JPH0265667A - コンバータの制御装置 - Google Patents

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〕 本発明はコンバータの制御装置に係り、特に電流形コン
バータの小型軽量化をはかるのに好適なコンバータの制
御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

交流三相回路にそれぞれ６個の半導体素子（逆阻止機能
を有するゲートタンオフサイリスタ（ＧＴＯ）やダイオ
ードとＧＴＯあるいはトランジスタの直列接続素子など
の半導体スイッチ素子）、直流リアクトル（ＤＣＬ）及
びコンデンサ等を組み合わせた電流形コンバータが提案
されている。このコンバータ装置は、直接直流電動機の
駆動やインバータ装置と組み合わせ誘導電動機等を制御
するのに広く使用されており、ＰＭｍな構成で電源高調
波成分が少なく、また、駆動される電動機等の騒音も小
さくできるシステムである。

電流形コンバータの出力電圧を調整するため及び電源側
の入力波形の正弦波化のために、スイッチング素子に与
えるパルスパターンの発生方法は数多く提案されており
、その代表的な方法として２つがある。その１つは、交
流電源の周波数よりも充分に高い周波数の三角波状の搬
送波信号と、所要の直流側出力電圧によってその波高値
が変化する変調波信号とを比較し、その大小関係によっ
てパルス幅変調（ＰＷＭ）制御用のパルスパターンを得
る方式（ｆＴ＆気学全学会論文、１０７巻１１号、昭６
２［正弦波入力電流形ＧＴＯコンバータの制御法と特性
」参照）であり、他の１つは、特開昭６２−１６３５７
６号公報記載のように、上記と同じように高周波でチョ
ッピングするが、コンバータ入力電源の波高値の大きさ
に応じてＰＷＭ制御用パルスパターンを得る方式である
。

これらの方法は、その交流側電流の高調波成分を低減す
るのに好適なコンバータ装置を提供できるという効果が
あった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、出力側電圧が高周波でチョッピングさ
れるが、電流を平滑するために直流リアクトルを用いて
いる。出力側負荷をせいしゆくに制御するには、インダ
クタンスの値を大きくするのみであるから、大電流にな
ると直流リアク１〜ルの寸法２重量が大きくなり、高価
となるばかりでなく、据付等に多くの労力を費やすこと
になるなどの問題があった。

本発明の目的は、直流リアクトルの小型、軽量化をはか
ることができるコンバータの制御装置を提供することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、交流電力を直流電力に変換するコンバータ
の主スイッチング素子に対してパルス幅変調制御パルス
を発生するようにして所定の電圧を得るために通流及び
短絡期間を調整するようにしたコンバータの制御装置に
おいて、上記コンバータ入力線間電圧の波高値の大きさ
に応じて通流時間を変化させる構成にして達成するよう
にした。

〔作用〕

電流形コンバータは、出力側直流電圧を調整するために
通流期間と還流期間（短絡期間）を持ち、この還流期間
で出力側電流の脈動を小さく押えるためには、直流リア
クトルを大きくする必要があり、そこでさらに高周波で
スイッチング素子をチョッピングするようにすると、直
流リアクトルが小さくとも還流時の電流脈動を小さく押
えることができるが、このようにして直流リアクトルを
小さくすると、チョッピング周波数に対して低い周波数
のコンバータ入力電圧波形の成分による電流脈動を押え
ることができなくなる。このため、せいしゆくな制御が
できなくなり、直流リアクトルはやはり大きなものとし
なければならなくなる。

そこで１本発明では、コンバータ入力線間電圧の波高値
の大きさに応じて通流時間を変化させる構成にして、線
間電圧が高い時期に制御される通流時間を短かくし、線
間電圧が低い時期に制御される通流時間を長くなるよう
にしたので、電圧脈動が低減され、小さな直流リアクト
ルとしても電流脈動が小さくなるように作用する。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を第１図〜第６図を用いて詳細に
説明する。

第１図は本発明のコンバータの制御装置の一実施例を示
す構成図である。第１図において、１は交流電源、２は
コンデンサ、３は電源電圧を検出する電圧検出器、４は
直流リアクトル（ＤＣＬ）、５はコンバータ装置の主ス
イッチング回路、６は負荷、７は電流検出器、８は電流
指令入力端子。

９は電流偏差Δ１１を求める比較器、１０は制御用のワ
ンチップ型マイクロコンピュータ、１１はコンバータ入
力電圧の各相間の線間電圧を求める線間電圧検出器であ
る。

マイコン（以下マイクロコンピュータをこう呼ぶ）１０
は、各種指令の入力ボート１０１．内部バス１０２．プ
ログラムやパルス幅データテーブル等を格納するＲＯに
１０３．−時記憶やレジスタとして用いられるＲＡＭ１
０４．演算等を実行するＡＬＵ１０５゜出カポ−１−１
０６に所定のパルスパターン（事象）を出力するために
必要な事象の設定を行う事象設定レジスタ１０７．この
）３象をいつイネーブルにするかの時刻設定を行う時刻
設定レジスタ１０８゜これら両設定レジスタ１０７，１
０８の内容を連結して保持する保持レジスタ１０９．こ
の保持レジスタ１０９しこ設定されたいく組かの設定デ
ータがそれぞれ格納されてゆく連想メモリ１１０．実際
の時刻を出力するタイマ１１１と連想メモリ１１０内の
設定時刻内容とを比較し、これらが−致したときに出力
を発生する比較部１１２．この比較部１１２からのトリ
ガを受は設定された事象を出カポ−１−１０６に出力制
御する実行コントローラ１１３などで構成されている。

