JP4761201B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
一般に入力電圧は定格電圧を中心に変動するが、定格電圧よりもかなり低くなる場合がある。この様な場合は、最も低くなる電源電圧の条件を想定して大型のインバータを設置したり、昇圧チョッパを用いて高い電圧に安定させるという従来技術がある。(例えば、非特許文献1)。
長谷川 彰 著「スイッチング・レギュレータ設計ノウハウ」QC出版、1985年4月10日、p.23−26
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、入力電源電圧が低い場合でもインバータを定格まで出力でき、既設のインバータを変更することなく、必要な電圧を得る事ができる電力変換装置を提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、入力される交流電圧を直流電圧に変換し、第1直流電圧として第1端子に出力するコンバータと、第2端子にかかる第2直流電圧を交流電圧に変換し、負荷側に出力するインバータと、第3端子にかかる直流電圧を変圧して生成される直流電圧を第4端子に出力する別置き可能なチョッパと、を備え、前記第1端子と前記第2端子を接続して前記第1直流電圧と前記第2直流電圧の電位を等しくするか、あるいは、前記第1端子と前記第3端子を接続して前記第1直流電圧と前記第3端子にかかる直流電圧の電位を等しく、かつ、前記第2端子と前記第4端子を接続して前記第2直流電圧と前記第4端子にかかる直流電圧の電位を等しくするかの、いずれか一方を選択可能に構成されていることを特徴とするものである。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の電力変換装置において、前記チョッパは、コンデンサとインダクタとダイオードとスイッチング素子を有する昇圧回路と、前記スイッチング素子のゲート信号を出力する制御回路を備え、前記コンデンサは前記第3端子の正電位側と負電位側間に接続され、前記インダクタは前記コンデンサの正電位側と前記スイッチング素子のコレクタ端子間に接続され、前記スイッチング素子のエミッタ端子は前記コンデンサの負電位と接続され、前記第4端子の正電位側は前記ダイオードを介して前記スイッチング素子のコレクタ端子と接続され、前記第4端子の負電位側は前記コンデンサの負電位側と接続され、前記制御回路は、前記第4端子の電位を第1電圧信号として検出する電圧検出部と、設定可能な電圧指令と前記第1電圧信号との誤差電圧をPID処理し第1制御信号を生成するPID処理部と、前記第1制御信号をPWM信号に変換するPWM信号生成部と、前記PWM信号から前記スイッチング素子を駆動するゲート信号を生成するゲート信号生成部と、を備えることを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の電力変換装置において、前記チョッパは、コンデンサとインダクタとダイオードとスイッチング素子を有する昇圧回路と、前記スイッチング素子のゲート信号を出力する制御回路を備え、前記コンデンサは前記第3端子の正電位側と負電位側間に接続され、前記インダクタは前記コンデンサの正電位側と前記スイッチング素子のコレクタ端子間に接続され、前記スイッチング素子のエミッタ端子は前記コンデンサの負電位と接続され、前記第4端子の正電位側は前記ダイオードを介して前記スイッチング素子のコレクタ端子と接続され、前記第4端子の負電位側は前記コンデンサの負電位側と接続され、前記制御回路は、前記第3端子の電位を第2電圧信号として検出する電圧検出部と、設定可能な電圧指令と前記第2電圧信号に基づきPWM信号に変換するPWM信号生成部と、 前記PWM信号から前記スイッチング素子を駆動するゲート信号を生成するゲート信号生成部と、を備えることを特徴とするものである。
請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の電力変換装置において、前記チョッパは、コンデンサとインダクタとダイオードとスイッチング素子を有する昇圧回路と、前記スイッチング素子のゲート信号を出力する制御回路と、前記交流電圧を入力する第5端子を備え、前記コンデンサは前記第3端子の正電位側と負電位側間に接続され、前記インダクタは前記コンデンサの正電位側と前記スイッチング素子のコレクタ端子間に接続され、前記スイッチング素子のエミッタ端子は前記コンデンサの負電位と接続され、前記第4端子の正電位側は前記ダイオードを介して前記スイッチング素子のコレクタ端子と接続され、前記第4端子の負電位側は前記コンデンサの負電位側と接続され、前記制御回路は、前記第5端子の電位を第3電圧信号として検出する電圧検出部と、設定可能な電圧指令と前記第3電圧信号に基づきPWM信号に変換するPWM信号生成部と、前記PWM信号から前記スイッチング素子を駆動するゲート信号を生成するゲート信号生成部と、を備えることを特徴とするものである。
請求項5に記載の発明は、請求項3又は4に記載の電力変換装置において、前前記PWM信号生成部は、前記設定可能な電圧指令と前記電圧検出器により検出した電圧信号との比、及び前記PWM信号の周期を用いて前記スイッチング素子のオン時間を決定することを特徴とするものである。
請求項6に記載の発明は、請求項1〜5のいずれか1項に記載の電力変換装置において、前記インバータの入力側にコンデンサを接続したことを特徴とするものである。
Ton=Tprd×(1−Vd/Vref) (1)
