JPH0199480A - Control device for pwm converter - Google Patents

Control device for pwm converter

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JPH0199480A
JPH0199480A JP62253691A JP25369187A JPH0199480A JP H0199480 A JPH0199480 A JP H0199480A JP 62253691 A JP62253691 A JP 62253691A JP 25369187 A JP25369187 A JP 25369187A JP H0199480 A JPH0199480 A JP H0199480A
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converter
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Wataru Miyake
亙 三宅
Toshihiko Ishida
俊彦 石田
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Hitachi Ltd
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Abstract

PURPOSE:To eliminate overcurrent, by setting up another smaller current detection level in addition to an overcurrent detection level, with which the switching elements of a PWM converter is turned off. CONSTITUTION:In a main circuit constitution a transformer 1 is connected to the AC side of a PWM converter 3 through an AC reactor 2, while a DC capacitor 4 and a load 5 are connected in parallel to the DC side. The PWM converter 3 is composed of switching elements 31-34 and rectifying devices 35-38. A control device serves a DC voltage control function and a phase control function. It is composed of a voltage regulator 7, a current regulator 16, a phase detector 10, a phase regulator 12, etc., and quipped with a coordinate converter 13 and a pulse width modulator 14. When the AC current gets above the overcurrent setting level, a gate-off command and a breaker starting command are outputted. The current detection setting level of a current limiter 19 is set up lower than the overcurrent setting level and the limiter 19 actuates first to set an FF 20.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電力変換器の制御装置に係り、特に鉄道車両用
に好適な電力変換器の制御装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a power converter control device, and particularly to a power converter control device suitable for use in railway vehicles.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の交流鉄道車両用PWMコンバータの制御装置は、
昭和62年電気学会全国大会講演論文集[9]  (1
9g 7年)第1099頁から1100頁に記載のよう
に、電圧調節器、電流調節器2位相調節器などから構成
されていた。電圧調節器は、直流電圧の目標値と帰還値
を比較演算し、交流電流の目標値を出力する。そして、
この目標値に対して電流調節器が交流電流を帰還制御す
る。一方、位相調節器は交流電圧と電流の位相差、すな
わち力率角を制御する。通常は位相差が零度(力率1)
になるようにしている。
The conventional PWM converter control device for AC railway vehicles is
Proceedings of the 1986 National Conference of the Institute of Electrical Engineers of Japan [9] (1
9g 7) As described on pages 1099 to 1100, it consisted of a voltage regulator, current regulator, two-phase regulator, etc. The voltage regulator compares and calculates a target value of DC voltage and a feedback value, and outputs a target value of AC current. and,
A current regulator performs feedback control of the alternating current with respect to this target value. On the other hand, the phase adjuster controls the phase difference between the AC voltage and current, that is, the power factor angle. Usually the phase difference is 0 degrees (power factor 1)
I'm trying to make it happen.

この文献では明らかではないが、保護機能の一つとして
、交流電流が所定の過電流設定値に達した場合、PWM
コンバータを構成するスイッチング素子をターンオフす
ると同時に、電源側の遮断器を開くなどの保護動作を行
っている。
Although it is not clear in this document, as one of the protection functions, when the alternating current reaches a predetermined overcurrent setting value, PWM
At the same time as turning off the switching elements that make up the converter, it also performs protective operations such as opening the circuit breaker on the power supply side.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上記従来技術は、過電流検出器が動作した場合、運転手
のリセット操作が行われるまでPWMコンバータの運転
が停止するばかりでなく、変圧器が直流偏磁を起こした
ことに起因して起動時に過電流に至る場合には、PWM
コンバータの起動が不可能になるという問題があった。
In the above conventional technology, when the overcurrent detector is activated, not only does the operation of the PWM converter stop until the driver performs a reset operation, but also the operation of the PWM converter is stopped at startup due to DC bias in the transformer. In case of overcurrent, PWM
There was a problem that it became impossible to start the converter.

交流鉄道車両の変圧器の直流偏磁は、自軍あるいは他車
の電源投入時に流れる突入電流等によって引き起こされ
ることが知られている。
It is known that DC bias in the transformer of an AC railway vehicle is caused by an inrush current flowing when the power of one's own vehicle or another vehicle is turned on.

第3図に示すPWMコンバータの主回路においては、交
流リアクトル2は、機器の小形軽量化のため、変換器の
漏れインピーダンスを利用することが多い。直流偏磁が
起きた場合、電源電圧が正から負、あるいは負から正に
、極性が変化する付近で変圧器の鉄心が飽和する。その
ため、交流リアクトル2のインダクタンスは空心リアク
トル相当の値まで小さくなる。
In the main circuit of the PWM converter shown in FIG. 3, the AC reactor 2 often utilizes the leakage impedance of the converter in order to reduce the size and weight of the device. When DC bias occurs, the transformer core saturates near the point where the power supply voltage changes polarity from positive to negative or from negative to positive. Therefore, the inductance of the AC reactor 2 is reduced to a value equivalent to that of an air-core reactor.

交流リアクトル2のインダクタンスが小さくなった場合
、交流電流の変化率が増大するため、リプルが大きくな
り過電流に至ることもある。このときの各部の電圧、電
流の概略波形を第4図に示す。
When the inductance of the AC reactor 2 becomes small, the rate of change of the AC current increases, which may increase the ripple and lead to overcurrent. FIG. 4 shows schematic waveforms of voltage and current at each part at this time.

本発明の目的は、変圧器が直流偏磁を起こした場合でも
、過電流に至ることなくPWMコンバータの運転を継続
できるようにすることにある。
An object of the present invention is to enable a PWM converter to continue operating without overcurrent even if a transformer causes DC bias.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上詰目的は、交流電流の過電流検出レベルの他に、それ
より小さいもう一つの電流検出レベルを設け、このレベ
ルに達した場合はPWMコンバータを構成するスイッチ
ング素子をターンオフすることにより達成される。
The purpose of overloading is achieved by providing, in addition to the overcurrent detection level for alternating current, another current detection level smaller than the overcurrent detection level, and when this level is reached, the switching elements constituting the PWM converter are turned off. .

〔作用〕[Effect]

PWMコンバータを構成するスイッチング素子をターン
オフすれば、PWMコンバータは単なる全波整流ブリッ
ジと等価になり、交流リアクトル2に蓄えられたエネル
ギは直流コンデンサ4を充電する。このとき、直流電圧
が変圧器1の2次電圧以上であれば、交流電流は減衰す
るので過電流に至ることがない。なお、直流電流は、P
WMコンバータの運転時は、2次電圧の2倍程度に昇圧
しており、また、起動時においても、直流電圧はスイッ
チング素子の動作を待たずに整流素子を通して2次電圧
のピーク値まで充電される。
When the switching elements constituting the PWM converter are turned off, the PWM converter becomes equivalent to a simple full-wave rectifier bridge, and the energy stored in the AC reactor 2 charges the DC capacitor 4. At this time, if the DC voltage is higher than the secondary voltage of the transformer 1, the AC current is attenuated and no overcurrent occurs. Note that the direct current is P
When the WM converter is in operation, the voltage is increased to about twice the secondary voltage, and even at startup, the DC voltage is charged to the peak value of the secondary voltage through the rectifying element without waiting for the switching element to operate. Ru.

〔実施例〕〔Example〕

本発明の一実施例を第1図に示す6 主回路構成は、PWMコンバータ3の交流側に交流リア
クトル2を介して変圧器1が接続される。
An embodiment of the present invention is shown in FIG. 1. In the main circuit configuration, a transformer 1 is connected to the AC side of a PWM converter 3 via an AC reactor 2. As shown in FIG.

また、直流側には、直流コンデンサ4と負荷5が並列に
接続される。変圧器1の1次側には、遮断器17が接続
される。PWMコンバータはスイッチング素子31〜3
4および整流素子35〜38より構成される。
Further, on the DC side, a DC capacitor 4 and a load 5 are connected in parallel. A circuit breaker 17 is connected to the primary side of the transformer 1 . The PWM converter has switching elements 31 to 3
4 and rectifying elements 35 to 38.

制御装置は、主な機能として、直流電圧制御機能と位相
制御機能をもつ。
The main functions of the control device are a DC voltage control function and a phase control function.

電圧制御機能は、偏差を得るための加算器6、電圧調節
器7、そして、交流電流を制御するための加算器15お
よび電流調節器16から構成される。
The voltage control function consists of an adder 6 for obtaining a deviation, a voltage regulator 7, an adder 15 and a current regulator 16 for controlling the alternating current.

位相制御機能は、変圧器1の2次組圧esと交流電流i
sから、それらの位相差を検出する位相検出器10、位
相の偏差を得るための加算器11、および位相調節器1
2から構成される。
The phase control function is based on the secondary set pressure es of the transformer 1 and the alternating current i.
s, a phase detector 10 for detecting their phase difference, an adder 11 for obtaining a phase deviation, and a phase adjuster 1
Consists of 2.

その他、座標変換器13.パルス幅変調器14から成る
Others, coordinate converter 13. It consists of a pulse width modulator 14.

直流電圧の目標値Ed・と帰還値Edの偏差は、加算器
6から電圧調節器7に与えられる。電圧調節器7ではこ
の偏差を演算し、交流電流の目標値IsIを出力する。
The deviation between the target value Ed· of the DC voltage and the feedback value Ed is provided from the adder 6 to the voltage regulator 7. The voltage regulator 7 calculates this deviation and outputs the target value IsI of the alternating current.

