JP6466831B2 - Power converter - Google Patents
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Description
この発明は電力変換器に関し、特に、インバータと負荷の間に設けられる変圧器を備えた電力変換器に関する。 The present invention relates to a power converter, and more particularly to a power converter including a transformer provided between an inverter and a load.
特開平6−98559号公報(特許文献1)には、直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、インバータと負荷の間に設けられる変圧器と、インバータの出力電圧に含まれる直流成分を抽出する直流電圧抽出部と、直流電圧抽出部によって抽出される直流成分がなくなるようにインバータを制御する制御回路とを備えた電力変換器が開示されている。この電力変換器では、インバータの出力電圧の直流成分をなくすことにより、変圧器における偏磁現象の発生を防止している。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-98559 (Patent Document 1) extracts an inverter that converts a DC voltage into an AC voltage, a transformer provided between the inverter and a load, and a DC component included in the output voltage of the inverter. A power converter is disclosed that includes a DC voltage extraction unit and a control circuit that controls the inverter so that the DC component extracted by the DC voltage extraction unit is eliminated. In this power converter, the occurrence of a demagnetization phenomenon in the transformer is prevented by eliminating the direct current component of the output voltage of the inverter.
しかし、特許文献1では、コンデンサ、抵抗素子などによって直流電圧抽出部を構成していたので、インバータの出力電圧に発生した直流成分を検出するために長時間が必要であるという問題があった。このため、インバータの出力電圧の直流成分を検出している間に変圧器において偏磁現象が発生し、励磁電流が増大する恐れがあった。
However, in
それゆえに、この発明の主たる目的は、変圧器の磁束に発生する直流成分を迅速に検出し、変圧器における偏磁現象の発生を防止することが可能な電力変換器を提供することである。 Therefore, a main object of the present invention is to provide a power converter capable of quickly detecting a direct current component generated in a magnetic flux of a transformer and preventing occurrence of a magnetic demagnetization phenomenon in the transformer.
この発明に係る電力変換器は、直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、インバータの出力電圧を受けて負荷に交流電圧を与える変圧器と、インバータの出力電圧を積分する積分器と、インバータの出力電圧に同期して動作し、インバータの出力信号の一周期当たりN回、積分器の出力信号をサンプリングするサンプリング回路と、サンプリング回路によってサンプリングされた信号に基づいて、積分器の出力信号の直流成分を検出する直流成分検出器と、直流成分検出器によって検出された直流成分を受け、受けた直流成分がなくなるようにインバータの出力電圧の波形を制御する制御回路とを備えたものである。Nは自然数である。 A power converter according to the present invention includes: an inverter that converts a DC voltage into an AC voltage; a transformer that receives the output voltage of the inverter and applies an AC voltage to a load; an integrator that integrates the output voltage of the inverter; A sampling circuit that operates in synchronization with the output voltage and samples the output signal of the integrator N times per period of the output signal of the inverter, and the direct current of the output signal of the integrator based on the signal sampled by the sampling circuit A DC component detector that detects a component and a control circuit that receives the DC component detected by the DC component detector and controls the waveform of the output voltage of the inverter so that the received DC component disappears. N is a natural number.
この発明に係る電力変換器では、インバータの出力電圧を積分する積分器を設け、その積分器の出力信号をインバータの出力電圧の一周期当たりN回サンプリングし、サンプリングした信号に基づいて、積分器の出力信号の直流成分を検出し、検出した直流成分がなくなるようにインバータの出力電圧の波形を制御する。積分器の出力信号は変圧器の磁束を示している。したがって、変圧器の磁束に発生する直流成分を迅速に検出することができ、変圧器における偏磁現象の発生を防止することができる。 In the power converter according to the present invention, an integrator that integrates the output voltage of the inverter is provided, and the output signal of the integrator is sampled N times per cycle of the output voltage of the inverter, and the integrator The DC component of the output signal is detected, and the waveform of the output voltage of the inverter is controlled so that the detected DC component disappears. The output signal of the integrator indicates the magnetic flux of the transformer. Therefore, the direct current component generated in the magnetic flux of the transformer can be detected quickly, and the occurrence of the demagnetization phenomenon in the transformer can be prevented.
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1による電力変換器の構成を示す回路ブロック図である。図1において、この電力変換器は、インバータ1、変圧器2、偏磁検出回路3、および制御回路4を備える。
[Embodiment 1]
1 is a circuit block diagram showing a configuration of a power converter according to
インバータ1は、制御回路4から供給される制御信号G1〜G4によって制御され、バッテリ51の直流電圧VBを交流電圧VACに変換する。変圧器2は、インバータ1によって生成された交流電圧VACに応じたレベルの交流電圧VOを負荷52に供給する。負荷52は、変圧器2から供給される交流電圧VACによって駆動される。換言すると、バッテリ51の直流電力がインバータ1によって交流電力に変換され、その交流電力が変圧器2を介して負荷52に供給され、負荷52が交流電力によって駆動される。
The
偏磁検出回路3は、インバータ1の出力電圧VACに基づいて、変圧器2の鉄心に発生する磁束Bを示す信号の直流成分Vdcを検出する。制御回路4は、偏磁検出回路3によって検出される直流成分Vdcが0Vになるように制御信号G1〜G4を生成する。
The
図2は、図1に示したインバータ1および変圧器2の構成を示す回路ブロック図である。図2において、インバータ1は、トランジスタQ1〜Q4、ダイオードD1〜D4、リアクトルL1、およびコンデンサC1を含む。変圧器2は、1次巻線2a、2次巻線2b、および環状の鉄心2cを含む。
FIG. 2 is a circuit block diagram showing a configuration of
トランジスタQ1〜Q4の各々は、たとえばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。トランジスタQ1,Q2のコレクタはともにバッテリ51の正極に接続される。トランジスタQ3,Q4のコレクタはそれぞれトランジスタQ1,Q2のエミッタに接続され、トランジスタQ3,Q4のエミッタはともにバッテリ51の負極に接続される。ダイオードD1〜D4は、それぞれトランジスタQ1〜Q4に逆並列に接続される。
