JP5043585B2 - Power converter - Google Patents
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Description
この発明は、入力力率を改善する回路を備えて交流電力を直流電力に変換する電力変換装置に関するものである。 The present invention relates to a power conversion device that includes a circuit that improves an input power factor and converts AC power into DC power.
従来の電力変換装置は、三相交流の各相にリアクトルを直列に接続する。これら線路は、6個のダイオードから成るブリッジ整流回路の入力側に接続される。そして、ブリッジ整流回路の内、3個のダイオードにはそれぞれ並列にFETを接続する。このFETを制御回路からの高周波スイッチング信号によって同時オン/オフさせ、出力調整については、時比率制御により行う(例えば、特許文献1参照)。 The conventional power converter device connects a reactor in series to each phase of three-phase alternating current. These lines are connected to the input side of a bridge rectifier circuit composed of six diodes. In the bridge rectifier circuit, FETs are connected in parallel to the three diodes. The FETs are simultaneously turned on / off by a high-frequency switching signal from the control circuit, and the output adjustment is performed by time ratio control (see, for example, Patent Document 1).
このような電力変換装置では、交流電源からの電流を制御するために、半導体スイッチで交流電圧を高周波でスイッチングさせるため、多大な損失およびノイズが発生する。またこの問題を回避するためにスイッチング周波数を低くすると、良好な入力力率を得るためには大きな限流用リアクトルが必要となるものであった。 In such a power converter, in order to control the current from the AC power source, the AC voltage is switched at a high frequency by the semiconductor switch, so that a great deal of loss and noise occur. If the switching frequency is lowered to avoid this problem, a large current-limiting reactor is required to obtain a good input power factor.
この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、入力力率を改善する入力電流制御と出力段の電圧制御とを行って、交流電力を直流電力に変換する電力変換装置において、電力損失およびノイズを低減化し、かつ大きな限流回路を不要にして装置構成の小型化を促進することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and performs input current control for improving the input power factor and voltage control of the output stage to convert AC power into DC power. An object of the present invention is to reduce power loss and noise in a power conversion device, and to promote downsizing of the device configuration by eliminating a large current limiting circuit.
この発明に係る電力変換装置は、複数の半導体スイッチ素子と直流電圧源とから成る単相インバータの交流側を1以上直列接続して構成され、該交流側を三相の交流入力電源からの各相交流入力線にそれぞれ直列接続して上記各単相インバータの出力の総和を各相交流入力に重畳する各相インバータ回路と、該各相インバータ回路の後段に配され、該出力を平滑する平滑コンデンサと、上記各相インバータ回路の後段の各相交流出力線にアノード側がそれぞれ接続され、カソード側が上記平滑コンデンサの正極に接続された各相の整流ダイオードと、上記各相インバータ回路の後段の各相交流出力線に一端がそれぞれ接続され、他端が上記平滑コンデンサの負極に接続された各相の短絡用スイッチとを備える。
そして、上記交流入力電源からの各相入力電圧のゼロクロス位相を含めた所定位相範囲で当該相の上記短絡用スイッチをオン状態とし、上記平滑コンデンサの電圧を目標電圧に追従させると共に上記交流入力電源からの入力力率を改善するように、上記各相インバータ回路を各相の電流指令を用いて出力制御するものである。
The power conversion device according to the present invention is configured by connecting one or more AC sides of a single-phase inverter composed of a plurality of semiconductor switch elements and a DC voltage source in series, and the AC side is connected to each of three-phase AC input power sources. Each phase inverter circuit that is connected in series to each phase AC input line and superimposes the sum of the outputs of each of the above single phase inverters on each phase AC input, and a smoothing that is arranged downstream of each phase inverter circuit and smoothes the output Capacitors, rectifier diodes for each phase with the anode side connected to each phase AC output line at the subsequent stage of each phase inverter circuit and the cathode side connected to the positive electrode of the smoothing capacitor, and each stage at the subsequent stage of each phase inverter circuit A short-circuit switch for each phase, one end of which is connected to the phase AC output line and the other end of which is connected to the negative electrode of the smoothing capacitor.
