JP3369921B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力変換装置を構
成する自己消弧形スイッチング素子のスイッチング回数
を必要最低限に押さえることでスイッチングに伴う損失
を最低限におさえながら、出力電圧を正弦波状に制御す
る電力変換装置に関する。
成する自己消弧形スイッチング素子のスイッチング回数
を必要最低限に押さえることでスイッチングに伴う損失
を最低限におさえながら、出力電圧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１１は電力変換装置の主回路構成図で
ある。図１１において電力変換装置は、ＧＴＯ（ＧＴＯ
に限らず自己消弧形素子なら可）とダイオードで構成さ
れた変換器１と、直流電源２とからなる。３〜８は変換
器１を構成するＧＴＯである。
ある。図１１において電力変換装置は、ＧＴＯ（ＧＴＯ
に限らず自己消弧形素子なら可）とダイオードで構成さ
れた変換器１と、直流電源２とからなる。３〜８は変換
器１を構成するＧＴＯである。
【０００３】図１２は図１１に示す電力変換装置を制御
する従来の制御装置の構成図である。図１２において、
図１１と同一の記号は同一の機能を備えたものであり、
その説明は省略する。
する従来の制御装置の構成図である。図１２において、
図１１と同一の記号は同一の機能を備えたものであり、
その説明は省略する。
【０００４】図１２において制御装置は、三相電圧指令
を発生する三相電圧指令発生回路９と、三相電圧指令発
生回路９の電圧が印加される三相−二相変換回路１０
と、三相−二相変換回路１０の出力の二相交流信号を位
相角に変換する位相角算出回路１１と、位相角算出回路
１１の出力を基に０゜から３６０゜に対応した三角波を
発生する三角波発生回路１２と、三相電圧指令発生回路
９の出力と三角波発生回路１２の出力を基に各三相電圧
指令と三角波との交点を検出するクロスポイント検出回
路１３と、クロスポイント検出回路１３の出力により変
換器のＧＴＯをオンオフするゲートパルスを発生するゲ
ートパルス発生回路１４とからなる。
を発生する三相電圧指令発生回路９と、三相電圧指令発
生回路９の電圧が印加される三相−二相変換回路１０
と、三相−二相変換回路１０の出力の二相交流信号を位
相角に変換する位相角算出回路１１と、位相角算出回路
１１の出力を基に０゜から３６０゜に対応した三角波を
発生する三角波発生回路１２と、三相電圧指令発生回路
９の出力と三角波発生回路１２の出力を基に各三相電圧
指令と三角波との交点を検出するクロスポイント検出回
路１３と、クロスポイント検出回路１３の出力により変
換器のＧＴＯをオンオフするゲートパルスを発生するゲ
ートパルス発生回路１４とからなる。
【０００５】図１３は図１２に示す従来の制御装置によ
って制御した場合の作用を説明するための波形図であ
る。以下、図１１、図１２、図１３を参照しながら説明
する。
って制御した場合の作用を説明するための波形図であ
る。以下、図１１、図１２、図１３を参照しながら説明
する。
【０００６】図１３のＶUR，ＶVR，ＶWRは三相電圧指令
発生回路９で発生される相電圧指令である。三相−二相
変換回路１０は下式の演算を行い、相電圧指令ＶUR，Ｖ
VR，ＶWRを直交ＡＢ座標系の二相信号ＶAR，ＶBRに変換
する。ただし、Ａ軸をＵ相方向にとりＢ軸をＡ軸より９
０゜進んだ軸とする。
発生回路９で発生される相電圧指令である。三相−二相
変換回路１０は下式の演算を行い、相電圧指令ＶUR，Ｖ
VR，ＶWRを直交ＡＢ座標系の二相信号ＶAR，ＶBRに変換
する。ただし、Ａ軸をＵ相方向にとりＢ軸をＡ軸より９
０゜進んだ軸とする。
【０００７】
【数１】ＶAR＝ＶUR−（ＶVR＋ＶWR）／２
ＶBR＝（ＶVR−ＶWR）×（√３／２）
位相角検出回路１１は下式の演算を行い、三相→二相変
換回路１０の出力ＶAR，ＶBRから位相角信号ＴＨを算出
する。
換回路１０の出力ＶAR，ＶBRから位相角信号ＴＨを算出
