JP3797879B2 - 零相電流制御機能付きｐｗｍ変換器の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気浮上式鉄道等において使用される非接触で車上に電力を供給するための集電コイルからの電力の供給や、あるいは、上記鉄道等において推進力と吸引力を得るためのコイルへの通電等に適用される零相電流制御機能付きＰＷＭ変換器の制御装置に関し、特に、相数と同一数の単相ＰＷＭ変換器から構成されるＰＷＭ変換器に零相電流制御機能を付加し、ダンピング力の制御や吸引力の制御等を実現することができるＰＷＭ変換器の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
磁気浮上式鉄道等における誘導式磁気浮上方式は、磁気ダンピングが小さいことが指摘されており、車両振動により乗り心地が低下するというという問題が提起されている。
そこで、非接触で車上への電力を供給するための集電コイルの各相に同一極性の値がバランスした電流（本発明ではこの各相に流れる電力の授受に関係しない電流の多相平均値を零相電流と呼ぶこととする）を流して磁気ダンピングを実現することにより、振動を抑制し乗り心地を改善する提案なされている（例えば、「誘導集電装置を利用したアクティブ磁気ダンパ」、村井敏昭他、電気学会論文誌Ｄ、１１９巻１１号、平成１１年参照）。
集電電力を発生する集電コイルのＵ、Ｖ、Ｗ相に、例えば図５に示すような、車両振動速度に応じた低周波の電流Ｉｏｕ，Ｉｏｖ，Ｉｏｗ（周波数は集電コイルに発生する電圧の周波数の数十分の１程度）を重畳することによりダンピング力を発生することができ、この電流を制御すれば、専用のダンピングコイルを設けることなく振動の抑制を図ることができると期待される。
【０００３】
また、磁気浮上車両等における常電導リニアモータの主回路においては、従来、推進力を得るためのコイルおよびそれに通電するための推進用のインバータと、吸引力を得るためのコイルおよびそれに通電するための吸引用のインバータをそれぞれ設け、推進力と吸引力を制御していた。
しかし、上記制御においても、推進力を得るためのコイルに上記零相電流を通電すれば、このコイルにより吸引力も得ることができ、推進力を得るためのコイルと吸引力を得るためのコイル、および、これらに通電するためのインバータをそれぞれ設けることなく、一つのコイルと一台のインバータにより推進力と吸引力の制御を実現することができるものと期待される。
従来においては、上記集電コイルからの電力の供給や、推進力や吸引力を得るためのコイルへの通電に使用されるコンバータやインバータの制御装置において、上記零相電流を制御できるものは実現されていなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように従来においては、磁気浮上式鉄道等における集電コイルからの電力の供給や、あるいは、推進力や吸引力を得るためのコイルへの通電等に用いられるコンバータやインバータの制御装置において、零相電流を制御できるものは開発されておらず、ダンピング力の制御や吸引力の制御等を実現することができなかった。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、多相負荷と、共通の直流部との間での電力の授受の制御を行うＰＷＭ変換器の制御装置において、上記多相負荷に流れる零相電流を制御することができる零相電流制御機能付きＰＷＭ変換器の制御装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明では、電力の授受に関係しない零相電流制御を容易にするために、多相負荷を、絶縁された多相の相数と同一数の単相電源もしくは負荷（以下の説明では、電源および負荷を合わせて負荷と呼ぶこととし、集電コイルのように誘起電圧源として作用するものも負荷と呼ぶ）により構成すると共に、ＰＷＭ変換器を、共通の直流部を有する相数と同一数の単相ＰＷＭ変換器により構成した。
以下では、特にこだわらない限り３相により説明するが、本発明は３相に限らず、４相等の任意の多相に対しても同様に適用することができる。
コンバータにおいて、３台の単相負荷（この場合の負荷は電源）より、３台の単相ＰＷＭ変換器により電力を入力する時、入力電力に関係する周波数成分の３相電流の和は、瞬時瞬時零になる。そこで、この３相各相の単相ＰＷＭ変換器に流れる電流をＩｕ、Ｉｖ、Ｉｗとし、これら３相電流を加算すると、単相各相に流れる上記周波数成分以外の入力電力に関係しない電流の３相平均値Ｉｏは以下に示す（１）式で示される。
同様に、インバータにおいて、３台の単相負荷にトルク等の電力を出力する時、トルク等に関係する周波数成分の３相電流の和は零になるので、単相各相に流れる上記周波数成分以外の出力電力に関係しない電流の３相平均値Ｉｏは、上記と同様に（１）式で示される。
（１）式は３相の場合であるが、３相以外の例えば４相においては、各相の電力に関係する周波数成分の位相が９０°異なるが同様に（２）式で示される。
【０００６】
本発明では、上記多相各相に流れる同一極性で値がほぼ等しい電力の授受に関係しない電流の多相平均値Ｉｏを零相電流と呼び、この零相電流Ｉｏが零相電流指令値Ｉｏ* に一致するように制御する。この零相電流Ｉｏは、前記したＰＷＭ変換器をコンバータとして動作させる集電コイルに適用した場合には、磁気ダンピングを実現するための電流となり、また、前記したようにＰＷＭ変換器をインバータとして動作させる駆動用コイルに適用した場合には、吸引力を得るための電流となる。
【０００７】
また、上記３台の単相負荷に流れる電力の授受に関係しない電流、すなわち零相電流Ｉｏがそれぞれ単相負荷に流れると、上記３台の単相負荷の抵抗値をＲｓ、インダクタンス値をＬｓ、微分演算子をＰとすると、上記抵抗値Ｒｓ及びインダクタンス値Ｌｓによる零相電圧降下Ｖｏは（３）式で示される。
そこで、この零相電圧降下Ｖｏを補償するように各相の単相ＰＷＭ変換器の電圧制御を行えば、単相負荷に零相電流Ｉｏを流すことができる。
すなわち、零相電流指令値Ｉｏ* と単相負荷の抵抗値Ｒｓ及びインダクタンス値Ｌｓから零相電圧降下Ｖｏを求め、各相の単相ＰＷＭ変換器の電圧指令値にこの零相電圧降下Ｖｏを加算して各相の電圧指令値を求め、この電圧指令値により各相の単相ＰＷＭ変換器を制御する。このようにすれば、単相負荷に零相電流指令値Ｉｏ* にほぼ一致する零相電流Ｉｏを流すことができる。
