JP3191053B2 - 回生インバータの制御方法 - Google Patents

回生インバータの制御方法

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、回生インバータの制御方法に係り、特に、
回生インバータにおいて高力率に電源へ回生するため
に、電源位相を正確にとらえる方法に関する。
〔従来の技術〕
電源に電力を回生する従来の装置は、回生する電力の
位相を電源の位相に同期させるために、特殊な装置によ
る位相検出と高精度かつ高速応答のプロセッサによる割
込み制御とを必要としていた。
より具体的には、電源位相が零点をクロスした時点の
検出信号のみで基準位相としていた。この方法では、急
激な位相の変化に瞬時に応答する特殊な検出器を用いる
必要があり、検出後の信号の処理回路も高速応答する高
価な回路としなければならなかった。
また、電源側に瞬時停電や欠相が生じた時は、回生イ
ンバータが基準とする電源位相が失われるので、回生電
力の電圧波形に影響が出る。この時、回生インバータは
出力を抑制して出さないように制御される。しかし、こ
の状態では、自からの電圧で自からを動作させる自励現
象を生じて暴走状態となり、検出電圧が勝手に上昇する
結果となる。欠相が回復すると、回生インバータ出力電
圧と回復した電源電圧との間には、大きな差電圧が生
じ、それに応じた過大な電流が流れることになる。
その対策として、位相検出器の電圧を、回生インバー
タの出力電圧ではなく、回生変圧器の1次側電圧とすれ
ばよいと一応考えられるが、この方式では、電源の位相
差が大きくなり、定常時の力率が悪化する。
これらの問題を解決するために、同期引入れ期間を充
分に長くして回生インバータの自励現象による電圧上昇
がなく減衰電圧になっている状態から引入れる方式や、
位相検出器が電源の歪により誤動作しないようにリップ
ル除去する目的で抵抗とコンデンサとのいわゆるRC回路
からなる遅れ要素を入れる方式が提案されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、電源が瞬時停電から復電する時に過大電流が
流れることを防止するために、同期引入れ期間を充分に
長くして回生インバータの自励現象による電圧上昇がな
く減衰電圧になっている状態から引入れる方式では、復
電後の再起動に時間が掛りすぎて、システムによっては
使用不能となる場合もある。この点では、同期引入れの
高速化の要求が強い。
また、位相検出器が電源の歪によって誤動作しないよ
うにリップル除去する目的でRC回路からなる送れ要素を
入れる方式では、この遅れ分と真値とのずれを補正する
ために、次段を進みとする複雑な系統構成を採用するこ
とになり、信頼性の点では問題があった。
本発明の目的は、電源の異常からの復電時に過電圧が
発生することを防止できる回生インバータの制御方法を
提供することである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、上記目的を達成するために、回生インバー
タの起動に伴ってある電源位相零クロス時点を基準時刻
とし前記基準時刻と次回の零クロス時点との時間間隔を
計測するためのタイマを起動するとともに回生インバー
タの直流側の電圧と交流側の電圧を検出し、前記タイマ
のカウント値から電源電圧の位相を予測演算し、前記検
出した直流電圧と直流電圧指令とから回生電流指令値を
生成し、前記検出した交流電圧から電源電圧の基準位相
を検出し、この検出値から電源電圧検出信号を生成し、
生成した電源電圧検出信号と前記回生電流指令値に基づ
いて前記回生インバータの出力を制御し、前記検出した
交流電圧から電源電圧の基準位相を検出できない瞬時停
電または欠相からの復電時には、前記予測演算値から電
源電圧検出信号を生成し、生成した電源電圧検出信号と
前記回生電流指令値に基づいて前記回生インバータの運
転を再開する回生インバータの制御方法を提案する。
本発明は、また、回生インバータの起動に伴ってある
電源位相零クロス時点を基準時刻とし前記基準時刻と次
回の零クロス時点との時間間隔を計測するためのタイマ
