JP4553079B2 - AC / AC direct power converter - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電圧を任意の周波数の交流電圧に変換する交流/交流電力変換装置に関し、特に、PWM(パルス振幅変調)制御方式を用いた交流/交流電力変換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
周波数制御モータ等を駆動する従来から用いられている方法として、PWMインバータを用いた交流/交流電力変換装置による方法がある。従来のPWMインバータは、整流回路を介して交流電源に接続されるため、入力の直流電圧値としては交流電源の最大電圧が確保される。したがって、交流電源の電圧が不平衡状態になっても、PWMインバータへの入力直流電圧は一定値以上が確保されるので、モータ等の駆動が可能である。
【0003】
また、周波数制御モータ等の駆動の方法には、交流/交流直接形電力変換装置であるPWMサイクロコンバータによる方法が適する場合がある。PWMサイクロコンバータはマトリクスコンバータとも呼ばれる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、マトリクスコンバータは、三相交流電源が双方向スイッチを介してモータ等の負荷と直接接続されているため、三相交流電源の電圧が不平衡になると正常に動作することができない。
【0005】
本発明の目的は、三相交流電源の電圧に不平衡状態が起きても、正常に動作し、モータ等の駆動を継続することが可能な交流/交流電力変換装置を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための、本発明の交流/交流直接形電力変換装置は、三相交流電源の三相の出力波形を整形する入力フィルタと、入力フィルタで波形整形された三相の信号に接続され、オン/オフによって電力変換するための複数の双方向スイッチと、指令された電圧と指令された周波数に基づいて双方向スイッチのオン/オフを制御するPWM制御回路と、双方向スイッチの転流を制御する転流制御回路と、三相交流電源の3つの線間電圧を検出し、出力する電圧検出回路と、線間電圧から線間最大電圧を生成する最大電圧生成回路と、三相出力が常に線間最大電圧以下となるようにPWM制御回路に電圧を指令する制御回路を有し、最大電圧生成回路は、線間電圧を整流する整流回路と、整流回路の出力を所定倍する倍率器からなり、制御回路は、所望の電圧を指令する電圧指令器と、倍率器の出力と電圧指令器の指令を比較して小さい方を出力する比較器からなる。
【0008】
本発明の実施態様によれば、最大電圧生成回路は、線間電圧を整流する整流回路と、整流回路の出力を所定倍する倍率器からなり、
制御回路は、所望の電圧を指令する電圧指令器と、倍率器の出力と電圧指令器の指令を比較して小さい方を出力する比較器からなる。
【0009】
本発明の別の交流/交流直接形電力変換装置は、三相交流電源の三相の出力波形を整形する入力フィルタと、
入力フィルタで波形整形された三相の信号に接続され、オン/オフによって電力変換するための複数の双方向スイッチと、
指令された電圧と指令された周波数に基づいて双方向スイッチのオン/オフを制御するPWM制御回路と、
双方向スイッチの転流を制御する転流制御回路と、
三相交流電源の3つの線間電圧を検出する電圧検出回路と、
線間電圧から線間最大電圧を生成する最大電圧生成回路と、
出力が常に線間最大電圧以下となるようにPWM制御回路に電圧および周波数を指令する制御回路を有している。
【0010】
三相交流電源の出力が不平衡になり、所望の周波数で正常に動作できないときに、その状態で三相出力として可能な最大周波数にPWM制御を行うことで、交流/交流直接形電力変換装置は動作を継続することができる。
【0011】
本発明の実施態様によれば、最大電圧生成回路は、線間電圧を整流する整流回路と、整流回路の出力を所定倍する倍率器からなり、
制御回路は、所望の電圧を指令する電圧指令器と、倍率器の出力電圧と電圧指令器の指令を比較して小さい方を出力する第1の比較器と、所望の周波数を指令する周波数指令器と、倍率器の出力から、三相出力として得うる最大の周波数を算出する関数発生器と、関数発生器が算出した周波数と周波数指令器の指令を比較して小さい方を出力する第2の比較器からなる。
【0012】
本発明のもう一つ別の交流交流直接形電力変換装置は、三相交流電源の三相の出力波形を整形する入力フィルタと、
入力フィルタで波形整形された三相の信号に接続され、オン/オフによって電力変換するための複数の双方向スイッチと、
指令された電圧と指令された周波数に基づいて前記双方向スイッチのオン/オフを制御するPWM制御回路と、
双方向スイッチの転流を制御する転流制御回路と、
三相交流電源の3つの線間電圧を検出する電圧検出回路と、
線間電圧から線間最大電圧を生成する最大電圧生成回路と、
出力に接続されたモータの端子電圧が常に線間最大電圧以下となるようにPWM制御回路に速度および磁束を指令する制御回路を有している。
【0013】
三相交流電源が不平衡になり、所望の速度で正常に動作できないときに、その状態で三相出力がモータに与えうる最大速度にPWM制御を行うことで、交流/交流直接形電力変換装置は動作を継続することができる。
【0014】
また、所望の磁束によるトルクをモータに与えることができないときに、その状態で三相出力がモータに与えうる最大トルクに対応する最大磁束にPWM制御を行うことで、交流/交流直接形電力変換装置は動作を継続することができる。
【0015】
本発明の実施態様によれば、最大電圧生成回路は、線間電圧を整流する整流回路と、整流回路の出力を所定倍する倍率器からなり、
制御回路は、所望の速度を指令する速度指令器と、倍率器の出力から、三相出力として得うる最大の速度を算出する第1の関数発生器と、最大の速度と速度指令器の指令を比較し小さい方を出力する第1の比較器と、所望の磁束を指令する磁束指令器と、倍率器の出力から、三相出力が前記モータに与えうる最大の磁束を算出する第2の関数発生器と、最大の磁束と前記磁束指令器の指令を比較し小さい方を出力する第2の比較器からなる。