Each of transistors Q1-Q4 is, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). The collectors of the transistors Q1 and Q2 are both connected to the positive electrode of the
リアクトルL1は、トランジスタQ1のエミッタと変圧器2の1次巻線2aの一方端子との間に接続される。トランジスタQ2のエミッタは、変圧器2の1次巻線2aの他方端子に接続される。コンデンサC1は、1次巻線2aの一方端子および他方端子間に接続されている。1次巻線2aおよび2次巻線2bの各々は、鉄心2cに巻回されている。2次巻線2bの2つの端子は、負荷52に接続される。
Reactor L1 is connected between the emitter of transistor Q1 and one terminal of
トランジスタQ1〜Q4は、それぞれ制御回路4から供給される制御信号G1〜G4によってオン/オフ制御される。制御信号G1〜G4の各々は、たとえばPWM(Pulse Width Modulation)制御信号である。制御信号G1〜G4の各々の一周期は、スイッチング周波数fの逆数1/fである。制御信号G1〜G4の各々は、各周期において「H」レベルまたは「L」レベルにされる。トランジスタQ1〜Q4は、それぞれ制御信号G1〜G4が「L」レベルにされるとオフし、それぞれ制御信号G1〜G4が「H」レベルにされるとオンする。制御信号G1〜G4の各々が一周期内において「H」レベルにされる時間Tonと一周期の時間λとの比Ton/λはデューティ比と呼ばれる。制御回路4は、制御信号G1〜G2の各々のデューティ比を制御する。
The transistors Q1 to Q4 are on / off controlled by control signals G1 to G4 supplied from the
交流電圧VACの0〜180度に対応する期間では、制御回路4は、制御信号G2,G3を「L」レベルにしてトランジスタQ2,Q3をオフさせ、制御信号G1を「H」レベルにしてトランジスタQ1をオンさせ、制御信号G4のデューティ比を調整しながらスイッチング周波数でトランジスタQ4をオン/オフさせる。制御信号G4のデューティ比は、交流電圧VACの位相角度が90度であるときに最大値にされ、位相角度が0度および180度であるときに最低値にされる。これにより、バッテリ51の正極からトランジスタQ1、リアクトルL1、1次巻線2a、およびトランジスタQ4を介してバッテリ51の負極に電流が流れ、1次巻線2aの端子間に正弦波状の交流電圧VACのうちの0〜180度の正電圧が発生する。
In the period corresponding to 0 to 180 degrees of the AC voltage VAC, the
交流電圧VACの180〜360度に対応する期間では、制御回路4は、制御信号G1,G4を「L」レベルにしてトランジスタQ1,Q4をオフさせ、制御信号G2を「H」レベルにしてトランジスタQ2をオンさせ、制御信号G3のデューティ比を調整しながらスイッチング周波数でトランジスタQ3をオン/オフさせる。制御信号G3のデューティ比は、交流電圧VACの位相角度が270度であるときに最大値にされ、位相角度が180度および360度であるときに最低値にされる。これにより、バッテリ51の正極からトランジスタQ2、1次巻線2a、リアクトルL1、およびトランジスタQ3を介してバッテリ51の負極に電流が流れ、1次巻線2aの端子間に正弦波状の交流電圧VACのうちの180〜360度の負電圧が発生する。このようにして、1次巻線2aの端子間に所望の周波数(たとえば商用周波数)の正弦波状の交流電圧VACを発生させることができる。
In a period corresponding to 180 to 360 degrees of AC voltage VAC,
リアクトルL1およびコンデンサC1は、低域通過フィルタを構成し、トランジスタQ1〜Q4によって生成された商用周波数の交流電力を通過させ、トランジスタQ1〜Q4で発生したスイッチング周波数の信号が負荷52側に通過することを防止する。換言すると、リアクトルL1およびコンデンサC1は、トランジスタQ1〜Q4の各々をオン/オフさせることによって生成された方形波状の交流電圧を正弦波状の交流電圧VACに変換する。
Reactor L1 and capacitor C1 constitute a low-pass filter that allows commercial frequency AC power generated by transistors Q1 to Q4 to pass therethrough, and a signal of switching frequency generated by transistors Q1 to Q4 passes to the
変圧器2の1次巻線2aの端子間に交流電圧VACが印加されると、2次巻線2bの端子間に交流電圧VACに応じたレベルの交流電圧VOが発生する。交流電圧VACの振幅と交流電圧VOの振幅との比は、1次巻線2aの巻回数N1と2次巻線2bの巻回数N2との比N1/N2に等しい。負荷52は、交流電圧VOによって駆動される。
When the AC voltage VAC is applied between the terminals of the primary winding 2a of the
変圧器2の1次巻線2aに交流電圧VACが印加されて巻線2a,2bに電流が流れると、鉄心2c内に磁束Bが発生する。鉄心2c内の磁束Bに直流成分が発生することを偏磁という。偏磁が発生すると、変圧器2の励磁電流が増大し、インバータ1の出力電圧VACの波形が劣化したり、変圧器2に過電流が流れて電力変換器が破損する恐れがある。そこで実施の形態1では、変圧器2において偏磁現象が発生することを防止するための偏磁検出回路3および制御回路4が設けられている。
When an AC voltage VAC is applied to the primary winding 2a of the
図3は、偏磁検出回路3および制御回路4の構成を示すブロック図である。図3において、偏磁検出回路3は、電圧検出器10、積分器11、位相検出器12、サンプリング回路13、および直流成分検出器14を含む。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the
電圧検出器10は、インバータ1によって生成された交流電圧VACの瞬時値を検出し、検出値を示す信号φ10を出力する。電圧検出器10の出力信号φ10の波形は、交流電圧VACの波形と同じになる。積分器11は、電圧検出器10の出力信号φ10を積分し、積分値を示す信号φ11を出力する。
理論的には、変圧器2の1次巻線2aの端子間電圧VACを積分すると、変圧器2の鉄心2c内に発生する磁束Bが得られる。したがって、積分器11の出力信号φ11の波形は、変圧器2の鉄心2c内に発生する磁束Bの波形と同様になる。
Theoretically, when the inter-terminal voltage VAC of the primary winding 2a of the
交流電圧VACの波形が理想的な正弦波である場合は、積分器11の出力信号φ11の波形(すなわち磁束Bの波形)は交流電圧VACよりも90度遅れた正弦波となる。交流電圧VACがたとえば正の直流成分を含む場合は、積分器11の出力信号φ11(すなわち磁束B)のレベルは加速度的に増大する。
When the waveform of the AC voltage VAC is an ideal sine wave, the waveform of the output signal φ11 of the integrator 11 (that is, the waveform of the magnetic flux B) is a sine wave delayed by 90 degrees from the AC voltage VAC. When the AC voltage VAC includes, for example, a positive DC component, the level of the output signal φ11 (that is, the magnetic flux B) of the
位相検出器12は、電圧検出器10の出力信号φ10の位相を検出し、検出した位相が0度になる度にパルス信号Pを出力する。サンプリング回路13は、位相検出器12からのパルス信号Pに応答して、積分器11の出力信号φ11の瞬時値を取り込み、取り込んだ信号値を出力する。直流成分検出器14は、サンプリング回路13からの信号値と基準値との差を積分器11の出力信号φ11の直流成分Vdcとして出力する。
The
制御回路4は、電圧指令部15および制御信号発生部16を含む。電圧指令部15は、正弦波状の電圧指令信号VCを生成する。電圧指令部15は、直流成分Vdcがなくなるように、電圧指令信号VCの波形を制御する。制御信号発生部16は、電圧指令信号VCに基づいて制御信号G1〜G4を生成する。直流成分Vdcが0Vである場合、電圧指令信号VCはVC=Vsinωtとなり、インバータ1の出力電圧VACは電圧指令信号VCに一致する。ここでω=2πfであり、fはインバータ1の出力電圧VACの周波数である。したがって、電圧指令信号VCを積分すると磁束Bが求められ、B=∫(Vsinωt)dt=−V(cosωt)/ωとなる。
偏磁検出回路3によって検出される直流成分VdcをVdc=−αV/ωと表わす。電圧指令信号VCに直流オフセット値xを加算し、磁束Bの次のピークまでの半周期内に偏磁を解消するものとする。半周期は1/(2f)である。半周期に亘って直流オフセット値xを積分すると、積分値はx/(2f)となる。x/(2f)がVdcに等しくなるように直流オフセット値xを設定すると、Vdc=x/(2f)=−αV/ω=−αV/(2πf)となり、x=−αV/πとなる。電圧指令部15は、直流成分Vdcが−αV/ωである場合、電圧指令信号VCをVC=Vsinωt−αV/π=V(sinωt−α/π)に補正する。制御信号発生部16は、電圧指令部15からの電圧指令信号VCに基づいて、制御信号G1〜G4を生成する。
The DC component Vdc detected by the