Then, the shorting switch of the phase is turned on in a predetermined phase range including the zero-cross phase of each phase input voltage from the AC input power source, and the voltage of the smoothing capacitor follows the target voltage and the AC input power source The output control of each phase inverter circuit is performed using the current command of each phase so as to improve the input power factor.
この発明によると、短絡用スイッチは高周波スイッチングが不要であり、入力力率を改善し出力段の電圧を制御するインバータ回路は、スイッチングで扱う電圧を比較的小さい電圧にできる。このため、大きな限流回路を要することなくスイッチング損失およびノイズを低減でき、電力損失およびノイズの低減化と装置構成の小型化とが促進された電力変換装置が実現できる。 According to the present invention, the short-circuit switch does not require high-frequency switching, and the inverter circuit that improves the input power factor and controls the voltage of the output stage can make the voltage handled by switching relatively small. For this reason, switching loss and noise can be reduced without requiring a large current limiting circuit, and a power conversion device in which reduction of power loss and noise and miniaturization of the device configuration are promoted can be realized.
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1による電力変換装置について説明する。図1はこの発明の実施の形態1による電力変換装置の概略構成図である。
図1に示すように、交流入力電源としての三相交流電圧源1(以下、単に交流電源1と称す)からの各相交流入力線は限流回路としての各相のリアクトル2a〜2cに接続され、その後段に単相インバータにて構成された各相インバータ回路100a〜100c(以下、単にインバータ回路100a〜100cと称す)の交流側が直列接続される。各インバータ回路100a〜100cを構成する単相インバータは半導体スイッチ素子3a〜3dおよび直流電圧源4から構成される。ここで、半導体スイッチ素子3a〜3dは、ダイオードが逆並列に接続されたIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やソース・ドレイン間にダイオードが内蔵されたMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などを用いる。なお、各相のリアクトル2a〜2cはインバータ回路100a〜100cの後段に直列接続しても良い。
Hereinafter, a power converter according to
As shown in FIG. 1, each phase AC input line from a three-phase AC voltage source 1 (hereinafter simply referred to as AC power source 1) as an AC input power source is connected to
また、各インバータ回路100a〜100cの後段の各相交流出力線に、半導体スイッチ素子から成る各相の短絡用スイッチ5a〜5cと各相の整流ダイオード6a〜6cとがそれぞれ接続される。整流ダイオード6a〜6cは、カソード側が出力用の平滑コンデンサ7の正極に接続され、短絡用スイッチ5a〜5cの他端は平滑コンデンサ7の負極に接続される。この場合、短絡用スイッチ5a〜5cと整流ダイオード6a〜6cとを直列接続した3組の直列回路が、出力用平滑コンデンサ7の両端子間に接続され、この3組の直列回路の各中点が、各インバータ回路100a〜100cの後段の各相交流出力線に接続される。
なお、各短絡用スイッチ5a〜5cは、半導体スイッチ素子に限るものではなく、機械式のスイッチなどでも良いが、ダイオード8a〜8cをそれぞれ逆並列接続する。
In addition, short-
Each of the short-
このように構成される電力変換装置の動作を、三相の内の一相、例えばA相について、図2に示す各部の波形に基づいて説明する。他の二相(B相、C相)についても、2π/3ずつ位相がずれているが、同様の動作をする。
交流電源1から入力される相電圧を電圧Vin、相電流を電流Iinとすると、図2に示すような波形となる。Vdcは一定の目標電圧Vdc*に制御される平滑コンデンサ7の直流電圧であり、この場合、電圧Vinのピーク電圧が平滑コンデンサ7の直流電圧Vdcより高いものとする。
A相のインバータ回路100aは、交流電源1からのA相の入力力率が概1になるようにPWM制御により電流Iinを制御して出力し、交流側の発生電圧を電圧Vinに重畳する。
The operation of the power conversion device configured as described above will be described based on the waveform of each part shown in FIG. 2 for one of the three phases, for example, the A phase. The other two phases (B phase and C phase) are also shifted in phase by 2π / 3, but operate similarly.