電圧調節器7は、交流側から得る電力を調節することに
よって、直流電圧を制御する。
The voltage regulator 7 controls the DC voltage by adjusting the power obtained from the AC side.

電流調節器は、加算器15および電流調節器16が交流
電流を制御する。電流調節器16は、コンバータ入力電
圧eaの虚数成分Im[Eclをr力する。
As for the current regulator, an adder 15 and a current regulator 16 control the alternating current. Current regulator 16 outputs an imaginary component Im[Ecl of converter input voltage ea.

位相調節器12は、位相目標値φ中と位相検出器10で
検出した帰還値φの偏差を加算器11から与えられ、こ
れを演算してコンバータ入力電圧ecの実数成分Re[
Eclを出力する。
The phase adjuster 12 receives the deviation between the phase target value φ and the feedback value φ detected by the phase detector 10 from the adder 11, calculates this deviation, and calculates the real component Re[ of the converter input voltage ec.
Output Ecl.

電流調節器16および位相調節器12から、直流座標で
与えられたコンバータ入力電圧eaは、座標変換器13
により、極座標に変換され、更にパルス幅変調器14で
変調されてコンバータ3を運転する。
The converter input voltage ea given in DC coordinates from the current regulator 16 and the phase regulator 12 is transferred to the coordinate converter 13.
The signal is converted into polar coordinates and further modulated by the pulse width modulator 14 to operate the converter 3.

交流電流は、過電流検出器18に六方され、過電流設定
レベル以上の電流を検出すると、ゲートオフ信号をパル
ス幅変調器14に、また、遮断器開指令を遮断器17に
出力する。
The alternating current is passed through an overcurrent detector 18 in all directions, and when a current exceeding a set overcurrent level is detected, a gate off signal is output to the pulse width modulator 14 and a breaker open command is output to the circuit breaker 17.

交流電流は、また、電流リミッタ19に六方される。電
流リミッタ19の電流検出設定レベルは、過電流検出器
18よりも低く設定される。従って、電流が過大になり
つつある場合、電流リミッタ19が先に動作する。電流
リミッタ19がらゲートオフ信号が出力されると、フリ
ップフロップ20がゲートオフ信号を保持する。但し、
PWMコンバータの運転を続行するために遮断器17の
開指令は出力しない。フリップフロップ2oの出力は、
パルス幅変調器14からのタイミング信号により、リセ
ットされる。このタイミング信号は、パルス幅制御の一
周期毎に出力されており、電流リミッタ19によりゲー
トオフした次のパルス幅制御の周期からP W M 、
:!ンバータの運転を再開できる。
The alternating current is also passed through the current limiter 19. The current detection setting level of the current limiter 19 is set lower than that of the overcurrent detector 18. Therefore, if the current is becoming excessive, the current limiter 19 operates first. When the gate-off signal is output from the current limiter 19, the flip-flop 20 holds the gate-off signal. however,
In order to continue operation of the PWM converter, the command to open the circuit breaker 17 is not output. The output of flip-flop 2o is
It is reset by a timing signal from pulse width modulator 14. This timing signal is output every cycle of pulse width control, and from the next cycle of pulse width control gated off by the current limiter 19, P W M ,
:! The converter can resume operation.

なお、スイッチング素子の短絡故障などにより、ゲート
オフ信号を出力したにも関わらず電流が増加しつづけた
場合には、従来の過電流検出器18により、遮断器17
が開かれるので、安全性を損なうことはない。
Note that if the current continues to increase despite outputting the gate-off signal due to a short-circuit failure of a switching element, etc., the conventional overcurrent detector 18 detects the circuit breaker 17.
is open, so safety is not compromised.

変圧器1が直流偏磁した場合の動作波形を第2図に示す
。epは主変圧器1の1次電圧、ipは1次電流、is
は2次電流、ecはPWMコンバータ入力電圧である。
FIG. 2 shows operating waveforms when the transformer 1 experiences direct current bias. ep is the primary voltage of main transformer 1, ip is the primary current, is
is the secondary current, and ec is the PWM converter input voltage.

また、Rはフリッププロップ20のリセット信号、Go
ffはフリッププロップ20の出力である。
Further, R is a reset signal of the flip-flop 20, Go
ff is the output of the flip-flop 20.

いま、直流偏磁によって1次電圧epが負の半周期から
正の半周期に変わるときに鉄心が飽和したとする。この
とき、1次電圧epに対応した磁束密度を得るために、
1次電圧ipには大きな励磁電流が流れる。鉄心が飽和
すると変圧器1の漏れインダクタンスが小さくなり、2
次電流isの変化率が増大する6そして、電流リミッタ
19の設定値11に達するとゲートオフ信号Goffが
出力され、スイッチング素子31〜34をターンオフす
る。その結果、交流リアクトル2に流れて 7いた電流
は整流素子35および38を通り、直流コンデンサ4を
充電する方向に流れる。そのため、電流は急速に減衰し
、過電流に至ることがない。
Now, assume that the iron core becomes saturated when the primary voltage ep changes from a negative half cycle to a positive half cycle due to direct current biased magnetism. At this time, in order to obtain a magnetic flux density corresponding to the primary voltage ep,
A large excitation current flows through the primary voltage ip. When the iron core is saturated, the leakage inductance of transformer 1 becomes smaller, and 2
When the rate of change of the next current is increases 6 and reaches the set value 11 of the current limiter 19, a gate-off signal Goff is output, turning off the switching elements 31 to 34. As a result, the current flowing through the AC reactor 2 passes through the rectifying elements 35 and 38 and flows in a direction to charge the DC capacitor 4. Therefore, the current attenuates rapidly and does not lead to overcurrent.

フリップフロップ20に保持されたゲートオフ信号Go
ffは、パルス幅変調器14からのタイミング信号によ
りリセットされる。このリセット信号は、パルス幅制御
の周期に同期して出力されるため、次回のパルスからは
正常な運転を再開できる。
Gate-off signal Go held in flip-flop 20
ff is reset by a timing signal from pulse width modulator 14. Since this reset signal is output in synchronization with the cycle of pulse width control, normal operation can be resumed from the next pulse.

第5図には変圧器1の1次電圧epが急上昇した場合の
各部の波形を示す。交流リアクトルの両端の電圧が急上
昇するため、交流電流isの変化率が大きくなり、変圧
器の直流偏磁の際と同様に過電流に至ることなく制御で
きる。
FIG. 5 shows waveforms at various parts when the primary voltage ep of the transformer 1 suddenly increases. Since the voltage across the AC reactor rises rapidly, the rate of change of the AC current is increases, and control can be achieved without causing an overcurrent as in the case of DC bias magnetization of the transformer.

【発明の効果〕【Effect of the invention〕

本発明によれば、変圧器の直流偏磁や、変圧器1次電圧
の急上昇などにより、電流の変化率が大となったばあい
でも、過電流に至ることなく PWMコンバータの運転
を継続することができる。
According to the present invention, even if the rate of change in current increases due to DC bias in the transformer or a sudden increase in the transformer's primary voltage, the PWM converter continues to operate without overcurrent. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例である鉄道車両用PWMコン
バータとその制御装置を表す図、第2図は変圧器が直流
偏磁を起した場合の各部の波形(本発明を適用)図、第
3図は従来方式の構成図、第4図は変圧器が直流偏磁を
起した場合の各部の波形(従来方式)図、第5図は変圧
器1次電圧が急上昇した場合の各部の波形(本発明)図
である。 14・・・パルス幅変調器、18・・・過電流検出器、
19・・・電流リミッタ、20・・・フリップフロップ
。 第2図 ;
Fig. 1 is a diagram showing a PWM converter for a railway vehicle and its control device, which is an embodiment of the present invention, and Fig. 2 is a diagram of waveforms at various parts when a transformer causes DC bias (to which the present invention is applied). , Figure 3 is a configuration diagram of the conventional system, Figure 4 is a diagram of waveforms at various parts (conventional system) when the transformer causes DC bias, and Figure 5 is a diagram of each part when the transformer's primary voltage suddenly increases. It is a waveform (present invention) diagram of . 14... Pulse width modulator, 18... Overcurrent detector,
19...Current limiter, 20...Flip-flop. Figure 2;

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、交流電力から直流電力への変換、およびその逆変換
が可能なパルス幅変調電力変換器(PWMコンバータ)
の、交流電流の過電流検出および、それによる保護機能
を有する制御装置において、過電流検出レベルのほかに
、過電流検出レベルより小さい別の電流検出レベルをも
ち、交流電流がその値に達した場合は、PWMコンバー
タを構成するスイッチング素子をターンオフすることを
特徴とするPWMコンバータの制御装置。 2、第1項に記載の、スイッチング素子をターンオフし
た状態は、PWM制御のターンオフした周期の間のみ保
持することを特徴とするPWMコンバータの制御装置。
[Claims] 1. Pulse width modulation power converter (PWM converter) capable of converting AC power to DC power and vice versa
In addition to the overcurrent detection level, a control device that has an overcurrent detection and protection function for alternating current has another current detection level that is smaller than the overcurrent detection level, and when the alternating current reaches that value. A control device for a PWM converter, characterized in that it turns off a switching element constituting the PWM converter. 2. A control device for a PWM converter according to item 1, wherein the state in which the switching element is turned off is maintained only during a period in which the switching element is turned off.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009033800A (en) * 2007-07-24 2009-02-12 Toyota Industries Corp Bidirectional dc/ac inverter

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