JP3323895B2 - 電力変換器の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電力変換器の制御装置
に係り、特に、２つの電力変換器の直流部の電圧変動を
抑制する電力変換器の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、２つの電力変換器の直流部の電圧
変動を抑制する電力変換器の制御装置としては、特開昭
６２−９４１４号公報や特開平３−２４５７９３号公報
に記載されている技術が知られている。前者公報の技術
は、変換器を介して直流側に流れ込む有効電力を検出
し、電圧制御回路からの有効電流指令に、ここで検出し
た有効電力より得られる補償信号を加えて直流電圧変動
を抑制しようとするものであり、また、後者公報の技術
は、インバータの入力平均電流と等価な電流をインバー
タの出力電流から求め、この電流値より得られる補償信
号をコンバータの電流指令値に加えて補正し、直流電圧
変動を抑制しようとするものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の技術におい
て、前者公報の技術は、不平衡電流や不平衡電圧が発生
して正弦波定常状態でなくなった場合、変換器の流入電
力を正確に検出することが困難であり、検出誤差により
制御が安定しない虞がある。また、電力の検出が有効電
力であるため、電力が瞬間的に流入出を繰り返す場合、
制御遅れ等の原因により、電圧変動を抑制することが困
難である。そして、過電圧抑制のために直流電圧を設定
値と比較し、その大小関係によりスイッチング素子を動
作させる場合、素子のスイッチング周波数が変化した
り、電圧が変化した後に処理を行うための遅れにより、
電圧変動が十分に抑制できないなどの問題がある。ま
た、後者公報の技術は、不平衡電流や不平衡電圧が発生
した場合、変換器に流入する電力を正確に検出すること
の配慮がなされていない。

【０００４】本発明の目的は、通常時及び変換器の交流
側に不平衡状態が発生した場合にも、変換器を介して直
流側に流入する電力量を正確に検出し、かつ、的確に処
理し、直流電圧の変動を抑制するに好適な電力変換器の
制御装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、変換器の交流側の三相の電流を検出する電流検出手
段と、交流側の電圧をパルス的に変化する電圧として検
出する電圧検出手段と、前記検出手段により検出した電
流とパルス的に変化する電圧より各相毎の電力の和とし
て当該変換器を介して流れる通過電力を検出する電力検
出手段と、検出した通過電力と同じ電力を他の一方の変
換器を介して流すように変換器の指令を修正する手段と
を設ける。また、変換器の交流側の三相の電流を検出す
る電流検出手段と、変換器の半導体素子を駆動するゲー
ト信号と直流電圧検出値を用いて交流側の電圧をパルス
的に変化する電圧として推定する電圧推定手段と、前記
検出手段により検出した電流と前記推定手段により推定
したパルス的に変化する電圧より各相毎の電力の和とし
て当該変換器を介して流れる通過電力を検出する電力検
出手段と、検出した通過電力と同じ電力を他の一方の変
換器を介して流すように変換器の指令を修正する手段と
を設ける。また、電動機に接続された変換器の交流側の
三相の電流を検出する電流検出手段と、交流側の電圧を
パルス的に変化する電圧として検出する電圧検出手段
と、前記検出手段により検出した電流とパルス的に変化
する電圧より各相毎の電力の和として当該変換器を介し
て流れる通過電力を検出する電力検出手段と、検出した
通過電力と同じ電力を他の一方の変換器を介して流すよ
うに変換器の指令を修正する手段とを設ける。また、直
流と三相の交流に変換する２つの変換器を有し、それぞ
れリアクトルを介して並列に接続した２組の電力変換器
であって、各変換器の交流側の三相の電流を検出する電
流検出手段と、交流とリアクトルの間に接続した誘導性
要素の交流側の電圧をパルス的に変化する電圧として検
出する電圧検出手段と、前記検出手段により検出した電
流とパルス的に変化する電圧より各相毎の電力の和とし
てそれぞれ２つの当該変換器を介して流れる通過電力を
検出する電力検出手段と、検出した通過電力と同じ電力
をそれぞれ２つの他の一方の変換器を介して流すように
それぞれの変換器の指令を修正する手段とを設ける。ま
た、変換器の交流側の三相の電流を検出する電流検出手
段と、交流側の電圧を検出する電圧検出手段と、前記検
出手段により検出した電流と電圧より各相毎の電力の和
として当該変換器を介して流れる通過電力を検出する電
力検出手段と、検出した通過電力と同じ電力を他の一方
の変換器を介して流すように変換器の指令を修正する手
段と、直流回路に接続し、直流電力を処理する電力処理
手段とを設ける。また、変換器の交流側の三相の電流を
検出する電流検出手段と、変換器の半導体素子を駆動す
るゲート信号と直流電圧検出値を用いて交流側の電圧を
推定する電圧推定手段と、前記検出手段により検出した
電流と前記推定手段により推定した電圧より各相毎の電
力の和として当該変換器を介して流れる通過電力を検出
する電力検出手段と、検出した通過電力と同じ電力を他
の一方の変換器を介して流すように変換器の指令を修正
する手段と、直流回路に接続し、直流電力を処理する電
力処理手段とを設ける。また、電動機に接続された変換
器の交流側の三相の電流を検出する電流検出手段と、交
流側の電圧を検出する電圧検出手段と、前記検出手段に
より検出した電流と電圧より各相毎の電力の和として当
該変換器を介して流れる通過電力を検出する電力検出手
段と、検出した通過電力と同じ電力を他の一方の変換器
を介して流すように変換器の指令を修正する手段と、直
流回路に接続し、直流電力を処理する電力処理手段とを
設けることを特徴とする電動機の制御装置。また、直流
と三相の交流に変換する２つの変換器を有し、それぞれ
リアクトルを介して並列に接続した２組の電力変換器で
あって、各変換器の交流側の三相の電流を検出する電流
検出手段と、交流とリアクトルの間に接続した誘導性要
素の交流側の電圧を検出する電圧検出手段と、前記検出
手段により検出した電流と電圧より各相毎の電力の和と
してそれぞれ２つの当該変換器を介して流れる通過電力
を検出する電力検出手段と、検出した通過電力と同じ電
力をそれぞれ２つの他の一方の変換器を介して流すよう
にそれぞれの変換器の指令を修正する手段と、直流回路
に接続し、直流電力を処理する電力処理手段とを設け
る。ここで、電力検出手段は、一方の電力変換器に流入
する瞬時流入電力が他方の電力変換器の処理能力を超え
たとき、処理能力を超える分の電力を電力処理手段によ
り処理する。また、電力検出手段は、一方の電力変換器
に流入する瞬時流入電力と他方の電力変換器が処理でき
る電力の差を検出し、他方の電力変換器の処理可能な電
力を超える分の電力を電力処理手段により処理する。こ
こで、電力処理手段は、直流電力自己消弧型の半導体素
子を有し、この半導体素子の通流率を電力変換器の処理
可能な電力を越える分の電力に応じて変化させる手段を
備え、この通流率に基づいて電力量を処理する。

