部
16 2軸/3相変換部
17 PWM制御部
20 A/D変換部
21 位相演算部
22 相電圧演算部
23 電源異常検出・記録部
24 周波数演算部
30 振幅演算部
31 不平衡演算部
32 異常判定部
33 バッファメモリ
34 不揮発性メモリ
40 U相電圧波形(Vu)
41 U相に対応する分圧抵抗回路の中点電圧波形
42 V相に対応する分圧抵抗回路の中点電圧波形
43 UV間電圧信号波形(Euv)
44 VW間電圧信号波形(Evw)
45 演算された電源位相波形(θs)
50 アクティブフィルタ
51 電流センサ
52 負荷
53 分圧抵抗
101 モータ駆動装置(モータ駆動基板)
102 整流回路
103 インバータ
200 冷凍装置
201 室内熱交換器
202 室外熱交換器
203 室内ファン
204 室外ファン
205 圧縮機
206 配管
207 圧縮機用モータ
210 室外機
211 室内機
DESCRIPTION OF
7 Differential amplifier (difference voltage calculation means)
8 Control device (control means)
DESCRIPTION OF
41 Midpoint voltage waveform of voltage dividing resistor circuit corresponding to U phase 42 Midpoint voltage waveform of voltage dividing resistor circuit corresponding to
44 VW voltage signal waveform (Evw)
45 Calculated power phase waveform (θs)
50
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記交流電源の各相の入力端子と前記インバータ回路の直流側の接地端子との間に接続され、該交流電源の各相の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段で検出した任意の二相の検出電圧の差分を、該任意の二相の線間電圧として求める差分電圧演算手段と、
前記差分電圧演算手段で求めた任意の二相の線間電圧を用いて補正された制御信号に基づいて、前記インバータ回路を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。 An inverter circuit connected to a polyphase AC power source and having an AC / DC conversion mode and a DC / AC conversion mode;
Voltage detection means connected between the input terminal of each phase of the AC power supply and a ground terminal on the DC side of the inverter circuit, and detects the voltage of each phase of the AC power supply;
A differential voltage calculation means for obtaining a difference between the detection voltages of any two phases detected by the voltage detection means as the line voltage of the arbitrary two phases;
Control means for controlling the inverter circuit based on a control signal corrected using an arbitrary two-phase line voltage obtained by the differential voltage calculation means;
A power conversion device comprising:
この分圧抵抗回路は、各相の分圧抵抗の比によって各相の検出電圧を検出することを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 The voltage detection means is a voltage dividing resistor circuit connected between an input terminal of each phase of the AC power supply and a ground terminal on the DC side of the inverter circuit,
The power converter according to claim 1, wherein the voltage dividing resistor circuit detects a detection voltage of each phase based on a ratio of the voltage dividing resistors of each phase.
この差動アンプは、前記分圧抵抗回路の任意の二相の各々の分圧抵抗比で案分した電圧を任意の二相の検出電圧として入力し、入力された任意の二相の検出電圧の差分から任意の二相の線間電圧を求めることを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置。 The differential voltage calculation means is a differential amplifier,
In this differential amplifier, the voltage divided by the voltage dividing resistance ratio of each of the arbitrary two phases of the voltage dividing resistor circuit is input as an arbitrary two-phase detection voltage, and the input of the arbitrary two-phase detection voltage The power converter according to claim 2, wherein an arbitrary two-phase line voltage is obtained from the difference between the two.
この電源情報演算部は、前記差分電圧演算手段で求めた任意の二相の線間電圧から、前記交流電源の周波数、位相、相順、及び各相電圧を含む交流電源情報を算出し、
前記制御手段は、この交流電源情報に基づいて、前記インバータ回路の電圧及び電流の少なくとも一方の制御を行うことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の電力変換装置。 The control means includes a power information calculation unit,
This power supply information calculation unit calculates the AC power supply information including the frequency, phase, phase order, and each phase voltage of the AC power supply from the line voltage of any two phases obtained by the differential voltage calculation means,
4. The power converter according to claim 1, wherein the control unit controls at least one of a voltage and a current of the inverter circuit based on the AC power supply information. 5. .
この電源異常検出・記録部は、前記差分電圧演算手段で求めた任意の二相の線間電圧から、前記交流電源の欠相、交流電圧の急変動、及び三相不平衡を含む交流電源異常情報を検知し、
前記制御手段は、この交流電源異常情報に基づいて前記制御信号の出力を停止することにより、前記インバータ回路を保護することを特徴とする請求項4に記載の電力変換装置。 The power information calculation unit includes a power abnormality detection / recording unit,
This power supply abnormality detection / recording unit detects an AC power supply abnormality including a phase loss of the AC power supply, a sudden change in the AC voltage, and a three-phase imbalance from any two-phase line voltage obtained by the differential voltage calculation means. Detect information,
5. The power conversion apparatus according to claim 4, wherein the control unit protects the inverter circuit by stopping output of the control signal based on the AC power supply abnormality information.
負荷へ電力を供給する交流電源に並列に接続され、この交流電源に流れる高調波電流を抑制するための補償電流を発生する機能を有することを特徴とするアクティブフィルタ。 A power converter according to any one of claims 1 to 6 has a common configuration,
An active filter which is connected in parallel to an AC power supply for supplying power to a load and has a function of generating a compensation current for suppressing a harmonic current flowing in the AC power supply.
前記モータ駆動回路に並列接続され、該モータ駆動回路の入力電流に含まれる高調波を抑制するための補償電流を発生するアクティブフィルタと、を備え、
前記アクティブフィルタは、請求項7に記載のアクティブフィルタであることを特徴とするモータ駆動装置。 A motor drive circuit for receiving a power from an AC power source and driving the motor with a rectifier circuit for AC / DC conversion and an inverter for DC / AC conversion;
An active filter that is connected in parallel to the motor drive circuit and generates a compensation current for suppressing harmonics included in the input current of the motor drive circuit,
The motor drive device according to claim 7, wherein the active filter is the active filter according to claim 7.
前記圧縮機用モータは、前記モータ駆動装置により駆動され、
前記モータ駆動装置は、請求項8に記載のモータ駆動装置であることを特徴とするモータ駆動装置。 A motor driving device used in a compressor including a compression mechanism unit that compresses a refrigerant, and a compressor motor that drives the compression mechanism unit,
The compressor motor is driven by the motor driving device,
The motor drive device according to claim 8, wherein the motor drive device is a motor drive device according to claim 8.
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