JP4407145B2 - Ｐｗｍコンバータ制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、交流電源から少なくとも入力フィルタを介して入力される交流電力を、整流器により直流電力に変換してインバータなどの負荷に給電するＰＷＭコンバータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来例として、例えば特許文献１に示すものがある。図４はこの特許文献１に示すＰＷＭ制御装置を示すブロック図、図５は図４の角度信号演算部の例を示す構成図、図６は図５の動作説明図である。
図４において、１は交流電源、２は交流リアクトルとコンデンサからなる入力フィルタ、３は出力側に接続される直流入力方式対応のインバータなどの負荷、１０はＰＷＭコンバータ制御装置である。このＰＷＭコンバータ制御装置１０はＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）などの半導体素子と、それに逆並列に接続された還流ダイオードからなるＰＷＭコンバータ主回路１１、昇圧用交流リアクトル１２および平滑コンデンサ１３により主回路が構成される。
【０００３】
交流電源１の各相電圧を検出する各相電圧検出器１４、交流電源１のＲ相の相電圧を絶縁変換する絶縁変換器１５、この絶縁変換器１５を介して交流電源１のＲ相の相電圧に同期した角度データ（θ_R0，θ_R0＝０°〜３６０°）を発生する角度データ発生手段４１、ＰＷＭコンバータ制御装置１０の入力側のいずれか２つの相電圧から相順信号を出力する相順検出手段、上記角度データと相順検出手段の入力である２つの相電圧のいずれか１つの相電圧の位相とにより位相差補正値を出力する位相差検出手段、および上記角度データと位相差補正値とによりＰＷＭコンバータ制御装置１０の入力側の相電圧に同期した角度信号を発生する角度信号変換手段から構成される角度信号演算部４２が設けられている。
【０００４】
また、ＰＷＭコンバータ制御装置１０には上記回路以外に、角度信号演算部４２に発生する角度データ（θ）に基づいた正弦波を発生する正弦波発生器１７、角度データ（θ）に±１２０°加算した角度データ（θ１）に基づいた正弦波を発生する正弦波発生器１８、電圧設定器１９の電圧設定値と平滑コンデンサ１３の両端の電圧を絶縁変換器２０を介して検出した電圧検出値との偏差により電圧フィードバック制御をする電圧調節器２１、電圧調節器２１の出力と正弦波発生器１８の出力とを乗算器２３で乗算して得られるＲ相電流指令値と、電圧調節器２１の出力と正弦波発生器１７の出力とを乗算器２２で乗算して得られるＴ相電流指令値とからＳ相電流指令値を求め、各相の電流指令値と電流検出器２４で得られたＲ相電流検出値、Ｔ相電流検出値とのそれぞれの偏差を電流調節器２５，２６，２７で調節演算し、電流調節器２５，２６，２７それぞれの出力を比較器２９でキャリア信号発生器２８からの出力と比較し、その結果によりゲート駆動回路３０を介して、ＰＷＭコンバータ主回路１１の各自己消弧形半導体素子のゲートを駆動するように構成されている。
【０００５】
角度信号演算部４２は図５のように、ＰＷＭコンバータ制御装置１０の入力の第１相および第３相の相電圧を検出し、その相順を検出する相順検出手段４３、交流電源１のＲ相の相電圧極性変化時の角度データ（θ_R0）を読込んでラッチする位相差検出手段としてのデータラッチ素子４４、角度データ（θ_R0）とデータラッチ素子４４の出力とから角度信号（θ）を演算し、この角度信号（θ）に相順検出手段４３に基づき、相順が正常方向であれば＋１２０°を加算し、逆方向であれば−１２０°を加算して角度信号（θ１）を出力する角度信号変換手段４５から構成される。