換言すると、制御回路4は、直流成分Vdcがなくなるように制御信号G1〜G4の各々のデューティ比を調整する。直流成分Vdcが正電圧である場合、制御回路4は、制御信号G4のデューティ比を制御信号G3のデューティ比よりも相対的に減少させる。これにより、交流電圧VACの正電圧側ピーク値の絶対値が負電圧側ピーク値の絶対値よりも相対的に減少し、正の直流成分Vdcが減少する。
In other words, the
直流成分Vdcが負電圧である場合、制御回路4は、制御信号G3のデューティ比を制御信号G4のデューティ比よりも相対的に減少させる。これにより、交流電圧VACの負電圧側ピーク値の絶対値が正電圧側ピーク値の絶対値よりも相対的に減少し、負の直流成分Vdcが減少する。直流成分Vdcが0Vになった場合、制御回路4は、制御信号G3,G4のデューティ比を維持する。
When the DC component Vdc is a negative voltage, the
次に、変圧器2における偏磁現象の発生を防止する方法について図面を用いて詳細に説明する。図4(a)〜(c)は、インバータ1によって生成される交流電圧VACが正側と負側が対称な正弦波である場合を示す波形図である。特に、図4(a)は交流電圧VACを示す信号φ10(すなわち電圧検出器10の出力信号φ10)の波形を示し、図4(b)は変圧器2の鉄心2c内に発生する磁束Bを示す信号φ11(すなわち積分器11の出力信号φ11)の波形を示し、図4(c)は変圧器2の1次巻線2aに流れる励磁電流Iの波形を示している。
Next, a method for preventing the occurrence of the demagnetization phenomenon in the
図4(a)〜(c)において、磁束Bの波形は、交流電圧VACを積分した波形となり、交流電圧VACよりも位相が90度遅れた正弦波となる。励磁電流Iは、磁束Bと同じ位相で変化する。交流電圧VACの位相が0度であるとき、磁束Bおよび励磁電流Iの各々は負のピーク値となる(時刻t0,t2,t4)。交流電圧VACの位相が180度であるとき、磁束Bおよび励磁電流Iの各々は正のピーク値となる(時刻t1,t3)。 4A to 4C, the waveform of the magnetic flux B is a waveform obtained by integrating the AC voltage VAC, and is a sine wave whose phase is delayed by 90 degrees from the AC voltage VAC. The exciting current I changes with the same phase as the magnetic flux B. When the phase of the AC voltage VAC is 0 degree, each of the magnetic flux B and the exciting current I has a negative peak value (time t0, t2, t4). When the phase of the AC voltage VAC is 180 degrees, each of the magnetic flux B and the exciting current I has a positive peak value (time t1, t3).
図5(a)〜(c)は、交流電圧VACが正側と負側が非対称な波形となり、正のピーク値の絶対値が負のピーク値の絶対値よりも大きくなった場合を示す波形図である。特に、図5(a)〜(c)はそれぞれ交流電圧VACを示す信号φ10、磁束Bを示す信号φ11、および励磁電流Iの波形を示している。 FIGS. 5A to 5C are waveform diagrams showing a case where the AC voltage VAC has an asymmetric waveform on the positive side and the negative side, and the absolute value of the positive peak value is larger than the absolute value of the negative peak value. It is. In particular, FIGS. 5A to 5C show waveforms of the signal φ10 indicating the AC voltage VAC, the signal φ11 indicating the magnetic flux B, and the excitation current I, respectively.
図5(a)に示すように、交流電圧VACの正のピーク値の絶対値が負のピーク値の絶対値よりも大きくなると、図5(b)に示すように、磁束Bの振幅の中心値が0から正側に急にシフトし、励磁電流Iの正のピーク値が加速度的に増大する。このように励磁電流Iが増大すると、インバータ1が正弦波状の交流電圧VACを出力することが困難となり、また、インバータ1および変圧器2に過電流が流れて電力変換器が破損する恐れがある。
As shown in FIG. 5A, when the absolute value of the positive peak value of the AC voltage VAC becomes larger than the absolute value of the negative peak value, as shown in FIG. The value suddenly shifts from 0 to the positive side, and the positive peak value of the excitation current I increases at an accelerated rate. When the excitation current I increases in this way, it becomes difficult for the
なお、交流電圧VACが正側と負側が非対称な波形となり、負のピーク値の絶対値が正のピーク値の絶対値よりも大きくなった場合は、磁束Bの振幅の中心値が0から負側に急にシフトし、励磁電流Iの負のピーク値が加速度的に増大する。 When the AC voltage VAC has an asymmetric waveform between the positive side and the negative side, and the absolute value of the negative peak value is larger than the absolute value of the positive peak value, the center value of the amplitude of the magnetic flux B is zero to negative. A sudden shift to the side causes the negative peak value of the excitation current I to increase at an accelerated rate.
図6(a)〜(c)は、インバータ1によって生成される交流電圧VACが理想的な正弦波である場合を示す波形図である。特に、図6(a)〜(c)はそれぞれ交流電圧VACを示す信号φ10、磁束Bを示す信号φ11、および励磁電流Iの波形を示している。ここでは説明の簡単化のため、図6(a)〜(c)に示すように、交流電圧VACの位相が0度であるときに磁束Bを示す信号φ11が0V(基準値)となり(時刻t0,t1,t2,t3,t4,t5)、交流電圧VACの位相が180度であるときに磁束Bを示す信号φ11がピーク値になり、交流電圧VACの位相が360度(すなわち0度)であるときに磁束Bを示す信号φ11が0Vに戻るものとする。
FIGS. 6A to 6C are waveform diagrams showing a case where the AC voltage VAC generated by the
図7(a)〜(c)は、交流電圧VACが正側と負側が非対称な波形となり、正のピーク値の絶対値が負のピーク値の絶対値よりも大きくなった場合を示す波形図である。特に、図7(a)交流電圧VACを示す信号φ10を示し、図7(b)は磁束Bを示す信号φ11およびその直流成分(すなわち直流電圧)Vdcを示し、図7(c)が励磁電流Iの波形を示している。 FIGS. 7A to 7C are waveform diagrams showing a case where the AC voltage VAC has an asymmetric waveform on the positive side and the negative side, and the absolute value of the positive peak value is larger than the absolute value of the negative peak value. It is. In particular, FIG. 7A shows the signal φ10 indicating the AC voltage VAC, FIG. 7B shows the signal φ11 indicating the magnetic flux B and its DC component (ie, DC voltage) Vdc, and FIG. 7C shows the excitation current. The waveform of I is shown.
図7(a)に示すように、交流電圧VACの正のピーク値の絶対値が負のピーク値の絶対値よりも大きくなると、図7(b)に示すように、磁束Bを示す信号φ11の振幅の中心が0から正側に急にシフトし、信号φ11の直流成分Vdcが増大し、図7(c)に示すように、励磁電流Iの正のピーク値が加速度的に増大する。 As shown in FIG. 7A, when the absolute value of the positive peak value of the AC voltage VAC becomes larger than the absolute value of the negative peak value, as shown in FIG. The abrupt shift of the amplitude center from 0 to the positive side increases the DC component Vdc of the signal φ11, and the positive peak value of the excitation current I increases at an accelerated rate as shown in FIG.
