JP5967832B2 - Semiconductor power converter - Google Patents
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Description
この発明は半導体電力変換装置に関し、特に被試験装置の健全性を確認することが可能な半導体電力変換装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor power converter, and more particularly to a semiconductor power converter capable of confirming the soundness of a device under test.
従来、電動機などを負荷として駆動する半導体電力変換装置においては、必要に応じてその主回路の健全性を確認する試験が行われる。半導体電力変換装置において主回路の健全性を確認するためには、電流定格と電圧定格の両者を満たす負荷設備を用意すれば良いが、半導体電力変換装置が大容量になると、このような大容量の負荷設備を用意するのは経済性の面で得策ではない。このため、2台の半導体電力変換装置の交流出力同士を互いに接続し、一方の半導体電力変換装置を交流電圧源として動作させ、他方の半導体電力変換装置を電流制御器として動作させることによって等価試験を行う手法が提案されている(例えば特許文献1参照。)。 Conventionally, in a semiconductor power conversion device that drives an electric motor or the like as a load, a test for confirming the soundness of the main circuit is performed as necessary. In order to confirm the soundness of the main circuit in a semiconductor power conversion device, it is sufficient to prepare a load facility that satisfies both the current rating and the voltage rating. It is not a good idea in terms of economy to prepare the load equipment. For this reason, the AC outputs of two semiconductor power converters are connected to each other, one semiconductor power converter is operated as an AC voltage source, and the other semiconductor power converter is operated as a current controller. There has been proposed a technique for performing (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1に示された手法は、2台の半導体電力変換装置のうち1台を被試験装置、他の1台を試験設備としたとき、試験設備の定格を最小限とすることができる有効な手法である。しかしながら、出力周波数を上昇させたとき、電流制御の応答が追従できないという問題があった。 The technique disclosed in Patent Document 1 is effective in minimizing the rating of test equipment when one of the two semiconductor power converters is a device under test and the other is a test equipment. It is a technique. However, when the output frequency is increased, there is a problem that the response of the current control cannot follow.
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、出力周波数を上昇させても電流制御の応答が可能となる半導体電力変換装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor power converter capable of responding to current control even when the output frequency is increased.
上記目的を達成するために、本発明の半導体電力変換装置は、交流を直流に変換する第1のコンバータとこの直流を交流に変換する第1のインバータとから成る被試験装置の交流出力を試験設備に接続し、制御装置によって制御することによって被試験装置を所望の入力、出力で試験を行うようにした半導体電力変換装置であって、前記試験設備は、交流電圧を入力とする第2のコンバータと、前記第2のコンバータの直流出力を交流に変換し、この交流出力を、交流リアクトルを介して前記第1のインバータの交流出力と接続する第2のインバータと、前記交流リアクトルに流れる電流を検出する電流検出器とを具備し、前記制御装置は、電圧基準が第1のゲインを介して与えられ、変換位相入力に応じて第1の交流電圧基準を出力する第1の変換器と、前記電圧基準が第2のゲインを介して与えられ、変換位相入力に応じて第2の交流電圧基準を出力する第2の変換器と、前記第1の交流電圧基準をPWM制御して前記第1のインバータにゲート信号を供給する第1のPWM信号発生器と、前記第2の交流電圧基準をPWM制御して前記第2のインバータにゲート信号を供給する第2のPWM信号発生器と、周波数基準を入力とし、出力の位相基準を変換位相として前記第1の変換器に与えるようにした積分器と、電流基準と、前記電流検出器で検出された電流を直流量に変換した値との差分を入力とし、この入力が最小となるように位相差指令を出力する電流制御器とを有し、前記位相基準と前記位相差指令の差分を変換位相として前記第2の変換器に与えるようにしたことを特徴としている。 In order to achieve the above object, a semiconductor power conversion device according to the present invention tests an AC output of a device under test including a first converter that converts alternating current into direct current and a first inverter that converts this direct current into alternating current. A semiconductor power converter connected to equipment and controlled by a control device to test the device under test with a desired input and output, wherein the test equipment receives a second AC voltage A converter, a second inverter that converts the direct current output of the second converter into alternating current, and connects the alternating current output to the alternating current output of the first inverter via an alternating current reactor; and a current that flows through the alternating current reactor And a controller for outputting a first AC voltage reference in response to a conversion phase input, the voltage reference being provided via a first gain. A second converter that outputs a second AC voltage reference in response to a conversion phase input, and PWM converts the first AC voltage reference. A first PWM signal generator for controlling and supplying a gate signal to the first inverter; and a second PWM for controlling the second AC voltage reference by PWM and supplying the gate signal to the second inverter. A signal generator, an integrator having a frequency reference as an input and an output phase reference as a conversion phase to the first converter; a current reference; and a current detected by the current detector as a direct current amount And a current controller that outputs a phase difference command so that the input is minimized, and the difference between the phase reference and the phase difference command is used as a conversion phase to change the second value. To give to the converter It is characterized.