図５の動作を示す図６（イ）は交流電源１のＲ，Ｓ，Ｔ各相の電圧波形であり、図６（ロ），（ハ）はＰＷＭコンバータ制御装置１０の入力の第１相および第３相の相電圧から得られた相信号（Ｃ_R），（Ｃ_T）を示し、このＣ_R，Ｃ_Tから図６（ニ）の相順信号が得られ、相順がここでは逆方向であることを示している。また、図６（ホ）の角度データと相信号Ｃ_Rの立ち上がりから、データラッチ素子４４により位相差２４０°が得られ、角度データ（θ_R0）から位相差２４０°を減じて図６（ヘ）の角度信号を演算して出力し、この角度信号（θ）に上記相順信号の極性により、その都度１２０°を減じて図６（ト）の角度信号を演算して出力するように動作する。
【０００６】
【特許文献１】
特開平０９−１４０１４７号公報（第３−４頁、図１，３，４）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、ＰＷＭコンバータ制御装置では、これに入力フィルタや昇圧用交流リアクトルを接続するのに、ユーザが配線作業を行なうことが多く、場合によっては主回路配線作業で配線ケーブル（例えば図４の配線ケーブルＡ参照）の相順を間違えて誤配線することがある。その結果、誤配線に対する補正機能を持たない場合には、ＰＷＭコンバータ制御装置が正常に動作しなかったり、交流電源の相順と異なる電力を交流電源側に回生したりするおそれがあり、ＰＷＭコンバータ制御装置の故障や、同じ電源系統につながる他の機器に悪影響を及ぼすと言う問題がある。
【０００８】
また、図４のような誤配線に対する補正機能を持つ従来のＰＷＭコンバータ制御装置でも、図６に示した相電圧極性変化時の角度データ（θ_R0）を読み込んでラッチする位相差検出手段において、交流電源の電源状態によっては相電圧の極性が正しく判別できない可能性があることや、図５に示すデータラッチ素子４４が必要になるなどの問題もある。
したがって、この発明の課題は、主回路配線ケーブルの相順間違えによる誤配線に対するトラブルを解消し、従来の誤配線に対する補正機能よりも容易で、しかも確実にトラブルを解消し得るＰＷＭコンバータ制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、交流電源から少なくとも入力フィルタを介して入力される交流電力を直流電力に変換し負荷に供給するコンバータ装置に対し、このコンバータ装置の出力電圧を検出しこれが所定値となるように調節する電圧調節器と、この電圧調節器からの出力を各相電流指令値とし、これに前記交流電源の位相に同期した角度信号から求まる各相電流検出値を一致させるように調節する電流調節器とを設け、この電流調節器の出力をキャリア信号と比較した結果に基づき前記コンバータ装置のパルス幅変調制御を行なうＰＷＭコンバータ制御装置において、
前記交流電源のいずれか２つの相電圧から演算される無効電圧を零に比例積分調節することにより求まる前記交流電源のいずれか１つの相電圧に同期する角度データを演算する電源電圧角度データ演算手段と、
この電源電圧角度データ演算手段にて演算された電源電圧角度データから相順信号を検出する電源電圧相順検出手段と、
前記交流電源から前記入力フィルタを介して前記コンバータ装置に入力される交流入力電圧のいずれか２つの相電圧から演算される無効電圧を零に比例積分調節することにより求まる前記交流入力電圧のいずれか１つの相電圧に同期する角度データを演算する入力電圧角度データ演算手段と、
この入力電圧角度データ演算手段にて演算された入力電圧角度データから相順信号を検出する入力電圧相順検出手段と、
前記交流電源の電圧，前記コンバータ装置の入力電圧から演算された前記各角度データの位相差と前記各相順信号とから、相順を反映し前記交流電源の相電圧に同期する電圧パルス発生用角度データを出力する位相補正手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の第１の実施の形態を示すブロック図で、図４の従来例と同じものには同一の符号を付して示す。以下、主として図４との相違点について説明する。