図3で示したように、サンプリング回路13は、位相検出器12からのパルス信号Pに応答して、交流電圧VACの位相角度が0度になる度に、磁束Bを示す信号φ11の電圧をサンプル・ホールド(S/H)する。サンプリング回路13によってサンプル・ホールドされた電圧は、磁束Bを示す信号φ11の直流成分Vdcである。直流成分検出器14は、0V(基準値)を基準として直流成分Vdcの大きさを検出する。
As shown in FIG. 3, the
図8(a)〜(c)は、図7(a)〜(c)に電圧指令信号VCの波形を追加した図である。電圧指令部15は、直流成分検出器14によって検出される直流成分Vdcがなくなるように電圧指令信号VCを生成する。図8(a)〜(c)では、交流電圧VACの位相が0度になったときに検出された直流成分Vdcがキャンセルされるように、0度〜360度の電圧指令信号VCが直流成分Vdcに応じた値だけ負側にシフトされる場合が示されている。これにより、交流電圧VACを負側にシフトさせて磁束Bを負側にシフトさせ、励磁電流Iのピーク値を小さく抑制することが可能となる。
FIGS. 8A to 8C are diagrams in which the waveform of the voltage command signal VC is added to FIGS. 7A to 7C. The
図9(a)〜(c)は、交流電圧VACが短時間だけ低下した場合を示す波形図である。特に、図9(a)は交流電圧VACを示す信号φ10を示し、図9(b)は磁束Bを示す信号φ11およびその直流成分Vdcを示し、図9(c)は励磁電流Iを示している。 FIGS. 9A to 9C are waveform diagrams showing the case where the AC voltage VAC drops only for a short time. In particular, FIG. 9A shows the signal φ10 indicating the AC voltage VAC, FIG. 9B shows the signal φ11 indicating the magnetic flux B and its DC component Vdc, and FIG. 9C shows the excitation current I. Yes.
図9(a)に示すように、時刻t0〜t1の期間において交流電圧VACが負のピーク値になるときに、たとえば負荷変動に起因して交流電圧VACが短時間だけ低下したものとする。磁束Bは交流電圧VACを積分したものであるので、時刻t1以降では磁束Bを示す信号φ11に正の直流成分Vdcが発生する。これにより、磁束Bの正のピーク値が増大し、励磁電流Iが増大する。図3で示したように、サンプリング回路13は、位相検出器12からのパルス信号Pに応答して、交流電圧VACの位相が0度になる度に、磁束Bを示す信号φ11の電圧をサンプル・ホールド(S/H)する。直流成分検出器14によって検出される。直流成分検出器14は、0V(基準値)を基準として直流成分Vdcの大きさを検出する。
As shown in FIG. 9A, when the AC voltage VAC has a negative peak value during the period from time t0 to time t1, it is assumed that the AC voltage VAC has decreased for a short time due to, for example, load fluctuation. Since the magnetic flux B is obtained by integrating the AC voltage VAC, a positive DC component Vdc is generated in the signal φ11 indicating the magnetic flux B after time t1. As a result, the positive peak value of the magnetic flux B increases and the excitation current I increases. As shown in FIG. 3, in response to the pulse signal P from the
図10(a)(b)は、図9(a)(b)に電圧指令信号VCの波形を追加した図である。電圧指令部15は、直流成分検出器14によって検出された直流成分Vdcがなくなるように電圧指令信号VCを生成する。図10(a)(b)では、交流電圧VACの位相が0度になったときに検出された直流成分Vdcがキャンセルされるように、0度〜360度の電圧指令信号VCが直流成分Vdcに応じた値だけ負側にシフトされる場合が示されている。これにより、交流電圧VACを負側にシフトさせて磁束Bを負側にシフトさせ、励磁電流Iのピーク値を小さく抑制することができる。
FIGS. 10A and 10B are diagrams in which the waveform of the voltage command signal VC is added to FIGS. 9A and 9B. The
以上のように、本実施の形態1では、インバータ1の出力電圧VACを示す信号φ10の瞬時値を積分する積分器11を設け、信号φ10の位相が0度になる度に積分器11の出力信号φ11をサンプリングし、サンプリングした信号φ11に基づいて、積分器11の出力信号φ11の直流成分Vdcを検出し、検出した直流成分Vdcがなくなるようにインバータ1を制御する。積分器11の出力信号φ11は、変圧器2の鉄心2c内に発生する磁束Bを示している。したがって、変圧器2の磁束Bに発生した直流成分を迅速に検出して減少させることができ、変圧器2における偏磁現象の発生を防止することができる。
As described above, in
[実施の形態2]
図11は、この発明の実施の形態2による電力変換器の要部を示すブロック図であって、図3と対比される図である。図11を参照して、この電力変換器が実施の形態1の電力変換器と異なる点は、電圧指令部15が電圧指令部15Aで置換されている点である。図3の電圧指令部15は、直流成分Vdcに応じた値だけ電圧指令信号VCをシフトさせて偏磁を解消した。これに対して本実施の形態2の電圧指令部15Aは、電圧指令信号VCが正電圧である期間と負電圧である期間とで異なるゲインAを電圧指令信号VCに乗算して偏磁を解消する。
[Embodiment 2]
FIG. 11 is a block diagram showing a main part of the power converter according to the second embodiment of the present invention, and is a diagram to be compared with FIG. Referring to FIG. 11, this power converter is different from the power converter according to the first embodiment in that
図12(a)(b)は、電圧指令部15Aの動作を示す波形図である。特に、図12(a)はインバータ1によって生成される交流電圧VACを示す信号φ10を示し、図12(b)は電圧指令信号VCと補正後の電圧指令信号VCAとを示している。図13(a)(b)は、それぞれ図12(a)(b)の要部の時間軸を拡大した図である。
12A and 12B are waveform diagrams showing the operation of the
図12(a)(b)および図13(a)(b)では、交流電圧VACを示す信号φ10の一周期(時刻t1〜t2)の後半の期間において信号φ10の電圧が短時間だけ低下した場合が示されている。この場合は図10(a)(b)で示したように、磁束Bを示す信号φ11に正の直流成分Vdcが重畳する。電圧指令部15Aは、電圧指令信号VCの一周期のうちの前半部分に1よりも小さなゲインA=(1−β)を乗算し、その後半部分に1よりも大きなゲインA=(1+β)を乗算して、電圧指令信号VCを補正する。
12A and 12B and FIGS. 13A and 13B, the voltage of the signal φ10 decreases for a short time in the second half of one cycle (time t1 to t2) of the signal φ10 indicating the AC voltage VAC. The case is shown. In this case, as shown in FIGS. 10A and 10B, the positive DC component Vdc is superimposed on the signal φ11 indicating the magnetic flux B. The
補正後の電圧指令信号VCAの正のピーク値の絶対値は補正前の電圧指令信号VCの正のピーク値の絶対値よりも小さくなる。補正後の電圧指令信号VCAの負のピーク値の絶対値は補正前の電圧指令信号VCの負のピーク値の絶対値よりも大きくなる。交流電圧VACの波形は、補正前の電圧指令信号VCの波形から補正後の電圧指令信号VCAの波形にシフトする。これにより、磁束Bを示す信号φ11の直流成分Vdcが減少し、偏磁現象の発生が防止される。 The absolute value of the positive peak value of the corrected voltage command signal VCA is smaller than the absolute value of the positive peak value of the voltage command signal VC before correction. The absolute value of the negative peak value of the corrected voltage command signal VCA is larger than the absolute value of the negative peak value of the voltage command signal VC before correction. The waveform of the AC voltage VAC shifts from the waveform of the voltage command signal VC before correction to the waveform of the voltage command signal VCA after correction. As a result, the DC component Vdc of the signal φ11 indicating the magnetic flux B is reduced, and the occurrence of the demagnetization phenomenon is prevented.