する。
【０００８】
【数２】
ＶBRが正でＶARが（ＶBRの絶対値）より大きいとき
ＴＨ＝ｔａｎ-1（ＶBR／ＶAR）
ＶBRが（ＶARの絶対値）より大きいとき
ＴＨ＝−ｔａｎ-1（ＶAR／ＶBR）＋９０°
ＶARが（ＶBRの絶対値）より小さいとき
ＴＨ＝ｔａｎ-1（ＶBR／ＶAR）＋１８０°
ＶBRが−（ＶARの絶対値）より小さいとき
ＴＨ＝−ｔａｎ-1（ＶAR／ＶBR）＋２７０°
ＶBRが負でＶARが（ＶBRの絶対値）より大きいとき
ＴＨ＝ｔａｎ-1（ＶBR／ＶAR）＋３６０°
この位相角信号ＴＨの波形を図１３に示す。三角波発生
回路１２は下式の演算を行い、位相角信号ＴＨを三角波
信号ＴＲＩに変換する。尚、ここでは４６パルスのスイ
ッチングを行うものとする。
回路１２は下式の演算を行い、位相角信号ＴＨを三角波
信号ＴＲＩに変換する。尚、ここでは４６パルスのスイ
ッチングを行うものとする。
【０００９】
【数３】ＴＨＯ＝ＴＨ×４６−９０゜
ＴＨＯが３６０゜×ｎ（ｎは０以上の整数）より大きく
３６０゜×ｎ＋１８０゜より小さいとき ＴＨＩ＝−１＋（ＴＨＯ−ｎ×３６０゜）／９０゜ ＴＨＯが３６０゜×ｎ（ｎは０以上の整数）＋１８０゜
より大きく、３６０゜×ｎ＋３６０゜より小さいとき ＴＨＩ＝３−（ＴＨＯ−ｎ×３６０゜）／９０゜ ＴＲＩの波形を図１３に示す。ＴＲＩは変換器のＧＴＯ
を制御する三角波信号である。
３６０゜×ｎ＋１８０゜より小さいとき ＴＨＩ＝−１＋（ＴＨＯ−ｎ×３６０゜）／９０゜ ＴＨＯが３６０゜×ｎ（ｎは０以上の整数）＋１８０゜
より大きく、３６０゜×ｎ＋３６０゜より小さいとき ＴＨＩ＝３−（ＴＨＯ−ｎ×３６０゜）／９０゜ ＴＲＩの波形を図１３に示す。ＴＲＩは変換器のＧＴＯ
を制御する三角波信号である。
【００１０】三角波信号ＴＲＩとＵ相電圧指令ＶURをク
ロスポイント検出回路１３で比較し、ＶURがＴＲＩより
小さいときＧＴＯ３をオンし、ＶURがＴＲＩより小さい
ときＧＴＯ６をオンする。同様にして、Ｖ相電圧指令Ｖ
VRとＴＲＩを比較して、ＧＴＯ４，ＧＴＯ７のオンオフ
を決定し、Ｗ相電圧指令ＶWRとＴＲＩを比較して、ＧＴ
Ｏ５，ＧＴＯ８のオンオフを決定する。
ロスポイント検出回路１３で比較し、ＶURがＴＲＩより
小さいときＧＴＯ３をオンし、ＶURがＴＲＩより小さい
ときＧＴＯ６をオンする。同様にして、Ｖ相電圧指令Ｖ
VRとＴＲＩを比較して、ＧＴＯ４，ＧＴＯ７のオンオフ
を決定し、Ｗ相電圧指令ＶWRとＴＲＩを比較して、ＧＴ
Ｏ５，ＧＴＯ８のオンオフを決定する。
【００１１】これにより、Ｕ相には正弦波状の電圧ＶU
が発生する。Ｖ相にはＵ相に対して１２０゜位相の遅れ
た電圧が発生し、Ｕ相とＶ相の線間には電圧ＶUVが発生
する。
が発生する。Ｖ相にはＵ相に対して１２０゜位相の遅れ
た電圧が発生し、Ｕ相とＶ相の線間には電圧ＶUVが発生
する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、変
換器１は正弦波状の電圧を発生するのにともなって、自
己消弧形素子は一周期あたり多数のオンオフを繰り返し
ており、スイッチングに伴う損失が大きく、変換器の効
率が低下する。
換器１は正弦波状の電圧を発生するのにともなって、自
己消弧形素子は一周期あたり多数のオンオフを繰り返し
ており、スイッチングに伴う損失が大きく、変換器の効
率が低下する。
【００１３】そこで、本発明は電力変換器において、自
己消弧形素子のスイッチング回数を必要最低限に押さえ
ながら、発生する電圧が正弦波状になるように変換装置
を制御することを目的とする。
己消弧形素子のスイッチング回数を必要最低限に押さえ
ながら、発生する電圧が正弦波状になるように変換装置
を制御することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の請求項１に係る電力変換装置では、電力
変換装置が出力すべき電圧を表す電圧指令値ベクトルと
実際に出力する電圧を表す電圧実際ベクトルとの誤差を
