JP4479292B2 - 交流交流電力変換器の制御装置 - Google Patents
交流交流電力変換器の制御装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4479292B2 JP4479292B2 JP2004080302A JP2004080302A JP4479292B2 JP 4479292 B2 JP4479292 B2 JP 4479292B2 JP 2004080302 A JP2004080302 A JP 2004080302A JP 2004080302 A JP2004080302 A JP 2004080302A JP 4479292 B2 JP4479292 B2 JP 4479292B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- input
- power converter
- voltage
- power
- command
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Ac-Ac Conversion (AREA)
Description
ここで、前記フィルタ30を構成するリアクトル31及びコンデンサ32は大容量のエネルギーバッファとして機能しており、このエネルギーバッファによって整流器20及びインバータ40のそれぞれ独立した制御を可能にしている。
インバータ40側についても同様に、インバータ制御手段60により出力電圧指令とキャリア波形とを比較し、その大小関係によりPWM指令を得てスイッチング素子41〜46に対する制御パルスを生成する。
すなわち、図6の回路では、入力電圧に高調波成分が重畳されている場合でも、出力電圧を所望の大きさ、周波数を有する正弦波状に制御することができる。
このため、直流リンク部に挿入されているフィルタ30を除去すれば装置全体の小形化、長寿命化が可能であることから、フィルタ30を有しない電力変換器の実現が要請されている。すなわち、図6におけるフィルタ30を除去した電力変換器や、マトリクスコンバータのように直流リンク部に大きなエネルギーバッファを必要としない電力変換器を使用すれば、この種の電力変換器の大幅な小形化、長寿命化を図ることが可能になる。
この種の出力電圧の歪みは、交流交流電力変換器の負荷として電動機が接続されている場合に、電動機のトルク振動や騒音を生じさせるだけでなく、高調波電流により銅損が増加して効率を低下させることにもなる。
以下、この先願発明の概要を説明する。
なお、交流交流電力変換器100は、例えば図6に示した如く電流形PWM整流器20と電圧形PWMインバータ40とから構成されており、直流リンク部にはリアクトル及びコンデンサからなるフィルタ等の大容量のエネルギーバッファを備えていない。
この種の交流交流電力変換器は、交流入力電圧から所望の大きさ、周波数の交流電圧を出力する。電力変換器から出力される対称三相交流電圧voutを瞬時空間ベクトルにて表すと、数式1となる。数式1において、Vmoutは出力電圧の振幅、θ=ωt、αは位相角である。
しかし、数式6は右辺第2項にζを含んでいることから脈動分を持っており、入力電圧に高調波成分を含んでいる場合には入力電流と出力電圧とを対称三相正弦波とすることは物理的に不可能である。
そこで、先願発明では、入力側の瞬時有効電力が一定になるように、入力電流指令に高調波成分を重畳して数式7により制御することとしている。
しかし、インバータの出力側では負荷に応じて無効電力が発生し、瞬時有効電力の他に、負荷に応じた瞬時無効電力が発生している。従って、入力側の電流波形を変化させ、入出力の瞬時有効電力を一致させることで、大容量のエネルギーバッファがない場合でも出力側に一定の瞬時有効電力を取り出すことができる。
これにより、入力側の瞬時有効電力が一定に制御され、電力変換器100の出力電圧波形を歪みのない正弦波にすることができる。
(1)数式10は比較的複雑であり、すべての次数の高調波について補償するためには演算量が多くなるため高速の制御装置が必要である。
(2)負荷が電動機の場合、入力電圧の高次高調波は漏れインダクタンスにより平滑され、電流に現れる影響は小さくなる。
(3)加えて、高周波のトルクリプルは電動機の慣性モーメントに吸収されるため、回転ムラとしては現れず、問題にならない。
(4)電源電圧高調波に最も多く含まれるのは、一般に5次、7次である。また、高次高調波は入力フィルタを設けることで減衰させることができる。
これにより、入力側の瞬時有効電力を一定に保って出力電圧波形を歪みのない正弦波に制御している。
前記電力変換器の入力電圧を検出する手段と、この手段により検出した入力電圧に基づいて前記電力変換器の入力側の瞬時有効電力が一定になるように前記電力変換器の入力電流を制御する手段と、を備え、
前記電力変換器の入力電流を制御する手段は、
前記電力変換器の入力電圧に基づいて前記電力変換器の入力側の瞬時有効電力を一定とし、かつ、前記電力変換器の入力側の瞬時無効電力がその指令に一致するように入力電流指令を演算する手段と、前記入力電流指令に応じた入力電流が流れるように前記電力変換器を制御する手段と、を有するものである。
前記電力変換器の入力電流を制御する手段は、
前記正相分逆相分演算手段の出力を用いて、入力電圧の不平衡時に入力電流に逆相分電流を流して前記電力変換器の入力側の瞬時有効電力を一定に制御するための逆相分電流指令を演算する手段と、