この発明によれば、出力周波数を上昇させても電流制御の応答が可能となる半導体電力変換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 semiconductor power converter capable of responding to current control even when the output frequency is increased.
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.
以下、本発明の実施例1に係る半導体電力変換装置を図1及び図2を参照して説明する。 Hereinafter, a semiconductor power conversion device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
図1は、本発明の実施例1に係る半導体電力変換装置の基本回路構成図であり、図2は図1における制御部の内部ブロック構成図である。 1 is a basic circuit configuration diagram of a semiconductor power conversion device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an internal block configuration diagram of a control unit in FIG.
図1において可変電圧の交流電源1から試験設備2の3相コンバータ21に所望の電圧が給電される。試験設備2は他に、単相インバータ22、3相インバータ23、3相フィルタ24、交流リアクトル25を有している。3相コンバータ21の直流出力は単相インバータ22の直流リンクに接続されると共に3相インバータ23の直流リンクにも接続されている。単相インバータ22の交流側は交流リアクトル25を介して被試験装置3の単相インバータ32の交流端子に接続されている。被試験装置3は他に3相コンバータ31を有している。3相インバータ23の交流端子は交流フィルタ24を介して3相コンバータ31の交流端子に接続されている。
In FIG. 1, a desired voltage is supplied from a variable voltage AC power source 1 to a three-
単相インバータ22及び単相インバータ32は共にスイッチング素子をブリッジ接続した構成であり、これらのスイッチング素子には制御装置4からオンオフ信号が与えられている。また、交流リアクトル4に流れる電流は電流検出器26によって検出され、電流フィードバックとして制御装置4に与えられている。このような図1に示す構成で、被試験装置3に対して所望の入力電圧、入力周波数、出力電圧、出力周波数及び出力電流を与えることが可能となり、被試験装置3の等価試験が可能となる。 Both the single-phase inverter 22 and the single-phase inverter 32 have a configuration in which switching elements are bridge-connected, and an ON / OFF signal is given to the switching elements from the control device 4. Further, the current flowing through the AC reactor 4 is detected by the current detector 26 and is given to the control device 4 as current feedback. With the configuration shown in FIG. 1, it is possible to give a desired input voltage, input frequency, output voltage, output frequency, and output current to the device under test 3, and an equivalent test of the device under test 3 is possible. Become.
制御装置4の内部構成について図2を参照して以下説明する。 The internal configuration of the control device 4 will be described below with reference to FIG.
