JP3707598B2 - 電力変換装置の制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、交流電源の電圧を整流し、この整流電圧を該交流電源の周波数より高い周波数の交流電圧に変換して負荷に供給する給電期間と、該変換動作を停止する停止期間とを交互に繰り返す電力変換装置の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５はこの種の電力変換装置の従来例を示す回路構成図であり、１は商用電源などの単相の交流電源、２は電力変換装置、３は電力変換装置２の負荷としての例えばオゾン発生用の放電管である。
【０００３】
この電力変換装置２には図示の如くダイオードを単相ブリッジ接続した整流回路１１と、整流回路１１の整流電圧を平滑するコンデンサ１２と、コンデンサ１２の両端電圧が入力され、この両端電圧を交流電圧に変換するために図示の如くＩＧＢＴとダイオードとの逆並列回路１３ａ〜１３ｄを単相ブリッジ接続したインバータ回路１３と、制御装置２０とを備えている。
【０００４】
図５に示した電力変換装置２の動作と制御装置２０の構成要素の動作とを、図６に示す動作波形図を参照しつつ、以下に説明する。
【０００５】
この電力変換装置２の負荷としての放電管３に対する放電電圧を維持しつつ、放電管３に供給する電力を所望の値にするために、図６（ロ）に示す方形波状の高周波の交流電圧を電力変換装置２から発生させる期間と発生させない期間とをそれぞれ制御することにより電力変換装置２が出力する平均電力が調整され、この平均電力を放電管３に供給するようにしている。
【０００６】
そこで制御装置２０にはパルス数指令器２１と、パルスカウンタ２２と、出力パルスタイマ２３と、リセットタイマ２４と、パルス分配回路２５と、ゲート駆動回路２６とを備え、パルス数指令器２１では外部より指令される放電管３に供給する電力指令に基づき、前記方形波状の高周波の交流電圧を出力する際の繰り返しサイクル数（ａ）を演算し、このサイクル数（ａ）をパルスカウンタ２２のプリセット値とする。
【０００７】
出力パルスタイマ２３は前記方形波状の交流電圧の周波数を指令するタイマであり、ほぼ１対１の比率の論理「Ｈ」レベルと論理「Ｌ」レベルとを出力し、その合計期間Ｔ₂ （図６（ロ）参照）を有している。また、リセットタイマ２４は前記方形波状の高周波の交流電圧を電力変換装置２から発生させる期間と発生させない期間との合計時間Ｔ₁ （図６（ロ）参照）を経過する毎にリセット信号を出力する。
【０００８】
従って、パルスカウンタ２２では前記リセット信号が出力される毎にパルスカウンタ２２に備える計測カウンタをリセットして前記プリセット値ａを読み込み、更にパルス分配回路２５での後述のパルス分配動作を開始させる。前記計測カウンタは出力パルスタイマ２３の例えば論理「Ｈ」レベルの回数を計測し、この計測値とプリセット値とが一致し、このとき、該論理「Ｈ」レベルの次の論理「Ｌ」レベルが終了すると、パルス分配回路２５における後述のパルス分配動作を停止させる停止信号を送出する。
【０００９】
すなわち、パルス分配回路２５では前記停止信号が送出されていないときの出力パルスタイマ２３の論理レベルに対応し、例えば、論理「Ｈ」レベルのときにはインバータ回路１３の逆並列回路１３ａ，１３ｄへのオン指令、１３ｂ，１３ｃへのオフ指令を生成し、また、論理「Ｌ」レベルのときにはインバータ回路１３の逆並列回路１３ｂ，１３ｃへのオン指令、１３ａ，１３ｄへのオフ指令を生成し、これらをゲート駆動回路２６へ送出する。ゲート駆動回路２６では上述のオン指令，オフ指令に対応してインバータ回路１３の逆並列回路１３ａ〜１３ｄそれぞれのＩＧＢＴへのゲート信号を生成する。
【００１０】
上述の如く制御装置２０が動作することにより、電力変換装置２から放電管３への供給される平均電力Ｐ_AVは下記式（１）のように表される。
【００１１】
【数１】
Ｐ_AV∝ａ・Ｔ₂ ／Ｔ₁ …（１）
式（１）において、Ｔ₁ ≫Ｔ₂ とすることによりＰ_AVをほぼ連続的に変化させることができ、このような動作をする電力変換装置２は、一般にパルス密度変調式インバータと称される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示した従来の電力変換装置２においては、図６（イ）に示す交流電源１の電圧ｖ₁ の位相に対して前記Ｔ₁ 毎に発せられるリセットタイマ２４からのリセット信号が非同期に動作するため、図６（ハ）に示す如く交流電源１からの電流ｉ₁ が常時変動し、この変動により交流電源１の系統および該系統に接続されている他の機器に擾乱を与えるという難点があった。
【００１３】
この発明の目的は上記問題点を解消する電力変換装置としてのパルス密度変調式インバータの制御方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この第１の発明は、交流電源の電圧を整流し、この整流電圧を該交流電源の周波数より高い周波数の交流電圧に変換して負荷に供給する給電期間と、該変換動作を停止する停止期間とを交互に繰り返す電力変換装置の制御方法において、
前記給電期間と停止期間とを加算した周期（Ｔ₀ ）と、前記交流電源の基本波の周期（Ｔ_N ）との関係を２Ｋ＝Ｔ_N ／Ｔ₀ ，（Ｋ＝１，２，・・・）にしたことを特徴とする。
【００１５】
また第２の発明は、多相（Ｍ相）の交流電源の電圧を整流し、この整流電圧を該交流電源の周波数より高い周波数の交流電圧に変換して負荷に供給する給電期間と、該変換動作を停止する停止期間とを交互に繰り返す電力変換装置の制御方法において、
前記給電期間と停止期間とを加算した周期（Ｔ₀ ）と、前記Ｍ相の交流電源の基本波の周期（Ｔ_N ）との関係を２ＫＭ＝Ｔ_N ／Ｔ₀ ，（Ｋ＝１，２，・・・）にしたことを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、前記給電期間と停止期間とを加算した周期（Ｔ₀ ）と、前記交流電源の基本波の周期（Ｔ_N ）との間に偶数倍の関係を持たせることにより、前記電力変換装置の出力動作に関係なく該交流電源からの電流の変動を抑制することができ、さらに前記電流の正極性時と負極性時の値をほぼ等しくすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の第１の実施例を示す電力変換装置の回路構成図であり、図５に示した従来例回路と同一機能を有するものには同一符号を付してここではその説明を省略する。
【００１８】
すなわち図１に示した電力変換装置４においては、従来例回路のリセットタイマ２４に代えてリセット回路４１を制御装置４０に備えている。
この電力変換装置４の動作を、図２に示した動作波形図を参照しつつ、以下に説明する。
【００１９】
図２は電力変換装置４において、リセット回路４１が出力するリセット信号の周期Ｔ₀ を交流電源１の基本波の周期Ｔ_N の１／２、すなわち前記Ｋ＝１の関係に設定し、パルス数指令器２１では前記ａ＝８としたときの動作波形を示している。またこの波形例では、図２（イ），（ロ）に示す如く、リセット回路４１は交流電源１の電圧ｖ₁ の瞬時値が零点を通過する毎にリセット信号を出力するようにしている。
【００２０】
その結果、電力変換装置４から負荷としての放電管３への給電動作の有無に関係なく、図２（ハ）に示す如く交流電源１からの電流ｉ₁ の変動が、該電流の正極性，負極性時共に抑制されている。
【００２１】
図３はこの発明の第２の実施例を示す電力変換装置の回路構成図であり、図５に示した従来例回路と同一機能を有するものには同一符号を付してここではその説明を省略する。
【００２２】
すなわち図３に示した電力変換装置６においては、従来例回路の整流回路１１に代えて、図示の如くダイオードを三相ブリッジ接続した整流回路１４を備え、また、リセットタイマ２４に代えてリセット回路６１を制御装置６０に備えている。さらに、電力系統などの三相の交流電源５を入力電源としている。
【００２３】
この電力変換装置６の動作を、図４に示した動作波形図を参照しつつ、以下に説明する。
【００２４】
図４は電力変換装置６において、リセット回路６１が出力するリセット信号の周期Ｔ₀ を交流電源５の基本波の周期Ｔ_N の１／６、すなわち前記Ｋ＝１，Ｍ＝３の関係に設定し、パルス数指令器２１では前記ａ＝６としたときの動作波形を示している。またこの波形例では、図４（イ），（ロ）に示す如く、リセット回路６１は交流電源５の線間電圧ｖ_RS，ｖ_ST，ｖ_TRそれぞれの瞬時値が零点を通過する毎にリセット信号を出力するようにしている。
【００２５】
その結果、電力変換装置６から負荷としての放電管３への給電動作の有無に関係なく、図４（ハ）に示す如く交流電源５からの相電流ｉ_R ，ｉ_S ，ｉ_T それぞれの変動が、該電流の正極性，負極性時共に抑制されている。
【００２６】
図１，図３に示した実施例回路は電圧形インバータの回路構成であるが、電流形インバータにおいてもこの発明の制御方法を実施することが可能である。
【００２７】
【発明の効果】
この発明によれば、パルス密度変調式インバータにおいて、該インバータから負荷への給電期間と停止期間とを加算した周期と、入力交流電源の基本波の周期との間に偶数倍の関係を持たせることにより、該交流電源からの電流の変動を抑制することができ、さらに前記電流の正極性時と負極性時の値をほぼ等しくすることができるので、このインバータと同一の電力系統および該電力系統の他の機器への擾乱を最小限にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例を示す電力変換装置の回路構成図
【図２】図１の動作を説明する波形図
【図３】この発明の第２の実施例を示す電力変換装置の回路構成図
【図４】図３の動作を説明する波形図
【図５】従来例を示す電力変換装置の回路構成図
【図６】図５の動作を説明する波形図
【符号の説明】
１，５…交流電源、２，４，６…電力変換装置、３…放電管、１１，１４…整流回路、１２…コンデンサ、１３…インバータ回路、２０，４０，６０…制御装置、２１…パルス数指令器、２２…パルスカウンタ、２３…出力パルスタイマ、２４…リセットタイマ、２５…パルス分配器、２６…ゲート駆動回路、４１，６１…リセット回路。

Claims (2)

1. 交流電源の電圧を整流し、この整流電圧を該交流電源の周波数より高い周波数の交流電圧に変換して負荷に供給する給電期間と、該変換動作を停止する停止期間とを交互に繰り返す電力変換装置の制御方法において、
   前記給電期間と停止期間とを加算した周期（Ｔ₀ ）と、前記交流電源の基本波の周期（Ｔ_N ）との関係を２Ｋ＝Ｔ_N ／Ｔ₀ ，（Ｋ＝１，２，・・・）にしたことを特徴とする電力変換装置の制御方法。
2. 多相（Ｍ相）の交流電源の電圧を整流し、この整流電圧を該交流電源の周波数より高い周波数の交流電圧に変換して負荷に供給する給電期間と、該変換動作を停止する停止期間とを交互に繰り返す電力変換装置の制御方法において、
   前記給電期間と停止期間とを加算した周期（Ｔ₀ ）と、前記Ｍ相の交流電源の基本波の周期（Ｔ_N ）との関係を２ＫＭ＝Ｔ_N ／Ｔ₀ ，（Ｋ＝１，２，・・・）にしたことを特徴とする電力変換装置の制御方法。

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