入力電圧から逆相分電圧を除去した電圧情報に基づき、前記電力変換器の入力側の瞬時無効電力がその指令に一致するように入力電流指令を演算する手段と、
この入力電流指令に前記逆相分電流指令を重畳して最終的な入力電流指令を演算する手段と、
この入力電流指令に応じた入力電流が流れるように前記電力変換器を制御する手段と、
を有するものである。
前記電力変換器の入力電流を制御する手段は、
前記正相分逆相分演算手段の出力を用いて、逆相分電圧に応じた前記電力変換器の入力側の瞬時無効電力指令を演算する手段を備えたものである。
なお、マトリクスコンバータ110は、入力側のR,S,T相と出力側のU,V,W相との間に交流スイッチ(双方向スイッチ)S1〜S9を接続して構成されており、各スイッチS1〜S9は、例えば2個の半導体スイッチング素子を逆方向に直列接続すると共に、各スイッチング素子に還流ダイオードをそれぞれ逆並列に接続して構成される。
この制御装置500Aは、電圧検出手段501により検出したマトリクスコンバータ110の入力電圧に基づき、入力側の瞬時有効電力を一定とし、かつ、瞬時無効電力を瞬時無効電力指令に従って制御するための電流指令を演算する入力電流指令演算手段502を備えている。そして、この演算手段502により演算した入力電流指令と出力電圧指令とを用いて、マトリクスコンバータ110の各交流スイッチS1〜S6に対するパルスパターンを生成する。
・文献1:伊東淳一、佐藤以久也、小西茂雄、「仮想AC/DC/AC変換方式によるマトリックスコンバータの入出力波形改善法」(半導体電力変換研究会 SPC02-90/IEA-02-31,2002)
ここで、本発明は、入力電流指令及び出力電圧指令を生成した後のマトリクスコンバータ110のパルスパターンの生成方法には依存しないため、上記文献1に記載された方法以外の方法を用いてマトリクスコンバータ110のパルスパターンを求めても良い。
また、パルスパターンの生成にあたり、下記の文献2に記載されている電流分配率を用いる場合には、入力電流指令から所望の電流分配率になるように変換すればよい。
・文献2:小山、樋口他、「電圧形PWMサイクロコンバータの定常特性」(電気学会論文誌D部門 Vol.113No.9, 1993)
なお、上記電流分配率を用いてパルスパターンを作成する場合にも、マトリクスコンバータ110等の電力変換器の入力電流が入力電流指令に等しくなるように制御されることに変わりはない。
まず、直交2軸の静止座標上で表した入力電圧をvα,vβとし、同じく直交2軸の静止座標上で表した入力電流指令をiα *,iβ *とすれば、瞬時有効電力、瞬時無効電力はそれぞれ数式15,数式16で表される。
電圧検出手段501から出力された入力電圧を三相/二相変換手段502aにより直交2軸の静止座標上に変換してvα,vβを求め、二相電流指令演算手段502bにより数式19,数式20に基づいて静止座標における電流指令iα *,iβ *を求め、更に二相/三相変換手段502cにより三相の入力電流指令を得る。
この入力電流指令を整流器制御手段503に入力して得た仮想PWM整流器用のパルスとインバータ制御手段504により得た仮想インバータ用のパルスをPWMパルス合成手段505により合成し、そのパルスパターンを用いてマトリクスコンバータ110を制御することにより、瞬時有効電力を一定に保つことができ、また、瞬時無効電力指令をゼロにすれば入力力率を1に制御することができる。
本実施形態によれば、入力電流及び出力電圧に歪みのない正弦波状の波形を得ることができる。
入力電圧が不平衡である場合、発生する瞬時有効電力の脈動は電源周波数の2倍の周波数を持つ。この瞬時有効電力が持つ2倍周波数の脈動を打ち消すには、次の二つの方法がある。
(1)入力電流に逆相分を流す。
(2)入力電流に三次の逆相分電流を流す。
また、入力電圧が不平衡であると高調波電流が増加するが、通常、三相電源のフィルタは5次、7次を除去するように選ばれるので、非論理高調波は除去されにくく系統に悪影響を及ぼす。よって、不平衡補償は上述した(1)の方法で行うことが望ましい。
すなわち、図4に示す制御装置500Bは、電圧検出手段501から出力される入力電圧の正相分及び逆相分を求める正相分逆相分演算手段506と、入力電圧の不平衡時に瞬時有効電力を一定に制御するための入力電流の逆相分を演算する逆相分電流指令演算手段507とを備え、加算手段508により入力電圧から逆相分電圧を除去した信号が入力電流指令演算手段502に入力されている。
このため、入力電圧の逆相分による瞬時有効電力脈動は、前述した逆相分電流指令演算手段507により求めた逆相分電流指令により補償することとし、最終的な入力電流指令は、入力電流指令演算手段502により演算した入力電流指令と前記逆相分電流指令とを加算手段509により加算して求める。
この実施形態によれば、入力電圧に不平衡が存在する場合でも、出力電圧波形に歪みのない正弦波を得ることができる。
前述した第2実施形態では、入力電圧から逆相分を除去して逆相分補償情報を含まない入力電流指令を求め、その後、この入力電流指令に逆相分電流指令を加算して最終的な電流指令を求めている。
これに対し、第3実施形態では、瞬時無効電力を逆相分電圧に応じて制御することにより、第2実施形態のように逆相分電流指令を別途演算して重畳しなくても、逆相分電流指令を含んだ電流指令を数式19,数式20から直接求めるようにした。
以下に、本実施形態の原理を説明する。
in=−vn/vp,αp=0,αn=φnを代入すると、数式26となる。
逆相分の電流が流れたときに瞬時無効電力が数式26で変動するのであれば、数式26に従って瞬時無効電力を変動させることにより、入力電流には数式22に示す如く逆相分を重畳した電流が得られることになる。