【0016】
さらに、本発明の実施態様によれば、第1の関数発生器は、線間最大電圧が所定値を下回ったとき、予め定められた下限値の速度を指令し、
第2の関数発生器は、線間最大電圧が所定の値を下回ったとき、予め定められた下限値の磁束を指令する。
【0017】
三相交流電源が瞬断して所定の値を下回ったときに、予め定めた下限値の速度および磁束で回転するようにPWM制御することで、PWM制御によってモータを停止させることなく、三相交流電源が回復するまで惰性による回転を継続させることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【0019】
図1を参照すると、本発明の一実施形態のマトリクスコンバータは、三相交流電源1と、入力フィルタ2と、双方向スイッチSUR、SUS、SUT、SVR、SVS、SVT、SWR、SWS、SWTと、負荷R1、R2、R3と、電流検出器CT1、CT2、CT3と、電圧検出回路100と、整流回路101と、倍率器102と、比較器103と、電圧指令器110と、PWM制御回路111と、転流制御回路50と、ゲートドライブ回路60を有している。
【0020】
三相交流電源1は、R相、S相、T相の交流電源を出力する。
【0021】
入力フィルタ2は、三相交流電源1の各相R、S、Tにそれぞれ直列に接続されたリアクトルL1、L2、L3と、各相R、S、Tにそれぞれ一端が接続され、他端が共通接続されたコンデンサC1、C2、C3からなり、三相交流電源1の出力の波形を整形して三相の信号を出力する。
【0022】
双方向スイッチSUR、SUS、SUT、SVR、SVS、SVT、SWR、SWS、SWTは、いずれも2つのIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)で構成されており、転流制御によって双方向の信号をオン/オフ制御することができる。双方向スイッチSUR、SVR、SWRの一端には、入力フィルタ2のR相の出力が入力されている。双方向スイッチSUS、SVS、SWSの一端には、入力フィルタ2のS相の出力が入力されている。双方向スイッチSUT、SVT、SWTの一端には、入力フィルタ2のT相の出力が入力されている。そして、双方向スイッチSUR、SUS、SUTの他端はU相出力として共通接続され、負荷R1の一端に接続されている。双方向スイッチSVR、SVS、SVTの他端はV相出力として共通接続され、負荷R2の一端に接続されている。双方向スイッチSWR、SWS、SWTの他端はW相出力として共通接続され、負荷R3の一端に接続されている。
【0023】
負荷R1、R2、R3の他端は共通接続されている。
【0024】
電流検出器CT1、CT2、CT3はそれぞれU相、V相、W相の電流を検出して転流制御回路50に通知する。
【0025】
電圧検出回路100は、R相とS相の間、S相とT相の間、T相とR相の間のそれぞれの線間電圧を検出して出力する。
【0026】
整流回路101は、電圧検出回路100出力の3つの線間電圧を整流して、それらの最大値を線間最大電圧VMAXとして出力する。
【0027】
倍率器102は、線間最大電圧VMAXを
【0028】
【外1】
倍する。
【0029】
電圧指令器110は、三相交流電源1の出力に関わりなく、三相出力の所望の実効値である電圧VREFを指令する。
【0030】
比較器103は、電圧
【0031】
【外2】
と電圧VREFを比較し、小さい方の電圧を電圧V1として出力する。
【0032】
PWM制御回路111は、三相出力が電圧V1で、かつ、指令された周波数fR EFのU相、V相、W相の信号を生成するように双方向スイッチSUR、SUS、SUT、SVR、SVS、SVT、SWR、SWS、SWTをオン/オフ制御するためのPWM信号を出力する。例では、PWM信号は複数の信号線で構成されたバスに出力されている。
【0033】
転流制御回路50は、PWM信号を双方向スイッチに対応する信号に変換し、電流検出器CT1、CT2、CT3で得られた電流の極性に基づき双方向スイッチSUR、SUS、SUT、SVR、SVS、SVT、SWR、SWS、SWTの各方向IGBTの転流制御をその信号に与えて、各IGBTをオン/オフ制御を行うための信号を出力する。
【0034】
ゲートドライバ回路60は、転流制御回路50の出力に基づき、双方向スイッチSUR、SUS、SUT、SVR、SVS、SVT、SWR、SWS、SWTを構成する18個のIGBTをオン/オフする。
【0035】
本実施形態のマトリクスコンバータの動作としては、まず、三相交流電源1の出力がフィルタ2で波形整形される。波形整形された信号を元に電圧検出回路100と整流回路101と倍率器102によって、三相交流電源1から得られる最大の三相出力の実効値である電圧
【0036】
【外3】
が生成される。比較器110で、電圧
【0037】
【外4】
と電圧指令器110の指令する電圧VREFが比較され、小さい方の電圧が電圧V1としてPWM制御回路111に入力される。なお、三相交流電源1が正常に三相電源を出力しているときには、電圧
【0038】
【外5】
は電圧指令器110の指令VREFを下回ることはないが、不平衡状態などにより電圧
【0039】
【外6】
【0040】
が低下すると電圧
【0041】
【外7】
は電圧指令器110の指令VREFを下回ることがある。
【0042】
PWM制御回路111は、指令された周波数fREFと電圧V1に基づき双方向スイッチSUR、SUS、SUT、SVR、SVS、SVT、SWR、SWS、SWTをオン/オフさせるタイミングを示すPWM信号を出力する。さらに、転流制御回路50で、電流検出器CT1、CT2、CT3が検出した電流の極性に基づいて転流のタイミングが与えられた信号が、ゲートドライブ回路60を介して、双方向スイッチSUR、SUS、SUT、SVR、SVS、SVT、SWR、SWS、SWTを構成するIGBTをオン/オフさせる。三相出力として得られた信号が負荷R1、R2、R3に与えられる。
【0043】
三相交流電源1の出力が不平衡となり、電圧
【0044】
【外8】
が電圧指令器110の指令する電圧VREFを下回ると、マトリクスコンバータは電圧指令器110の指令する電圧VREFでは正常に動作できなくなる。そのときに正常に出力できる最大の電圧