この構成における各動作については特開昭６２−１６３
５７６号公報で詳細に述べられているように、マイコン
１０は、電源１の相電圧が零のときを基準にして、電源
電圧の周波数ωを一定時間毎に積分して得られる総合位
相θＴを算出し、０丁に基づいて消点弧すべきトランジ
スタを決定し、その事象を出力させるために事象設定レ
ジスタ１０７にその事象を設定する。さらに０丁によっ
て消点弧する時刻を決定し、その時刻を時刻設定レジス
タ１０８に設定する。

この両者のデータは連結され保持レジスタ１０９に設定
され、さらに、このデータが連想メモリ１１０に格納さ
れ、実際の時刻を出力するタイマ１１１と連想メモリ１
１０内の設定時刻内容が一致したとき出力を発生する比
較部１１２のトリガにより設定された事象を実行コント
ローラ１１３で出力ポート１０６に１１０１１　、　　
ＩＩ　１１＋のパルスパターンとして出力する。

上記のように構成したマイコン１０により出力されるパ
ルスパターンの一例を第２図に示す。

第２図はモード１　（Ｍｌ）〜モード６　（Ｍ６）にお
いて第１図のコンバータ５のスイッチング素子５１〜５
６に印加するパルスＳ５１〜Ｓ５６のパルスパターンを
示したもので、各々のパルスは拡大波形で示すように、
ｔｏでＳ５３がオンし。

ｔｏ＋ｊＥｔｎの時点で３５３がオフし、同時に３５１
がオンし、ｔｏ＋　ｊＥ２ｎで８５１がオンし、同時に
５５２がオンし、ｔｏ＋Δし１で３５２がオフし。

同時にＳ５３がオンするというように与えられる。

なお、この期間では負側トランジスタ５５がＳ５５のパ
ルスにより常時オンしている。

パルス幅時間ｊ　Ｅ１ｎ＋　　ｊ　Ｅｔｎは次式で示さ
れる。

しＥｌｎ”Δｔ＋（ｓｉｎ（θＴ−２４０’　　））−
７１・・（１） Ｆ−Ｅ２ｎ　＝Δｔｔ　　（ｓｉｎ（ｌｒ）　　１γ傘
　　　　　　　　−（２）ここでγ傘は通流率といいｔ
Ｅｚｎ／Δし１で示される。

しｏ＋　ｔ　Ｅ２ｎ−ｔ　ｏ＋Δｔ１の期間は正負のト
ランジスタがオンし負荷電流が還流する期間となる。

この期間を電流偏差Δ１１の大きさに応じて調整し、コ
ンバータ直流電圧の大きさを制御する。

第２図で示されたパルスパターンに対するコンバータ動
作波形は第３図に示すようになる。

第３図においてＵ、Ｖ、Ｗは相電圧、ｖ４はコンバータ
直流電圧、Ｉｄはコンバータ直流電流の波形である。直
流電圧Ｖ、は電圧が零となる還流期間（短絡期間）と電
圧が発生する通流期間がある。この周期（Δｔｘ）は任
意に設定でき、これを十分小さくすると出力の直流リア
クトル４　（ＤＣＬ）のインダクタンス分が小さなもの
でも平滑され、この波形による直流電流■４の脈動はそ
れ程発生しないようにできるのであるが、直流Ｍｌ流Ｉ
、は図示のように電源電圧の波形変化に対する成分の脈
動が生じ、騒音等の問題がある。

この問題が解決できる良好なコンバータ装置を得るには
次のように構成する。

第３図において、各モードは電気角で６０°毎に繰り返
され、直流電圧■、の脈動成分は、各相電圧Ｕ、Ｖ、Ｗ
に対しての線間電圧で示され、その波形は５ｉｎ９０”
　〜５ｉｎｌ　２０’　、　５ｉｎ６０”　〜５ｉｎ９
０°　の範囲のものとなる。このため、各通流期間の電
圧の大きさはその脈動に応動して変動する。これは通流
、還流期間（Δｔ１）を十分に小さくしたコンバータ装
置であっても同様となり、直流電流Ｉｄは電ｇ電圧の波
形成分で脈動する。

そこで、電源電圧波形の脈動を等価的に低減する。

第・１図は第１図の線間電圧検出器１１で検出されたｌ
モート期間の電圧波形である。ｗ　−ｖ　ハＷ相、■相
の線間電圧、ｕ−ｖはｔ、ＪＩＨ，ｖ相の、線間電圧を
示す。電圧波形は各モー１〜とも同一であり、３０°で
最小となる。いま、３０’の位置から任、行の位相０１
を設定し、０丁の位置がＯＩの内か外かで通流率を変化
させる。

