JP5876748B2 - Converter device - Google Patents
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Description
この発明は、改良された制御特性を有するコンバータ装置に関する。 The present invention relates to a converter device having improved control characteristics.
交流電力を直流電力に変換するコンバータ装置は、主に半導体主回路ブリッジ、出力電圧が電圧指令値に一致するように制御する制御器から構成される。制御器はコンバータの直流電圧フィードバック信号と交流電流フィードバック信号を用い、指令値と比較、増幅など処理を行い、コンバータの出力は指令値を追従するような信号を出力する。コンバータ装置において、例えば、負荷インバータに平滑コンデンサが含まれる場合、負荷インバータの負荷量の加減により、コンバータ装置の負荷量も変動し、平滑コンデンサの充放電動作を行うため、コンバータ装置の出力直流電圧が変動する。制御器の制御定数はコンデンサの容量と負荷量などに応じで、直流電圧が安定するように設定される。しかし、負荷が急激に変動する場合、オーバシュートとアンダーシュートとを繰り返して出力電圧ハンチングが発生する。ハンチングが発生するとリップル電流によりコンデンサの温度が上昇し破損する恐れがある。 A converter device that converts AC power into DC power is mainly composed of a semiconductor main circuit bridge and a controller that controls the output voltage to match the voltage command value. The controller uses the DC voltage feedback signal and the AC current feedback signal of the converter to perform processing such as comparison and amplification with the command value, and the output of the converter outputs a signal that follows the command value. In the converter device, for example, when the load inverter includes a smoothing capacitor, the load amount of the converter device also fluctuates due to the load amount of the load inverter, and the smoothing capacitor charge / discharge operation is performed. Fluctuates. The control constant of the controller is set so that the DC voltage is stabilized according to the capacity of the capacitor and the load amount. However, when the load fluctuates rapidly, output voltage hunting occurs by repeating overshoot and undershoot. If hunting occurs, the ripple current may increase the temperature of the capacitor and cause damage.
上述したような直流電圧ハンチング継続を防止するために、ハンチング検出器、判定器と制御器ゲイン補正器などから構成される制御保護装置を追加したコンバータ装置が提案されている(例えば特許文献1参照。)。 In order to prevent the DC voltage hunting continuation as described above, a converter device has been proposed in which a control protection device including a hunting detector, a determiner, a controller gain corrector, and the like is added (see, for example, Patent Document 1). .)
特許文献1の手法は、コンバータの出力直流電圧をハンチング振動電圧判定値と比較し、直流電圧が振動電圧判定値を設定時間以上継続して超える場合は、ハンチング発生と判定し、制御器の比例ゲインを低減させ、コンバータの出力直流電圧ハンチングを抑える手法となっている。
The method of
このような従来の手法では、コンバータの出力直流電圧のハンチング発生から制御器の比例ゲインを低減し、コンバータの出力直流電圧のハンチングを抑えるまでの間、ハンチングが発生するため、コンデンサのリップル電流が増加して、ストレスが掛かり、コンデンサの寿命を短縮する恐れがある。 In such a conventional method, since the hunting is generated from the hunting of the output DC voltage of the converter until the proportional gain of the controller is reduced and the hunting of the output DC voltage of the converter is suppressed, the ripple current of the capacitor is reduced. This increases the stress and may shorten the life of the capacitor.
本発明は、上述したような課題を解決するために為されたもので、ハンチングが発生する前に、未然にハンチングを抑制することが可能なコンバータ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a converter device that can suppress hunting before hunting occurs.