図１のように、この発明のＰＷＭコンバータ制御装置１０には、相電圧検出器１４から絶縁変換器１５を介して検出される交流電源１の第１相および第３相の相電圧を用い、電源電圧の相順を検出して相順信号を発生する電源電圧相順検出手段３１と、この相順信号を反映させた交流電源１の第１相の相電圧に同期した角度データ（θ₁，θ₁＝０°〜３６０°）を発生する電源電圧角度データ演算手段３２と、絶縁変換器１６を介して検出されるＰＷＭコンバータ制御装置１０の入力側の第１相および第３相の相電圧を用い入力電圧の相順を検出して相順信号を発生する入力電圧相順検出手段３３と、この相順信号を反映させたＰＷＭコンバータ制御装置１０の入力側の第１相の相電圧に同期した角度データ（θ，θ＝０°〜３６０°）を発生する入力電圧角度データ演算手段３４と、上記電源電圧角度データ演算手段３２で求めた交流電源側の角度データと上記入力電圧角度データ演算手段３４で求めた入力電圧側の角度データとの２つの角度データの位相差、および電源電圧相順検出手段３１で求めた相順信号と入力電圧相順検出手段３３で求めた相順信号とにより、電源電圧角度データに対して補正する位相補正量の判別を行ない、電源電圧に同期した電圧パルス発生用角度データ（θ₂，θ₂＝０°〜３６０°）を発生する位相補正手段３５とからなる角度信号演算部４２が設けられている。
【００１１】
また、電圧調節器（ＡＶＲ）２１では絶縁変換器２０を介して検出される電圧を、電圧設定器１９からの設定値に一致させるような出力を電流指令として得る一方、電流検出器２４を介して得られるコンバータ１１の入力電流検出値を、３相／２相変換器３６で２相量に変換し、その出力を座標変換器８により磁束ベクトル角度となるθ₂を用いて直流量として扱える磁界座標系に座標変換した量を得る。そして、これらの両者を一致させるような出力を電圧指令として得るように、電流調節器（ＡＣＲ）６，７で電流調節演算を行ない、その出力を座標変換器９において、磁束ベクトル角度となるθ₂により交流量として扱える固定子座標系に座標変換したものを、ＰＷＭ制御回路４０で信号発生器２８からのキャリア信号と比較し、コンバータ主回路１１の各相ゲート駆動信号を生成する。
【００１２】
図２は図１の角度信号演算部の詳細を示すブロック図である。図示のように、ここでは配線ケーブルＡ，Ｃが誤配線された場合を示している。
角度信号演算部４２は大きくは、電源電圧相順検出手段３１、電源電圧角度データ演算手段３２、入力電圧相順検出手段３３、入力電圧角度データ演算手段３４および位相補正手段３５から構成される。電源電圧角度データ演算手段３２は、ローパスフィルタ５０，５４、ハイパスフィルタ５１、３相／２相変換器５２、座標換器５３、ＰＩ調節器５５、リミッタ回路５６、積分器５７および正弦波／余弦波発生器５８等からなり、電源電圧相順検出手段３１からの相順信号を反映させた交流電源１の第１相側の相電圧の位相に同期した角度データ（θ₁）を発生する。
【００１３】
電源電圧角度データ演算手段３２のローパスフィルタ５０は電圧検出値のフィルタ処理のために一次遅れフィルタ処理を行ない、ハイパスフィルタ５１は電圧検出値のオフセット補正のためハイパスフィルタ処理を行なう。ハイパスフィルタ５１は３相／２相変換器５２で２相量に変換された後、座標換器５３により電圧検出値を有効電圧成分と無効電圧成分とに分解し、無効電圧成分（図２のｑ軸成分参照）を求め、ローパスフィルタ５４はこの無効電圧成分の一次遅れフィルタ処理を行なう。比例積分調節器（ＰＩ）５５は、このフィルタ処理された無効電圧成分がゼロとなるような周波数指令を出力すべく、所定の比例積分調節演算を行なう（つまり、有効電圧成分を電圧検出値の位相に同期させるために、無効電圧成分をゼロとなるようにしている）。リミッタ回路５６は電源電圧が５０Ｈｚまたは６０Ｈｚであるため、ＰＩ５５で演算した周波数指令を制限するものであり、積分器５７は積分処理をして周波数指令より角度データθ₁を求め、正弦波／余弦波発生器５８ではその角度データの正弦値，余弦値を演算する。
