JP2801816B2 - Ｐｗｍコンバータ制御方法 - Google Patents
Ｐｗｍコンバータ制御方法Info
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- JP2801816B2 JP2801816B2 JP22088792A JP22088792A JP2801816B2 JP 2801816 B2 JP2801816 B2 JP 2801816B2 JP 22088792 A JP22088792 A JP 22088792A JP 22088792 A JP22088792 A JP 22088792A JP 2801816 B2 JP2801816 B2 JP 2801816B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は内部インピーダンスの大
きい交流電源から効率的に直流電力を得て、発変電所か
ら遠方に設置される電源装置，モータ駆動装置などに適
用される装置を提供するＰＷＭコンバータ制御方法に関
するものである。
きい交流電源から効率的に直流電力を得て、発変電所か
ら遠方に設置される電源装置，モータ駆動装置などに適
用される装置を提供するＰＷＭコンバータ制御方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】内部インピーダンスを有する電源から最
大電力を得るための条件は、系全体のリアクタンスが零
で、負荷抵抗が電源の内部抵抗と等しいことであること
が知られている。一般の給配電系統では誘導性インピー
ダンスを有するため、全体のリアクタンスを零とするた
めには進相コンデンサなどの容量性インピーダンスを追
加するとか、アクテイブフィルタなどの電力変換器によ
り等価的に容量性インピーダンスを付加するなどの対策
が必要となる。
大電力を得るための条件は、系全体のリアクタンスが零
で、負荷抵抗が電源の内部抵抗と等しいことであること
が知られている。一般の給配電系統では誘導性インピー
ダンスを有するため、全体のリアクタンスを零とするた
めには進相コンデンサなどの容量性インピーダンスを追
加するとか、アクテイブフィルタなどの電力変換器によ
り等価的に容量性インピーダンスを付加するなどの対策
が必要となる。
【０００３】前者はインピーダンスを段階的にしか調整
できないため、広範囲の負荷に対応することができな
い。また、後者は連続的なインピーダンス調整が可能で
はあるが、装置が複雑で高価なものとなることを否めな
い。
できないため、広範囲の負荷に対応することができな
い。また、後者は連続的なインピーダンス調整が可能で
はあるが、装置が複雑で高価なものとなることを否めな
い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】発変電所から遠方、例
えば離島などに設置される電力変換器においては、供給
される電源に大きな誘導性内部インピーダンスを有する
ため、これによる電圧降下のために充分な電力を取り出
すことが難しい。本発明はこのような大きな誘導性内部
インピーダンスを有する交流電源より、最大直流電力を
得る装置を提供できるＰＷＭコンバータ制御方法を実現
したものである。
えば離島などに設置される電力変換器においては、供給
される電源に大きな誘導性内部インピーダンスを有する
ため、これによる電圧降下のために充分な電力を取り出
すことが難しい。本発明はこのような大きな誘導性内部
インピーダンスを有する交流電源より、最大直流電力を
得る装置を提供できるＰＷＭコンバータ制御方法を実現
したものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】図１および図２を参照し
て説明する。図１は本発明によるＰＷＭコンバータと交
流電源系統を示すもので、１，２，３はそれぞれＵ相，
Ｖ相，Ｗ相の交流電源、４，５，６はインダクタンスＬ
を有する交流電源１，２，３の誘導性内部インピーダン
ス（ＺL ) 、７，８，９は抵抗Ｒa を有する交流電源
１，２，３の抵抗性内部インピーダンス（Ｚrs）、10，