上記目的を達成するために、本発明のコンバータ装置は、各々直流入力部に開閉器及び平滑コンデンサを有する複数台のインバータに直流電圧を並列供給する主回路ブリッジと、前記主回路ブリッジの出力電圧、入力電流を夫々検出する電圧検出器、電流検出器と、前記主回路ブリッジの出力電圧を制御する制御部とを具備し、前記制御部は、前記電圧検出器が検出するフィードバック電圧と電圧基準の偏差を増幅し、この偏差が最小となるように電流基準を出力する電圧制御器と、前記電流検出器が検出するフィードバック電流と前記電流基準の偏差を増幅し、この偏差が最小となるように前記主回路ブリッジの電圧指令を出力する電流制御器と、前記インバータの運転台数を検出する台数検出器と、この運転台数情報から負荷量割合を演算する負荷量演算器と、この負荷量割合から前記電圧制御器の最適な比例ゲインを演算によって求めた値に変更するゲイン生成器とを備え、前記ゲイン生成器による演算は、前記インバータの運転台数がゼロのときの前記比例ゲインを無負荷補正ゲイン、前記インバータが全て運転されているときの前記比例ゲインを基準ゲインとしたとき、基準ゲインに前記負荷量割合を乗算した値に無負荷補正ゲインを加算する演算であることを特徴としている。 In order to achieve the above object, a converter device of the present invention includes a main circuit bridge for supplying a DC voltage in parallel to a plurality of inverters each having a switch and a smoothing capacitor in a DC input section, and an output voltage of the main circuit bridge. A voltage detector for detecting an input current, a current detector, and a control unit for controlling an output voltage of the main circuit bridge, wherein the control unit detects a feedback voltage and a voltage reference detected by the voltage detector. A voltage controller that outputs a current reference so that this deviation is minimized, and amplifies the deviation between the feedback current detected by the current detector and the current reference so that this deviation is minimized. A current controller that outputs a voltage command for the main circuit bridge, a number detector that detects the number of operating inverters, and a load ratio based on the operating number information. And a gain generator for changing the optimum proportional gain of the voltage controller to a value obtained by calculation from the load amount ratio, and the calculation by the gain generator is based on the number of operating inverters. When the proportional gain when the inverter is zero is the no-load correction gain, and when the proportional gain when all the inverters are operating is the reference gain, the no-load correction gain is obtained by multiplying the reference gain by the load ratio. It is the operation which adds.
この発明によれば、ハンチングが発生する前に、未然にハンチングを抑制することが可能なコンバータ装置を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a converter device that can suppress hunting before hunting occurs.
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明の実施例1に係るコンバータ装置の回路構成図である。コンバータ装置2は、商用交流電源1から与えられた3相交流電力を直流電力に変換する半導体の主回路ブリッジ2Sを備え、主回路ブリッジ2Sから出力した直流電力は、平滑コンデンサ2Pによって無負荷時の平滑動作が行われたあと、負荷インバータ3A、3B、3Cに並列に供給される。負荷インバータ3A、3B、3Cの入力側には、運転選択のための入力開閉器31A、31B、31Cが夫々設けられ、これらの入力開閉器31A、31B、31Cの出力は夫々平滑コンデンサ32A、32B、32Cを介して夫々インバータブリッジ33A、33B、33Cに接続されている。インバータブリッジ33A、33B、33Cの交流出力は電動機などの負荷に接続されているが、この部分の図示は省略している。
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a converter device according to