次に、電圧指令部15Aの動作について数式を用いて説明する。電圧指令部15Aは、正弦波状の電圧指令信号VCを生成する。電圧指令部15Aは、直流成分Vdcがなくなるように、電圧指令信号VCの波形を制御する。直流成分Vdcが0Vである場合、電圧指令信号VCはVC=Vsinωtとなり、インバータ1の出力電圧VACは電圧指令信号VCに一致する。ここでω=2πfであり、fはインバータ1の出力電圧VACの周波数である。したがって、電圧指令信号VCを積分すると磁束Bが求められ、B=∫(Vsinωt)dt=−V(cosωt)/ωとなる。偏磁検出回路3によって検出された直流成分VdcをVdc=−αV/ωと表わす。
Next, the operation of the
図12(a)(b)および図13(a)(b)で示した場合において偏磁を半周期で解消する場合、次式(1)が成り立つ。 In the case shown in FIGS. 12A and 12B and FIGS. 13A and 13B, when the demagnetization is eliminated in a half cycle, the following expression (1) is established.
これがVdc=−αV/ωに等しくなればよいので、−2βV/ω=−αV/ωが成り立ち、この数式を整理するとβ=α/2となる。したがって、電圧指令信号VCを(1−α/2)×Vsinωtに補正すればよい。 Since this only needs to be equal to Vdc = −αV / ω, −2βV / ω = −αV / ω is established. Therefore, the voltage command signal VC may be corrected to (1−α / 2) × Vsinωt.
なお、磁束Bを示す信号φ11に負の直流成分Vdcが重畳した場合は、電圧指令部15Aは、電圧指令信号VCの一周期のうちの前半部分に1よりも大きなゲインA=(1+β)を乗算し、その後半部分に1よりも小さなゲインA=(1−β)を乗算して、電圧指令信号VCを補正する。偏磁を半周期で解消する場合、電圧指令信号VCを(1+α/2)×Vsinωtに補正すればよい。
When negative DC component Vdc is superimposed on signal φ11 indicating magnetic flux B,
この実施の形態2でも、実施の形態1と同じ効果が得られる。
[実施の形態3]
図14(a)(b)は、実施の形態1の問題点を説明するための波形図であって、図9(a)(b)と対比される図である。図9(a)(b)では、交流電圧VACの1周期(時刻t0〜t1)のうちの後半の期間において交流電圧VACが短時間だけ低下する場合について説明した。この場合は、交流電圧VACが低下してから直流成分Vdcがサンプル・ホールドされるまでの時間が半周期よりも短いので、励磁電流Iの増大を迅速に抑制することができる。
Also in this second embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
[Embodiment 3]
FIGS. 14A and 14B are waveform diagrams for explaining the problem of the first embodiment, and are compared with FIGS. 9A and 9B. 9A and 9B, the case has been described in which the AC voltage VAC decreases for a short time in the latter half of one cycle (time t0 to t1) of the AC voltage VAC. In this case, since the time from when the AC voltage VAC decreases until the DC component Vdc is sampled and held is shorter than a half cycle, the increase in the excitation current I can be suppressed quickly.
しかし、図14(a)(b)に示すように、交流電圧VACの1周期(時刻t1〜t2)のうちの前半の期間において交流電圧VACが短時間だけ低下する場合には、交流電圧VACが低下してから直流成分Vdcがサンプル・ホールドされるまでの時間が半周期よりも長いので、励磁電流Iの増大を迅速に抑制することができない。本実施の形態3では、この問題の解決が図られる。 However, as shown in FIGS. 14A and 14B, when the AC voltage VAC decreases for a short time in the first half of one cycle (time t1 to t2) of the AC voltage VAC, the AC voltage VAC Since the time until the DC component Vdc is sampled and held is longer than a half cycle after the voltage decreases, the increase in the excitation current I cannot be suppressed quickly. In the third embodiment, this problem can be solved.
図15は、この発明の実施の形態3による電力変換器の要部を示すブロック図であって、図3と対比される図である。図15を参照して、この電力変換器が実施の形態1の電力変換器と異なる点は、偏磁検出回路3が偏磁検出回路3Aで置換されている点である。偏磁検出回路3Aは、偏磁検出回路3の位相検出器12および直流成分検出器14をそれぞれ位相検出器12Aおよび直流成分検出器14Aで置換したものである。
FIG. 15 is a block diagram showing a main part of the power converter according to the third embodiment of the present invention, which is compared with FIG. Referring to FIG. 15, this power converter is different from the power converter according to the first embodiment in that
位相検出器12Aは、交流電圧VACを示す信号φ10の位相が0度になる度にパルス信号P1を出力し、交流電圧VACを示す信号φ10の位相が180度になる度にパルス信号P2を出力する。パルス信号P1,P2は、サンプリング回路13および直流成分検出器14Aに与えられる。
The
サンプリング回路13は、パルス信号P1に応答して磁束Bを示す信号φ11をサンプル・ホールドし、パルス信号P2に応答して磁束Bを示す信号φ11をサンプル・ホールドする。直流成分検出器14Aは、パルス信号P1に応答して、サンプリング回路13の出力値と磁束Bを示す信号φ11の負の基準値との差の電圧を直流成分Vdcとして出力する。信号φ11の負の基準値は、信号φ10が低下する前の期間(時刻t1以前の期間)における信号φ11の負のピーク値である。
The
直流成分検出器14Aは、パルス信号P2に応答して、磁束Bを示す信号φ11の正の基準値とサンプリング回路13の出力値との差の電圧を直流成分Vdcとして出力する。信号φ11の正の基準値は、信号φ10が低下する前の期間(時刻t1以前の期間)における信号φ11の正のピーク値である。電圧指令部15は、直流成分Vdcがなくなるように電圧指令信号VCを生成する。したがって、サンプリング回路13の出力電圧は交流電圧VACの1周期内に2回変更され、電圧指令信号VCも2回変更される。
In response to the pulse signal P2, the
図16(a)(b)は、図14(a)(b)に電圧指令信号VCの波形を追加した図である。図16(c)(d)は、図14(a)(b)に電圧指令信号VCの波形を追加した図である。図16(a)(b)では、交流電圧VACの位相が0度になったとき(時刻t2)に検出された直流成分Vdcがキャンセルされるように、その時刻t2以降の電圧指令信号VCが直流成分Vdcに応じた値だけ正側にシフトされる場合が示されている。 FIGS. 16A and 16B are diagrams in which the waveform of the voltage command signal VC is added to FIGS. 14A and 14B. FIGS. 16C and 16D are diagrams in which the waveform of the voltage command signal VC is added to FIGS. 14A and 14B. 16 (a) and 16 (b), the voltage command signal VC after the time t2 is canceled so that the DC component Vdc detected when the phase of the AC voltage VAC becomes 0 degrees (time t2). A case where the value is shifted to the positive side by a value corresponding to the DC component Vdc is shown.
