JP5272355B2

JP5272355B2 - インバータ電圧制御回路

Info

Publication number: JP5272355B2
Application number: JP2007226029A
Authority: JP
Inventors: 宏二丸山; 康松本
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2007-08-31
Filing date: 2007-08-31
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2027-08-31
Also published as: JP2009060724A

Description

本発明はインバータ電圧制御回路に関し、特に、瞬時値電圧制御にて直流を交流に変換する電圧形インバータの制御方式に適用して好適なものである。

従来の電圧形インバータの制御方式では、インバータからの出力交流電圧の平均値だけでなく、インバータからの出力交流電圧の瞬時値を用いて電圧形インバータを制御することにより、インバータにて非線形特性負荷が駆動される場合においても、出力交流電圧の波形歪みを低減する方法がある（特許文献１）。
図２は、従来のインバータ電圧制御回路の概略構成を示すブロック図である。
図２において、電圧形インバータ３の入力側には直流電源２が接続されるとともに、電圧形インバータの出力側にはＬＣフィルタ４を介して負荷７が接続されている。ここで、ＬＣフィルタ４には、リアクトル５およびコンデンサ６が設けられ、ロウパスフィルタが構成されている。

また、電圧形インバータ３の出力交流電圧Ｖ_Oを制御するインバータ電圧制御回路１０２には、電圧形インバータ３の出力交流電圧Ｖ_Oを検出する出力電圧検出器１１、出力電圧検出器１１にて検出された出力交流電圧Ｖ_Oを平均値電圧Ｖ_Mに変換する整流器１２、インバータ電圧制御回路１０２に入力された平均値電圧指令値Ｖ_MSと平均値電圧Ｖ_Mとの偏差を算出する減算器１９、平均値電圧指令値Ｖ_MSと平均値電圧Ｖ_Mとの偏差がゼロに近づくように制御電圧を出力する平均値電圧調節器１４、電圧形インバータ３の出力交流電圧Ｖ_Oの基準となる周波数の基準正弦波信号Ｖ_PSとを発生する基準正弦波発生器１６、平均値電圧調節器１４から出力された制御電圧と基準正弦波発生器１６から出力された基準正弦波信号Ｖ_PSとを乗算し、出力電圧指令値Ｖ_OSを出力する乗算器１７、乗算器１７から出力された出力電圧指令値Ｖ_OSと出力交流電圧Ｖ_Oとの偏差を算出する減算器２０、出力電圧指令値Ｖ_OSと出力交流電圧Ｖ_Oとの偏差がゼロに近づくように制御電圧を出力する瞬時値電圧調節器１８が設けられている。

そして、直流電源２から供給された直流は電圧形インバータ３にて交流に変換され、ＬＣフィルタ４にて不要な高域成分が除去された後、負荷７に供給される。また、ＬＣフィルタ４を通過した出力交流電圧Ｖ_Oは出力電圧検出器１１にて検出され、整流器１２および減算器２０に入力される。そして、出力電圧検出器１１にて検出された出力交流電圧Ｖ_Oは整流器１２にて平均値電圧Ｖ_Mに変換され、減算器１９に入力される。そして、整流器１２にて変換された平均値電圧Ｖ_Mは減算器１９にて平均値電圧指令値Ｖ_MSから減算され、平均値電圧指令値Ｖ_MSと平均値電圧Ｖ_Mとの偏差が平均値電圧調節器１４に入力される。そして、平均値電圧指令値Ｖ_MSと平均値電圧Ｖ_Mとの偏差がゼロに近づくように平均値電圧調節器１４にて制御電圧が生成され、基準正弦波発生器１６から出力された基準正弦波信号Ｖ_PSと乗算器１７にて乗算されることで、出力電圧指令値Ｖ_OSが生成され、減算器２０に入力される。そして、乗算器１７にて生成された出力電圧指令値Ｖ_OSは減算器２０にて出力交流電圧Ｖ_Oが減算され、出力電圧指令値Ｖ_OSと出力交流電圧Ｖ_Oとの偏差が瞬時値電圧調節器１８に入力される。そして、出力電圧指令値Ｖ_OSと出力交流電圧Ｖ_Oとの偏差がゼロに近づくように瞬時値電圧調節器１８にて制御電圧が生成され、電圧形インバータ３に入力される。
特開平６−７８５５２号公報

しかしながら、図２の電圧形インバータの制御方式では、平均値電圧調節器１４と瞬時値電圧調節器１８とが互いに直列接続されているため、平均値電圧調節器１４の出力と瞬時値電圧調節器１８の出力とが互いに影響しあい、制御調整が非常に困難になる上に、負荷７が非線形特性負荷である場合には、出力交流電圧Ｖ_Oの波形歪みを効果的に低減することができないという問題があった。

すなわち、平均値電圧調節器１４は、平均値電圧指令値Ｖ_MSと平均値電圧Ｖ_Mとの偏差がゼロに近づくように制御電圧を出力するため、ＬＣフィルタ４での電圧降下分を補うように動作する。例えば、ＬＣフィルタ４での電圧降下分がΔＶ_Lであるとすると、平均値電圧調節器１４は、平均値電圧指令値Ｖ_MSに電圧降下分ΔＶ_Lを加算した値を出力することで、出力交流電圧Ｖ_Oを平均値電圧指令値Ｖ_MSに一致させることができる。

一方、瞬時値電圧調節器１８は、平均値電圧調節器１４から出力された電圧降下分ΔＶ_Lが加算された値が出力電圧指令値Ｖ_OSとして入力され、出力電圧指令値Ｖ_OSと出力交流電圧Ｖ_Oとの偏差がゼロに近づくように制御電圧を出力するため、平均値電圧調節器１４にて所望の出力電圧値に調整された出力交流電圧Ｖ_Oをさらに電圧降下分ΔＶ_Lだけ増加させるように動作する。

この結果、今度は、平均値電圧調節器１４は、ＬＣフィルタ４での電圧降下分ΔＶ_Lだけ出力交流電圧Ｖ_Oを減少させるように動作することから、平均値電圧調節器１４の出力と瞬時値電圧調節器１８の出力とが互いに影響しあい、制御調整が非常に困難になる上に、負荷７が非線形特性負荷である場合には、出力交流電圧Ｖ_Oの波形歪みを効果的に低減することができなくなる。
そこで、本発明の目的は、非線形特性負荷が駆動される場合においても、出力交流電圧の波形歪みを効果的に低減するとともに、制御調整を容易に行うことが可能なインバータ電圧制御回路を提供することである。

上述した課題を解決するために、請求項1記載のインバータ電圧制御回路によれば、電圧形インバータの出力交流電圧を検出する出力電圧検出器と、前記出力電圧検出器にて検出された出力交流電圧を平均値電圧に変換する整流器と、平均値電圧指令値と前記平均値電圧との偏差を算出する減算器と、前記平均値電圧指令値と前記平均値電圧との偏差がゼロに近づくように第１の制御電圧を出力する平均値電圧調節器と、前記電圧形インバータの出力交流電圧の基準となる周波数の基準正弦波信号を発生する基準正弦波発生器と、前記平均値電圧調節器から出力された第１の制御電圧と前記基準正弦波発生器から出力された基準正弦波信号とを乗算し、出力電圧指令値を出力する乗算器と、前記基準正弦波発生器から出力された基準正弦波信号と前記出力交流電圧との偏差を算出する減算器と、前記基準正弦波信号と前記出力交流電圧との偏差がゼロに近づくように前記第１の制御電圧に依存しない第２の制御電圧を出力する瞬時値電圧調節器と、前記出力電圧指令値と前記第２の制御電圧との加算結果に基づいて前記電圧形インバータの出力交流電圧を制御する加算器とを備え、前記平均値電圧調節器と前記瞬時値電圧調節器とを並列的に動作させることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、電圧形インバータの出力交流電圧の振幅に比例する直流分に依存することなく、電圧形インバータの出力交流電圧の瞬時値を制御することができ、第１の電圧調整手段の出力と第２の電圧調整手段の出力とが互いに影響しあうのを排除することが可能となることから、線形特性負荷が駆動される場合においても、出力交流電圧の波形歪みを効果的に低減するとともに、制御調整を容易に行うことが可能となる。

以下、本発明の実施形態に係るインバータ電圧制御回路について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るインバータ電圧制御回路の概略構成を示すブロック図である。
図１において、インバータ電圧制御回路１０１には、瞬時値電圧調節器１８および減算器２０の代わりに、基準正弦波発生器１６にて発生された基準正弦波信号Ｖ_PSと電圧形インバータ３の出力交流電圧Ｖ_Oとを減算する減算器２１、基準正弦波信号Ｖ_PSと出力交流電圧Ｖ_Oとの偏差がゼロに近づくように制御電圧を出力する瞬時値電圧調節器２３および乗算器１７から出力された出力電圧指令値Ｖ_OSと瞬時値電圧調節器２３から出力された制御電圧とを加算する加算器２２が設けられている。

そして、直流電源２から供給された直流は電圧形インバータ３にて交流に変換され、ＬＣフィルタ４にて不要な高域成分が除去された後、負荷７に供給される。また、ＬＣフィルタ４を通過した出力交流電圧Ｖ_Oは出力電圧検出器１１にて検出され、整流器１２および減算器２１に入力される。そして、出力電圧検出器１１にて検出された出力交流電圧Ｖ_Oは整流器１２にて平均値電圧Ｖ_Mに変換され、減算器１９に入力される。そして、整流器１２にて変換された平均値電圧Ｖ_Mは減算器１９にて平均値電圧指令値Ｖ_MSから減算され、平均値電圧指令値Ｖ_MSと平均値電圧Ｖ_Mとの偏差が平均値電圧調節器１４に入力される。そして、平均値電圧指令値Ｖ_MSと平均値電圧Ｖ_Mとの偏差がゼロに近づくように平均値電圧調節器１４にて制御電圧が生成され、基準正弦波発生器１６から出力された基準正弦波信号Ｖ_PSと乗算器１７にて乗算されることで、出力電圧指令値Ｖ_OSが生成され、加算器２２に入力される。

一方、減算器２１に入力された出力交流電圧Ｖ_Oは基準正弦波信号Ｖ_PSから減算され、基準正弦波信号Ｖ_PSと出力交流電圧Ｖ_Oとの偏差が瞬時値電圧調節器２３に入力される。そして、基準正弦波信号Ｖ_PSと出力交流電圧Ｖ_Oとの偏差がゼロに近づくように瞬時値電圧調節器２３にて制御電圧が生成され、加算器２２に入力される。
そして、乗算器１７から出力された出力電圧指令値Ｖ_OSと瞬時値電圧調節器２３から出力された制御電圧は加算器２２にて加算され、電圧形インバータ３に入力される。

これにより、平均値電圧調節器１４と瞬時値電圧調節器２３とを並列的に動作させることができ、電圧形インバータ３の出力交流電圧ＶOの平均値電圧ＶMに依存することなく、電圧形インバータ３の出力交流電圧ＶOの瞬時値を制御することができる。このため、平均値電圧調節器１４と瞬時値電圧調節器１８とが互いに影響しあうのを排除することが可能となり、負荷７が非線形特性負荷である場合においても、出力交流電圧ＶOの波形歪みを効果的に低減するとともに、制御調整を容易に行うことが可能となる。

本発明の一実施形態に係るインバータ電圧制御回路の概略構成を示すブロック図である。従来のインバータ電圧制御回路の概略構成を示すブロック図である。

符号の説明

２直流電源
３電圧形インバータ
４ＬＣフィルタ
５リアクトル
６コンデンサ
７負荷
１１出力電圧検出器
１２整流器
１４平均値電圧調節器
１６基準正弦波発生器
１７乗算器
１８、２３瞬時値電圧調節器
１９、２１減算器
２２加算器
１０１インバータ電圧制御回路

Claims

電圧形インバータの出力交流電圧を検出する出力電圧検出器と、前記出力電圧検出器にて検出された出力交流電圧を平均値電圧に変換する整流器と、
平均値電圧指令値と前記平均値電圧との偏差を算出する減算器と、
前記平均値電圧指令値と前記平均値電圧との偏差がゼロに近づくように第１の制御電圧を出力する平均値電圧調節器と、
前記電圧形インバータの出力交流電圧の基準となる周波数の基準正弦波信号を発生する基準正弦波発生器と、
前記平均値電圧調節器から出力された第１の制御電圧と前記基準正弦波発生器から出力された基準正弦波信号とを乗算し、出力電圧指令値を出力する乗算器と、
前記基準正弦波発生器から出力された基準正弦波信号と前記出力交流電圧との偏差を算出する減算器と、
前記基準正弦波信号と前記出力交流電圧との偏差がゼロに近づくように前記第１の制御電圧に依存しない第２の制御電圧を出力する瞬時値電圧調節器と、
前記出力電圧指令値と前記第２の制御電圧との加算結果に基づいて前記電圧形インバータの出力交流電圧を制御する加算器とを備え、
前記平均値電圧調節器と前記瞬時値電圧調節器とを並列的に動作させることを特徴とするインバータ電圧制御回路。