JPH0126273B2 - - Google Patents

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JPH0126273B2
JPH0126273B2 JP57105747A JP10574782A JPH0126273B2 JP H0126273 B2 JPH0126273 B2 JP H0126273B2 JP 57105747 A JP57105747 A JP 57105747A JP 10574782 A JP10574782 A JP 10574782A JP H0126273 B2 JPH0126273 B2 JP H0126273B2
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voltage
pwm converter
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phase
input
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Toshiaki Okuyama
Yuzuru Kubota
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/145Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
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    • H02M7/1557Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only with control circuit with automatic control of the output voltage or current
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は交流電源電圧を直流電圧に変換する
PWM変換器の制御装置に関する。
トランジスタやゲートターンオフサイリスタな
どの自己消弧素子をグレーツ結線したPWM変換
器は周知のところである。PWM変換器の交流入
力端をリアクトルを介して交流電源に接続し、交
流電源電圧を基準にして交流入力電圧の大きさと
位相を瞬時制御すると入力電流の大きさと位相を
制御できる。それ故、PWM変換器が交流電源か
ら供給される有効電力を任意に調節することがで
きる。有効電力はPWM変換器によつて直流電力
に変換されるため、直流出力電圧(電流)を所望
値に制御することができることになる。
ところで、PWM変換器を構成する自己消弧素
子にはそれぞれ帰還用のダイオードが逆並列接続
されている。PWM変換器のパルス幅変調制御を
行うためには、直流出力電圧を交流電源電圧のダ
イオード整流電圧より大きくしなければならな
い。何故ならば、直流電圧が交流電源電圧のダイ
オード整流電圧より低くすると、PWM変換器の
帰還用ダイオードによつて直流電力が供給される
ようになり、パルス幅変調制御が不能になるから
である。
一方、PWM変換器の直流側に接続される負荷
によつては直流電圧が交流電源電圧のダイオード
整流電圧相当あるいはそれ以下であることを要求
される。負荷がインバータの場合、素子の電圧破
壊を防止するために必要となる。
このように、PWM変換器を順変換器として用
いた場合、直流電圧を交流電源電圧のダイオード
整流電圧相当にすることが強く要望されている。
本発明は上記点に対処して成されたもので、そ
の目的とするところはPWM変換器の直流側電圧
を交流電源電圧のダイオード整流電圧以下にでき
るPWM変換器の制御装置を提供することにあ
る。
本発明の特徴とするところは交流電源の力率が
低下するように電源電圧に対するPWM変換器の
交流入力電流の位相を制御することによつて交流
電源電圧に対しPWM変換器の交流入力電圧が低
くなるようにしたことにある。
第1図に本発明の一実施例を示す。
第1図において、PWM変換器1はリアクトル
Lを介して交流電源ACに接続される。PWM変
換器1は第2図に示すように、ゲートターンオフ
サイリスタGTOをグレーツ結線し、各GTOに帰
還ダイオードFDが逆並列接続される構成となつ
ている。PWM変換器1の直流出力端子間には負
荷11と平滑コンデンサCが接続される。コンデ
ンサCの両端電圧(PWM変換器1の直流出力電
圧)は電圧検出器12で検出される。変換器1の
直流出力電圧の大きさを設定する電圧設定回路2
の設定値VSと電圧検出器12で検出した実際値
VOは電圧比較器3に図示の極性で加えられる。
電圧比較器3の電圧偏差信号ΔVは極性判別回路
