JPH02197264A

JPH02197264A - 電力変換装置

Info

Publication number: JPH02197264A
Application number: JP1357889A
Authority: JP
Inventors: Keizo Shimada; 恵三嶋田; Akira Kobayashi; 彰小林
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-01-23
Filing date: 1989-01-23
Publication date: 1990-08-03

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】〔産業上の利用分野〕本発明は電源装置に係り、特に交流入力電流を正弦波化
し商用電源に含まれる高調波を低減しかつ力率を改善し
た順変換電源装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、富士エレクトロニツクコンポーネンツ社
発売のアクティブ平滑フィルタ制御ＩＣ。

ＴＤＡ４’８１４のように交流入力電流を正弦波化する
ための入力電流指令値として整流器出力電圧を入力電圧
波形とし、それと出力電圧指令値と出力電圧フィードバ
ックとの差分を掛は合せた値を用いている。

〔発明が解決しようとする課題〕上記従来技術は、入力電圧波形が歪んで基本波以外の高
調波を含む場合について配慮がされておら、ず、その為
に歪んだ入力電流が流れ波形は基本波以外の高調波を含
み電源側の発電機が異常発熱したり、力率が低下する為
に大きな皮相電力を消費する問題があった。。

更に、入力電圧が変動すると入力電流指令値も変動する
問題があった。

本発明の目的は、入力電圧波形に高調波を含む場合にも
入力電流波形を正弦波に保ち、入力電圧の変動に対して
も入力電流指令値を一定に保持することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、出力電圧指令値と出力電圧フィードバック
値を入力して出力電圧偏差値を出力する第１演算増幅器
と、該出力電圧偏差値と入力電圧波形を入力して入力電
流指令値を出力する乗算器と、該入力電流指令値と入力
電流値を入力して入力電流偏差値を出力する第２演算増
幅器と、搬送波を発振して出力する搬送波発生器と、該
搬送波と前記入力電流偏差値を入力してＰＷＭ信号を出
力する第３演算増幅器と、該ＰＷＭ信号を入力してスイ
ッチング素子をオン・オフし交流入力を直流出力に変換
するコンバータと、を有する電力変換装置において、前
記コンバータの交流入力電圧を入力して該交流入力電圧
に同期した正弦波を発生させ前記入力電圧波形に代えて
前記乗算器に入力する正弦波発生装置を設けることによ
り達成される。

〔作用〕

本発明によれば、交流入力電圧波形と周波数。

位相が同期した正弦波を発生させ交流入力電流指令値と
するので、交流入力電圧波形が歪んで基本波以外の高調
波を含む場合にも、交流入力電流指令値は依然として正
弦波又は正弦波の全波整流波であるからコンバータの交
流入力電流は正弦波に制御される。

又、交流入力電圧が変動しても、交流入力電圧に同期し
て作られる正弦波又は正弦波の全波整流波の波高値は一
定であり交流入力電流指令値は変動しないので、交流入
力電流の変動を防止することができる。

更に９本発明によるコンバータを用いた無停電電源装置
は、常に正弦波の入力電流が流れるので電源側の非常用
発電機が作動した場合に発電機が高周波電流により異常
発熱することを防止することができ、無停電電源装置の
負荷に力率の低い装置を用いた場合は入力電流は正弦波
で力率がほぼ１となるので、無停電電源装置の容量は負
荷の容量より小さいものとすることが出来る。

〔実施例〕

以下、本発明の第１実施例を第１図により説明する。コ
ンバータ主回路２６は、トランジスタ１〜４と、ダイオ
ード５〜８から成るブリッジ整流回路と、コンデンサ１
１とコイル９，１０から成る入力フィルタ、及びコンデ
ンサ１２の出力平滑部とから構成されて交流電源１３を
入力として、負荷１４に直流電力を供給する。交流入力
電圧を電圧検出器１５により検出し、位相検出器１７に
より交流入力電圧の位相信号を作る。この交流入＝５力電圧位相と、正弦波発生器２０の出力正弦波位相とを
位相比較器１８で比較する。電圧制御発振器（ＶＣＯ）
１９は、位相比較器１８の出力電圧値によって出力の周
波数が変動する。正弦波発生器２ｏは、電圧制御発振器
（ＶＣＯ）１９の発振周波数に比例した周波数の正弦波
を発生する。ここで、交流入力電圧に同期した信号Ａが
作成される。交流入力電圧からは位相を検出するだけで
あり、正弦波信号Ａは、交流入力電圧波形が歪んでも正
弦波の波形である。