VrefはVd以下の値ととることはできない。図4は図3をシミュレーションしたときのタイムチャートである。シミュレーションの条件は、PWM周波数500Hz、インダクタのインダクタンスL=2mH、コンデンサ7の容量C=2000μF、第1直流電源電圧Vd=24V、第2直流電源電圧Vcは指令電圧Vrefに追従する。VrefはVd=24Vから200+Vdを0.5secかけてスルーアップ、スルーダウンさせている。
Ton=Tprd×(1−Vac/Vref) (2)
2 第2電力変換装置
3 コンバータ
4 インバータ
5 コンタクタ
6 突入抵抗
7 コンデンサ
8 コンデンサ
9 インダクタ
10 スイッチング素子
11 ダイオード
12 制御回路
13 電圧指令
14 第1電圧検出部
15 PID処理部
16 第1PWM信号生成部
17 ゲート信号生成部
18 第2電圧検出部
19 第2PWM信号生成部
20 第3電圧検出部
21 第1出力端子群
22 第1入力端子群
23 第2入力端子群
24 第2出力端子群
Claims (6)
- 入力される交流電圧を直流電圧に変換し、第1直流電圧として第1端子に出力するコンバータと、
第2端子にかかる第2直流電圧を交流電圧に変換し、負荷側に出力するインバータと、
第3端子にかかる直流電圧を変圧して生成される直流電圧を第4端子に出力する別置き可能なチョッパと、を備え、
前記第1端子と前記第2端子を接続して前記第1直流電圧と前記第2直流電圧の電位を等しくするか、あるいは、前記第1端子と前記第3端子を接続して前記第1直流電圧と前記第3端子にかかる直流電圧の電位を等しく、かつ、前記第2端子と前記第4端子を接続して前記第2直流電圧と前記第4端子にかかる直流電圧の電位を等しくするかの、いずれか一方を選択可能に構成されていることを特徴とする電力変換装置。 - 前記チョッパは、コンデンサとインダクタとダイオードとスイッチング素子を有する昇圧回路と、前記スイッチング素子のゲート信号を出力する制御回路を備え、
前記コンデンサは前記第3端子の正電位側と負電位側間に接続され、前記インダクタは前記コンデンサの正電位側と前記スイッチング素子のコレクタ端子間に接続され、前記スイッチング素子のエミッタ端子は前記コンデンサの負電位と接続され、前記第4端子の正電位側は前記ダイオードを介して前記スイッチング素子のコレクタ端子と接続され、前記第4端子の負電位側は前記コンデンサの負電位側と接続され、
前記制御回路は、前記第4端子の電位を第1電圧信号として検出する電圧検出部と、設定可能な電圧指令と前記第1電圧信号との誤差電圧をPID処理し第1制御信号を生成するPID処理部と、前記第1制御信号をPWM信号に変換するPWM信号生成部と、前記PWM信号から前記スイッチング素子を駆動するゲート信号を生成するゲート信号生成部と、を備えることを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。 - 前記チョッパは、コンデンサとインダクタとダイオードとスイッチング素子を有する昇圧回路と、前記スイッチング素子のゲート信号を出力する制御回路を備え、
前記コンデンサは前記第3端子の正電位側と負電位側間に接続され、前記インダクタは前記コンデンサの正電位側と前記スイッチング素子のコレクタ端子間に接続され、前記スイッチング素子のエミッタ端子は前記コンデンサの負電位と接続され、前記第4端子の正電位側は前記ダイオードを介して前記スイッチング素子のコレクタ端子と接続され、前記第4端子の負電位側は前記コンデンサの負電位側と接続され、
前記制御回路は、前記第3端子の電位を第2電圧信号として検出する電圧検出部と、設定可能な電圧指令と前記第2電圧信号に基づきPWM信号に変換するPWM信号生成部と、 前記PWM信号から前記スイッチング素子を駆動するゲート信号を生成するゲート信号生成部と、を備えることを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。 - 前記チョッパは、コンデンサとインダクタとダイオードとスイッチング素子を有する昇圧回路と、前記スイッチング素子のゲート信号を出力する制御回路と、前記交流電圧を入力する第5端子を備え、
前記コンデンサは前記第3端子の正電位側と負電位側間に接続され、前記インダクタは前記コンデンサの正電位側と前記スイッチング素子のコレクタ端子間に接続され、前記スイッチング素子のエミッタ端子は前記コンデンサの負電位と接続され、前記第4端子の正電位側は前記ダイオードを介して前記スイッチング素子のコレクタ端子と接続され、前記第4端子の負電位側は前記コンデンサの負電位側と接続され、
前記制御回路は、前記第5端子の電位を第3電圧信号として検出する電圧検出部と、設定可能な電圧指令と前記第3電圧信号に基づきPWM信号に変換するPWM信号生成部と、前記PWM信号から前記スイッチング素子を駆動するゲート信号を生成するゲート信号生成部と、を備えることを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。 - 前記PWM信号生成部は、前記設定可能な電圧指令と前記電圧検出器により検出した電圧信号との比、及び前記PWM信号の周期を用いて前記スイッチング素子のオン時間を決定することを特徴とする請求項3又は4に記載の電力変換装置。
- 前記インバータの入力側にコンデンサを接続したことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の電力変換装置。
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