以下にコンバータ装置2の内部構成を説明する。
The internal configuration of the
主回路ブリッジ2Sは制御器2Cから与えられる電圧指令によって主回路ブリッジ2Sを構成するスイッチング素子が制御される。主回路ブリッジ2Sの入力側には電流検出器21が設けられ、出力側には出力直流電圧を検出する電圧検出器22が設けられている。
In the main circuit bridge 2S, switching elements constituting the main circuit bridge 2S are controlled by a voltage command given from the controller 2C. A
基準回路23で設定された電圧基準は、電圧検出器22で検出されたフィードバック電圧と共に電圧制御器24に与えられる。電圧制御器24は電圧基準とフィードバック電圧の偏差を増幅し、この偏差が最小となるような電流基準を出力する。この電流基準は電流検出器21で検出されたフィードバック電流と共に電流制御器25に与えられる。電流制御器25は電流基準とフィードバック電流の偏差を増幅し、この偏差が最小となるような電圧指令を出力する。この電圧指令に従って主回路ブリッジ2Sは直流電圧を出力する。尚、この電圧指令によって主回路ブリッジ2Sを構成するスイッチング素子のゲート信号を発生するゲート回路の図示は省略している。
The voltage reference set by the
電圧制御器24は所謂PI制御器であるが、この比例ゲインはゲイン選択器27から与えられるようになっている。ゲイン選択器27には台数検出器26からコンバータ装置2の負荷であるインバータ3の運転台数情報が与えられ、この運転台数情報によって選択すべき比例ゲインが一意に決まるように予め設定されている。そして、台数検出器26にはインバータ3A、3B、3Cの各々から運転中かどうかの信号が与えられ、台数検出器26によってインバータ3の運転台数情報が把握できるように構成されている。
The voltage controller 24 is a so-called PI controller, and this proportional gain is supplied from the
コンバータ装置2は、平滑コンデンサ32を有するインバータ3に直流電力を供給し、その負荷変動に対しては、出力直流電圧が電圧基準の値になるように制御している。負荷インバータ3の負荷量が変化したときには、コンデンサ32を充放電することにより、直流電圧を増減する。電圧制御器24の比例ゲイン(増幅率)は、インバータ3のコンデンサ32の容量に基づいて算出され、直流電圧の制御系が安定するように設定されている。例えば、インバータ33Aを切り離したとき、コンデンサ32の容量は減少するが、電圧制御器24インバータ33Aを切り離す前に設定された比例ゲインを使用するので、電圧制御器24の増幅率がコンデンサ32の容量に対して相対的に高くなり、オーバシュート及びアンダーシュートのハンチングを発生し、コンデンサ32のリプル電流が増加してしまう。このような事象を防止するために、台数検出器26はコンバータ装置2の負荷であるインバータ3A、3B、3Cの運転情報を取得し、インバータの台数情報を出力する。ゲイン選択器27は、台数検出器26から与えられた運転台数情報により、事前に設定したインバータ3の運転台数に応じて計算された比例ゲインを選択し、電圧制御器24の比例ゲインとして出力する。ゲイン選択器27はインバータ3の運転台数が減少したときには上述したようにより小さな比例ゲインとなるよう比例ゲインを選択し、増加したときにはより大きな比例ゲインとなるよう比例ゲインを選択する。
The
このように構成すれば電圧制御器24は主回路動作前にコンバータ装置2の負荷となるインバータ3の運転台数に対応する最適な比例ゲインを使用することができ、インバータ3の運転台数の増減により発生する直流電圧のオーバシュートとアンダーシュートに起因するハンチングの発生を防止することができる。
With this configuration, the voltage controller 24 can use the optimum proportional gain corresponding to the number of operating inverters 3 serving as the load of the
図2は本発明の実施例2に係るコンバータ装置の回路構成図である。この実施例2の各部について、図1の本発明の実施例1に係るコンバータ装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例2が実施例1と異なる点は、ゲイン選択器27に代え、負荷量演算器28及びゲイン生成器29を設けた点である。
FIG. 2 is a circuit configuration diagram of the converter device according to the second embodiment of the present invention. The same parts of the second embodiment as those of the converter device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. The second embodiment differs from the first embodiment in that a
コンバータ装置2の制御器2C1内の負荷量演算器28は、台数検出器26から与えられたインバータ3の運転台数情報を取得し、この台数情報と総台数の比から負荷量を演算し、負荷量割合をゲイン生成器29に与える。ゲイン生成器29は、この負荷量割合から電圧制御器24の最適な比例ゲインを生成する。最適な比例ゲインは負荷量割合に基準ゲインを乗算し、無負荷補正ゲインを加える演算によって生成される。ここで、無負荷補正ゲインは、主回路ブリッジ2Sの出力に接続された平滑コンデンサ2Pに対応するものであり、基準ゲインは全てのインバータ3が運転されていた場合に対応するものである。
The
