JP3221941B2 - 電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置

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JP3221941B2 JP31004492A JP31004492A JP3221941B2 JP 3221941 B2 JP3221941 B2 JP 3221941B2 JP 31004492 A JP31004492 A JP 31004492A JP 31004492 A JP31004492 A JP 31004492A JP 3221941 B2 JP3221941 B2 JP 3221941B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、交流端子を共通に接続
して運転する複数台の変換器の交流電流の合成値を正弦
波状に制御する電力変換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図1は従来から使用されている本発明を
適用する電力変換装置の主回路構成図である。図におい
て、1は交流電源、2〜4は交流電源1の各相間に接続
されるコンデンサである。5〜8は交流電力と直流電力
の変換を行う変換器で、それぞれの交流端子を共通にし
て交流電源1に接続し並列運転を行う。又、コンデンサ
2〜4は、変換器5〜8のスイッチングサ―ジを吸収す
るために用いられる。9〜32は変換器5〜8を構成す
る自己消弧形スイッチング素子である。以下自己消弧形
スイッチング素子としてゲ―トタ―ンオフサイリスタ
(GTO)を用いる場合について説明する。33〜40
は直流電流を平滑する直流リアクトル、41〜44は負
荷である。
【0003】図5は図1の電力変換装置を制御する従来
の制御回路のブロック図である。図において、45は変
換器5〜8の交流電流の位相基準、46は比較器、47
は変換器5のGTOを点弧する信号を発生する論理回
路、48〜53は変換器5のGTO9〜14の点弧信号
である。
【0004】図6は、図1の電力変換装置を図5に示す
従来の制御回路で制御した場合の動作波形図である。以
下図1、図5、図6を参照しながら従来の制御回路で制
御しした場合の動作を説明する。図6において、(1) は
交流電流位相基準を示し、45の出力で電流位相の0°
〜360°に比例した値を発生するものとする。(2)は
比較器46の出力で、例えば、(1) の位相が0°〜60
°の範囲のとき「1」、60°〜120°の範囲のとき
「2」、120°〜180°の範囲のとき「3」、18
0°〜240°の範囲の時「4」、240°〜300°
の範囲のとき「5」300°〜360°の範囲の時
「6」の値を発生するものとする。次に、論理回路47
により(2) の値に応じて変換器5のGTOの通電状態を
制御する。即ち、(2) が「1」のとき点弧信号48と5
3によりGTO9とGTO13をオンの状態にする。
(2) が「2」のとき点弧信号48と53によりGTO9
とGTO14をオンの状態にする。(2) が「3」のとき
点弧信号49と53によりGTO10とGTO14をオ
ンの状態にする。(2) が「4」のとき点弧信号49と5
1によりGTO10とGTO12をオンの状態にする。
(2) が「5」のとき点弧信号50と51によりGTO1
1とGTO12をオンの状態にする。(2) が「6」のと
き点弧信号50と51によりGTO11とGTO13を
オンの状態にする。
【0005】変換器5のGTOを以上のように制御する
ことにより、変換器5のU相には、(3) に示すような電
流が流れる。又、V相には(3) に対して120°位相の
遅れた電流が、W相には(3) に対して240°位相の遅
れた電流が流れる。
【0006】変換器6についても同様の制御が行われ
る。但し、変換器5に対して15°位相遅れた交流電流
位相基準に従って制御が行われ、変換器6のU相には
(4) に示すように(3) に対して15°位相の遅れた電流
が流れる。同様に、変換器7は変換器5に対して30°
位相の遅れた交流電流位相基準に従って制御が行われ、
変換器7のU相には(5) に示すように(3) に対して30
°位相の遅れた電流が流れる。同様に、変換器8は変換
器5に対して45°位相の遅れた交流電流基準に従って
制御が行われ、変換器8のU相には(6) に示すように
(3) に対して45°位相の遅れた電流がながれる。(7)
は以上の(3),(4) ,(5) ,(6) の合計値で、変換器5
〜変換器8を合成したU相交流電流である。同様にし
て、図示していないV相交流電流は、(7) に対して12
0°位相の遅れた電流となり、W相交流電流は(7) に対
して240°位相の遅れた電流となる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、変
換器5〜変換器8の交流端子を共通に接続してGTOの
通電位相を15°つづずらして運転した場合、交流電流
の合成値は(7) で示すように台形波状になり高調波をあ
まり低減することができない。
【0008】本発明は、以上述べた従来の制御方法の欠
点を除去するために、変換器5〜変換器8の交流電流の