6と電流指令回路7に与えられる。交流電源AC
の交流電源電圧Eは変圧器4で検出され、移相器
5に加えられる。移相器5は交流電源電圧Eを極
性判別回路6の極性信号SPの極性によつて一定角
度だけ移相した移相交流電源電圧信号のSEを電流
指令回路7に与える。電流指令回路7は移相交流
電源電圧信号SEと電圧偏差信号ΔVを掛算した電
流指令信号IP(変換器1の交流入力電流の瞬時値
指令)を比較器9に図示の極性で与える。変換器
1の交流入力電流Iは変流器8で検出される。比
較器9はヒステリシス特性を有するもので、電流
指令信号IPと検出値Iの偏差によつてPWM信号
を発生しゲート回路10に加える。
なお、第1図は1相分のみを示しており、7〜
10は他の2相分必要であるが図示を省略してい
る。
次に、第1図の動作を説明する前に本発明の理
解を容易にするためPWM変換器の変換動作の原
理を説明する。
第4図は交流電源ACと変換器1とを簡略化し
て示したもので、Eは交流電源電圧、Vは変換器
1の交流入力電圧およびIは交流入力電流を示
す。
第5図は電圧E,Vと電流Iの関係を示すベク
トル図で、同図aは順変換動作の場合を示し、同
図bは逆変換動作の場合を示す。
第4図から理解できるよう交流入力電圧Vの大
きさと位相を電圧Eを基準にして変化させるとリ
アクトルXに印加される電圧が変化する。その結
果、交流入力電流Iの大きさと位相が調節され
る。第5図は変換器1が力率1.0の運転を行う場
合を示している。図示のように電流Iが電源電圧
Eに同位相(または逆位相)となるよう制御する
ことにより、電源力率1.0の運動が行える。しか
し、その際、入力電圧Vの大きさはリアクトルの
電圧降下XIによつて電源電圧Eより大きくなる。
一方、PWM変換器1は正側と負側のGTOが
交互に導通するものであり、変換器1の交流入力
端には直流電圧の正側、負側電圧が交互に現われ
る。正負の比率はPWM信号に基づき連続的に変
化するので、交流入力電圧Vの基本波は正弦波状
に制御される。このように、交流入力電圧Vは直
流電圧をパルス幅制御して得られるものであるた
め、入力電圧Vの基本波の最大値は直流電圧によ
り制限される。換言すると、直流電圧が不足の場
合は前述したPWM信号に基づく動作を行えず入
力電圧Vを所定値に制御することができなくな
る。そして、電源力率1.0の運転においては入力
電圧Vが電流Iの大きさに比例して上昇すること
から、直流電圧はそれを見込んで高く設定する必
要がある。
第6図は本発明のベクトル図で、aは順変換動
作、bは逆変換動作の場合である。
第6図から明らかなように、順変換動作の場合
は電流Iを電圧Eに対して0<||<90゜の範
囲で遅れ位相にすることにより、また、逆変換動
作の場合は90゜<||<180゜の範囲で遅れ位相
に制御することにより交流入力電圧Vの大きさは
リアクトルLの電圧降下XIによつて交流電源電
圧Eより低下する。したがつて、直流電圧を電源
電圧Eのダイオード整流電圧より小さくすること
ができる。
以上が本発明の原理であり、この原理を実現す
るための第1図に示す実施例の動作を説明する。
さて、電圧設定回路2の設定値VSと電圧検出
器12で検出した実際値VOは電圧比較器3で比
較される。電圧比較器3の電圧偏差信号ΔVは極
性判別回路6と電流指令回路7に与えられる。
PWM変換器1は電圧偏差信号ΔVが正極性の
とき順変換動作を行い、負極性のとき逆変換動作
を行う。極性判別回路6は電圧偏差信号ΔVの極
性を判別し極性信号SPを移相器5に与える。移相
器5は極性信号SPに応じて変圧器4で検出した交
流電源電圧Eを一定角度だけ移相した移送正弦波
信号SEを出力する。具体的には第3図に示す如く
電圧偏差信号ΔVが正極性のときは一定角度だ
け遅らせ、負極性のときは一定角度だけ進み位
相にする。角度は0゜<<90゜の範囲に選定さ
れる。電流指令回路7は移相正弦波信号SEと電圧
偏差信号ΔVとを掛算し電流指令信号IPを発生す
る。電流指令信号IPと変流器8で検出した交流入
力電流Iを比較器9で比較し、比較器9から
PWM信号が得られる。PWM変換器1を比較器
9のPWM信号に基づき点弧制御することにより
交流入力電流Iの大きさと位相を電流指令信号IP
と一致するように制御される。
このようにしてPWM変換器1の制御を行うの
であるが、交流入力電流Iは電流指令信号IPに比
例するようその瞬時値が制御される。したがつ
て、変換器1が順変換動作を行つているときは第
6図aのように交流入力電流Iは交流電源電圧E
に対し角度だけ遅れ位相に制御される。また、
逆変換動作の場合、移相器5は移相正弦波信号SE
を交流電源電圧Eに対し角度だけ進み位相にす
る。しかし、電圧偏差信号ΔVが負極性のため、
電流指令信号IPは移相正弦波信号SEと逆位相にな
る。逆変換動作の場合は第6図bに示す如く交流