実施例1における制御装置4は、被試験装置3の出力が与えられた周波数基準f*、電圧基準V*、電流基準i*となるように被試験装置3の単相インバータ32及び試験設備2の単相インバータ22を制御する。尚、被試験装置3の入力電圧及び入力周波数は、3相インバータ23の出力をオープンループで制御することによって与えることができる。
The control device 4 in the first embodiment includes the single-phase inverter 32 and the
図2に示すように、積分器41が与えられた周波数基準f*を積分することによって位相基準θ*を出力する。また電圧基準V*は、ゲイン42により増幅されて変換器44に、同様にゲイン43により増幅されて変換器45に与えられる。この実施例1においてはゲイン42とゲイン43は同一増幅率を有している。変換器44の位相入力には位相基準θ*が与えられる。これにより変換器44は位相θ*を有する交流電圧基準Vuを出力する。この交流電圧基準VuはPWM信号発生器46によってPWMのゲート信号に変換されて、被試験装置3の単相インバータ32を構成するスイッチング素子に与えられる。これにより被試験装置3の単相インバータ32から所望の周波数と振幅の単相交流電圧が出力される。
As shown in FIG. 2, the integrator 41 outputs a phase reference θ * by integrating a given frequency reference f *. The voltage reference V * is amplified by the gain 42 and supplied to the
一方、電流検出器26で検出した電流フィードバックIfを、RMS変換器48を介して実効値(振幅値)に変換し、その値と電流基準I*との差分を電流制御器49に与える。このような構成を採用することにより電流制御の基準値を直流量とする事ができ、周波数基準f*が上昇しても電流制御器49の応答には無関係とする事が可能となる。また、本願においては、電流制御器49は負荷変動に敏感に応答する必要はないため、例えばその応答時間を秒のオーダーとすることができる。従ってRMS変換器48の変換遅れ時間は全く問題とならない。
On the other hand, the current feedback If detected by the current detector 26 is converted into an effective value (amplitude value) via the RMS converter 48, and the difference between the value and the current reference I * is given to the
上記により電流制御が行われ、この実施例1においては、電流制御器49は入力の偏差が最小となるように位相差指令θdを出力する。位相差指令θdと、位相基準θ*の差分が変換器45に位相入力として与えられ、変換器45はこの位相で位相回転変換された1相分の交流電圧基準Vxを出力する。この交流電圧基準Vxは、PWM信号発生器47によってPWMのゲート信号に変換されて、試験設備2の単相インバータ22を構成するスイッチング素子に与えられる。
Current control is performed as described above. In the first embodiment, the
以上の構成によって、交流リアクトル25に流れる電流すなわちインバータ32の出力電流を所望の電流基準I*となるように制御することが可能となる。 With the above configuration, it is possible to control the current flowing through the AC reactor 25, that is, the output current of the inverter 32, to a desired current reference I *.
以下、本発明の実施例2に係る半導体電力変換装置を、図3を参照して説明する。 Hereinafter, a semiconductor power conversion device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図3は本発明の実施例2に係る半導体電力変換装置の制御装置4Aの内部ブロック構成図である。この実施例2の各部について、図2の本発明の実施例1に係る半導体電力変換装置の制御装置4の内部ブロック構成図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、電流制御器49の出力を電圧補正指令とし、この電圧補正指令に応じてゲイン43Aの増幅率を調整するように構成した点、また変換器45の位相入力を、位相基準θ*から力率基準φ*を減算した値とした点である。
FIG. 3 is an internal block configuration diagram of the
実施例1においては、ゲイン42とゲイン43の増幅率は同一としてインバータ32とインバータ22の交流出力電圧の大きさを一致させ、電流制御器49の出力である位相差指令に応じて変換器45の位相入力を調整することによってインバータ32の出力電流を所望の電流基準I*となるようにした。これに対してこの実施例2は、変換器45の位相入力を、位相基準θ*から力率基準φ*を減算した値に固定することによって単相インバータ32と単相インバータ22の出力電圧の位相差を固定し、単相インバータ22の出力電圧の大きさを調整することによって単相インバータ32の出力電流が所望の電流基準I*となるようにしている。このように構成すれば、被試験装置3の単相インバータ32を所望の力率で試験を行うことが可能となる。すなわち、力率基準φ*=0と設定すれば、単相インバータ32と単相インバータ22の出力電圧の位相差をゼロとし、単相インバータ22の電圧振幅を調整するだけで単相インバータ32の出力電流が所望の電流基準I*とすることが可能となる。
In the first embodiment, the gains of the gain 42 and the
以上本発明の2つの実施例を説明したが、これ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。この新規な実施例は、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 two embodiments of the present invention have been described above, they are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. The novel embodiment 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、インバータ22及びインバータ32を単相出力として説明したが、両者が3相出力であっても本願は成立する。この場合は電流検出器で検出した電流をd軸電流(無効電流)とq軸電流(有効電流)に展開し、これらの電流が夫々所望の電流基準となるように独立して制御し、その結果で変換器45の入力位相またはゲイン43Aの増幅率またはその両方を制御するように構成すれば良い。