【０００６】

【作用】本発明は、変換器の交流側の電流と交流側のパ
ルス的に変化する電圧から瞬時通過電力を検出するの
で、通常状態及び三相が不平衡な状態においても正確に
瞬時通過電力を検出でき、この検出値に応じて他の一方
の変換器の変換器制御装置の指令を修正すれば、直流部
の電圧変動を効果的に抑えることができ、直流平滑コン
デンサＣの容量を低減することができる。また、変換器
の交流側のパルス的に変化する電圧をパルス指令と検出
した直流電圧から推定するので、直接交流電圧を検出す
る電圧検出器を用いなくても正確に瞬時通過電力を推定
することができ、小型のシステムでかつ交流電圧の検出
手段を持たないシステムにおいても直流電圧の変動を抑
制することができる。また、巻線型誘導電動機に接続し
た変換器の交流側の電流と交流側のパルス的に変化する
電圧から瞬時通過電力を検出し、この検出値に応じて直
流電圧が変動する前に過剰分の流入電力を負荷で処理す
ることにより、直流電圧の増大を防ぐことができるの
で、変換器に用いるスイッチング素子等の耐圧を通常運
転範囲における変換器の出力電圧から決定される直流電
圧の大きさ程度の小型のものを用いて、交流の不平衡時
にも巻線型誘導電動機を安全に運転することができる。
また、変換器の出力端に電流のバランスをとるためのリ
アクトルを接続し、電力変換器の並列接続を行った場合
に、その共通な位置でパルス的に変化する電圧を検出
し、共通の電圧検出値を用いて変換器の瞬時通過電力を
検出するので、少ない電圧検出手段で複数の並列に接続
した変換器の瞬時通過電力を検出し、直流電圧変動を抑
制することができる。また、変換器が処理できる最大電
力までは変換器制御装置の制御で変換器により交流に出
力し、変換器の仕様上処理できない分の電力を電力処理
手段で処理することにより、変換器の容量が小さい場合
でも直流電圧の変動を抑制することができるので、変換
器や直流平滑コンデンサを小型化することができる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図１は、本発明の一実施例を示す電力変換器の制御
装置である。本実施例において、電力変換器は、三相ブ
リッジ接続したスイッチング素子からなる変換器１と同
一の構成の変換器２の直流部を平滑コンデンサＣを介し
て接続し、交流３から交流４へ、又は交流４から交流３
へ電力を伝送する。変換器１と交流３の間にはトランス
等の磁気結合要素Ｔ１、変換器２と交流４の間にはトラ
ンス等の磁気結合要素Ｔ２を設ける。また、その制御装
置は、三相の電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１を検出する電
流検出器５、三相の電流Ｉｕ２、Ｉｖ２、Ｉｗ２を検出
する電流検出器６、変換器１のゲートドライブ信号１２
を作成する変換器制御装置７、変換器２のゲートドライ
ブ信号１３を作成する変換器制御装置８、変換器１の出
力電圧Ｖｕ１、Ｖｖ１、Ｖｗ１を検出する電圧検出器
９、出力電圧Ｖｕ１、Ｖｖ１、Ｖｗ１と三相の電流Ｉｕ
１、Ｉｖ１、Ｉｗ１から瞬時電力を検出する電力検出装
置１０、及び直流平滑コンデンサＣの両端電圧Ｅｄを検
出し、この電圧が一定になるように指令を作成する直流
電圧制御装置１１からなる。いま、ゲートドライブ信号
１２、１３により変換器１、２が作動すると、交流４か
ら磁気結合要素Ｔ２を介して変換器２に三相の電流Ｉｕ
２、Ｉｖ２、Ｉｗ２が流れ込む。三相の電流は、変換器
２により直流電流Ｉｄに変換され、直流平滑コンデンサ
Ｃを充電すると共に、変換器１に供給される。直流電流
Ｉｄは変換器１に三相の電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１に
変換され、磁気結合要素Ｔ１を介して交流３に出力す
る。このとき、変換器１から出力する三相の電流Ｉｕ
１、Ｉｖ１、Ｉｗ１を電流検出器５により検出し、この
三相の電流と電流指令の誤差を用いて変換器制御装置７
によりゲートドライブ信号１２を作成し、三相の電流Ｉ
ｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１が正弦波電流となるようにパルス
幅変調制御を行う。直流電圧制御装置１１は、直流平滑
コンデンサＣの両端電圧即ち直流電圧Ｅｄを検出し、こ
の電圧が一定になるように動作し、変換器制御装置８に
指令を発する。変換器２に入力する三相の電流Ｉｕ２、
Ｉｖ２、Ｉｗ２を電流検出器６により検出し、変換器制
御装置８は、この三相の電流と直流電圧制御装置１１の
指令を元にゲートドライブ信号１３を作成し、三相の電
流Ｉｕ２、Ｉｖ２、Ｉｗ２が正弦波電流となるようにパ
ルス幅変調制御を行う。ここで、変換器制御装置７及び
８としては、検出した三相の電流と三相の交流電流指令
の誤差を用いた比例積分制御によりパルス幅変調信号を
作成する交流制御や、検出した三相の電流を三相二相変
換により座標変換し、直流量に変換し、直流電流指令と
の誤差を用いた比例積分制御によりパルス幅変調信号を
作成する直流制御などを用いる。一方、変換器１では、
電圧検出器９により変換器１が出力する出力電圧Ｖｕ
１、Ｖｖ１、Ｖｗ１を検出し、これと前記の三相の電流
Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１を用いて電力検出装置１０によ
り変換器１を通過する瞬時電力を検出し、これを変換器
制御装置８への指令ベースの値に変換して出力し、変換
器制御装置８に発する直流電圧制御装置１１の指令に補
正を加える。ここで、検出した電力から前記の電流制御
に用いる電流指令ベースに変換するには、例えば電力を
交流側電圧で除する等の手法を適用する。

