JP3755074B2 - サイクロコンバータ制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源の力率を改善するサイクロコンバータ制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種の装置として、図2に示す装置がある。この装置は、電源からサイクロコンバータ2を介して負荷Mに電力を供給する系において、電流制御演算器4によって得られた電圧指令Vd*,Vq*より、座標変換および台形波処理回路5によって交流電圧指令Vu*1,Vv*1,Vw*1を得、また、波高値演算器13によって交流電圧指令Vu*1,Vv*1,Vw*1の波高値Eaを演算し、最大出力可能電圧Vmax*からこの波高値Eaを減算したバイアス量VBを交流電圧指令Vu*1,Vv*1,Vw*1に加算器15,16,17により加算し、得られる交流電圧指令Vu*,Vv*,Vw*をサイクロコンバータ2への制御指令として使用することにより、電源力率の改善を行うものである。
図7に、従来装置の各部動作波形を示す。32は座標変換および台形波処理回路5により得られた交流電圧指令Vu*1(Vv*1,Vw*1)、39は波高値演算回路13により演算された交流電圧指令の波高値Ea、34は最大出力可能電圧Vmax*33から波高値Eaを減算して得られるバイアス量VB、35はバイアス量VBを加算した最終の交流電圧指令Vu*(Vv*,Vw*)である。本図は、U相分のみの波形を示すが、V相およびW相も同様である。
ここで、交流電圧指令Vu*はサイクロコンバータ2へは制御遅れ角αとして与えられ、両者はつぎの関係で与えられる。K1,K2は比例定数である。
Vu*=K1・cosα……(式1)
また、サイクロコンバータ2の電源力率Pfは
Pf=K2・cosα ……(式2)
で表され、(式1)(式2)よりサイクロコンバータ2の電源力率Pfは電圧指令Vu*に比例することが分かる。つまり、サイクロコンバータ2の電源力率Pfを改善するためには、サイクロコンバータ2の出力電圧を可能な限り大きくすることが効果的である。
従来装置で得られる交流電圧指令Vu*は、出力可能最大電圧Vmax*と電圧指令の波高値Eaより演算されるバイアス量VBを加えることで、一周期のうちに必ず最大出力可能電圧を出力できるため、電源力率が改善される。
【0003】
【発明が解決しようとする問題点】
図3に、従来装置を組み込んだサイクロコンバータシステムを示す。電流制御器4への入力となる電流指令Id*,Iq*は、速度・電圧制御器3の出力であることが一般的であり、負荷の急変によりId*,Iq*も急変する場合が多い。このようなId*,Iq*の急変に対応するために、電流制御器4の外に電流補償器6を設ける。
電流制御器4の出力Vd*,Vq*から座標変換回路5により作成されたVu*1,Vv*1,Vw*1に、力率改善のためのバイアス量VBを加算した出力がVu*4,Vv*4,Vw*4である。電流補償器6の出力Vu*2,Vv*2,Vw*2をそれぞれVu*4,Vv*4,Vw*4に加算し、最終の交流電圧指令Vu*,Vv*,Vw*を得、この最終交流電圧指令がサイクロコンバータ2への制御指令となる。ここで、波高値演算器13およびバイアス量演算は図2と同じである。図8に、このシステムにおける各部波形を示す。36はId*,Iq*の急変に対応するための電流補償器6の出力Vu*2(Vv*2,Vw*2)、37はVu*1(Vv*1,Vw*1)32にVu*2(Vv*2,Vw*2)36を加えた電圧指令である。さて、35はこの電圧指令にバイアス量VB34を加えた最終交流電圧指令値Vu*であるが、出力可能最大電圧Vmax*33を超えてしまう。これは、電流補償器の出力Vu*2(Vv*2,Vw*2)36がサイクロコンバータ2への制御指令値に正しく反映されないことを意味し、Id*,Iq*の急変に対応したシステムとならない。
この問題を回避するために、電流補償器出力Vu*2(Vv*2,Vw*2)を予め考慮して、図9に示すように、演算されたバイアス量VBより実際には少な目のバイアス量38を加算する方法が採られている。しかし、これは電源力率改善の効果を減少させてしまう。
【0004】
本発明の課題は、この問題点に鑑み、負荷の急変に対応でき、かつ、電源力率の改善可能なサイクロコンバータ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】
上記課題は、交流電圧指令(3相)を出力する電圧指令手段と、交流電圧指令(3相)を出力可能な最大値から差し引く減算器、各相の減算結果の最小値を選択する最小値選択回路およびこの最小値の負極性を制限する負極性制限回路を備え、交流電圧指令(3相)と出力可能な最大値から交流電圧指令(3相)の交流波形の全領域に亘り常時演算して電源の力率を改善する瞬時の最適なバイアス量を求め、この瞬時の最適なバイアス量を出力する瞬時バイアス演算手段と、交流電圧指令(3相)に瞬時の最適なバイアス量を加算する加算手段を有し、この加算結果をサイクロコンバータの制御指令とすることによって、解決される。
また、電流指令を出力する制御手段と、電流指令に基づいて交流電圧指令(3相)を出力する電圧指令手段と、交流電圧指令(3相)を補償する電流補償手段と、この補償された交流電圧指令(3相)を出力可能な最大値から差し引く減算器、各相の減算結果の最小値を選択する最小値選択回路およびこの最小値の負極性を制限する負極性制限回路を備え、補償された交流電圧指令(3相)と出力可能な最大値から補償された交流電圧指令(3相)の交流波形の全領域に亘り常時演算して電源の力率を改善する瞬時の最適なバイアス量を求め、この瞬時の最適なバイアス量を出力する瞬時バイアス演算手段と、補償された交流電圧指令(3相)に瞬時の最適なバイアス量を加算する加算手段を有し、この加算結果をサイクロコンバータの制御指令とすることによって、解決される。
【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、本発明の一実施形態によるサイクロコンバータ制御装置を示す。図中、速度制御器3、電流制御器4、座標変換および台形波処理回路5、電流補償器6は、図3と同じものである。
座標変換回路5の出力Vu*1,Vv*1,Vw*1に電流補償器6の出力Vu*2,Vv*2,Vw*2を加算器7,8,9により加算して電圧指令Vu*3,Vv*3,Vw*3を得る。瞬時バイアス演算回路1は、電圧指令Vu*3,Vv*3,Vw*3と出力可能最大電圧Vmax*より常時演算し、瞬時の最適なバイアス量(以下、瞬時バイアス量という。)VBInstを出力する。この瞬時バイアス量VBInstと電圧指令Vu*3,Vv*3,Vw*3を加算して最終交流電圧指令Vu*,Vv*,Vw*を得、この最終交流電圧指令がサイクロコンバータ2の制御指令となる。
【0007】
図4に、瞬時バイアス演算回路1の詳細を示す。図中、VuFx*,VuRx*はそれぞれ瞬時バイアス量VBInstを加算する前のU相の正側サイリスタ電圧指令と逆側サイリスタ電圧指令であり、VuRx*はVuFx*の極性反転したサイリスタ電圧指令である。本実施形態では、VuFx*に対する最大出力可能電圧はVuFx*が正極性の場合Cos(αmin)を、負極性の場合はCos(βF)を使用する。ここで、Cos(αmin)はサイクロコンバータ2の電力変換素子であるサイリスタのターンオン電圧と電源ひずみを考慮した最小の制御遅れ角指令による正側最大電圧指令であり、Cos(βF)は転流余裕角を考慮した最大の制御遅れ角指令による負極性の最大電圧指令である。また、Cos(βR)はVuRx*に対応する負極性の最大電圧指令である。
さて、U相における瞬時バイアス量VBInstは(式3)〜(式6)の演算結果より求められる。
ΔVAF=Cos(αmin)−VuFx* ……(式3)
ΔVBF=−(Cos(βF)−VuFx*) ……(式4)
ΔVAR=Cos(αmin)−VuRx* ……(式5)
ΔVBR=−(Cos(βR)−VuRx*) ……(式6)
最小値選択回路27により、ΔVAF,ΔVBF,ΔVAR,ΔVBRの最小値ΔVuを求める。V相およびW相に対しても同様の回路28,29を有し、全く同様にΔVv,ΔVwを求める。次に、第2最小値選択回路30によりΔVu,ΔVv,ΔVwの最小値ΔVを求め、この値が負極性の場合には0に制限する負極性制限回路31を介して瞬時バイアス量VBInstを求める。このVBInstが電源力率改善のために電圧指令Vu*3,Vv*3,Vw*3に加算される値である。なお、26は符号反転器を表わす。
【0008】
図5に、上記演算によって求められたVBInstとこれを加算したサイクロコンバータ制御指令のU相正側波形例を示す。図中、32は台形波処理を施した交流電圧指令Vu*1(Vv*1,Vw*1)、33は出力可能最大電圧Vmax*、34は図4の回路で演算された瞬時バイアス量VBInstである。このVBInst34と電圧指令Vu*1(Vv*1,Vw*1)32を加算してサイクロコンバータ2への制御指令となる最終交流電圧指令Vu*(Vv*,Vw*)35を得る。V相およびW相も同様の波形となる。
図5から分かるように、サイクロコンバータ2への制御指令となる最終交流電圧指令Vu*(Vv*,Vw*)35が最大値を維持している期間が長く、電源力率の改善効果が大きいことが分かる。
【0009】
本実施形態では、電流補償器6の出力を含んだ交流電圧指令から瞬時バイアス量VBInstを演算し、この瞬時バイアス量を交流電圧指令に加えることにより、サイクロコンバータ2への制御指令が出力可能最大電圧と等しくなる期間をより長くするので、力率改善効果を向上させることができる。
【0010】
図6に、負荷急変による電流補償器6の出力がある場合の各部波形を示す。各信号に付した記号は図1の記号に対応する。
台形波処理された交流電圧指令Vu*1(Vv*1,Vw*1)32と電流補償器6の出力Vu*2(Vv*2,Vw*2)36が加算されて電圧指令Vu*3(Vv*3,Vw*3)37を得る。この電圧指令より得られた瞬時バイアス量VBInst34は、図5の同信号と比較すると、電圧指令37の増加に対応して瞬時バアイス量が減少する。この結果、最終交流電圧指令Vu*(Vv*,Vw*)35が出力可能最大値Vmax*33を維持していることが分かる。
【0011】
また、本実施形態は、負荷の急変などによって電流補償して交流電圧指令が急変する場合にも、交流電圧指令より瞬時の最適なバイアス量を演算するため、サイクロコンバータの出力可能最大値を維持することができ、負荷の急変などによる交流電圧指令の急変にも対応することができる。
【0012】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、交流電圧指令より瞬時の最適なバイアス量を演算するので、この瞬時バイアス量を加えた交流電圧指令をサイクロコンバータの制御指令とすることにより、サイクロコンバータの出力電圧が最大値となる期間を長くすることができ、電源力率の向上効果を大きくすることが可能になる。
また、負荷の急変などによって電流補償して交流電圧指令が急変する場合にも、交流電圧指令より瞬時の最適なバイアス量を演算するため、サイクロコンバータの出力可能最大値を維持することができ、負荷の急変などによる交流電圧指令の急変にも対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態によるサイクロコンバータ制御装置
【図2】従来例によるサイクロコンバータ制御装置
【図3】図2に、負荷急変に対応するための電流補償器を加えたシステム
【図4】本発明の瞬時バイアス演算回路の詳細図
【図5】本発明による交流電圧指令の波形図
【図6】本発明の電流補償量がある場合の波形図
【図7】従来例の波形図
【図8】従来例の問題点を示す波形図
【図9】従来例の問題回避を説明するための波形図
【符号の説明】
1…瞬時バイアス演算回路、2…サイクロコンバータ、3…速度制御器、4…電流制御器、5…座標変換および台形波処理回路、6…電流補償器、7〜12…加算器、22〜25…減算器、26…符号反転器、27…最小値選択回路、28…V相用回路、29…W相用回路、30…第2最小値選択回路、31…負極性制限回路
Claims (2)
- 電源からサイクロコンバータを介して負荷に電力を供給する系において、
交流電圧指令(3相)を出力する電圧指令手段と、
前記交流電圧指令(3相)を出力可能な最大値から差し引く減算器、各相の減算結果の最小値を選択する最小値選択回路および前記最小値の負極性を制限する負極性制限回路を備え、前記交流電圧指令(3相)と前記出力可能な最大値から前記交流電圧指令(3相)の交流波形の全領域に亘り常時演算して電源の力率を改善する瞬時の最適なバイアス量を求め、前記瞬時の最適なバイアス量を出力する瞬時バイアス演算手段と、
前記交流電圧指令(3相)に前記瞬時の最適なバイアス量を加算する加算手段を有し、
この加算結果をサイクロコンバータの制御指令とすることを特徴とするサイクロコンバータ制御装置。 - 電源からサイクロコンバータを介して負荷に電力を供給する系において、
電流指令を出力する制御手段と、前記電流指令に基づいて交流電圧指令(3相)を出力する電圧指令手段と、前記交流電圧指令(3相)を補償する電流補償手段と、
前記補償された交流電圧指令(3相)を出力可能な最大値から差し引く減算器、各相の減算結果の最小値を選択する最小値選択回路および前記最小値の負極性を制限する負極性制限回路を備え、前記補償された交流電圧指令(3相)と前記出力可能な最大値から前記補償された交流電圧指令(3相)の交流波形の全領域に亘り常時演算して電源の力率を改善する瞬時の最適なバイアス量を求め、前記瞬時の最適なバイアス量を出力する瞬時バイアス演算手段と、
前記補償された交流電圧指令(3相)に前記瞬時の最適なバイアス量を加算する加算手段を有し、
この加算結果をサイクロコンバータの制御指令とすることを特徴とするサイクロコンバータ制御装置。
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