を起動するとともに回生インバータの直流側の電圧と交
流側の電圧を検出し、前記タイマのカウント値から電源
電圧の位相を予測演算し、前記検出した直流電圧と直流
電圧指令とから回生電流指令値を生成し、電源の正常時
には、前記検出した交流電圧から電源電圧の基準位相を
検出するとともに、この検出値から電源電圧検出信号を
生成し、生成した電源電圧検出信号と前記回生電流指令
値に基づいて前記回生インバータの出力を制御し、電源
の瞬時停電または欠相からの復電時には、前記予測演算
値から電源電圧検出信号を生成し、前記生成した電源電
圧検出信号と前記回生電流指令値に基づいて前記回生イ
ンバータの運転を再開する回生インバータの制御方法を
提案する。
〔作用〕
本発明の前記手順によれば、電源の瞬時停電または欠
相等の異常時に基準となる電源位相を検出できなくて
も、ある電源位相零クロス時点を基準時刻とし前記基準
時刻と次回の零クロス時点との時間間隔を計測するため
のタイマのカウント値から基準となる電源位相を予測演
算しているので、復電時には、予測演算値を基に回生イ
ンバータを円滑に再起動でき、電源の異常時からの復電
時に回生インバータから過電圧が発生することを防止で
きる。
〔実施例〕
以下、図面を参照して、本発明の一実施例を説明す
る。
第1図は、本発明による回生インバータの制御方法を
採用した回生インバータの一実施例の系統構成を示すブ
ロック図である。
直流整流電源1からの電力は、直流主回路コンデンサ
3を介して、例えばトランジスタを主回路とする回生イ
ンバータ2に供給される。回生インバータ2からの回生
電力は、回生電源変圧器6を介して図示しない電源に回
生される。回生インバータ2からの回生電力のうち電流
は、電流検出器4により検出される。一方、電圧は、電
圧変成器5により検出される。
電圧変成器5により検出された電圧は、U相基準位相
検出回路7uとW相基準位相検出回路7wとにそれぞれ取り
込まれる。U相基準位相検出回路7uで検出した基準位相
には、位相指令8uにより線間の補正を加える。さらに、
位相指令9uと加算器10uとにより、制御回路を設けたこ
とによる位相のずれを補正する。この補正は、W相につ
いても同様である。U相およびW相の補正された基準位
相は、sin table 11に送られ、電源電圧検出信号に変換
される。一方、直流電圧指令12からの電圧指令が、加算
器13により、上記直流主回路コンデンサ3の両端電圧と
比較され、その偏差が自動電圧調整器14に入力される。
自動電圧調整器AVR14とsin table 11からの出力される
電源電圧検出信号とは、乗算器15u,15wによりそれぞれ
乗算され、U相,W相の電流指令となる。
U相,W相の電流指令は、上記電流検出器4の検出電流
と加算器20u,20wでそれぞれ比較され、その偏差が自動
電流調整器ACR25u,25wに入力される。これら自動電流調
整器ACR25u,25wの出力は、加算器26u,26wによりsin tab
le 11の電流値に加算され、パルス幅制御回路27に入力
される。パルス幅制御回路27は、PWM信号を作り、上記
トランジスタ主回路からなる回生インバータ2を制御す
る。なお、加算器16,21、および反転器17,22は、U相の
信号とW相の信号とから、V相の信号を作るためのもの
である。また、加算器18と反転器19と加算器26u,v,wと
は、スタート時点の位相をそろえるために設けてある。
このように構成した第1図回生インバータシステムに
おいては、直流主回路平滑コンデンサ3の電圧を検出
し、これと電圧指令12に設定された電圧指令値との偏差
を自動電圧調整器AVR14に加えると、その出力は直流信
号の回生電流指令値となる。これと電源電圧検出信号と
を乗算器15により乗算し、正弦波の回生電流指令値とす
る。
他方、電流検出器4により回生インバータ2の交流電
流を検出し、検出した交流電流と正弦波の回生電流指令
値との偏差を自動電流調整器ACR25に加えると、その出
力は回生インバータの交流電圧(相電圧)の指令値とな
る。これをパルス幅制御し、回生インバータPWM信号を
得る。
この制御により、直流主回路平滑コンデンサ電圧が指