【0045】
【外9】
に基づいてPWM制御を行うことで、マトリクスコンバータは動作を継続することができる。
【0046】
なお、線間最大電圧VMAXを出力する整流回路101は、絶対値回路と最大値優先回路によって構成することができる。
【0047】
図2を参照すると、本発明の他の実施形態のマトリクスコンバータは、図1のマトリクスコンバータに、関数発生器120と、周波数指令器121と、比較器104が付加されて構成されている。
【0048】
関数発生器120は、倍率器102の出力電圧
【0049】
【外10】
を入力し、そのときの三相交流電源1出力の状態で得られる最大周波数fMAXを演算し、出力する。最大周波数fMAXの一例としては、三相交流電源1出力が正常なときに最大周波数fMAXは最大となり、電圧
【0050】
【外11】
の低下に比例して直線的に低下するものが考えられる。
【0051】
周波数指令器121は、三相交流電源1の出力に関わりなく、三相出力の所望値である周波数fREFを指令する。
【0052】
比較器104は、最大周波数fMAXと周波数指令器121の指令する周波数fREFを比較し、小さい方の周波数を周波数f1を出力する。周波数f1はPWM制御回路111に入力される。なお、三相交流電源1が正常に三相電源を出力しているときには、最大周波数fMAXは周波数指令器121の指令fREFを下回ることはないが、不平衡状態などにより最大周波数FMAXが低下すると周波数指令器121の指令fREFを下回ることがある。
【0053】
三相交流電源1の出力が不平衡状態になり、最大周波数fMAXが周波数指令器121の指令する周波数fREFを下回ると、マトリクスコンバータが周波数指令器121の指令する周波数fREFでは正常に動作できない状態となる。そのときに正常に出力できる三相出力の最大周波数fMAXに基づいてPWM制御を行うことで、マトリクスコンバータは動作を継続することができる。
【0054】
図3を参照すると、本発明のさらに他の実施形態のマトリクスコンバータは、三相交流電源1と、入力フィルタ2と、双方向スイッチSUR、SUS、SUT、SVR、SVS、SVT、SWR、SWS、SWTと、電流検出器CT1、CT2、CT3と、電圧検出回路100と、整流回路101と、倍率器102と、転流制御回路50と、ゲートドライブ回路60と、速度検出器161と、関数発生器130および140と、速度指令器131と、比較器105と、速度制御器132と、磁束指令器141と、比較器106と、周波数指令器121と、電圧指令器110と、PWM制御回路111を有しており、モータ160を駆動する。
【0055】
三相交流電源1、入力フィルタ2、双方向スイッチSUR、SUS、SUT、SVR、SVS、SVT、SWR、SWS、SWT、電流検出器CT1、CT2、CT3、電圧検出回路100、整流回路101、倍率器102、転流制御回路50と、ゲートドライブ回路60は、図1のマトリクスコンバータのものと同じである。
【0056】
モータ160は、U相、V相、W相の電圧で駆動されるACモータである。
【0057】
速度検出器161は、モータ160が回転する速度を検出する。
【0058】
関数発生器130は、電圧
【0059】
【外12】
を入力として、そのときの三相交流電源1出力の状態で得られるモータ160の最大速度NMAXを出力する。また、この入出力の関係を示す関数には最大速度NMAXの下限値を設定することが可能であり、電圧
【0060】
【外13】
が所定値を下回ったときの最大速度NMAXは予め設定された下限値になる。この関数の一例としては図4に示すものが考えられる。
【0061】
速度指令器131は、三相交流電源1の出力に関わりなく、モータ160を駆動すべき速度NREFを指令する。
【0062】
比較器105は、最大速度NMAXと速度指令器131の出力NREFを比較し、小さい方の速度を速度N1として出力する。なお、三相交流電源1が正常に三相電源を出力しているときには、最大速度NMAXは速度指令器131の指令NREFを下回ることはないが、不平衡状態などにより最大速度NMAXが低下すると速度指令器131の指令NREFを下回ることがある。
【0063】
速度制御器132は、速度N1と速度検出器161が検出したモータ160の回転速度を入力し、モータ160の回転速度がN1となるように制御する。
【0064】
関数発生器140は、電圧
【0065】
【外14】
を入力し、そのときの三相交流電源1出力の状態から得られるモータ160の最大磁束ΦMAXを出力する。なお、この入出力の関係を示す関数には最大磁束ΦMAXの下限値を設定することが可能であり、電圧
【0066】
【外15】
が所定値を下回ったとき最大磁束ΦMAXは予め設定された下限値となる。この関数の一例としては図5に示すものが考えられる。
【0067】
磁束指令器141は、三相交流電源1の出力に関わりなく、モータ160に与えるべきトルクに対応する磁束を指令する。
【0068】
比較器106は、最大磁束ΦMAXと磁束指令器141の出力を比較し、小さい方の磁束を磁束Φ1として出力する。なお、三相交流電源1が正常に三相電源を出力しているときには、最大磁束ΦMAXが磁束指令器141の指令ΦREFを下回ることはないが、不平衡状態などにより最大磁束ΦMAXが低下すると磁束指令器141の指令ΦREFを下回ることがある。
【0069】
ベクトル制御回路142は、速度N1と磁束Φ1を入力とし、速度N1、磁束Φ1に基づくトルクで回転するようにモータ160に流す電流を算出して指令する。
平衡な三相の電流の和はゼロになることから、電流指令はU、V、Wの三相の中の2相を通知している。
【0070】
電流制御回路143は、ベクトル制御回路142の出力する電流指令と、電流検出器CT1、CT2、CT3で検出した電流値との偏差から、PWM制御回路111に与える電圧指令VREFと周波数指令fREFを出力する。
【0071】
三相交流電源1の出力が不平衡状態になり、マトリクスコンバータが速度指令器131の指令では正常に動作できなくなったときに、その状態で三相出力がモータ160に与えうる最大速度NMAXに基づいてPWM制御を行うことで、マトリクスコンバータは動作を継続することができる。さらに、電圧
