JP5272319B2 - Power converter - Google Patents
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Description
本発明は、インバータを用いた電力変換装置に関するものである。 The present invention relates to a power conversion device using an inverter.
特許文献1に記載の従来の力率改善型電力変換装置を、図5を用いて説明する。従来の電力変換装置300は図5に示すように、単相交流電源201の一方の出力端に一端が接続したリアクトル202と、そのリアクトル202を介して交流電源201を短絡する短絡手段203と、交流電源201に接続していない側の交流電源201の他端との間に入力電流検出回路230を介して接続した整流回路204と、整流回路204の直流出力の両端に直列接続した平滑コンデンサ206と、整流回路204の交流入力の一方と、交流電源201のゼロクロスを検出するゼロクロス信号292を基準タイミングとして短絡手段203を動作させる短絡パルス信号296を出力する制御回路207と、交流電源201から入力される入力電流Isを検出し、制御回路207に入力電流値298を出力する入力電流検出回路230と、平滑コンデンサ206の両端の電圧を検出し直流電圧値293を制御回路207に出力する直流電圧検出回路211とを備えている。また、電力変換装置300の直流出力に接続したインバータ回路210と電動機を内蔵した圧縮機220とを備えたモータ駆動部301を合わせて示す。
A conventional power factor improvement type power converter described in
ゼロクロス検出回路208は、交流電源201両端の電圧を入力し、交流電源201の交流電圧がゼロクロス点を通過し極性が変わるタイミングで立ち下がり信号、あるいは立ち上がり信号を出力するゼロクロス信号292を出力し、制御回路207へ入力される。
The zero-
制御回路207は、入力されたゼロクロス信号292の立ち上がりもしくは立下りを基準タイミングとして、そこから短絡手段203が短絡動作を開始するまでの期間である遅れ時間T1、および短絡する期間である動作時間T2を設定し、短絡パルス信号296を短絡手段203に出力する。遅れ時間T1および動作時間T2は制御回路207にあらかじめ記憶させたり、制御回路207で計算して求める。
The
短絡手段203は、電力半導体スイッチング素子で構成されており、短絡パルス信号296に従ってリアクトル202を介して交流電源201を短絡する。この短絡開放動作によって交流電源201の力率を改善する。
The short-circuit means 203 is composed of a power semiconductor switching element, and short-circuits the
本従来例の電力変換装置300は、交流電源201を電源半周期に1回もしくは複数回、リアクトル202を介して短絡する動作を行って、電源電流の通電角を広げ電源力率を改善しながら、交流電力を直流電力に変換する。
The
遅れ時間T1と動作時間T2は、入力電流を検出しある所定の区間内であれば遅れ時間T1と動作時間T2の和が等しくなるという関係を利用し、直流電圧Vdを一定になるように制御されるものである。また、入力電流に応じてそれぞれ遅れ時間T1と動作時間T2をそれぞれ関数を用いて独立に制御を行うというものである。
前記従来技術では、遅れ時間T1と動作時間T2の決定に交流電源の入力電流を使用しており、入力電流を検出する必要があった。 In the prior art, the input current of the AC power source is used to determine the delay time T1 and the operation time T2, and it is necessary to detect the input current.
直流電圧とインバータ出力電流よりインバータ出力電力を演算で求め、遅れ時間T1と動作時間T2を決定することで、入力電流の検出を行うことなく電力変換装置の制御を行うものである。 By calculating the inverter output power from the DC voltage and the inverter output current, and determining the delay time T1 and the operation time T2, the power converter is controlled without detecting the input current.
