JP4839641B2 - 3相v結線インバータ - Google Patents
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Description
上記課題を解決するための本発明は、直流電圧を供給するための第1及び第2の直流端子(1a、1b)と、
前記第1及び第2の直流端子(1a、1b)間の中間の電位を有する中間端子(1c)と、
3相交流電圧の第1相電圧を出力するための第1相交流端子(2u)と、
前記3相交流電圧の第2相電圧を出力するものであって、前記中間端子(1c)に電気的に接続された第2相交流端子(2v)と、
前記3相交流電圧の第3相電圧を出力するための第3相交流端子(2w)と、
前記第1及び第2の直流端子(1a、1b)間に接続された第1及び第2のスイッチ(S1 、S2 )の直列回路と、
前記第1及び第2の直流端子(1a、1b)間に接続された第3及び第4のスイッチ(S3 、S4 )の直列回路と、
前記第1及び第2のスイッチ(S1 、S2 )の相互接続点(P1 )と前記第1相交流端子(2u)との間に接続された第1相リアクトル(Lu )と、
前記第3及び第4のスイッチ(S3 、S4 )の相互接続点(P2 )と前記第3相交流端子(2w)との間に接続された第3相リアクトル(Lw )と、
前記第1相交流端子(2u)と前記第2相交流端子(2v)との間に接続された第1のフィルタコンデンサ(Cu )と、
前記第2相交流端子(2v)と前記第3相交流端子(2w)との間に接続された第2のフィルタコンデンサ(Cw )と、
前記第1相リアクトル(Lu )又は前記第1相交流端子(2u)に流れる第1相電流(Iou又はIsu)を検出する第1相電流検出器(CTu )と、
前記第3相リアクトル(Lw )又は前記第3相交流端子(2w)に流れる第3相電流(Iow 又はIsw)を検出する第3相電流検出器(CTw )と、
前記第1及び第2のフィルタコンデンサ(Cu 、Cw )の電圧をそれぞれ検出する電圧検出手段(5)と、
前記第1及び第3相電流検出器(CTu 、CTw )の出力と前記電圧検出手段(5)の出力とに基づいて前記第1、第2及び第3相交流端子(2u、2v、2w)における力率を所望値にするように前記第1〜第4のスイッチをオン・オフ制御するスイッチ制御パルスを形成して前記第1、第2、第3及び第4のスイッチの制御端子に供給する制御部(6)と
を具備し、前記制御部は、
前記第1及び第2のフィルタコンデンサ(Cu 、Cw )の3相で示す電流(Icu、Icv、Icw)の値を前記電圧検出手段(5)の出力を使用して計算で求めるか又は実側で求め、前記3相で示す電流(Icu、Icv、Icw)の値を2相軸に変換したものに相当する第1及び第2の信号(Icd、Icq)を作成するコンデンサ電流値作成手段(11又は11a)と、
前記第1、第2及び第3の交流端子(2u、2v、2w)を流れる3相電流の目標値を2相軸に変換したものに相当する第1及び第2の連系電流指令値(Isd * 、Isq * )を発生する連系電流指令値発生手段(12)と、
前記連系電流指令値発生手段(12)から得られた前記第1の連系電流指令値(Isd * )と前記コンデンサ電流値作成手段(11又は11a)から得られた前記第1の信号(Icd)とに基づいて第1の出力電流指令値(Iod * )を作成し、且つ前記第2の連系電流指令値(Isq * )と前記第2の信号(Icq)とに基づいて第2の出力電流指令値(Ioq * )を作成する出力電流指令値作成手段(13)と、
前記出力電流指令値作成手段(13)から得られた前記第1及び第2の出力電流指令値(Iod * 、Ioq * )と前記第1相及び第3相電流検出器(CTu 、CTw )から得られた前記第1相及び第3相出力電流(Iou、Iow)の検出値とに基づいて第1相及び第3相帰還制御信号(Ifuv、Ifwv)を形成する帰還制御信号形成手段(14)と、