入力電流Iは交流電源電圧に対し(π−)だけ
遅れ位相になる。その結果、PWM変換器1の順
変換動作および逆変換動作のいずれかの場合にも
交流入力電圧Vの大きさを交流電源電圧Eのダイ
オード整流電圧より小さくできる。結局、PWM
変換器1の直流側電圧を交流電源電圧Eのダイオ
ード整流電圧より小さくできる。
以上のように、PWM変換器の交流入力電圧を
交流電源電圧のダイオード整流電圧より小さくで
きるので変換器の直流出力電圧を交流電源電圧の
ダイオード整流電圧を小さくすることが可能とな
る。その結果、変換器の直流出力電圧を負荷の要
求する電圧に設定することができる。
また、第1図の実施例において、移相器5は一
定角度だけ移相するだけであり、一次遅れ回路で
よく簡単な構成で行える。
第7図に本発明の他の実施例を示す。
第7図は交流入力電圧Vが交流入力電流Iの大
きさに拘らず一定に保つようにしたものである。
第7図において第1図を異なるところは電圧比
較器3の電圧偏差信号ΔVを移相器15に直接加
えるようにしたことである。
移相器15は第9図のように、電圧偏差信号
ΔVの大きさに比例して移相角を変化させる移
相特性のものである。
交流入力電圧Vが交流入力電流Iの大きさに関
係なく一定にするためには第8図のベクトル図か
ら明らかなように次式に従い移相角を変えるこ
とにより行える。
=sin-1XI/2E ………(1) (1)式においてリアクトルLのリアクタンス値X
および交流電源電圧Eは一定であり、移相角は
sin-1Iで決定される。電流Iの大きさは電圧偏差
信号ΔVによつて制御される。したがつて、移相
器15に電圧偏差信号ΔVを与え第9図に示すよ
うな関係で移相角を連続的に変化させることに
より電圧Vの大きさは第8図の点線で示す軌跡上
を変化するようになり、常に一定にできる。
第7図の実施例においても交流入力電圧を小さ
くできると共に、軽負荷時には第1図の場合より
移相角を小さくすることが可能であり力率の良
い運転を行える。
以上説明したように本発明によれば、PWM変
換器の直流側電圧を交流電源電圧のダイオード整
流電圧よりも小さくすることが可能となる。その
結果として、負荷に印加する直流電圧の大きさを
負荷の耐圧に応じて任意に設定できる。
なお、上述の実施例は電流指令信号と交流入力
電流を比較した電流偏差でPWM信号を得ている
が、電流偏差信号に基づいて得られる電圧指令信
号(変調波)と三角波の搬送波を比較してPWM
信号を得るものであつても同様にして行えるのは
勿論である。
また、PWM変換器はトランジスタとダイオー
ドで構成されるものでもよいことは明らかなこと
である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す構成図、第2
図はPWM変換器の詳細回路、第3図は第1図の
移相器の特性図、第4図は本発明の原理を説明す
るための簡略構成図、第5図、第6図は本発明の
原理を説明するためのベクトル図、第7図は本発
明の他の実施例を示す構成図、第8図は第7図の
動作を説明するためのベクトル図、第9図は第7
図の移相器の特性図である。 1……PWM変換器、2……電圧設定回路、3
……電圧比較器、5……移相器、6……極性判別
回路、7……電流指令回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 交流側端子がインダクタンス要素を介して交
    流電源に接続され、交流入力電圧を直流電圧に変
    換するPWM変換器と、該PWM変換器の直流出
    力端子間に接続されるコンデンサと、前記直流電
    圧を検出し設定値となるように制御する電圧制御
    手段と、前記交流電源の電源電圧に対し前記
    PWM変換器の交流入力電圧が低くなるように前
    記PWM変換器の交流入力電流の位相を制御する
    力率制御手段とを具備し、該力率制御手段は前記
    交流電源の力率が低下するように前記電源電圧に
    対する前記PWM変換器の交流入力電流の位相を
    制御することを特徴とするPWM変換器の制御装
    置。 2 特許請求の範囲第1項において、前記力率制
    御手段は前記電源電圧に対し前記PWM変換器の
    交流入力電流を一定角度だけ移相制御するように
    したことを特徴とするPWM変換器の制御装置。 3 特許請求の範囲第1項において、前記力率制
    御手段は前記電源電圧に対し前記PWM変換器の
    交流入力電流を直流電圧設定値と電圧検出値の電
    圧偏差の大きさに応じた角度だけ移相制御するよ
    うにしたことを特徴とするPWM変換器の制御装
    置。
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