JP3463164B2 - 偏磁抑制制御装置を備えた電力変換装置 - Google Patents

偏磁抑制制御装置を備えた電力変換装置

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JP3463164B2 JP2000045113A JP2000045113A JP3463164B2 JP 3463164 B2 JP3463164 B2 JP 3463164B2 JP 2000045113 A JP2000045113 A JP 2000045113A JP 2000045113 A JP2000045113 A JP 2000045113A JP 3463164 B2 JP3463164 B2 JP 3463164B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、変圧器を介して交
流電源や負荷と接続された電力変換器の制御方式に係
り、特に、変圧器の偏磁抑制制御装置を備えた電力変換
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】変圧器の偏磁を抑制する従来技術として
は、変換器出力電圧の直流成分を検出して電圧指令値を
補正する方法がある。また、直流成分を検出する方法と
しては、出力電流の検出値を積分する手法がある。この
時、検出器のドリフトにより電流検出値に直流偏差があ
ると、補正値は直流成分を積分することにより偏差を持
つ。そこで、検出器の直流偏差による影響を低減する方
法として、特開平6−62583号公報に記載されてい
るように、変圧器の一次側と二次側から電流を検出し、
その差分から変圧器の励磁電流を演算し、PWMパルス
の正負符号が変わる直前のパルスの期間について該励磁
電流を積分し、この値を用いて電圧指令を補正する方法
がある。検出電流のある期間のみを積分するため、直流
偏差の影響が低減できる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
6−62583号公報に記載の方法では、励磁電流検出
のためにトランス一次及び二次側の電流検出器が必要に
なる。また、この方法では、積分を行うタイミングを決
める際、電力変換器へのゲートパルスを用いるため、該
積分を行うのに最適であると考えられる励磁電流が最大
となるタイミングと積分期間が必ずしも一致せず、効果
的とは言えない。
【0004】本発明の課題は、構成が簡単であり、偏磁
による突入電流に対する感度が高く、かつ、電流検出値
のドリフトによる直流偏差の影響が小さい偏磁抑制制御
装置を備えた電力変換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】上記課題を解決するた
め、変圧器一次側もしくは二次側の電流を検出する電
流検出部と、順変換器の入力電圧あるいは逆変換器の出
力電圧を制御する交流電圧指令を基に変圧器の励磁電流
最大の位相を求め、該最大位相を中心とした所定幅のパ
ルスを発生するパルス発生部と、該パルスが発生してい
期間のみ前記検出電流を積分し、電圧指令補正値とし
て出力する電圧指令補正値演算部と、電圧指令補正値に
応じて交流電圧指令を補正する電圧指令補正部を設け
る。ここで、検出電流を積分する期間に、交流相電圧指
令値のゼロクロス時点もしくはゼロクロスから+π/6
もしくは−π/6位相進んだ時点の少なくともいずれか
一つを含む。ここで、検出電流を積分する際、ある期間
の積分終値を次回積分期間の初期値として用い、電圧指
令補正値を生成する。ここで、電圧指令補正値を演算し
たあと、交流電圧指令の半周期後に電圧指令補正値を用
いて交流電圧指令を補正する。ここで、電圧指令補正値
を演算するために検出電流を積分する際、交流電圧指令
の半周期毎に積分器を初期化して得られる積分値と、積
分終値を次回積分期間の初期値として得られる積分値の
加減算によって電圧指令補正値を生成する。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。図1は、本発明の第一の実施形態によ
る変圧器の偏磁抑制制御装置を備えた電力変換装置の構
成を示す。図1において、電源1からの三相交流電圧を
コンバータ2で直流電圧に変換し、直流電圧を平滑する
平滑コンデンサ3を設け、インバータ4により直流電圧
を任意の周波数の三相交流電圧に変換し、変圧器6によ
って交流電圧の大きさを変え、誘導電動機7に入力す
る。インバータ制御部20の電圧指令値演算部11では
電流検出部5によって検出した電流を用い、例えば速度
センサレスベクトル制御法に基づいて電圧指令を演算す
る。変圧器の偏磁現象とそれによる励磁電流の増加につ
いて、以下に説明する。インバータ4からの交流電圧が
変圧器6の一次コイルに入力されると、変圧器内に磁束
が発生する。この磁束により変圧器6の二次コイルに誘
起電圧が生じる。この時、変圧器6の磁束は一次電圧を
積分した形で生じる。このため、インバータ交流出力電
圧に直流成分が含まれた場合、変圧器の磁束は直流成分
の積分によって正負どちらかに偏る(直流偏磁)。ま
た、変圧器6の鉄芯の磁化特性により、磁束が鉄芯の飽
和領域に近付くにつれ、変圧器6に磁束を発生させるた
めの電流(励磁電流)は、磁束の増加率よりも大きい割
合で増加し、磁束がある値(飽和点)を越えたあたりか
らは非常に大きな励磁電流(突入電流)が流れる。この
結果、インバータの過電流トリップや素子の破壊が生じ
る恐れがある。
【0007】そこで、本実施形態では、励磁電流が最大
となる期間を予見し、その期間のみ検出電流を積分して
得られた結果を用いて電圧指令値に補正を加える。図2
は、図1で示したパルス生成部12、電圧指令補正値
部13及び電圧指令補正部14の一詳細例を示す。パ
ルス生成部12では、検出電流と速度指令値から演算し
た電圧指令値v*を入力とし、電圧指令のゼロクロスを
基準にして励磁電流が最大となる位相を求め、これを中
心とした所定の幅のパルスを生成する。電圧指令補正値
演算部13では、生成パルスで示された期間中、検出電
流を積分し、これにゲインKIを乗じて電圧指令補正値
を演算する。電圧指令補正部14では、電圧指令値演算
部11で演算した電圧指令に対し、電圧指令補正値演算
部13で演算した電圧指令補正値を加減することによ
り、インバータの電圧指令値v**を演算する。
【0008】図3は、図1で示したパルス生成部12、
電圧指令補正値演算部13及び電圧指令補正部14の他
の詳細例を示す。図2と共通な部分についての説明は省
き、図2と異なる部分についてのみ説明する。図3で
は、初期化信号生成部31において、電圧指令v*を基
に電圧指令補正値演算部13において積分器を初期化す
るタイミング信号を生成する。電圧指令補正値演算部1
3では、2つの積分器を設け、初期化を行わない積分値
(図3中(A)と表示)と初期化を行った積分値(図3
中(B)と表示)の差(図3中(C)と表示)を演算
し、電圧指令補正値とする。初期化を行うタイミング
は、例えば、電圧指令v*の半周期毎とする。
【0009】次に、図4を用いて、図2と図3のパルス
生成部12及び電圧指令補正値演算部13の出力の一例
を示し、本実施形態による偏磁抑制効果を説明する。図
4(1)は電圧指令及び励磁電流を示す。図4(1)で
は電圧指令に正の直流成分が乗ることによる正の直流偏
磁によって正の突入電流が生じている場合を示す。図4
(2)はパルス生成部12の出力を示す。パルス生成部
12の出力は例えば電圧指令のゼロクロス時点(図4
(1))を中心にある幅で生成する。これは励磁電流
(図4(1))が最大となるタイミングに合わせるため
であり、本実施形態では、インバータの出力電圧が相電
圧相当で、変圧器の1次側の結線がスター結線である場
合の例である。本実施形態では、パルス生成部12の出
力パルスの中心は変圧器の結線に応じてタイミングを変
えて設定する。例えば、変圧器一次側がΔ結線であれ
ば、電圧指令のゼロクロス時点に対し、+π/6位相も
しくは−π/6位相が進んだ時点をパルスの中心にとれ
ばよい。図4(3)は、図4(2)のタイミングで検出
電流を積分した場合の結果である。これは、図2の積分
出力や図3中の(A)に相当する。図2ではこの値を電
圧指令補正値として電圧指令から差し引く。図4(4)
は、電圧指令の半周期毎に積分器の初期化を行った場合
の出力である(図3中の(B)に相当)。図4(5)
は、図4(4)と図4(3)の差をとった結果である。
図3ではこの値を電圧指令補正値として電圧指令に加え
る。これより、図2では、図4(3)を電圧指令補正値
として電圧指令値(図4(1))から差し引くことで、
磁束を負の向きに変化させ、正の突入電流を抑制する。
この手法は励磁電流が最大となるタイミングで突入電流
を検出し、その大きさ、符号に応じて電圧指令を補正す
るため、突入電流の抑制感度が高い。図4(2)におい
て、偏磁を生じさせる正の電圧指令値に対する補正値
と、偏磁に関係のない負の電圧指令値に対する補正値を
比較すると、前者の補正値の方が後者に比べて小さい。
これは、突入電流から演算した電圧指令補正値が半周期
遅れて用いられるためである。そこで、図3では、図4
(4)のように、電圧指令が正の時(励磁突流を発生さ
せる)の電圧指令補正値が電圧指令が負の時(励磁突流
に関係なし)の補正値より大きくなっているため、図2
(図4(2))に比べてより効率良く突入電流の抑制を
行うことができる。
【0010】なお、図2において、図4(2)の電圧指
令補正値をさらに半周期遅らせてその半周期後に電圧指
令の補正に用いてもよい。この場合も図2と同等の効果
を得ることができる。また、パルス生成部12の出力パ
ルス幅は、狭い程検出電流の直流偏差の影響を低減する
ことができる。ただし、そのためには、励磁電流が最大
となるタイミングの推定精度が高いことが必要である。
本実施形態では、交流電圧指令値を基に励磁電流が最大
となるタイミングを推定するため、推定精度が高く、パ
ルス生成部12の出力幅(図4(2))を狭くするがで
き、それによって検出電流の直流偏差の影響を低減でき
る。また、本実施形態では、突入電流に着目しているた
め、励磁電流の検出を必要としない。このため、変圧器
の一次、二次両側での電流検出器を必要せず、装置構成
が簡単となる。
【0011】本実施形態では、インバータと電動機の間
に設置された変圧器について述べたが、本発明は、変圧
器が電源とコンバータ間に設置された場合についても適
用できる。図5に、変圧器が電源とコンバータ間に設置
された本発明の他の実施形態を示し、図1と異なる部分
についてのみ説明する。図5では、変圧器6の2次側の
電流を検出し、コンバータ制御部21を用いて電圧指令
で制御されるコンバータ(例えば、PWMコンバータ1
02)の電圧指令を補正する。この際、パルス生成部1
2、電圧指令補正値演算部13、電圧指令補正部14は
インバータ、誘導電動機間にある場合と同じ構成で使用
することができ、補正定数、タイミングの数値を条件に
応じて変えればよい。
【0012】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
偏磁によって突入電流が発生する位相を予見し、その期
間の電流(突入電流)を積分し、電圧指令を補正するた
め、突入突流に対して高感度であり、かつ、電流検出器
のドリフトによる直流偏差の影響なしに偏磁抑制制御を
行うことができる。また、その際、用いる電流は一次側
もしくは二次側電流のどちらか一方のみを検出すれば十
分であることから、装置構成を簡単化することがで
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による変圧器の偏磁抑制制
御装置を備えた電力変換装置の構成図
【図2】図1におけるパルス生成部、電圧指令補正値生
成部及び電圧指令補正部の一詳細構成図
【図3】図1におけるパルス生成部、電圧指令補正値生
成部及び電圧指令補正部の他の詳細構成図
【図4】本発明のパルス生成部及び電圧指令補正値演算
器の出力の一例を示した図
【図5】変圧器が電源とコンバータ間に設置された本発
明の他の実施形態
【符号の説明】 1…電源、2…コンバータ、3…平滑コンデンサ、4…
インバータ、5…電流検出部、6…変圧器、7…誘導電
動機、11…電圧指令値演算部、12…パルス生成部、
13…電圧指令補正値演算部、14…電圧指令値補正
部、20…インバータ制御部、21…コンバータ制御
部、31…初期化信号生成部、102…PWMコンバー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡松 茂俊 茨城県日立市大みか町五丁目2番1号 株式会社日立製作所 大みか事業所内 (72)発明者 国井 啓次 茨城県日立市大みか町五丁目2番1号 株式会社日立製作所 大みか事業所内 (56)参考文献 特開 平10−229682(JP,A) 特開 平8−202461(JP,A) 特開 平5−146166(JP,A) 特開 平6−62583(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 7/537 H02M 7/12

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 変圧器と接続される順変換器及び逆変換
    器の少なくともいずれか一方の変換器と、前記変換器の
    交流入出力電圧を演算する偏磁抑制制御装置とを備えた
    電力変換装置において、前記 変圧器一次側もしくは二次側の電流を検出する電
    流検出部と、前記順変換器の入力電圧あるいは前記逆変換器の出力電
    圧を制御する 交流電圧指令を基に前記変圧器の励磁電流
    最大の位相を求め、該最大位相を中心とした所定幅のパ
    ルスを発生するパルス発生部と、 該パルスが発生している期間のみ前記検出電流を積分
    し、電圧指令補正値として出力する電圧指令補正値演算
    部と、 前記電圧指令補正値に応じて前記交流電圧指令を補正す
    る電圧指令補正部を設けることを特徴とする偏磁抑制制
    御装置を備えた電力変換装置
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記検出電流を積分
    する期間に、交流相電圧指令値のゼロクロス時点もしく
    はゼロクロスから+π/6もしくは−π/6位相進んだ
    時点の少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする
    偏磁抑制制御装置を備えた電力変換装置
  3. 【請求項3】 請求項1または請求項2において、前記
    検出電流を積分する際、ある期間の積分終値を次回積分
    期間の初期値として用い、前記電圧指令補正値を生成す
    ることを特徴とする偏磁抑制制御装置。
  4. 【請求項4】 請求項3において、前記電圧指令補正値
    を演算したあと、前記交流電圧指令の半周期後に該電圧
    指令補正値を用いて前記交流電圧指令を補正することを
    特徴とする偏磁抑制制御装置を備えた電力変換装置
  5. 【請求項5】 請求項1または請求項2において、前記
    電圧指令補正値を演算するために前記検出電流を積分す
    る際、前記交流電圧指令の半周期毎に積分器を初期化し
    て得られる積分値と、積分終値を次回積分期間の初期値
    として得られる積分値の加減算によって前記電圧指令補
    正値を生成することを特徴とする偏磁抑制制御装置を備
    えた電力変換装置
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JP5753035B2 (ja) * 2011-09-07 2015-07-22 東芝三菱電機産業システム株式会社 インバータ装置及び当該装置用入力変圧器の突入電流低減方法

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