JP2833187B2 - 電力変換器の電流制御回路 - Google Patents

電力変換器の電流制御回路

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、電圧形インバータ等の電力変換器の電流制
御回路に関する。
(従来の技術) 第5図は、従来の電圧形インバータの電流制御回路の
構成を示している。この制御回路は、いわゆるベクトル
制御により電圧形インバータの出力電流制御を行なうた
めのものであり、点弧パルス発生器404及び電圧形イン
バータ405に電流調節器401、ベクトル回転器402,408、
2相−m相変換器403及びm相−2相変換器407を組み合
わせた構成となっている。
そして、回転座標軸から見た電流実際値の2軸成分i
d,iqが電流指令値id,iqとそれぞれ一致するよう
に、電流調節器401が2軸成分の電圧指令値vd,vq
ベクトル回転器402,2相−m相変換器403及び点弧パルス
発生器404を通してインバータ405に与えている。なお、
第5図において、406は負荷、は回転座標軸の回転角
を示している。
(発明が解決しようとする課題) 上述した従来の電流制御回路では、インバータ405及
び負荷406の各相(相数m=3,4,…)が対称であること
を前提として、電流調節器401により2軸成分の電圧指
令値を調節しており、インバータ405のスイッチング素
子のデッドタイム或いは電流断続等による電圧歪み等の
外乱に起因して対称性が失われた場合には、電流の制御
誤差を生じる。
すなわち、回転座標軸上で見た電流調節器401の伝達
特性を 電流調節器401出力から電流実際値i1〜imまでの伝達特
性を とし、電圧形インバータ405が電圧歪み を発生するとすれば、電流2軸成分 は、 ここで、上式右辺における を外乱成分 と置き換えると、(1)式を得る。
但し、 となる。
ここで、各相電圧の歪みによる電流制御誤差は、上記
(1)式の右辺第2項で表されるが、電圧歪み等の外乱
成分に対する応答は電流調節器401の設定によって一意
的に決まってしまい、その設定誤差や過渡的に発生する
電圧歪みに対しては電流制御誤差を抑制できないという
問題があった。
本発明は上記問題点を解消するためになされたもの
で、その目的とするところは、外乱成分や電流調節器の
設定誤差等による電流制御誤差を抑制し、安定した応答
特性が得られるようにした電力変換器の電流制御回路を
提供することにある。
(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するため、第1の発明は、電力変換器
の各相電流実際値からベクトル回転によりd,q軸電流実
際値を生成し、これらのd,q軸電流実際値がd,q軸電流指
令値にそれぞれ一致するように前記電力変換器の各相電
圧指令値を生成して前記電力変換器の出力電流を制御す
る回路と、前記d,q軸電流指令値から前記電力変換器の
各相電流を推定するためのローパスフィルタ等からなる
電流理論値計算モデルと、このモデルの出力側に接続さ
れたベクトル回転器と、このベクトル回転器の出力側に
設けられた2相−m相変換器(mは電力変換器の出力側
相数)と、前記2相−m相変換器から出力される各相電
流推定値と各相電流実際値との偏差を増幅または増幅及
び進み補償して前記各相電圧指令値を補正する増幅器と
を備えたものである。
また、第2の発明は、上記第1の発明に、電力変換器
の各相電流実際値の絶対値が小の時に増幅器による補償
量を増加させるゲインパターン発生器を付加したもので
ある。
更に、第3の発明は、前記d,q軸電流実際値の応答の
設計値に等しい伝達特性を持ち、前記d,q軸電流指令値
からd,q軸電流理論値を生成する電流理論値計算モデル
と、前記d,q軸電流理論値とd,q軸電流実際値との偏差を
増幅または増幅及び位相補償して前記各相電圧指令値を
補正する制御偏差補償器とを備えたものである。
(作用) 第1の発明においては、電流指令値に対する電流制御
系の伝達特性に等しい伝達特性を持つ電流理論値計算モ
デル、ベクトル回転器及び2相−m相変換器を用いて各
相電流実際値を推定し、各相電流推定値と実際値との偏
差を増幅または増幅及び進み補償する増幅器により増幅
した結果を各相電圧指令値に加算することによって各相
電圧指令値を補正し、これを点弧パルス発生器に与えて
電力変換器の出力電流を制御する。
回転座標軸上から見た増幅器の伝達特性を とすると、増幅器により補償された電流制御系の電流応
答は次式で表すことができる。
上記(2)式により、増幅器のゲインを十分高くとる
ことによって電力変換器の電圧歪みによる電流制御誤差
を抑制することができる。
また、第2の発明において、制御回路にゲインパター
ン発生器を追加し、このゲインパターン発生器の出力で
あるゲインを増幅器出力に乗算した結果を電圧指令値に
加算する場合には、増幅器から乗算結果までの伝達特性
を上記 と置き換えれば同様の作用を得ることができる。
更に、第3の発明においては、d,q軸電流指令値に対
する実際値の応答に等しい伝達特性の電流理論値計算モ
デルを用いて上記指令値からd,q軸電流理論値を計算
し、この理論値と実際値との偏差を制御偏差補償器に通
して電流調節器の出力に加算する。