積分し、その積分値があらかじめ設定された値を超える
とスイッチングを切り替えるようにする。そのときの切
り替えの方法は、電圧誤差積分値が設定境界円を超えた
場合、電圧誤差積分値の進む方向が、積分値の境界設定
円の中心に最も近い方向の出力可能電圧ベクトルを、次
に前記電力変換装置が実際に出力する電圧実際値ベクト
ルとして選択する。
めに、本発明の請求項１に係る電力変換装置では、電力
変換装置が出力すべき電圧を表す電圧指令値ベクトルと
実際に出力する電圧を表す電圧実際ベクトルとの誤差を
積分し、その積分値があらかじめ設定された値を超える
とスイッチングを切り替えるようにする。そのときの切
り替えの方法は、電圧誤差積分値が設定境界円を超えた
場合、電圧誤差積分値の進む方向が、積分値の境界設定
円の中心に最も近い方向の出力可能電圧ベクトルを、次
に前記電力変換装置が実際に出力する電圧実際値ベクト
ルとして選択する。
【００１５】本発明の請求項２に係る電力変換装置で
は、リアクトルもしくは変圧器を介して接続した交流系
統の電圧を検出し、この検出電圧にもとづいて、前記電
力変換装置が出力すべき電圧を表す電圧指令ベクトルを
演算する。この電圧指令値ベクトルと実際に出力する電
圧を表す電圧実際ベクトルとの誤差を積分し、その積分
値があらかじめ設定された値を超えるとスイッチングを
切り替えるようにする。そのときの切り替えの方法は、
電圧誤差積分値が設定境界円を超えた場合、電圧誤差積
分値の進む方向が、積分値の境界設定円の中心に最も近
い方向の出力可能電圧ベクトルを、次に前記電力変換装
置が実際に出力する電圧実際値ベクトルとして選択す
る。
は、リアクトルもしくは変圧器を介して接続した交流系
統の電圧を検出し、この検出電圧にもとづいて、前記電
力変換装置が出力すべき電圧を表す電圧指令ベクトルを
演算する。この電圧指令値ベクトルと実際に出力する電
圧を表す電圧実際ベクトルとの誤差を積分し、その積分
値があらかじめ設定された値を超えるとスイッチングを
切り替えるようにする。そのときの切り替えの方法は、
電圧誤差積分値が設定境界円を超えた場合、電圧誤差積
分値の進む方向が、積分値の境界設定円の中心に最も近
い方向の出力可能電圧ベクトルを、次に前記電力変換装
置が実際に出力する電圧実際値ベクトルとして選択す
る。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施
の形態の構成図である。図１において図１２に示した従
来と同一の構成要素については同一符号を付し説明を省
略する。
て図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施
の形態の構成図である。図１において図１２に示した従
来と同一の構成要素については同一符号を付し説明を省
略する。
【００１７】図１において制御装置は、三相電圧指令を
発生する三相電圧指令発生回路９と、三相電圧指令発生
回路９の電圧が印加される三相−二相変換回路１０と、
電圧誤差積分値の大きさの境界を設定する境界円設定器
２０と、三相−二相変換回路１０の出力の電圧指令ベク
トルと自らの出力である電圧実際値ベクトルの誤差を積
分し、この電圧誤差積分値の大きさと境界円設定器２０
で設定された設定境界円の比較を行い、電圧誤差積分値
の大きさが設定境界円の内側ならそのときの電圧実際値
ベクトルを継続して出力し、電圧誤差積分値の大きさが
設定境界円の外側なら最適スイッチング状態への切替え
を実行し電圧実際値ベクトルとして出力する電圧実際値
ベクトル選択回路２１と、電圧実際値ベクトル選択回路
２１の出力する変換器のスイッチング状態に応じて自己
消弧形素子のオンオフを制御するゲートパルス信号を発
生するゲートパルス発生回路２２とからなる。
発生する三相電圧指令発生回路９と、三相電圧指令発生
回路９の電圧が印加される三相−二相変換回路１０と、
電圧誤差積分値の大きさの境界を設定する境界円設定器
２０と、三相−二相変換回路１０の出力の電圧指令ベク
