JP2635646B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は、サイクロコンバータ等の電力変換装置に
係り、特にその制御装置に関するものである。

（従来の技術） 従来の電力変換装置について、三相の誘導電動機に電
力を供給するサイクロコンバータを例にして説明する。
サイクロコンバータの電流制御には三相の電流フィード
バック信号を用いると共に、この信号を三相二相変換
し、直交する２軸の直流量で電流基準とフィードバック
信号とを比較して制御する方式がある。

第３図は、上記電流制御方式を採用したサイクロコン
バータの制御回路を、主回路と併せて示したブロック図
である。

同図において主回路は、三相交流電源１に接続された
電源変圧器２と、その二次巻線2a,2b,2cに接続された三
相グレーツ接続コンバータ3a,3b,3cとで構成され、その
出力側に接続される誘導電動機４に電力を供給してい
る。この三相グルーツ接続コンバータ3a,3b,3cはそれぞ
れサイリスタを用いてなる正群変換器と負群変換器とが
逆並列に接続され、正逆両方向の電流を流すことができ
る。

この場合、三相グレーツ接続コンバータ3a,3b,3cの出
力回路には、負荷電流を検出する電流検出器5a,5b,5cが
設けられ、誘導電動機４には、その速度を検出する速度
検出器６が取付けられている。

一方、制御回路は、誘導電動機４の速度を設定する速
度設定器10を備え、この速度設定器10で設定された速度
基準信号と速度検出器６で検出された速度帰還信号ω_ｒ
とを加算器11で加算し、速度偏差信号を算出して速度制
御回路12に加えている。速度制御回路12は、加算器11か
らの速度偏差信号を増幅して出力する。この速度制御回
路12からの出力信号は、トルク電流リミット回路13に入
力され、予めトルク電流設定器14により設定された値に
制限される。これにより、トルク電流基準信号が得られ
る。また、速度検出器６で得られた速度帰還信号ω
_ｒは、磁束弱め制御回路15に入力され、二次磁束信号と
して出力される。この二次磁束信号は、さらに、磁束電
流演算回路16に入力され、ここから磁束電流基準信号が
出力される。

ベクトル演算回路17には、トルク電流リミット回路13
からのトルク電流基準信号と、磁束電流演算回路16から
の磁束電流基準信号と、定数設定器18で設定された誘導
電動機４の定数とが入力され、これらの入力値を基にし
てすべり角周波数が演算されると共に、ここから、トル
ク電流基準信号、磁束電流基準信号およびすべり角周波
数信号ω_ｓが出力される。

また、電流検出器5a,5b,5cによって得られた各相の負
荷電流信号は、三相二相変換器19により二相変換され、
磁束電流帰還信号とトルク電流帰還信号とに分離され、
加算器20、21で、それぞれベクトル演算回路17より出力
される磁束電流基準信号およびトルク電流基準信号と加
算される。そして、加算器20からはトルク電流偏差信号
I_qが、加算器21からは磁束電流偏差信号I_dがそれぞれ出
力される。電圧指令回路22では、加算器20,21からの出
力信号I_q、I_d、ベクトル演算回路17から出力されるすべ
り周波数信号ω_ｓ、速度検出器６からの速度帰還信号ω
_ｒ、および、電流検出器5a,5b,5cの出力信号I_1u、I_1v、
I_1wを入力し、各相の出力電圧V_u、V_v、V_wを演算し、そ
の演算した出力電圧となるように三相グレーツ接続コン
バータ3a,3b,3cを制御する。

次に、電圧指令回路22の詳細について、第４図を用い
て説明する。

同図に示すように、電圧指令回路22では、入力したト
ルク電流偏差信号I_qおよび磁束電流偏差信号I_dをそれぞ
れ比例積分回路30,31により各々トルク軸電圧信号V_qと
磁束軸電圧信号V_dに変換し、電圧ベクトル演算回路32が
これらの信号に基づいて、電圧振幅指令値を演算して電
圧振幅指令信号Ｖとして出力すると共に、磁束位置から
の電圧位相を演算して電圧位相信号θを出力する。さら
に、すべり周波数信号ω_ｓと速度帰還信号ω_ｒとが加算
器33にて加算され、その偏差分が積分器34で積分されて
磁束位置信号θ_ｒに変換される。この磁束位置信号θ_ｒ
は、加算器35にて、電圧ベクトル演算回路32からの電圧
位相信号θと加算され電圧位相指令信号θ_ｖとして、電
圧ベクトル演算回路32からの電圧振幅指令信号Ｖと共
に、電圧指令器36,37,38に入力される。電圧指定器36,3
7,38では、各相の出力電圧指令値V_u,V_v,V_wを次式により
算出する。