【０００８】
【数１】
【０００９】
以上のように、本発明では、多相各相実電流値を検出して（１）式もしくは（２）式により零相電流Ｉｏを算出し、零相電流指令値Ｉｏ* との偏差から零相電圧指令値を求め、この零相電圧指令値と、上記多相の単相負荷を制御するための多相の各相電圧指令値を加算して、単相各相ＰＷＭ変換器の電圧指令値とし、単相ＰＷＭ変換器の出力端子電圧をパルス幅変調によって制御する。
あるいは、零相電流指令値Ｉｏ* と多相各相負荷の抵抗値Ｒｓ及びインダクタンス値Ｌｓとから、（３）式により零相電流による負荷電圧降下Ｖｏを求めて、これを零相電圧指令値として、上記と同様、上記多相の単相負荷を制御するための多相の各相電圧指令値に加算して、単相各相ＰＷＭ変換器の電圧指令値とし、単相ＰＷＭ変換器の出力端子電圧をパルス幅変調によって制御する。
【００１０】
本発明は上記原理に基づき前述の課題を解決するものであり、本発明においては次のようにＰＷＭ変換器を構成し、零相電流を制御する。
（１）ＰＷＭ変換器を、絶縁された多相負荷より電力を授受するための共通直流部を有し、多相の相数と同一数の単相ＰＷＭ変換器より構成する。
そして、このＰＷＭ変換器の制御装置に、多相各相実電流値を検出する検出手段と、該検出手段により検出された多相各相実電流値の和から零相実電流値を出力する零相実電流出力手段と、上記零相実電流値と、零相電流指令値とを一致させるための零相電圧指令値を出力する零相電圧指令手段と、前記多相負荷を制御するための多相各相の第１の電圧指令値と、上記零相電圧指令値とを加算して、前記単相ＰＷＭ変換器の各相の第２の電圧指令値を出力する電圧指令手段と、上記第２の電圧指令値により、単相ＰＷＭ変換器の各相の出力電圧を制御する手段とを設ける。
（２）上記（１）において、零相電圧指令手段を、零相電流指令値と前記零相実電流値との偏差を増幅し、前記零相電圧指令値を出力する手段から構成する。
（３）上記（１）において、前記零相電圧指令手段を、零相電流指令値と前記零相実電流値との偏差を増幅する増幅手段と、零相電流指令値と前記多相負荷の各相の抵抗分との積と、前記零相電流指令値の微分値と前記多相負荷の各相のインダクタンス分との積との加算値を求める加算手段と、上記増幅手段と上記加算手段の出力を加算して前記零相電圧指令値を出力する手段とから構成する。
（４）上記（１）と同一構成のＰＷＭ変換器の制御装置に、零相電流指令値と前記多相負荷の各相の抵抗分との積と、上記零相電流指令値の微分値と前記単相各相負荷の各相のインダクタンス分との積を加算して零相電圧指令値を出力する零相電圧指令手段と、前記多相負荷を制御するための多相各相の第１の電圧指令値と、上記零相電圧指令値とを加算して、前記単相ＰＷＭ変換器の各相の第２の電圧指令値を出力する電圧指令手段と、上記第２の電圧指令値により、単相ＰＷＭ変換器の各相の出力電圧を制御する手段とを設ける。
【００１１】
上記（１）（２）のように、多相各相の実電流値から零相実電流値を求め、零相実電流値と零相電流指令値とから、零相電圧指令値を求め、多相負荷を制御するための多相各相の第１の電圧指令値と加算して、第２の電圧指令値を得て、この第２の指令値により多相各相の単相ＰＷＭ変換器を制御することにより、多相負荷の各相に零相電圧指令値に一致する零相電流を流すことができ、前記したように集電コイルにおいては磁気ダンピングを実現することができ、推進用コイルにおいては、吸引力を得ることができる。
また上記（３）のように、零相電流指令値と前記多相負荷の各相の抵抗分との積と前記零相電流指令値の微分値と前記多相負荷の各相のインダクタンス分との積とを求め、零相実電流値と零相電流指令値の偏差に加算して零相電圧指令値を得ることにより、上記（１）と同様に多相負荷に零相電流指令値に一致する零相電流を流すことができるとともに、零相電流指令値の変動に迅速に応動させて零相電流を制御することができる。
さらに、上記（４）のように、零相電流指令値と前記多相負荷の各相の抵抗分との積と、上記零相電流指令値の微分値と前記多相負荷の各相のインダクタンス分との積を加算して零相電圧指令値を求め、この零相電圧指令値により上記（１）のようにＰＷＭ変換器を制御することにより、零相電流指令値に迅速に応動させて零相電流を制御することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施例のＰＷＭ変換器の主回路構成および制御装置の構成を示すブロック図である。なお、本発明は前記したように３相に限定されず、４相等の多相に適用することができるが、以下の実施例においては、３相の場合について説明する。
同図において、１はＰＷＭ変換器であり、ＰＷＭ変換器１はＵ，Ｖ，Ｗ相の３台の単相ＰＷＭ変換器３１〜３３から構成される。単相ＰＷＭ変換器３１〜３３は、逆並列に接続されたダイオードを有するスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４をブリッジ状に接続して構成したものであり、その直流側は共通の直流電源２に並列に接続され、また、交流側はそれぞれ単相負荷５１〜５３からなる３相負荷５に接続される。
【００１３】
単相負荷５１〜５３において、５１１、５２１、５３１はそれぞれ単相負荷のＵ、Ｖ、Ｗ相のインダクタンス、５１２、５２２、５３２はそれぞれ単相負荷のＵ、Ｖ、Ｗ相の誘起電圧源であり、これら単相負荷５１〜５３の相間は電気的に絶縁されているとともに、上記誘起電圧源５１２，５２２，５３２及びインダクタンス５１１、５２１、５３１はバランスしている。
なお、本実施例では、上記単相負荷５１〜５３が誘起電圧源として動作する前記集電コイルであり、ＰＷＭ変換器がコンバータとして動作する場合について説明するが、本実施例のＰＷＭ変換器を前記した常電導リニアモータの推進力を得るコイルに適用し、ＰＷＭ変換器をインバータとして動作させる場合には、上記誘起電圧源５１〜５３は、負荷の逆起電力となる。
また、本実施例は３相の場合であるが、４相の場合には、４個の単相ＰＷＭ変換器と、絶縁されバランスした４個の単相負荷から構成すればよい。
【００１４】
図１において、単相負荷５１〜５３に流れる各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは、それぞれ電流検出器４１〜４３により検出され、零相電流制御装置１００に与えられる。