【0072】
【外16】
が所定の値を下回ったときに、モータ160が予め定めた下限値の速度で回転するようにPWM制御する。それにより、三相交流電源1の瞬断時にPWM制御によってモータ160を停止させることなく、三相交流電源1が回復するまで惰性による回転を継続させることができる。
【0073】
また、磁束指令器141の指令する磁束ΦREFによるトルクをモータ160に与えることができなくなったときに、その状態で三相出力がモータ160に与えうる最大トルクに対応する最大磁束ΦMAXに基づいてPWM制御を行うことで、マトリクスコンバータは動作を継続することができる。さらに、電圧
【0074】
【外17】
が所定の値を下回ったときに、予め定めた下限値の磁束で回転するようにPWM制御する。それにより、三相交流電源1の瞬断時にPWM制御によってモータ160を停止させることなく、三相交流電源1が回復するまで惰性による回転を継続させることができる。
【0075】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によると、三相交流電源が不平衡になったり欠相したときに、交流/交流直接形電力変換装置は動作を継続し、モータ等を駆動することができる。また、三相交流電源の瞬断時にモータの惰性による回転を継続させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態のマトリクスコンバータの構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の他の実施形態のマトリクスコンバータの構成を示すブロック図である。
【図3】本発明のさらに他の実施形態のマトリクスコンバータの構成を示すブロック図である。
【図4】関数発生器130の関数の一例を示すグラフである。
【図5】関数発生器140の関数の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
1 三相交流電源
2 入力フィルタ
50 転流制御回路
60 ゲートドライブ回路
100 電圧検出回路
101 整流回路
102 倍率器
103、104、105、106 比較器
110 電圧指令器
111 PWM制御回路
120、130、140 関数発生器
121 周波数指令器
131 速度指令器
132 速度制御器
141 磁束指示器
142 ベクトル制御回路
143 電流制御回路
160 モータ
161 速度検出器
CT1、CT2、CT3 電流検出器
EU、EV、EW 電流検出器
SUR、SUS、SUT、SVR、SVS、SVT、SWR、SWS、SWT 双方向スイッチ
C1、C2、C3 コンデンサ
L1、L2、L3 リアクトル
R1、R2、R3 負荷[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an AC / AC power converter that converts an AC voltage into an AC voltage having an arbitrary frequency, and more particularly to an AC / AC power converter that uses a PWM (pulse amplitude modulation) control method.
[0002]
[Prior art]
As a conventionally used method for driving a frequency control motor or the like, there is a method using an AC / AC power converter using a PWM inverter. Since the conventional PWM inverter is connected to an AC power supply via a rectifier circuit, the maximum voltage of the AC power supply is secured as the input DC voltage value. Therefore, even if the voltage of the AC power supply is in an unbalanced state, the input DC voltage to the PWM inverter is ensured to be a certain value or more, so that the motor or the like can be driven.
[0003]
Further, as a method for driving a frequency control motor or the like, a method using a PWM cycloconverter that is an AC / AC direct power converter may be suitable. The PWM cycloconverter is also called a matrix converter.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the three-phase AC power supply is directly connected to a load such as a motor via a bidirectional switch, the matrix converter cannot operate normally when the voltage of the three-phase AC power supply becomes unbalanced.
[0005]