伝達特性が である電流理論値決算モデルに を入力すると出力の電流理論値は になり、増幅または増幅及び位相補償を行なう制御偏差
補償器(伝達特性は の出力 が電流調節器の出力に加算されるので、電流指令値及び
外乱に対応する応答は次式のようになる。
とすると、 となる。上式右辺第2項で表される に対する対応は、同第1項の電流指令値に対する応答に
対し独立して設定できるので、誤差が速く減衰する極配
置になるように制御偏差補償器の伝達特性 を設定することにより、外乱成分 の影響を抑制することができる。
(実施例) 以下、図に沿って本発明の実施例を説明する。
第1図は第1の発明の一実施例を示すもので、この電
流制御回路は、第5図と同様に電流調節器401、ベクト
ル回転器402,408、2相−m相変換器403、m相−2相変
換器407及び点弧パルス発生器404を備えている。更にこ
の実施例では、2軸(d軸,q軸)成分の電流指令値i
d,iqがそれぞれ入力される、電流理論値計算モデル
110′を構成するローパスフィルタ101,102と、これらの
出力が加えられるベクトル回転器103と、その座標変換
出力α,βが加えられた2相−m相変換器104と、
この変換器104からの各相電流推定値1,2,…,m
と電流実際値i1,i2,…,imとの偏差をそれぞれ算出する
減算器1051,1052,…,105mと、これらの減算器の出力が
加えられる増幅器1061,1062,…,106mと、これらの増幅
器の出力と2相−m相変換器403の出力とを各相ごとに
加算する加算器1071,1072,…,107mとが設けられてい
る。
前記電流調節器401は、2軸成分の電流指令値id,iq
に対して電流実際値i1,i2,…,imをm相−2相変換器4
07,ベクトル回転器408を介してd−q変換したd軸電流
id,q軸電流iqが等しくなるように2軸成分の電圧指令値
vd,vqを出力する。これらの電圧指令値vd,vq
ベクトル回転器402によって回転座標軸の回転角に対
応した静止座標軸上の電圧指令値2軸成分に変換され
る。
一方、電流理論値計算モデル110′を構成するローパ
スフィルタ101,102、ベクトル回転器402,408,103、2相
−m相変換器403,104は電流制御系のモデルを構成して
いる。前記ローパスフィルタ101,102の伝達特性 を、 となるように設定し、ローパスフィルタ101,102の出力
をベクトル回転器103により座標変換して2相−m相変
換器104に与えた結果が各相電流の推定値1,2,…,
mになるようにする。これにより、電圧歪み が無い時の相電流推定値1,2,…,mは電流実際値
i1,i2,…,imに一致するため、各相の増幅器1061〜106m
の出力はゼロとなり、実質的に第5図と同様な電流性制
御が行なわれる。
また、電流歪み が発生する時は、相電流推定値と実際値との間に誤差を
生じ、この誤差が増幅器1061〜106mにより増幅される。
ここで、増幅器1061〜106mは比例ゲインあるいは比例ゲ
インと進み補償とを組み合わせた構成となっている。増
幅器1061〜106mの出力は2相−m相変換器403の出力と
増幅器1071…107mにおいて加算され、各相の電圧指令値
v1 ,v2 ,…,vmとして点弧パルス発生器404に与え
られる。このとき回転座標軸上から見た増幅器1061〜10
6mの伝達特性を とすると、電流応答は前述の(2)式により表わされ
る。
次に、第2図は第2の発明の一実施例であり、前記第
1図の実施例に、各相電流実際値i1…imを入力するゲイ
ンパターン発生器1081,1082,…,108mを付加し、これら
の出力を増幅器1061〜106mにおいて乗算するように構成
したものである。ゲインパターン発生器の出力K1,K2,
…,Kmは、第3図(n番目のゲインパターン発生器108n
の出力Knを示す)のように電圧歪みが出やすい各相電流
実際値の絶対値が小の時に大きく、電圧歪みが小さい各
相電流実際値の絶対値が大の時に小さくなるようなパタ
ーンに設定されている。このようなゲインパターン発生
器の出力は、増幅器1061〜106mにおいて本来の出力と乗
算された後、2相−m相変換器403の出力と加算器1071
〜107mにおいて加算され、その加算結果が点弧パルス発
生器404に対する電圧指令値vi 〜vmとなる。
この実施例によれば、ゲインパターン発生器1081〜10
8mの出力により、各相電流実際値の絶対値に応じた最適
な補償量を増幅器1061〜106mから得ることができ、各相
電流実際値の大小に関わらず電圧歪みによる電流制御誤
差を抑制することができる。
次に、第4図は第3の発明の一実施例を示している。
この実施例において、第1図及び第2図と同一の構成要
素には同一の符号を付して詳述を省略し、以下、異なる
部分を中心に説明する。なお、この第4図において、40
3′は2相−3相変換器、405′は第1図,第2図及び第
5図における点弧パルス発生器404及び電圧形インバー
タ405を一体化したものに相当する電力変換器、407′は
3相−2相変換器を示している。
また、この実施例においては、直交2軸成分の電流指
令値id,iqに基づき電流理論値を計算する電流理論
値計算モデル110が設けられており、このモデル110は2