For example, although the inverter 22 and the inverter 32 have been described as single-phase outputs, the present application is established even if both are three-phase outputs. In this case, the current detected by the current detector is developed into a d-axis current (reactive current) and a q-axis current (active current), and these currents are independently controlled so as to be a desired current reference, respectively. As a result, the input phase of the
また、試験設備2におけるインバータ23と交流フィルタ24は必ずしも備えている必要は無く、コンバータ31の給電は外部の交流電源から行う構成としても良い。すなわちコンバータ31の入力周波数を可変とする必要がなければ、交流電源1から給電するようにしても良い。
In addition, the
また、実施例で使用したRMS変換器については、交流電流の瞬時値を直流量に変換するものであれば良く、例えば電流の絶対値の平均値、あるいはゼロピーク値に変換する変換器としても良い。 In addition, the RMS converter used in the embodiment may be any converter that converts an instantaneous value of an alternating current into a direct current amount, and may be a converter that converts, for example, an average value of an absolute value of current or a zero peak value. .
1 交流電源
2 試験設備
3 被試験装置
4、4A 制御装置
21 3相コンバータ
22 単相インバータ
23 3相インバータ
24 交流フィルタ
25 交流リアクトル
26 電流検出器
31 3相コンバータ
32 単相インバータ
41 積分器
42、43、43A ゲイン
44、45 変換器
46、47 PWM信号発生器
48 RMS変換器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
前記試験設備は、
交流電圧を入力とする第2のコンバータと、
前記第2のコンバータの直流出力を交流に変換し、この交流出力を、交流リアクトルを介して前記第1のインバータの交流出力と接続する第2のインバータと、
前記交流リアクトルに流れる電流を検出する電流検出器と
を具備し、
前記制御装置は、
電圧基準が第1のゲインを介して与えられ、位相入力に応じて第1の交流電圧基準を出力する第1の変換器と、
前記電圧基準が第2のゲインを介して与えられ、位相入力に応じて第2の交流電圧基準を出力する第2の変換器と、
前記第1の交流電圧基準をPWM制御して前記第1のインバータにゲート信号を供給する第1のPWM信号発生器と、
前記第2の交流電圧基準をPWM制御して前記第2のインバータにゲート信号を供給する第2のPWM信号発生器と、
周波数基準を入力とし、出力の位相基準を位相入力として前記第1の変換器に与えるようにした積分器と、
電流基準と、前記電流検出器で検出された電流を直流量に変換した値との差分を入力とし、この入力が最小となるように位相差指令を出力する電流制御器と
を有し、
前記位相基準と前記位相差指令の差分を位相入力として前記第2の変換器に与えるようにしたことを特徴とする半導体電力変換装置。 A device under test is desired by connecting an AC output of a device under test comprising a first converter for converting alternating current to direct current and a first inverter for converting direct current to alternating current to a test facility and controlling the device by a control device. A semiconductor power conversion device that performs a test with inputs and outputs of
The test equipment is
A second converter that receives an AC voltage;
A second inverter that converts the direct current output of the second converter into alternating current and connects the alternating current output to the alternating current output of the first inverter via an alternating current reactor;
A current detector for detecting a current flowing through the AC reactor;
The control device includes:
A first converter that provides a voltage reference via a first gain and outputs a first AC voltage reference in response to a phase input;
A second converter, wherein the voltage reference is provided via a second gain and outputs a second AC voltage reference in response to a phase input;
A first PWM signal generator for PWM-controlling the first AC voltage reference and supplying a gate signal to the first inverter;
A second PWM signal generator for PWM-controlling the second AC voltage reference and supplying a gate signal to the second inverter;
An integrator having a frequency reference as an input and an output phase reference as a phase input to the first converter;
A difference between a current reference and a value obtained by converting the current detected by the current detector into a DC amount as an input, and a current controller that outputs a phase difference command so that the input is minimized,
A semiconductor power conversion device, wherein a difference between the phase reference and the phase difference command is given to the second converter as a phase input.