合成値を正弦波状に制御して高調波を低減する電力変換
装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、自己消弧形スイッチング素子をブリッジ
接続して成るn個の電流形変換器と、前記n個の電流形
変換器の直流電流を平滑する2n個の直流リアクトルか
ら構成され、前記n個の電流形変換器の交流端子を共通
に接続して交流電源に接続し、前記2n個の直流リアク
トルをそれぞれ前記n個の電流形変換器の正側端子と負
側端子に直列に接続して成る電力変換装置に於て、前記
n個の電流形変換器の交流電流の位相基準に従って前記
n個の電流形変換器の通電状態を制御する倫理回路と、
前記交流電流の位相基準を60°から120°までの正
弦関数に変換する関数発生器と、それぞれ異なった位相
60°期間の整数倍周期の三角波を発生するn個の三
角波発生器と、前記関数発生器の出力と前記n個の三角
波発生器の出力をそれぞれ比較するn個の比較器を備
え、前記n個の比較器の出力に応じて前記n個の電流形
変換器の同一相の正側アームと負側アームを同時に通電
する期間を制御することにより、前記n個の電流形変換
器の交流電流の合成値を正弦波状に制御することを特徴
とするものである。
【0010】
【作用】前述のように構成し、前記n個の比較器の出力
に応じて前記n個の変換器の同一相の正側アームと負側
アームを同時にオンして直流電流をバイパスする期間を
設け、このバイパス期間を出力電流位相に応じた正弦関
数に従って変調することにより前記n個の変換器の交流
電流の合成値を正弦波状に制御できる。
【0011】
【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。図1は、本発明を適用する主回路の構成図である。
図に於て、1〜44は従来の技術の説明で述べたものと
同一のものであるので、その説明を省略する。
【0012】図2は、図1の電力変換装置を制御する本
発明の一実施例を示す制御回路のブロック図である。図
において、45〜53は図5で述べた従来の実施例の構
成図の同一記号と同一である。54は関数発生器で、交
流電流位相基準45の出力に応じた正弦関数を発生す
る、55は三角波発生器で、交流電流位相基準45の出
力に応じた三角波を発生する、56は比較器で、関数発
生器54と三角波発生器55の出力を比較し変換器5の
通電状態を制御する。図3は、図1の電力変換装置を図
2の制御回路で制御した場合の動作波形図である。以
下、図1、図2、図3を参照しながら本発明の動作を説
明する。図3に於て、(1) は交流電流位相基準45の出
力で、電流位相0°〜360°に比例した値を発生す
る。
【0013】(2) は比較器46の出力で、例えば、(1)
の位相が0°〜60°の範囲のとき「1」、60°〜1
20°の範囲のとき[2」、120°〜180°の範囲
のとき「3」、180°〜240°の範囲の時「4」、
240°〜300°の範囲のとき「5」、300°〜3
60°の範囲の時「6」の値を発生する。(3) は関数発
生器54の出力で、交流電流の位相基準値(1) に同期し
て60°毎に繰返す60°から120°の区間の正弦関
数。(4) は三角波関数発生器55の出力で、交流電流の
位相基準(1) に同期して60°毎に繰返す三角波。(5)
は比較器56の出力で正弦関数(3) と三角波(4) を比較
して(3) より(4)が大きいとき“1”の信号を発生す
る。
【0014】次に、論理回路47により(2) の値と(5)
の信号に応じて変換器5のGTOの通電状態を制御す
る。即ち、時刻t1 において(2) が「1」のとき点弧信
号48と52によりGTO9とGTO13をオンの状態
にする。この時、U相には(6)で示す電流が流れる。時
刻t2 において、(5) が「1」になると、点弧信号51
によりGTO12をオンの状態にする。そのため、GT
O9とGTO12により直流回路が短絡されU相電流は
零になる。時刻t3 において(2) が「2」のとき点弧信
号48と53によりGTO9とGTO14をオンの状態
にする。この時、U相には(6) で示す電流が流れる。時
刻t4 において、(5) が「1」になると、点弧信号50
によりGTO11をオンの状態にする。そのため、GT
O11とGTO14により直流回路が短絡されU相電流
は零になる。
【0015】時刻t5 において、(2) が「3」のとき点
弧信号49と53によりGTO10とGTO14をオン
の状態にする。時刻t6 において、(5) が「1」になる
と、点弧信号52によりGTO13をオンの状態にす
る。そのため、GTO10とGTO13により直流回路
が短絡される。時刻t7 において(2) が「4」のとき点
弧信号49と51によりGTO10とGTO12をオン
の状態にする。この時、U相には(6) で示す電流が流れ
る。時刻t8 において、(5) が「1」になると、点弧信
号48によりGTO9をオンの状態にする。そのため、
GTO9とGTO12により直流回路が短絡されU相電
流は零になる。時刻t9 において(2) が「5」のとき点
弧信号50と51によりGTO11とGTO12をオン
の状態にする。この時、U相には(6) で示す電流が流れ
る。時刻t10において、(5) が「1」になると、点弧信