11，12はそれぞれＵ相，Ｖ相，Ｗ相の線電流Ｉu ，Ｉv
，Ｉw 検出用のＡＣＣＴ、13，14，15はコンバータ部
の交流入力端子、16〜21はＰＷＭのコンバータ部を構成
するスイッチング素子、22は直流ステージの電圧を検出
するＤＣＰＴ、23は負荷である。
て説明する。図１は本発明によるＰＷＭコンバータと交
流電源系統を示すもので、１，２，３はそれぞれＵ相，
Ｖ相，Ｗ相の交流電源、４，５，６はインダクタンスＬ
を有する交流電源１，２，３の誘導性内部インピーダン
ス（ＺL ) 、７，８，９は抵抗Ｒa を有する交流電源
１，２，３の抵抗性内部インピーダンス（Ｚrs）、10，
11，12はそれぞれＵ相，Ｖ相，Ｗ相の線電流Ｉu ，Ｉv
，Ｉw 検出用のＡＣＣＴ、13，14，15はコンバータ部
の交流入力端子、16〜21はＰＷＭのコンバータ部を構成
するスイッチング素子、22は直流ステージの電圧を検出
するＤＣＰＴ、23は負荷である。
【０００６】さて、内部インピーダンス４〜９を有する
交流電源１，２，３から最大電力（固有電力）を取り出
すためには、電源と負荷系統の全体リアクタンスが零
で、かつ負荷抵抗Ｒl が電源内部抵抗Ｒa と等しいこと
が必要である。
交流電源１，２，３から最大電力（固有電力）を取り出
すためには、電源と負荷系統の全体リアクタンスが零
で、かつ負荷抵抗Ｒl が電源内部抵抗Ｒa と等しいこと
が必要である。
【０００７】図２はこのような条件を満たす負荷の等価
回路を示すもので、101 ，102 ，103 は容量Ｃをもつ容
量性インピーダンス（Ｚc ）、104 ，105 ，106 は抵抗
Ｒをもつ抵抗性インピーダンス（Ｚr ）である。
回路を示すもので、101 ，102 ，103 は容量Ｃをもつ容
量性インピーダンス（Ｚc ）、104 ，105 ，106 は抵抗
Ｒをもつ抵抗性インピーダンス（Ｚr ）である。
【０００８】電源より最大電力を取り出すためには、容
量Ｃ，抵抗Ｒが下記の条件を満たせばよい。 （１／ωＣ）＝ωＬ ‥‥‥‥‥ （１） Ｒ＝Ｒa ‥‥‥‥‥ （２）
量Ｃ，抵抗Ｒが下記の条件を満たせばよい。 （１／ωＣ）＝ωＬ ‥‥‥‥‥ （１） Ｒ＝Ｒa ‥‥‥‥‥ （２）
【０００９】したがって、図１に示したＰＷＭコンバー
タにおいては、交流入力端子13，14，15から右側をみた
等価回路が等しくなれば、内部インピーダンスである４
〜９を有する交流電源１，２，３から直流側に最大電力
を取り出すことができる。
タにおいては、交流入力端子13，14，15から右側をみた
等価回路が等しくなれば、内部インピーダンスである４
〜９を有する交流電源１，２，３から直流側に最大電力
を取り出すことができる。
【００１０】ＰＷＭコンバータの等価回路が図２と等し
くなるためには、交流入力端子13，14，15における線電
流Ｉu ，Ｉv ，Ｉw と入力端子電圧Ｅu ，Ｅv ，Ｅw が
図２回路と等しくなればよい。すなわち、
くなるためには、交流入力端子13，14，15における線電
流Ｉu ，Ｉv ，Ｉw と入力端子電圧Ｅu ，Ｅv ，Ｅw が
図２回路と等しくなればよい。すなわち、
【００１１】 Ｅu ＝〔｛１／（ｊωＣ）｝＋Ｒ〕・Ｉu ‥‥‥‥‥ （３） Ｅv ＝〔｛１／（ｊωＣ）｝＋Ｒ〕・Ｉv ‥‥‥‥‥ （４） Ｅw ＝〔｛１／（ｊωＣ）｝＋Ｒ〕・Ｉw ‥‥‥‥‥ （５） となればよい。ここで、（１／ｊ）は90°位相を遅らせ
る演算子である。
る演算子である。
【００１２】
【作用】ＰＷＭコンバータの交流入力電圧を検出し、入
力端子電圧Ｅu ，Ｅv ，Ｅw が（３）〜（５）式を満た
すように制御することにより、交流入力端子１３，１
４，１５から見た等価回路は、図２のようになる。この
回路における容量Ｃ，抵抗Ｒの値が（１），（２）式を
満たせば、交流電源１，２，３のＺl ４，５，６はＺc
により打ち消され、図１の交流電源１〜３からＰＷＭの
コンバータ部出力に、すなわち図２の抵抗に供給される
電力は最大となる。また、上記容量性インピーダンス
（Ｚc ）または抵抗性インピーダンス（Ｚr）の値を上
記（１），（２）式を満たさないような値に制御すれ
ば、最大電力より低い所定の電力を取り出すことができ