零相電流制御装置１００は、後述するように上記電流検出器４１〜４３により検出された各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの和から実零相電流を求め、零相電流指令値Ｉｏ* と一致させるための零相電圧指令値Ｖｏ* を出力する。
一方、制御装置２００は、各単相ＰＷＭ変換装置３１〜３３を駆動するための１２０°位相が異なる３相の電圧指令値Ｖｍｕ* 、Ｖｍｖ* 、Ｖｍｗ* を出力する。加算器１０４は、この電圧指令値Ｖｍｕ* 、Ｖｍｖ* 、Ｖｍｗ* と、零相電圧指令値とを加算して、各相の電圧指令値Ｖｃｕ* 、Ｖｃｖ* 、Ｖｃｗ* を出力する。
このようにして生成した各相の電圧指令値Ｖｃｕ* 、Ｖｃｖ* 、Ｖｃｗ* は、変調回路２０１〜２０３に与えられ、変調回路２０１〜２０３は、例えば上記電圧指令値Ｖｃｕ* 、Ｖｃｖ* 、Ｖｃｗ* と三角波を比較することにより上記電圧指令値をＰＷＭ変調して、各相のＰＷＭ変換器３１〜３３に送出する。
なお、上記制御装置２００および変調回路２０１〜２０３の構成及び動作は、通常使用されている周知のＰＷＭ変換器の制御装置および変調回路と同様であり、ここでは詳細な説明は省略する。
【００１５】
図２は、図１に示した零相電流制御装置の第１の実施例を示す図である。
同図において、１０１は零相電流検出回路、１０２は減算器、１０３は偏差増幅器であり、１０４は前記図１に示した加算器である。
以下、図２に示す本実施例の動作を説明する。
零相電流検出回路１０１は、電流検出器４１〜４３により検出されたＵ、Ｖ、Ｗ相の単相負荷５１〜５３の各相実電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗから、前記（１）式に基づいて零相実電流値Ｉｏを求めて、減算器１０２に出力する。
減算器１０２は零相電流指令値Ｉｏ* と上記零相実電流値Ｉｏから、その偏差である零相電流偏差値ΔＩｏを求める。偏差増幅器１０３は、この偏差値ΔＩｏ増幅し、零相電圧指令値Ｖｏ* として出力する。
加算器１０４は前記したように上記零相電圧指令値Ｖｏ* と、制御装置２００で生成された単相各相の負荷５１〜５３を制御する電圧指令値Ｖｍｕ* 、Ｖｍｖ* 、Ｖｍｗ* を加算して、単相各相ＰＷＭ変換器３１〜３３の電圧指令値Ｖｃｕ* 、Ｖｃｖ* 、Ｖｃｗ* を求め、前記図１に示した変調回路２０１〜２０３に出力する。
【００１６】
上記単相負荷５１〜５３が前記した集電コイルの場合には、上記電圧指令値Ｖｍｕ* 、Ｖｍｖ* 、Ｖｍｗ* は、図１に示したＰＷＭ変換器１に入力する電力制御のための電圧指令値であり、集電コイルに発生する電力は、コンバータとして動作するＰＷＭ変換器１で、直流に変換され、直流電源２に供給される。
また、各相の集電コイルに流れる零相実電流は、上記零相電流検出回路１０１で検出され、検出された零相実電流と零相電流指令値Ｉｏ* との偏差が求められ、この偏差から零相電圧指令Ｖｏ* が生成される。そして、上記電圧指令値Ｖｍｕ* 、Ｖｍｖ* 、Ｖｍｗ* に加算され、電圧指令値Ｖｃｕ* 、Ｖｃｖ* 、Ｖｃｗ* として変調回路２０１〜２０３に与えられる。
ＰＷＭ変換器１は、集電コイルに発生する電力を上記電圧指令値Ｖｍｕ* 、Ｖｍｖ* 、Ｖｍｗ* に応じて直流に変換し、直流電源２に供給するとともに、集電コイルに流れる零相電流が、上記零相電流指令値Ｉｏ* に一致するように制御する。
以上のようにして３台の単相ＰＷＭ変換器３１〜３３により、直流電源２に供給される電力が制御されるととも、集電コイルに流れる零相電流が制御され、この零相電流により集電コイルに磁気ダンピング力が発生する。
【００１７】
上記説明は、単相負荷５１〜５３が集電コイルであり、ＰＷＭ変換器１をコンバータとして動作させる場合であるが、上記単相負荷５１〜５３が前記した常電導リニアモータの推進用のコイルであり、ＰＷＭ変換器１をインバータとして動作させる場合には、上記電圧指令値Ｖｍｕ* 、Ｖｍｖ* 、Ｖｍｗ* は、ＰＷＭ変換器１が出力する電力制御のための電圧指令値となり、上記とはエネルギーの流れる方向が逆となる。そして、上記コイルに流れる零相電流により、上記推進用コイルに吸引力を発生させる。
すなわち、ＰＷＭ変換器１をインバータとして動作させる場合にも、図１、図２に示した構成と同一の構成の装置で、零相電流の制御を実現することができる。
なお、４相の場合には、４相実電流値を零相電流検出回路１０１に入力し、前記（２）式に基づいて各相の零相電流値Ｉｏを求めて、零相電流を制御すればよい。他の多相においても同様である。
【００１８】
図３は本発明の零相電流制御装置の第２の実施例を示す図である。なお、本実施例の零相電流制御装置は、図２に示した零相電流検出回路１０１を備えておらず、電流検出器４１〜４３の出力は使用しない。したがって、本実施例の零相電流制御装置を図１のものに適用する場合には、必ずしも電流検出器４１〜４３を設ける必要はない。
図３において、１０５は零相電圧演算回路であり、零相電圧演算回路１０５は零相電流指令値Ｉｏ* を入力して、前記（３）式に基づいて零相電圧降下分零相電圧指令値Ｖｏ* を出力する。加算器１０４は零相電圧降下分である零相電圧指令値Ｖｏ２* と、前記したように制御装置２００で生成される単相負荷を制御するための単相各相の電圧指令値Ｖｍｕ* 、Ｖｍｖ* 、Ｖｍｗ* を加算して、単相各相ＰＷＭ変換器３１〜３３の電圧指令値Ｖｃｕ* 、Ｖｃｖ* 、Ｖｃｗ* を前記した変調回路２０１〜２０３に出力する。
【００１９】
ここで、（３）式における抵抗値Ｒｓ及びインダクタンス値Ｌｓは、インダクタンス５１１、５２１、５３１の内部抵抗値及びインダクタンス値と同一であり、零相電流指令値Ｉｏ* について（３）式の計算を行うことにより、零相電流指令値Ｉｏ* に相当した零相電流が各単相負荷に流れたときの単相負荷による零相電圧降下分を求めることができる。
したがって、この零相電圧降下分を零相電圧指令値Ｖｏ２* として、前記したようにこの零相電圧降下分を補償するように各相の単相ＰＷＭ変換器３１〜３３の電圧制御を行えば、単相負荷に零相電流指令値Ｉｏ* にほぼ一致する零相電流Ｉｏを流すことができる。
単相負荷が集電コイルであり、ＰＷＭ変換器１をコンバータとして動作させる場合には、以上のようにして３台の単相ＰＷＭ変換器３１〜３３により、直流電源２に供給される電力が制御されるととも、単相負荷に流れる零相電流が制御され、この零相電流により集電コイルに磁気ダンピング力が発生する。
