JP2549126B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電力変換装置に係り、特に一次電流を振幅
変調することにより、負荷電動機の発生するトルクリッ
プルを低減する電力変換装置に関する。

（従来の技術） 従来、任意の周波数の交流電力を出力して誘導電動機
を制御する周波数変換装置として使用されている電流形
インバータは種々あるがここでは一例としてベクトル制
御を行なう電流形インバータを例にして、第４図を用い
て説明する。

第４図に示すように、誘導電動機１を制御する電流形
インバータ装置の主回路は交流電源出力を直流電力に変
換する出力制御可能な整流器２と、この整流器２から出
力される直流電力を平滑する直流リアクトル３と、この
直流リアクトル３を通して入力される直流電力を任意の
周波数の交流電力に変換し、これを誘導電動機１に供給
して該誘導電動機１を可変速運転するインバータ回路４
とにより構成されている。また、この主回路の整流器２
およびインバータ回路４を制御するベクトル制御部は誘
導電動機１の回転数を検出する速度検出器５と、誘導電
動機１の磁束を検出する磁束検出回路６と、速度基準ω
r1^＊を出力する速度基準設定器７と、この速度基準ωr1
^＊に対して加減速レートをつける加減速レート回路８
と、この加減速レート回路８でレートのつけられた速度
基準ωr1^＊と速度検出器５により検出された速度検出ω
ｒとを比較して誘導電動機１の一次電流のうちトルク発
生に寄与するトルク電流基準i₁q^＊を出力する速度制御
回路９と、速度検出器５により検出された速度検出信号
ωｒの値に基づいて界磁弱め制御行なう磁束基準Φ^＊を
出力する磁束基準設定器10と、この磁束基準設定器10か
ら出力される磁束基準Φ^＊と磁束検出回路６により検出
された誘導電動機１の磁束とを比較して誘導電動機１の
一次電流のうち磁束発生に寄与する磁束電流基準i₁d^＊
を出力する磁束制御回路11と、速度制御回路９から得ら
れるトルク電流基準i₁q^＊と磁束制御回路11から出力さ
れる磁束電流基準i₁d^＊とにより誘導電動機１の一次電
流基準I₁ ^＊を算出する一次電流演算回路12と速度制御回
路９から出力されるトルク電流基準i₁q^＊と磁束制御回
路11から出力される磁束基準基準i₁d^＊とから一次電流
と磁束との間の位相角Θを算出する位相角算出回路13
と、速度制御回路９から出力されるトルク電流基準i₁q
^＊と磁束検出回路６により検出された磁束検出信号Φと
からすべり角Θｓを算出するすべり角演算回路14と、速
度検出器５で検出された速度信号ωｒを時間積分して回
転子位置角度Θｒを算出する回転子位置演算回路15と、
位相角演算回路13から出力される位相角Θとすべり角演
算回路14から出力されるすべり角Θｓおよび回転子位置
演算回路15から出力される回転子位置角Θｒを加算して
一次電流の位相角Θ_１を算出し、この位相角Θ_１に基づ
いてインバータ回路４を転流制御する転流制御回路16
と、この転流制御回路16の出力Θ_１に応動して、一次電
流の振幅を変調する変調信号I₁′^＊を出力する振幅変調
設定回路17と、振幅変調設定回路17から出力された変調
信号I1′^＊に基づいて一次電流演算回路12で演算された
一次電流基準I1^＊を補正し、補正された一次電流基準I1
^＊と電流検出器18により検出された誘導電動機１の一次
電流I1とを比較して位相基準α^＊を出力する電流制御回
路19と、この電流制御回路19から出力される位相基準α
^＊に基づいて、位相信号αを出力して整流器２を位相制
御する位相制御回路20とから構成されている。

さらに、インバータ回路４について、第５図を用いて
詳述する。

第５図に示すように、このインバータ回路４は６個の
主サイリスタ（SU,SV,SW,SX,SY,SZ）、６個のダイオー
ド（DU,DV,DW,DX,DY,DZ）および６個の転流コンデンサ
（1C,2C,3C,4C,5C,6C）から構成され、各主サイリスタ
はSU,SZ,SV,SX,SW,SYの順序で120゜の期間ずつ60゜の位
相差で導通するようになっている。