An object of the present invention is to provide an AC / AC power converter that operates normally and can continue to drive a motor or the like even if an unbalanced state occurs in the voltage of a three-phase AC power supply.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an AC / AC direct power converter of the present invention includes an input filter that shapes a three-phase output waveform of a three-phase AC power supply, and a three-phase signal that is waveform-shaped by the input filter. A plurality of bidirectional switches connected to each other for power conversion by on / off; a PWM control circuit for controlling on / off of the bidirectional switches based on a commanded voltage and a commanded frequency; A commutation control circuit that controls commutation, a voltage detection circuit that detects and outputs three line voltages of a three-phase AC power supply, a maximum voltage generation circuit that generates a maximum line voltage from the line voltage, and It has a control circuit that commands the voltage to the PWM control circuit so that the phase output is always below the maximum line voltage, and the maximum voltage generation circuit rectifies the line voltage and the output of the rectifier circuit by a predetermined multiple It consists of a multiplier The control circuit includes a voltage command unit for commanding a desired voltage, a comparator for outputting a smaller one compared the command output voltage command unit of the multiplier.
[0008]
According to an embodiment of the present invention, the maximum voltage generation circuit includes a rectifier circuit that rectifies the line voltage, and a multiplier that multiplies the output of the rectifier circuit by a predetermined amount.
The control circuit includes a voltage command device that commands a desired voltage, and a comparator that compares the output of the multiplier and the command of the voltage command device and outputs the smaller one.
[0009]
Another AC / AC direct power converter of the present invention includes an input filter that shapes a three-phase output waveform of a three-phase AC power source,
A plurality of bidirectional switches connected to a three-phase signal shaped by an input filter and for power conversion by on / off;
A PWM control circuit for controlling on / off of the bidirectional switch based on the commanded voltage and the commanded frequency;
A commutation control circuit for controlling the commutation of the bidirectional switch;
A voltage detection circuit for detecting three line voltages of the three-phase AC power supply;
A maximum voltage generating circuit for generating a maximum line voltage from the line voltage;
A control circuit for instructing a voltage and frequency to the PWM control circuit so that the output is always equal to or less than the maximum line voltage is provided.