When the phase voltage input from the
The
インバータ回路100a内の電流は、例えば電圧Vin、電流Iinが正極性の場合、以下のように流れる。半導体スイッチ素子3a〜3dが全てオフの時には、半導体スイッチ素子3bのダイオードを通って直流電圧源4を充電し、半導体スイッチ素子3cのダイオードを通って出力される。また、半導体スイッチ素子3aのみをオンした時には、電流は半導体スイッチ素子3aと半導体スイッチ素子3cのダイオードとを通って出力される。同様に、半導体スイッチ素子3dのみをオンした時には、電流は半導体スイッチ素子3bのダイオードと半導体スイッチ素子3dとを通って出力される。また、半導体スイッチ素子3a、3dを同時にオンした時には、半導体スイッチ素子3aを通って直流電圧源4を放電し、半導体スイッチ素子3dを通って出力される。
電圧Vin、電流Iinが負極性の場合には、半導体スイッチ素子3a〜3dが全てオフして直流電圧源4を充電し、半導体スイッチ素子3bまたは半導体スイッチ素子3cのみをオンして直流電圧源4をバイパスさせ、半導体スイッチ素子3b、3cを同時にオンして直流電圧源4を放電する。
このような制御の組み合わせにて半導体スイッチ素子3a〜3dを制御してインバータ回路100aをPWM制御する。
For example, when the voltage Vin and the current Iin are positive, the current in the
When the voltage Vin and the current Iin are negative, the
The
交流電源1からのA相の入力電圧位相をθとし、A相の電圧Vinが平滑コンデンサ7の目標電圧Vdc*と等しくなる時の位相θ=θ2(0<θ2<π/2)とし、位相θ=0から0<θ1<θ2となる所定位相θ1まで、インバータ回路100aの後段に接続される短絡用スイッチ5aをオン状態とする。この場合、図3に示すように、A相の電流は、交流電源1→リアクトル2a→インバータ回路100a→短絡用スイッチ5a→ダイオード8c(あるいはダイオード8b)→インバータ回路100c(あるいはインバータ回路100b)→リアクトル2c(あるいはリアクトル2b)→交流電源1の経路で流れる。このとき、A相の電流は、整流ダイオード6aおよび出力段の平滑コンデンサ7には流れない。インバータ回路100aは、PWM制御により、例えば、半導体スイッチ素子3a〜3dが全てオフの場合と、半導体スイッチ素子3a(あるいは半導体スイッチ素子3d)のみをオンの場合とを組み合わせて電圧Vinの逆極性にほぼ等しい電圧を発生させつつ、入力力率が概1になるように電流Iinを制御して出力し、この間、インバータ回路100aの直流電圧源4にはエネルギが充電される。
The phase A input voltage phase from the
次に、位相θ=θ1の時、短絡用スイッチ5aをオフすると、図4に示すように、A相の電流は、交流電源1→リアクトル2a→インバータ回路100a→整流ダイオード6a→平滑コンデンサ7→ダイオード8c(あるいはダイオード8b)→インバータ回路100c(あるいはインバータ回路100b)→リアクトル2c(あるいはリアクトル2b)→交流電源1の経路で流れる。
位相θが、θ1≦θ≦θ2である時、インバータ回路100aはPWM制御により、例えば、半導体スイッチ素子3a、3dが同時にオンの場合と、半導体スイッチ素子3a(あるいは半導体スイッチ素子3d)のみをオンの場合とを組み合わせて出力する。この時、平滑コンデンサ7の直流電圧Vdcが目標電圧Vdc*に維持できるように、Vdc*−Vinにほぼ等しい電圧を発生させつつ、入力力率が概1になるように電流Iinを制御して出力する。この間、インバータ回路100aが発生する電圧極性と電流Iinの極性は等しくなるので、インバータ回路100aの直流電圧源4は放電される。
Then, when the phase theta = theta 1, when turning off the short-
When the phase θ is θ 1 ≦ θ ≦ θ 2 , the
次に、位相θ=θ2にて電圧Vinが平滑コンデンサ7の直流電圧Vdc*と等しくなると、短絡用スイッチ5aはオフ状態を継続するが、インバータ回路100aでの動作が変わる。