演算増幅器２２で、直流出力電圧フィードバック値と出
力電圧指令値を比較し、その出力と正弦波信号Ａを乗算
器２１で乗算をして、交流入力電流指令値Ｂとしている
。この回路によって交流入力電流指令値の大きさを変え
て、出力電圧値が指令値に一致するよう制御している。

交流入力電流を電流検出器１６で検出し、演算増幅器２
３で、この交流入力電流フィードバック値を交流入力電
流指令値Ｂから減算している。この演算増幅器２３の出
力信号Ｃを信号波として、コンパレータ２４で、三角波
発生器２７の出力三角波と比較してＰＷＭ信号を得てい
る。このＰＷＭ信号によってドライブ回路２５を通じて
、コンバータ主回路２６内のトランジスタ１〜４をオン
・オフさせる。

演算増幅器２２は、電源周波数にくらべ充分大きい時定
数をもたせてあり、その出力はほぼ直流である。したが
って、この出力と正弦波信号Ａとを乗算した交流入力電
流指令値はやはり正弦波である。演算増幅器２３では、
交流入力電流の瞬時値を比較しており、交流入力電流と
交流入力電流指令値Ｂは、一致した波形となる。

第２図に各部波形を示す。交流入力電圧に対し、交流入
力電流指令値は同期した正弦波波形となる。

交流入力電圧に高調波が含まれ歪んだ場合にも、交流入
力電流指令値は正弦波波形となる。交流入力電流は、こ
の交流入力電流指令値と一致するように瞬時制御される
ため、交流入力電圧が歪んでも正弦波波形を保つ。

本実施例によれば、交流入力電流を正弦波に保ちながら
、交流入力電圧と交流入力電流とをある一定の位相に保
つことができる。位相比較器１８、電圧制御発振器（Ｖ
ＣＯ）１９、正弦波発生器２０から成るＰＬＬ回路（フ
ェーズ・ロックド・ループ）において、交流入力電圧と
正弦波信号Ａの位相差をＯでロックさせるようにすれば
入力力率は１となる。また、位相差は自由に設定できる
ことから、このコンバータの入力力率を自由に設定でき
るという効果がある。

尚、本実施例は単相入力のコンバータ装置についてであ
るが、三相入力のコンバータ装置についても全く同じ応
用が可能である。

昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータを用いた第２実施例を、第
３図により説明する。交流電源２８を。

変圧器４１を介して制御回路に入力する。この波形の位
相を、位相検出器４７により検出し、交流入力電圧の位
相信号を位相比較器４８に送る。位相比較器４８は、入
力電圧位相と正弦波全波整流波形発生器５０の出力波形
の位相とを比較し、位相差に比例した電圧を出力する。

この電圧を入力とする電圧制御発振器（ＶＣＯ）４９は
、交流入力電圧に比例した周波数の信号を発生する。正
弦波全波整流波形発生器５０は、この信号に比例した周
波数の正弦波を全波整流した波形を出力すると共に、こ
の出力の位相信号を位相比較器４８へ送る。出力の平滑
用コンデンサ３８の電圧と出力電圧指令値の差分を、演
算増幅器４２で増幅する。

この出力と、先の正弦波全波整流波形とを乗算器４３で
乗算し、交流入力電流指令値ｉ、。、とする。

主回路のコイル３５の電流ｉしを電流検出器３４で検出
する。このｉＬとＯ電位を比較器４４で比較しｉＬがＯ
となる時を検知してｉＬが０の間比較器４４の出力がＨ
となるパルスでフリップフロップ４６のセット入力信号
を得る。またｉＬとｉ　ｒｅｉを比較器４５で比較し、
この出力をフリップフロップ４６のリセット入力として
いる。フリップフロップ４６の出力はドライブ回路４０
を介してトランジスタ３６を駆動している。フリップフ
ロップ４６がセットされるとトランジスタ３６はオンに
、フリップフロップ４６がリセットされると１−ランジ
スタ３６はオフとなる。

ダイオード２９〜３２は、ブリッジ整流回路を成し交流
を直流に変換する。その出力側には、後段へｉ　ｒｅｔ
からｉＬを差引いた逆三角状の電流を供給するコンデン
サ３３がある。コイル３５、トランジスタ３６、ダイオ
ード３７により昇圧チョッパ回路を構成し、平滑コンデ
ンサ３８により平滑して負荷３９へ直流を供給する。

さらに詳しく説明するために第４図により動作を説明す
る。正弦波全波整流波形発生器５０の出力は、位相検出
器４７１位相比較器４８．１１圧制御発振器（ＶＣＯ）
４９によって交流入力電圧と位相が一致している。した
がって交流電流指令ｉ　ｒｅｚも第４図の如く、交流入
力電圧と位相が一致する。また、ここで交流入力電圧に
歪が生じても、交流入力電圧からは位相のみを検出して
おり、波形は制御回路内で独自に作成するため交流電流
指令ｉ　ｒｅｚには歪は生じない。ｌ−ランジスタ３６
がオンしている時は、コイル電流ｉしは第４図のように
上昇していく。ｉｂがｌ　ｒｅｉまで達すると比較器４
５によりフリップフロップ４６がリセットされてトラン
ジスタ３６はオフとなる。すると、ｉしは下降し、Ｏに
なると比較器４４によりフリッププロップ４６がセット
されトランジスタ３６はオンとなる。この繰り返しによ
りコイル３５の電流ｉしは、Ｏとｉ　ｒｅｚの間を上下
する波形となる。

この波形のうちｉ　ｒｅｚからｉしを差引いた高周波分
はコンデンサ３３から供給し、ｉｂの低周波分（商用分
）は電源から供給するようコンデンサ３３の容量は決定
されている。

各スイッチング周期ごとの交流入力電流平均値は、ピー
ク値の半分になる。これらのピーク値を入力正弦波電圧
に比例した曲線上に乗せることができればコンデンサで
平滑されたコンバータ入力は、商用電源に対してオーミ
ック抵抗のような負荷になり第４図に示すように、交流
入力電流ｉｉｎは正弦波となる。以上により交流入力電
流が常に交流入力電圧と位相が一致しながら、かつ完全
な正弦波を保つコンバータ装置が実現できる。

第５図にて、本発明のコンバータ装置を無停電電源装置
（ＵＰＳ）へ適用した場合の実施例について説明する。

交流電源５１を入力とし、コンバータ装置５２により、
直流に変換する。コンバータ装置の詳細は先の実施例で
説明済みである。この直流をインバータ装置５３により
直流へ変換し、負荷装置５４へ交流を供給する。直流部
分には、抵抗器５６、及びスイッチ５７を介してバッテ
リ５５が接続されている。

電源正常時には、交流電源からコンバータ装置５２、イ
ンバータ装置５３を通して、負荷装置５４へ電力を供給
すると共に、スイッチ５７がオンしており、バッテリを
一定電圧に充電している。

交流電源が停電した場合には、バッテリ５５から、スイ
ッチ５７、インバータ装置５３を通して、負荷装置５４
へ電力を供給する。

さらに交流電源復電時には、交流電源からのコンバータ
装置５２、インバータ装置５３を通して、負荷装置５４
へ、電力を供給する。バッテリの充電は、復電直後は、
スイッチ５７はオフとなっており、抵抗器５６を通して
限流充電する。その後、スイッチ５７をオンにして、定
電圧充電する。

以上により、無停電電源装置（ＵＰＳ）が構成されるが
、第６図に示すように、入力電圧に歪がある場合にも常
に正弦波状の入力電流を保つ。これにより、非常用とし
て交流電源側にディーゼル発電機が接続されることの多
い無停電電源装置（ＵＰＳ）としては、発電機が負荷へ
の高調波電流により異常発熱することを防ぐことができ
る。

また、無停電電源装置（ＵＰＳ）の出力は、スイッチン
グレギュレータ等のコンデンサインプット型の負荷が多
く、この場合出力電流波形は、第６図の様に、断続波形
となり力率は０．７以下となる。これに対し入力電流は
、正弦波で、力率はほぼ１となるためＶＩＮ・■■Ｎ−ＰＦＩＮ・η＝　Ｖｏｕｔ　’　Ｉ　
ｏｕｔ　′Ｐ　Ｆ　ｏｕｔＶＩＮ・・・入力電圧ＩＩＮ・・・入力電流ＰＦＩＮ・・・入力力率 η・・・ＡＣ−＋ＡＣ変換効率Ｖ　ｏ　ｕ　ｔ・・・出力電圧Ｉｏｕｉ・・・出力電流ＰＦｏｕｔ・・・出力力率ＰＦＩＮ＝１．η＝０．８．ＰＦｏｕｔ＝０．７とすれ
ばＶＩＮ・ＩＩＮ・０．８＝Ｖｏｕｔ・Ｉｏｕｔ・０．
７ＶＩＮ・ＩＩＮ＝０．８７５Ｖｏｕｔ・Ｉ　ｏｕｔ・
’−ＶＩＮ　・Ｉ　■Ｎ＜Ｖｏｕｔ　’　Ｉ　ｏｕｔよ
って負荷よりも小さい容量（ＶＡ）の無停電電源装置（
ＵＰＳ）を用いることが出来るという効果も発生する。