[0010]
When the output of the three-phase AC power supply becomes unbalanced and cannot operate normally at the desired frequency, the AC / AC direct power converter is configured to perform PWM control to the maximum frequency possible for the three-phase output in that state. Can continue to operate.
[0011]
According to an embodiment of the present invention, the maximum voltage generation circuit includes a rectifier circuit that rectifies the line voltage, and a multiplier that multiplies the output of the rectifier circuit by a predetermined amount.
The control circuit includes a voltage command unit that commands a desired voltage, a first comparator that compares the output voltage of the multiplier and the command of the voltage commander, and outputs the smaller one, and a frequency command that commands a desired frequency. And a function generator that calculates the maximum frequency that can be obtained as a three-phase output from the output of the multiplier, and a second that outputs the smaller one by comparing the frequency calculated by the function generator and the command of the frequency commander Comparator.
[0012]
Another AC / AC direct power converter of the present invention includes an input filter that shapes a three-phase output waveform of a three-phase AC power source,
A plurality of bidirectional switches connected to a three-phase signal shaped by an input filter and for power conversion by on / off;
A PWM control circuit for controlling on / off of the bidirectional switch based on a commanded voltage and a commanded frequency;
A commutation control circuit for controlling the commutation of the bidirectional switch;
A voltage detection circuit for detecting three line voltages of the three-phase AC power supply;
A maximum voltage generating circuit for generating a maximum line voltage from the line voltage;
It has a control circuit that commands the speed and magnetic flux to the PWM control circuit so that the terminal voltage of the motor connected to the output is always below the maximum line voltage.
[0013]
When the three-phase AC power supply becomes unbalanced and cannot operate normally at a desired speed, the AC / AC direct power converter is configured by performing PWM control to the maximum speed that the three-phase output can give to the motor in that state. Can continue to operate.
[0014]
Also, when torque due to the desired magnetic flux cannot be applied to the motor, AC / AC direct power conversion is performed by performing PWM control to the maximum magnetic flux corresponding to the maximum torque that the three-phase output can provide to the motor in that state. The device can continue to operate.
[0015]
According to an embodiment of the present invention, the maximum voltage generation circuit includes a rectifier circuit that rectifies the line voltage, and a multiplier that multiplies the output of the rectifier circuit by a predetermined amount.
The control circuit includes a speed command unit that commands a desired speed, a first function generator that calculates the maximum speed that can be obtained as a three-phase output from the output of the multiplier, and a command of the maximum speed and speed command unit. A first comparator that outputs the smaller one, a magnetic flux commander that commands a desired magnetic flux, and a second that calculates the maximum magnetic flux that the three-phase output can give to the motor from the output of the multiplier It comprises a function generator and a second comparator that compares the maximum magnetic flux with the command of the magnetic flux commander and outputs the smaller one.
[0016]
Further, according to an embodiment of the present invention, the first function generator commands a speed of a predetermined lower limit value when the maximum line voltage falls below a predetermined value,
The second function generator commands a magnetic flux having a predetermined lower limit value when the maximum line voltage falls below a predetermined value.
[0017]
When the three-phase AC power supply is momentarily interrupted and falls below a predetermined value, the PWM control is performed so that the motor rotates at a predetermined lower limit speed and magnetic flux. Rotation due to inertia can be continued until the AC power is restored.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0019]
Referring to FIG. 1, the matrix converter of an embodiment of the present invention includes a three-phase
[0020]
The three-phase
[0021]
The
[0022]
The bidirectional switches S UR , S US , S UT , S VR , S VS , S VT , S WR , S WS , and S WT are all composed of two IGBTs (insulated gate bipolar transistors). Bidirectional signals can be turned on / off by flow control. The R-phase output of the
[0023]
The other ends of the loads R 1 , R 2 , and R 3 are commonly connected.
[0024]
Current detectors CT 1 , CT 2 , and CT 3 detect U-phase, V-phase, and W-phase currents and notify the
[0025]
The
[0026]
The
[0027]
The
[Outside 1]
Double.
[0029]
The
[0030]
The
[Outside 2]
And the voltage V REF are compared, and the smaller voltage is output as the voltage V 1 .
[0032]
The
[0033]
The
[0034]
The
[0035]
As an operation of the matrix converter of the present embodiment, first, the output of the three-phase
[Outside 3]
Is generated. In the
[Outside 4]
And the voltage V REF commanded by the
[Outside 5]
Does not fall below the command V REF of the
[Outside 6]
[0040]
When the voltage drops, the voltage [0041]
[Outside 7]
May fall below the command V REF of the
[0042]
[0043]
The output of the three-phase
[Outside 8]
Is below the voltage V REF commanded by the
[Outside 9]
By performing PWM control based on the above, the matrix converter can continue to operate.
