JP4058755B2 - PWM cycloconverter and control method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電源から任意の周波数へ出力変換可能な電力変換装置に関し、特にパルス幅変調(PWM)制御方式を用いたPWMサイクロコンバータとそのの制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来技術について説明する。PWMサイクロコンバータは入力電源と出力が直接双方向に電流が流せる双方向スイッチを介して直接接続されている。したがって、欠相、停電、電源不平衡等の入力電源の異常が発生した場合、入力電源の異常を検出し運転を停止しなければならない。入力電源の異常検出方法としては、「電源電圧異常検出方法(特開2001−258151号公報)」等が知られている。
従来のPWMサイクロコンバータの回路構成図を図2に示す。図において三相電源1は入力フィルタ2を介して双方向スイッチ群3に接続される。双方向スイッチ群3は、双方向スイッチS1〜S9で構成される。現在、双方向に電力が流せ、逆耐圧特性を持ったパワーデバイスがないため、各双方向スイッチは、例えば図3に示すように逆並列に接続された、ダイオードD1、D2とIGBT1、2から構成される。双方向スイッチS1〜S9の出力は負荷L1〜L3に接続される。PWMサイクロコンバータの制御コントローラ8は、電源異常検出器4、通常電源位相検出器5の入力を持ち、ゲートドライバ9へゲート信号を出力する。ゲートドライバ9は、ゲート信号に基づいて各双方向スイッチS1〜S9を駆動する。通常電源位相検出器5の詳細を図4に示す。通常電源位相検出器5は、三相電源1のうち2相を入力とし、電源の位相を検出する。入力電圧のうち二相分は、トランス100を介してコンパレータ101に入力され、PFD102、フィルタ103、VCO104、カウンタ105に入力され、位相データとなる。カウンタ105の最上位ビット(MSB)は、PFD102にフィードバックされ、PLL回路を構成する。もちろん、入力電圧の位相を検出する手段は、図5に示すものだけでなく、コンパレータ101出力の矩形波のエッジからエッジまでをタイマーによって計測する方法や,入力電圧の瞬時値をCPUにAD変換して取り込み,ソフトウェアで位相を検出してもよい。電源異常検出器4は、三相電源1に欠相、停電、不平衡といった異常が検出された場合、電源異常情報を制御コントローラ8に伝える。従来例では、電源異常が検出された場合、制御コントローラ8は、各双方向スイッチS1〜S9を停止させるために、ゲートドライバ9に運転停止用ゲート信号を出力する。通常、双方向スイッチS1〜S9を停止するためには、すべてのスイッチを”開”とする。この動作を今後ゲートブロックと呼ぶ。従来例のPWMサイクロコンバータの電源異常時の運転について図5を用いて説明する。電源異常が発生した場合、即座にゲートブロックし、電源異常が解除されると通常運転に復帰する。
上述のとおり入力電源の異常を検出し、電源異常時にすみやかにPWMサイクロコンバータの動作を停止させることが可能となる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の構成では電源異常時、PWMサイクロコンバータの運転を停止させることは出来るが、例えば、電源が電源周波数1〜2周期の間停電した場合(以下瞬停と呼ぶ)でも、運転を継続させることができない。本発明はこの問題点に鑑みてなされたものであり、その目的はPWMサイクロコンバータ運転時、電源異常、特に瞬停が発生し復電した時、すみやかに運転が継続できるようにすることにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため本発明は、三相交流電源の各相と三相出力の電力変換器の各相とを電流が一方向だけ流せる片方向半導体スイッチを2個組み合わせた構成で、かつ各々が独立にオンオフできる構成とする双方向半導体スイッチで直接接続する電力変換器であるPWMサイクロコンバータであって、入力電源の異常を検出する電源異常検出器と、入力電圧の位相を検出する通常電源位相検出器と、前記入力電圧の瞬時値の大小関係から電源位相を計算する瞬時電源位相検出器と、前記入力位相として前記通常電源位相検出器の出力と前記瞬時電源位相検出器の出力のうちどちらか一方を選択する電源位相選択器とからなり、前記電源異常検出器が異常を検出しない場合は、前記電源位相選択器は前記通常電源位相検出器で求められる電源位相を入力電源位相とし、前記電源異常検出器が異常を検出した場合は、前記電源位相選択器は前記瞬時電源位相検出器で求められる電源位相を入力電源位相とする手段からなるPWMサイクロコンバータにおいて、
前記電源異常検出器が異常を検出した際は、即座に前記電源位相選択器を前記瞬時電源位相検出器で求められる電源位相を入力電源位相とし、前記電源異常検出器が異常検出から正常検出へ切り替わった際は、設定時間T1後に前記通常電源位相検出器で求められる電源位相を入力電源位相とする手段を備える。
また、請求項1において、前記電源異常検出器が異常を検出した際は、即座に前記通常電源位相選択器を前記瞬時電源位相検出器で求められる電源位相を入力電源位相とするとともに、前記PWMサイクロコンバータの前記双方向半導体スイッチ素子を開き、ゲートブロック状態とし、前記電源異常検出器が異常検出から正常検出へ切り替わった際は、設定時間T2(T1≧T2とする)後に、前記半導体スイッチ素子を通常運転し、前記設定時間T1後に前記電源位相選択器を前記電源位相検出器で求められる電源位相を入力電源位相とする手段からなる。