例えば、一般的に同じインバータ容量ならインバータの平滑コンデンサ容量は同じであるため、インバータ3がインバータ3A、3B、3Cの3台で構成される場合は、総負荷台数は3とし、1台だけ運転するとき、負荷量演算器28は1/3の負荷量割合を出力し、2台運転するときは2/3の負荷量割合を出力し、3台全て運転するときは1の負荷量割合を出力する。ゲイン生成器29は上述したような演算を行い比例ゲインを生成し、電圧制御器24に入力する。
For example, if the inverter capacity is generally the same, the smoothing capacitor capacity of the inverter is the same. Therefore, when the inverter 3 is composed of three
このように構成すれば、実施例1の場合と同様、コンバータ装置2の負荷であるインバータ3に含まれる平滑コンデンサ32の量が変化するとき、コンバータ装置2の主回路が通電する前に、負荷量に対応する最適な比例ゲインを生成することができ、直流電圧のオーバシュートとアンダーシュートによるハンチングの発生を防止でき、コンデンサ32のリップル電流による寿命の短縮や破損の恐れを防止することができる。
With this configuration, as in the first embodiment, when the amount of the smoothing capacitor 32 included in the inverter 3 that is the load of the
図3は本発明の実施例3に係るコンバータ装置の回路構成図である。この実施例3の各部について、図1の本発明の実施例1に係るコンバータ装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例3が実施例1と異なる点は、台数検出器26を省略し、代わりに運転操作盤4を設け、運転操作盤4から直接ゲイン選択器27に運転台数信号を与える構成とした点である。
FIG. 3 is a circuit configuration diagram of the converter device according to the third embodiment of the present invention. The same parts of the third embodiment as those of the converter device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. The third embodiment is different from the first embodiment in that the
複数台のインバータ3のうち運転すべきインバータを自動選択する場合、通常は図3に示したような運転操作盤4を設け、与えられた条件に従って運転すべきインバータを選択し、それらのインバータに運転指令を与える。従って、運転操作盤4はコンバータ装置2を含む全体のシステムの運転を管理する機能を有することになり、運転操作盤4は全体のインバータ3のうち何台のインバータが運転されているかの情報を有している。このため、このような場合は態々各々のインバータから運転情報を検出する必要はない。
When an inverter to be operated is automatically selected from a plurality of inverters 3, an operation control panel 4 as shown in FIG. 3 is usually provided, and an inverter to be operated according to given conditions is selected. Give an operation command. Accordingly, the operation control panel 4 has a function of managing the operation of the entire system including the
以上本発明のいくつかの実施例を説明したが、これらの実施例は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施例やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
例えば、実施例においてインバータ3の台数は3台として説明したが、2台以上の任意の台数でもよいことは明らかである。 For example, in the embodiment, the number of the inverters 3 has been described as three, but it is apparent that any number of two or more may be used.
また、実施例2における台数検出器26を省略し、代わりに実施例3運転操作盤4を設け、運転操作盤4から直接ゲイン選択器27に運転台数信号を与える構成としても良いことも明らかである。
Further, it is obvious that the
また、平滑コンデンサ2Pは省略することも可能である。
Further, the smoothing
また、インバータ3の各々の容量が異なる場合には運転台数の検出に代えて、各々のインバータの入力電流等の検出によって負荷量割合を検出し、これを合算して総負荷割合を求める構成としても良い。 In addition, when the capacity of each inverter 3 is different, instead of detecting the number of operating units, the load amount ratio is detected by detecting the input current of each inverter, and the total load ratio is obtained by adding these. Also good.