前記帰還制御信号形成手段(14)から得られた前記第1相及び第3相帰還制御信号(Ifu、Ifw)に基づいて前記第1、第2、第3及び第4のスイッチ(S1 、S2 、S3 、S4 )をオン・オフ制御するためのスイッチ制御パルス(G1 、G2 、G3 、G4 )を形成するスイッチ制御パルス形成手段(15)と
から成ることを特徴とする3相V結線インバータに係わるものである。
なお、本発明における前記中間端子は、電気回路又は部品の端、又は複数の回路又は部品の相互接続点を意味している。
前記コンデンサ電流値作成手段(11)は、
基準位相角(ωt)を示す信号を得るために前記電圧検出手段(5)に接続された位相検出手段(20)と、
前記基準位相角(ωt)よりもπ/2進んだ進み位相角(ωt+π/2)を示す信号を形成する進み位相角信号形成手段(21)と、
前記電圧検出手段(5)から得られた3相の各線間電圧(Vuv、Vvw、Vwu)を前記進み位相角信号形成手段(21)から得られた進み位相角(ωt+π/2)にて回転座標変換してdq座標軸で示すd軸成分電圧(Vd )とq軸成分電圧(Vq )を出力する第1の3相/dq座標変換手段(22)と、
前記第1の3相/dq座標変換手段(22)から得られた前記d軸成分電圧(Vd )及び前記q軸成分電圧(Vq )を前記第1及び第2のフィルタコンデンサ(Cu 、Cw )のそれぞれのインピーダンス(1/ωC)で除算した値を示すd軸成分仮想無効電流(Iad)とq軸成分仮想無効電流(Iaq)とを形成する2相軸仮想無効電流信号形成手段(23)と、
前記2相軸仮想無効電流信号形成手段(23)から得られた前記d軸成分仮想無効電流(Iad)と前記q軸成分仮想無効電流(Iaq)とを前記基準位相角(ωt)にて回転逆座標変換し、前記第1及び第3相交流端子間にもフィルタコンデンサが接続されていると仮定した場合における第1、第2及び第3の3相軸仮想無効電流(Iau、Iav、Iaw)を示す信号を出力するdq/3相座標変換手段(24)と、
前記dq/3相座標変換手段(24)から得られた前記第1の3相軸仮想無効電流(Iau)を示す信号を前記第1のフィルタコンデンサ(Cu )に流れる無効電流を示す第1相信号(Icu)と見なして伝送する手段(25u)と、
前記第2の3相軸仮想無効電流(Iav)を位相反転して前記第2のフィルタコンデンサ(Cw )に流れる無効電流を示す第3相信号(Icw)として出力する第3相信号形成手段(26)と、
前記第1相信号(Icu)と前記第3相信号(Icw)との合成信号の位相反転信号に相当する第2相信号(Icv)を形成する手段(27)と、
前記第1、第2及び第3相信号(Icu、Icv、Icw)を前記基準位相角(ωt)にて回転座標変換してdq座標軸で示すd軸成分電流(Icd)とq軸成分電流(Icq)とを出力する第2の3相/dq座標変換手段(29)とから成ることが望ましい。
また、請求項3に示すように、前記コンデンサ電流値作成手段(11a)は、
基準位相角(ωt)を示す信号を得るために前記電圧検出手段(5)に接続された位相検出手段(20)と、
前記第1、第2及び第3相交流端子(2u、2v、2w)間の電圧、周波数、及び前記第1及び第2のフィルタコンデンサ(Cu 、Cw )の容量を固定値として前記第1及び第2のフィルタコンデンサ(Cu 、Cw )に流れる電流を計算又は実測でそれぞれ求めた第1及び第2のフィルタコンデンサ予測電流(Icu、Icw)を示す信号を発生するフィルタコンデンサ予測電流発生手段(40)と、
前記第1のフィルタコンデンサ予測電流(Icu)を示す信号を第1相信号と見なして伝送する手段(25u)と、
前記第2のフィルタコンデンサ予測電流(Icw)を示す信号を第3相信号として伝送する手段(25w)と、
前記第1相信号(Icu)と前記第3相信号(Icw)との合成信号の位相反転信号に相当する第2相信号(Icv)を形成する手段(27)と、
前記第1、第2及び第3相信号(Icu、Icv、Icw)を前記位相検出手段(20)から得られた前記基準位相角(ωt)にて回転座標変換してdq座標軸で示すd軸成分電流(Icd)とq軸成分電流(Icq)とを出力する3相/dq座標変換手段(29)と
から成ることが望ましい。
(1) 力率制御可能な3相V結線インバータにおいて交流端子に流れる連系電流を直接に検出するための電流検出器が不要になり、この分だけコストの低減を図ることができる。
(2) 3相V結線インバータであるので、3相ブリッジ型インバータに比べて変換用スイッチの個数を減らすことが可能になり、インバータのコストの低減を図ることができる。
(3)3相V結線インバータの制御を容易に達成することが可能になる。
なお、第1〜第4のスイッチS1 〜S4 はIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)で示されているが、これ等をNPN型又はPNP型トランジスタ、電界効果トランジスタ等の別のオン・オフ制御可能な半導体スイッチ等とすることができる。
更に詳細には、変換手段41は図4に示すように、第2相信号形成手段44と第3の3相/dq座標変換手段45とを有する。第2相信号形成手段44はライン8u,8wに接続され、ライン8uの第1相出力電流Iouとライン8wの第3相出力電流Iowとの合成信号(加算信号)を位相反転した信号に相当する第2相出力電流Iovをライン8vに送出する。従って、図4の第2相信号形成手段44は図3の第2相信号形成手段27と同様な機能を有する。なお、第2相信号形成手段44を設ける代わりに、図1の中間端子1cと第1及び第2のフィルタコンデンサCu、Cwの相互接続点との間の電流通路の第2相出力電流Iovを検出する第2相電流検出器を設け、この第2相電流検出器の出力をライン8vによって図4の第3の3相/dq座標変換手段45に送ることもできる。
ライン8u、8v、8wに接続された第3の3相/dq座標変換手段45は、位相検出手段20から出力される基準位相角ωt即ち系統電圧位相検出値にて回転座標変換するものであって、図3の第2の3相/dq座標変換手段29と同様な機能を有し、3相で示めされる第1相、第2相及び第3相出力電流Iou、Iov、Iowを周知のdq座標軸で示すd軸成分電流Iodとq軸成分電流Ioqとから成る2相信号に変換してライン42,43に送出する。
第1の偏差信号作成手段32は出力電流指令値作成手段13の第1の加算手段30と変換手段41の出力ライン42とに接続され、第1(d軸)の出力電流指令値Iod*とd軸成分電流Iodとの差を示す信号を出力する。第2の偏差信号作成手段33は出力電流指令値作成手段13の第2の加算手段11と変換手段41の出力ライン43とに接続され、第2(q軸)の出力電流指令値Ioq*とq軸成分電流Ioqとの差を示す信号を出力する。第1及び第2の偏差信号作成手段32、33にそれぞれ接続された増幅回路34a,34bはそれぞれの偏差信号を増幅、又は増幅及び調整して2相軸上のd軸帰還制御信号Ifd、q軸帰還制御信号Ifqを形成する。第1及び第2の増幅回路34a、34bに接続された周知のdq/3相座標変換手段35はd軸帰還制御信号Ifd及びq軸帰還制御信号Ifqを3相軸上の帰還制御信号に回転座標変換して3相軸上の3つの帰還制御信号の内の第1及び第3相帰還制御信号Ifuv、Ifwvを出力する。
(1) 第1相及び第3相連系電流Isu、Iswを検出するための2つの電流検出器を設けない回路で力率を1又はほぼ1に制御することができる。従って、3相V結線インバータの小型化及び低コスト化を図ることができる。
(2) 3相V結線インバータであるので、3相フルブリッジ型インバータに比べてスイッチの数を2個減らすことができ、小型化及び低コスト化が達成される。
(3) コンデンサ電流値作成手段11によってd軸成分電流Icdとq軸成分電流Icqとを形成し、連系電流指令値発生手段12からd軸及びq軸成分としての第1及び第2の連系電流指令値Isd*、Isq*を発生させるので、3相V結線インバータの制御を容易に達成できる。