また、三相交流電源の各相と三相出力の電力変換器の各相とを電流が一方向だけ流せる片方向半導体スイッチを2個組み合わせた構成で、かつ各々が独立にオンオフできる構成とする双方向半導体スイッチで直接接続する電力変換器であるPWMサイクロコンバータの制御方法であって、電源異常検出器で入力電源の異常を検出し、通常電源位相検出器で入力電圧の位相を検出し、瞬時電源位相検出器で前記入力電圧の瞬時値の大小関係から電源位相を計算し、電源位相選択器で前記入力位相として前記通常電源位相検出器の出力と前記瞬時電源位相検出器の出力のうちどちらか一方を選択し、前記電源異常検出器が異常を検出しない場合は、前記電源位相選択器は前記通常電源位相検出器で求められる電源位相を入力電源位相とし、前記電源異常検出器が異常を検出した場合は、前記電源位相選択器は前記瞬時電源位相検出器で求められる電源位相を入力電源位相とするPWMサイクロコンバータの制御方法において、
前記電源異常検出器が異常を検出した際は、即座に前記電源位相選択器を前記瞬時電源位相検出器で求められる電源位相を入力電源位相とし、前記電源異常検出器が異常検出から正常検出へ切り替わった際は、設定時間T1後に前記通常電源位相検出器で求められる電源位相を入力電源位相とする。
また、請求項3において、前記電源異常検出器が異常を検出した際は、即座に前記通常電源位相選択器を前記瞬時電源位相検出器で求められる電源位相を入力電源位相とするとともに、前記PWMサイクロコンバータの前記双方向半導体スイッチ素子を開き、ゲートブロック状態とし、前記電源異常検出器が異常検出から正常検出へ切り替わった際は、設定時間T2(T1≧T2とする)後に、前記半導体スイッチ素子を通常運転し、前記設定時間T1後に前記電源位相選択器を前記電源位相検出器で求められる電源位相を入力電源位相とする。
上記手段により、PWMサイクロコンバータ運転時、電源異常、特に瞬停が発生し復電した時、すみやかに運転が継続できる。
【0005】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図に基づいて説明する。図1に本発明のPWMサイクロコンバータの回路構成図を示す。本発明の構成(図1)が従来の構成(図2)と異なる部分は、瞬時電源位相検出器6、電源位相選択器7、タイマT1とタイマT2からなるタイマ手段の部分である。従来と同じ名称には同一符号を付け重複説明を省略する。三相電源1に接続されその異常を検出する電源異常検出器4から出される異常検出信号は、タイマT1、T2を通過し電源位相選択器7に入力される。タイマーT1、T2は電源異常状態から正常状態に戻った場合に動作する。また、タイマーT1、T2はT1≧T2となるようにあらかじめ設定する。
【0006】
電源異常検出器4が異常を検出した場合は、タイマーT1、T2通過信号もそれぞれ即座に異常検出するが、電源異常検出器4が正常検出に戻った場合は、まずタイマーT2通過信号が正常となり、次にタイマーT1通過信号が正常となる。瞬時電源位相検出器6では、入力電圧の瞬時値から入力電圧の位相を計算する。計算結果は電源1周期を12分割した区間(30度の範囲)として計算される。計算フローを図9に示す。区間1と区間2を判別するには、まず入力電圧Vrの正負を判別する。Vrが0以上である場合、Vsの正負を判別する。Vsが0以上である場合、Vr−Vsの正負を判別する。結果が0以上であれば、区間1となり、負であれば、区間2となる。同様に残りの区間もVr、Vs、Vtの大小関係からすべて求めることができる。
【0007】
(ステップ1)電源異常時、図6に示すように入力位相を通常電源位相検出器5の出力θ1から、瞬時電源位相検出器6の出力θ2に切り替える。
(ステップ2)正常状態に戻る際、図7に示すようにT1時間経過するまで瞬時電源位相検出器6の出力θ2を用いる。この理由は、電源異常検出器4が正常と判断しても実際の入力電源電圧の値が不安定な場合があるためです。PWMサイクロコンバータの入力にはリアクトルとコンデンサから成るフィルタ回路を有しているため電源が復電した時に突入電流が流れ電圧・電流に大きなリプル成分が含まれます。そのため通常電源位相検出器5の出力θ1では、位相を誤検出する場合があるためである。
(ステップ3)異常検出すると、図8に示すように瞬時電源位相検出器6の出力θ2に切り替えるとともにベースブロックし、正常状態に戻った際、T2時間後に双方向スイッチ群3を通常運転に戻し(ベースブロック解除し)、T1時間経過後に、入力位相として瞬時電源位相検出器6の出力θ2を用いる。
【0008】
【発明の効果】
本発明によれば、三相交流電源の各相と三相出力の電力変換器の各相とを電流が一方向だけ流せる片方向半導体スイッチを2個組み合わせた構成で、かつ各々が独立にオンオフできる構成とする双方向半導体スイッチで直接接続する電力変換器であるPWMサイクロコンバータにおいて、入力電源の異常を検出する電源異常検出器と、入力電圧の位相を検出する通常電源位相検出器と、前記入力電圧の瞬時値の大小関係から電源位相を計算する瞬時電源位相検出器と、前記入力位相として前記通常電源位相検出器の出力と前記瞬時電源位相検出器の出力のうちどちらか一方を選択する電源位相選択器とからなり、前記電源異常検出器が異常を検出しない場合は、前記電源位相選択器は前記通常電源位相検出器で求められる電源位相を入力電源位相とし、前記電源異常検出器が異常を検出した場合は、前記電源位相選択器は前記瞬時電源位相検出器で求められる電源位相を入力電源位相とする手段を備えたので、PWMサイクロコンバータ運転時、電源異常、特に瞬停が発生し復電した時、すみやかに運転を継続できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のPWMサイクロコンバータの構成図
【図2】従来のPWMサイクロコンバータの構成図
【図3】双方向半導体スイッチの構成の一例
【図4】通常電源位相検出器の詳細ブロック図
【図5】従来の電源異常時の運転動作図
【図6】本発明の電源異常時の運転動作図(請求項1)
【図7】本発明の電源異常時の運転動作図(請求項2)
【図8】本発明の電源異常時の運転動作図(請求項3)
【図9】瞬時電源位相検出器の詳細フローチャート
【符号の説明】
1 三相電源
2 入力フィルタ
3 双方向スイッチ群
4 電源異常検器
5 通常電源位相検出器
6 異常電源位相検出器
7 電源位相選択器
8 制御コントローラ
9 ゲートドライバ
L1、L2、L3 負荷
S1〜S9 双方向スイッチ
100 トランス
101 コンパレータ
102 PFD
103 フィルタ
104 VCO
105 カウンタ
D1、D2 ダイオード
IGBT1、IGBT2 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power converter that can convert an output from an AC power source to an arbitrary frequency, and more particularly to a PWM cycloconverter using a pulse width modulation (PWM) control method and a control method thereof.
[0002]
[Prior art]
Prior art will be described. In the PWM cycloconverter, the input power supply and the output are directly connected via a bidirectional switch that allows current to flow in both directions. Therefore, when an input power supply abnormality such as a phase loss, power failure, or power supply imbalance occurs, the input power supply abnormality must be detected and the operation must be stopped. As an input power supply abnormality detection method, a “power supply voltage abnormality detection method (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-258151)” or the like is known.
A circuit configuration diagram of a conventional PWM cycloconverter is shown in FIG. In the figure, a three-
As described above, it is possible to detect an abnormality of the input power supply and to quickly stop the operation of the PWM cycloconverter when the power supply is abnormal.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional configuration, the operation of the PWM cycloconverter can be stopped when the power supply is abnormal, but the operation is continued even when the power supply is interrupted for 1 to 2 cycles of the power supply frequency (hereinafter referred to as instantaneous power failure). I can't let you. The present invention has been made in view of this problem, and an object of the present invention is to make it possible to continue the operation promptly when the PWM cycloconverter is operated, when a power supply abnormality occurs, particularly when an instantaneous power failure occurs and power is restored. .
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention has a configuration in which two unidirectional semiconductor switches that allow current to flow in only one direction each phase of a three-phase AC power source and each phase of a three-phase output power converter are combined, and a PWM cycloconverter is a power converter which connects directly with the bidirectional semiconductor switches configured to each be turned on and off independently, and power failure detector for detecting an abnormality of the input power, usually to detect the phase of the input voltage A power supply phase detector, an instantaneous power supply phase detector for calculating a power supply phase from the magnitude relationship of instantaneous values of the input voltage, and an output of the normal power supply phase detector and an output of the instantaneous power supply phase detector as the input phase. A power supply phase selector that selects one of them, and when the power supply abnormality detector does not detect abnormality, the power supply phase selector is obtained by the normal power supply phase detector. The source phase as an input power supply phase, when the power failure detector has detected an abnormality, the power supply phase selector is PWM cycloconverter comprises means for the input power supply phase power phase obtained by the instantaneous power phase detector In
When the power supply abnormality detector detects an abnormality, the power supply phase selector immediately sets the power supply phase required by the instantaneous power supply phase detector as the input power supply phase, and the power supply abnormality detector switches from abnormality detection to normal detection. When switching, means for setting the power supply phase obtained by the normal power supply phase detector after the set time T1 as the input power supply phase is provided.
Further, in
In addition, it has a configuration in which two unidirectional semiconductor switches that allow current to flow only in one direction through each phase of the three-phase AC power source and each phase of the three-phase output power converter, and each can be turned on and off independently. It is a control method of a PWM cycloconverter that is a power converter that is directly connected by a bidirectional semiconductor switch, detecting an abnormality of the input power supply with a power supply abnormality detector, detecting a phase of the input voltage with a normal power supply phase detector, The power supply phase is calculated from the magnitude relationship between the instantaneous values of the input voltage by the instantaneous power supply phase detector, and the output of the normal power supply phase detector and the output of the instantaneous power supply phase detector are used as the input phase by the power supply phase selector. When either one is selected and the power supply abnormality detector does not detect an abnormality, the power supply phase selector uses the power supply phase obtained by the normal power supply phase detector as the input power supply phase, and If anomaly detector detects an abnormality, the power supply phase selector is a control method of a PWM cycloconverter which receives supply phase power phase obtained by the instantaneous power phase detector,
When the power supply abnormality detector detects an abnormality, the power supply phase selector immediately sets the power supply phase required by the instantaneous power supply phase detector as the input power supply phase, and the power supply abnormality detector switches from abnormality detection to normal detection. When switching, the power supply phase obtained by the normal power supply phase detector after the set time T1 is set as the input power supply phase.
Further, in
By the above means, when the PWM cycloconverter is operated, when the power supply abnormality occurs, particularly when an instantaneous power failure occurs and power is restored, the operation can be continued immediately.
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a circuit configuration diagram of a PWM cycloconverter according to the present invention. The portion of the configuration of the present invention (FIG. 1) is different from the conventional configuration (FIG. 2) in the portion of the timer means comprising the instantaneous
[0006]
When the power
[0007]
(Step 1) When the power supply is abnormal, the input phase is switched from the output θ1 of the normal power
(Step 2) When returning to the normal state, the output θ2 of the instantaneous power
(Step 3) When an abnormality is detected, as shown in FIG. 8, the output is switched to the output θ2 of the instantaneous power
[0008]
【The invention's effect】
According to the present invention, two unidirectional semiconductor switches that allow current to flow in only one direction each phase of a three-phase AC power supply and each phase of a three-phase output power converter are combined, and each is turned on and off independently. In a PWM cycloconverter that is a power converter directly connected by a bidirectional semiconductor switch having a configuration that can be configured, a power supply abnormality detector that detects an abnormality of an input power supply, a normal power supply phase detector that detects a phase of an input voltage, and An instantaneous power supply phase detector that calculates the power supply phase from the magnitude relationship of the instantaneous value of the input voltage, and one of the output of the normal power supply phase detector and the output of the instantaneous power supply phase detector is selected as the input phase When the power supply abnormality detector does not detect any abnormality, the power supply phase selector inputs the power supply phase required by the normal power supply phase detector to the input power supply. And when the power supply abnormality detector detects an abnormality, the power supply phase selector has means for setting the power supply phase obtained by the instantaneous power supply phase detector as the input power supply phase. When a power failure occurs, especially when an instantaneous power failure occurs and power is restored, the operation can be continued immediately.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a PWM cycloconverter according to the present invention. FIG. 2 is a configuration diagram of a conventional PWM cycloconverter. FIG. 3 is an example of a configuration of a bidirectional semiconductor switch. FIG. 5 is a diagram showing a conventional operation when an abnormality occurs in the power supply. FIG. 6 is a diagram showing an operation when the power supply is abnormal according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing the operation when the power supply is abnormal according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing the operation when the power supply is abnormal according to the present invention.