入力電流指令演算手段502では、数式22に示した入力電流(逆相分を含む)を流すように、数式19,数式20により電流指令を演算し、これらを更に三相の入力電流指令に変換して出力する。以後の制御方法は第1実施形態と同様である。
この実施形態によれば、第2実施形態よりも制御装置の構成を簡略化できる利点がある。
110:マトリクスコンバータ
500A,500B,500C:制御装置
501:電圧検出手段
502:入力電流指令演算手段
502a:三相/二相変換手段
502b:二相電流指令演算手段
502c:二相/三相変換手段
503:整流器制御手段
504:インバータ制御手段
505:PWMパルス合成手段
506:正相分逆相分演算手段
507:逆相分電流指令演算手段
508,509:加算手段
510:瞬時無効電力指令演算手段
S1〜S9:交流スイッチ
Claims (3)
- 半導体スイッチング素子を用いて多相交流電圧を任意の大きさ及び周波数を有する多相交流電圧に直接変換する交流交流電力変換器において、
前記電力変換器の入力電圧を検出する手段と、この手段により検出した入力電圧に基づいて前記電力変換器の入力側の瞬時有効電力が一定になるように前記電力変換器の入力電流を制御する手段と、
を備え、
前記電力変換器の入力電流を制御する手段は、
前記電力変換器の入力電圧に基づいて前記電力変換器の入力側の瞬時有効電力を一定とし、かつ、前記電力変換器の入力側の瞬時無効電力がその指令に一致するように入力電流指令を演算する手段と、
前記入力電流指令に応じた入力電流が流れるように前記電力変換器を制御する手段と、
を有することを特徴とする交流交流電力変換器の制御装置。 - 請求項1に記載した交流交流電力変換器の制御装置において、
前記電力変換器の入力電圧の正相分及び逆相分を求める正相分逆相分演算手段を備え、
前記電力変換器の入力電流を制御する手段は、
前記正相分逆相分演算手段の出力を用いて、入力電圧の不平衡時に入力電流に逆相分電流を流して前記電力変換器の入力側の瞬時有効電力を一定に制御するための逆相分電流指令を演算する手段と、
入力電圧から逆相分電圧を除去した電圧情報に基づき、前記電力変換器の入力側の瞬時無効電力がその指令に一致するように入力電流指令を演算する手段と、
この入力電流指令に前記逆相分電流指令を重畳して最終的な入力電流指令を演算する手段と、
この入力電流指令に応じた入力電流が流れるように前記電力変換器を制御する手段と、
を有することを特徴とする交流交流電力変換器の制御装置。 - 請求項1に記載した交流交流電力変換器の制御装置において、
前記電力変換器の入力電圧の正相分及び逆相分を求める正相分逆相分演算手段を備え、
前記電力変換器の入力電流を制御する手段は、
前記正相分逆相分演算手段の出力を用いて、逆相分電圧に応じた前記電力変換器の入力側の瞬時無効電力指令を演算する手段を備えたことを特徴とする交流交流電力変換器の制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004080302A JP4479292B2 (ja) | 2004-03-19 | 2004-03-19 | 交流交流電力変換器の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004080302A JP4479292B2 (ja) | 2004-03-19 | 2004-03-19 | 交流交流電力変換器の制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005269805A JP2005269805A (ja) | 2005-09-29 |
JP4479292B2 true JP4479292B2 (ja) | 2010-06-09 |
Family
ID=35093757
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004080302A Expired - Fee Related JP4479292B2 (ja) | 2004-03-19 | 2004-03-19 | 交流交流電力変換器の制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4479292B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104883069A (zh) * | 2015-06-03 | 2015-09-02 | 南京航空航天大学 | 输入电压不平衡时矩阵变换器的运行控制方法 |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4724844B2 (ja) * | 2005-03-29 | 2011-07-13 | 富士電機株式会社 | 交流交流直接電力変換器の制御装置 |
JP4692733B2 (ja) * | 2005-05-02 | 2011-06-01 | 富士電機ホールディングス株式会社 | 交流交流直接電力変換器の制御装置 |
JP4675676B2 (ja) * | 2005-05-25 | 2011-04-27 | 三菱電機株式会社 | 多相対多相電力変換装置 |
JP2007006589A (ja) * | 2005-06-23 | 2007-01-11 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 交流直接変換器の制御方法 |