図16(c)(d)では、交流電圧VACの位相が180度になったとき(時刻t1とt2の中間の時刻)に検出された直流成分Vdcがキャンセルされるように、その時刻以降の電圧指令信号VCが直流成分Vdcに応じた値だけ正側にシフトされる場合が示されている。実際には、図16(a)(b)で示した動作と図16(c)(d)で示した動作とが交互に行われる。これにより、交流電圧VACを正側にシフトさせて磁束Bを正側にシフトさせ、励磁電流Iのピーク値を小さく抑制することができる。 In FIGS. 16C and 16D, the DC component Vdc detected when the phase of the AC voltage VAC reaches 180 degrees (a time intermediate between times t1 and t2) is canceled after that time. The case where the voltage command signal VC is shifted to the positive side by a value corresponding to the DC component Vdc is shown. Actually, the operations shown in FIGS. 16A and 16B and the operations shown in FIGS. 16C and 16D are alternately performed. Thereby, the alternating voltage VAC can be shifted to the positive side, the magnetic flux B can be shifted to the positive side, and the peak value of the excitation current I can be suppressed small.
この実施の形態3では、磁束Bを示す信号φ11の直流成分Vdcを一周期内で2回検出するので、実施の形態1と比べ、励磁電流Iの増大を迅速に抑制することができる。 In the third embodiment, since the DC component Vdc of the signal φ11 indicating the magnetic flux B is detected twice within one cycle, the increase in the excitation current I can be suppressed more quickly than in the first embodiment.
なお、この実施の形態3では、磁束Bを示す信号φ11の直流成分Vdcを一周期内で2回検出したが、これに限るものではなく、磁束Bを示す信号φ11の直流成分Vdcを一周期内で3回以上検出してもよいことはいうまでもない。つまり、本願発明では、磁束Bを示す信号φ11の直流成分Vdcを一周期内でN回検出する。Nは自然数である。実施の形態1ではN=1の場合が示され、実施の形態2ではN=2の場合が示されている。 In the third embodiment, the DC component Vdc of the signal φ11 indicating the magnetic flux B is detected twice in one cycle. However, the present invention is not limited to this, and the DC component Vdc of the signal φ11 indicating the magnetic flux B is detected for one cycle. Needless to say, it may be detected three times or more. That is, in the present invention, the DC component Vdc of the signal φ11 indicating the magnetic flux B is detected N times within one cycle. N is a natural number. In the first embodiment, the case of N = 1 is shown, and in the second embodiment, the case of N = 2 is shown.
[実施の形態4]
この実施の形態4では、上記のNを無限大にした場合について説明する。図17は、この発明の実施の形態4による電力変換器の要部を示すブロック図であって、図3と対比される図である。図17を参照して、この電力変換器が実施の形態1の電力変換器と異なる点は、偏磁検出回路3が偏磁検出回路20で置換されている点である。偏磁検出回路20は、偏磁検出回路3の位相検出器12、サンプリング回路13、および直流成分検出器14を位相検出器12B、正弦波発生器21、および偏差検出器22で置換したものである。
[Embodiment 4]
In the fourth embodiment, a case where N is infinite will be described. FIG. 17 is a block diagram showing a main part of the power converter according to the fourth embodiment of the present invention, and is a diagram compared with FIG. Referring to FIG. 17, this power converter is different from the power converter according to the first embodiment in that
位相検出器12Bは、電圧検出器10の出力信号φ10(すなわち、インバータ1で生成される交流電圧VACを示す信号φ10)の位相角度θを検出し、検出値を示す信号φθを出力する。正弦波発生器21は、位相検出器12Bの出力信号φθに従って、電圧検出器10の出力信号φ10よりも90度遅延した正弦波信号Vsを出力する。正弦波信号Vsは、積分器11の出力信号φ11(すなわち、変圧器2の鉄心2c内の磁束Bを示す信号φ11)の基準信号(すなわち、理想的な波形を持つ信号)である。
The phase detector 12B detects the phase angle θ of the output signal φ10 of the voltage detector 10 (that is, the signal φ10 indicating the AC voltage VAC generated by the inverter 1), and outputs a signal φθ indicating the detected value. The
偏差検出器22は、積分器11の出力信号φ11の電圧と正弦波信号Vsの電圧との偏差ΔVを検出する。制御回路4の電圧指令部15は、偏差ΔVがなくなるように電圧指令信号VCを出力する。制御信号発生部16は、電圧指令信号VCに基づいて制御信号G1〜G4を生成する。
The
図18(a)〜(c)は、図17に示した偏磁検出回路20の動作を示す波形図である。図18(a)は交流電圧VACを示す信号φ10を示している。図18(b)は、正弦波信号Vsと磁束Bを示す信号φ11とを示している。図18(c)は、信号φ11と正弦波信号Vsの偏差ΔV=φ11−Vsを示している。
18A to 18C are waveform diagrams showing the operation of the
時刻t0〜t1では、交流電圧VACを示す信号φ10は正弦波状に変化し、信号φ11,Vsの波形は一致しており、偏差ΔVは0になっている。信号φ11,Vsの位相は、ともに信号φ10よりも90度遅れている。時刻t1とt2の間のある時刻T1において交流電圧VACが短時間だけ低下すると、交流電圧VACを示す信号φ10を積分することによって得られる信号φ11の電圧が、交流電圧VACの低下分に応じて低下する。信号φ11と信号Vsの偏差ΔVは、負の電圧になる。この偏差ΔVがなくなるように電圧指令信号VCが調整され、変圧器2における偏磁現象の発生が防止される。
At time t0 to t1, the signal φ10 indicating the AC voltage VAC changes in a sine wave shape, the waveforms of the signals φ11 and Vs are the same, and the deviation ΔV is zero. The phases of the signals φ11 and Vs are both 90 degrees behind the signal φ10. When the AC voltage VAC decreases for a short time at a certain time T1 between the times t1 and t2, the voltage of the signal φ11 obtained by integrating the signal φ10 indicating the AC voltage VAC depends on the decrease in the AC voltage VAC. descend. The deviation ΔV between the signal φ11 and the signal Vs becomes a negative voltage. The voltage command signal VC is adjusted so that the deviation ΔV is eliminated, and the occurrence of the demagnetization phenomenon in the
この実施の形態4では、交流電圧VACが低下した時点T1からリアルタイムで偏磁量(すなわち偏差ΔV)が検出され、電圧指令信号VCが補正されるので、実施の形態1〜3よりも偏磁現象の発生を迅速に防止することができる。 In the fourth embodiment, since the amount of bias (that is, deviation ΔV) is detected in real time from the time point T1 when the AC voltage VAC decreases, the voltage command signal VC is corrected. The occurrence of the phenomenon can be prevented quickly.
図19(a)〜(c)は、実施の形態4の問題点を説明するための波形図である。図19(a)は交流電圧VACを示す信号φ10を示し、図19(b)は、正弦波信号Vsを示し、図19(c)は信号φ11と正弦波信号Vsの偏差ΔV=φ11−Vsを示している。 19A to 19C are waveform diagrams for explaining the problem of the fourth embodiment. 19A shows the signal φ10 indicating the AC voltage VAC, FIG. 19B shows the sine wave signal Vs, and FIG. 19C shows the deviation ΔV = φ11−Vs between the signal φ11 and the sine wave signal Vs. Is shown.