V_u＝V sinθ_ｖ ………（１） V_v＝V sin（θ_ｖ−120゜） ………（２） V_w＝V sin（θ_ｖ−240゜） ………（３） ここで、Ｖは電圧振幅指令値、θ_ｖは電圧位相指令値
を示す。

かかる、電圧指令器36,37,38からの出力電圧指令値
は、各相のコンバータ3a,3b,3cに加えられ、各相のコン
バータの出力電圧が制御される。

なお、各相のコンバータ3a,3b,3cは第５図に示すよう
に、正群変換器31aと負群変換器31bとで構成されてい
る。このように構成されたサイクロコンバータは、出力
電流の極性に応じて正群変換器か負群変換器が選択され
る。すなわち、出力電流が正の方向に流れるときは、正
群変換器31aが、負の方向に流れるときは負群変換器31b
がそれぞれ選択される。

この正群変換器31aから負群変換器31bへの切換動作に
おいて必要なことは、今まで流れていた変換器の電流を
零にしてゲートブロックを行った後、反対側の変換器に
電流を流すように動作させることである。このために、
第４図に示した電圧指令回路が、電流位相演算回路39、
加算器40および正負群変換器切換回路41を備えている。

ここで、電流位相切換回路39は、トルク電流偏差信号
I_qおよび磁束電流偏差信号I_dを入力し、この両者から電
位位相θ₀₁（＝tan^-1I_q/I_d）を演算するる。加算器40は
この電流位相θ₀₁と、積分器34から出力される磁束位置
信号θ_ｒとを加算して、トルク電流基準θ_１（θ₀₁＋θ
_ｒ）を発生する。また、正負群変換器切換回路41では、
この電流基準θ_１と電流検出器5a,5b,5cの出力信号
I_1u、I_1v、I_1wとを入力し電圧指令器36,37,38に位相絞
り信号およびサイリスタの点弧信号を群毎に遮断する信
号（以下、ゲートブロック信号と言う）を加えて、正負
群変換器切換えを行う。

この切換シーケンスは第６図に示す考え方で行われて
いる。すなわち、正弦波状の電流基準θ_１は検出電流I₁
に対してt_cだけ進んだものになっている。そこで、電流
基準θ_１の極性が変わってから検出電流I₁の極性が変わ
るまで位相絞り信号PS_a（正群変換器用）、PS_b（負群変
換器用）を発生し、検出電流I₁の極性が変わってから電
流基準θI₁の極性が変わるまでゲートブロック信号GB_a
（正群変換器用）、GB_b（負群変換器用）を発生する。
位相絞りを実施するのは実電流を素早く零にするもので
あり、変換器が正、負（または負、正）に切換えるため
に必要なデッドタイムを極力小さくするものである。ま
た、このことは、出力電流波形の正弦波の歪みを極力小
さくすることにより、これにより優れた電動機のトルク
特性が得られる。なお、t_cは切換えのための時間を示し
ている。

ところで、上述した正負群変換切換回路41は、ブロッ
クで示した他の回路と共にマイクロコンピュータで構成
することもできる。第７図はこの場合の正負群変換器切
換回路41に対応する処理手順を示したものである。

すなわち、ステップ101にて電流基準θ_１が零になっ
たか否かを判断し、もしも零になっておればステップ10
2にて位相絞りを実施し、さらに、ステップ103にて検出
電流I₁が零になったか否かを判断し、零になってりれば
ステップ104にてゲートブロック信号を発生し、ステッ
プ106にて反対側の変換器が電圧を出力するようにす
る。一方、ステップ101にて電流基準が零になっていな
ければ、ステップ106で同じ側の変換器に電圧を出力す
るようにする。

（発明が解決しようとする課題） 上述した、サイクロコンバータ装置において、３相の
うち１相が正負群変換器の切換えのために位相絞りを実
施したことにより実電流が減少していたとする。この減
少期間中に負荷の急変等による電流位相の急変が生じて
他の１相も変換器の切換え状態になって位相絞りを実施
してしまった場合、３相の電流和は零であることから残
りの１相の出力電流も必然的に零方向に絞られてしま
う。

しかして、この種の従来の電力変換装置においては、
３相ともに電流が零になることがあり、この場合には実
電流のベクトルを見失って制御不能の状態に陥り、結果
的に、過電流等の故障を惹起してしまうという問題点が
あった。