(1) 図1の第1相及び第3相電流検出器CTu、CTwを第1及び第2のフィルタコンデンサCu、Cwと第1及び第3相交流端子2u、2wとの間の電流通路に移動し、第1相及び第3相連系電流Isu,Iswを検出するように変形することができる。この変形例の場合には、図2のコンデンサ電流値作成手段11又は図6のコンデンサ電流値作成手段11aと同一のものを設け、また、図2の連系電流指令値発生手段12の位置に出力電流指令値作成手段を配置し、図2の出力電流指令値作成手段13の位置に連系電流指令値発生手段を配置し、この連系電流指令値発生手段の出力段に図2と同様に帰還制御信号形成手段14とスイッチ制御パルス形成手段15とを配置する。
この変形例の場合の出力電流指令値作成手段は、図1のインバータの第1、第2及び第3相出力電流Iou,Iov,Iowの目標値を2相軸に変換したものに相当する第1(d軸)及び第2(q軸)の出力電流指令値Iod*、Ioq*を発生するように構成する。また、この変形例の場合の連系電流指令値発生手段は、この変形例の出力電流指令値作成手段から得られた第1(d軸)の出力電流指令値Iod*とコンデンサ電流値作成手段11又は11aから得られた第1の信号Icdとに基づいて第1(d軸)の連系電流指令値Isd*を作成し、且つ第2(q軸)の出力電流指令値Ioq*とコンデンサ電流値作成手段11又は11aから得られた第2の信号Icqとに基づいて第2(q軸)の連系電流指令値Isq*を作成する。また、この変形例の場合の帰還制御信号形成手段には、第1相及び第3相電流検出器CTu 、CTw から得られた第1相及び第3相連系電流Isu、Iswの検出値を入力させ、且つ第1相及び第3相連系電流Isu、Iswの検出値に基づいて第2相連系電流Isvを形成する手段を設け、更に第1相、第2及び第3相連系電流Isu、Isv,Iswを回転座標変換してdq座標軸のd軸成分電流Isd及びq軸成分電流Isdを得る3相/dq座標変換手段を設ける。図3に示す第1及び第2の偏差信号作成手段32,33は連系電流指令値作成手段から得られた第1及び第2の連系電流指令値Isd*、Isq*と3相/dq座標変換手段から得られたd軸成分電流Isd及びq軸成分電流Isdとの偏差を求めて2相軸上のd軸帰還制御信号Ifd及びq軸帰還制御信号Ifqを形成する。更に、図3と同様に周知のdq/3相座標変換手段によってd軸帰還制御信号Ifd及びq軸帰還制御信号Ifqを3相軸上の帰還制御信号に回転座標変換して3相軸上の3つの帰還制御信号の内の第1及び第3相帰還制御信号Ifuv、Ifwvを形成する。
なお、変形例の場合においても、第2相連系電流Isvを演算で求める代わりに、第2連系電流Isvを検出する第2相電流検出器を設けることができる。
(2) 同一容量の第1及び第2の電圧分割用コンデンサCa、Cbの代りに同一電圧の第1及び第2の蓄電池を接続することができる。
(3) 連系電流Isu、Isv、Iswに高調波成分又は高周波成分が含まれても差し支えない場合には、これに対応するように連系電流指令値発生手段12を変形することができる。
1a、1b 第1及び第2の直流端子
1c 中間端子
2u、2v、2w 第1、第2及び第3相交流端子
3 3相交流電力系統
4 制御回路
5 電圧検出手段
6 制御部
11 コンデンサ電流値作成手段
12 連系電流指令値発生手段
13 出力電流指令値作成手段
Ca、Cb 第1及び第2の電圧分割用コンデンサ
S1〜S4 スイッチ
D1〜D4 ダイオード
Lu、Lw 第1相及び第3相リアクトル
Cu、Cw 第1及び第2のフィルタコンデンサ
CTu、CTw 第1相及び第3相電流検出器
Claims (3)
- 直流電圧を供給するための第1及び第2の直流端子(1a、1b)と、
前記第1及び第2の直流端子(1a、1b)間の中間の電位を有する中間端子(1c)と、
3相交流電圧の第1相電圧を出力するための第1相交流端子(2u)と、
前記3相交流電圧の第2相電圧を出力するものであって、前記中間端子(1c)に電気的に接続された第2相交流端子(2v)と、
前記3相交流電圧の第3相電圧を出力するための第3相交流端子(2w)と、