FIG. 9 is a detailed flowchart of the instantaneous power supply phase detector.
DESCRIPTION OF
103
105 Counter D1, D2 Diode IGBT1, IGBT2 Insulated gate bipolar transistor (IGBT)
Claims (4)
前記電源異常検出器が異常を検出した際は、即座に前記電源位相選択器を前記瞬時電源位相検出器で求められる電源位相を入力電源位相とし、前記電源異常検出器が異常検出から正常検出へ切り替わった際は、設定時間T1後に前記通常電源位相検出器で求められる電源位相を入力電源位相とする手段からなることを特徴とするPWMサイクロコンバータ。 Bi-directional configuration that combines two one-way semiconductor switches that allow each phase of a three-phase AC power supply and each phase of a three-phase output power converter to flow in only one direction, and each can be turned on and off independently. a PWM cycloconverter is a power converter for directly connecting a semiconductor switch, a power failure detector for detecting an abnormality of the input power, and normal power supply phase detector for detecting a phase of the input voltage, the instantaneous of the input voltage Instantaneous power supply phase detector for calculating a power supply phase from the magnitude relationship of values, and a power supply phase selector for selecting either the output of the normal power supply phase detector or the output of the instantaneous power supply phase detector as the input phase When the power supply abnormality detector does not detect any abnormality, the power supply phase selector uses the power supply phase obtained by the normal power supply phase detector as the input power supply phase, and If anomaly detector detects an abnormality, the power supply phase selector in PWM cycloconverter comprises means for the input power supply phase power phase obtained by the instantaneous power phase detector,
When the power supply abnormality detector detects an abnormality, the power supply phase selector immediately sets the power supply phase required by the instantaneous power supply phase detector as the input power supply phase, and the power supply abnormality detector switches from abnormality detection to normal detection. A PWM cycloconverter comprising means for setting an input power supply phase to a power supply phase obtained by the normal power supply phase detector after a set time T1 when switching.
前記電源異常検出器が異常を検出した際は、即座に前記電源位相選択器を前記瞬時電源位相検出器で求められる電源位相を入力電源位相とし、前記電源異常検出器が異常検出から正常検出へ切り替わった際は、設定時間T1後に前記通常電源位相検出器で求められる電源位相を入力電源位相とすることを特徴とするPWMサイクロコンバータの制御方法。 Bi-directional configuration that combines two one-way semiconductor switches that allow each phase of a three-phase AC power supply and each phase of a three-phase output power converter to flow in only one direction, and each can be turned on and off independently. A PWM cycloconverter control method that is a power converter directly connected by a semiconductor switch. It detects an input power supply abnormality with a power supply abnormality detector, detects a phase of the input voltage with a normal power supply phase detector, and instantaneous power supply. The phase detector calculates the power supply phase from the magnitude relationship of the instantaneous value of the input voltage, and the power supply phase selector selects either the output of the normal power supply phase detector or the output of the instantaneous power supply phase detector as the input phase. If one is selected and the power supply abnormality detector does not detect any abnormality, the power supply phase selector uses the power supply phase obtained by the normal power supply phase detector as the input power supply phase, and the power supply abnormality If the output device detects an abnormality, the power supply phase selector is a control method of a PWM cycloconverter which receives supply phase power phase obtained by the instantaneous power phase detector,
When the power supply abnormality detector detects an abnormality, the power supply phase selector immediately sets the power supply phase required by the instantaneous power supply phase detector as the input power supply phase, and the power supply abnormality detector switches from abnormality detection to normal detection. A control method for a PWM cycloconverter, characterized in that, when switched, a power supply phase obtained by the normal power supply phase detector after a set time T1 is set as an input power supply phase.
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