また、単相負荷が例えば前記した推進用のコイルであり、ＰＷＭ変換器１をインバータとして動作させる場合には、上記とエネルギーの流れる方向が逆になり、零相電流により推進用コイルに発生する吸引力が制御される。
上記説明は３相の場合であるが、４相、あるいは、その他の多相の場合も同様である。
【００２０】
図４は本発明の零相電流制御装置の第３の実施例を示す図である。本実施例は、前記図２に示した第１の実施例の装置に図３に示した第２の実施例を適用し、（３）式により求めた零相電圧指令値Ｖｏ２* を偏差増幅器１０３の出力にフィードフォワード的に加算するようにしたものであり、図２及び図３に示したものと同一のものには同一の符号を付している。
図４において、零相電流検出回路１０１は、前記したように前記（１）式に基づいて零相実電流値Ｉｏを求めて、減算器１０２に出力する。
減算器１０２は零相電流指令値Ｉｏ* と上記零相実電流値Ｉｏから、その偏差である零相電流偏差値ΔＩｏを求める。偏差増幅器１０３は、この偏差値ΔＩｏ増幅し、零相電圧指令値Ｖｏ１* として、加算器１０６に出力する。
【００２１】
一方、零相電圧演算回路１０５は零相電流指令値Ｉｏ* を入力して、前記（３）式に基づいて零相電圧降下分零相電圧指令値Ｖｏ２* を加算器１０６に出力する。
加算器１０６は、上記零相電圧指令値Ｖｏ１* と零相電圧降下分零相電圧指令値Ｖｏ２* を加算し、零相電圧指令値Ｖｏ* を出力する。
この零相電圧指令値Ｖｏ* は、前記したように制御装置２００が出力する単相各相の負荷５１〜５３を制御する電圧指令値Ｖｍｕ* 、Ｖｍｖ* 、Ｖｍｗ* と加算器１０４において加算される。加算器１０４の出力は、単相各相ＰＷＭ変換器３１〜３３の電圧指令値Ｖｃｕ* 、Ｖｃｖ* 、Ｖｃｗ* として、前記図１に示した変調回路２０１〜２０３に出力される。
以上のようにして３台の単相ＰＷＭ変換器３１〜３３により、第１，２の実施例と同様に、単相負荷と直流電源２の間の電力の授受が制御されるとともに、単相負荷に流れる零相電流が制御され、この零相電流により磁気ダンピング力や吸引力が発生する。
本実施例においては、上記のように（３）式により求めた零相電圧指令値Ｖｏ２* を偏差増幅器１０３の出力にフィードフォワード的に加算するようにしたのて、偏差増幅器１０３のゲインを増大させることなく、即応性を確保することができる。
また、４相の場合には、４相実電流値を零相電流検出回路１０１に入力し、前記（２）式に基づいて各相の零相電流値Ｉｏを求めて、零相電流を制御すればよい。他の多相においても同様である。
【００２２】
以上では、多相の各単相負荷がバランスしている場合について説明したが、単相負荷のインダクタンスがアンバランスであっても、各相のインダクタンスの抵抗値Ｒｓ及びインダクタンス値Ｌｓに比例させて、各相の零相電圧指令を制御すれば、各相の零相電流をバランスして制御することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明においては、絶縁された多相の相数と同一数の単相負荷（単相電源）に対して、電力の授受に関係しない零相電流制御を容易にするために、共通直流部を有する相数と同一数の単相ＰＷＭ変換器で構成したＰＷＭ変換器を上記単相負荷に接続し、零相電流指令値と、実零相電流値あるいは零相電圧降下分に基づき零相電圧指令値を生成し、該零相電圧指令値と各相の単相負荷を制御する電圧指令値とを加算して、各単相ＰＷＭ変換器の電圧指令値を得て、各単相ＰＷＭ変換器をＰＷＭ制御するようにしたので、零相電流指令値に追従した零相電流制御を容易に行うことができる。
このため、例えば磁気浮上式鉄道等において使用される集電コイルに適用することにより、磁気ダンピングを実現して乗り心地の改善を図ることができ、また、上記常電導リニアモータの推進用コイルに適用することにより、吸引用コイルを設けることなく、上記コイルにより吸引力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のＰＷＭ変換器の主回路構成および制御装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示した零相電流制御装置の第１の実施例を示す図である。
【図３】本発明の零相電流制御装置の第２の実施例を示す図である。
【図４】本発明の零相電流制御装置の第３の実施例を示す図である。
【図５】本発明における零相電流の概念を説明する図である。
【符号の説明】
１ ＰＷＭ変換器
２ 直流電源
３１〜３３ 単相ＰＷＭ変換器
４１〜４３ 電流検出器
５ ３相負荷
５１〜５３ 単相負荷（単相電源）
５１１、５２１、５３１ インダクタンス
５１２、５２２、５３２ 誘起電圧源
１００ 零相電流制御装置
１０１ 零相電流検出回路
１０２ 減算器
１０３ 偏差増幅器
１０４、１０６ 加算器
１０５ 零相電圧演算回路
２００ 制御装置
２０１〜２０３ 変調回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気浮上式鉄道等において使用される非接触で車上に電力を供給するための集電コイルからの電力の供給や、あるいは、上記鉄道等において推進力と吸引力を得るためのコイルへの通電等に適用される零相電流制御機能付きＰＷＭ変換器の制御装置に関し、特に、相数と同一数の単相ＰＷＭ変換器から構成されるＰＷＭ変換器に零相電流制御機能を付加し、ダンピング力の制御や吸引力の制御等を実現することができるＰＷＭ変換器の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
磁気浮上式鉄道等における誘導式磁気浮上方式は、磁気ダンピングが小さいことが指摘されており、車両振動により乗り心地が低下するというという問題が提起されている。
そこで、非接触で車上への電力を供給するための集電コイルの各相に同一極性の値がバランスした電流（本発明ではこの各相に流れる電力の授受に関係しない電流の多相平均値を零相電流と呼ぶこととする）を流して磁気ダンピングを実現することにより、振動を抑制し乗り心地を改善する提案なされている（例えば、「誘導集電装置を利用したアクティブ磁気ダンパ」、村井敏昭他、電気学会論文誌Ｄ、１１９巻１１号、平成１１年参照）。