[0046]
Note that the
[0047]
Referring to FIG. 2, a matrix converter according to another embodiment of the present invention is configured by adding a
[0048]
The
[Outside 10]
Is calculated, and the maximum frequency f MAX obtained in the state of the three-phase
[Outside 11]
It is conceivable that the voltage decreases linearly in proportion to the decrease in.
[0051]
The
[0052]
The
[0053]
When the output of the three-phase
[0054]
Referring to FIG. 3, the matrix converter of still another embodiment of the present invention includes a three-phase
[0055]
Three-phase
[0056]
The
[0057]
The
[0058]
The
[Outside 12]
Is input, and the maximum speed N MAX of the
[Outside 13]
The maximum speed N MAX when becomes below a predetermined value is a preset lower limit value. An example of this function is shown in FIG.
[0061]
The
[0062]
The
[0063]
The
[0064]
The
[Outside 14]
And the maximum magnetic flux Φ MAX of the
[Outside 15]
When the value falls below a predetermined value, the maximum magnetic flux Φ MAX becomes a preset lower limit value. An example of this function is shown in FIG.
[0067]
The
[0068]
The
[0069]
The
Since the sum of the balanced three-phase currents is zero, the current command notifies two of the three phases U, V, and W.
[0070]
The
[0071]
When the output of the three-phase
[Outside 16]
PWM control is performed so that the
[0073]
Further, when it becomes impossible to give the
[Outside 17]
PWM control is performed so that the motor rotates with a magnetic flux having a predetermined lower limit when the value falls below a predetermined value. Thereby, the rotation by inertia can be continued until the three-phase alternating
[0075]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when the three-phase AC power supply is unbalanced or phase-out, the AC / AC direct power converter can continue to operate and drive a motor or the like. Moreover, the rotation by the inertia of a motor can be continued at the time of a momentary interruption of a three-phase alternating current power supply.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a matrix converter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a matrix converter according to another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a matrix converter according to still another embodiment of the present invention.
4 is a graph showing an example of a function of the
5 is a graph showing an example of a function of a
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記入力フィルタで波形整形された三相の信号に接続され、オン/オフによって電力変換するための複数の双方向スイッチと、
指令された電圧と指令された周波数に基づいて前記双方向スイッチのオン/オフを制御するPWM制御回路と、
前記双方向スイッチの転流を制御する転流制御回路と、
前記三相交流電源の3つの線間電圧を検出し、出力する電圧検出回路と、
前記線間電圧から線間最大電圧を生成する最大電圧生成回路と、
三相出力が常に前記線間最大電圧以下となるように前記PWM制御回路に電圧を指令する制御回路を有し、
前記最大電圧生成回路は、前記線間電圧を整流する整流回路と、前記整流回路の出力を所定倍する倍率器からなり、
前記制御回路は、所望の電圧を指令する電圧指令器と、前記倍率器の出力と前記電圧指令器の指令を比較して小さい方を出力する比較器からなる、交流/交流直接形電力変換装置。An input filter that shapes the three-phase output waveform of the three-phase AC power supply;
A plurality of bidirectional switches connected to a three-phase signal shaped by the input filter and for power conversion by on / off;
A PWM control circuit for controlling on / off of the bidirectional switch based on a commanded voltage and a commanded frequency;
A commutation control circuit for controlling commutation of the bidirectional switch;
A voltage detection circuit for detecting and outputting three line voltages of the three-phase AC power supply;
A maximum voltage generating circuit for generating a maximum line voltage from the line voltage;
Have a control circuit for commanding voltage to the PWM control circuit as a three-phase output is always less than or equal to the maximum voltage between the lines,
The maximum voltage generation circuit comprises a rectifier circuit that rectifies the line voltage, and a multiplier that multiplies the output of the rectifier circuit by a predetermined amount.
The control circuit includes a voltage command device that commands a desired voltage, and a comparator that compares the output of the multiplier and the command of the voltage command device and outputs the smaller one, and the AC / AC direct power converter .
前記入力フィルタで波形整形された三相の信号に接続され、オン/オフによって電力変換するための複数の双方向スイッチと、
指令された電圧と指令された周波数に基づいて前記双方向スイッチのオン/オフを制御するPWM制御回路と、
前記双方向スイッチの転流を制御する転流制御回路と、
前記三相交流電源の3つの線間電圧を検出する電圧検出回路と、
前記線間電圧から線間最大電圧を生成する最大電圧生成回路と、
出力が常に前記線間最大電圧以下となるように前記PWM制御回路に電圧および周波数を指令する制御回路を有する交流/交流直接形電力変換装置。An input filter that shapes the three-phase output waveform of the three-phase AC power supply;
A plurality of bidirectional switches connected to a three-phase signal shaped by the input filter and for power conversion by on / off;
A PWM control circuit for controlling on / off of the bidirectional switch based on a commanded voltage and a commanded frequency;
A commutation control circuit for controlling commutation of the bidirectional switch;
A voltage detection circuit for detecting three line voltages of the three-phase AC power source;
A maximum voltage generating circuit for generating a maximum line voltage from the line voltage;
An AC / AC direct power converter having a control circuit for instructing a voltage and a frequency to the PWM control circuit so that an output is always equal to or less than the maximum line voltage.