る。したがって、上記容量性インピーダンス（Ｚc ）ま
たは抵抗性インピーダンス（Ｚr ）を変えることにより
電力制御を行うことが可能である。
力端子電圧Ｅu ，Ｅv ，Ｅw が（３）〜（５）式を満た
すように制御することにより、交流入力端子１３，１
４，１５から見た等価回路は、図２のようになる。この
回路における容量Ｃ，抵抗Ｒの値が（１），（２）式を
満たせば、交流電源１，２，３のＺl ４，５，６はＺc
により打ち消され、図１の交流電源１〜３からＰＷＭの
コンバータ部出力に、すなわち図２の抵抗に供給される
電力は最大となる。また、上記容量性インピーダンス
（Ｚc ）または抵抗性インピーダンス（Ｚr）の値を上
記（１），（２）式を満たさないような値に制御すれ
ば、最大電力より低い所定の電力を取り出すことができ
る。したがって、上記容量性インピーダンス（Ｚc ）ま
たは抵抗性インピーダンス（Ｚr ）を変えることにより
電力制御を行うことが可能である。
【００１３】
【実施例】さらに、図３に基づいて詳述説明する。図３
は本発明による図１のＰＷＭコンバータの制御回路例を
示すもので、201は検出された電流のＩu ，Ｉv から入
力端子電圧の指令値Ｅu*，Ｅv*，Ｅw*を算出する演算回
路、202 は割算器、203 は比較器、204 はロジック回
路、205 は三角波発振器、206 は（Ｆ／Ｖ）変換器、20
7 はパターン回路、208 は（瞬時値／実効値）変換器で
ある。
は本発明による図１のＰＷＭコンバータの制御回路例を
示すもので、201は検出された電流のＩu ，Ｉv から入
力端子電圧の指令値Ｅu*，Ｅv*，Ｅw*を算出する演算回
路、202 は割算器、203 は比較器、204 はロジック回
路、205 は三角波発振器、206 は（Ｆ／Ｖ）変換器、20
7 はパターン回路、208 は（瞬時値／実効値）変換器で
ある。
【００１４】演算回路201 は（３）〜（５）式の演算を
行う。（３）式における〔｛１／（ｊωＣ）｝・Ｉu 〕
は図２におけるＺc101の両端電圧を表わし、Ｉu よりも
90°遅れの位相をもつが、Ｉu とＩv が120 °位相差を
もつことを利用し、〔Ｉu ＋ 2Ｉv ）／｛√（３）・ω
Ｃ｝〕より算出する。
行う。（３）式における〔｛１／（ｊωＣ）｝・Ｉu 〕
は図２におけるＺc101の両端電圧を表わし、Ｉu よりも
90°遅れの位相をもつが、Ｉu とＩv が120 °位相差を
もつことを利用し、〔Ｉu ＋ 2Ｉv ）／｛√（３）・ω
Ｃ｝〕より算出する。
【００１５】（４），（５）式においても同様であり、
結局（３）〜（５）式の実際の演算式は図３に示したつ
ぎのような式となる。なお、Ｉw は（−Ｉu −Ｉv ）に
より算出し、実際の検出電流はＩu とＩv の２個所です
むようにしている。
結局（３）〜（５）式の実際の演算式は図３に示したつ
ぎのような式となる。なお、Ｉw は（−Ｉu −Ｉv ）に
より算出し、実際の検出電流はＩu とＩv の２個所です
むようにしている。
【００１６】 Ｅu*＝〔Ｒ＋１／｛√（３）・ωＣ｝〕・Ｉu ＋〔２／｛√（３）・ωＣ｝〕・Ｉv ‥‥‥‥‥ （６） Ｅv*＝〔Ｒ−１／｛√（３）・ωＣ｝〕・Ｉu −〔１／｛√（３）・ωＣ｝〕・Ｉv ‥‥‥‥‥ （７） Ｅw*＝〔−Ｒ＋１／｛｛√（３）・ωＣ｝〕・Ｉu −〔Ｒ＋１／｛√（３）・ωＣ｝〕・Ｉv ‥‥‥‥‥ （８）
【００１７】割算器202 は、指令値Ｅu*，Ｅv*，Ｅw*を
それぞれ直流電圧検出値Ｅdcで除算し、ＰＷＭコンバー
タの変調率Ｅou，Ｅov，Ｅowを出力する。比較器203
は、変調率Ｅou，Ｅov，Ｅowと三角波発振器205 の出力
Ｅt を比較し、スイッチング素子16〜21の各相のゲート
信号Ｇu ，ＧV ，ＧW を作成する。ロジック回路204
は、ゲート信号Ｇu ，ＧV ，ＧW を各々スイッチング素
子ゲート信号ＵＰ，ＵＮ，ＶＰ，ＶＮ，ＷＰ，ＷＮに振
り分ける。
それぞれ直流電圧検出値Ｅdcで除算し、ＰＷＭコンバー
タの変調率Ｅou，Ｅov，Ｅowを出力する。比較器203
は、変調率Ｅou，Ｅov，Ｅowと三角波発振器205 の出力