集電電力を発生する集電コイルのＵ、Ｖ、Ｗ相に、例えば図５に示すような、車両振動速度に応じた低周波の電流Ｉｏｕ，Ｉｏｖ，Ｉｏｗ（周波数は集電コイルに発生する電圧の周波数の数十分の１程度）を重畳することによりダンピング力を発生することができ、この電流を制御すれば、専用のダンピングコイルを設けることなく振動の抑制を図ることができると期待される。
【０００３】
また、磁気浮上車両等における常電導リニアモータの主回路においては、従来、推進力を得るためのコイルおよびそれに通電するための推進用のインバータと、吸引力を得るためのコイルおよびそれに通電するための吸引用のインバータをそれぞれ設け、推進力と吸引力を制御していた。
しかし、上記制御においても、推進力を得るためのコイルに上記零相電流を通電すれば、このコイルにより吸引力も得ることができ、推進力を得るためのコイルと吸引力を得るためのコイル、および、これらに通電するためのインバータをそれぞれ設けることなく、一つのコイルと一台のインバータにより推進力と吸引力の制御を実現することができるものと期待される。
従来においては、上記集電コイルからの電力の供給や、推進力や吸引力を得るためのコイルへの通電に使用されるコンバータやインバータの制御装置において、上記零相電流を制御できるものは実現されていなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように従来においては、磁気浮上式鉄道等における集電コイルからの電力の供給や、あるいは、推進力や吸引力を得るためのコイルへの通電等に用いられるコンバータやインバータの制御装置において、零相電流を制御できるものは開発されておらず、ダンピング力の制御や吸引力の制御等を実現することができなかった。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、多相負荷と、共通の直流部との間での電力の授受の制御を行うＰＷＭ変換器の制御装置において、上記多相負荷に流れる零相電流を制御することができる零相電流制御機能付きＰＷＭ変換器の制御装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明では、電力の授受に関係しない零相電流制御を容易にするために、多相負荷を、絶縁された多相の相数と同一数の単相電源もしくは負荷（以下の説明では、電源および負荷を合わせて負荷と呼ぶこととし、集電コイルのように誘起電圧源として作用するものも負荷と呼ぶ）により構成すると共に、ＰＷＭ変換器を、共通の直流部を有する相数と同一数の単相ＰＷＭ変換器により構成した。
以下では、特にこだわらない限り３相により説明するが、本発明は３相に限らず、４相等の任意の多相に対しても同様に適用することができる。
コンバータにおいて、３台の単相負荷（この場合の負荷は電源）より、３台の単相ＰＷＭ変換器により電力を入力する時、入力電力に関係する周波数成分の３相電流の和は、瞬時瞬時零になる。そこで、この３相各相の単相ＰＷＭ変換器に流れる電流をＩｕ、Ｉｖ、Ｉｗとし、これら３相電流を加算すると、単相各相に流れる上記周波数成分以外の入力電力に関係しない電流の３相平均値Ｉｏは以下に示す（１）式で示される。
同様に、インバータにおいて、３台の単相負荷にトルク等の電力を出力する時、トルク等に関係する周波数成分の３相電流の和は零になるので、単相各相に流れる上記周波数成分以外の出力電力に関係しない電流の３相平均値Ｉｏは、上記と同様に（１）式で示される。
（１）式は３相の場合であるが、３相以外の例えば４相においては、各相の電力に関係する周波数成分の位相が９０°異なるが同様に（２）式で示される。
【０００６】
本発明では、上記多相各相に流れる同一極性で値がほぼ等しい電力の授受に関係しない電流の多相平均値Ｉｏを零相電流と呼び、この零相電流Ｉｏが零相電流指令値Ｉｏ* に一致するように制御する。この零相電流Ｉｏは、前記したＰＷＭ変換器をコンバータとして動作させる集電コイルに適用した場合には、磁気ダンピングを実現するための電流となり、また、前記したようにＰＷＭ変換器をインバータとして動作させる駆動用コイルに適用した場合には、吸引力を得るための電流となる。
【０００７】
また、上記３台の単相負荷に流れる電力の授受に関係しない電流、すなわち零相電流Ｉｏがそれぞれ単相負荷に流れると、上記３台の単相負荷の抵抗値をＲｓ、インダクタンス値をＬｓ、微分演算子をＰとすると、上記抵抗値Ｒｓ及びインダクタンス値Ｌｓによる零相電圧降下Ｖｏは（３）式で示される。
そこで、この零相電圧降下Ｖｏを補償するように各相の単相ＰＷＭ変換器の電圧制御を行えば、単相負荷に零相電流Ｉｏを流すことができる。
すなわち、零相電流指令値Ｉｏ* と単相負荷の抵抗値Ｒｓ及びインダクタンス値Ｌｓから零相電圧降下Ｖｏを求め、各相の単相ＰＷＭ変換器の電圧指令値にこの零相電圧降下Ｖｏを加算して各相の電圧指令値を求め、この電圧指令値により各相の単相ＰＷＭ変換器を制御する。このようにすれば、単相負荷に零相電流指令値Ｉｏ* にほぼ一致する零相電流Ｉｏを流すことができる。
【０００８】
【数１】
以上のように、本発明では、多相各相実電流値を検出して（１）式もしくは（２）式により零相電流Ｉｏを算出し、零相電流指令値Ｉｏ* との偏差から零相電圧指令値を求め、この零相電圧指令値と、上記多相の単相負荷を制御するための多相の各相電圧指令値を加算して、単相各相ＰＷＭ変換器の電圧指令値とし、単相ＰＷＭ変換器の出力端子電圧をパルス幅変調によって制御する。
あるいは、零相電流指令値Ｉｏ* と多相各相負荷の抵抗値Ｒｓ及びインダクタンス値Ｌｓとから、（３）式により零相電流による負荷電圧降下Ｖｏを求めて、これを零相電圧指令値として、上記と同様、上記多相の単相負荷を制御するための多相の各相電圧指令値に加算して、単相各相ＰＷＭ変換器の電圧指令値とし、単相ＰＷＭ変換器の出力端子電圧をパルス幅変調によって制御する。
【００１０】
本発明は上記原理に基づき前述の課題を解決するものであり、本発明においては次のようにＰＷＭ変換器を構成し、零相電流を制御する。
（１）ＰＷＭ変換器を、絶縁された多相負荷より電力を授受するための共通直流部を有し、多相の相数と同一数の単相ＰＷＭ変換器より構成する。