【００１４】
同様に、入力電圧角度データ演算手段３４は上記電源電圧角度データ演算手段３２と全く同様に、ローパスフィルタ５０，５４、ハイパスフィルタ５１、３相／２相変換器５２、座標換器５３、ＰＩ調節器５５、リミッタ回路５６、積分器５７および正弦波／余弦波発生器５８等からなり、入力電圧相順検出手段３３からの相順信号を反映させたＰＷＭコンバータ制御装置１０の入力側の第１相の相電圧の位相に同期した角度データ（θ）を発生する。位相補正手段３５は、上記電源電圧角度データ演算手段３２で求めた交流電源側の角度データ（θ₁）と、上記入力電圧角度データ演算手段３４で求めた入力電圧側の角度データ（θ）との２つの角度データの位相差、および電源電圧相順検出手段３１で求めた相順信号と入力電圧相順検出手段３３で求めた相順信号とにより、交流電源電圧角度データに対して補正する位相補正量の判別を行ない、電源電圧に同期した電圧パルス発生用角度データ（θ₂，θ₂＝０°〜３６０°）を発生する。
【００１５】
図３は角度信号演算部の動作を説明する波形図である。
図３（イ）は交流電源１の相電圧検出部（１４）における第１相および第３相の相電圧検出波形を示し、図２に示す配線ケーブルＡにて交流電源の第１相，第２相が入れ替っているため、相電圧検出部の第１相が交流電源の第２相の波形となっている。図３（ロ）は交流電源１から入力フィルタ２、交流リアクトル１２、充電抵抗回路４、ヒューズ５および配線ケーブルを介するＰＷＭコンバータ制御装置１０の入力電圧の第１相および第３相の相電圧検出波形を示し、図２に示す配線ケーブルＣにて第１相が第３相、第２相が第１相、第３相が第２相に入れ替わっているために、入力電圧検出部の第３相が交流電源の第２相の波形となっている。図３（ハ）は交流電源１の相電圧検出部における第１相および第３相の相電圧検出値を用いて、電源電圧角度データ演算手段３２により演算した交流電源側の角度データ（θ₁₀）を示す。この交流電源側の角度データ（θ₁₀）がデクリメントデータの場合は、電源電圧相順検出手段３１にて第１相データと第３相データを入れ替える動作をする。
【００１６】
図３（ニ）はＰＷＭコンバータ制御装置１０の入力電圧の第１相および第３相の相電圧検出値を用い、入力電圧角度データ演算手段３４により演算した入力電圧側の角度データ（θ₀）を示す。この入力電圧側の角度データ（θ₀）デクリメントデータの場合は、入力電圧相順検出手段３３にて第１相データと第３相データを入れ替える動作をする。図３（ホ）は上記電源電圧相順検出手段３１にて電源電圧相順信号の第１相信号と第３相信号の置換処理後に、電源電圧角度データ演算手段３２により演算した電源電圧の角度データ（θ₁）を示す。図３（ヘ）は入力電圧相順検出手段３３にて入力電圧相順信号の第１相信号と第３相信号の置換処理後に、入力電圧角度データ演算手段３４により演算した入力電圧の角度データ（θ）を示す。電源電圧相順信号，入力電圧相順信号および電源電圧の角度データ（θ₁）と入力電圧の角度データ（θ）との位相差により決る電源電圧の角度データ（θ₁）に対する補正量と、角度データの正／逆方向を位相補正手段３５にて補正した角度信号（θ２）を図３（ト）に示す。
【００１７】
表１は位相補正手段３５にて補正する補正量を、各状態別に表わしたものである。この角度信号（θ２）により各相電圧指令値（交流量）を演算し、キャリア信号２８との比較により、ＰＷＭ制御を行なうことで目的とする動作が可能となる。
