JP4419514B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

この発明は、直流を交流に変換する電力変換装置に係わり、特にその交流側に含まれる直流成分の抑制に関する。

図４は、この種の電力変換装置の主要部を示す回路構成図であり、１は整流電源などの直流電源、２は自己消弧形素子としてのＩＧＢＴとダイオードとの逆並列回路を３相ブリッジ接続してなるインバータ主回路、１１は指令される３相の電圧指令値（ｖ_U ^*，ｖ_V ^*，
ｖ_W ^*）に基づきインバータ主回路２が出力して交流電動機５に印加する交流電圧を所望の値にするためのＰＷＭ演算を行うＰＷＭ制御回路、１２は前記ＰＷＭ演算結果に基づきイバータ主回路２を形成するそれぞれのＩＧＢＴへのゲート信号を生成するゲート駆動回路である。

図４に示した電力変換装置において、インバータ主回路２の出力の交流に直流成分が重畳すると、交流電動機５がトルクリプルを発生するとともに過熱焼損する恐れがあり、また、インバータ主回路２の交流側に図示しない変圧器が接続されている場合には、該変圧器内部の磁気飽和を招き、その結果、過電流が流れて焼損する恐れがあることから、下記特許文献１を含む種々の前記直流成分の抑制方法が提案されている。
特開平６−２１７５５９号公報 （第２頁〜第３頁、図１など）

図４に示した電力変換装置において、インバータ主回路２から出力される前記直流成分を抑制するために、インバータ主回路２を構成するそれぞれのＩＧＢＴのスイッチング遅延時間を、例えば、ゲート駆動回路１２の回路素子の値で調整することが行われていたが、この方法では、熟練した技術と多大な作業時間を要するという難点があった。

また前記特許文献１に記載されている方法では、可飽和リアクトルと、鎖交磁束数に比
例した磁気特性をもつリアクトルとを必要とするなど、電力変換装置全体の大型化，高価
格化をもたらすという難点があった。

この発明の目的は上記問題点を解消できる電力変換装置を提供することにある。

この発明の電力変換装置は直流を交流に変換するインバータ主回路と、前記インバータ主回路が出力する電気量を所望の値に制御するインバータ制御手段と、前記電気量を検出する電気量検出手段と、検出した電気量からその補正分を抽出する補正分抽出手段と、指令される補正分指令値と補正分抽出手段の出力値との偏差を求める第１加算演算器と、前記偏差を零にする調節演算を行う調節器と、指令される出力量指令値に調節器の出力値を加算演算した値をインバータ制御手段への入力値として出力する第２加算演算器と、前記出力量指令値や補正分指令値などを生成する指令値生成手段とを備え、
前記補正分抽出手段は前記電気量検出手段の３相の検出値を２相値に変換する３相／２
相変換器と、この２相値に変換された前記検出値を指令される角度指令値に基づくｄ−ｑ
座標系に座標変換を行う第１座標変換器と、第１座標変換器の変換値から前記インバータ
主回路から出力される直流成分を抑制するための補正分を抽出するハイパスフィルタとか
らなり、前記インバータ制御手段は前記出力量指令値としてのｄ−ｑ座標系の指令値を前
記角度指令値に基づく座標変換を行う第２座標変換器と、第２座標変換器の変換値を３相
値に変換する２相／３相変換器と、この３相値に基づき前記インバータ主回路が出力する
電気量を所望の値にするためのＰＷＭ演算を行うＰＷＭ制御回路と、このＰＷＭ演算結果
に基づき前記インバータ主回路を形成するそれぞれの自己消弧形素子へのゲート信号を生成するゲート駆動回路とからなることを特徴とする。

第２の発明は前記第１の発明の電力変換装置において、前記電気量検出手段は前記インバータ主回路の出力電圧を検出する電圧検出器からなることを特徴とする。

第３の発明は前記第１の発明の電力変換装置において、前記電気量検出手段は前記イン
バータ主回路の出力電流を検出する電流検出器からなることを特徴とする。

この発明によれば、高速演算処理機能を必要としない簡単な回路構成で前記電力変換装
置の交流出力側に含まれる直流成分を抑制することができる。

図１は、この種の電力変換装置の基本形態を示す回路構成図であり、この図において、図４に示した回路構成と同一機能を有するものには同一符号を付している。

すなわち、図１に示した電力変換装置には直流電源１、インバータ主回路２の他に、インバータ主回路２が出力する電気量を所望の値に制御するインバータ制御手段１０と、前記電気量を検出する電気量検出手段２０と、検出した電気量からその補正分を抽出する補正分抽出手段３０と、指令値生成手段５０から指令される補正分指令値と補正分抽出手段の出力値との偏差を求める第１加算演算器としての加算演算器４１と、前記偏差を零にするために比例−積分回路などにより調節演算を行う調節器４０と、指令値生成手段５０か
ら指令される出力量指令値に調節器４０の出力値を加算演算した値をインバータ制御手段１０への入力値として出力する第２加算演算器としての加算演算器４２とを備えている。