図19(a)に示すように、インバータ1の性能によっては理想的な正弦波状の交流電圧VACを生成することができず、交流電圧VACに歪が発生する場合がある。図19(a)では、交流電圧VACに高調波成分が重畳した場合が示されている。交流電圧VACに電圧歪が発生しても、その電圧歪が正側と負側で対称に発生すれば、偏磁現象は発生せず、電圧指令信号VCを調整する必要はない。一般に交流電圧VACに発生する電圧歪は、正側と負側で対称に発生する。
As shown in FIG. 19A, depending on the performance of the
実施の形態1のように積分器11の出力信号φ11を1周期に1回だけサンプル・ホールドする場合は、交流電圧VACに正側と負側で対称に発生する電圧歪は無視され、偏磁検出回路3および制御回路4は交流電圧VACの電圧歪に反応しない。
When the output signal φ11 of the
しかし、実施の形態4では、積分器11の出力信号φ11と正弦波信号Vsとの偏差ΔVをリアルタイムで検出するので、図19(a)〜(c)に示すように、偏差Δが交流電圧VACの電圧歪に反応して高調波成分の周波数で変動してしまう。
However, in the fourth embodiment, since the deviation ΔV between the output signal φ11 of the
したがって、交流電圧VACに電圧歪がある場合は実施の形態1の偏磁検出回路3を選択し、交流電圧VACに電圧歪がない場合は実施の形態4の偏磁検出回路20を選択するとよい。交流電圧VACの電圧歪の大きさは、インバータ1の性能によって変化し、さらに、負荷52の種類によって変化する。負荷52が線形成分のみを含む場合は交流電圧VACの電圧歪は小さくなる。負荷52の非線形成分が大きい場合は交流電圧VACの電圧歪は大きくなる。
Therefore, when the AC voltage VAC has a voltage distortion, the
[実施の形態5]
図20は、この発明の実施の形態5による無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図であって、図1と対比される図である。図20を参照して、この無停電電源装置が図1の電力変換器と異なる点は、コンバータ5が追加されている点である。
[Embodiment 5]
FIG. 20 is a circuit block diagram showing a configuration of an uninterruptible power supply according to
コンバータ5は、商用交流電源53から商用周波数の交流電力が供給されている通常時は、商用交流電源53からの交流電力を直流電力に変換する。バッテリ51は、コンバータ5によって生成される直流電力を蓄える。インバータ1は、商用交流電源53から交流電力が供給されている通常時は、コンバータ5によって生成される直流電力を商用周波数の交流電力に変換する。商用交流電源53からの交流電力の供給が停止された停電時は、コンバータ5の運転が停止される。停電時にはインバータ1は、バッテリ51の直流電力を商用周波数の交流電力に変換する。
The
他の構成および動作は、実施の形態1と同じであるので、その説明は繰り返さない。この実施の形態5でも、実施の形態1と同じ効果が得られる。 Since other configurations and operations are the same as those in the first embodiment, description thereof will not be repeated. In the fifth embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
[比較例]
図21は、本願発明の比較例となる電力変換器に含まれる偏磁検出回路の構成を示す回路図である。このような偏磁検出回路は、たとえば特開平6−98559号公報(特許文献1)に記載されている。
[Comparative example]
FIG. 21 is a circuit diagram showing a configuration of a bias detection circuit included in a power converter as a comparative example of the present invention. Such a bias detection circuit is described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-98559 (Patent Document 1).
図21において、この偏磁検出回路は、絶縁アンプ30、積分回路31、反転増幅回路35、直流カット回路39、非反転回路42、および加算回路43を含む。絶縁アンプ30は、インバータ1で生成される交流電圧VACを増幅する。積分回路31は、抵抗素子32、コンデンサ33、および反転増幅器34を含み、絶縁アンプ30の出力信号φ30を積分する。積分回路31の出力信号φ31は、信号φ30の位相を90度遅延させた交流成分と、信号φ30に含まれる直流成分と逆極性の直流成分とを含む。
In FIG. 21, the bias detection circuit includes an
反転増幅回路35は、抵抗素子36,37および反転増幅器38を含み、積分回路31の出力信号φ31を反転させる。反転増幅回路35の出力信号φ35は、積分回路31の出力信号φ31を反転させた信号φ35となる。直流カット回路39は、コンデンサ40および抵抗素子41を含み、積分回路31の出力信号φ31から直流成分を取り除く。非反転回路42は、直流カット回路39の出力のインピーダンス変換を行なう。加算回路43は、抵抗素子45〜47および反転増幅器48を含み、非反転回路42の出力信号φ42と反転増幅回路35の出力信号φ35とを加算して直流成分Vdc1を出力する。
The inverting
このような偏磁検出回路において一定の直流成分Vdc1を検出するためには、直流カット回路39に含まれるコンデンサ40および抵抗素子41の時定数を十分に長くする必要がある。
In order to detect a constant DC component Vdc1 in such a bias detection circuit, it is necessary to sufficiently increase the time constants of the
図22(a)(b)は、本願発明の偏磁検出回路(たとえば図3の偏磁検出回路3)の動作と比較例の偏磁検出回路の動作とを比較するための波形図である。図22(a)はインバータ1によって生成される交流電圧VACを示し、図22(b)は本願発明の偏磁検出回路3によって検出される直流成分Vdcと比較例の偏磁検出回路によって検出される直流成分Vdc1とを示している。図23(a)(b)は、それぞれ図22(a)(b)の要部(3.0秒から3.5秒までの期間)を拡大した波形図である。
FIGS. 22A and 22B are waveform diagrams for comparing the operation of the bias detection circuit of the present invention (for example, the
図22(a)(b)および図23(a)(b)では、ある時刻(2.0秒)で交流電圧VACに直流成分が発生した場合が示されている。コンデンサ40および抵抗素子41の時定数は、1.0秒に設定されている。本願発明では、交流電圧VACに直流成分が発生してから交流電圧VACの一周期内(すなわち0.02秒以下)に直流成分Vdcが検出される。したがって、変圧器2における偏磁現象の発生を迅速に防止することができる。
22A, 22B, and 23A, 23B show a case where a DC component is generated in the AC voltage VAC at a certain time (2.0 seconds). The time constants of the
これに対して比較例では、交流電圧VACに直流成分が発生してから直流成分Vdcが検出されるまで1秒程度の時間が必要となる。このため、交流電圧VACに直流成分が発生してから直流成分Vdc1が検出されるまでの間に偏磁現象が発生して、励磁電流が増大する恐れがある。また、比較例では、直流成分Vdc1に小さな振幅の交流成分が重畳している。 On the other hand, in the comparative example, it takes about 1 second until the DC component Vdc is detected after the DC component is generated in the AC voltage VAC. For this reason, a demagnetization phenomenon may occur between the time when the DC component is generated in the AC voltage VAC and the time when the DC component Vdc1 is detected, which may increase the excitation current. In the comparative example, an AC component having a small amplitude is superimposed on the DC component Vdc1.
図24(a)(b)は、本願発明の偏磁検出回路の動作と比較例の偏磁検出回路の動作とを比較するための他の波形図であって、それぞれ図22(a)(b)と対比される図である。図25(a)(b)は、それぞれ図24(a)(b)の要部(1.9秒から2.4秒までの期間)を拡大した波形図である。 24 (a) and 24 (b) are other waveform diagrams for comparing the operation of the bias detection circuit of the present invention with the operation of the bias detection circuit of the comparative example. It is a figure contrasted with b). FIGS. 25 (a) and 25 (b) are waveform diagrams in which the main part (period from 1.9 seconds to 2.4 seconds) in FIGS.