【０００８】次に、図２及び図３を用いて電力検出装置
１０の動作を説明する。図２は、本実施例による電流検
出器５及び電圧検出器９により検出される電流と電圧の
波形説明図、図３は、本実施例の電力検出方法よる検出
結果を示すと共に、従来の電力検出方法よる検出結果を
示す通過電力検出説明図である。本実施例においては、
図２に示すように、変換器１出力端において三相の電流
は正弦波状、三相の電圧はパルス状に検出される。それ
ぞれの検出値について、電流をＩｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ
１、電圧をＶｕ１、Ｖｖ１、Ｖｗ１とすると、変換器１
を通過する瞬時電力Ｐは（数１）または（数２）で表さ
れる。

【数１】

【数２】 電力検出装置１０に電流検出器５が検出した変換器１の
三相の電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１と電圧検出器９が検
出した変換器１の電圧Ｖｕ１、Ｖｖ１、Ｖｗ１が入力さ
れると、電力検出装置１０は（数１）または（数２）に
より変換器１を通過する瞬時電力Ｐを演算し、これを変
換器制御装置８への指令ベースの値に変換して出力す
る。ここで、電力検出装置１０は、電圧検出器９により
検出した電圧はパルス的に変化する電圧であり、この検
出したパルス的に変化する電圧から２相間の線間電圧を
演算し、この線間電圧と電流検出器５が検出した三相の
電流とを用いて変換器１を通過する通過電力を検出す
る。直流電圧制御装置１１の指令はこの値により補正さ
れる。なお、本実施例では、電力の検出に交流側の電圧
と交流側の電流を用いているが、変換器１の直流側に電
流検出器を設置し、直流電流Ｉｄを検出し、検出した直
流電圧Ｅｄとを用いて（数３）により瞬時通過電力Ｐを
検出することができる。