そして、このＰＷＭ変換器の制御装置に、多相各相実電流値を検出する検出手段と、該検出手段により検出された多相各相実電流値の和から零相実電流値を出力する零相実電流出力手段と、上記零相実電流値と、零相電流指令値とを一致させるための零相電圧指令値を出力する零相電圧指令手段と、前記多相負荷を制御するための多相各相の第１の電圧指令値と、上記零相電圧指令値とを加算して、前記単相ＰＷＭ変換器の各相の第２の電圧指令値を出力する電圧指令手段と、上記第２の電圧指令値により、単相ＰＷＭ変換器の各相の出力電圧を制御する手段とを設ける。
（２）上記（１）において、零相電圧指令手段を、零相電流指令値と前記零相実電流値との偏差を増幅し、前記零相電圧指令値を出力する手段から構成する。
（３）上記（１）において、前記零相電圧指令手段を、零相電流指令値と前記零相実電流値との偏差を増幅する増幅手段と、零相電流指令値と前記多相負荷の各相の抵抗分との積と、前記零相電流指令値の微分値と前記多相負荷の各相のインダクタンス分との積との加算値を求める加算手段と、上記増幅手段と上記加算手段の出力を加算して前記零相電圧指令値を出力する手段とから構成する。
（４）上記（１）と同一構成のＰＷＭ変換器の制御装置に、零相電流指令値と前記多相負荷の各相の抵抗分との積と、上記零相電流指令値の微分値と前記単相各相負荷の各相のインダクタンス分との積を加算して零相電圧指令値を出力する零相電圧指令手段と、前記多相負荷を制御するための多相各相の第１の電圧指令値と、上記零相電圧指令値とを加算して、前記単相ＰＷＭ変換器の各相の第２の電圧指令値を出力する電圧指令手段と、上記第２の電圧指令値により、単相ＰＷＭ変換器の各相の出力電圧を制御する手段とを設ける。
【００１１】
上記（１）（２）のように、多相各相の実電流値から零相実電流値を求め、零相実電流値と零相電流指令値とから、零相電圧指令値を求め、多相負荷を制御するための多相各相の第１の電圧指令値と加算して、第２の電圧指令値を得て、この第２の指令値により多相各相の単相ＰＷＭ変換器を制御することにより、多相負荷の各相に零相電圧指令値に一致する零相電流を流すことができ、前記したように集電コイルにおいては磁気ダンピングを実現することができ、推進用コイルにおいては、吸引力を得ることができる。
また上記（３）のように、零相電流指令値と前記多相負荷の各相の抵抗分との積と前記零相電流指令値の微分値と前記多相負荷の各相のインダクタンス分との積とを求め、零相実電流値と零相電流指令値の偏差に加算して零相電圧指令値を得ることにより、上記（１）と同様に多相負荷に零相電流指令値に一致する零相電流を流すことができるとともに、零相電流指令値の変動に迅速に応動させて零相電流を制御することができる。
さらに、上記（４）のように、零相電流指令値と前記多相負荷の各相の抵抗分との積と、上記零相電流指令値の微分値と前記多相負荷の各相のインダクタンス分との積を加算して零相電圧指令値を求め、この零相電圧指令値により上記（１）のようにＰＷＭ変換器を制御することにより、零相電流指令値に迅速に応動させて零相電流を制御することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施例のＰＷＭ変換器の主回路構成および制御装置の構成を示すブロック図である。なお、本発明は前記したように３相に限定されず、４相等の多相に適用することができるが、以下の実施例においては、３相の場合について説明する。
同図において、１はＰＷＭ変換器であり、ＰＷＭ変換器１はＵ，Ｖ，Ｗ相の３台の単相ＰＷＭ変換器３１〜３３から構成される。単相ＰＷＭ変換器３１〜３３は、逆並列に接続されたダイオードを有するスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４をブリッジ状に接続して構成したものであり、その直流側は共通の直流電源２に並列に接続され、また、交流側はそれぞれ単相負荷５１〜５３からなる３相負荷５に接続される。
【００１３】
単相負荷５１〜５３において、５１１、５２１、５３１はそれぞれ単相負荷のＵ、Ｖ、Ｗ相のインダクタンス、５１２、５２２、５３２はそれぞれ単相負荷のＵ、Ｖ、Ｗ相の誘起電圧源であり、これら単相負荷５１〜５３の相間は電気的に絶縁されているとともに、上記誘起電圧源５１２，５２２，５３２及びインダクタンス５１１、５２１、５３１はバランスしている。
なお、本実施例では、上記単相負荷５１〜５３が誘起電圧源として動作する前記集電コイルであり、ＰＷＭ変換器がコンバータとして動作する場合について説明するが、本実施例のＰＷＭ変換器を前記した常電導リニアモータの推進力を得るコイルに適用し、ＰＷＭ変換器をインバータとして動作させる場合には、上記誘起電圧源５１〜５３は、負荷の逆起電力となる。
また、本実施例は３相の場合であるが、４相の場合には、４個の単相ＰＷＭ変換器と、絶縁されバランスした４個の単相負荷から構成すればよい。
【００１４】
図１において、単相負荷５１〜５３に流れる各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは、それぞれ電流検出器４１〜４３により検出され、零相電流制御装置１００に与えられる。
零相電流制御装置１００は、後述するように上記電流検出器４１〜４３により検出された各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの和から実零相電流を求め、零相電流指令値Ｉｏ* と一致させるための零相電圧指令値Ｖｏ* を出力する。
一方、制御装置２００は、各単相ＰＷＭ変換装置３１〜３３を駆動するための１２０°位相が異なる３相の電圧指令値Ｖｍｕ* 、Ｖｍｖ* 、Ｖｍｗ* を出力する。加算器１０４は、この電圧指令値Ｖｍｕ* 、Ｖｍｖ* 、Ｖｍｗ* と、零相電圧指令値とを加算して、各相の電圧指令値Ｖｃｕ* 、Ｖｃｖ* 、Ｖｃｗ* を出力する。
このようにして生成した各相の電圧指令値Ｖｃｕ* 、Ｖｃｖ* 、Ｖｃｗ* は、変調回路２０１〜２０３に与えられ、変調回路２０１〜２０３は、例えば上記電圧指令値Ｖｃｕ* 、Ｖｃｖ* 、Ｖｃｗ* と三角波を比較することにより上記電圧指令値をＰＷＭ変調して、各相のＰＷＭ変換器３１〜３３に送出する。
なお、上記制御装置２００および変調回路２０１〜２０３の構成及び動作は、通常使用されている周知のＰＷＭ変換器の制御装置および変調回路と同様であり、ここでは詳細な説明は省略する。
【００１５】
図２は、図１に示した零相電流制御装置の第１の実施例を示す図である。
同図において、１０１は零相電流検出回路、１０２は減算器、１０３は偏差増幅器であり、１０４は前記図１に示した加算器である。