この発明は上記の問題点を解決するためになされたも
ので、電流位相の急変が発生した場合でも、３相の出力
電流が共に零になることを防ぎ、これによって、実電流
のベクトルを見失うことなく出力電流極性に応じた正／
負群変換器切換えを実現することのできる電力変換装置
を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） この発明は、正負群変換器の切換えに際して、主回路
の相毎に、それぞれ電流基準が零になったとき位相絞り
を行い、実電流が零になったとき変換器を構成している
制御整流素子をゲートブロックすると共に、１相が位相
絞りを開始してからゲートブロックするまでの期間、他
の相が位相絞りおよびゲートブロックを行わないように
する正負群変換切器切換手段を備えたことを特徴とする
ものである。

（作 用） この発明においては、正負群変換器のどれか１相が切
換え中の場合には他の相が決して切換え動作に入らない
ようにインタロックする機能を備えているので、１相の
検出電流が零の状態において負荷電流位相の急変が発生
しても他の相が切換え動作に入ることかできず、これに
よって、実電流のベクトルを見失うことなく出力電流極
性に応じた正負群変換器の切換えができる。

（実施例） 第１図は、この発明の一実施例の正負群変換器切換回
路41aの構成を示す回路図であり、これ以外の要素は第
３図および第４図と全く同様な構成になっているのでそ
の説明を省略する。ここで、正負群変換器切換回路41a
は、Ｕ相切換部、Ｖ相切換部およびＷ相切換部でなるが
これらもまた同様な構成になっているので、特に、Ｕ相
切換部のみを詳細に示したものである。

この第１図において、電流基準θ_1uおよび検出電流I
_1uの瞬時値がれぞれ正か負かを判別するためのコンパレ
ータ51,52と、後述する切換中信号K_v、K_wを入力するOR
ゲート53とを備えている。このうち、コンパレータ451,
52の出力側には、ORゲート53が有意信号を出力していな
いときコンパレータ出力をそのまま通過させ、有意信号
を出力している間、その信号立上がり時点のコンパレー
タ出力を保持するメモリ回路54,55が付加されている。
また、これらのメモリ回路の後段には、それぞれメモリ
回路54の出力信号を一方入力、メモリ回路55の出力信号
を他方入力としてＵ相切換中信号K_uを出力する排他的論
理和回路（以下EXORという）56と、位相絞り信号PS_auを
出力するNANDゲート57とが設けられており、さらに、メ
モリ回路55の出力信号を反転してゲートブロック信号GB
_auを出力するインバータ58と、NANDゲート57の出力信号
を反転するインバータ59の出力を一方入力、メモリ回路
55の出力を他方入力として位相絞り信号PS_buを出力する
ORゲート60が設けられている。なお、ここでは、メモリ
回路55の出力信号をそのままゲートブロック信号GB_buと
している。

上記の如く構成された本実施例の動作を、第６図をも
参照して以下に説明する。

先ず、電流基準θ_1uおよび検出電流I_1uの両方が負で
ある期間、コンパレータ51,52の出力信号はいずれも
「０」である。このとき、切換中信号K_v,K_wが「０」で
あるとすれば、EXOR56から出力される切換中信号Ｋは
「０」、NANDゲート57から出力される位相絞り信号PS_au
は「１」、インバータ58から出力されるゲートブロック
信号GB_auは「１」、ORゲート60から出力される位相絞り
信号PS_buは「０」、メモリ回路55の出力であるゲートブ
ロック信号GB_buは「０」である。

次に、電流基準θ_1uが正、検出電流I_1uが負である期
間、コンパレータ51の出力は「１」で、コンパレータ52
の出力は「０」である。従って、切換中信号K_uは、
「１」、位相絞り信号PS_auは「１」、ゲートブロック信
号GB_auは「１」、位相絞り信号PS_buは「０」、ゲートブ
ロック信号GB_buは「０」となる。

次に、電流基準θ_1uおよび検出電流I_1uの両方が正で
あるとき、コンパレータ51,52はそれぞれ「１」の信号
を出力する。従って、切換中信号K_uは「０」、位相絞り
信号PS_auは「０」、ゲートブロック信号GB_auは「０」、
位相絞り信号PS_buは「１」は、ゲートブロック信号GB_bu
は「０」になる。

