JPH01243853A

JPH01243853A - 電力変換装置

Info

Publication number: JPH01243853A
Application number: JP6960788A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Hosoda; 細田　博美
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-03-25
Filing date: 1988-03-25
Publication date: 1989-09-28

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、商用交流電源から受電して、任意の周波数を
有する交流に変換する電力変換装置に係り、特にその入
力及び出力の高調波低減技術に関する。

（従来の技術）従来の電力変換装置について図面を用いて説明する。

第８図に示すように、商用交流電源１を電力変換装置２
に入力して、可変周波数の交流を出方する。これは電力
変換装置の構成により、サイリスクインバータやサイク
ロコンバータ等いろいろな方式がある。これらの電力変
換装置はスイッチング周波数が比較的低く、このため、
出力電流は基本波以外の高調波を含む。高調波の少ない
ものとしては、ＧＴＲやＧＴＯなどの素子を用いたもの
がある。

また、従来の大容量電力変換装置では、一般に電源高調
波の問題と負荷側より高調波についての制約がある。

電源高調波については、電源に高調波フィルタを入れて
、これを吸収することが行われている。

さらに、最近では、アクティブフィルタにより、いろい
ろな周波数成分を吸収することも行われている。

負荷側からの制約として、電動機のドライブ装置では電
動機と負荷である機械をつなぐ軸が長く、その共振周波
数とドライブ装置の高調波の周波数が一致する場合があ
る。このような場合には、共振をさけるため、この周波
数での運転を制限したす、高調波の少ない制御装置を用
いる。

（発明が解決しようとする課題）上記従来の電力変換装置においては、交流電動機の可変
速制御に用いると、負荷電流に含まれる高調波によりト
ルクリップルが発生し、軸共振等の問題が生ずることが
あった。また、高調波の少ない電力変換装置もあるが、
これは、装置のコストも゛高く、変換効率が低いという
問題点があった。

さらに、電源高調波を発生する問題点があった。

また、電源側に高調波が発生するため、系統の電圧が歪
み他の機器に影響を及ぼすことがあった。

従って１本発明は電力変換装置の負荷電流の高調波を除
去することにより、軸共振等の問題がなく、電源高調波
が少なく、かつ、変換効率の良い電力変換装置を提供し
、かつ、電源側の高調波も低減し電圧歪を少なくするこ
とを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）よって、上記目的を達成するために、本発明は、第１図
に示すように、商用交流電源１からの電力を入力し、任
意の周波数を有する交流電力に変換する第１の電力変換
手段２と、この第１の電力変換手段２の出力交流３の電
流を検出する第１の電流検出手段４Ａと、この第１の電
流検出手段４Ａからの出力信号を入力し、フィルタ処理
を行い第１の電力変換手段２の交流出力３の基本波成分
及び所望の周波数成分を除去した高調波信号を検出す８
第１の高調波検出手段５Ａと、第１の電力変換手段２の
出力側に接続される第２の電力変換手段６Ａと。

第１の高調波検出手段５Ａからの出力信号を基準信号と
して、この信号に相当する電流を吸収するよう制御する
第１の制御手段Ａと、第１の電力変換手段２の入力電流
を検出する第２の電流検出手段４Ｂと、この第２の電流
検出手段４Ｂからの出力信号を入力し、フィルタ処理を
行い第１の電力変換手段２の交流入力の基本波成分及び
所望の周波数成分を除去した高調波信号を検出する第２
の高調波検出手段５Ｂと、第１の電力変換手段２の入力
側に接続され、第２の電力変換手段６Ａと相互に電力変
換する第３の電力変換手段６Ｂと、第２の高調波検出手
段５Ｂからの出力信号を基準信号として、この信号に相
当する電流を吸収するよう制御する第２の制御手段Ｂと
を備えた電力変換装置を提供する。