更に、万一に備え、電圧検出器22のリプル電圧を検出する手段を設け、このリプル電圧が所定値を超えたとき、比例ゲインを低減させるような保護手段を追加するようにしても良い。
Further, as a precaution, a means for detecting the ripple voltage of the
1 商用交流電源
2 コンバータ装置
3、3A、3B、3C インバータ
4 運転操作盤
2S 主回路ブリッジ
2P 平滑コンデンサ
21 電流検出器
22 電圧検出器
2C 制御器
23 基準回路
24 電圧制御器
25 電流制御器
26 ゲイン選択器
27 台数検出器
28 負荷量演算器
29 ゲイン生成器
31A、31B、31C 入力開閉器
32、32A、32B、32C 平滑コンデンサ
33A、33B、33C インバータブリッジ
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記主回路ブリッジの出力電圧、入力電流を夫々検出する電圧検出器、電流検出器と、
前記主回路ブリッジの出力電圧を制御する制御部と
を具備し、
前記制御部は、
前記電圧検出器が検出するフィードバック電圧と電圧基準の偏差を増幅し、この偏差が最小となるように電流基準を出力する電圧制御器と、
前記電流検出器が検出するフィードバック電流と前記電流基準の偏差を増幅し、この偏差が最小となるように前記主回路ブリッジの電圧指令を出力する電流制御器と、
前記インバータの運転台数を検出する台数検出器と、
この運転台数情報から負荷量割合を演算する負荷量演算器と、
この負荷量割合から前記電圧制御器の最適な比例ゲインを演算によって求めた値に変更するゲイン生成器と
を備え、
前記ゲイン生成器による演算は、
前記インバータの運転台数がゼロのときの前記比例ゲインを無負荷補正ゲイン、前記インバータが全て運転されているときの前記比例ゲインを基準ゲインとしたとき、基準ゲインに前記負荷量割合を乗算した値に無負荷補正ゲインを加算する演算であることを特徴とするコンバータ装置。 A main circuit bridge for supplying a DC voltage in parallel to a plurality of inverters each having a switch and a smoothing capacitor in a DC input unit;
A voltage detector for detecting an output voltage of the main circuit bridge and an input current, a current detector, and
A control unit for controlling the output voltage of the main circuit bridge,
The controller is
A voltage controller that amplifies a deviation between a feedback voltage detected by the voltage detector and a voltage reference, and outputs a current reference so that the deviation is minimized;
A current controller that amplifies a deviation between the feedback current detected by the current detector and the current reference, and outputs a voltage command of the main circuit bridge so that the deviation is minimized;
A number detector for detecting the number of operating inverters;
A load amount calculator for calculating the load amount ratio from this operating unit information;
A gain generator for changing the optimum proportional gain of the voltage controller from the load amount ratio to a value obtained by calculation;
With
The calculation by the gain generator is
When the proportional gain when the number of operating inverters is zero is the no-load correction gain, and the proportional gain when all the inverters are operating is the reference gain, a value obtained by multiplying the reference gain by the load ratio A converter device characterized in that the calculation is to add a no-load correction gain to .
前記主回路ブリッジの出力電圧、入力電流を夫々検出する電圧検出器、電流検出器と、
前記主回路ブリッジの出力電圧を制御する制御部と
を具備し、
前記制御部は、
前記電圧検出器が検出するフィードバック電圧と電圧基準の偏差を増幅し、この偏差が最小となるように電流基準を出力する電圧制御器と、
前記電流検出器が検出するフィードバック電流と前記電流基準の偏差を増幅し、この偏差が最小となるように前記主回路ブリッジの電圧指令を出力する電流制御器と、
外部の運転操作盤から与えられる前記インバータの運転台数情報から負荷量割合を演算する負荷量演算器と、
この負荷量割合から前記電圧制御器の最適な比例ゲインを演算によって求めた値に変更するゲイン生成器と
を備え、
前記ゲイン生成器による演算は、
前記インバータの運転台数がゼロのときの前記比例ゲインを無負荷補正ゲイン、前記インバータが全て運転されているときの前記比例ゲインを基準ゲインとしたとき、基準ゲインに前記負荷量割合を乗算した値に無負荷補正ゲインを加算する演算であることを特徴とするコンバータ装置。 A main circuit bridge for supplying a DC voltage in parallel to a plurality of inverters each having a switch and a smoothing capacitor in a DC input unit;
A voltage detector for detecting an output voltage of the main circuit bridge and an input current, a current detector, and
A control unit for controlling the output voltage of the main circuit bridge,
The controller is
A voltage controller that amplifies a deviation between a feedback voltage detected by the voltage detector and a voltage reference, and outputs a current reference so that the deviation is minimized;
A current controller that amplifies a deviation between the feedback current detected by the current detector and the current reference, and outputs a voltage command of the main circuit bridge so that the deviation is minimized;
A load amount calculator for calculating a load amount ratio from information on the number of operating inverters given from an external operation control panel;
A gain generator for changing the optimum proportional gain of the voltage controller from the load amount ratio to a value obtained by calculation;
With
The calculation by the gain generator is
When the proportional gain when the number of operating inverters is zero is the no-load correction gain, and the proportional gain when all the inverters are operating is the reference gain, a value obtained by multiplying the reference gain by the load ratio A converter device characterized in that the calculation is to add a no-load correction gain to .
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