軸成分の電流指令値 に対する2軸成分の電流実際値 の応答の設計値に等しい伝達特性 を持つように設定され、モデル110の出力から2軸成分
の電流理論値が得られるようになっている。
この電流理論値は、ベクトル回転器408からのd軸電
流id,q軸電流iqと共に減算器114,115に加えられてお
り、これらの減算器114,115からは電流の制御偏差成分
が出力される。この制御偏差成分はこれを増幅または増
幅及び位相補償する制御偏差補償器111に入力されてお
り、この補償器111は伝達特性 を有している。この補償器111の出力を加算器112,113に
おいて電流調節器401の出力に加算すると、2軸成分電
流指令値及び外乱に対する応答は上記(3),(4)式
のようになり、電流指令値に対する応答とは独立して誤
差に対する特性を設定することができる。
(発明の効果) 以上のように第1ないし第3の発明によれば、電圧形
インバータ等の電力変換器の各相ごとに出力電流の制御
誤差を検出して各相電圧指令値を補正するようにしたた
め、電圧歪み等の外乱成分による電流波形歪みの発生を
抑制して理想的な応答に近づけることができ、電流調節
器のパラメータ設定誤差及び付加の変動或いはパラメー
タ推定誤差の影響を抑制して設計値どおりの応答特性を
持つ電流制御回路を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は第1の発明の一実施例を示すブロック図、第2
図は第2の発明の一実施例を示すブロック図、第3図は
ゲインパターン発生器の特性図、第4図は第3の発明の
一実施例を示すブロック図、第5図は従来の技術を示す
ブロック図である。 101,102……電流理論値計算モデルとしてのローパスフ
ィルタ 103,402,408……ベクトル回転器 104,403……2相−m相変換器 1051〜105m,114,115……減算器 1061〜106m……増幅器 1071〜107m,112,113……加算器 1081〜108m……ゲインパターン発生器 110,110′……電流理論値計算モデル 111……制御偏差補償器、401……電流調節器 403′……2相−3相変換器 404……点弧パルス発生器 405……電圧形インバータ、405′……電力変換器 406……負荷、407……m相−2相変換器 407′……3相−2相変換器

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電力変換器の各相電流実際値からベクトル
    回転によりd,q軸電流実際値を生成し、これらのd,q軸電
    流実際値がd,q軸電流指令値にそれぞれ一致するように
    前記電力変換器の各相電圧指令値を生成して前記電力変
    換器の出力電流を制御する回路と、 前記d,q軸電流指令値から前記電力変換器の各相電流を
    推定するための電流理論値計算モデルと、 この電流理論値計算モデルの出力側に接続されたベクト
    ル回転器と、 このベクトル回転器の出力側に設けられた2相−m相変
    換器(mは電力変換器の出力側相数)と、 前記2相−m相変換器から出力される各相電流推定値と
    各相電流実際値との偏差を増幅または増幅及び進み補償
    して前記各相電圧指令値を補正する増幅器と、 を備えたことを特徴とする電力変換器の電流制御回路。
  2. 【請求項2】電力変換器の各相電流実際値からベクトル
    回転によりd,q軸電流実際値を生成し、これらのd,q軸電
    流実際値がd,q軸電流指令値にそれぞれ一致するように
    前記電力変換器の各相電圧指令値を生成して前記電力変
    換器の出力電流を制御する回路と、 前記d,q軸電流指令値から前記電力変換器の各相電流を
    推定するための電流理論値計算モデルと、 この電流理論値計算モデルの出力側に接続されたベクト
    ル回転器と、 このベクトル回転器の出力側に設けられた2相−m相変
    換器(mは電力変換器の出力側相数)と、 前記2相−m相変換器から出力される各相電流推定値と
    各相電流実際値との偏差を増幅または増幅及び進み補償
    して前記各相電圧指令値を補正する増幅器と、 前記電力変換器の各相電流実際値の絶対値が小なる時に
    前記増幅器による補償量を増加されるゲインパターン発
    生器と、 を備えたことを特徴とする電力変換器の電流制御回路。
  3. 【請求項3】電力変換器の各相電流実際値からベクトル
    回転によりd,q軸電流実際値を生成し、これらのd,q軸電
    流実際値がd,q軸電流指令値にそれぞれ一致するように
    前記電力変換器の各相電圧指令値を生成して前記電力変
    換器の出力電流を制御する回路と、 前記d,q軸電流実際値の応答の設計値に等しい伝達特性
    を持ち、前記d,q軸電流指令値からd,q軸電流理論値を生
    成する電流理論値計算モデルと、 前記d,q軸電流理論値とd,q軸電流実際値との偏差を増幅
    または増幅及び位相補償して前記各相電圧指令値を補正
    する制御偏差補償器と、 を備えたことを特徴とする電力変換器の電流制御回路。
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