図24(a)(b)および図25(a)(b)では、ある時刻(2.0秒)で交流電圧VACに直流成分が発生した場合が示されている。コンデンサ40および抵抗素子41の時定数は、直流成分Vdc1の検出を速めるために、0.02秒(すなわち、交流電圧VACの約1周期)に設定されている。本願発明では、交流電圧VACに直流成分が発生してから交流電圧VACの一周期内(すなわち0.02秒以下)に一定の直流成分Vdcが検出される。したがって、変圧器2における偏磁現象の発生を迅速に防止することができる。
24A, 24B, and 25A, 25B show a case where a DC component is generated in the AC voltage VAC at a certain time (2.0 seconds). The time constants of the
これに対して比較例では、直流成分Vdc1に大きな振幅の交流成分が重畳してしまい、直流成分のみを検出することができない。このため、直流成分Vdc1がなくなるように電圧指令信号VCを調整することは困難になる。したがって、比較例では、コンデンサ40および抵抗素子41の時定数を1秒以上にする必要があり、交流電圧VACに発生した直流成分を瞬時に補正することはできない。
On the other hand, in the comparative example, an AC component having a large amplitude is superimposed on the DC component Vdc1, so that only the DC component cannot be detected. For this reason, it is difficult to adjust the voltage command signal VC so that the DC component Vdc1 is eliminated. Therefore, in the comparative example, the time constant of the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 インバータ、2 変圧器、2a 1次巻線、2b 2次巻線、2c 鉄心、3,3A,20 偏磁検出回路、4 制御回路、5 コンバータ、Q1〜Q4 トランジスタ、D1〜D4 ダイオード、L1 リアクトル、C1,33,40 コンデンサ、10 電圧検出器、11 積分器、12,12A,12B 位相検出器、13 サンプリング回路、14 直流成分検出器、15,15A 電圧指令部、16 制御信号発生部、21 正弦波発生器、22 偏差検出器、30 絶縁アンプ、31 積分回路、32,36,37,41,45〜47 抵抗素子、34,38 反転増幅器、35 反転増幅回路、39 直流カット回路、42 非反転回路、43 加算回路、51 バッテリ、52 負荷、53 商用交流電源。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記インバータの出力電圧を受けて負荷に交流電圧を与える変圧器と、
前記インバータの出力電圧を積分する積分器と、
前記インバータの出力電圧に同期して動作し、前記インバータの出力電圧の一周期当たりN回、前記積分器の出力信号をサンプリングするサンプリング回路と、
前記サンプリング回路によってサンプリングされた信号と基準値との差を前記積分器の出力信号の直流成分として検出する直流成分検出器と、
前記直流成分検出器によって検出された直流成分を受け、受けた直流成分がなくなるように前記インバータの出力電圧の波形を制御する制御回路とを備え、Nは自然数である、電力変換器。 An inverter that converts DC voltage to AC voltage;
A transformer for receiving an output voltage of the inverter and applying an AC voltage to a load;
An integrator for integrating the output voltage of the inverter;
A sampling circuit that operates in synchronization with the output voltage of the inverter and samples the output signal of the integrator N times per period of the output voltage of the inverter;
A DC component detector that detects a difference between a signal sampled by the sampling circuit and a reference value as a DC component of the output signal of the integrator;
A power converter that receives a direct current component detected by the direct current component detector and controls a waveform of an output voltage of the inverter so that the received direct current component disappears, and N is a natural number.
前記インバータの出力電圧の位相角度は0度から360度まで変化し、
前記サンプリング回路は、前記位相検出器によって検出された位相角度が予め定められた第1〜第Nの角度のうちのいずれかの角度になる度に前記積分器の出力信号をサンプリングする、請求項1に記載の電力変換器。 And a phase detector for detecting a phase angle of the output voltage of the inverter,
The phase angle of the output voltage of the inverter varies from 0 degrees to 360 degrees,
The sampling circuit samples the output signal of the integrator every time the phase angle detected by the phase detector reaches any one of predetermined first to Nth angles. The power converter according to 1.
前記予め定められた第1の角度は0度である、請求項2に記載の電力変換器。 N is 1,
The power converter according to claim 2, wherein the predetermined first angle is 0 degree.
前記予め定められた第1の角度は180度である、請求項2に記載の電力変換器。 N is 1,
The power converter according to claim 2, wherein the predetermined first angle is 180 degrees.
前記予め定められた第1および第2の角度はそれぞれ0度および180度であり、
前記直流成分検出器は、前記第1の角度において前記サンプリング回路によってサンプリングされた信号と第1の基準値との差を前記第1の角度における前記積分器の出力信号の直流成分として検出し、前記第2の角度において前記サンプリング回路によってサンプリングされた信号と第2の基準値との差を前記第2の角度における前記積分器の出力信号の直流成分として検出する、請求項2に記載の電力変換器。 N is 2,
First and second angle, said predetermined than zero degrees and 180 degrees der respectively,
The DC component detector detects a difference between a signal sampled by the sampling circuit at the first angle and a first reference value as a DC component of the output signal of the integrator at the first angle; The power according to claim 2, wherein a difference between a signal sampled by the sampling circuit at the second angle and a second reference value is detected as a DC component of the output signal of the integrator at the second angle. converter.
前記積分器は前記電圧検出器の出力信号を積分し、
前記サンプリング回路は、前記電圧検出器の出力信号に同期して動作し、前記電圧検出器の出力信号の一周期当たりN回、前記積分器の出力信号をサンプリングする、請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の電力変換器。 Furthermore, a voltage detector for detecting an instantaneous value of the output voltage of the inverter and outputting a signal indicating the detected value is provided.
The integrator integrates the output signal of the voltage detector;
6. The sampling circuit operates in synchronization with an output signal of the voltage detector, and samples the output signal of the integrator N times per cycle of the output signal of the voltage detector. The power converter according to any one of the above.
正弦波状の電圧指令信号を生成する電圧指令部と、
前記電圧指令信号に従って前記インバータの出力電圧の波形を制御するための制御信号を生成する信号発生部とを含み、
前記電圧指令部は、前記直流成分検出器によって検出された直流成分を受け、受けた直流成分がなくなるように前記電圧指令信号の波形を制御する、請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の電力変換器。 The control circuit includes:
A voltage command unit for generating a sinusoidal voltage command signal;
A signal generation unit that generates a control signal for controlling the waveform of the output voltage of the inverter according to the voltage command signal;
The voltage command unit receives a DC component detected by the DC component detector, and controls the waveform of the voltage command signal so that the received DC component disappears. The power converter according to item.
前記交流電源から交流電力が供給されている通常時は、前記コンバータから出力される直流電圧が前記インバータによって交流電圧に変換されるとともに、前記コンバータによって生成された直流電力が電力貯蔵装置に蓄えられ、
前記交流電源からの交流電力の供給が停止された停電時は、前記コンバータの運転が停止されるとともに、前記電力貯蔵装置の直流電圧が前記インバータによって交流電圧に変換される、請求項1から請求項9までのいずれか1項に記載の電力変換器。 Furthermore, the converter which converts the alternating current power supplied from alternating current power source into direct current power is provided,
During normal times when AC power is supplied from the AC power source, DC voltage output from the converter is converted into AC voltage by the inverter, and DC power generated by the converter is stored in a power storage device. ,
At the time of a power failure in which supply of AC power from the AC power supply is stopped, the operation of the converter is stopped, and the DC voltage of the power storage device is converted into AC voltage by the inverter. Item 10. The power converter according to any one of Items 9 to 9 .
前記第2の基準値は、前記第2の角度において前記サンプリング回路によってサンプリングされた信号が低下する前の期間の正のピーク値である、請求項5に記載の電力変換器。The power converter according to claim 5, wherein the second reference value is a positive peak value in a period before a signal sampled by the sampling circuit at the second angle decreases.
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