以上のように構成された従来の電流形インバータ装置
においては、図示しない交流電源出力が整流器２により
直流電力に変換され、この直流電力は直流リアクトル３
で平滑されてインバータ回路４により任意の周波数の交
流電力に変換されているものとすれば、誘導電動機１は
その任意の周波数の交流電力により可変速運転される。
このとき、誘導電動機１の回転数は速度検出器５で検出
され、この速度検出信号ωｒは速度フィードバック信号
として速度制御回路９に入力される。この速度制御回路
９では速度基準設定器７から出力される速度基準ωr1^＊
に対して加減速レート回路８によりレートのつけられた
速度基準ωｒ^＊と速度フィードバック信号として入力さ
れる速度検出信号ωｒとを比較し、誘導電動機１の一次
電流I₁のうちトルク発生に寄与するトルク電流成分（以
下トルク電流と呼ぶ）の基準i₁q^＊を出力する。一方、
誘導電動機１の磁束Φは磁束検出回路６により検出さ
れ、その磁束検出信号Φを磁束制御回路11にフィードバ
ック信号として入力される。この磁束制御回路11ではこ
の磁束検出信号Φを磁束基準設定器10により設定された
磁束基準Φ^＊とを比較し、誘導電動機１の一次電流I₁の
うち磁束発生に寄与する磁束電流成分（以下磁束電流と
呼ぶ）の基準i₁d^＊を出力する。この場合、磁束基準設
定器10は速度検出器５からの速度検出信号ωｒに基づい
て界磁弱め制御を行なうよう磁束基準Φ^＊が出力される
ようになっている。

このようにして速度制御回路９からトルク電流基準i₁
q^＊が出力され、磁束制御回路11から磁束電流基準i₁d^＊
が出力されると、一次電流基準演算回路12はこれらトル
ク電流基準i₁q^＊と磁束電流基準i₁d^＊とにより誘導電動
機１の一次電流基準I₁ ^＊を算出して電流制御回路19に入
力する。この電流検出回路19では、変調信号I1′^＊に基
づいて一次電流基準I1^＊の値を補正して振幅変調された
一次電流基準を生成し、この振幅変調された一次電流基
準と電流検出器18で検出された一次電流I1との偏差がゼ
ロとなるように位相基準α^＊を出力する。従って、整流
器２から出力される直流電流は振幅変調された一次電流
基準と等しくなる。

また、速度制御回路９からトルク電流基準i₁q^＊が、
磁束制御回路11から磁束電流基準i₁d^＊がそれぞれ出力
され、これらが位相各演算回路13に入力されるとこの位
相角演算回路13はトルク電流基準i₁q^＊と磁束電流基準i
₁d^＊から一次電流I₁と磁束Φとの間の位相角Θを演算に
より求める。さらに、すべり角演算回路14は速度制御回
路９から出力されるトルク電流基準i₁q^＊と磁束検出回
路６から出力される磁束検出信号Φとからすべり角Φｓ
を演算により求め、また、回転子位置検出回路15では速
度検出器５から速度検出信号ωｒを時間積分して回転子
位置角Θｒを求める。このようにして求められた位相角
Θ、すべり角Θｓおよび回転子位置角Θｒが転流制御回
路16に入力されると、この転流制御回路16ではこれらを
加算して一次電流I₁の位相角Θ_１を算出し、この位相角
Θ_１をもとにインバータ回路４を転流制御する。また、
この位相角θ１により一次電流I1の振幅が変調され、誘
導電動機１に正弦波に近い交流電流が流れ、トルクリッ
プルの少ない運転が行われる。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、上記従来の電流形インバータ装置は、主回路
（直流回路）に直流リアクトルを有しているので、この
直流リアクトルによる電流制御の遅れが発生し、電流基
準に従った振幅変調を行なうことができなかった。特
に、周波数の高い範囲においては、電流制御の遅れによ
る振幅変調の制御誤差が大きくなり、トルクリップルが
増大するという問題があった。

そこで、本発明は上記問題点を鑑み、簡単な構成で、
出力電流を電流基準通りに流し、正確な振幅変調を行な
い、負荷である電動機のトルクリップルを低減すること
が可能な電力変換装置を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明の電力変換装置は、位相指令に応じて交流電圧
を直流電圧に変換し、リアクトルを介して直流電流を供
給する制御整流器と、前記直流電流を交流電流位相指令
に応じて任意の周波数の交流電流に変換するインバータ
回路と、前記交流電流位相指令に応じて電流基準を補正
する第１補正部と、補正された電流基準に応じて位相制
御指令を出力する電流制御部と、前記交流電流位相指令
に応じて前記位相制御指令を補正する第２補正部とを備
える。

（作用） 上記構成において、第１補正部は交流電流位相指令に
応じて電流基準を補正する第１補正信号を出力し、電流
制御部は与えられた電流基準を第１補正信号により全波
整流波形に補正し制御整流器の電流検出値との偏差がゼ
ロとなるように位相制御指令を出力する。また第２補正
部は交流電流位相指令に応じて前記位相制御指令を補正
する第２補正信号を出力し前記位相制御指令を補正し
て、全波整流波形状に変化する直流電流によりリアクト
ルに生じる電圧降下を補償し、制御整流器は振幅変調さ
れた直流電流を供給する。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

なお、本実施例において、第４図に示した従来の電流
形インバータ装置と同一の構成要件については、同一符
号を付し、その説明は省略する。

第１図に示すように、転流制御回路16から出力される
一次電流の位相角Θ_１すなわち、一次電流位相が入力さ
れ、その一次電流位相を基に、電流制御回路19から出力
される位相基準α^＊を補正する位相補正基準α′^＊を算
出する振幅変調補正回路21を有している。

次に、電流制御回路19と位相制御回路20と振幅変調補
正回路21について、第２図を用いて詳述する。

第２図に示すように、電流制御回路19は、一次電流基
準I₁ ^＊と変調信号I₁′^＊を乗算する乗算回路30と、この
乗算回路30からの出力信号A₁と一次電流I₁とを比較する
比較回路31と、この比較回路31からの出力信号B₁を増幅
する増幅回路32とから成り、振幅変調補正回路21は、一
次電流の位相角θ_１を基に出力周波数ｆの６倍の周波数
の鋸歯状波を発生する鋸歯状波発生回路33と、この鋸歯
状波発生回路33からの出力信号C₁に出力周波数ｆを乗算
する乗算回路34とから成り、一次電流の位相角θ_１に対
し、振幅変調と同一位相で位相基準に加えるバイアス量
を変調し、その振幅を出力周波数ｆに比例させる。さら
に、位相制御回路20は、電流制御回路19からの位相基準
α^＊と振幅変調補正回路21からの位相補正基準α′^＊と
を加算する加算回路35と、この加算回路35からの出力信
号D₁を基に位相制御を行なう制御回路36とから成る。

従って、位相補正基準α′^＊は振幅変調による電流変
化により、リアクトル３に生じる電圧降下を補償するよ
うに作用する。

以上のような構成要件を有する本実施例においては、
第３図に示すように、直流電流に３相全波整流波形の振
幅変調を加えると、各層（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）の出力電
流は、矩形波から正弦波に近づき、従来に比べ出力電流
の高周波成分を低減し、トルクリップルを低減できる。

なお、本実施例ではベクトル制御される電流形インバ
ータ装置について述べたが、ベクトル制御される電流形
インバータ装置に限らず、インバータ回路を周波数制御
している電流形インバータ装置についても、同様な振幅
変調補正回路を設けることにより振幅変調の補正を行な
うことができる。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明によれば、電動機の一次電
流の位相を基に、位相基準に対する位相補正信号を算出
し、この位相補正信号を位相基準に加えることにより位
相基準を補正するので、電流制御の遅れのない振幅変調
を行なうことができる。さらに、これに伴い、電動機の
トルクリップルを低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概要構成図、第２図は
第１図に示した電流制御回路、位相制御回路及び振幅変
調補正回路を示す回路詳細図、第３図は第１図に示した
本発明の一実施例を適用した場合の出力波形を示すタイ
ムチャート、第４図は従来の電流形インバータ装置を示
す概要構成図、第５図は第４図に示したインバータ回路
の結線を示す結線図である。 ２……整流器、３……直流リアクトル ４……インバータ回路、16……転流制御回路 17……振幅変調設定回路、20……位相制御回路 21……振幅変調補正回路、30,34……乗算回路 31……比較回路、32……増幅回路 33……鋸歯状波発生回路、35……加算回路 36……制御回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】位相指令に応じて交流電圧を直流電圧に変
   換し、リアクトルを介して直流電流を供給する制御整流
   器と、前記直流電流を交流電流位相指令に応じて任意の
   周波数の交流電流に変換するインバータ回路と、前記交
   流電流位相指令に応じて電流基準を補正する第１補正部
   と、補正された電流基準に応じて位相制御指令を出力す
   る電流制御部と、前記交流電流位相指令に応じて前記位
   相制御指令を補正する第２補正部とを備え、補正された
   位相制御指令を前記位相指令として制御整流器を制御
   し、交流電流位相指令により振幅変調された直流電流を
   供給することを特徴とする電力変換装置。