JP4849309B2 (ja) * | 2005-10-28 | 2012-01-11 | 富士電機株式会社 | 交流交流電力変換器の制御装置 |
JP4849310B2 (ja) * | 2005-10-28 | 2012-01-11 | 富士電機株式会社 | 交流交流電力変換器の制御装置 |
JP5369615B2 (ja) | 2008-10-30 | 2013-12-18 | 富士電機株式会社 | 交流電動機駆動回路及び電気車駆動回路 |
CN105024608B (zh) * | 2015-07-14 | 2017-06-20 | 浙江大学 | 一种不平衡电网下基于矩阵变换器的pmsg比例积分谐振控制方法 |
JP6952284B2 (ja) * | 2017-03-02 | 2021-10-20 | オムロン株式会社 | 電源制御装置、電力変換システム及び電源制御方法 |
-
2004
- 2004-03-19 JP JP2004080302A patent/JP4479292B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104883069A (zh) * | 2015-06-03 | 2015-09-02 | 南京航空航天大学 | 输入电压不平衡时矩阵变换器的运行控制方法 |
CN104883069B (zh) * | 2015-06-03 | 2017-10-27 | 南京航空航天大学 | 输入电压不平衡时矩阵变换器的运行控制方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2005269805A (ja) | 2005-09-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101594662B1 (ko) | 전력 변환 장치 | |
JP4905777B2 (ja) | 交流交流直接変換器の制御装置 | |
JP5097453B2 (ja) | 電力変換装置 | |
JP4479292B2 (ja) | 交流交流電力変換器の制御装置 | |
JP2009022094A (ja) | 三相交流−交流変換装置 | |
JP4029284B2 (ja) | 交流−交流電力変換器の制御装置 | |
JP2005033895A (ja) | 電力変換装置 | |
JP5147624B2 (ja) | インバータ装置 | |
JP4277186B2 (ja) | 電力変換器の制御装置 | |
JP5316767B2 (ja) | 電力変換装置および電源システム | |
JP5787053B2 (ja) | 3相v結線コンバータの制御装置 | |
JP2004222338A (ja) | 電力変換装置 | |
JP5833524B2 (ja) | 電力変換装置および電力変換装置の制御装置 | |
JP4407215B2 (ja) | 交流−交流直接変換器の制御装置 | |
JP3666557B2 (ja) | 電力変換回路 | |
JP3323759B2 (ja) | パルス幅変調コンバータ装置 | |
JP3912596B2 (ja) | 交流−交流電力変換器の制御装置 | |
JP3923756B2 (ja) | 多重接続した自励式変換器の制御装置 | |
JP4692733B2 (ja) | 交流交流直接電力変換器の制御装置 | |
JP2010226806A (ja) | 電力変換装置 | |
JP5169396B2 (ja) | 電力変換装置の制御回路 | |
JP2926931B2 (ja) | 高調波抑制装置 | |
JP4905174B2 (ja) | 交流交流直接変換器の制御装置 | |
JP4725694B2 (ja) | Pwm電力変換器の制御装置 | |
JP6018792B2 (ja) | 電力変換装置の制御方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060914 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20091209 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100120 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100223 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100308 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130326 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130326 Year of fee payment: 3 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130326 Year of fee payment: 3 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130326 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140326 Year of fee payment: 4 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |