JP3551728B2

JP3551728B2 - 交流電力調整装置

Info

Publication number: JP3551728B2
Application number: JP29990197A
Authority: JP
Inventors: 和久真鍋; 政信藤倉
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1997-10-31
Filing date: 1997-10-31
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2017-10-31
Also published as: JPH11134042A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、商用電源などの交流電源と同一周波数で負荷に所望の交流電力を供給する交流電力調整装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、この種の交流電力調整装置の従来例を示すブロック構成図であり、１は商用電源などの交流電源、１０は交流電力調整装置、２は交流電力調整装置１０の負荷を示す。
この交流電力調整装置１０には、入力フィルタとしてのリアクトル１１及びコンデンサ１２と、自己消弧形素子としてのＩＧＢＴとダイオードとの逆並列回路からなる半導体スイッチ６組をブリッジ接続した主回路１３と、出力フィルタとしてのリアクトル１４及びコンデンサ１５と、コンデンサ１２の両端電圧すなわち交流電力調整装置１０の入力電圧（交流量）を検出する電圧検出器１６と、コンデンサ１５の両端電圧すなわち交流電力調整装置１０の出力電圧（交流量）を検出する電圧検出器１７と、交流電源１と同一周波数で負荷２に所望の交流電力を供給するために主回路１３を構成するそれぞれの前記半導体スイッチをオン・オフ制御する制御回路２０とを備えている。また、ブリッジ接続の主回路１３の第１アーム（図４紙面左部のアーム）の中間接続点はリアクトル１１を介して交流電源１の一端に接続され、主回路１３の第３アーム（図４紙面右部のアーム）の中間接続点はリアクトル１４を介して負荷２の一端に接続され、主回路１３の第２アーム（図４紙面中央部のアーム）の中間接続点と交流電源１の他端と負荷２の他端とが並列接続されている。
【０００３】
この制御回路２０は、電圧設定器２１により設定される出力電圧設定値（直流量）と、電圧検出器１７の出力（交流量）を整流器とフィルタからなる整流回路２２を介することによって得られる出力電圧検出値（直流量）との偏差に基づく調節演算を行う電圧調節器２３と、電圧検出器１６の出力の位相に同期した基準正弦波信号を出力するＰＬＬ（フェーズロックループ）回路２４と、該基準正弦波信号に電圧設定器２１の前記設定値を乗算して出力電圧設定値（交流量）として出力する正弦波指令発生器２５と、該出力電圧設定値（交流量）と電圧検出器１７の出力との偏差を演算する加算演算器２６と、電圧調節器２３の出力と加算演算器２６の出力とを加算する加算演算器２７と、加算演算器２７の出力とキャリア信号とによるパルス幅変調（ＰＷＭ）演算を行い、この演算値と電圧検出器１６の出力から生成されるゼロクロス信号とに基づいて主回路１３のそれぞれの前記半導体スイッチのオン・オフ信号を出力するパルス分配器２８と、該オン・オフ信号に基づいて前記半導体スイッチを構成するそれぞれのＩＧＢＴのゲート信号を生成するゲート駆動回路２９とから構成されている。
【０００４】
図４に示した交流電力調整装置１０はおいては、周知の如く、電圧設定器２１を操作することで、交流電源１の電圧（Ｖｉ）に対して負荷２に給電される電圧（Ｖｏ）をより高くする（Ｖｏ＞Ｖｉ）際には、加算演算器２７の出力とキャリア信号とによるパルス幅変調（ＰＷＭ）演算を行い、この演算値と電圧検出器１６の前記出力から生成されるゼロクロス信号とに基づいて主回路１３のそれぞれの前記半導体スイッチに対して、前記第１アームの上，下半導体スイッチは前記ＰＷＭ演算値と前記ゼロクロス信号とに基づいて交互にオン・オフさせ、前記第２，３アームの上，下半導体スイッチは前記ゼロクロス信号のみに基づいて交互にオン・オフさせる。
【０００５】
また、交流電源１の電圧（Ｖｉ）に対して負荷２に給電される電圧（Ｖｏ）をより低くする（Ｖｏ＜Ｖｉ）する際には、前記第３アームの上，下半導体スイッチは前記ＰＷＭ演算値と前記ゼロクロス信号とに基づいて交互にオン・オフさせ、前記第１，２アームの上，下半導体スイッチは前記ゼロクロス信号のみに基づいて交互にオン・オフさせる。
【０００６】
さらに、交流電源１の電圧（Ｖｉ）に対して負荷２に給電される電圧（Ｖｏ）をほぼ等しくする（Ｖｏ≒Ｖｉ）際には、前記ＰＷＭ演算を不動作とし、前記第１〜３アームの上，下半導体スイッチは前記ゼロクロス信号のみに基づいて交互にオン・オフさせる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示した従来の交流電力調整装置１０はおいて、例えば交流電源１の系統事故などで、交流電源１の電圧が急変（急低下、急上昇、又はこの復帰）した場合には、数百ミリ秒程度の応答速度で交流電力調整装置１０の出力電圧が補正されるようにしていた。この応答速度を改善するために整流回路２２が有するフィルタの時定数を小さくすると、通常時にも交流電力調整装置１０の出力電圧が変動するという難点があった。
【０００８】
また、交流電源１の電圧が急上昇すると、交流電力調整装置１０の出力電圧にも短時間の急上昇（過電圧）が発生し、負荷２を構成する機器に過電圧による損傷を与える恐れがあった。
さらに、交流電源１に瞬時停電が発生すると、ＰＬＬ回路２４と正弦波指令発生器２５とに擾乱を与えて交流電力調整装置１０の出力電圧の波形歪みが急増するという問題があり、従来はこの瞬時停電が発生すると、交流電源１が異常として交流電力調整装置１０を停止させるようにしていた。
【０００９】
この発明の目的は上記問題点を解決し、前記装置の負荷に、より安定な電力が供給できる交流電力調整装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この第１の発明は、自己消弧形素子とダイオードとを逆並列接続してなる半導体スイッチ６組をブリッジ結線し、該ブリッジ結線の第１アームの中間接続点は入力ＬＣフィルタを介して交流電源の一端に接続し、該ブリッジ結線の第３アームの中間接続点は出力ＬＣフィルタを介して負荷の一端に接続し、該ブリッジ結線の第２アームの中間接続点と交流電源の他端と負荷の他端とを並列接続し、制御回路により前記それぞれの半導体スイッチをオン・オフ制御することで交流電源と同一周波数で負荷に所望の交流電力を供給する交流電力調整装置において、前記制御回路には前記装置の出力電圧設定値（直流量）と出力電圧検出値（直流量）との偏差に基づく調節演算を行う電圧調節器と、前記装置の入力電圧検出値（直流量）の微分値を演算する微分回路と、電圧調節器の出力値と微分回路の演算値とを加算する第１の加算演算器と、前記装置の出力電圧設定値（交流量）と出力電圧検出値（交流量）との偏差を演算する第２の加算演算器と、第１の加算演算器の演算値と第２の加算演算器の演算値とを加算する第３の加算演算器と、第３の加算演算器の演算値とキャリア信号とによるパルス幅変調（ＰＷＭ）演算を行い、この演算値と前記交流電源から生成されるゼロクロス信号とに基づいて前記それぞれの半導体スイッチをオン・オフさせるパルス分配器とを備える。
【００１１】
また第２の発明は前記交流電力調整装置において、
前記制御回路には前記装置の出力電圧設定値（直流量）と出力電圧検出値（直流量）との偏差に基づく調節演算を行う電圧調節器と、前記装置の出力電圧設定値（交流量）と出力電圧検出値（交流量）との偏差を演算する第１の加算演算器と、電圧調節器の出力値と第１の加算演算器の演算値とを加算する第２の加算演算器と、第２の加算演算器の演算値とキャリア信号とによるパルス幅変調（ＰＷＭ）演算を行い、この演算値と前記交流電源から生成されるゼロクロス信号とに基づいて前記それぞれの半導体スイッチをオン・オフさせるパルス分配器と、前記出力電圧検出値（交流量）が前記出力電圧設定値に基づくピーク値を超えたときに動作をする比較器と、比較器が動作したときに出力し、該比較器が不動作になった後も所定の時間出力し、この出力により前記パルス分配器の出力を阻止するパルスオフ回路とを備える。
【００１２】
さらに第３の発明は前記交流電力調整装置において、
前記制御回路には前記装置の出力電圧設定値（直流量）と出力電圧検出値（直流量）との偏差に基づく調節演算を行う電圧調節器と、前記装置の出力電圧設定値（交流量）と出力電圧検出値（交流量）との偏差を演算する第１の加算演算器と、前記出力電圧設定値（交流量）と前記交流電源との位相差が所定の値以上になったときにその接点を開路する位相差スイッチと、位相差スイッチの前記接点を介した第１の加算演算器の演算値と電圧調節器の出力値とを加算する第２の加算演算器と、第２の加算演算器の演算値とキャリア信号とによるパルス幅変調（ＰＷＭ）演算を行い、この演算値と前記交流電源から生成されるゼロクロス信号とに基づいて前記それぞれの半導体スイッチをオン・オフさせるパルス分配器とを備える。
【００１３】
この発明によれば、前記交流電源が急変（急低下、急上昇、又はこの復帰）、又は瞬時停電が発生したときにも、後述の如くこの交流電力調整装置の出力電圧の変動が抑制され、その結果、安定した電力を負荷に供給することができる。
すなわち、第１の発明によれば、前記微分回路により、前記交流電源の電圧の急変に対する交流電力調整装置の出力電圧の変動を抑制することができる。
【００１４】
また、第２の発明によれば、前記比較器とパルスオフ回路とにより、前記交流電源の電圧の急上昇による交流電力調整装置の出力電圧の急上昇が阻止される。さらに、第３の発明によれば、前記位相差スイッチにより前記交流電源の瞬時停電時による交流電力調整装置の出力電圧の波形歪みの増大をを抑制することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の第１の実施例を示す交流電力調整装置のブロック構成図であり、図４に示した従来例ブロック図と同一機能を有するものには同一符号を付して、その説明を省略する。
すなわち図１において、この交流電力調整装置３０にはリアクトル１１，コンデンサ１２，主回路１３，リアクトル１４，コンデンサ１５，電圧検出器１６，電圧検出器１７，制御回路４０を備えている。
【００１６】
また制御回路４０は、電圧設定器２１，整流回路２２，電圧調節器２３，ＰＬＬ回路２４，正弦波指令発生器２５，加算演算器２６，パルス分配器２８，ゲート駆動回路２９の他に、電圧検出器１６の出力（交流量）を入力電圧検出値（直流量）に変換する整流回路４１と、該入力電圧検出値（直流量）の微分値を演算する微分回路４２と、加算演算器４３，４４とから構成されている。
【００１７】
図１に示した制御回路４０において、微分回路４２の出力を交流電源１の電圧が急低下したときには＋極性とし、交流電源１の電圧が急上昇したときには−極性とし、微分回路４２の該出力と、前記出力電圧設定値（直流量）と前記出力電圧検出値（直流量）との偏差に基づく調節演算を行う電圧調節器２３の出力とを加算演算器４３で加算することにより交流電源１の電圧の急変を補償し、電圧設定器２１の設定値に基づく、ほぼ一定の電圧が負荷２に給電される。
【００１８】
図２は、この発明の第２の実施例を示す交流電力調整装置のブロック構成図であり、図４に示した従来例ブロック図と同一機能を有するものには同一符号を付して、その説明を省略する。
すなわち図２において、この交流電力調整装置５０にはリアクトル１１，コンデンサ１２，主回路１３，リアクトル１４，コンデンサ１５，電圧検出器１６，電圧検出器１７，制御回路６０を備えている。
【００１９】
また制御回路６０は、電圧設定器２１，整流回路２２，電圧調節器２３，ＰＬＬ回路２４，正弦波指令発生器２５，加算演算器２６，加算演算器２７，パルス分配器２８，ゲート駆動回路２９の他に、ピーク電圧設定器６１と、比較器６２と、オフディレー回路６３と、パルスオフ回路６４とを備える。
図２に示した制御回路６０において、電圧設定器２１の設定値から出力電圧のピーク値を設定するピーク電圧設定器６１と、該ピーク値と電圧検出器１７の出力とを比較し、該出力の尖塔値が前記ピーク値を超えたときに動作をする比較器６２と、比較器６２が前記動作をしたときに出力し、比較器６２が不動作になった後も所定の時間出力するオフディレー回路６３と、オフディレー回路６３が出力しているときにはパルス分配器２８の出力がゲート駆動回路２９に伝達されるのを阻止するパルスオフ回路６４とにより、交流電源１の電圧の急上昇による交流電力調整装置５０の出力電圧の急上昇が阻止され、電圧設定器２１の設定値に基づく、ほぼ一定の電圧が負荷２に給電される。
【００２０】
図３は、この発明の第３の実施例を示す交流電力調整装置のブロック構成図であり、図４に示した従来例ブロック図と同一機能を有するものには同一符号を付して、その説明を省略する。
すなわち図３において、この交流電力調整装置７０にはリアクトル１１，コンデンサ１２，主回路１３，リアクトル１４，コンデンサ１５，電圧検出器１６，電圧検出器１７，制御回路８０を備えている。
【００２１】
また制御回路８０は、電圧設定器２１，整流回路２２，電圧調節器２３，ＰＬＬ回路２４，正弦波指令発生器２５，加算演算器２６，加算演算器２７，パルス分配器２８，ゲート駆動回路２９の他に、その接点が加算演算器２６の出力に挿入された位相差スイッチ８１を備えている。
図３に示した制御回路８０において、正弦波指令発生器２５の出力である出力電圧設定値（交流量）と、電圧検出器１６の出力との位相差が所定の値以上になったときに、その接点を開路する位相差スイッチ８１により、所謂、この交流電力調整装置７０の瞬時値補正制御を構成する加算演算器２６の出力が加算演算器２７に入力されるのを阻止することにより、交流電源１の瞬時停電による交流電力調整装置５０の出力電圧の波形歪みの増大が抑制され、電圧設定器２１の設定値に基づくほぼ一定の電圧が負荷２に給電される。
【００２２】
【発明の効果】
この発明によれば、交流電源が急変（急低下、急上昇、又はこの復帰）、又は瞬時停電が発生したときにも、上述の如くこの交流電力調整装置の出力電圧の変動が抑制され、その結果、安定した電力を負荷に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例を示す交流電力調整装置のブロック構成図
【図２】この発明の第２の実施例を示す交流電力調整装置のブロック構成図
【図３】この発明の第３の実施例を示す交流電力調整装置のブロック構成図
【図４】従来例を示す交流電力調整装置のブロック構成図
【符号の説明】
１…交流電源、２…負荷、１０…交流電力調整装置、１１…リアクトル、１２…コンデンサ、１３…主回路、１４…リアクトル、１５…コンデンサ、１６，１７…電圧検出器、２０…制御回路、２１…電圧設定器、２２…整流回路、２３…電圧調節器、２４…ＰＬＬ回路、２５…正弦波指令発生器、２６，２７…加算演算器、２８…パルス分配器、２９…ゲート駆動回路、３０…交流電力調整装置、４０…制御回路、４１…整流回路、４２…微分回路、４３，４４…加算演算器、５０…交流電力調整装置、６０…制御回路、６１…ピーク電圧設定器、６２…比較器、６３…オフディレー回路、６４…パルスオフ回路、７０…交流電力調整装置、８０…制御回路、８１…位相差スイッチ。

Claims

自己消弧形素子とダイオードとを逆並列接続してなる半導体スイッチ６組をブリッジ結線し、該ブリッジ結線の第１アームの中間接続点は入力ＬＣフィルタを介して交流電源の一端に接続し、該ブリッジ結線の第３アームの中間接続点は出力ＬＣフィルタを介して負荷の一端に接続し、該ブリッジ結線の第２アームの中間接続点と交流電源の他端と負荷の他端とを並列接続し、制御回路により前記それぞれの半導体スイッチをオン・オフ制御することで交流電源と同一周波数で負荷に所望の交流電力を供給する交流電力調整装置において、
前記制御回路には前記装置の出力電圧設定値（直流量）と出力電圧検出値（直流量）との偏差に基づく調節演算を行う電圧調節器と、
前記装置の入力電圧検出値（直流量）の微分値を演算する微分回路と、
電圧調節器の出力値と微分回路の演算値とを加算する第１の加算演算器と、
前記装置の出力電圧設定値（交流量）と出力電圧検出値（交流量）との偏差を演算する第２の加算演算器と、
第１の加算演算器の演算値と第２の加算演算器の演算値とを加算する第３の加算演算器と、
第３の加算演算器の演算値とキャリア信号とによるパルス幅変調（ＰＷＭ）演算を行い、この演算値と前記交流電源から生成されるゼロクロス信号とに基づいて前記それぞれの半導体スイッチをオン・オフさせるパルス分配器とを備えたことを特徴とする交流電力調整装置。
自己消弧形素子とダイオードとを逆並列接続してなる半導体スイッチ６組をブリッジ結線し、該ブリッジ結線の第１アームの中間接続点は入力ＬＣフィルタを介して交流電源の一端に接続し、該ブリッジ結線の第３アームの中間接続点は出力ＬＣフィルタを介して負荷の一端に接続し、該ブリッジ結線の第２アームの中間接続点と交流電源の他端と負荷の他端とを並列接続し、制御回路により前記それぞれの半導体スイッチをオン・オフ制御することで交流電源と同一周波数で負荷に所望の交流電力を供給する交流電力調整装置において、
前記制御回路には前記装置の出力電圧設定値（直流量）と出力電圧検出値（直流量）との偏差に基づく調節演算を行う電圧調節器と、
前記装置の出力電圧設定値（交流量）と出力電圧検出値（交流量）との偏差を演算する第１の加算演算器と、
電圧調節器の出力値と第１の加算演算器の演算値とを加算する第２の加算演算器と、
第２の加算演算器の演算値とキャリア信号とによるパルス幅変調（ＰＷＭ）演算を行い、この演算値と前記交流電源から生成されるゼロクロス信号とに基づいて前記それぞれの半導体スイッチをオン・オフさせるパルス分配器と、
前記出力電圧検出値（交流量）が前記出力電圧設定値に基づくピーク値を超えたときに動作をする比較器と、
比較器が動作したときに出力し、該比較器が不動作になった後も所定の時間出力し、この出力により前記パルス分配器の出力を阻止するパルスオフ回路とを備えたことを特徴とする交流電力調整装置。
自己消弧形素子とダイオードとを逆並列接続してなる半導体スイッチ６組をブリッジ結線し、該ブリッジ結線の第１アームの中間接続点は入力ＬＣフィルタを介して交流電源の一端に接続し、該ブリッジ結線の第３アームの中間接続点は出力ＬＣフィルタを介して負荷の一端に接続し、該ブリッジ結線の第２アームの中間接続点と交流電源の他端と負荷の他端とを並列接続し、制御回路により前記それぞれの半導体スイッチをオン・オフ制御することで交流電源と同一周波数で負荷に所望の交流電力を供給する交流電力調整装置において、
前記制御回路には前記装置の出力電圧設定値（直流量）と出力電圧検出値（直流量）との偏差に基づく調節演算を行う電圧調節器と、
前記装置の出力電圧設定値（交流量）と出力電圧検出値（交流量）との偏差を演算する第１の加算演算器と、
前記出力電圧設定値（交流量）と前記交流電源との位相差が所定の値以上になったときにその接点を開路する位相差スイッチと、
位相差スイッチの前記接点を介した第１の加算演算器の演算値と電圧調節器の出力値とを加算する第２の加算演算器と、
第２の加算演算器の演算値とキャリア信号とによるパルス幅変調（ＰＷＭ）演算を行い、この演算値と前記交流電源から生成されるゼロクロス信号とに基づいて前記それぞれの半導体スイッチをオン・オフさせるパルス分配器とを備えたことを特徴とする交流電力調整装置。