即ち位相θが、θ2≦θ≦π/2である時、A相の電流は、交流電源1→リアクトル2a→インバータ回路100a→整流ダイオード6a→平滑コンデンサ7→ダイオード8c(あるいはダイオード8b)→インバータ回路100c(あるいはインバータ回路100b)→リアクトル2c(あるいはリアクトル2b)→交流電源1の経路で流れる。また、インバータ回路100aはPWM制御により、例えば、半導体スイッチ素子3a〜3dが全てオフの場合と、半導体スイッチ素子3a(あるいは半導体スイッチ素子3d)のみをオンの場合とを組み合わせて出力する。この時、平滑コンデンサ7の目標電圧Vdc*≦電圧Vinであり、インバータ回路100aは、平滑コンデンサ7の直流電圧Vdcが目標電圧Vdc*に維持できるように、Vin−Vdc*にほぼ等しい電圧をVinの極性に対して逆極性に発生させつつ、入力力率が概1になるように電流Iinを制御して出力する。この間、インバータ回路100aが発生する電圧極性と電流Iinの極性は逆になるので、インバータ回路100aの直流電圧源4は充電される。
Then, when the voltage Vin at the phase theta = theta 2 becomes equal to the DC voltage Vdc * of the
That is, when the phase θ is θ 2 ≦ θ ≦ π / 2, the A-phase current is:
図2に示すように、π/2≦θ≦πの位相期間では、上述した0≦θ≦π/2の位相期間と対称の動作をする。またπ≦θ≦2πの位相期間では、電圧Vin、電流Iinが負極性となり、A相の電流は整流ダイオード6aを流れず短絡用スイッチ5aあるいはダイオード8aを流れる。この場合も、インバータ回路100aは0≦θ≦πの位相期間と同様に、直流電圧源4の充電/放電を切り替えて、平滑コンデンサ7の直流電圧Vdcが目標電圧Vdc*に維持できるように、また入力力率が概1になるように電流Iinを制御して出力する。
このように、交流電源1からのA相入力電圧の位相θのゼロクロス位相(θ=0、π)±θ1を特定位相として短絡用スイッチ5aを切り換え、該ゼロクロス位相から±θ1の位相範囲(以下、短絡位相範囲9と称す)でのみ、短絡用スイッチ5aをオン状態とする。このとき、インバータ回路100aは、電圧Vinの逆極性にほぼ等しい電圧を発生させつつ、入力力率が概1になるように電流Iinを制御して出力し、直流電圧源4は充電される。そして、上記短絡位相範囲9以外の位相では、インバータ回路100aは、平滑コンデンサ7の直流電圧Vdcを目標電圧Vdc*に維持し、また入力力率が概1になるように電流Iinを制御して出力する。このとき、電圧Vinの絶対値が平滑コンデンサ7の目標電圧Vdc*以下の時、直流電圧源4は放電され、電圧Vinの絶対値が目標電圧Vdc*以上の時は、直流電圧源4は充電される。
As shown in FIG. 2, in the phase period of π / 2 ≦ θ ≦ π, the operation is symmetrical with the phase period of 0 ≦ θ ≦ π / 2. In the phase period of π ≦ θ ≦ 2π, the voltage Vin and the current Iin are negative, and the A phase current does not flow through the
In this way, the short-
θ1を大きくすると、直流電圧源4に充電されるエネルギが増大し、その後の放電時に、絶対値が高い電圧領域の電圧Vinに発生電圧を重畳できるとともに、放電されるエネルギを大きくできる。このため、平滑コンデンサ7の直流電圧Vdc(目標電圧Vdc*)を高くできる。
0≦θ≦π/2の位相期間では、インバータ回路100aの直流電圧源4は、上述したように、0≦θ≦θ1、θ2≦θ≦π/2の期間で充電され、θ1≦θ≦θ2の期間で放電される。インバータ回路100aの直流電圧源4の充放電エネルギが等しいとすると、以下の数式が成り立つ。但し、Vpは電圧Vinのピーク電圧、Ipは電流Iinのピーク電流である。
When θ 1 is increased, the energy charged in the
In the phase period of 0 ≦ θ ≦ π / 2, the
ここで、Vin=Vp sinθ、Iin=Ip sinθとすると、
Vdc*=Vp・π/(4cosθ1)
となる。このように、平滑コンデンサ7の目標電圧Vdc*は短絡位相範囲9を決定するθ1により決まり、即ちθ1を変化させて制御できる。そして、平滑コンデンサ7の直流電圧Vdcは該目標電圧Vdc*に追従するように制御される。
Here, if Vin = Vp sinθ and Iin = Ip sinθ,
Vdc * = Vp · π / (4cosθ 1 )