前記制御回路は、所望の電圧を指令する電圧指令器と、前記倍率器の出力電圧と前記電圧指令器の指令を比較して小さい方を出力する第1の比較器と、所望の周波数を指令する周波数指令器と、前記倍率器の出力から、三相出力として得うる最大の周波数を算出する関数発生器と、前記関数発生器が算出した周波数と周波数指令器の指令を比較して小さい方を出力する第2の比較器からなる、請求項2記載の交流/交流直接形電力変換装置。The maximum voltage generation circuit comprises a rectifier circuit that rectifies the line voltage, and a multiplier that multiplies the output of the rectifier circuit by a predetermined amount.
The control circuit includes a voltage command unit that commands a desired voltage, a first comparator that compares the output voltage of the multiplier and the command of the voltage command unit, and outputs a smaller one, and commands a desired frequency. The frequency commander, the function generator that calculates the maximum frequency that can be obtained as a three-phase output from the output of the multiplier, and the smaller one that compares the frequency calculated by the function generator with the command of the frequency commander The AC / AC direct power converter according to claim 2 , further comprising a second comparator that outputs.
前記入力フィルタで波形整形された三相の信号に接続され、オン/オフによって電力変換するための複数の双方向スイッチと、
指令された電圧と指令された周波数に基づいて前記双方向スイッチのオン/オフを制御するPWM制御回路と、
前記双方向スイッチの転流を制御する転流制御回路と、
三相交流電源の3つの線間電圧を検出する電圧検出回路と、
前記線間電圧から線間最大電圧を生成する最大電圧生成回路と、
出力に接続されたモータの端子電圧が常に前記線間最大電圧以下となるように前記PWM制御回路に速度および磁束を指令する制御回路を有する交流/交流直接形電力変換装置。An input filter that shapes the three-phase output waveform of the three-phase AC power supply;
A plurality of bidirectional switches connected to a three-phase signal shaped by the input filter and for power conversion by on / off;
A PWM control circuit for controlling on / off of the bidirectional switch based on a commanded voltage and a commanded frequency;
A commutation control circuit for controlling commutation of the bidirectional switch;
A voltage detection circuit for detecting three line voltages of the three-phase AC power supply;
A maximum voltage generating circuit for generating a maximum line voltage from the line voltage;
An AC / AC direct power converter having a control circuit that commands speed and magnetic flux to the PWM control circuit so that a terminal voltage of a motor connected to an output is always equal to or lower than the maximum line voltage.
前記制御回路は、所望の速度を指令する速度指令器と、前記倍率器の出力から、三相出力として得うる最大の速度を算出する第1の関数発生器と、前記最大の速度と前記速度指令器の指令を比較し小さい方を出力する第1の比較器と、所望の磁束を指令する磁束指令器と、前記倍率器の出力から、三相出力が前記モータに与えうる最大の磁束を算出する第2の関数発生器と、前記最大の磁束と前記磁束指令器の指令を比較し小さい方を出力する第2の比較器からなる、請求項4記載の交流/交流直接形電力変換装置。The maximum voltage generation circuit comprises a rectifier circuit that rectifies the line voltage, and a multiplier that multiplies the output of the rectifier circuit by a predetermined amount.
The control circuit includes a speed command unit that commands a desired speed, a first function generator that calculates a maximum speed that can be obtained as a three-phase output from the output of the multiplier, the maximum speed, and the speed From the output of the first comparator that compares the command of the commander and outputs the smaller one, the commander of the desired magnetic flux, and the output of the multiplier, the maximum magnetic flux that the three-phase output can give to the motor 5. The AC / AC direct power converter according to claim 4 , comprising: a second function generator to be calculated; and a second comparator that compares the maximum magnetic flux and the command of the magnetic flux commander and outputs the smaller one. .
前記第2の関数発生器は、前記線間最大電圧が所定の値を下回ったとき、予め定められた下限値の磁束を指令する、請求項5記載の交流/交流直接形電力変換装置。The first function generator commands a predetermined lower limit speed when the maximum line voltage falls below a predetermined value;
6. The AC / AC direct power converter according to claim 5 , wherein the second function generator commands a magnetic flux having a predetermined lower limit value when the maximum line voltage falls below a predetermined value. 7.
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