以下、図２に示す本実施例の動作を説明する。
零相電流検出回路１０１は、電流検出器４１〜４３により検出されたＵ、Ｖ、Ｗ相の単相負荷５１〜５３の各相実電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗから、前記（１）式に基づいて零相実電流値Ｉｏを求めて、減算器１０２に出力する。
減算器１０２は零相電流指令値Ｉｏ* と上記零相実電流値Ｉｏから、その偏差である零相電流偏差値ΔＩｏを求める。偏差増幅器１０３は、この偏差値ΔＩｏ増幅し、零相電圧指令値Ｖｏ* として出力する。
加算器１０４は前記したように上記零相電圧指令値Ｖｏ* と、制御装置２００で生成された単相各相の負荷５１〜５３を制御する電圧指令値Ｖｍｕ* 、Ｖｍｖ* 、Ｖｍｗ* を加算して、単相各相ＰＷＭ変換器３１〜３３の電圧指令値Ｖｃｕ* 、Ｖｃｖ* 、Ｖｃｗ* を求め、前記図１に示した変調回路２０１〜２０３に出力する。
【００１６】
上記単相負荷５１〜５３が前記した集電コイルの場合には、上記電圧指令値Ｖｍｕ* 、Ｖｍｖ* 、Ｖｍｗ* は、図１に示したＰＷＭ変換器１に入力する電力制御のための電圧指令値であり、集電コイルに発生する電力は、コンバータとして動作するＰＷＭ変換器１で、直流に変換され、直流電源２に供給される。
また、各相の集電コイルに流れる零相実電流は、上記零相電流検出回路１０１で検出され、検出された零相実電流と零相電流指令値Ｉｏ* との偏差が求められ、この偏差から零相電圧指令Ｖｏ* が生成される。そして、上記電圧指令値Ｖｍｕ* 、Ｖｍｖ* 、Ｖｍｗ* に加算され、電圧指令値Ｖｃｕ* 、Ｖｃｖ* 、Ｖｃｗ* として変調回路２０１〜２０３に与えられる。
ＰＷＭ変換器１は、集電コイルに発生する電力を上記電圧指令値Ｖｍｕ* 、Ｖｍｖ* 、Ｖｍｗ* に応じて直流に変換し、直流電源２に供給するとともに、集電コイルに流れる零相電流が、上記零相電流指令値Ｉｏ* に一致するように制御する。
以上のようにして３台の単相ＰＷＭ変換器３１〜３３により、直流電源２に供給される電力が制御されるととも、集電コイルに流れる零相電流が制御され、この零相電流により集電コイルに磁気ダンピング力が発生する。
【００１７】
上記説明は、単相負荷５１〜５３が集電コイルであり、ＰＷＭ変換器１をコンバータとして動作させる場合であるが、上記単相負荷５１〜５３が前記した常電導リニアモータの推進用のコイルであり、ＰＷＭ変換器１をインバータとして動作させる場合には、上記電圧指令値Ｖｍｕ* 、Ｖｍｖ* 、Ｖｍｗ* は、ＰＷＭ変換器１が出力する電力制御のための電圧指令値となり、上記とはエネルギーの流れる方向が逆となる。そして、上記コイルに流れる零相電流により、上記推進用コイルに吸引力を発生させる。
すなわち、ＰＷＭ変換器１をインバータとして動作させる場合にも、図１、図２に示した構成と同一の構成の装置で、零相電流の制御を実現することができる。
なお、４相の場合には、４相実電流値を零相電流検出回路１０１に入力し、前記（２）式に基づいて各相の零相電流値Ｉｏを求めて、零相電流を制御すればよい。他の多相においても同様である。
【００１８】
図３は本発明の零相電流制御装置の第２の実施例を示す図である。なお、本実施例の零相電流制御装置は、図２に示した零相電流検出回路１０１を備えておらず、電流検出器４１〜４３の出力は使用しない。したがって、本実施例の零相電流制御装置を図１のものに適用する場合には、必ずしも電流検出器４１〜４３を設ける必要はない。
図３において、１０５は零相電圧演算回路であり、零相電圧演算回路１０５は零相電流指令値Ｉｏ* を入力して、前記（３）式に基づいて零相電圧降下分零相電圧指令値Ｖｏ* を出力する。加算器１０４は零相電圧降下分である零相電圧指令値Ｖｏ２* と、前記したように制御装置２００で生成される単相負荷を制御するための単相各相の電圧指令値Ｖｍｕ* 、Ｖｍｖ* 、Ｖｍｗ* を加算して、単相各相ＰＷＭ変換器３１〜３３の電圧指令値Ｖｃｕ* 、Ｖｃｖ* 、Ｖｃｗ* を前記した変調回路２０１〜２０３に出力する。
【００１９】
ここで、（３）式における抵抗値Ｒｓ及びインダクタンス値Ｌｓは、インダクタンス５１１、５２１、５３１の内部抵抗値及びインダクタンス値と同一であり、零相電流指令値Ｉｏ* について（３）式の計算を行うことにより、零相電流指令値Ｉｏ* に相当した零相電流が各単相負荷に流れたときの単相負荷による零相電圧降下分を求めることができる。
したがって、この零相電圧降下分を零相電圧指令値Ｖｏ２* として、前記したようにこの零相電圧降下分を補償するように各相の単相ＰＷＭ変換器３１〜３３の電圧制御を行えば、単相負荷に零相電流指令値Ｉｏ* にほぼ一致する零相電流Ｉｏを流すことができる。
単相負荷が集電コイルであり、ＰＷＭ変換器１をコンバータとして動作させる場合には、以上のようにして３台の単相ＰＷＭ変換器３１〜３３により、直流電源２に供給される電力が制御されるととも、単相負荷に流れる零相電流が制御され、この零相電流により集電コイルに磁気ダンピング力が発生する。
また、単相負荷が例えば前記した推進用のコイルであり、ＰＷＭ変換器１をインバータとして動作させる場合には、上記とエネルギーの流れる方向が逆になり、零相電流により推進用コイルに発生する吸引力が制御される。
上記説明は３相の場合であるが、４相、あるいは、その他の多相の場合も同様である。
【００２０】
図４は本発明の零相電流制御装置の第３の実施例を示す図である。本実施例は、前記図２に示した第１の実施例の装置に図３に示した第２の実施例を適用し、（３）式により求めた零相電圧指令値Ｖｏ２* を偏差増幅器１０３の出力にフィードフォワード的に加算するようにしたものであり、図２及び図３に示したものと同一のものには同一の符号を付している。
図４において、零相電流検出回路１０１は、前記したように前記（１）式に基づいて零相実電流値Ｉｏを求めて、減算器１０２に出力する。
減算器１０２は零相電流指令値Ｉｏ* と上記零相実電流値Ｉｏから、その偏差である零相電流偏差値ΔＩｏを求める。偏差増幅器１０３は、この偏差値ΔＩｏ増幅し、零相電圧指令値Ｖｏ１* として、加算器１０６に出力する。
【００２１】
一方、零相電圧演算回路１０５は零相電流指令値Ｉｏ* を入力して、前記（３）式に基づいて零相電圧降下分零相電圧指令値Ｖｏ２* を加算器１０６に出力する。