図２は、図１に示した電力変換装置による従来例を示す回路構成図であり、この図において、図１，４に示した回路構成と同一機能を有するものには同一符号を付している。

すなわち、図２に示した電力変換装置には直流電源１、インバータ主回路２の他に、インバータ制御手段１０としてのＰＷＭ制御回路１１およびゲート駆動回路１２と、電気量検出手段２０として、図示の如く、インバータ主回路２の出力の少なくとも任意の２相の出力電流を検出する電流検出器２１と、補正分抽出手段３０としてのローパスフィルタ３１，３２と、調節器４０としての調節器４０ａ，４０ｂと、加算演算器４１としての加算演算器４１ａ，４１ｂと、加算演算器４２としての加算演算器４２ａ，４２ｂと、指令値生成手段５０としての指令値生成手段５１とを備えている。

図２に示した電力変換装置の動作を、以下に説明する。

インバータ主回路２が出力する電気量として、指令値生成手段５１から指令される３相
の電圧指令値（ｖ_U ^*，ｖ_V ^*，ｖ_W ^*）に基づいてインバータ主回路２が出力する交流電圧を交流電動機５に印加することにより、インバータ主回路２から交流電動機２に流れる電流は電流検出器２１により検出されるが、この検出値に直流成分が重畳していると、ローパスフィルタ３１，３２の出力にこの直流成分が現れるので、指令値生成手段５１から指令される補正分指令値としての「０」との偏差を加算演算器４１ａ，４１ｂで求め、それぞれの偏差が零になるような調節演算を調節器４０ａ，４０ｂで行い、それぞれの調節演算値を加算演算器４２ａ，４２ｂで前記電圧指令値に加算し、これらの加算値をＰＷＭ制御回路１１への入力値として、図２に示した電力変換装置を動作させることにより、インバータ主回路２の交流出力側に含まれる直流成分を抑制することができる。

図３は、この発明の実施の形態を示す電力変換装置の回路構成図であり、この図において、図１に示した基本形態構成および図２に示した従来例構成と同一機能を有するものには同一符号を付している。

すなわち、図３に示した電力変換装置には直流電源１、インバータ主回路２の他に、インバータ制御手段１０としてのＰＷＭ制御回路１１，ゲート駆動回路１２，第２座標変換器１３，２相／３相変換器１４と、電気量検出手段２０としてインバータ主回路２の出力電流を検出する電流検出器２２と、補正分抽出手段３０としての３相／２相変換器３５，第１座標変換器３６，ハイパスフィルタ３７，３８と、調節器４０ａ，４０ｂと、加算演算器４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂと、指令値生成手段５０としての指令値生成手段５
２とを備えている。

図３に示した電力変換装置の動作を、以下に説明する。

インバータ主回路２が出力する電気量として、指令値生成手段５２から指令されるｄ−ｑ座標系の電圧指令値（ｖ_d ^*，ｖ_q ^*）を指令値生成手段５２から指令される角度指令値θ^* に基づく座標変換を第２座標変換器１３にて行い、得られた２相の座標変換値を２相／３相変換器１４により３相の電圧指令値（ｖ_U ^*，ｖ_V ^*，ｖ_W ^*）に変換し、これらの電圧指令値に基づいてインバータ主回路２が出力する交流電圧を交流電動機５に印加することにより、インバータ主回路２から交流電動機２に流れる電流は電流検出器２２により検出することができる。

そこで、電気量検出手段２０としての電流検出器２２における各相の電流検出値をそれぞれＰ_U ，Ｐ_V ，Ｐ_W とすると、これらは下記数１式で表される。なお、この数１式では、Ｖ相のみに直流成分が存在するとしている。