【数３】

【０００９】図３には、交流３側に三相不平衡状態（例
えば、一相地絡）が発生した場合に、変換器１を通過す
る電力について示す。ここでは、横軸に時間、縦軸に直
流側から交流側に電力が通過する方向を正とした場合の
通過電力の時間積算値を示し、この微分値が瞬時通過電
力に対応する。図中、Ｐｉｎｖは、実際に変換器１を通
過した電力の時間積算値を示す。Ｐ２ｐは、三相電流を
三相二相変換により直流に変換し、これと変換器制御装
置７の内部の値である二相の直流電圧指令を元にして電
力の推定を行った場合の変換器１を通過した電力の時間
積算値を示し、Ｐ３ｐは、三相電圧指令と三相電流検出
値を元にして電力の推定を行った場合の変換器１を通過
した電力の時間積算値を示す。また、Ｐｐｕｌは、パル
ス的に変化する電圧と三相電流を用いて、（数１）また
は（数２）により推定した場合の変換器１を通過した電
力の時間積算値を示す。Ｐ２ｐ及びＰ３ｐはいずれも従
来の検出方法による検出値であり、図３から明らかなよ
うに、Ｐ２ｐ及びＰ３ｐの検出方法によって通過電力の
時間積算値を求める場合、Ｐｉｎｖインバータ通過電力
として示す実際の通過電力の時間積算値に比し、Ｐ３ｐ
の検出方法による通過電力の時間積算値はａ点から減少
し、また、Ｐ２ｐの検出方法によるそれはさらに大きく
減少する。これは、Ｐ２ｐ及びＰ３ｐの検出方法では変
換器１と磁気結合要素Ｔ１の間にリアクトルを接続し、
変換器１の出力電圧を正弦波電圧に修正した上で、電圧
検出するため、検出遅れが生じることに起因し、変換器
１の動作を正確に捉えていないことを意味する。従っ
て、Ｐ２ｐ及びＰ３ｐによる検出方法では、交流３側に
三相不平衡状態が発生したときに生ずる直流部の電圧変
動を抑えることができない。これに対して、Ｐｐｕｌは
本実施例による検出値であり、図３から明らかなよう
に、Ｐｐｕｌの検出方法によって求める通過電力の時間
積算値は、Ｐｉｎｖインバータ通過電力として示す実際
の通過電力の時間積算値に略等しい。これは、本実施例
では変換器１と磁気結合要素Ｔ１の間にリアクトルを接
続せず、変換器１のパルス的に変化する出力電圧を直接
検出するので、検出遅れがなく、そのため変換器１の動
作を正確に捉えることになる。従って、本実施による例
電力検出装置１０では、通過電力の推定が非常に精度よ
く、実際の通過電力に一致しており、三相不平衡な状態
においても正しい検出値を得ることができる。このよう
に、本実施例では、三相が不平衡な状態においても、非
常に精度よく通過電力を検出できるので、この検出値に
応じて変換器２の変換器制御装置８への指令を修正すれ
ば、直流部の電圧変動を効果的に抑えることができ、直
流平滑コンデンサＣの容量を低減することができる。ま
た、本実施例においては、変換器１に流れ込む瞬時流入
電力を用いて変換器２の指令に修正を加える構成となっ
ているが、変換器１と変換器２の制御装置を全く対象な
構成とし、電力が変換器１側から流れ込んだ場合は変換
器２の指令を修正し、電力が変換器２側から流れ込んだ
場合には変換器１の指令を修正する構成とすれば、交流
３又は交流４のどちらが不平衡な状態になった場合でも
直流部の電圧を一定に保つことができる。なお、以下に
説明する実施例についても、変換器１と変換器２の制御
装置を全く対象な構成とし、交流３又は交流４のどちら
が不平衡な状態になった場合でも直流部の電圧変動を抑
えることができることは、本実施例と同様である。

【００１０】次に、図４は、本発明の他の実施例を示
す。図４において図１と同一符号は同一要素を表す。本
実施例は、スイッチング素子のオン又はオフ、すなわち
スイッチング速度が電流の正弦波周期に比べ十分に速い
場合の構成例であり、変換器１の交流側の電圧Ｖｕ１、
Ｖｖ１、Ｖｗ１を検出する代わりに、スイッチング素子
のパルス指令すなわちゲートドライブ信号１２から得ら
れる三相のスイッチング状態Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗと直流電
圧検出値Ｅｄを用いて出力電圧Ｖｕｅ、Ｖｖｅ、Ｖｗｅ
を推定する電圧推定装置５０を用いる。スイッチング速
度が変換器１の動作周期に比べ十分に速い場合には、ス
イッチングの遅れは無視できるので、スイッチング素子
のパルス指令Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗを用いて電力の検出を行
っても、電力の検出を正確に行うことができる。このよ
うにパルス指令を用いれば、電圧検出器９が不要とな
り、制御装置を小型化することができる。

【００１１】次に、図５は、本発明の他の実施例を示
す。本実施例は図１の実施例による変換器の制御装置の
構成図であり、図１と同一符号は同一部分を表す。本実
施例においては、変換器２が処理できる電力量が電圧不
平衡時に変換器１を介して流入してくる瞬時電力に比べ
て小さく、変換器２の制御のみで電圧変動が抑制できな
い場合の構成を示す。このため、本実施例では、直流部
に設けられた負荷２１とこれに直列に接続したスイッチ
ング素子ＳＷ１を設けると共に、過電圧抑制制御装置２
２を設ける。ここで、負荷２１には一般的には抵抗を用
いるが、電池あるいは電動機等の電力を蓄える要素や電
力を消費する要素を用いることもできる。また、過電圧
抑制制御装置２２は、入力された電力量をスイッチング
素子ＳＷ１の通流率に変換し、この通流率を持つパルス
幅変調信号を出力する。いま、変換器２が処理できる電
力量に比べて大きな瞬時電力が変換器１を介して流入し
たとき、図１と同様にして変換器１を通過する電力を電
力検出装置２０により検出する。電力検出装置２０は、
検出した電力のうち変換器２が処理可能な分は変換器制
御装置８の指令補正量として出力し、これより大きな分
の電力分を過電圧処理制御装置２２に出力する。過電圧
処理制御装置２２からパルス幅変調信号が出力し、一定
間隔毎にスイッチング素子ＳＷ１をオンし、負荷２１に
電力を放出する。ここで、変換器２により処理できる電
力の大きさとしては、あらかじめ設定した一定値を用い
ることができる。本実施例では、変換器２が処理できる
最大電力までは変換器制御装置８の制御により変換器２
から交流４に出力し、変換器２の仕様上処理できない分
の電力を負荷２１で処理することになり、変換器２の容
量が小さい場合でも直流電圧の変動を抑制することがで
きるので、変換器２や直流平滑コンデンサＣを小型化す
ることができる。また、本実施例の電圧検知器９に代え
て図４の電圧推定器５０を用いても同様に機能する。

【００１２】次に、図６は、本発明の他の実施例を示
す。本実施例は図５の実施例による変換器の制御装置の
構成図であり、図５と同一符号は同一部分を表す。本実
施例においては、変換器１側の出力電圧Ｖｕ１、Ｖｖ
１、Ｖｗ１を検出する電圧検出器３０の他に変換器２側
の出力電圧Ｖｕ２、Ｖｖ２、Ｖｗ２を検出する電圧検出
器３１を備え、これらの電圧検出値と変換器１の電流Ｉ
ｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１及び変換器２の電流Ｉｕ２、Ｉｖ
２、Ｉｗ２を電力検出装置３２に入力する。いま、電力
検出装置３２に変換器１側の出力電圧Ｖｕ１、Ｖｖ１、
Ｖｗ１と電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１及び変換器２側の
出力電圧Ｖｕ２、Ｖｖ２、Ｖｗ２と電流Ｉｕ２、Ｉｖ
２、Ｉｗ２が入力されると、電力検出装置３２では、こ
れらの電流と電圧より変換器１の瞬時通過電力Ｐ１と変
換器２の通過電力Ｐ２をそれぞれ（数１）または（数
２）により検出し、Ｐ１の大きさに応じて変換器制御装
置８への指令を修正するとともに、差電力ｄＰ＝Ｐ１−
Ｐ２の大きさに応じてスイッチング素子ＳＷ１の通流率
を決定し、この通流率を持つパルス幅変調信号を出力し
て、一定間隔毎にスイッチング素子ＳＷ１をオンし、負
荷２１に差電力ｄＰを放出する。本実施例では、変換器
制御装置８の制御遅れの影響により直流電圧の変動が発
生することを防ぐことができ、より直流電圧の安定化を
図ることができる。

【００１３】次に、図７は、本発明の他の実施例を示
す。本実施例は図６の実施例による変換器の制御装置の
構成図であり、図６と同一符号は同一部分を表す。本実
施例においては、変換器１及び２はともに同一の交流４
０に接続され、変換器１側では巻線型誘導電動機４１を
介して交流４０に接続する。本実施例では、変換器１の
出力周波数ｆｓ、交流４０の周波数ｆ１とすると、その
差に対応する周波数ｆｒで巻線型誘導電動機４１が回転
する。ここで、周波数ｆ１を可変すると、巻線型誘導電
動機４１の回転速度が可変される。巻線型誘導電動機４
１では、固定子側に印加した電圧の周波数比ｆｓ／ｆ１
に比例した電圧を誘起電圧として回転子側に出力するの
で、ｆｓがｆ１に比べて小さい場合は、変換器１が出力
すべき交流電圧が小さくてもよく、この場合、平滑コン
デンサＣの両端電圧もまた小さくてよいことになる。し
かしながら、交流４０が不平衡状態になると、回転子電
流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１に高周波成分がのり、誘起電
圧が急激に大きくなるため、このような状況では変換器
１の交流出力電圧が不足して、非常に大きな電力が変換
器１を介して平滑コンデンサＣに流れ込むことになる。
本実施例においては、図６に示したのと同様な構成によ
り、このような状況において変換器１を介して流入して
くる電力と変換器２を介して処理した電力の差分の電力
を負荷２１に放出して、直流電圧が変動する前に処理す
るものである。本実施例では、直流電圧変動前に過剰分
の流入電力を負荷２１で処理することにより、直流電圧
の増大を防ぐので、変換器１及び変換器２に用いるスイ
ッチング素子等の耐圧を通常運転範囲における変換器１
の出力電圧から決定される直流電圧の大きさ程度として
も、交流４０の不平衡時に安全に運転することができ
る。

【００１４】次に、図８は、本発明の他の実施例を示
す。本実施例は図１の実施例による変換器の制御装置の
構成図であり、図１もしくは図７と同一符号は同一部分
を表す。本実施例においては、交流４０の不平衡時に流
入する電力は、図７において説明したように、変換器１
の交流出力電圧の不足により巻線型誘導電動機４１を介
して流入することから、変換器１を通過する瞬時電力の
みを検出する構成としたものである。本実施例では、変
換器２の交流側電圧の検出を行わないので、システムを
小型化できる。また、本実施例の電圧検知器９に代えて
図４の電圧推定器５０を用いても同様の機能を発揮す
る。また、本実施例に図５の過電圧抑制制御装置２２を
併用すれば、変換器２の容量が小さい場合でも直流電圧
の変動を抑制することができ、交流の不平衡時にも安全
に巻線型誘導電動機４１を運転することができる。さら
に、本実施例に図６のように変換器２側に電圧検知器３
１を設け、変換器２側の電圧と電流を電力検知器３２に
入力しても同様の機能を発揮する。

【００１５】次に、図９は、本発明の他の実施例を示
す。本実施例は図１の実施例による変換器の制御装置の
構成図であり、図１と同一符号は同一部分を表す。本実
施例においては、変換器１の交流側にリアクトルＬｕ
１、Ｌｖ１、Ｌｗ１を接続する。また、これとは別の変
換器５１の交流側にリアクトルＬｕ２、Ｌｖ２、Ｌｗ２
を接続する。そして、これらのリアクトルの交流側を並
列接続することによって、変換器１と変換器２を並列に
接続する。それぞれの変換器１及び変換器５２に流れる
電流は加算されて磁気結合要素Ｔ１に流れ込む。この場
合、リアクトルＬｕ１、Ｌｖ１、Ｌｗ１及びＬｕ２、Ｌ
ｖ２、Ｌｗ２は、変換器１と変換器５１に流れる電流の
バランスをとる。なお、磁気結合要素Ｔ１は、本実施例
のようなトランスでもよいし、前述の巻線型誘導電動機
４１であってもよい。本実施例においては、変換器５１
に電流制御装置５２と全く同一の構成の電流制御装置５
３を設ける。電流制御装置５２は図１において説明した
電流検出器５、変換器制御装置７及び電力検出装置１０
からなる。電圧検出器９は両リアクトルの交流側の共通
な電圧を検出し、その電圧は、変換器１と変換器５１で
共通の値となるので、電流制御装置５２と電流制御装置
５３の両方の入力として用いる。 電流制御装置５３
は、変換器５１の三相電流と電圧検出器９が検出した共
通な電圧を入力し、図１に説明した電流制御装置５２と
全く同じ動作を行う。本実施例では、変換器を並列に接
続した場合には、共通の位置で電圧を検出することによ
り、変換器個別に電圧検出器を設ける必要がなく、シス
テムの小型化が実現できる。なお、本実施例において、
変換器５１の直流が変換器１の直流と全く独立な場合に
は、他の一方の変換器の指令に独立に補正を加える構成
とすればよいし、また、共通な直流を用いている場合に
は、それぞれで検出した瞬時通過電力の和を用いて、他
の一方の変換器の指令に補正を加えればよい。また、図
４から図８に示した実施例においても、変換器が並列に
接続される場合、同様に共通電圧を用いることができ
る。また、本実施例に図５の過電圧抑制制御装置２２を
併用し、また、本実施例に図６のように変換器２側に電
圧検知器３１を設け、変換器２側の電圧と電流を電力検
知器３２に入力してもそれぞれ同様の機能を発揮する。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
変換器の交流側の電流と交流側のパルス的に変化する電
圧から瞬時通過電力を検出するので、通常状態及び三相
が不平衡な状態においても正確に瞬時通過電力を検出で
き、この検出値に応じて他の一方の変換器の変換器制御
装置の指令を修正すれば、直流部の電圧変動を効果的に
抑えることができ、直流平滑コンデンサＣの容量を低減
する効果がある。また、変換器の交流側のパルス的に変
化する電圧をパルス指令と検出した直流電圧から推定す
るので、直接交流電圧を検出する電圧検出器を用いなく
ても正確に瞬時通過電力を推定することができ、小型の
システムでかつ交流電圧の検出手段を持たないシステム
においても直流電圧の変動を抑制する効果がある。ま
た、巻線型誘導電動機に接続した変換器の交流側の電流
と交流側のパルス的に変化する電圧から瞬時通過電力を
検出し、この検出値に応じて直流電圧が変動する前に過
剰分の流入電力を負荷で処理することにより、直流電圧
の増大を防ぐことができるので、変換器に用いるスイッ
チング素子等の耐圧を通常運転範囲における変換器の出
力電圧から決定される直流電圧の大きさ程度の小型のも
のを用いて、交流の不平衡時にも巻線型誘導電動機を安
全に運転する効果がある。また、変換器の出力端に電流
のバランスをとるためのリアクトルを接続し、電力変換
器の並列接続を行った場合に、その共通な位置でパルス
的に変化する電圧を検出し、共通の電圧検出値を用いて
変換器の瞬時通過電力を検出するので、少ない電圧検出
手段で複数の並列に接続した変換器の瞬時通過電力を検
出し、直流電圧変動を抑制する効果がある。また、変換
器が処理できる最大電力までは変換器制御装置の制御で
変換器により交流に出力し、変換器の仕様上処理できな
い分の電力を電力処理手段で処理することにより、変換
器の容量が小さい場合でも直流電圧の変動を抑制するこ
とができるので、変換器や直流平滑コンデンサを小型化
する効果がある。また、２つの変換器のそれぞれの三相
電流と出力電圧から検出した瞬時通過電力に基づいてそ
れぞれの変換器を制御することによって、変換器制御装
置の制御遅れの影響により直流電圧の変動が発生するこ
とを防ぐことができ、より直流電圧を安定化することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す電力変換器の制御装置