(実施の形態1)
請求項1、請求項2、請求項4、請求項6に記載の電力変換装置を図1、図2、図3、図4を用いて説明する。
(Embodiment 1)
The power conversion device according to
図1は本発明をモータ駆動に利用したブロック図である。単相交流電源1に一端を接続したリアクトル2と、リアクトル2を介して交流電源1を短絡する短絡手段3と、リアクトル2の交流電源1に接続していない側と交流電源1の他端との間に接続した整流回路4と、整流回路4の直流出力の両端に並列接続した平滑コンデンサ6と、交流電源1のゼロクロスを検出するゼロクロス信号92を基準タイミングとして短絡手段3を動作させる短絡パルス信号96を出力する制御回路7と、制御回路7に内蔵されインバータの制御を行うインバータ駆動部12と、平滑コンデンサ6と並列に接続したインバータ回路10と、インバータ回路10から出力されるインバータ出力電流Io(以下Io)を検出し、インバータ駆動部12にインバータ出力電流値98を出力するインバータ出力電流検出回路9と、平滑コンデンサ6の両端の電圧Vd(以下Vd)を検出しインバータ駆動部12に直流電圧値93を出力する直流電圧検出回路11で構成され、インバータ駆動部12によって、インバータ出力電流値98に対応した出力によって駆動されるモータ20を接続している。
FIG. 1 is a block diagram in which the present invention is used for driving a motor. Reactor 2 having one end connected to single-phase
図2に交流電源1の交流電圧とゼロクロス信号92と短絡パルス信号96の遅れ時間T1(以下T1)、動作時間T2(以下T2)との関係を示す。ゼロクロス検出回路8は、交流電源1の両端の電圧を入力し、交流電源1の交流電圧Va(以下Va)がゼロクロス点を通過し、極性が変わるタイミングで立ち上がり信号、あるいは立ち下がり信号を出力し、これはゼロクロス信号92として制御回路7へ入力される。制御回路7は、入力されたゼロクロス信号92の立ち上がり、あるいは立下りを基準として、そこから短絡手段3が動作するまでの期間である遅れ時間T1、および短絡している期間である動作時間T2として、短絡パルス信号96として短絡手段3へ出力する。短絡手段3はダイオードブリッジとIGBTなど半導体スイッチング素子で構成されており、短絡パルス信号96に従って交流電源1をリアクトル2を介して短絡することで、交流電源1の力率を改善する。
FIG. 2 shows the relationship between the AC voltage of the
図3を用いてインバータ出力電力Wi(以下Wi)の算出方法を説明する。Wiはインバータの出力電圧Vo(以下Vo)とIoと位相差φの関数である。Voはインバータ駆動回路12によってモータ20の制御を行うために、Vdとインバータの駆動信号よりdq軸上のベクトル
A method for calculating the inverter output power Wi (hereinafter referred to as Wi) will be described with reference to FIG. Wi is a function of the output voltage Vo (hereinafter referred to as Vo) and Io of the inverter and the phase difference φ. In order to control the motor 20 by the
次に、図4を用いてT1とT2の決定方法を説明する。図4はWiとT1、T2の力率最適点の関係をシミュレーションにて求めたものである。T1はWiに対して単調減少しており、T2はWiに対して単調増加することが分かる。つまりWiの変化に対しT1、T2を変化させることによって力率最適点での運転を行うことが出来る。通常Wiが増加するに従いVdが減少するため、Vdを一定に保つように制御を行うとT1、T2は図4の、T1のVdの補正を含む力率最適点150(以下T1a)、T2のVdの補正を含む力率最適点151(以下T2a)のように変化する。 Next, a method for determining T1 and T2 will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows the relationship between Wi, T1, and T2 optimum power factor points obtained by simulation. It can be seen that T1 monotonically decreases with respect to Wi, and T2 monotonically increases with respect to Wi. That is, the operation at the power factor optimum point can be performed by changing T1 and T2 with respect to the change in Wi. Usually, Vd decreases as Wi increases. Therefore, when control is performed to keep Vd constant, T1 and T2 are power factor optimum points 150 (hereinafter referred to as T1a) including T1 Vd correction in FIG. It changes like a power factor optimum point 151 (hereinafter referred to as T2a) including the correction of Vd.
Wiの変化に対するT1の変化はT2より小さいため、より安定な制御を行うためにT1を図3で説明したWiの関数で制御し、T2はシミュレーションあるいは実測にて決定したT2aを制御装置7に予め記憶しておきWiの値に応じたT2aの値とすることで、T1、T2が力率最適点になるように制御できる。 Since the change in T1 with respect to the change in Wi is smaller than T2, T1 is controlled by the Wi function described with reference to FIG. 3 in order to perform more stable control, and T2 is determined by simulation or actual measurement. By storing in advance and setting the value of T2a according to the value of Wi, control can be performed so that T1 and T2 become power factor optimum points.
(実施の形態2)
請求項3、請求項5に記載の電力変換装置を説明する。回路構成、ゼロクロス信号とT1、T2との関係、T1の決定方法は実施の形態1と同様である。
(Embodiment 2)
The power conversion device according to claims 3 and 5 will be described. The circuit configuration, the relationship between the zero cross signal and T1, T2, and the method for determining T1 are the same as those in the first embodiment.
Vdを一定に保った運転をするとT1はWiに対して単調減少し、T2はWiに対して単調増加するという特性を持つ。つまりWiの変化に対しT1、T2を変化させることによって力率最適点での運転を行うことが出来る。図3で説明したWiの関数を用いT1を決定すれば、T2は既知のPI制御を行うことによって力率最適点になるように制御できる。 When operating with Vd kept constant, T1 monotonously decreases with respect to Wi, and T2 monotonously increases with respect to Wi. That is, the operation at the power factor optimum point can be performed by changing T1 and T2 with respect to the change in Wi. If T1 is determined using the Wi function described in FIG. 3, T2 can be controlled to be the power factor optimum point by performing known PI control.