次に、電流基準θ_1uが負で、検出電流I_1uが正であれ
ば、コンパレータ51の出力は「０」、コンパレータ52の
出力は「１」である。従って、切換中信号計K_uは
「１」、位相絞り信号PS_auは「１」、ゲートブロック信
号GB_auは「０」、位相絞り信号PS_buは「１」、ゲートブ
ロック信号GB_buは「１」になる。

かくして、切換中信号K_v、K_wがORゲート53に加えられ
なければ、第６図と同様な動作が行われる。

以上がＵ相切換部の動作であるが、これによって、第
６図に示した期間t_cだけ「１」となるＵ相切換中信号K_u
が出力されてＶ相切換部およびＷ相切換部に加えられ
る。また、Ｖ相切換部およびＷ相切換部でもこれと同様
な動作が行われ、切換中信号K_v、K_wがＵ相切換部に加え
られる。

これらの切換信号のいずれか一方がＵ相切換部のORゲ
ート53に加えられたとすれば、メモリ回路54,55がそれ
ぞれ直前の値を保持するので、上述した切換動作が行わ
れることはない。

かくして、この実施例によれば、Ｕ、Ｖ、Ｗ相毎に切
換中信号K_u、K_v、K_wを発生する一方、各相それぞれが他
の２相が切換中でない場合のみ切換動作するので、出力
電流が３相とも零になるという事態を未然に防ぐことが
できる。

ところで、正負郡変換器切換回路は必ずしも第１図の
構成に限られるものではなく、前述したように、この回
路の機能をマイクロコンピュータに持たせてもこれと同
様な動作を行わせることができる。

第２図はこの場合の処理手順を示すフローチャートで
ある。この場合、ステップ201で、他の２相が切換中か
否か、すなわちK_v、K_wが「０」か否かを判定し、両者と
も「０」であればステップ202にて電流基準θ_1uが
「０」か否かを判定する。この判定で「０」と判定され
た場合にはステップ203で位相絞り信号PS_auを発生し、
ステップ204にて検出電流I_1uが「０」か否かを判定す
る。ここで「０」と判定された場合にはステップ205に
てゲートブロック信号GB_auを発生し、ステップ206にて
切換中信号K_uを発生し、続いてステップ207で反対側の
変換器を動作させる。一方、ステップ201で切換中信号K
_v、K_wのいずれかが「１」と判定されたり、ステップ202
で電流基準θ_1uが「１」と判定された場合にはステップ
208にて切換中信号K_uとして「０」を出力し、ステップ2
09で同じ側の変換器を動作させる。

以上の処理手順により第１図に示した正負郡変換器切
換回路41aと同様な切換動作を行わせることができる。

〔発明の効果〕

以上の説明によって明らかなように、この発明によれ
ば、正負群変換器のどれか１相が切換え中の場合には他
の相が決して切換え動作に入らないようにインタロック
する機能を備えているので、１相の検出電流が零の状態
において位相の急変が発生しても他の相は切換え動作に
入ることができず、これによって、実電流のベクトルを
見失うことなく出力電流極性に応じた正負群変換器の切
換えができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示す回路図、第２
図はこの実施例の主要な機能をマイクロコンピュータに
持たせた場合の処理手順を示すフローチャート、第３図
は従来の電力変換装置の構成を示すブロック図、第４図
は同装置の主要部の詳細な構成を示すブロック図、第５
図は従来の電力変換装置の主回路の詳細な構成を示す回
路図、第６図は第３図に示した従来の電力変換装置の動
作を説明するためのタイムチャート、第７図は同装置の
主要部の機能をマイクロコンピュータに持たせた場合の
処理手順を示すフローチャートである。 ２……電源変圧器、3a,3b,3c……三相グレーツ接続コン
バータ、5a,5b,5c……電流検出器、17……ベクトル演算
回路、19……三相二相変換器、22……電圧指令回路、31
a……正郡変換器、31b……負郡変換器、36,37,38……電
圧指令器、41a……正負郡変換器切換回路。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】負荷に正方向の電流を供給する正群変換器
   と逆方向の電流を供給する負群交換器とにより１相分が
   形成された主回路を有する電力変換装置において、前記
   正、負群変換器の切換えに際して、前記主回路の相毎
   に、それぞれ電流基準が零になったとき位相絞りを行
   い、実電流が零になったとき変換器を構成している制御
   整流素子の点弧信号を遮断すると共に、１相が位相絞り
   を開始してから点弧信号を遮断するまでの期間、他の相
   が位相絞りおよび点弧信号の遮断を行わないようにする
   正負群変換器切換手段を備えたことを特徴とする電力変
   換装置。