【表１】

【００１８】
【発明の効果】
この発明によれば、主回路配線の相順間違えによるトラブルを解決し、従来のような誤配線に対する補正機能よりも簡単かつ確実にトラブルを解決することができる。つまり、最近のPWMコンバータ制御装置では、従来のものに比べてその装置外で配線する作業が増えており、その結果、主回路配線の相順間違えによる誤配線に伴うトラブル対策も増加しているが、このような場合にも容易かつ確実に対応することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を示すブロック図
【図２】図１の角度信号演算部を示す詳細図
【図３】図２の動作説明図
【図４】従来例を示すブロック図
【図５】図４の角度信号演算部を示す詳細図
【図６】図５の動作説明図
【符号の説明】
１…交流電源、２…入力フィルタ、３…負荷、４…充電抵抗回路、５…ヒューズ、６，７，２５〜２７…電流調節器、８，９，５３…座標変換器、１０…ＰＷＭコンバータ制御装置、１１…ＰＷＭコンバータ主回路、１２…交流リアクトル、１３…平滑コンデンサ、１４…相電圧検出器、１５，１６，２０…絶縁変換器、１７，１８…正弦波発生器、１９…電圧設定器、２１…電圧調節器、２２，２３…乗算器、２４…電流検出器、２８…キャリア信号発生器、２９…比較器、３０…ゲート駆動回路、３１…電源電圧相順検出手段、３２…電源電圧角度データ演算手段、３３…入力電圧相順検出手段、３４…入力電圧角度データ演算手段、３５…位相補正手段、３６，５２…３相／２相変換器、３７…２相／３相変換器、４０…ＰＷＭ制御回路、４１…角度データ発生手段、４２…角度信号演算部、４３…相順検出手段、４４…データラッチ素子、４５…角度信号変換手段、５０，５４…ローパスフィルタ、５１…ハイパスフィルタ、５５…ＰＩ（比例積分）調節器、５６…リミッタ回路、５７…積分器、５８…正弦波／余弦波発生器、Ａ〜Ｄ，Ｇ，Ｈ…配線ケーブル。

Claims (1)

1. 交流電源から少なくとも入力フィルタを介して入力される交流電力を直流電力に変換し負荷に供給するコンバータ装置に対し、このコンバータ装置の出力電圧を検出しこれが所定値となるように調節する電圧調節器と、この電圧調節器からの出力を各相電流指令値とし、これに前記交流電源の位相に同期した角度信号から求まる各相電流検出値を一致させるように調節する電流調節器とを設け、この電流調節器の出力をキャリア信号と比較した結果に基づき前記コンバータ装置のパルス幅変調制御を行なうＰＷＭコンバータ制御装置において、
   前記交流電源のいずれか２つの相電圧から演算される無効電圧を零に比例積分調節することにより求まる前記交流電源のいずれか１つの相電圧に同期する角度データを演算する電源電圧角度データ演算手段と、
   この電源電圧角度データ演算手段にて演算された電源電圧角度データから相順信号を検出する電源電圧相順検出手段と、
   前記交流電源から前記入力フィルタを介して前記コンバータ装置に入力される交流入力電圧のいずれか２つの相電圧から演算される無効電圧を零に比例積分調節することにより求まる前記交流入力電圧のいずれか１つの相電圧に同期する角度データを演算する入力電圧角度データ演算手段と、
   この入力電圧角度データ演算手段にて演算された入力電圧角度データから相順信号を検出する入力電圧相順検出手段と、
   前記交流電源の電圧，前記コンバータ装置の入力電圧から演算された前記各角度データの位相差と前記各相順信号とから、相順を反映し前記交流電源の相電圧に同期する電圧パルス発生用角度データを出力する位相補正手段とを備えたことを特徴とするＰＷＭコンバータ制御装置。

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