令値に追従し、電源電流の位相が電源電圧に一致するよ
うに制御されるので、力率1.0の制御を実現できる。自
動電流調整器ACR25の出力部には、電源電圧バイアス制
御出力が加えられ、電流制御系サプレスからの再スター
ト時に、回生インバータの出力電圧を電源電圧に一致さ
せる。
基準位相検出回路7が検出する基準位相は、本実施例
の場合、第3図に示すように、電源位相零クロス信号で
あり、0〜2π間には、零クロスのエッジが3回ある。
そのうち立下りの2回をチェックし、その間をsin tabl
eに対応させて、交流の電源電圧検出信号とする。
本実施例においては、交流の電源電圧検出信号とし
て、前述の位相零クロス検出信号のほかに、タイマによ
る予想基準位相も出力できるようにしてある。すなわ
ち、電源基準位相は、通常、回生インバータの出力電圧
から検出しているが、瞬時停電または欠相が生じた時や
基準とする電源位相を失った場合などに、タイマによる
予想基準位相を採用する。
本発明においては、基準位相検出回路7の中に、タイ
マと電源位相評価カウンタとを設ける。
第2図は、本発明の基準位相の決定方法を説明する図
である。
本発明では、電源周波数が例えば50Hzの場合、電圧波
形の山の数が必ず50個/1秒となることを電力会社で保証
しているという事実を前提としている。50個/1秒の山の
数は保証されているが、そのピッチ20ミリ秒(ms)に
は、ばらつきがある。本発明は、このばらつきにも正確
に対応して回生制御を実行しようというものである。
制御電源を投入した場合などの起動状態では、電源電
圧検出信号のエッジの立上りで評価カウンタが零にリセ
ットされ、現在時刻を基準時刻とする。
1回目以降の電源位相零クロスのエッジを検出した時
に、現在時刻と最初のタイマ値+(1/f)msとの差を求
め、その値により基準時刻を変更する。ただし、fは電
源周波数である。東日本では、電源周波数fは50Hzであ
るから、1/fは20msである。それとともに、初期化した
時は0の評価カウンタ値に1また2の重み付けをした値
を加える。
さて、第2図において、タイマのカウント値31はほぼ
直線的に増加する。電源位相検出信号32は、電源電圧波
形の例えば零クロス時点にONとOFFとを繰り返す信号で
ある。最初の時刻をタイマ値T0とし、2回目以降の電源
位相零クロスのエッジを検出した現在時刻をタイマ値T1
とする。最初の時刻との差を求めるため、最初のタイマ
値T0に20msを加えた値T2としてこれらの偏差Δt0を求め
る。
Δt0=T2−T1=T0+20ms−T1 偏差|Δt0|が所定値t1より小さい場合は、位相のず
れが許容範囲内なので、2回目以降の現在タイマ値T1
新基準時刻とする。この時は、周波数分布曲線上、存在
確率が大きいと考えられるので、評価カウンタ値を重み
付け2として更新する。
偏差|Δt0|がある程度大きい場合すなわちt1≦|Δt
0|でしかも最大補正値t2以下の場合すなわちt1≦|Δt0
|≦t2の場合は、新基準時刻を、現在タイマ値T1からΔt
0/2を差し引いた値T1−Δt0/2とする。これは、基準位
相を極端には変更しない方針による補正方式である。こ
の時は、評価カウンタ値を重み付け1として更新する。
偏差|Δt0|が最大補正値t2よりも大きい場合いすな
わち|Δt0|>t2の場合は、実際の値に追従することな
く、最初のタイマ値T0に20msを加えた値T2を新基準時刻
とする。この時は、評価カウンタ値を重み付け−1とし
て更新する。
このようにしてアップダウンを繰り返す評価カウンタ
の値が所定値N1を超えている場合は、電源位相零検出信
号をそのまま基準位相とする。
評価カウンタの値が所定値N1を下廻る場合は、電源側
に瞬時停電との異変があったものとみて、タイマによる
内部基準位相に切り換え電源の復電を待つ。
さらに、評価カウンタ値が所定値N2を下廻ると、基準
位相パルスの出力を停止し、保守点検を待つ。
なお、前記評価カウンタは、一つに限定されない。例
えば、電源周期の偏差をいくつかに区切り、各区画ごと
に評価カウンタを備え、最もカウント値の多い区画に対
応する電源周期を回生インバータの基準位相の設定に採