Ｅt を比較し、スイッチング素子16〜21の各相のゲート
信号Ｇu ，ＧV ，ＧW を作成する。ロジック回路204
は、ゲート信号Ｇu ，ＧV ，ＧW を各々スイッチング素
子ゲート信号ＵＰ，ＵＮ，ＶＰ，ＶＮ，ＷＰ，ＷＮに振
り分ける。
【００１８】また、（Ｆ／Ｖ）変換器206 は電流検出値
Ｉu から角周波数ωを算出し、（瞬時値／実効値）変換
器208 はＩu の実効値Ｉを算出する。パターン回路207
は、実効値Ｉが所定値を越えたときに、（６）〜（８）
式の演算に使用する容量Ｃを増加させる。（１），
（２）式は交流電流より最大電力を取り出すための条件
であるが、過電流などにより電力を制限する必要が生じ
た場合には、容量Ｃか抵抗かあるいは双方を変え、
（１），（２）式の関係を崩せばよい。図３ではその容
量Ｃの値を増加させる例を示した。
Ｉu から角周波数ωを算出し、（瞬時値／実効値）変換
器208 はＩu の実効値Ｉを算出する。パターン回路207
は、実効値Ｉが所定値を越えたときに、（６）〜（８）
式の演算に使用する容量Ｃを増加させる。（１），
（２）式は交流電流より最大電力を取り出すための条件
であるが、過電流などにより電力を制限する必要が生じ
た場合には、容量Ｃか抵抗かあるいは双方を変え、
（１），（２）式の関係を崩せばよい。図３ではその容
量Ｃの値を増加させる例を示した。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、図
３例の制御回路の如くに、ＰＷＭコンバータの交流入力
端子電圧を（３）〜（５）式を満足するよう制御するこ
とにより、図１のＰＷＭコンバータの等価回路は図２の
ようになって、このときの容量Ｃと抵抗Ｒは（１），
（２）式を満たす。よって、図１のＺl ４〜６の図２の
Ｚc101〜103 は互いにキャンセルして結合インピーダン
スは零となり、また電源の内部抵抗と負荷抵抗が等しく
なるため、電源から最大の電力を取り出すことができ
る。
３例の制御回路の如くに、ＰＷＭコンバータの交流入力
端子電圧を（３）〜（５）式を満足するよう制御するこ
とにより、図１のＰＷＭコンバータの等価回路は図２の
ようになって、このときの容量Ｃと抵抗Ｒは（１），
（２）式を満たす。よって、図１のＺl ４〜６の図２の
Ｚc101〜103 は互いにキャンセルして結合インピーダン
スは零となり、また電源の内部抵抗と負荷抵抗が等しく
なるため、電源から最大の電力を取り出すことができ
る。
【００２０】このように本発明を用いることにより、内
部インピーダンスの高い電源から大きな電力を取り出す
ことが可能となり、また最大電力を取り出すのではな
く、低い所定の電力を取り出す必要がある場合には、図
３の演算回路例で使用した容量Ｃや抵抗Ｒの値を変える
ことにより対処し得ることは勿論である。
部インピーダンスの高い電源から大きな電力を取り出す
ことが可能となり、また最大電力を取り出すのではな
く、低い所定の電力を取り出す必要がある場合には、図
３の演算回路例で使用した容量Ｃや抵抗Ｒの値を変える
ことにより対処し得ることは勿論である。
【００２１】
【図１】図１は本発明によるＰＷＭコンバータと交流電
源系統を示す系統図である。
源系統を示す系統図である。
【図２】図２は本発明によるＰＷＭコンバータの等価回
路を示す回路図である。
路を示す回路図である。
【図３】図３は本発明による一実施例の制御回路を示す
構成図である。
構成図である。
【００２２】
１ 交流電源 ２ 交流電源 ３ 交流電源 ４ 誘導性内部インピーダンス（Ｚl ） ５ 誘導性内部インピーダンス（Ｚl ） ６ 誘導性内部インピーダンス（Ｚl ） ７ 抵抗性内部インピーダンス（Ｚrs） ８ 抵抗性内部インピーダンス（Ｚrs） ９ 抵抗性内部インピーダンス（Ｚrs） 13 交流入力端子 14 交流入力端子 15 交流入力端子 22 ＤＣＰＴ 23 負荷 101 容量性インピーダンス（Ｚc ) 102 容量性インピーダンス（Ｚc ) 103 容量性インピーダンス（Ｚc ) 104 抵抗性インピーダンス（Ｚr ) 105 抵抗性インピーダンス（Ｚr ) 106 抵抗性インピーダンス（Ｚr ) 201 演算回路 202 割算器 203 比較器 205 三角波発振器 207 パターン回路