前記第1及び第2の直流端子(1a、1b)間に接続された第1及び第2のスイッチ(S1 、S2 )の直列回路と、
前記第1及び第2の直流端子(1a、1b)間に接続された第3及び第4のスイッチ(S3 、S4 )の直列回路と、
前記第1及び第2のスイッチ(S1 、S2 )の相互接続点(P1 )と前記第1相交流端子(2u)との間に接続された第1相リアクトル(Lu )と、
前記第3及び第4のスイッチ(S3 、S4 )の相互接続点(P2 )と前記第3相交流端子(2w)との間に接続された第3相リアクトル(Lw )と、
前記第1相交流端子(2u)と前記第2相交流端子(2v)との間に接続された第1のフィルタコンデンサ(Cu )と、
前記第2相交流端子(2v)と前記第3相交流端子(2w)との間に接続された第2のフィルタコンデンサ(Cw )と、
前記第1相リアクトル(Lu )又は前記第1相交流端子(2u)に流れる第1相電流(Iou又はIsu)を検出する第1相電流検出器(CTu )と、
前記第3相リアクトル(Lw )又は前記第3相交流端子(2w)に流れる第3相電流(Iow 又はIsw)を検出する第3相電流検出器(CTw )と、
前記第1及び第2のフィルタコンデンサ(Cu 、Cw )の電圧をそれぞれ検出する電圧検出手段(5)と、
前記第1及び第3相電流検出器(CTu 、CTw )の出力と前記電圧検出手段(5)の出力とに基づいて前記第1、第2及び第3相交流端子(2u、2v、2w)における力率を所望値にするように前記第1〜第4のスイッチをオン・オフ制御するスイッチ制御パルスを形成して前記第1、第2、第3及び第4のスイッチの制御端子に供給する制御部(6)とを具備し、
前記制御部は、
前記第1及び第2のフィルタコンデンサ(Cu 、Cw )の3相で示す電流(Icu、Icv、Icw)の値を前記電圧検出手段(5)の出力を使用して計算で求めるか又は実側で求め、前記3相で示す電流(Icu、Icv、Icw)の値を2相軸に変換したものに相当する第1及び第2の信号(Icd、Icq)を作成するコンデンサ電流値作成手段(11又は11a)と、
前記第1、第2及び第3の交流端子(2u、2v、2w)を流れる3相電流の目標値を2相軸に変換したものに相当する第1及び第2の連系電流指令値(Isd * 、Isq * )を発生する連系電流指令値発生手段(12)と、
前記連系電流指令値発生手段(12)から得られた前記第1の連系電流指令値(Isd * )と前記コンデンサ電流値作成手段(11又は11a)から得られた前記第1の信号(Icd)とに基づいて第1の出力電流指令値(Iod * )を作成し、且つ前記第2の連系電流指令値(Isq * )と前記第2の信号(Icq)とに基づいて第2の出力電流指令値(Ioq * )を作成する出力電流指令値作成手段(13)と、
前記出力電流指令値作成手段(13)から得られた前記第1及び第2の出力電流指令値(Iod * 、Ioq * )と前記第1相及び第3相電流検出器(CTu 、CTw )から得られた前記第1相及び第3相出力電流(Iou、Iow)の検出値とに基づいて第1相及び第3相帰還制御信号(Ifuv、Ifwv)を形成する帰還制御信号形成手段(14)と、
前記帰還制御信号形成手段(14)から得られた前記第1相及び第3相帰還制御信号(Ifu、Ifw)に基づいて前記第1、第2、第3及び第4のスイッチ(S1 、S2 、S3 、S4 )をオン・オフ制御するためのスイッチ制御パルス(G1 、G2 、G3 、G4 )を形成するスイッチ制御パルス形成手段(15)と
から成ることを特徴とする3相V結線インバータ。 - 前記電圧検出手段(5)は、前記第1及び第2のフィルタコンデンサ(Cu 、Cw )の電圧として前記第1及び第2相交流端子(2u、2v)間の線間電圧(Vuv)、及び前記第2及び第3相交流端子(2v、2w)間の線間電圧(Vvw)を検出すると共に、及び前記第3及び第1相交流端子(2w、2u)間の線間電圧(Vwu)を検出する手段を有し、
前記コンデンサ電流値作成手段(11)は、