トルと自らの出力である電圧実際値ベクトルの誤差を積
分し、この電圧誤差積分値の大きさと境界円設定器２０
で設定された設定境界円の比較を行い、電圧誤差積分値
の大きさが設定境界円の内側ならそのときの電圧実際値
ベクトルを継続して出力し、電圧誤差積分値の大きさが
設定境界円の外側なら最適スイッチング状態への切替え
を実行し電圧実際値ベクトルとして出力する電圧実際値
ベクトル選択回路２１と、電圧実際値ベクトル選択回路
２１の出力する変換器のスイッチング状態に応じて自己
消弧形素子のオンオフを制御するゲートパルス信号を発
生するゲートパルス発生回路２２とからなる。
【００１８】次に、図１の制御装置の作用について説明
する。電圧ＶUR，ＶVR，ＶWRは電圧指令発生回路９が出
力する三相電圧指令である。電圧指令ＶUR，ＶVR，ＶWR
は三相−二相変換回路１０において、次式にしたがって
電圧指令ベクトルＶARとＶBRに変換される。ただしＡ軸
をＵ相方向にとり、Ｂ軸をＡ軸より９０゜進んだ軸とす
る。
する。電圧ＶUR，ＶVR，ＶWRは電圧指令発生回路９が出
力する三相電圧指令である。電圧指令ＶUR，ＶVR，ＶWR
は三相−二相変換回路１０において、次式にしたがって
電圧指令ベクトルＶARとＶBRに変換される。ただしＡ軸
をＵ相方向にとり、Ｂ軸をＡ軸より９０゜進んだ軸とす
る。
【００１９】
【数４】ＶAR＝ＶUR−（ＶVR＋ＶWR）／２
ＶBR＝（ＶVR−ＶWR）×（√３／２）
これにより、図２に示す電圧指令ベクトルＶARとＶBRが
決定される。
決定される。
【００２０】図３は単位変換器１台が発生できる出力電
圧を示したもので、Ｖ０からＶ６の７通りのベクトルで
表すことができる。各出力可能ベクトルに対応する自己
消弧形スイッチング素子のスイッチング状態は下記のよ
うになる。
圧を示したもので、Ｖ０からＶ６の７通りのベクトルで
表すことができる。各出力可能ベクトルに対応する自己
消弧形スイッチング素子のスイッチング状態は下記のよ
うになる。
【００２１】
ＧＴＯ３ ＧＴＯ４ ＧＴＯ５ ＳＴＯ６ ＧＴＯ７ ＧＴＯ８
ベクトルＶ０ OFF OFF OFF ON ON ON
または
ON ON ON OFF OFF OFF
ベクトルＶ１ ON OFF OFF OFF ON ON
ベクトルＶ２ ON ON OFF OFF OFF ON
ベクトルＶ３ OFF ON OFF ON OFF ON
ベクトルＶ４ OFF ON ON ON OFF OFF
ベクトルＶ５ OFF OFF ON ON ON OFF
ベクトルＶ６ ON OFF ON OFF ON OFF
図４は電圧実際値ベクトル選択回路２１のブロック図で
ある。三相→二相変換回路１０から出力された電圧指令
ベクトルのＡ軸方向成分ＶAR，Ｂ軸方向成分ＶBRと電圧
実際値ベクトル選択回路２１の出力である電圧ベクトル
（ＶA ，ＶB ）との差を算出し、積分器２３，２４で電
圧誤差積分値（Ａ０，Ｂ０）を下式により演算する。
ある。三相→二相変換回路１０から出力された電圧指令
ベクトルのＡ軸方向成分ＶAR，Ｂ軸方向成分ＶBRと電圧
実際値ベクトル選択回路２１の出力である電圧ベクトル
（ＶA ，ＶB ）との差を算出し、積分器２３，２４で電
圧誤差積分値（Ａ０，Ｂ０）を下式により演算する。
【００２２】
【数５】Ａ０＝∫（ＶAR−ＶA ）ｄｔ
Ｂ０＝∫（ＶBR−ＶB ）ｄｔ
図５は電圧誤差積分値（Ａ０，Ｂ０）の大きさＺと設定
境界円から得られた半径Ｒとの関係を表す図である。ベ
クトル選択回路２５はＺを下式で演算し、Ｒとの大きさ
を比較する。
境界円から得られた半径Ｒとの関係を表す図である。ベ
クトル選択回路２５はＺを下式で演算し、Ｒとの大きさ
を比較する。
【００２３】
【数６】Ｚ＝√（Ａ０2 ＋Ｂ０2 ）
ＺとＲの関係において、ＺがＲより小さければ、電圧誤
差積分値（Ａ０，Ｂ０）は設定境界円の内側に存在し、
現在出力している電圧実際値ベクトル（ＶA ，ＶB ）を
維持する。
差積分値（Ａ０，Ｂ０）は設定境界円の内側に存在し、
現在出力している電圧実際値ベクトル（ＶA ，ＶB ）を
維持する。
【００２４】ＺがＲより大きければ、以下の手順にした
がって電圧実際値ベクトル（ＶA ，ＶB ）の切替えを実
行する。図６は切替え対象ベクトルを示しており、７つ
の出力可能ベクトルの中から、電圧指令ベクトル（ＶA
R，ＶBR）に対して近い順に３つの電圧ベクトルを選択
する。ここで、電圧指令ベクトル（ＶAR，ＶBR）が図６
に示した点にあるとすると、電圧ベクトルＶ０，Ｖ１，
Ｖ２が選択される。
がって電圧実際値ベクトル（ＶA ，ＶB ）の切替えを実
行する。図６は切替え対象ベクトルを示しており、７つ
の出力可能ベクトルの中から、電圧指令ベクトル（ＶA
R，ＶBR）に対して近い順に３つの電圧ベクトルを選択
する。ここで、電圧指令ベクトル（ＶAR，ＶBR）が図６
に示した点にあるとすると、電圧ベクトルＶ０，Ｖ１，
Ｖ２が選択される。
【００２５】図７は電圧誤差積分値（Ａ０，Ｂ０）が設
定境界円上にある状態、つまり切り替えを行うべき状態
にあることを表す。前記３つの選択された電圧ベクトル
をベクトル選択回路２５の出力と仮定し、 電圧誤差積
分値（Ａ０，Ｂ０）からそれぞれの電圧ベクトルが進む
方向ベクトルΔＶが、電圧誤差積分値（Ａ０，Ｂ０）か
ら設定境界円の中心方向へのベクトルΔＶ０にもっとも
近い電圧ベクトルを次の電圧実際値ベクトルとして出力
する。つまり、選択された３つの電圧ベクトルの中から
更に電圧誤差積分値を一番小さくするものを選択して電
圧実際値ベクトルとする。
定境界円上にある状態、つまり切り替えを行うべき状態
にあることを表す。前記３つの選択された電圧ベクトル
をベクトル選択回路２５の出力と仮定し、 電圧誤差積
分値（Ａ０，Ｂ０）からそれぞれの電圧ベクトルが進む
方向ベクトルΔＶが、電圧誤差積分値（Ａ０，Ｂ０）か
ら設定境界円の中心方向へのベクトルΔＶ０にもっとも
近い電圧ベクトルを次の電圧実際値ベクトルとして出力
する。つまり、選択された３つの電圧ベクトルの中から
更に電圧誤差積分値を一番小さくするものを選択して電
圧実際値ベクトルとする。
【００２６】ここで電圧実際値ベクトル演算の一例を示
す。電圧誤差積分値（Ａ０，Ｂ０）からそれぞれの電圧
ベクトルが進む方向ベクトルΔＶと設定境界円の中心へ
の方向ベクトルΔＶ０とのなす角δはベクトルの内積を
下式を用いて計算する。
す。電圧誤差積分値（Ａ０，Ｂ０）からそれぞれの電圧
ベクトルが進む方向ベクトルΔＶと設定境界円の中心へ
の方向ベクトルΔＶ０とのなす角δはベクトルの内積を
下式を用いて計算する。
【００２７】
【数７】
ｃｏｓδ＝ΔＶ・ΔＶ０／｜ΔＶ｜・｜ΔＶ０｜
そして、３つの電圧ベクトルのなかでｃｏｓδがもっと
も大きな値を持つ電圧ベクトルを電圧実際値ベクトルＶ
A ，ＶB と決定し、電圧実際値ベクトル選択回路２１の
出力とする。
も大きな値を持つ電圧ベクトルを電圧実際値ベクトルＶ
A ，ＶB と決定し、電圧実際値ベクトル選択回路２１の
出力とする。
【００２８】ゲートパルス発生装置２２は、電圧実際値
ベクトル選択回路２１によって出力された電圧実際値ベ
クトルにしたがい各自己消弧形素子をオンオフさせる。
図８は以上説明した本発明の第１の実施の形態の動作波
形を表した図であり、上から順に、電圧誤差積分Ａ０，
電圧誤差積分Ｂ０，電圧誤差積分値の大きさＺ，変換器
Ｕ相出力電圧ＶU ，ＵＶ相線間電圧ＶUVを示している。
ここでは、設定境界円の半径Ｒは、０．８である。従来
の図１３と比較すると同程度のスイッチング回数で、格
段に正弦波に近くなっていることが分かる。
ベクトル選択回路２１によって出力された電圧実際値ベ
クトルにしたがい各自己消弧形素子をオンオフさせる。
図８は以上説明した本発明の第１の実施の形態の動作波
形を表した図であり、上から順に、電圧誤差積分Ａ０，
電圧誤差積分Ｂ０，電圧誤差積分値の大きさＺ，変換器
Ｕ相出力電圧ＶU ，ＵＶ相線間電圧ＶUVを示している。
ここでは、設定境界円の半径Ｒは、０．８である。従来
の図１３と比較すると同程度のスイッチング回数で、格
段に正弦波に近くなっていることが分かる。
【００２９】また、この設定境界円の半径Ｒは変更可能
で、半径Ｒを大きくするとスイッチング回数は少なくな
るが波形の歪みが大きくなり、半径Ｒを小さくするとス
イッチング回数は多くなるが波形の歪みは小さくなる。
よって、同程度の波形を得る場合は、少ないスイッチン
グ回数で得ることができる。
で、半径Ｒを大きくするとスイッチング回数は少なくな
るが波形の歪みが大きくなり、半径Ｒを小さくするとス
イッチング回数は多くなるが波形の歪みは小さくなる。
よって、同程度の波形を得る場合は、少ないスイッチン
グ回数で得ることができる。
【００３０】このように、本発明の第１の実施の形態に
よれば、必要最低限のスイッチング動作で電圧を正弦波
状にすることができ、スイッチング損失を低減した高効
率な電力変換器を実現できる。
よれば、必要最低限のスイッチング動作で電圧を正弦波
状にすることができ、スイッチング損失を低減した高効
率な電力変換器を実現できる。
【００３１】次に本発明の第２の実施の形態について説
明する。図９は本発明の第２の実施の形態の構成図であ
る。図１に示した第１の実施の形態と同一要素には同一
符号を付し説明を省略する。
明する。図９は本発明の第２の実施の形態の構成図であ
る。図１に示した第１の実施の形態と同一要素には同一
符号を付し説明を省略する。
【００３２】以下、電圧指令ベクトル演算回路及びそれ
に付随した系統電圧検出回路について説明する。図９の
変換器１は変圧器３０（またはリアクトル）により系統
電圧と接続される。系統電圧検出回路３１で検出された
系統電圧と変換器の出力電流を所定の値に制御する電流
制御回路３２の出力は電圧指令ベクトル演算回路３３に
送られ、変換器が出力すべき電圧を決定するための電圧
指令ベクトルの演算を実行する。
に付随した系統電圧検出回路について説明する。図９の
変換器１は変圧器３０（またはリアクトル）により系統
電圧と接続される。系統電圧検出回路３１で検出された
系統電圧と変換器の出力電流を所定の値に制御する電流
制御回路３２の出力は電圧指令ベクトル演算回路３３に
送られ、変換器が出力すべき電圧を決定するための電圧
指令ベクトルの演算を実行する。
【００３３】図１０は電圧指令ベクトル演算回路３３の
ブロック図である。系統電圧検出回路３１で検出した交
流系統の線間電圧ＶUVL ，ＶVWL ，ＶWULは線間−相変
換回路３４によって相電圧ＶUL，ＶVL，ＶWLに変換され
る。
ブロック図である。系統電圧検出回路３１で検出した交
流系統の線間電圧ＶUVL ，ＶVWL ，ＶWULは線間−相変
換回路３４によって相電圧ＶUL，ＶVL，ＶWLに変換され
る。
【００３４】
【数８】ＶUL＝２（ＶUVL −ＶVWL ）／３
ＶVL＝２（ＶVWL −ＶWUL ）／３
ＶWL＝２（ＶWUL −ＶUVL ）／３
さらに、相電圧ＶUL，ＶVL，ＶWLは三相−二相変換回路
３５において、次式にしたがってＶALとＶBLに変換され
る。
３５において、次式にしたがってＶALとＶBLに変換され
る。
【００３５】
【数９】ＶAL＝ＶUL−（ＶVL＋ＶWL）／２
ＶBL＝（ＶVL−ＶWL）×（２／√３）
三相−二相変換回路３５の出力ＶAL，ＶBLと電流制御回
路３２の出力ＶAC，ＶBCは加算器３６，３７において次
式にしたがって加算され、電圧指令値ベクトルのＡ，Ｂ
軸方向成分ＶAR，ＶBRが算出される。
路３２の出力ＶAC，ＶBCは加算器３６，３７において次
式にしたがって加算され、電圧指令値ベクトルのＡ，Ｂ
軸方向成分ＶAR，ＶBRが算出される。
【００３６】
【数１０】ＶAR＝ＶAL＋ＶAC
ＶBR＝ＶBL＋ＶBC
このようにして求められた電圧指令値ベクトルを用い、
第１の実施の形態と同様にして制御を行うことにより、
電流制御が可能となり、スイッチング損失を低減した高
効率な電力変換器で指令に応じた電流を得ることができ
る。
第１の実施の形態と同様にして制御を行うことにより、
電流制御が可能となり、スイッチング損失を低減した高
効率な電力変換器で指令に応じた電流を得ることができ
る。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
自己消弧形素子による余分なスイッチングがなくなり、
必要最低限のスイッチングで高効率な電力変換器を実現
することができる。また変換器の出力交流電圧のピーク
値はほとんど直流電圧まで使用することができ、電圧利
用率を向上することができる。
自己消弧形素子による余分なスイッチングがなくなり、
必要最低限のスイッチングで高効率な電力変換器を実現
することができる。また変換器の出力交流電圧のピーク
値はほとんど直流電圧まで使用することができ、電圧利
用率を向上することができる。
【図１】 本発明の第１の実施の形態の電力変換装置の
ブロック図。
ブロック図。
【図２】 電圧指令値ベクトルを表す図。
【図３】 単位変換器が発生できる電圧ベクトルを表す
図。
図。
【図４】 電圧実際値ベクトル選択回路のブロック図。
【図５】 電圧誤差積分値の大きさと設定境界円の関係
を表す図。
を表す図。
【図６】 電圧実際値ベクトル選択回路の切替え対象ベ
クトルを表す図。
クトルを表す図。
【図７】 電圧実際値ベクトルの選択を説明する図。
【図８】 本発明の第１の実施の形態の動作波形図。
【図９】 本発明の第２の実施の形態の電力変換装置の
ブロック図。
ブロック図。
【図１０】 電圧指令ベクトル演算回路のブロック図。
【図１１】 電力変換器の主回路構成図。
【図１２】 従来の制御装置の構成図。
【図１３】 従来の電力変換装置の動作波形図。
１・・・・・変換器
２・・・・・直流電源
３〜８・・・自己消弧形素子
９・・・・・電圧指令発生回路
１０，３５・三相／二相変換回路
２０・・・・境界円設定器
２１・・・・電圧実際値ベクトル選択回路
２２・・・・ゲートパルス発生回路
２３，２４・積分器
２５・・・・ベクトル選択回路
３０・・・・変圧器
３１・・・・系統電圧検出回路
３２・・・・電流制御回路
３３・・・・電圧指令ベクトル演算回路
３４・・・・線間／相変換回路
３６，３７・加算器
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 中沢 洋介
東京都府中市東芝町１番地 株式会社東
芝 府中工場内
(72)発明者 金井 丈雄
東京都府中市東芝町１番地 株式会社東
芝 府中工場内
(72)発明者 影山 隆久
東京都府中市東芝町１番地 株式会社東
芝 府中工場内
(56)参考文献 特開 平９−215398（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−87748（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−182439（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−135598（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02M 7/48
H02M 7/515
H02P 21/00
Claims (2)
- 【請求項１】 自己消弧形スイッチング素子をブリッジ
接続して成り、直流を交流に変換する電力変換装置にお
いて、 前記電力変換装置が出力すべき電圧を表す電圧指令値ベ
クトルを発生する手段と、 前記電力変換装置が出力できる出力可能電圧ベクトルの
始点を原点にとり、前記出力可能電圧ベクトルの終点で
各ベクトルを表現した平面上で、前記電力変換装置が実
際に出力する電圧を表す電圧実際ベクトルと前記電圧指
令値ベクトルの誤差を積分し、その積分値の大きさが前
記平面の原点を中心とした設定境界円の内側である場合
はそのときの電圧実際値ベクトルを継続して出力し、前
記積分値が前記設定境界円の外側である場合は、電圧誤