It becomes. As described above, the target voltage Vdc * of the smoothing
また、インバータ回路100aの直流電圧源4の電圧をVsubとすると、0≦θ≦θ1、θ1≦θ≦θ2、θ2≦θ≦π/2、の各位相範囲におけるインバータ回路100aの所望の発生電圧の大きさ以上に電圧Vsubを設定することで、インバータ回路100aは上述した所望の制御が信頼性よく行える。即ち、
Vp sinθ1≦Vsub、(Vdc*−Vp sinθ1)≦Vsub、(Vp−Vdc*)≦Vsub の3条件を満たすように電圧Vsubを設定することで、平滑コンデンサ7の直流電圧Vdcが目標電圧Vdc*に維持でき、また入力力率が概1になるように電流Iinを制御するインバータ回路100aの制御が、交流電源A相の全位相において信頼性よく行える。なお、直流電圧源4の電圧Vsubは、Vinのピーク電圧Vp以下に設定する。
Further, when the voltage of the
By setting the voltage Vsub to satisfy the three conditions of Vp sinθ 1 ≦ Vsub, (Vdc * −Vp sinθ 1 ) ≦ Vsub, (Vp−Vdc * ) ≦ Vsub, the DC voltage Vdc of the smoothing
上述したように、各相のインバータ回路100a〜100cは、平滑コンデンサ7の直流電圧Vdcを目標電圧Vdc*に維持し、また各相の入力力率が概1になるように各相の電流Iinを制御する。このようなインバータ回路100a〜100cの制御の詳細について、以下に説明する。
各インバータ回路100a〜100cは、図5に示すような制御ブロックで制御される。まず、出力段の平滑コンデンサ7の直流電圧Vdcと目標電圧Vdc*との差をフィードバック量として、PI制御した出力11を演算する。また、各インバータ回路100a〜100cの直流電圧源4の電圧Vsub-a、Vsub-b、Vsub-cを一定に保つため、該各電圧Vsub-a、Vsub-b、Vsub-cとその目標電圧Vsub*との差をそれぞれ求めて、その差をフィードバック量として、それぞれPI制御した出力11a〜11cをそれぞれ演算する。そして、この出力11a〜11cの総和と上記出力11との和から電流Iinの振幅目標値12を決定する。そして、この振幅目標値12に基づいて、各相の電圧Vin(Vin-a、Vin-b、Vin-c)に同期した正弦波の電流指令Iin*(Iin-a*、Iin-b*、Iin-c*)を生成する。
As described above, the
Each
次に、各相の電流指令Iin-a*、Iin-b*、Iin-c*と検出された電流Iin-a、Iin-b、Iin-cとの差をフィードバック量としてそれぞれPI制御した出力を、各インバータ回路100a〜100cの発生電圧の目標値となる各相の電圧指令13a〜13cとする。この時、各インバータ回路100a〜100cの後段の短絡用スイッチ5a〜5cのオン/オフ切り換え時に同期したフィードフォワード補正電圧ΔVa、ΔVb、ΔVcを加算して各相の電圧指令13a〜13cを補正する。そして、補正後の各相電圧指令14a〜14c(短絡用スイッチ5a〜5cのオン/オフ切り換え時以外は補正前電圧指令13a〜13c)を用いて、PWM制御により各インバータ回路100a〜100cの各半導体スイッチ素子3a〜3dへの駆動信号15a〜15cを生成し、インバータ回路100a〜100cを動作させる。
Next, the output of each phase is PI controlled using the difference between the current commands Iin-a * , Iin-b * , Iin-c * and the detected currents Iin-a, Iin-b, Iin-c as feedback amounts Are the voltage commands 13a to 13c of the respective phases that are the target values of the voltages generated by the