Claims (2)
- 【請求項１】 誘導性内部インピーダンス（Ｚl ）およ
び抵抗性インピーダンス（Ｚrs）を有する交流電源を直
流に交換するＰＷＭコンバータにおいて、コンバータ部
の交流入力端子から見た等価回路が、容量性インピーダ
ンス（Ｚc ）と抵抗性インピーダンス（Ｚr ）の直列回
路となるよう交流入力端子をＰＷＭ変調率により制御
し、かつ（Ｚc ＝−Ｚl ）および（Ｚr ＝Ｚrs）とした
ことを特徴とするＰＷＭコンバータの制御方法。 - 【請求項２】 誘導性内部インピーダンス（Ｚl ）およ
び抵抗性インピーダンス（Ｚrs）を有する交流電源を直
流に交換するＰＷＭコンバータにおいて、コンバータ部
の交流入力端子から見た等価回路が、容量性インピーダ
ンス（Ｚc ）と抵抗性インピーダンス（Ｚr ）の直列回
路となるよう交流入力端子をＰＷＭ変調率により制御
し、かつ、上記容量性インピーダンス（Ｚc ）または抵
抗性インピーダンス（Ｚr ）を変えることにより電力制
御を行うようにしたことを特徴とするＰＷＭコンバータ
の制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22088792A JP2801816B2 (ja) | 1992-07-28 | 1992-07-28 | Ｐｗｍコンバータ制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22088792A JP2801816B2 (ja) | 1992-07-28 | 1992-07-28 | Ｐｗｍコンバータ制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0654540A JPH0654540A (ja) | 1994-02-25 |
| JP2801816B2 true JP2801816B2 (ja) | 1998-09-21 |
Family
ID=16758097
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22088792A Expired - Fee Related JP2801816B2 (ja) | 1992-07-28 | 1992-07-28 | Ｐｗｍコンバータ制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2801816B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9548674B2 (en) | 2010-12-15 | 2017-01-17 | Central Japan Railway Company | Electric power receiving device and method of receiving electric power |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5968758B2 (ja) * | 2012-11-07 | 2016-08-10 | ヤンマー株式会社 | 電力変換装置 |
-
1992
- 1992-07-28 JP JP22088792A patent/JP2801816B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9548674B2 (en) | 2010-12-15 | 2017-01-17 | Central Japan Railway Company | Electric power receiving device and method of receiving electric power |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0654540A (ja) | 1994-02-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |