JP2672907B2 - DC voltage controller for inverter input circuit - Google Patents

DC voltage controller for inverter input circuit

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JP2672907B2
JP2672907B2 JP3200120A JP20012091A JP2672907B2 JP 2672907 B2 JP2672907 B2 JP 2672907B2 JP 3200120 A JP3200120 A JP 3200120A JP 20012091 A JP20012091 A JP 20012091A JP 2672907 B2 JP2672907 B2 JP 2672907B2
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直樹 森島
讓 米畑
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、インバータ装置の直流
側回路の電圧制御を行うインバータ入力回路用直流電圧
制御装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a DC voltage control device for an inverter input circuit for controlling the voltage of a DC side circuit of an inverter device.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近、電圧形PWMインバータを用いて
誘導電動機、同期電動機、リニアシンクロナスモータな
ど交流電動機の可変速制御を実施する場合が多くなって
きている。大容量の交流電動機や磁気浮上式高速鉄道へ
の適用も検討されており、高性能、高信頼度なものが要
求されるようになってきている。インバータによる可変
速制御を高信頼度なものとするには、インバータへ入力
される直流電圧が高精度、高安定に制御されていること
が必須の前提条件となる。
2. Description of the Related Art Recently, variable speed control of AC motors such as induction motors, synchronous motors, and linear synchronous motors using a voltage-type PWM inverter has been frequently performed. Application to large-capacity AC motors and magnetic levitation high-speed railways is also under consideration, and high performance and high reliability are being demanded. In order to make the variable speed control by the inverter highly reliable, it is an essential prerequisite that the DC voltage input to the inverter is controlled with high accuracy and high stability.

【0003】図4はインバータの入力直流電圧を高性能
に制御する方法として、平成2年電気学会産業応用部門
全国大会(講演番号2)にて発表されたのを表わした構
成図である。図4において、1は変換器用変圧器、31
は交流電力を直流電力に変換する可制御コンバータで、
この例ではサイリスタコンバータが想定されている。3
は直流電力を交流電力に逆変換するインバータで、この
例では電圧形PWMインバータとなる。4はインバータ
3に接続された交流電動機(リニアシンクロナスモータ
も含む)、5はコンバータ31とインバータ3をリンク
する直流回路に設置された直流チョッパ装置、6はチョ
ッパ装置5と直列に接続された抵抗器、7は直流回路P
−N間の電圧を一定に保つよう動作する直流平滑コンデ
ンサ、32は主として可制御コンバータ31の発生する
電圧リップルに起因する電流リップルを抑制する直流リ
アクトル、10は直流回路P−N間の電圧を検出する電
圧検出器、11はインバータ入力直流電流を検出する電
流検出器、33はコンバータ出力直流電流を検出する電
流検出器で、電圧検出器10、電流検出器11、33か
らのそれぞれの検出信号が直流電圧制御装置へのフィー
ドバック信号となる。
FIG. 4 is a block diagram showing a method of controlling the input DC voltage of the inverter with high performance, which was announced at the National Conference of Industrial Application Division of the Institute of Electrical Engineers of Japan (lecture number 2) in 1990. In FIG. 4, 1 is a transformer for a converter, 31
Is a controllable converter that converts AC power to DC power,
In this example, a thyristor converter is assumed. 3
Is an inverter that reversely converts DC power into AC power, which is a voltage-type PWM inverter in this example. Reference numeral 4 is an AC electric motor (including a linear synchronous motor) connected to the inverter 3, 5 is a DC chopper device installed in a DC circuit that links the converter 31 and the inverter 3, and 6 is a resistor connected in series with the chopper device 5. Vessel, 7 is a DC circuit P
-N is a DC smoothing capacitor that operates to keep the voltage between N constant, 32 is a DC reactor that mainly suppresses the current ripple caused by the voltage ripple generated by the controllable converter 31, and 10 is the voltage between DC circuits P-N. Detecting voltage detector, 11 is a current detector for detecting inverter input direct current, 33 is a current detector for detecting converter output direct current, and detection signals from the voltage detector 10, current detectors 11 and 33, respectively. Is a feedback signal to the DC voltage controller.

【0004】また、34と35は電流検出器33と11
からの電流検出値をそれぞれ平滑化するとともに直流電
圧制御装置側に見合った値に大きさを変換するフィルタ
係数器で、最終的に該フィルタ係数器34の出力がコン
バータ31の出力電流検出値となり、フィルタ係数器3
5の出力がインバータ3の入力電流検出値となる。さら
に、36は直流の電圧検出器10からの電圧検出信号を
平滑化し直流電圧制御装置側に見合った電圧値に大きさ
を変換するフィルタ係数器で、最終的に該フィルタ係数
器36の出力が直流電圧検出値となる。37はフィルタ
係数器35の出力であるインバータ入力電流検出値とフ
ィルタ係数器34の出力であるコンバータ出力電流検出
値との差をとる減算器、38は上記減算器37の出力で
ある電流差分値を指定された増幅率で増幅する比例増幅
器、39は電流差分値を指定された時定数で積分する積
分器である。
Further, 34 and 35 are current detectors 33 and 11.
Is a filter coefficient unit for smoothing the detected current value from each of them and converting the magnitude into a value commensurate with the DC voltage control device side, and finally the output of the filter coefficient unit 34 becomes the output current detected value of the converter 31. , Filter coefficient unit 3
The output of 5 becomes the input current detection value of the inverter 3. Further, 36 is a filter coefficient unit that smoothes the voltage detection signal from the DC voltage detector 10 and converts the magnitude into a voltage value suitable for the DC voltage control device side. Finally, the output of the filter coefficient unit 36 is It becomes the DC voltage detection value. Reference numeral 37 is a subtractor that takes the difference between the inverter input current detection value that is the output of the filter coefficient unit 35 and the converter output current detection value that is the output of the filter coefficient unit 34, and 38 is the current difference value that is the output of the subtractor 37. Is a proportional amplifier that amplifies with a designated amplification factor, and 39 is an integrator that integrates the current difference value with a designated time constant.

【0005】一方、40は直流電圧指令手段50から出
力される直流電圧指令値とフィルタ係数器36の出力で
ある直流電圧検出値との差をとる減算器、41は減算器
40の出力である電圧差分値を指定された増幅率で増幅
する比例増幅器、42は電圧差分値を指定された時定数
で積分する積分器、43は電圧差分値と直流電圧検出値
との積をとる乗算器、44は乗算器43の乗算出力値を
指定された増幅率で増幅し、さらに増幅結果の極性を反
転して出力する比例反転増幅器、45は減算器40から
の電圧差分値を指定された時定数で積分し、さらに積分
結果の極性を反転して出力する反転積分器である。
On the other hand, 40 is a subtracter for taking the difference between the DC voltage command value output from the DC voltage command means 50 and the DC voltage detection value which is the output of the filter coefficient unit 36, and 41 is the output of the subtractor 40. A proportional amplifier that amplifies the voltage difference value with a designated amplification factor, 42 is an integrator that integrates the voltage difference value with a designated time constant, 43 is a multiplier that takes the product of the voltage difference value and the DC voltage detection value, Reference numeral 44 denotes a proportional inverting amplifier that amplifies the multiplication output value of the multiplier 43 at a designated amplification factor, and further inverts the polarity of the amplification result and outputs the amplified result. 45 designates the voltage difference value from the subtractor 40 as a designated time constant. It is an inverting integrator that integrates with and further inverts and outputs the polarity of the integration result.

【0006】46は比例増幅器38、41の出力と積分
器39、42の出力を加算する加算器で、加算結果を可
制御コンバータ31の出力電圧指令値としてコンバータ
ゲート信号制御器48へ出力し、コンバータゲート信号
制御器48によりこの出力電圧指令値に応じて可制御コ
ンバータ31へゲート信号を出力する。一方、47は比
例反転増幅器44の出力と反転積分器45の出力とを加
算する加算器で、加算結果をチョッパ装置5の通流率指
令値としてチョッパゲート信号制御器49へ出力し、チ
ョッパゲート信号制御器49によりこの通流率指令値に
応じてチョッパ装置5へゲート信号を出力する。また、
要素部分をまとめて、34、35、37は電流差分出力
手段、36、40は電圧差分出力手段、43、44、4
5、47はチョッパ通流率制御手段、38、39、4
1、42はコンバータ電圧制御手段と呼ぶ。
Reference numeral 46 is an adder for adding the outputs of the proportional amplifiers 38, 41 and the integrators 39, 42, and outputs the addition result to the converter gate signal controller 48 as the output voltage command value of the controllable converter 31. The converter gate signal controller 48 outputs a gate signal to the controllable converter 31 according to the output voltage command value. On the other hand, 47 is an adder for adding the output of the proportional inverting amplifier 44 and the output of the inverting integrator 45, and outputs the addition result to the chopper gate signal controller 49 as the conduction ratio command value of the chopper device 5, and the chopper gate. The signal controller 49 outputs a gate signal to the chopper device 5 in accordance with the flow rate command value. Also,
The element parts are put together, 34, 35 and 37 are current difference output means, 36 and 40 are voltage difference output means, 43, 44 and 4
5, 47 are chopper flow rate control means, 38, 39, 4
1, 42 are called converter voltage control means.

【0007】次に動作について説明する。まず、制御原
理について説明する。図5にインバータ直流側回路のモ
デルを示した。コンバータは可変電圧源、チョッパは可
変抵抗RV と見なし、通流率1の時の抵抗値(すなわ
ち、図4の抵抗器6の抵抗値)をRO とすると、通流率
δと可変抵抗RV との関係は δ=RO /RV …(1) となる。一方、インバータはインバータ交流側につなが
れている負荷に対して電流制御を実施しているので、イ
ンバータ直流側回路に対しては定電流源と見なすことに
する。よって、インバータ直流側回路の直流電圧制御
は、コンバータの出力電圧EC とチョッパ通流率δを調
節して、直流側回路では制御できないインバータ入力電
流I2 の値にかかわらず、直流電圧VCを与えられた直
流電圧指令値VC *と等しくするように制御することが目
標となる。そこで、コンバータ出力電流をI1 とする
と、図5に示した回路図の状態方程式は次式で示され
る。
Next, the operation will be described. First, the control principle will be described. FIG. 5 shows a model of the inverter DC side circuit. Considering the converter as a variable voltage source and the chopper as a variable resistance R V, and letting the resistance value when the conduction ratio is 1 (that is, the resistance value of the resistor 6 in FIG. 4) R O , the conduction ratio δ and the variable resistance The relationship with R V is δ = R O / R V (1) On the other hand, the inverter controls the current connected to the load connected to the AC side of the inverter, so that the circuit on the DC side of the inverter is regarded as a constant current source. Therefore, in the DC voltage control of the inverter DC side circuit, the converter output voltage E C and the chopper conduction ratio δ are adjusted to control the DC voltage V C regardless of the value of the inverter input current I 2 which cannot be controlled by the DC side circuit. The target is to control so that it becomes equal to the given DC voltage command value V C * . Therefore, assuming that the converter output current is I 1 , the state equation of the circuit diagram shown in FIG. 5 is expressed by the following equation.

【0008】[0008]

【数1】 (Equation 1)

【0009】(2)、(3)式で示されるシステムは、
状態変数が(I1、VC )、操作入力が(EC 、δ)で
あり、状態変数VC と操作入力δの積の項をもつ。従っ
て、(2)、(3)式のシステムは双線形の多変数シス
テムと考えることができる。このシステムの制御目標
を、VC =VC *とI1 =I2 と考えて次式の変数変換を
行う。
The system represented by the equations (2) and (3) is
The state variable is (I 1 , V C ), the operation input is (E C , δ), and there is a product term of the state variable V C and the operation input δ. Therefore, the system of equations (2) and (3) can be considered as a bilinear multivariable system. Considering the control targets of this system as V C = V C * and I 1 = I 2 , the variable conversion of the following equation is performed.

【0010】[0010]

【数2】 (Equation 2)

【0011】(4)式の変換によって(2)、(3)式
は次のようになる。
By converting the equation (4), the equations (2) and (3) are as follows.

【0012】[0012]

【数3】 (Equation 3)

【0013】(7)式のシステムに対して次の制御則を
考える。 ui =ki (xT (Bi +Bi T)x+2Ci Tx)+Fi T …(8) ここで、Ki <0、Fi は適当な列ベクトルで、添字の
「T」は転置行列を示す。
Consider the following control law for the system of equation (7). u i = k i (x T (B i + B i T ) x + 2C i T x) + F i T (8) where K i <0, F i is an appropriate column vector, and the subscript “T” is The transposed matrix is shown.

【0014】さて、(8)式の制御則で安定な制御が可
能となることを調べる。そこで、リアプノフ関数V
(x)として次式を考える。 V(x)=xT x …(9) (8)式の制御則を(7)式に代入した解軌道に沿って
(9)式の時間微分をとると次のようになる。
Now, it will be investigated that stable control is possible by the control law of the equation (8). Therefore, the Lyapunov function V
Consider the following equation as (x). V (x) = x T x (9) When the time derivative of the equation (9) is taken along the solution trajectory in which the control law of the equation (8) is substituted into the equation (7), the following is obtained.

【0015】[0015]

【数4】 (Equation 4)

【0016】リアプノフの安定定理によれば、x≠0
で、V(x)の時間微分が負の値となれば、大域的な安
定性が保証される。(10)式を見ると右辺第1項は線
形システム(A、C)が可安定ならば適当なFによって
必ず負の値とできる(線形システム理論からの結論)。
右辺第3項はki <0とする限り、いつでも負の値とな
る。右辺第2項については、xの値に応じて正の値や負
の値になり得るが、(7)式の場合を考えると、B1
0であるが、i=1の時はFi の値にかかわらず恒等的
にゼロとなり、i=2の時にはF2 =0としてやれば、
これも恒等的にゼロとなり、結局、右辺第2項はF2
0とすれば、恒等的にゼロとなって(10)式より消去
できる。あとはF1 を適当に決めることにより右辺第1
項が負の値となれば、(10)式全体(すなわちV
(x)の時間微分)が負の値となって安定性が保証され
る。以上より具体的に(8)式の制御則を書き下すと次
のようになる。
According to Lyapunov's stability theorem, x ≠ 0
Then, if the time derivative of V (x) becomes a negative value, the global stability is guaranteed. Looking at the equation (10), the first term on the right side can always be a negative value by an appropriate F if the linear system (A, C) is stable (conclusion from the linear system theory).
The third term on the right side always takes a negative value as long as k i <0. The second term on the right-hand side can be a positive value or a negative value depending on the value of x, but considering the case of equation (7), B 1 =
Although it is 0, when i = 1, it becomes equal to zero regardless of the value of F i , and when i = 2, if F 2 = 0, then
This also becomes zero, and after all, the second term on the right side is F 2 =
When it is set to 0, it becomes equal to 0 and can be erased from the equation (10). After that, by deciding F 1 appropriately, the first on the right side
If the term has a negative value, the whole equation (10) (that is, V
Stability is guaranteed because the (time derivative of (x)) becomes a negative value. More specifically, the control law of the equation (8) is written down as follows.

【0017】[0017]

【数5】 (Equation 5)

【0018】(10)式のV(x)の時間微分を負とす
るようにf1 、f2 、k2 の条件を求めると結局次のよ
うになる。 f1 <R、f2 <1、k2 <0 …(13) (13)式の条件を満足させて(11)、(12)式で
制御する限り、(7)式のシステムは必ず安定に制御さ
れる。以上の結果を(4)式を用いてECとδに変換す
ると次式となる。
When the conditions of f 1 , f 2 and k 2 are obtained so that the time derivative of V (x) in the equation (10) is negative, the result is as follows. f 1 <R, f 2 <1, k 2 <0 (13) As long as the conditions of equation (13) are satisfied and the control is performed by equations (11) and (12), the system of equation (7) is always stable. Controlled by. When the above result is converted into E C and δ using the equation (4), the following equation is obtained.

【0019】[0019]

【数6】 (Equation 6)

【0020】なお、G1 >0、G2 >0、G3 >0とす
ると(13)式の条件に含まれるので、制御ゲインG
1 、G2 、G3 を正とすれば必ず安定に制御できること
にもなる。以上の原理に加えて(14)式の△EC や外
乱・主回路定数の変動によって発生するオフセット分を
補償するために、適当な時定数をもった積分器を加えて
おく。積分時定数をあまり高速にしなければ、積分器を
加えても、安定性は保持される。(14)式、(15)
式に積分器を付加した制御装置の一実施例が図4であ
る。比例増幅器38の増幅率が(14)式中のG1 に対
応し、比例増幅器41の増幅率が(14)式中のG2
対応する。また乗算器43で、VC ・(VC *−VC )が
演算されるとともに反転増幅器44の反転増幅率が(1
5)式中の−G3 に対応している。積分器39,42と
反転積分器45がオフセット補償のために付加したもの
である。
When G 1 > 0, G 2 > 0, and G 3 > 0 are included in the condition of the equation (13), the control gain G
If 1 , G 2 and G 3 are positive, stable control can be ensured. In addition to the above-mentioned principle, an integrator having an appropriate time constant is added in order to compensate for the offset generated by ΔE C in equation (14) and fluctuations in disturbance and main circuit constants. If the integration time constant is not made too fast, stability is maintained even if an integrator is added. Expression (14), (15)
FIG. 4 shows an embodiment of a control device in which an integrator is added to the equation. The amplification factor of the proportional amplifier 38 corresponds to G 1 in the equation (14), and the amplification factor of the proportional amplifier 41 corresponds to G 2 in the equation (14). In multiplier 43, the inverting amplification factor of V C · (V C * -V C) inverting amplifier 44 together is computed is (1
It corresponds to -G 3 in the formula 5). Integrators 39 and 42 and an inverting integrator 45 are added for offset compensation.

【0021】以上の説明によりコンバータとチョッパの
両方を同時に動作させても、安定に直流電圧の制御が実
現できることがわかる。磁気浮上式鉄道のような交通手
段に電圧形PWMインバータを使用する場合は特にブレ
ーキ制御が重要となる。電源電圧が低下してコンバータ
による回生動作が不可能となったような場合でも、常
時、コンバータとチョッパが動作していれば、シーケン
ス的な切換なしに自動的にチョッパが機能してくるの
で、ブレーキ制御に支障を来たすことなく、従って、信
頼度の高いものが得られるのである。また、コンバータ
とチョッパが同時に動作していれば、電圧制御そのもの
も高速高精度なものとなる。
From the above description, it is understood that the DC voltage can be stably controlled even if both the converter and the chopper are operated at the same time. Brake control is particularly important when a voltage-type PWM inverter is used for transportation such as a magnetic levitation railway. Even when the power supply voltage drops and the regenerative operation by the converter becomes impossible, as long as the converter and chopper are operating at all times, the chopper will automatically function without switching in sequence. The brake control is not hindered, and therefore a highly reliable one can be obtained. Further, if the converter and the chopper are operating at the same time, the voltage control itself will be fast and highly accurate.

【0022】[0022]

【発明が解決しようとする課題】従来のインバータ入力
回路用直流電圧制御装置は、以上のように構成されてい
るので、コンバータ31がサイリスタコンバータであれ
ば、高速高精度、高信頼度のものが得られるが、PWM
コンバータのように直流回路側の電圧、電流を直接操作
するのではなく、電源系統側の電圧、電流を操作するよ
うなコンバータには、適用不可能という問題点があっ
た。
Since the conventional DC voltage control device for the inverter input circuit is constructed as described above, if the converter 31 is a thyristor converter, a high speed, high accuracy and high reliability is required. Obtained, but PWM
There is a problem in that it is not applicable to a converter that does not directly operate the voltage and current on the DC circuit side like a converter, but operates the voltage and current on the power supply system side.

【0023】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたものであり、PWMコンバータに適用で
き、チョッパと強調してインバータ入力直流電圧を高速
高安定に制御できるインバータ入力回路用直流電圧制御
装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above problems, and can be applied to a PWM converter, and for an inverter input circuit capable of controlling an inverter input DC voltage with high speed and stability by emphasizing a chopper. An object is to provide a DC voltage control device.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】本発明に係るインバータ
入力回路用直流電圧制御装置は、PWMコンバータとチ
ョッパのそれぞれに直流電圧制御を行う手段を持たせ、
この直流電圧制御手段の中のそれぞれの比例増幅要素の
増幅率を協調条件を満たすように両者を関連づけて設定
する手段とを設けたものである。
A DC voltage control device for an inverter input circuit according to the present invention has a PWM converter and a chopper each having means for DC voltage control.
Means for setting the amplification factors of the respective proportional amplification elements in the DC voltage control means in association with each other so as to satisfy the cooperative condition.

【0025】[0025]

【作用】本発明におけるインバータ入力回路用直流電圧
制御装置は、上述の協調条件を満たす増幅率の設定によ
りPWMコンバータとチョッパが干渉することなく同時
に協調して直流電圧が制御できるので、制御精度が向上
する。また、どちらか一方が故障しても直ちに他の一方
で制御するので、信頼性も向上する。
The DC voltage control device for an inverter input circuit according to the present invention can control the DC voltage at the same time without interference between the PWM converter and the chopper by the setting of the amplification factor satisfying the above-mentioned cooperation, so that the control accuracy is high. improves. Further, even if one of them fails, the other one is immediately controlled, so that the reliability is improved.

【0026】[0026]

【実施例】実施例1.以下、本発明の実施例1を図に基
づいて説明する。図1において、1、3ないし7、1
0、11は図4の従来例と同一であり、説明を省略す
る。2は図4に示す可制御コンバータ31とは異なり、
交流電力を直流電力に変換するPWMコンバータ、8は
直流平滑コンデンサ7の初期充電用整流器、9は初期充
電用整流器8用の変圧器、12、13、14は電源系統
側の交流電流を検出する電流検出器、15は電圧検出器
10からの検出信号を直流電圧制御系に見合った値に大
きさを変換する係数器で、該係数器15の出力が最終的
に直流電圧検出値となる。16は直流電圧指令手段、1
7は直流電圧指令手段16からの直流電圧指令値と係数
器15からの直流電圧検出値との差をとる減算器、18
は減算器17からの電圧差分値を指定された増幅率で増
幅する比例増幅器、19は電流検出器11からの検出信
号を直流電圧制御系に合った値に大きさを変換する係数
器、20は比例増幅器18の出力と係数器19の出力と
を加える加算器である。
[Embodiment 1] Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1, 1, 3 to 7, 1
0 and 11 are the same as those in the conventional example of FIG. 2 is different from the controllable converter 31 shown in FIG.
A PWM converter for converting AC power into DC power, 8 is a rectifier for initial charging of the DC smoothing capacitor 7, 9 is a transformer for the rectifier 8 for initial charging, and 12, 13 and 14 detect AC current on the power system side. The current detector 15 is a coefficient unit for converting the detection signal from the voltage detector 10 into a value suitable for the DC voltage control system, and the output of the coefficient unit 15 finally becomes the DC voltage detection value. 16 is a DC voltage command means, 1
Reference numeral 7 is a subtractor for taking the difference between the DC voltage command value from the DC voltage command means 16 and the DC voltage detection value from the coefficient unit 15, 18
Is a proportional amplifier for amplifying the voltage difference value from the subtractor 17 with a designated amplification factor, 19 is a coefficient unit for converting the magnitude of the detection signal from the current detector 11 into a value suitable for the DC voltage control system, 20 Is an adder that adds the output of the proportional amplifier 18 and the output of the coefficient multiplier 19.

【0027】また、27は電流検出器12、13、14
からの交流3相電流検出値を3相からd−q軸2相に変
換する3相/2相座標変換器、21は加算器20の出力
から3相/2相座標変換器27の出力であるd軸電流検
出値を減じる減算器、22は零から3相/2相座標変換
器27の出力であるq軸電流検出値を減じる減算器、2
3は減算器21の出力であるd軸電流差分値を増幅する
増幅器、24は減算器22の出力であるq軸電流差分値
を増幅する増幅器、25は増幅器23、24の出力から
2相/3相変換を行い、交流3相の電圧指令に変換する
2相/3相座標変換器である。26は2相/3相座標変
換器25の3相電圧指令を実際のPWMコンバータ2の
ゲートパルスに変換するPWM制御器で、この出力であ
るゲートパルスによりPWMコンバータ2が制御され
る。
Further, 27 is a current detector 12, 13, 14
The three-phase / two-phase coordinate converter for converting the detected AC three-phase current value from the three-phase to the two phases of the dq axis, 21 is the output of the adder 20 and the output of the three-phase / 2-phase coordinate converter 27. A subtractor for subtracting a certain d-axis current detection value, 22 is a subtractor for subtracting the q-axis current detection value which is the output of the 3-phase / 2-phase coordinate converter 27 from zero, 2
3 is an amplifier that amplifies the d-axis current difference value that is the output of the subtractor 21, 24 is an amplifier that amplifies the q-axis current difference value that is the output of the subtractor 22, 25 is a two-phase / amplifier from the outputs of the amplifiers 23 and 24 It is a two-phase / three-phase coordinate converter that performs three-phase conversion and converts into an AC three-phase voltage command. Reference numeral 26 is a PWM controller that converts a three-phase voltage command of the two-phase / 3-phase coordinate converter 25 into an actual gate pulse of the PWM converter 2, and the PWM pulse is used to control the PWM converter 2.

【0028】さらに、30は直流電圧指令手段16の出
力である直流電圧指令値と比例増幅器18の増幅率およ
び抵抗器6の抵抗値RO 、電源系統側の定格電圧値Vd
が与えられて比例増幅器28の増幅率を算出する増幅率
演算器、28は減算器17の出力である電圧差分値と増
幅率演算器30の出力である増幅率を乗じる比例増幅
器、29は比例増幅器28の出力に基づいてチョッパ5
のゲートパルスを出力するチョッパゲート制御装置であ
る。なお、上記構成要素19、20、21、22、2
3、24、25、27によってPWMコンバータ2のd
−q軸電流制御系が構成されている。また、構成要素1
5、16、17、18によってPWMコンバータ2の直
流電圧制御系が構成されている。
Further, 30 is a DC voltage command value which is the output of the DC voltage command means 16, the amplification factor of the proportional amplifier 18, the resistance value R O of the resistor 6, and the rated voltage value V d of the power supply system side.
Is given to calculate the amplification factor of the proportional amplifier 28, 28 is a proportional amplifier that multiplies the voltage difference value that is the output of the subtractor 17 and the amplification factor that is the output of the amplification factor calculator 30, and 29 is proportional Based on the output of the amplifier 28, the chopper 5
Is a chopper gate control device that outputs the gate pulse of the. In addition, the above-mentioned components 19, 20, 21, 22, 2
3, 24, 25, 27 by d of the PWM converter 2
A q-axis current control system is configured. Also, the component 1
5, 16, 17, and 18 form a DC voltage control system for the PWM converter 2.

【0029】次に動作について説明する。図1に示した
主回路構成をモデル化したものが図2である。動作原理
を図2にて説明する。PWMコンバータ2は図1で示し
た構成要素19、20、21、22、23、24、2
5、27で構成されるd−q軸電流制御系によって高速
な電源側力率1の電流制御が行われている。すなわち、
電源系統電圧と同相の電流(d軸電流)が流れ、90°
位相のずれた無効電流(q軸電流)はゼロとなってい
る。直流電圧制御の検討に対しては、このd−q軸電流
制御系の過渡特性は無視できるものとする。
Next, the operation will be described. FIG. 2 shows a model of the main circuit configuration shown in FIG. The operating principle will be described with reference to FIG. The PWM converter 2 includes the components 19, 20, 21, 22, 23, 24, 2 shown in FIG.
The dq axis current control system composed of Nos. 5 and 27 performs high-speed current control with a power factor 1 on the power supply side. That is,
Current in the same phase as the power system voltage (d-axis current) flows, 90 °
The phase-shifted reactive current (q-axis current) is zero. For the study of DC voltage control, the transient characteristics of the dq axis current control system can be ignored.

【0030】従って、図2において、PWMコンバータ
2によるシステムへの入力は電源側d軸電流Id とみな
す。さらに、PWMコンバータ2は電力一定変換をして
いるとして、Idd =ICC が成立しているとす
る。一方、チョッパ5は抵抗器6との組合せにより可制
御抵抗器の機能をもつものと考える。この場合、抵抗R
はチョッパ通流率δとしてR=RO /δと考えられる。
以上により、直流電圧VC に対する状態方程式は(1
6)式となる。
Therefore, in FIG. 2, the input to the system by the PWM converter 2 is regarded as the power supply side d-axis current I d . Furthermore, assuming that the PWM converter 2 is performing constant power conversion, it is assumed that I d V d = I C V C holds. On the other hand, the chopper 5 is considered to have the function of a controllable resistor when combined with the resistor 6. In this case, the resistance R
Is considered to be R = R O / δ as the chopper conduction ratio δ.
From the above, the equation of state for the DC voltage V C is (1
6)

【0031】[0031]

【数7】 (Equation 7)

【0032】ここで、X=VC −VCO(VCOは直流電圧
指令値=図1の直流電圧指令手段16の出力)として、
COの近傍で近似すると、(16)式は(17)式とな
る。
Here, X = V C −V CO (V CO is a DC voltage command value = the output of the DC voltage command means 16 in FIG. 1)
When approximated in the vicinity of V CO , equation (16) becomes equation (17).

【0033】[0033]

【数8】 (Equation 8)

【0034】PWMコンバータとチョッパの直流電圧制
御をともに比例制御器とし、それぞれの比例ゲインをK
1 、K2 とする。このとき、Id とδへの制御側は(1
8)式、(19)式となる。 Id *=K1 X+(VCO/Vd )IL (K1 <0) …(18) δ=K2 X (K2 >0) …(19) Id *に対しては(VCOL )/Vd のフィードフォワー
ドを付加している。これによって定常的にはPWMコン
バータが優先的に動作することとなる。また、このフィ
ードフォワードによって直流電圧制御性能も向上し、直
流平滑コンデンサの容量を小さくできる効果もある。な
お、IL の直接検出の困難な場合はインバータ電流制御
系の中で瞬時電力を計算し、これをもとにフィードフォ
ワードする方法もある。
The DC voltage control of the PWM converter and the chopper are both proportional controllers, and their proportional gains are K
1 and K 2 . At this time, the control side for I d and δ is (1
Expressions 8) and (19) are obtained. I d * = K 1 X + (V CO / V d ) IL (K 1 <0) (18) δ = K 2 X (K 2 > 0) (19) For I d * , (V CO IL ) / V d feedforward is added. As a result, the PWM converter normally operates preferentially. Further, this feedforward also improves the DC voltage control performance and has the effect of reducing the capacity of the DC smoothing capacitor. If it is difficult to directly detect I L , there is also a method of calculating instantaneous power in the inverter current control system and performing feedforward based on this.

【0035】さて、(18)、(19)、式を(17)
式に代入して整理すると(20)式となる。
Now, (18), (19) and the equation (17)
Substituting it into the equation and rearranging it yields equation (20).

【0036】[0036]

【数9】 (Equation 9)

【0037】(22)式の( )内を負となるようにK
1 を選べば必ず安定で、過渡特性も良好で、PWMコン
バータ2とチョッパ5を同時に動作させても干渉するこ
となく、直流電圧を制御できることがわかる。図1に示
した一実施例は、上記説明した方法の一つの実現方法な
のである。すなわち、図1において、増幅率演算器30
は直流電圧指令手段16の出力である直流電圧指令値V
COとPWMコンバータ2の直流電圧制御器である比例増
幅器18の比例ゲインK1 が入力され、さらに、電源電
圧定格値Vd 、チョッパ抵抗器6の抵抗値RO が入力さ
れて、(21)式に示された式によってチョッパ5の直
流電圧制御用の比例ゲインK2 を演算している。この出
力である係数値が比例増幅器28で演算器17の出力で
ある電圧差分値に乗じられ、チョッパ5による直流電圧
制御が達成される。
K is set so that the value in () of the expression (22) becomes negative.
It can be seen that if 1 is selected, it is always stable, the transient characteristics are good, and even if the PWM converter 2 and the chopper 5 are simultaneously operated, the DC voltage can be controlled without interference. The embodiment shown in FIG. 1 is one implementation of the method described above. That is, in FIG. 1, the amplification factor calculator 30
Is the DC voltage command value V which is the output of the DC voltage command means 16.
The proportional gain K 1 of the proportional amplifier 18, which is a DC voltage controller of the PWM converter 2, is input to CO, and the rated value V d of the power supply voltage and the resistance value R O of the chopper resistor 6 are input ((21)). The proportional gain K 2 for controlling the DC voltage of the chopper 5 is calculated by the formula shown in the formula. The coefficient value which is this output is multiplied by the voltage difference value which is the output of the calculator 17 by the proportional amplifier 28, and the DC voltage control by the chopper 5 is achieved.

【0038】以上のように、上記実施例によれば、PW
Mコンバータ2とチョッパ5を同時に動作させても協調
して直流電圧制御が実施され、従って、PWMコンバー
タ2とチョッパ5のどちらか一方が制御不能となって
も、残りの一方がシーケンス的な切換えなしに自動的に
機能するので、信頼性の高いものが得られる。
As described above, according to the above embodiment, the PW
Even if the M converter 2 and the chopper 5 are simultaneously operated, the DC voltage control is carried out in a coordinated manner. Therefore, even if one of the PWM converter 2 and the chopper 5 becomes uncontrollable, the other one is switched in sequence. It works automatically without, so you get a reliable one.

【0039】実施例2.次に、図3は本発明の他の実施
例を示すものである。図1と同一符号は図1のものと全
く同じものである。新たな構成として、52は、直流電
圧指令手段16からの直流電圧指令値VCOと抵抗器6の
抵抗値RO 、電源系統電圧定格値Vd および直流電圧制
御収束度KV が与えられて、PWMコンバータ2の直流
電圧制御比例ゲインK1 とチョッパ5の直流電圧制御比
例ゲインK2 を算出する係数演算器である。ここで、直
流電圧制御収束度KV は直流電圧制御の応答の速さを表
わすパラメータで、(22)式の( )内、すなわち
Embodiment 2 FIG. Next, FIG. 3 shows another embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 1 are the same as those in FIG. As a new configuration, 52 is provided with a DC voltage command value V CO from the DC voltage command means 16, a resistance value R O of the resistor 6, a power system voltage rated value V d and a DC voltage control convergence degree K V. a coefficient calculator for calculating a DC voltage control proportional gain K 2 DC of the PWM converter 2 voltage control proportional gain K 1 and the chopper 5. Here, the DC voltage control convergence degree K V is a parameter representing the speed of response of the DC voltage control, and is within () of the equation (22), that is,

【0040】[0040]

【数10】 (Equation 10)

【0041】で与えられる。逆に、KV の値を与えて、
(23)式からK1 を導出し、さらに、(21)式から
2 を算出するのが係数演算器52である。係数演算器
52からのK1 、K2の値は乗算器51、28によって
電圧差分値に乗じられ、直流電圧制御が達成される。図
3の方法は所望の直流電圧応答速度を入力すると、それ
を満足させながら同時にPWMコンバータとチョッパを
協調動作させるように自動的に設定してくれるものとな
るのである。
Is given by Conversely, given the value of K V ,
The coefficient calculator 52 derives K 1 from the equation (23) and further calculates K 2 from the equation (21). The values of K 1 and K 2 from the coefficient calculator 52 are multiplied by the voltage difference values by the multipliers 51 and 28 to achieve the DC voltage control. When the desired DC voltage response speed is input, the method of FIG. 3 automatically sets the PWM converter and the chopper to operate cooperatively while satisfying the input.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、PWM
コンバータとチョッパを同時に動作させて、協調して直
流電圧制御できるように構成したので、例えば電源系統
電圧が低下するなどしてPWMコンバータが回生不能と
なっても、チョッパが切換えなしに直ちに機能して負荷
側からの回生エネルギーを処理でき、信頼度の高い変換
設備が得られるとともに、両方同時に動作している場合
には高精度な制御性能をもった直流電圧制御装置が得ら
れるのである。
As described above, according to the present invention, the PWM
Since the converter and chopper are operated at the same time so that the DC voltage can be controlled in a coordinated manner, even if the PWM converter cannot be regenerated due to a decrease in the power system voltage, for example, the chopper will immediately function without switching. It is possible to process regenerative energy from the load side and obtain highly reliable conversion equipment, and when both are operating at the same time, a DC voltage control device with highly accurate control performance can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of the present invention.

【図2】PWMコンバータとチョッパ及びインバータの
回路モデル図である。
FIG. 2 is a circuit model diagram of a PWM converter, a chopper, and an inverter.

【図3】本発明の他の実施例を示す構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram showing another embodiment of the present invention.

【図4】従来のサイリスタコンバータとチョッパ及びイ
ンバータシステムでの直流電圧制御装置の構成図であ
る。
FIG. 4 is a configuration diagram of a DC voltage control device in a conventional thyristor converter, a chopper, and an inverter system.

【図5】従来のサイリスタコンバータとチョッパ及びイ
ンバータの回路モデル図である。
FIG. 5 is a circuit model diagram of a conventional thyristor converter, a chopper, and an inverter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 変換器用変圧器 2 PWMコンバータ 3 インバータ 4 交流電動機 5 チョッパ 6 抵抗器 7 コンデンサ 8 整流器 9 整流器用変圧器 10 電圧検出器 11 電流検出器 12 電流検出器 13 電流検出器 14 電流検出器 15 係数器 16 直流電圧指令手段 17 減算器 18、28 比例増幅器 19 係数器 20 加算器 21 減算器 22 減算器 23 増幅器 24 増幅器 25 2相3相座標変換器 26 PWM制御器 27 3相2相座標変換器 29 チョッパゲート制御器 30 増幅率演算器 1 Transformer for Transformer 2 PWM Converter 3 Inverter 4 AC Motor 5 Chopper 6 Resistor 7 Capacitor 8 Rectifier 9 Rectifier Transformer 10 Voltage Detector 11 Current Detector 12 Current Detector 13 Current Detector 14 Current Detector 15 Coefficient Device 16 DC voltage command means 17 Subtractor 18, 28 Proportional amplifier 19 Coefficient device 20 Adder 21 Subtractor 22 Subtractor 23 Amplifier 24 Amplifier 25 Two-phase three-phase coordinate converter 26 PWM controller 27 Three-phase two-phase coordinate converter 29 Chopper gate controller 30 Amplification factor calculator

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 入力電流が制御可能なPWMコンバータ
と、このPWMコンバータの直流回路に設けられて通流
率が制御可能なチョッパ装置と、上記直流回路の直流電
力を交流電力に変換するインバータと、上記PWMコン
バータの入力電流を検出する手段と、上記入力電流の検
出値を上記PWMコンバータの入力側交流回路の電圧位
相に同期して同位相となるd軸電流と90°位相遅れと
なるq軸電流に変換する手段と、上記d軸電流を任意に
与えられるd軸電流指令値通りに制御する手段と、上記
q軸電流をゼロに制御する手段とを有するインバータ入
力回路用直流電圧制御装置において、上記インバータの
入力電流及び入力電圧を検出する電流検出器及び電圧検
出器と、上記インバータの入力側直流電圧の指令値を与
える直流電圧指令手段と、この直流電圧指令手段からの
直流電圧指令と上記電圧検出器からのインバータ入力直
流電圧検出値との差を増幅する第1及び第2の増幅器
と、上記第1の増幅器の出力と上記電流検出器の出力に
比例した信号を加算し、この加算結果を上記d軸電流指
令値として与える手段と、上記第2の増幅器の出力に応
じて上記チョッパ装置の通流率を決定するチョッパ通流
率制御手段と、上記第1の増幅器の増幅率に応じて上記
第2の増幅器の増幅率を決定する手段とを備えたことを
特徴とするインバータ入力回路用直流電圧制御装置。
1. A PWM converter capable of controlling an input current, a chopper device provided in a DC circuit of the PWM converter and capable of controlling a conduction ratio, and an inverter for converting DC power of the DC circuit into AC power. , A means for detecting the input current of the PWM converter and a detection axis of the input current are synchronized with the voltage phase of the input side AC circuit of the PWM converter to have the same phase as the d-axis current and a 90 ° phase delay q Inverter input circuit DC voltage control device having means for converting into a shaft current, means for controlling the d-axis current according to an arbitrarily given d-axis current command value, and means for controlling the q-axis current to zero In, a current detector and a voltage detector for detecting the input current and the input voltage of the inverter, and a DC voltage command hand for giving a command value of the input side DC voltage of the inverter. And first and second amplifiers for amplifying the difference between the DC voltage command from the DC voltage command means and the inverter input DC voltage detection value from the voltage detector, the output of the first amplifier and the current A means for adding a signal proportional to the output of the detector and giving the addition result as the d-axis current command value, and a chopper flow for determining the flow rate of the chopper device according to the output of the second amplifier. A DC voltage control apparatus for an inverter input circuit, comprising: rate control means; and means for determining the amplification factor of the second amplifier according to the amplification factor of the first amplifier.
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