交流電源1からの各相入力電圧である電圧Vinのゼロクロス位相(θ=0、π)±θ1の特定位相において、当該相のインバータ回路100a〜100cの後段に接続される短絡用スイッチ5a〜5cのオン/オフを切り換える。各インバータ回路100a〜100cは、後段に接続される短絡用スイッチ5a〜5cをオンからオフにする際には、直流電圧源4を充電する制御から放電する制御に切り替わり、オフからオンにする際には、直流電圧源4を放電する制御から充電する制御に切り替わる。上記のように、短絡用スイッチ5a〜5cのオン/オフ切り換え時に同期したフィードフォワード補正電圧ΔVa〜ΔVcを加算して電圧指令13a〜13cを補正することにより、フィードバック制御の応答時間分、制御が遅れることを防ぐことができる。なお、フィードフォワード補正電圧ΔVa〜ΔVcは、短絡用スイッチ5a〜5cをオンからオフにする際には各相の入力電圧Vinと同極性の電圧で、短絡用スイッチ5a〜5cをオフからオンにする際には逆極性の電圧である。
In a specific phase of zero cross phase (θ = 0, π) ± θ 1 of voltage Vin that is an input voltage of each phase from
この実施の形態では、上記のような各相の電流指令Iin-a*、Iin-b*、Iin-c*を用いて各相のインバータ回路100a〜100cを制御することにより、平滑コンデンサ7の直流電圧Vdcを目標電圧Vdc*に追従させ、交流電源1からの入力力率を改善するように制御する。短絡用スイッチ5a〜5cは高周波スイッチングが不要であり、入力力率を改善し出力段の直流電圧Vdcを制御する各インバータ回路100a〜100cは、スイッチングで扱う電圧を交流電源1の各相のピーク電圧よりも大幅に低くできる。このため、大きなリアクトル2a〜2cを要することなくスイッチング損失およびノイズを低減できる。
In this embodiment, the smoothing
また、短絡用スイッチ5a〜5cがオン状態の時は、当該相から平滑コンデンサ7に電圧を出力せずインバータ回路100a〜100cの直流電圧源4を充電できるため、インバータ回路100a〜100cが高い電圧を発生させることなく交流電源1に相電流を流すことができると共に、充電されたエネルギを平滑コンデンサ7への放電に使える。このため、スイッチングで扱う電圧をさらに低減でき、高効率化、低ノイズ化がさらに促進できる。
なお、この場合リアクトル2a〜2cは、エネルギを貯めるものではなく、電流を制限する限流回路として動作し、電流制御の信頼性が向上する。
また、インバータ回路100a〜100cの直流電圧となる直流電圧源4の電圧Vsubを、電圧Vinのピーク電圧Vp以下に設定することにより、上記高効率化、低ノイズ化の効果を確実に得る。
In addition, when the shorting
In this case,
Further, by setting the voltage Vsub of the
また各相の電圧Vinの特定位相でのみ短絡用スイッチ5a〜5cを動作させるため、電力変換装置を安定に制御でき、スイッチングに起因する損失も殆ど無い。またゼロクロス位相(θ=0、π)から±θ1の短絡位相範囲9でのみ、短絡用スイッチ5a〜5cをオン状態として当該相から平滑コンデンサ7に電圧を出力させないため、電圧Vinの絶対値が低い領域で平滑コンデンサ7へ出力する必要がなく、各インバータ回路100a〜100cの直流電圧を低く構成でき、高効率化、低ノイズ化の効果が確実に得られる。
また、平滑コンデンサ7の目標電圧Vdc*は、短絡位相範囲9のθ1により制御できるため、目標電圧Vdc*を容易に制御でき、設計上および制御上の自由度が向上する。
Further, since the short-
Further, since the target voltage Vdc * of the smoothing
また、短絡用スイッチ5a〜5cのオン/オフ切り換え時に、インバータ回路100a〜100cは、フィードフォワード制御を用いて、直流電圧源4の充電/放電動作を切り替えるように制御されるため、フィードバック制御の応答時間分、制御が遅れることを防ぎ、高速制御が実現できる。
また、電流指令を変化させて直流電圧源4の電圧Vsubを一定に保つ様に制御するため、電力変換装置を安定に制御することができる。また、直流電圧源4の充放電をバランスさせることができ、外部から直流電力の供給が不要で装置構成が簡便となる。
なお、外部から直流電圧源4の電圧制御をしても良く、その場合、インバータ回路100a〜100cの出力制御では、電圧Vsubを一定に保つ制御をしなくても良い。
In addition, when the short-
In addition, since the current command is changed so that the voltage Vsub of the