【図２】本発明の一実施例に係わる波形説明図

【図３】本発明の一実施例に係わる通過電力検出説明図

【図４】本発明の他の実施例

【図５】本発明の他の実施例

【図６】本発明の他の実施例

【図７】本発明の他の実施例

【図８】本発明の他の実施例

【図９】本発明の他の実施例

【符号の説明】

１、２、５１ 電力変換器 ５、６ 電流検出器 ３、４、４０ 交流 ９、３０、３１ 電圧検出器 １０、２０、３２ 電力検出装置 ７、８ 変換器制御装置 ２２ 過電圧抑制制御装置 １１ 直流電圧制御装置 ４１ 巻線型誘導電動機 ５０ 電圧推定装置 Ｔ 磁気結合要素

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清藤 康弘 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社日立製作所日立工場内 (72)発明者 本部 光幸 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株式会社日立製作所 日立研究所内 (56)参考文献 特開 平２−261058（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−8168（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−211779（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02M 7/72

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流と三相の交流に変換する２つの変換
   器を接続し、２つの変換器を接続した直流回路に容量性
   の要素と、直流電圧を検出する手段と、直流電圧を所定
   の値とするように少なくとも一方の変換器の指令を作成
   する電圧制御手段と、この指令に基づいて電力変換器の
   パルス幅変調信号を作成する変換器制御手段とを備える
   電力変換器の制御装置において、 変換器の交流側の三相の電流を検出する電流検出手段
   と、交流側の電圧をパルス的に変化する電圧として検出
   する電圧検出手段と、前記検出手段により検出した電流
   とパルス的に変化する電圧より各相毎の電力の和として
   当該変換器を介して流れる通過電力を検出する電力検出
   手段と、検出した通過電力と同じ電力を他の一方の変換
   器を介して流すように変換器の指令を修正する手段とを
   設けることを特徴とする電力変換器の制御装置。
2. 【請求項２】 直流と三相の交流に変換する２つの変換
   器を接続し、２つの変換器を接続した直流回路に容量性
   の要素と、直流電圧を検出する手段と、直流電圧を所定
   の値とするように少なくとも一方の変換器の指令を作成
   する電圧制御手段と、この指令に基づいて電力変換器の
   パルス幅変調信号を作成する変換器制御手段とを備える
   電力変換器の制御装置において、 変換器の交流側の三相の電流を検出する電流検出手段
   と、変換器の半導体素子を駆動するゲート信号と直流電
   圧検出値を用いて交流側の電圧をパルス的に変化する電
   圧として推定する電圧推定手段と、前記検出手段により
   検出した電流と前記推定手段により推定したパルス的に
   変化する電圧より各相毎の電力の和として当該変換器を
   介して流れる通過電力を検出する電力検出手段と、検出
   した通過電力と同じ電力を他の一方の変換器を介して流
   すように変換器の指令を修正する手段とを設けることを
   特徴とする電力変換器の制御装置。
3. 【請求項３】 直流と三相の交流に変換する２つの変換
   器を接続し、２つの変換器を接続した直流回路に容量性
   の要素と、直流電圧を検出する手段と、直流電圧を所定
   の値とするように少なくとも一方の変換器の指令を作成
   する電圧制御手段と、この指令に基づいて電力変換器の
   パルス幅変調信号を作成する変換器制御手段とを備える
   電力変換器の制御装置において、 電動機に接続された変換器の交流側の三相の電流を検出
   する電流検出手段と、交流側の電圧をパルス的に変化す
   る電圧として検出する電圧検出手段と、前記検出手段に
   より検出した電流とパルス的に変化する電圧より各相毎
   の電力の和として当該変換器を介して流れる通過電力を
   検出する電力検出手段と、検出した通過電力と同じ電力
   を他の一方の変換器を介して流すように変換器の指令を
   修正する手段とを設けることを特徴とする電動機の制御
   装置。
4. 【請求項４】 直流と三相の交流に変換する２つの変換
   器を有し、それぞれリアクトルを介して並列に接続した
   ２組の電力変換器であって、それぞれ２つの変換器を接
   続した直流回路に容量性の要素と、直流電圧を検出する
   手段と、直流電圧を所定の値とするように少なくとも一
   方の電力変換器の指令を作成する電圧制御手段と、この
   指令に基づいて電力変換器のパルス幅変調信号を作成す
   る変換器制御手段とを備える電力変換器の制御装置にお
   いて、 各変換器の交流側の三相の電流を検出する電流検出手段
   と、交流とリアクトルの間に接続した誘導性要素の交流
   側の電圧をパルス的に変化する電圧として検出する電圧
   検出手段と、前記検出手段により検出した電流とパルス
   的に変化する電圧より各相毎の電力の和としてそれぞれ
   ２つの当該変換器を介して流れる通過電力を検出する電
   力検出手段と、検出した通過電力と同じ電力をそれぞれ