ここで、Ｐ₁ はそれぞれの電流の振幅値、θ^* は上述の角度指令値、Ｐ_V0はＶ相の直流成分量である。

また、３相／２相変換器３５では前記数１式で表される検出値Ｐ_U ，Ｐ_V ，Ｐ_W をα−β座標系に変換した下記数２式に示すＰα，Ｐβを得ている。

さらに、第１座標変換器３６では前記数２式で得られるＰα，Ｐβを指令値生成手段５２から指令される角度指令値θ^* に基づくｄ−ｑ座標系に座標変換を行い、下記数３式に示すＰ_d ，Ｐ_q を得ている。

ここで、ψは前記θから角度指令値θ^* を減算した値（一定値）である。

すなわち、上記数３式からも明らかなように、第１座標変換器３６の出力側ではインバータ主回路２が出力する交流の基本波成分は直流量となり、また、前記Ｐ_v0に関係する値は前記基本波の周期を持ったリプル分となっている。

従って、ハイパスフィルタ３７，３８それぞれの出力には前記リプル分のみが現れるので、指令値生成手段５２から指令される補正分指令値としての「０」との偏差を加算演算器４１ａ，４１ｂで求め、それぞれの偏差が零になるような調節演算を調節器４０ａ，４０ｂで行い、それぞれの調節演算値を加算演算器４２ａ，４２ｂで前記電圧指令値に加算し、これらの加算値を第２座標変換器１３への入力値として、図３に示した電力変換装置を動作させることで、インバータ主回路２の交流出力側に含まれる直流成分を抑制することができる。

なお、上述の実施の形態の動作説明では、インバータ主回路２の出力電流の直流成分を抑制する構成を示したが、電気量検出手段２０として、インバータ主回路２の出力電圧を電圧検出器で検出する方法を用いても、その直流成分を抑制することができる。

この種の電力変換装置の基本形態を示す回路構成図 図１に示した電力変換装置における従来例を示す回路構成図 この発明の実施の形態を示す電力変換装置の回路構成図 この種の電力変換装置の主要部を示す回路構成図

１…直流電源、２…インバータ主回路、５…交流電動機、１０…インバータ制御手段、１１…ＰＷＭ制御回路、１２…ゲート駆動回路、１３…第２座標変換器、１４…２相／３相変換器、２０…電力量検出手段、２１，２２…電流検出器、３０…補正分抽出手段、３１，３２…ローパスフィルタ、３５…３相／３相変換器、３６…第１座標変換器、３７，３８…ハイパスフィルタ、４０，４０ａ，４０ｂ…調節器、４１，４１ａ，４１ｂ，４２，４２ａ，４２ｂ…加算演算器、５０〜５２…指令値生成手段。

Claims (3)

1. 直流を交流に変換するインバータ主回路と、前記インバータ主回路が出力する電気量を
   所望の値に制御するインバータ制御手段と、前記電気量を検出する電気量検出手段と、検
   出した電気量からその補正分を抽出する補正分抽出手段と、指令される補正分指令値と補
   正分抽出手段の出力値との偏差を求める第１加算演算器と、前記偏差を零にする調節演算
   を行う調節器と、指令される出力量指令値に調節器の出力値を加算演算した値をインバー
   タ制御手段への入力値として出力する第２加算演算器と、前記出力量指令値や補正分指令
   値などを生成する指令値生成手段とを備え、
   前記補正分抽出手段は前記電気量検出手段の３相の検出値を２相値に変換する３相／２
   相変換器と、この２相値に変換された前記検出値を指令される角度指令値に基づくｄ−ｑ
   座標系に座標変換を行う第１座標変換器と、第１座標変換器の変換値から前記インバータ
   主回路から出力される直流成分を抑制するための補正分を抽出するハイパスフィルタとか
   らなり、
   前記インバータ制御手段は前記出力量指令値としてのｄ−ｑ座標系の指令値を前記角度
   指令値に基づく座標変換を行う第２座標変換器と、第２座標変換器の変換値を３相値に変
   換する２相／３相変換器と、この３相値に基づき前記インバータ主回路が出力する電気量
   を所望の値にするためのＰＷＭ演算を行うＰＷＭ制御回路と、このＰＷＭ演算結果に基づ
   き前記インバータ主回路を形成するそれぞれの自己消弧形素子へのゲート信号を生成する
   ゲート駆動回路とからなることを特徴とする電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記電気量検出手段は前記インバータ主回路の出力電圧を検出する電圧検出器からなる
   ことを特徴とする電力変換装置。
3. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記電気量検出手段は前記インバータ主回路の出力電流を検出する電流検出器からなる
   ことを特徴とする電力変換装置。

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