なお、Io検出にはカレントトランスだけでなく、シャント抵抗を使用することでも同様の効果を得ることが出来る。 The same effect can be obtained by using not only a current transformer but also a shunt resistor for Io detection.
また、インバータ負荷が複数個あっても各出力電流を検知すれば、それを合算することで力率改善制御を行うことが出来る。また、インバータ負荷以外の回路の消費電力はインバータ負荷と比較して小さい場合無視して制御を行っても力率の低下は小さい。 Moreover, even if there are a plurality of inverter loads, if each output current is detected, the power factor improvement control can be performed by adding them. Further, even if the power consumption of the circuits other than the inverter load is smaller than that of the inverter load, the power factor is small even if the control is performed by ignoring it.
本発明の電力変換装置は、電力変換装置を用いて力率改善を行いインバータ負荷を持つ用途に幅広く適用できるものである。 The power converter of the present invention can be widely applied to applications having inverter loads by improving the power factor using the power converter.
1 交流電源
2 リアクトル
3 短絡手段
4 整流回路
6 平滑コンデンサ
7 制御回路
8 ゼロクロス検出回路
9 インバータ出力電流検出手段
10 インバータ回路
11 直流電圧検出回路
12 インバータ駆動部
20 モータ
92 ゼロクロス信号
93 直流電圧値
96 短絡パルス信号
100 電力変換部
150 T2のVdの補正を含む力率最適点
151 T1のVdの補正を含む力率最適点
201 交流電源
202 リアクトル
203 短絡手段
204 整流回路
206 平滑コンデンサ
207 制御回路
208 ゼロクロス検出回路
210 インバータ回路
211 直流電圧検出回路
220 圧縮機
230 入力電流検出手段
291 交流電源波形
292 ゼロクロス信号
293 直流電圧
296 短絡パルス信号
298 入力電流値
300 電力変換装置
301 モータ駆動部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記電圧検出回路の直流電圧出力と前記インバータ出力電流検出回路のインバータ出力電流出力と前記制御回路が出力しているインバータ駆動出力から算出したインバータ出力電力の関数で、前記遅れ時間T1を制御することを特徴とする電力変換装置。 A reactor having one end connected to an AC power supply, an AC power supply short-circuit means connected to the other end of the reactor, a rectifier circuit connected in parallel with the AC power-supply short-circuit means, and connected in parallel to the output end of the rectifier circuit A smoothing capacitor, a zero-crossing detection circuit that detects a zero-crossing of the AC power supply and outputs it as a zero- cross signal, a voltage detection circuit that detects the voltage of the smoothing capacitor, and an inverter having an input terminal connected to the output terminal of the rectifying circuit A circuit, a control circuit for controlling the AC power supply short-circuit means and the inverter circuit, and an inverter output current detection circuit for detecting a current flowing through an inverter load connected to an output terminal of the inverter circuit. A delay time T1 from the zero cross until the short circuit operation is started and an operation time T2 that is a short circuit period are set to Control using scan signal and the output of said voltage detecting circuit and an output of the inverter output current detecting circuit A power converter,
In inverter function of the output power the control circuit and the inverter output current output of the DC voltage output the inverter output current detecting circuit is calculated from the inverter drive output that is an output of said voltage detection circuit, controls the delay time T1 The power converter characterized by doing.
前記インバータ回路と前記交流電源短絡手段の動作前に検出した停止時直流電圧出力と、前記インバータ出力電力と前記停止時直流電圧出力から求まる力率の最良点をモデリング
した力率モデル値を用いて、前記動作時間T2を制御することを特徴とする電力変換装置。 A reactor having one end connected to an AC power supply, an AC power supply short-circuit means connected to the other end of the reactor, a rectifier circuit connected in parallel with the AC power-supply short-circuit means, and connected in parallel to the output end of the rectifier circuit A smoothing capacitor, a zero-crossing detection circuit that detects a zero-crossing of the AC power supply and outputs it as a zero- cross signal, a voltage detection circuit that detects the voltage of the smoothing capacitor, and an inverter having an input terminal connected to the output terminal of the rectifying circuit A circuit, a control circuit for controlling the AC power supply short-circuit means and the inverter circuit, and an inverter output current detection circuit for detecting a current flowing through an inverter load connected to an output terminal of the inverter circuit. A delay time T1 from the zero cross until the short circuit operation is started and an operation time T2 that is a short circuit period are set to Control using scan signal and the output of said voltage detecting circuit and an output of the inverter output current detecting circuit A power converter,
Using a power factor model value modeling the best point of the power factor obtained from the inverter output power and the DC voltage output at the time of stoppage, which is detected before the operation of the inverter circuit and the AC power supply short-circuit means. The power conversion device controls the operation time T2.
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