差積分の進む方向が積分値の前記設定境界円の中心にも
っとも近い方向の前記出力可能電圧ベクトルを、前記電
力変換装置が実際に出力する電圧を表す電圧実際値ベク
トルとして選択する手段と、前記 電圧実際値ベクトルにもとづいて、前記自己消弧形
スイッチング素子のオンオフ指令を演算する手段を備え
たことを特徴とする電力変換装置。 - 【請求項２】 自己消弧形スイッチング素子をブリッジ
接続して成り、直流を交流に変換する電力変換装置にお
いて、 リアクトルもしくは変圧器を介して接続した交流系統の
電圧を検出し、この検出電圧にもとづいて、前記電力変
換装置が出力すべき電圧を表す電圧指令ベクトルを演算
する手段と、 前記電力変換装置が出力できる出力可能電圧ベクトルの
始点を原点にとり、前記出力可能電圧ベクトルの終点で
各ベクトルを表現した平面上で、前記電力変換装置が実
際に出力する電圧を表す電圧実際ベクトルと前記電圧指
令値ベクトルの誤差を積分し、その積分値の大きさが前
記平面の原点を中心とした設定境界円の内側である場合
はそのときの電圧実際値ベクトルを継続して出力し、前
記積分値が前記設定境界円の外側である場合は、電圧誤
差積分の進む方向が積分値の前記設定境界円の中心にも
っとも近い方向の前記出力可能電圧ベクトルを、前記電
力変換装置が実際に出力する電圧を表す電圧実際値ベク
トルとして選択する手段と、前記 電圧実際値ベクトルにもとづいて、前記自己消弧形
スイッチング素子のオンオフ指令を演算する手段を備え
たことを特徴とする電力変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24069497A JP3369921B2 (ja) | 1997-09-05 | 1997-09-05 | 電力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24069497A JP3369921B2 (ja) | 1997-09-05 | 1997-09-05 | 電力変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1189244A JPH1189244A (ja) | 1999-03-30 |
| JP3369921B2 true JP3369921B2 (ja) | 2003-01-20 |
Family
ID=17063318
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24069497A Expired - Fee Related JP3369921B2 (ja) | 1997-09-05 | 1997-09-05 | 電力変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3369921B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3346569A4 (en) | 2015-09-03 | 2019-01-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | DEVICE AND METHOD FOR VOLTAGE FLUCTUATION SUPPRESSION |
| DE112021006077T5 (de) | 2020-11-20 | 2023-08-31 | Mitsubishi Electric Corporation | Energie-umwandlungseinrichtung |
-
1997
- 1997-09-05 JP JP24069497A patent/JP3369921B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1189244A (ja) | 1999-03-30 |
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