Note that voltage control of the
上記実施の形態では、電圧Vinのピーク電圧が平滑コンデンサ7の直流電圧Vdcより高いものとしたが、低くても良い。その場合、上述したθ2≦θ≦π/2の位相範囲での動作はなく、0≦θ≦θ1で直流電圧源4は充電、θ1≦θ≦π/2で直流電圧源4は放電する動作をする。
また、θ1=0として短絡用スイッチ5a〜5cを常時オフ状態とすることも可能で、その場合、0≦θ≦θ2で直流電圧源4は放電、θ2≦θ≦π/2で直流電圧源4は充電する動作をする。
In the above embodiment, the peak voltage of the voltage Vin is higher than the DC voltage Vdc of the smoothing
It is also possible to always turn off the short-
また、上記実施の形態では、各相の電圧Vinのゼロクロス位相(θ=0、π)から±θ1の短絡位相範囲9でのみ、短絡用スイッチ5a〜5cをオン状態としたが、電圧Vinが負極性の時は短絡用スイッチ5a〜5cがオフでも良く、短絡用スイッチ5a〜5cに逆並列接続されたダイオード8a〜8cを介して電流が流れる。即ち、0≦θ≦θ1と(π−θ1)≦θ≦πとの位相範囲を短絡位相範囲として、この短絡位相範囲でのみ短絡用スイッチ5a〜5cをオン状態としても良い。この場合、短絡用スイッチ5a〜5cをゼロクロス位相でも切り換えるが、オン/オフ切り換え時に電圧指令を補正する上述したフィードフォワード制御は、ゼロクロス位相(θ=0、π)では行わない。
In the above embodiment, the short-
また、上記実施の形態における各インバータ回路100a〜100cの制御では、電流Iinの振幅目標値12を1つ決定して、各相の電流指令Iin*を生成したが、各相毎に電流Iinの振幅目標値を決定しても良い。この場合、各インバータ回路100a〜100cの直流電圧源4の各電圧Vsub-a〜Vsub-cと目標電圧Vsub*との差をPI制御した各出力11a〜11cに、平滑コンデンサ7の直流電圧Vdcと目標電圧Vdc*との差をPI制御した出力11をそれぞれ加算して各相毎に電流Iinの振幅目標値を決定する。これにより、各インバータ回路100a〜100cの直流電圧がより信頼性よく目標電圧Vsub*に制御できる。
In the control of each of the
また、上記実施の形態では、各インバータ回路100a〜100cは、1つの単相インバータで構成されたものを示したが、図6に示すように、複数個の単相インバータ10a、10bの交流側を直列接続して各相のインバータ回路200a〜200cを構成しても良い。この場合、各単相インバータ10a、10bの出力の総和が、インバータ回路200a〜200cの出力となり、上記実施の形態と同様に各相の電流指令を用いて、平滑コンデンサ7の直流電圧を目標電圧に追従させ、交流電源1からの入力力率を改善するように制御する。そして、交流側の発生電圧を各相の電圧Vinに重畳する。
この場合、インバータ回路200a〜200cは、複数の単相インバータの出力の総和で階段状の電圧波形を発生する階調制御により出力してもよく、また複数の単相インバータの中の特定の単相インバータのみPWM制御しても良い。
Moreover, in the said embodiment, although each
In this case, the
1 交流入力電源としての交流電源、2a〜2c 限流回路としてのリアクトル、
3a〜3d 半導体スイッチ素子、4 直流電圧源、5a〜5c 短絡用スイッチ、
6a〜6c 整流ダイオード、7 平滑コンデンサ、8a〜8c ダイオード、
9 短絡位相範囲、10a,10b 単相インバータ、
100a〜100c 各相インバータ回路(単相インバータ)、
200a〜200c 各相インバータ回路、Iin−a*〜Iin−c* 電流指令、
ΔVa〜ΔVc フィードフォワード補正電圧。
1 AC power source as AC input power source, 2a-2c Reactor as current limiting circuit,
3a to 3d semiconductor switch element, 4 DC voltage source, 5a to 5c short-circuit switch,
6a-6c rectifier diode, 7 smoothing capacitor, 8a-8c diode,
9 Short-circuit phase range, 10a, 10b single-phase inverter,