   ２つの他の一方の変換器を介して流すようにそれぞれの
   変換器の指令を修正する手段とを設けることを特徴とす
   る電力変換器の制御装置。
5. 【請求項５】 直流と三相の交流に変換する２つの変換
   器を接続し、２つの変換器を接続した直流回路に容量性
   の要素と、直流電圧を検出する手段と、直流電圧を所定
   の値とするように少なくとも一方の変換器の指令を作成
   する電圧制御手段と、この指令に基づいて電力変換器の
   パルス幅変調信号を作成する変換器制御手段とを備える
   電力変換器の制御装置において、 変換器の交流側の三相の電流を検出する電流検出手段
   と、交流側の電圧を検出する電圧検出手段と、前記検出
   手段により検出した電流と電圧より各相毎の電力の和と
   して当該変換器を介して流れる通過電力を検出する電力
   検出手段と、検出した通過電力と同じ電力を他の一方の
   変換器を介して流すように変換器の指令を修正する手段
   と、直流回路に接続し、一方の電力変換器に流入する瞬
   時流入電力が他方の電力変換器の処理能力を超えたと
   き、他方の電力変換器の処理能力を超える分の電力を処
   理する電力処理手段とを設けることを特徴とする電力変
   換器の制御装置。
6. 【請求項６】 直流と三相の交流に変換する２つの変換
   器を接続し、２つの変換器を接続した直流回路に容量性
   の要素と、直流電圧を検出する手段と、直流電圧を所定
   の値とするように少なくとも一方の変換器の指令を作成
   する電圧制御手段と、この指令に基づいて電力変換器の
   パルス幅変調信号を作成する変換器制御手段とを備える
   電力変換器の制御装置において、 変換器の交流側の三相の電流を検出する電流検出手段
   と、変換器の半導体素子を駆動するゲート信号と直流電
   圧検出値を用いて交流側の電圧を推定する電圧推定手段
   と、前記検出手段により検出した電流と前記推定手段に
   より推定した電圧より各相毎の電力の和として当該変換
   器を介して流れる通過電力を検出する電力検出手段と、
   検出した通過電力と同じ電力を他の一方の変換器を介し
   て流すように変換器の指令を修正する手段と、直流回路
   に接続し、一方の電力変換器に流入する瞬時流入電力が
   他方の電力変換器の処理能力を超えたとき、他方の電力
   変換器の処理能力を超える分の電力を処理する電力処理
   手段とを設けることを特徴とする電力変換器の制御装
   置。
7. 【請求項７】 直流と三相の交流に変換する２つの変換
   器を接続し、２つの変換器を接続した直流回路に容量性
   の要素と、直流電圧を検出する手段と、直流電圧を所定
   の値とするように少なくとも一方の変換器の指令を作成
   する電圧制御手段と、この指令に基づいて電力変換器の
   パルス幅変調信号を作成する変換器制御手段とを備える
   電力変換器の制御装置において、 電動機に接続された変換器の交流側の三相の電流を検出
   する電流検出手段と、交流側の電圧を検出する電圧検出
   手段と、前記検出手段により検出した電流と電圧より各
   相毎の電力の和として当該変換器を介して流れる通過電
   力を検出する電力検出手段と、検出した通過電力と同じ
   電力を他の一方の変換器を介して流すように変換器の指
   令を修正する手段と、直流回路に接続し、一方の電力変
   換器に流入する瞬時流入電力が他方の電力変換器の処理
   能力を超えたとき、他方の電力変換器の処理能力を超え
   る分の電力を処理する電力処理手段とを設けることを特
   徴とする電動機の制御装置。
8. 【請求項８】 直流と三相の交流に変換する２つの変換
   器を有し、それぞれリアクトルを介して並列に接続した
   ２組の電力変換器であって、それぞれ２つの変換器を接
   続した直流回路に容量性の要素と、直流電圧を検出する
   手段と、直流電圧を所定の値とするように少なくとも一
   方の電力変換器の指令を作成する電圧制御手段と、この
   指令に基づいて電力変換器のパルス幅変調信号を作成す
   る変換器制御手段とを備える電力変換器の制御装置にお
   いて、 各変換器の交流側の三相の電流を検出する電流検出手段
   と、交流とリアクトルの間に接続した誘導性要素の交流
   側の電圧を検出する電圧検出手段と、前記検出手段によ
   り検出した電流と電圧より各相毎の電力の和としてそれ
   ぞれ２つの当該変換器を介して流れる通過電力を検出す
   る電力検出手段と、検出した通過電力と同じ電力をそれ
   ぞれ２つの他の一方の変換器を介して流すようにそれぞ
   れの変換器の指令を修正する手段と、直流回路に接続
   し、一方の電力変換器に流入する瞬時流入電力が他方の
   電力変換器の処理能力を超えたとき、他方の電力変換器
   の処理能力を超える分の電力を処理する電力処理手段と
   を設けることを特徴とする電力変換器の制御装置。
9. 【請求項９】 請求項５、請求項７、請求項８のいずれ
   かにおいて、他方の電力変換器の処理可能な電力を超え
   る分の電力を処理するに際し、電力検出手段が一方の電
   力変換器に流入する瞬時流入電力と他方の電力変換器が
   処理できる電力の差を検出することを特徴とする電力変
   換器の制御装置。
10. 【請求項１０】 請求項５から請求項９において、電力
    処理手段は、直流電力自己消弧型の半導体素子を有し、
    この半導体素子の通流率を電力変換器の処理可能な電力
    を越える分の電力に応じて変化させる手段を備え、この
    通流率に基づいて電力量を処理することを特徴とする電
    力変換器の制御装置。