０丁の位置を求めるためのチャートを第５し１に示す９
図より、Ｏｒの大きさから判定条件によりモート１〜モ
ート６を判定し、Ｏ〜６０”の範囲の位相Ｏγを求める
。θγが求まると０γをＯ〜：３０°の範囲と３０°〜
６０°の範囲に判別し、さらに線間電圧の波高値の大き
い範囲（Ｏｔ以外の部分）と小さい範囲（０１以内の部
分）に判別する。

そして、０丁の位はすなわち消点弧を行う時点の電源電
圧の線間電圧の波高値が大きいときの通流率γ孝を通常
の場合に使用される通流率γ１よりも小さく、また、波
高値が小さいときの通流率γ参を通常の場合に使用され
る通流率γ［よりも大きくなるように次のように設定す
る、０丁が０１以外の範囲にあるときの通流率γ率をγ
−＝γ１（１−α）　　　　　　　　・・（３）０丁が
０１以内の範囲にあるときの通流率γ傘をγ◆＝γ１（
］＋β）　　　　　　　　　・・（４）とする。

上記のように線間電圧の波高値の大きさに応動して逆流
率γ−を変化したときのコンバータ動作波形の１例を第
６図に示す。

第６図はモード１の中間からモード２の中間までの６０
°の範囲でのパルスパターン３５１〜８５６、直流電圧
Ｖ、及び直流電流■、の波形を示す。なお、この図はΔ
ｔｉは１０°の場合を示している。

第６図より、Ｓ５１のＰ５のパルスが不変で、線間電圧
の波高値が小さいとき、すなわち、Ｓ５１のＰ４のパル
ス幅を（γ１・β）分増加させ通流率γ拳を大きくする
。一方波高値が大きいとき、すなわち、Ｓ５１のＰ６の
パルス幅を（γ１・α）分減少させ通流率γ拳を小さく
してΔｔ１（１０°）毎の通流期間の電圧積をほぼ一定
に設定する・モート２の範囲でも同様に設定するという
ように各モードで同様に設定すると直ｔＩＬ電流■６の
電源電圧成分による脈動分がΔ■うからΔ工、ｌのよう
に低減できる効果がある。

上記実施例の説明では、線間電圧の波高値が小さいとき
通流率γ傘を大きくなるように、また、波高値が大きい
とき通流率γ−を小さくなるように設定したが、本発明
ではその一方を行うのみであってもよい。

また、第６図では、パルスＰ＋　　とＰ＋　　を増減し
たが、パルスＰ８とＰＩ　を増減するようにしてもよい
。

さらに１本発明は、三角波の搬送波と変調波を比較して
パルス幅変調パルスパターンを発生する方式のものにも
適用できる。

他の実施例として、負荷に直流電動機などのインダクタ
ンスを含む装置に本発明を採用すると、直流電流の脈動
を低減できるので、直流リアクトルを省略できるという
効果を生ずる。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明によれば、直流リアク１〜ルをｌＪ
Ｓ型、軽量化しても騒音の少ない良好なコンバータ装置
を提供できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のコンバータの制御装置の一実施例を示
す構成図、第２図はパルス幅変調パルスパターンの一例
を示すタイムチャー１−１第３図はコンバータ動作波形
のタイムチャー１・、第４図は本発明を説明するための
ＭＣＣ雷電圧波形図第５図は本発明を実現するための判
別チャー１〜、第６図は本発明の詳細な説明するための
波形のタイムチャートである。 １・・交流電源、３・・・電源検出器、４・・直流リア
クトル、５・・・コンバータ、６・・・負荷、７・・・
電流検出器、９・・・比較器、１ｏ・・・マイコン、１
１・・線間電圧検出器、５１〜５６・・・スイッチング
素子、＋０１・・入力ポート、１０６・・・出力ボート
。 Ｌｌ 応１図 率 図 范′２−図 Ｈ−図 −一

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、交流電力を直流電力に変換するコンバータの主スイ
   ッチング素子に対してパルス幅変調制御パルスを発生す
   るようにして所定の電圧を得るために通流及び短絡期間
   を調整するようにしたコンバータの制御装置において、
   前記コンバータ入力線間電圧の波高値の大きさに応じて
   通流時間を変化させる構成としたことを特徴とするコン
   バータの制御装置。 ２、前記コンバータ入力線間電圧の波高値が所定値より
   大きい期間で通流時間を所定値より短かく設定する特許
   請求の範囲第１項記載のコンバータの制御装置。 ３、前記コンバータ入力線間電圧の波高値が所定値より
   小さい期間で通流時間を所定値より長く設定する特許請
   求の範囲第１項記載のコンバータの制御装置。 ４、前記コンバータ入力線間電圧の波高値が所定値より
   大きい期間で通流時間を所定値より短かくし、また、前
   記波高値が所定値より小さい期間で通流時間を所定値よ
   り長く設定する特許請求の範囲第１項記載のコンバータ
   の制御装置。