前記試験設備は、
可変交流電圧を入力とする第2のコンバータと、
前記第2のコンバータの直流出力を交流に変換し、この交流出力を、交流リアクトルを介して前記第1のインバータの交流出力と接続する第2のインバータと、
前記交流リアクトルに流れる電流を検出する電流検出器と
を具備し、
前記制御装置は、
電圧基準が第1のゲインを介して与えられ、位相入力に応じて第1の交流電圧基準を出力する第1の変換器と、
前記電圧基準が、増幅率が可変の第2のゲインを介して与えられ、位相入力に応じて第2の交流電圧基準を出力する第2の変換器と、
前記第1の交流電圧基準をPWM制御して前記第1のインバータにゲート信号を供給する第1のPWM信号発生器と、
前記第2の交流電圧基準をPWM制御して前記第2のインバータにゲート信号を供給する第2のPWM信号発生器と、
周波数基準を入力とし、出力の位相基準を位相入力として前記第1の変換器に与えるようにした積分器と、
電流基準と、前記電流検出器で検出された電流を直流量に変換した値との差分を入力とし、この入力が最小となるように電圧補正指令を出力する電流制御器と
を有し、
力率基準と前記位相基準との差分を位相入力として前記第2の変換器に与えるようにすると共に、前記電圧補正指令に従って前記第2のゲインの増幅率を調整するようにしたことを特徴とする半導体電力変換装置。 A device under test is desired by connecting an AC output of a device under test comprising a first converter for converting alternating current to direct current and a first inverter for converting direct current to alternating current to a test facility and controlling the device by a control device. A semiconductor power conversion device that performs a test with inputs and outputs of
The test equipment is
A second converter that receives a variable AC voltage;
A second inverter that converts the direct current output of the second converter into alternating current and connects the alternating current output to the alternating current output of the first inverter via an alternating current reactor;
A current detector for detecting a current flowing through the AC reactor;
The control device includes:
A first converter that provides a voltage reference via a first gain and outputs a first AC voltage reference in response to a phase input;
A second converter, wherein the voltage reference is provided via a second gain having a variable gain, and outputs a second AC voltage reference in response to a phase input;
A first PWM signal generator for PWM-controlling the first AC voltage reference and supplying a gate signal to the first inverter;
A second PWM signal generator for PWM-controlling the second AC voltage reference and supplying a gate signal to the second inverter;
An integrator having a frequency reference as an input and an output phase reference as a phase input to the first converter;
A difference between a current reference and a value obtained by converting the current detected by the current detector into a direct current amount, and a current controller that outputs a voltage correction command so that the input is minimized;
The difference between the power factor reference and the phase reference is given to the second converter as a phase input, and the amplification factor of the second gain is adjusted according to the voltage correction command. Semiconductor power conversion device.
前記第2のコンバータの直流出力を交流に変換し、この交流出力を、交流フィルタを介して出力する第3のインバータを更に備え、
前記交流フィルタの出力を前記第1のコンバータに給電するようにしたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体電力変換装置。 The test equipment is
A third inverter that converts the direct current output of the second converter into alternating current and outputs the alternating current output through an alternating current filter;
3. The semiconductor power conversion device according to claim 1, wherein an output of the AC filter is supplied to the first converter. 4.
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