号53によりGTO14をオンの状態にする。そのた
め、GTO11とGTO14により直流回路が短絡され
U相電流は零になる。時刻t11において、(2) が「6」
のとき点弧信号50と52によりGTO11とGTO1
3をオンの状態にする。時刻t12において、(5) が
「1」になると、点弧信号49によりGTO10をオン
の状態にする。そのため、GTO10とGTO13によ
り直流回路が短絡される。変換器5のGTOを以上のよ
うに制御することにより、変換器5のU相には(6) に示
すような電流が流れる。又、V相には(6) に対して12
0°位相の遅れた電流が、W相には(6) に対して240
°位相の遅れた電流が流れる。
【0016】変換器6についても同様な制御が行われ
る。但し、変換器5に対して15°位相の遅れた交流電
流位相基準に従って制御が行われる。(7) は(3) と同一
の正弦関数である。(8) は(4) に対して15°位相の遅
れた三角波である。変換器6のU相には(9) で示す電流
が流れる。同様に、変換器7は変換器5に対して30°
位相の遅れた交流電流位相基準に従って制御が行われ
る。(10)は(3) と同一正弦関数である。(11)は(4) に対
して30°位相の遅れた三角波である。変換器7のU相
には(12)で示す電流が流れる。同様に、変換器8は変換
器5に対して45°位相の遅れた交流電流位相基準に従
って制御が行われる。(13)は(3) と同一の正弦関数であ
る。(14)は(4) に対して45°位相の遅れた三角波であ
る。変換器8のU相には(15)で示す電流が流れる。
【0017】(16)は以上の(6) ,(9) ,(12),(15)の合
計値で、変換器5〜変換器8を合成したU相交流電流で
ある。同様に、V相交流電流は(16)に対して120°位
相の遅れた電流、W相交流電流は(16)に対して240°
位相の遅れた電流、W相交流電流は(16)に対して240
°位相の遅れた電流となる。
【0018】図4は、図示しない本発明の他の実施例に
る制御回路で制御した場合の動作波形図である。図にお
いて、(1) 〜(4) 、(6) 〜(16)は図3の同一記号と同一
である。図4は図3に対して三角波の周波数を増加した
場合である。このように三角波の周波数は任意に選ぶこ
とができる。また、以上の説明では四台の変換器を並列
に運転する場合について説明したが、四台以外の複数台
の変換器についても同様にして並列運転を行うことがで
きる。
【0019】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、交流
端子を共通に接続した複数台の変換器の交流電流を正弦
波状に制御出来るから、特に、多数の変換器を並列に接
続して大容量の電力変換を行う場合に高調波を微小にす
ることが可能となり、多大の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用する電力変換装置の一例を示す主
回路構成図。
【図2】本発明の一実施例を示す制御回路のブロック
図。
【図3】図1の電力変換装置を、図2の制御回路で制御
した場合の動作波形図。
【図4】図1の電力変換装置を、本発明の他の実施例に
よる制御回路で制御した場合の動作波形図。
【図5】図1の電力変換装置を制御する従来の実施例を
示す制御回路のブロック図。
【図6】図1の電力変換装置を、図5の従来の制御回路
で制御した場合の動作波形図。
【符号の説明】
1 ……交流電源 2〜4 ……
コンデンサ 5〜8 ……変換器 9〜23 ……
GTO 33〜40 ……直流リアクトル 41〜44 ……
負荷 45 ……交流電流位相基準 46 ……
比較器 47 ……論理回路 48〜53 ……
点弧信号 54 ……関数発生器 55 ……
三角波発生器 56 ……比較器

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 自己消弧形スイッチング素子をブリッジ
    接続して成るn個の電流形変換器と、前記n個の電流形
    変換器の直流電流を平滑する2n個の直流リアクトルか
    ら構成され、前記n個の電流形変換器の交流端子を共通
    に接続して交流電源に接続し、前記2n個の直流リアク
    トルをそれぞれ前記n個の電流形変換器の正側端子と負
    側端子に直列に接続して成る電力変換装置に於て、前記
    n個の電流形変換器の交流電流の位相基準に従って前記
    n個の電流形変換器の通電状態を制御する倫理回路と、
    前記交流電流の位相基準を60°から120°までの正
    弦関数に変換する関数発生器と、それぞれ異なった位相
    60°期間の整数倍周期の三角波を発生するn個の三
    角波発生器と、前記関数発生器の出力と前記n個の三角
    波発生器の出力をそれぞれ比較するn個の比較器を備
    え、前記n個の比較器の出力に応じて前記n個の電流形
    変換器の同一相の正側アームと負側アームを同時に通電
    する期間を制御することにより、前記n個の電流形変換
    器の交流電流の合成値を正弦波状に制御することを特徴
    とする電力変換装置。
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