100a to 100c each phase inverter circuit (single phase inverter),
200a to 200c Inverter circuit for each phase, Iin-a * to Iin-c * current command,
ΔVa to ΔVc Feedforward correction voltage.
Claims (8)
該各相インバータ回路の後段に配され、該出力を平滑する平滑コンデンサと、
上記各相インバータ回路の後段の各相交流出力線にアノード側がそれぞれ接続され、カソード側が上記平滑コンデンサの正極に接続された各相の整流ダイオードと、
上記各相インバータ回路の後段の各相交流出力線に一端がそれぞれ接続され、他端が上記平滑コンデンサの負極に接続された各相の短絡用スイッチとを備え、
上記交流入力電源からの各相入力電圧のゼロクロス位相を含めた所定位相範囲で当該相の上記短絡用スイッチをオン状態とし、
上記平滑コンデンサの電圧を目標電圧に追従させると共に上記交流入力電源からの入力力率を改善するように、上記各相インバータ回路を各相の電流指令を用いて出力制御することを特徴とする電力変換装置。 The AC side of a single-phase inverter composed of a plurality of semiconductor switch elements and a DC voltage source is connected in series with one or more, and the AC side is connected in series to each phase AC input line from a three-phase AC input power source. Each phase inverter circuit that superimposes the sum of the outputs of each single phase inverter on each phase AC input;
A smoothing capacitor that is arranged downstream of each phase inverter circuit and smoothes the output;
A rectifier diode of each phase in which the anode side is connected to each phase AC output line in the subsequent stage of each phase inverter circuit, and the cathode side is connected to the positive electrode of the smoothing capacitor;
A short-circuit switch for each phase, one end of which is connected to each phase AC output line of the subsequent stage of each phase inverter circuit, and the other end is connected to the negative electrode of the smoothing capacitor;
In the predetermined phase range including the zero cross phase of each phase input voltage from the AC input power supply, the shorting switch of the phase is turned on,
Electric power characterized by controlling the output of each phase inverter circuit using a current command for each phase so that the voltage of the smoothing capacitor follows the target voltage and improves the input power factor from the AC input power source Conversion device.
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