用することもできる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、電源の瞬時停電または欠相等の異常
時に基準となる電源位相を検出できなくても、ある電源
位相零クロス時点を基準時刻とし前記基準時刻と次回の
零クロス時点との時間間隔を計測するためのタイマカウ
ント値から基準となる電源位相を予測演算しているの
で、復電時には、予測演算値を基に回生インバータを円
滑に再起動でき、電源の異常時からの復電時に回生イン
バータから過電圧が発生することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による回生インバータの制御方法を採用
した回生インバータの一実施例の系統構成を示すブロッ
ク図、第2図は本発明による位相検出回路の動作を説明
する図、第3図は電源位相検出の例を示す波形図であ
る。 1……直流整流電源 2……回生インバータ 3……直流主回路平滑コンデンサ 4……電流検出器 5……電圧変成器 6……回生電源変圧器 7……基準位相検出回路 8……位相指令 9……位相指令 10……加算器 11……sin table 12……電圧指令 13……加算器 14……自動電圧調整器AVR 15……乗算器 16……加算器 17……反転器 18……加算器 19……反転器 20……加算器 21……加算器 22……反転器 23……加算器 25……自動電流調整器ACR 26……加算器 27……パルス幅制御回路 31……タイマ信号 32……電源位相検出信号 33……U相検出電圧 34……W相検出電圧 35……W相検出電圧 36……U相位相検出信号 37……W相位相検出信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 7/757

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】回生インバータの起動に伴ってある電源位
    相零クロス時点を基準時刻とし前記基準時刻と次回の零
    クロス時点との時間間隔を計測するためのタイマを起動
    するとともに回生インバータの直流側の電圧と交流側の
    電圧を検出し、前記タイマのカウント値から電源電圧の
    位相を予測演算し、前記検出した直流電圧と直流電圧指
    令とから回生電流指令値を生成し、前記検出した交流電
    圧から電源電圧の基準位相を検出し、この検出値から電
    源電圧検出信号を生成し、生成した電源電圧検出信号と
    前記回生電流指令値に基づいて前記回生インバータの出
    力を制御し、前記検出した交流電圧から電源電圧の基準
    位相を検出できない瞬時停電または欠相からの復電時に
    は、前記予測演算値から電源電圧検出信号を生成し、生
    成した電源電圧検出信号と前記回生電流指令値に基づい
    て前記回生インバータの運転を再開する回生インバータ
    の制御方法。
  2. 【請求項2】回生インバータの起動に伴ってある電源位
    相零クロス時点を基準時刻とし前記基準時刻と次回の零
    クロス時点との時間間隔を計測するためのタイマを起動
    するとともに回生インバータの直流側の電圧と交流側の
    電圧を検出し、前記タイマのカウント値から電源電圧の
    位相を予測演算し、前記検出した直流電圧と直流電圧指
    令とから回生電流指令値を生成し、電源の正常時には、
    前記検出した交流電圧から電源電圧の基準位相を検出す
    るとともに、この検出値から電源電圧検出信号を生成
    し、生成した電源電圧検出信号と前記回生電流指令値に
    基づいて前記回生インバータの出力を制御し、電源の瞬
    時停電または欠相からの復電時には、前記予測演算値か
    ら電源電圧検出信号を生成し、前記生成した電源電圧検
    出信号と前記回生電流指令値に基づいて前記回生インバ
    ータの運転を再開する回生インバータの制御方法。
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