基準位相角(ωt)を示す信号を得るために前記電圧検出手段(5)に接続された位相検出手段(20)と、
前記基準位相角(ωt)よりもπ/2進んだ進み位相角(ωt+π/2)を示す信号を形成する進み位相角信号形成手段(21)と、
前記電圧検出手段(5)から得られた3相の各線間電圧(Vuv、Vvw、Vwu)を前記進み位相角信号形成手段(21)から得られた進み位相角(ωt+π/2)にて回転座標変換してdq座標軸で示すd軸成分電圧(Vd )とq軸成分電圧(Vq )を出力する第1の3相/dq座標変換手段(22)と、
前記第1の3相/dq座標変換手段(22)から得られた前記d軸成分電圧(Vd )及び前記q軸成分電圧(Vq )を前記第1及び第2のフィルタコンデンサ(Cu 、Cw )のそれぞれのインピーダンス(1/ωC)で除算した値を示すd軸成分仮想無効電流(Iad)とq軸成分仮想無効電流(Iaq)とを形成する2相軸仮想無効電流信号形成手段(23)と、
前記2相軸仮想無効電流信号形成手段(23)から得られた前記d軸成分仮想無効電流(Iad)と前記q軸成分仮想無効電流(Iaq)とを前記基準位相角(ωt)にて回転逆座標変換し、前記第1及び第3相交流端子間にもフィルタコンデンサが接続されていると仮定した場合における第1、第2及び第3の3相軸仮想無効電流(Iau、Iav、Iaw)を示す信号を出力するdq/3相座標変換手段(24)と、
前記dq/3相座標変換手段(24)から得られた前記第1の3相軸仮想無効電流(Iau)を示す信号を前記第1のフィルタコンデンサ(Cu )に流れる無効電流を示す第1相信号(Icu)と見なして伝送する手段(25u)と、
前記第2の3相軸仮想無効電流(Iav)を位相反転して前記第2のフィルタコンデンサ(Cw )に流れる無効電流を示す第3相信号(Icw)として出力する第3相信号形成手段(26)と、
前記第1相信号(Icu)と前記第3相信号(Icw)との合成信号の位相反転信号に相当する第2相信号(Icv)を形成する手段(27)と、
前記第1、第2及び第3相信号(Icu、Icv、Icw)を前記基準位相角(ωt)にて回転座標変換してdq座標軸で示すd軸成分電流(Icd)とq軸成分電流(Icq)とを出力する第2の3相/dq座標変換手段(29)とから成ることを特徴とする請求項1記載の3相V結線インバータ。 - 前記コンデンサ電流値作成手段(11a)は、
基準位相角(ωt)を示す信号を得るために前記電圧検出手段(5)に接続された位相検出手段(20)と、
前記第1、第2及び第3相交流端子(2u、2v、2w)間の電圧、周波数、及び前記第1及び第2のフィルタコンデンサ(Cu 、Cw )の容量を固定値として前記第1及び第2のフィルタコンデンサ(Cu 、Cw )に流れる電流を計算又は実測でそれぞれ求めた第1及び第2のフィルタコンデンサ予測電流(Icu、Icw)を示す信号を発生するフィルタコンデンサ予測電流発生手段(40)と、
前記第1のフィルタコンデンサ予測電流(Icu)を示す信号を第1相信号と見なして伝送する手段(25u)と、
前記第2のフィルタコンデンサ予測電流(Icw)を示す信号を第3相信号として伝送する手段(25w)と、
前記第1相信号(Icu)と前記第3相信号(Icw)との合成信号の位相反転信号に相当する第2相信号(Icv)を形成する手段(27)と、
前記第1、第2及び第3相信号(Icu、Icv、Icw)を前記位相検出手段(20)から得られた前記基準位相角(ωt)にて回転座標変換してdq座標軸で示すd軸成分電流(Icd)とq軸成分電流(Icq)とを出力する3相/dq座標変換手段(29)と
から成ることを特徴とする請求項1記載の3相V結線インバータ。
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JP2005069663A JP4839641B2 (ja) | 2005-03-11 | 2005-03-11 | 3相v結線インバータ |
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