さらに、本発明によるコンバータ装置は、出力電圧を一
定に制御しているので、無停電電源装置（ＵＰＳ）とし
て適用した場合、バッテリを充電するための装置として
第５図に示したように抵抗器５６とスイッチ５７という
簡単な構成で実現できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、コンバータの入力電圧に歪があっても
入力電流を正弦波に保つことができるので、交流電源に
含まれる高調波の影響を低減しかつ力率をほぼ１に改善
するする効果が得られる。

更に、入力電圧が変動しても入力電流指令値を一定に保
持する効果が得られる。

また、無停電電源装置に用いると、交流電源側の非常用
発電機が作動した場合に発電機が高周波電流により異常
発熱することを防止することが出来、その容量は負荷の
容量より小さいものとすることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る主回路図及び制御回
路のブロック図、第２図は第１図に示した各部の波形図
、第３図は本発明の第２実施例に係る主回路図及び制御
回路のブロック図、第４図は第３図に示した各部の波形
図、第５図は本発明のコンバータを用いた無停電電源装
置の実施例に係るブロック図、第６図は第５図に示した
各部の波形図である。１５・・・電圧検出器、１６・・・電流検出器、１７・
・・位相検出器、１８・・・位相比較器。１９・・・電圧制御発振器、２０・・・正弦波発生器。２１・・乗算器、２２・２３・・・演算増幅器。２４・・・コンパレータ、２５・・・ドライブ回路。２６・・・コンバータ主回路、５２・・・コンバータ。５３・・インバータ、５４・・負荷。５５・・・バッテリイ代理人　　鵜　　沼　　辰　　之

Claims

【特許請求の範囲】１、出力電圧指令値と出力電圧フィードバック値を入力
して出力電圧偏差値を出力する第１演算増幅器と、該出
力電圧偏差値と入力電圧波形を入力して入力電流指令値
を出力する乗算器と、該入力電流指令値と入力電流値を
入力して入力電流偏差値を出力する第２演算増幅器と、
搬送波を発振して出力する搬送波発生器と、該搬送波と
前記入力電流偏差値を入力してＰＷＭ信号を出力する第
３演算増幅器と、該ＰＷＭ信号を入力してスイッチング
素子をオン・オフし交流入力を直流出力に変換するコン
バータと、を有する電力変換装置において、前記コンバ
ータの交流入力電圧を入力して該交流入力電圧に同期し
た正弦波を発生させ前記入力電圧波形に代えて前記乗算
器に入力する正弦波発生装置を設けたことを特徴とする
電力変換装置。２、交流入力を直流出力に変換するコンバータと、該コ
ンバータへの交流入力の電流波形を電流指令値に一致さ
せる制御回路と、を有する電力変換装置において、前記
電流指令値を前記交流入力の電圧と周波数と位相を同期
させ波形は前記交流入力の電圧波形とは独立した波形を
発生させる回路を前記制御回路に設けたことを特徴とす
る電力変換装置。３、交流を入力して整流し直流にする整流器と、該整流
器の出力端に並列に接続した第１のコンデンサと、一方
を該第１のコンデンサの正極側に接続し他の一方をスイ
ッチング素子の出力側とダイオードの一方に接続したコ
イルと、前記ダイオードの他の一方に第２のコンデンサ
の正極側を接続した昇圧型直流−直流変換器と、前記ス
イッチング素子を制御し前記交流入力に同期した正弦波
全波整流波形を発生しコイル電流の指令値とする制御回
路と、を有することを特徴とする電力変換装置。４、３線式とし３相交流電源に用いる請求項１に記載の
電力変換装置。５、請求項１に記載の電力変換装置の出力端にスイッチ
を介して接続するバッテリイと、前記出力端に接続し直
流を入力して負荷に交流電力を供給するインバータと、
を有する無停電電源装置。