加算器１０６は、上記零相電圧指令値Ｖｏ１* と零相電圧降下分零相電圧指令値Ｖｏ２* を加算し、零相電圧指令値Ｖｏ* を出力する。
この零相電圧指令値Ｖｏ* は、前記したように制御装置２００が出力する単相各相の負荷５１〜５３を制御する電圧指令値Ｖｍｕ* 、Ｖｍｖ* 、Ｖｍｗ* と加算器１０４において加算される。加算器１０４の出力は、単相各相ＰＷＭ変換器３１〜３３の電圧指令値Ｖｃｕ* 、Ｖｃｖ* 、Ｖｃｗ* として、前記図１に示した変調回路２０１〜２０３に出力される。
以上のようにして３台の単相ＰＷＭ変換器３１〜３３により、第１，２の実施例と同様に、単相負荷と直流電源２の間の電力の授受が制御されるとともに、単相負荷に流れる零相電流が制御され、この零相電流により磁気ダンピング力や吸引力が発生する。
本実施例においては、上記のように（３）式により求めた零相電圧指令値Ｖｏ２* を偏差増幅器１０３の出力にフィードフォワード的に加算するようにしたのて、偏差増幅器１０３のゲインを増大させることなく、即応性を確保することができる。
また、４相の場合には、４相実電流値を零相電流検出回路１０１に入力し、前記（２）式に基づいて各相の零相電流値Ｉｏを求めて、零相電流を制御すればよい。他の多相においても同様である。
【００２２】
以上では、多相の各単相負荷がバランスしている場合について説明したが、単相負荷のインダクタンスがアンバランスであっても、各相のインダクタンスの抵抗値Ｒｓ及びインダクタンス値Ｌｓに比例させて、各相の零相電圧指令を制御すれば、各相の零相電流をバランスして制御することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明においては、絶縁された多相の相数と同一数の単相負荷（単相電源）に対して、電力の授受に関係しない零相電流制御を容易にするために、共通直流部を有する相数と同一数の単相ＰＷＭ変換器で構成したＰＷＭ変換器を上記単相負荷に接続し、零相電流指令値と、実零相電流値あるいは零相電圧降下分に基づき零相電圧指令値を生成し、該零相電圧指令値と各相の単相負荷を制御する電圧指令値とを加算して、各単相ＰＷＭ変換器の電圧指令値を得て、各単相ＰＷＭ変換器をＰＷＭ制御するようにしたので、零相電流指令値に追従した零相電流制御を容易に行うことができる。
このため、例えば磁気浮上式鉄道等において使用される集電コイルに適用することにより、磁気ダンピングを実現して乗り心地の改善を図ることができ、また、上記常電導リニアモータの推進用コイルに適用することにより、吸引用コイルを設けることなく、上記コイルにより吸引力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のＰＷＭ変換器の主回路構成および制御装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示した零相電流制御装置の第１の実施例を示す図である。
【図３】本発明の零相電流制御装置の第２の実施例を示す図である。
【図４】本発明の零相電流制御装置の第３の実施例を示す図である。
【図５】本発明における零相電流の概念を説明する図である。
【符号の説明】
１ ＰＷＭ変換器
２ 直流電源
３１〜３３ 単相ＰＷＭ変換器
４１〜４３ 電流検出器
５ ３相負荷
５１〜５３ 単相負荷（単相電源）
５１１、５２１、５３１ インダクタンス
５１２、５２２、５３２ 誘起電圧源
１００ 零相電流制御装置
１０１ 零相電流検出回路
１０２ 減算器
１０３ 偏差増幅器
１０４、１０６ 加算器
１０５ 零相電圧演算回路
２００ 制御装置
２０１〜２０３ 変調回路
Claims (4)
- 絶縁された多相負荷より電力を授受するための共通直流部を有し、多相の相数と同一数の単相ＰＷＭ変換器よりなる零相電流制御機能付きＰＷＭ変換器の制御装置であって、
上記制御装置は、多相各相実電流値を検出する検出手段と、
上記検出手段により検出された多相各相実電流値の和から零相実電流値を出力する零相実電流出力手段と、
上記零相実電流値と、零相電流指令値とを一致させるための零相電圧指令値を出力する零相電圧指令手段と、
前記多相負荷を制御するための多相各相の第１の電圧指令値と、上記零相電圧指令値とを加算して、前記単相ＰＷＭ変換器の各相の第２の電圧指令値を出力する電圧指令手段と、
上記第２の電圧指令値により、単相ＰＷＭ変換器の各相の出力電圧を制御する手段とを備えた
ことを特徴とする零相電流制御機能付きＰＷＭ変換器の制御装置。 - 前記零相電圧指令手段は、
前記零相電流指令値と前記零相実電流値との偏差を増幅し、前記零相電圧指令値を出力する手段から構成される
ことを特徴とする請求項１の零相電流制御機能付きＰＷＭ変換器の制御装置。 - 前記零相電圧指令手段は、
前記零相電流指令値と前記零相実電流値との偏差を増幅する増幅手段と、
前記零相電流指令値と前記多相負荷の各相の抵抗分との積と、前記零相電流指令値の微分値と前記多相負荷の各相のインダクタンス分との積との加算値を求める加算手段と、
上記増幅手段と上記加算手段の出力を加算して前記零相電圧指令値を出力する手段とから構成される
ことを特徴とする請求項１の零相電流制御機能付きＰＷＭ変換器の制御装置。 - 絶縁された多相負荷より電力を授受するための共通直流部を有し、多相の相数と同一数の単相ＰＷＭ変換器よりなる零相電流制御機能付きＰＷＭ変換器の制御装置であって、
上記制御装置は、零相電流指令値と前記多相負荷の各相の抵抗分との積と、上記零相電流指令値の微分値と前記各相負荷の各相のインダクタンス分との積を加算して零相電圧指令値を出力する零相電圧指令手段と、
前記多相負荷を制御するための多相各相の第１の電圧指令値と、上記零相電圧指令値とを加算して、前記単相ＰＷＭ変換器の各相の第２の電圧指令値を出力する電圧指令手段と、
上記第２の電圧指令値により、前記単相ＰＷＭ変換器の各相の出力電圧を制御する手段とを備えた
ことを特徴とする零相電流制御機能付きＰＷＭ変換器の制御装置。
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|---|---|---|---|
| JP2001036737A JP3797879B2 (ja) | 2001-02-14 | 2001-02-14 | 零相電流制御機能付きｐｗｍ変換器の制御装置 |
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