（作　用）このように構成されたものにおいては、第２の電力変換
手段により第１の電力変換手段の出力する電流から、所
定の周波数成分の電流を吸収して、負荷電流からその周
波数成分が少なくなるようにすることができる。このた
め第１と第２の電力変換手段の組合せにより、出力電流
の高調波を低減した電力変換装置を得ることができる。

なお、吸収しなくても良い成分を除去するのは、第２の
電力変換手段の容景を少なくするためである。

また、第３の電力変換手段により第１の電力変換手段の
出力する電流のうちから所定の周波数成分の電流を吸収
して、電源電流からその周波数成分が少なくなるように
することができる。このため第１と第３の電力変換手段
の組合せにより、出力電流の高調波を低減した電力変換
装置を得ることができろ。なお、吸収しなくても良い成
分を除去するのは、第３の電力変換手段の容量を少なく
するためである。

（実施例）以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第２図に示すように、商用交流電源１を第１の電力変換
装置２に入力して、可変周波数の交流３を出力する。

交流３の電流は電流検出手段４Ａを介して検出され、こ
の電流検出手段４Ａからの電流信号７Ａはフィルタ８Ａ
を介して信号９Ａとして検出される。この信号９Ａを基
に基本波成分除去回路１０Ａにより基本波成分を減算し
て高調波信号１１Ａを求める。これから、吸収しなくて
よい周波数成分の信号１２Ａを減算して、吸収すべき高
調波信号１３Ａを求める。この信号１３Ａは電流基準と
して、第２の電力変換装置６Ａの電流制御手段１４Ａに
入力される。第２の電力変換装置６Ａは、これを基準と
して、可変周波数の交流１５Ａの電流を制御する。

次に第３図に示すように、交流３の電流は、電流検出手
段４Ｂを介して検出され、この電流検出手段４Ｂからの
電流信号７Ｂはフィルタ８Ｂを介して信号９Ｂとして検
出される。この信号９Ｂを基に基本波成分除去回路１０
Ｂにより基本波成分を減算して高調波信号１１Ｂを求め
る。これから、吸収しなくてよい周波数成分の信号１２
Ｂを減算して、吸収すべき高調波信号１３Ｂを求める。

この信号１３Ｂは電流基準として、第３の電力変換装置
６Ｂの電流制御手段１４Ｂに入力される。第３の電力変
換装置６Ｂは、これを基準として、可変周波数の交流１
５Ｂの電流を制御する。

１２Ａあるいは１２Ｂには、第２、第３の電力変換装置
の直流電圧を所定の値にする信号を入力してこの電圧制
御を行う。

以上のように構成されたものにおいては、第１の電力変
換袋ｒｙｉ２の出力である交流３の電流を検出する電流
検出手段４Ａにより検出した電流信号７Ａをフィルタ８
Ａに入力する。ここで、ベクトル分解して、信号９Ａを
検出する。この信号９Ａから基本波成分信号を減算して
高調波信号１１Ａを求める。これから、吸収しなくてよ
い周波数成分の信号１２Ａを除去して、吸収すべき高調
波信号１３Ａを求める。

この信号１３Ａを電流基準として、第２の電力変換装置
６Ａの電流制御を行うことにより、第２の電力変換装置
６Ａにより第１の電力変換装置２の出力する電流のうち
から所定の周波数成分の電流を吸収して、負荷電流から
その周波数成分が少なくなるようにすることができる。

同様にして、第１の電力変換装置２の入力である商用交
流１の電流を検出する電流検出手段４Ｂにより検出した
電流信号７Ｂをフィルタ８Ｂに入力する。

ここで、ベクトル分解して、信号９Ｂを検出する。

この信号９Ｂから基本波成分信号を減算して高調波信号
１１Ｂを求める。これから、吸収しなくてよい周波数成
分の信号１２Ｂを除去して、吸収すべき高調波信号１３
Ｂを求める。この信号１３Ｂを電流基準として、第３の
電力変換装置６Ｂの電流制御を行うことにより、第３の
電力変換袋［６Ｂにより第１の電力変換装置２の出力す
る電流のうちから所定の周波数成分の電流を吸収して、
負荷電流からその周波数成分が少なくなるようにするこ
とができる。

さらに、第４図を用いて、動作について詳細に説明する
。

交流３の電流（ｉａｃ）を基本波成分（ｉｋ）と高調波
成分（ｉｈ）の和で表す。

ｉａｃ　＝　ｉｋ　＋　ｉｈ　　　　　　・・・・・・
・・・■第２の電力変換装置６Ａの吸収する電流を（ｉ
ｆ（ｉｔ）とすると、負荷電流（ｉｆｆ）は０式で表さ
れる。

以上により、電力変換装置の出力電流の、高調波を低減
した電力変換装置を得ることができる。

１Ｑ＝ｉａｃ−１ｆＩｌｔ＝　ｉｋ　＋　ｉｈ　−ｉｎ！ｔ　　　　・・・・・・
・・・■本実施例では、ｉｈ相当の電流基準を演算して
、第２の電力変換装置６Ａの電流を制御しており、ｉｈ
と１ｆＱｔはほぼ等しい。よって、負荷電流１１１１に
は、基本波電流がながれる。

ここでは省略したが、第２の電力変換袋［６Ａの電流基
準を求めるときに、基本波以外の成分を除去するときは
、その成分が、負荷電流に残ることになるのは言うまで
もないことである。

同様に、第１の電力変換装置２の入力交流１７の電流（
ｉａｃ２）を基本波成分（ｉｋ２）と高調波成分（ｉｈ
２）の和で表す。

１ａｃ２＝ｉｋ２＋ｉｈ２　　　　−・−−−−−−−
■第３の電力変換装置６Ｂの吸収する電流を（ｉｆＱｔ
２）とすると、電源電流（ｉＱ２）はに）式で表される
。

以上により、電力変換装置の入力電流の、高調波を低減
した電力変換装置を得ることができる。

ｉＱ２　＝　１ａｃ２−１ｆＱｔ２＝ｉｋ２＋１ｈ２−ｉｆ１２ｔ２　　・・・・・・・・
・（イ）本実施例ではｉｈ２相当の電流基準を演算して
。

第３の電力変換装置６Ｂの電流を制御しており、ｉｈ２
と１ｆＱｔ２はほぼ等しい。よって、電源電流ｉＡ２に
は、基本波電流がながれる。

ここでは省略したが、第３の電力変換装置Ｗ６Ｂの電流
基準を求めるときに、基本波以外の成分を除去するとき
は、その成分が、電源電流に残ることになるのは言うま
でもないことである。

以上述へたように、本実施例によれば、電力変換装置の
出力電流に含まれる周波数成分のうち、所定のものを除
去できるので、機械系と共振することのない電力変換装
置を得ることができる。また、負荷に供給する基本波は
第１の電力変換装置２が分担し、第２の電力変換装置６
Ａは、高調波用で比較的小容量でよく、このためにシス
テム全体としては、高効率を維持できる。

同時に、電力変換装置の電源電流に含まれる周波数成分
のうち、所定のものを除去できるので、高調波の少ない
電力変換装置を得ることができる。

また、負荷に供給する基本波は第１の電力変換袋に２が
分担し、第３の電力変換装置６Ａは、高調波用で比較的
小容量でよく、このためにシステム全体としては、高効
率を維持できる。

次に、本発明の他の実施例を図面を用いて説明する。

第５図に示すように、本実施例は、第２．第３の電力変
換装置のロスを供給するための整流回路を付けたもので
ある。先の実施例では説明を省いたが、第２、第３の電
力変換装置のロス分は、可変交流３からとってもよいし
、商用電源１からとっても良いが、このように別に整流
回路等で供給しても良い。

次に、第６図に他の実施例を示す。

本実施例は、第２、第３の電力変換装置として、ＧＴＯ
を用いたもので、適用したものだが、電流制御可能なも
のならば、本発明は、第２、第３の電力変換装置の構成
にはよらずに適用できる。

さらに、本発明の他の実施例を第７図に示す。

本実施例は、この電力変換装置の負荷の一例として、誘
導電動Ｉａ２１を用いた用途に適用したものだが電ｖＪ
機の種類に関わらず、本発明を適用できる。

第２、第３の電力変換装置は、その制御性能を向上させ
るために、多重構成として、見かけ上のスイッチング周
波数を上げても１本発明の効果は得られる。

〔発明の、効果〕

本発明によれば、電力変換装置の出力電流に含まれる周
波数成分のうち、所定のものを除去できるので１機械系
と共振することのない電力変換装置を得ることができる
。また、機械系の共振に限らず、その他の高調波に関す
る問題についても。

抑制できる。また、負荷に供給する基本波は第１の電力
変換装置が分担し、第２の電力変換装置は、高調波用で
比１絞的小容量でよく、このためにシステム全体として
は、高効率を維持できる。

また、負荷に供給する基本波は第１の電力変換装置が分
担し、第３の電力変換装置は、高調波用で比較的小容量
でよく、このためシステム全体としては、高効率を維持
できる。

第４図は、本発明の一実施例を示す概要構成図、第５図
乃至第７図は、本発明の他の実施例を示す概要構成図、
第８図は、従来の電力変換装置を示す概要構成図である
。

１・・・商用電源　　　　　２・・・電力変換装置３・
・・可変周波数交流　　４Ａ、　４Ｂ・・・電流検出手
段５Ａ、　５Ｂ・・・高調波検出回路６Ａ、　６Ｂ・・・第２の電力変換装置７Ａ、　７Ｂ・
・・電流信号　　　８Ａ、　８Ｂ・・・フィルタ９Ａ、
　９［３・・・信号１０Ａ、　ＩＯＢ・・・基本波成分除去回路１１Ａ、　
ＩＩＢ・・・高調波信号　１２Ａ、　１２Ｂ・・・信号
１３Ａ、　１３Ｂ・・・高調波信号　１４Ａ、　１４Ｂ
・・・電流制御手段２０Ａ、　２０１３・・・ＧＴＯ変
換器２１・・・整流回路　　　　　２２・・・誘導電動
機代理人　弁理士　則　近　憲　佑同　　　　第子丸　　　健第１図第２図Ｂ第３図第６図第７図

Claims

【特許請求の範囲】

商用交流電源からの電力を入力し、任意の周波数を有す
る交流電力に変換する第１の電力変換手段と、この第１
の電力変換手段の出力電流を検出する第１の電流検出手
段と、この第１の電流検出手段からの出力信号を入力し
、フィルタ処理を行い前記第１の電力変換手段の交流出
力の基本波成分及び所望の周波数成分を除去した高調波
信号を検出する第１の高調波検出手段と、前記第１の電
力変換手段の出力側に接続される第２の電力変換手段と
、前記第１の高調波検出手段からの出力信号を基準信号
として、この信号に相当する電流を吸収するよう制御す
る第１の制御手段と、前記第１の電力変換手段の入力電
流を検出する第２の電流検出手段と、この第２の電流検
出手段からの出力信号を入力し、フィルタ処理を行い前
記第１の電力変換手段の交流入力の基本波成分及び所望
の周波数成分を除去した高調波信号を検出する第２の高
調波検出手段と、前記第１の電力変換手段の入力側に接
続され、前記第２の電力変換手段と相互に電力変換する
第３の電力変換手段と、前記第２の高調波検出手段から
の出力信号を基準信号として、この信号に相当する電流
を吸収するよう制御する第２の制御手段とを具備したこ
とを特徴とする電力変換装置。