JPH0382393A - 高調波補償装置の制御装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、可変周波数の電力変換装置にて駆動される交
流電動機の高調波電流を能動的に補償する高調波補償装
置の制御装置に関する。

（従来の技術） インバータやサイクロコンバータなどの可変周波数の電
力変換装置にて駆動される交流電動機は、一般に高調波
を含んだ電圧および電流を供給される。これは、歪の無
い理想的な電源で駆動される場合に比べ、次のような欠
点を少なからず持っている。

■　トルクリプルの増加 ■　高調波損失の増加 ■　騒音の増加 これらのような欠点を軽減するために種々の工夫がされ
てきた。−例を揚げれば ■　多重化 ■　受動フィルタの挿入 ■　高周波スイッチング化 等である。

一方、自励式電力変換器を用いた能動型の高調波補償装
置が、電力系統などの分野をはじめとして適用されてき
ている。この能動型の高調波補償装置は、低次から比較
的高次の周波数範囲を連続的に補償可能であり、同調周
波数が固定されている受動型の高調波補償装置に比べ柔
軟性に富み性能的にも優れた点が多い。

この能動型の高調波補償装置を、可変周波数の電力変換
装置にて駆動される交流電動機の高調波電流補償に適用
する方法も既に提案されている（特願昭６３−０６９６
０７号「電力変換装置」）、この方法を改良する制御方
式が本発明であるが、後の説明のために、従来技術によ
る高調波補償装置の典型的な例をここで説明しておく。

第５図に回路構成図を示す、同図において、２は交流電
源系統、８は高調波発生負荷、５は自励式電力変換器お
よびエネルギ蓄積要素で構成される高調波補償変換器で
あり、それぞれに対応して電源電流Ｉｊｉｐ負荷電流Ｉ
Ｌｐ補償電流Ｉｃが流れる。

ここで、負荷電流ＩＬには高調波が含まれており、これ
に対し補償仕様に基づいて補償電流工。を流すことによ
って電源電流１．の高調波は仕様値以下に低減される。

これらの電流の関係は、図示の方向を正にとれば１．＝
ＩＬ＋Ｉｃと表わされる。

制御回路においては、電流検出器６からの負荷電流検出
信号ｉＬが基本波除去回路ＩＬにより高調波電流信号ｉ
Ｈとなり、さらに極性反転回路１肘こよって前記高調波
電流信号ＬＨとちょうど逆位相の補償電流指令信号ｉｃ
＊が得られる。この補償電流指令信号ｉｃ木と電流検出
器７からの補償電流帰還信号ｉ（を加算器１Ｈにて比較
し、その偏差がゼロに、あるいは十分に小さくなるよう
に電流制御回路ＩＪが前記高調波補償変換器５を制御し
ている。

第６図は、上述の高調波補償装置の周波数特性の一例で
ある。横軸は次数ｆｏ／ｆＡを対数目盛りで。

縦軸は負荷電流ＩＬに対する補償電流ＩＣのゲインＡを
デシベルで表わしである１周波数特性曲線４３が示すよ
゛うに基本波に対しては十分ゲインが低く、高調波に対
してはＯ（ｄＢ）を確保している。より高次の高調波領
域でゲインが低下しているのは電流制御上の応答の制約
によるものである。

（発明が解決しようとする課題） まず、能動型の高調波補償装置を用いない方式、すなわ
ち０多重化、■受動フィルタの挿入、■高周波スイッチ
ング化などにおいては、次のような問題点があった。

（１）多重化方式では、主回路が複数個必要なため外形
寸法や経済性で不利である。

■　受動フィルタの挿入では、歪波自体が非常に多くの
周波数成分を含んでおり、また出力周波数可変により高
調波の周波数そのものも動くため、共振や加熱等が発生
しやすく、効果的なフィルタの設計が難しい、また、機
械系との共振抑制等のたのめに比較的低周波用の受動フ
ィルタが必要な場合でも、運転周波数範囲内に同調周波
数を設定することはできない。

■　高周波スイッチング化では、半導体デバイスの容量
や、高周波を実現するための構造的な制約から中、大容
量化が難しい。

つぎに、従来技術による能動型の高調波補償装置を用い
る方式では、以下のようである。前述の能動型の高調波
補償装置の特長から、比較的広い周波数＠囲の高調波を
連続的に補償でき、可変周波数の出力電流補償には理想
的である。しかし実際の適用では、機械系との共振やト
ルクリプル等における比較的低次の特定高調波を補償で
きれば充分な場合も多く、このような場合には目的の高
調波以外も広範囲に補償する分だけ高調波補償装置の容
量が増大し、外形寸法的にも経済的にも不利になる。

本発明の目的は、歪波で駆動される交流電動機の高調波
電流に対し、実用上必要十分な補償性能を備えた上で小
容量・小型・低価格な能動型の高調波補償装置を実現す
るための制御方式、すなわち交流電動機に悪影響を与え
る主要な高調波に注目してこれを重点的に補償する高調
波補償装置の制御装置を提供することである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 第１図に本発明の構成を示す。可変周波数の電力変換装
置３と交流電動機４との間に並列に高調波補償変換器５
が接続されており、この高調波補償変換器５を高調波補
償制御回路１によって制御している。

高調波補償制御回路１は、電力変換装置３からの出力基
本波周波数信号ｆＯに基づいた任意個数の特定高調波抽
出回路と、１個の電流制御回路から構成される。本図は
、特定高調波抽出回路が２個の例であり、第１の回路は
、特定高調波抽出回路ＩＡと極性反転回路ＩＣとから、
第２の回路は特定高調波抽出回路ＩＢと極性反転回路１
０とからなり、さらに両回路の出力を加算する加算器Ｉ
Ｇと、この出力である補償電流指令信号ｉｃ＊と補償電
流帰還信号ｉｃの偏差を求める加算器ＩＨと、電流制御
回路ＩＪから構成される。電流検出器６および７は、そ
れぞれ、電力変換装置出力電流および補償電流の検出用
である。

（作用） 第１図において、主回路の各電流、すなわち交流電動機
電流Ｉ、と電力変換装置出力電流エエおよび高調波補償
変換器からの補償電流ＩＣは、図示の方向を正にとれば
１．　＝　１．　＋　Ｉｃの関係となる。したがって、
電力変換装置出力電流エエの高調波成分を相殺するよう
な補償電流ＩＣを与えれば、交流電動機電流■９は歪の
ない正弦波電流となる。

高調波補償制御回路１では、電流検出器６にて検出した
電力変換装置出力電流信号ｉｚから、特定高調波抽出回
路ＩＡにより出力基本波周波数信号ｆ。

を基準とした第１の特定高調波信号ＩＨ１を得、さらに
極性反転回路ＩＣにより第１の補償電流指令信号ｌｅｔ
　’を得る。同様に、特定高調波抽出回路ＩＢにより出
力基本波周波数信号ｆＯを基準とした第２の特定高調波
信号１ｔ（ｉ　を得、さらに極性反転回路１０により第
２の補償電流指令信号ｉＨ−を得る。この二つの補償電
流指令信号は、刻々変化する出力基本波周波数に対して
、常に所定の次数（例えば５次と７次）となる信号であ
る（次数は任意）、前記二つの補償電流指令信号は、加
算器ＩＧにて一つの補償電流信号ｉｃ＊にまとめられ、
さらに加算器ＩＨにて補償電流帰還信号ｉｃと比較され
、その偏差がゼロに、あるいは十分に小さくなるように
電流制御回路ＩＪが高調波補償変換器５を制御する。

（実施例） 本発明の実施例として、電流形インバータで駆動される
交流電動機の高調波補償の例を示す。

補償する高調波は、説明を具体的にするために、−例と
して出力基本波周波数の５倍（逆相）および７倍（正相
）とするが、これは任意でよい。

第２図はこの構成図であり、主回路においては、交流電
源２が電流形インバータ３Ａにて可変電圧、可変周波数
に変換され、交流電動機４を駆動する。

高調波補償変換器５は、前記電流形インバータ３Ａと交
流電動機４の間に接続される。６および７は電流検出器
であり、それぞれ電流形インバータ出力電流エエおよび
補償電流工。を検出する。

１は高調波補償装置の制御回路であり、次のような構成
である。まず第１の回路は、高調波抽出回路ＩＡと、こ
の出力の極性を反転する極性反転回路ＩＣと、この出力
から第１の補償電流信号を演算する補償値演算回路ＩＥ
から成り、つぎに第２の回路は、高調波抽出回路ＩＢと
、この・出力の極性を反転する極性反転回路ＩＤと、こ
の出力から第２の補償電流信号を演算する補償値演算回
路ＩＦ−から或っている。この両者の出力は加算器ＩＧ
を経由して補償電流信号ｉｃ＊となり、加算器ＬＨにて
補償電流帰還信号ｉ（との偏差演算後、電流制御回路Ｉ
ＪおよびＰＷＭ制御回路ＩＫを経て高調波補償変換器５
を制御する構成である。

高調波抽出回路ＩＡの中は、出力基本波周波数信号ｆ０
を５倍化する乗算回路５１と、この出力に基づいて逆相
単位正弦波を発生する逆相単位正弦波発生器５２と、こ
の逆相単位正弦波信号によって電流形インバータ出力電
流１．から瞬時実電力信号Ｐｓおよび瞬時虚電力信号ｑ
、を演算する電力演算回路５３と、この両信号から直流
成分のみを抽出するローパスフィルタから成る。高調波
抽出回路ＩＢについても、出力基本波周波数信号ｆ、を
７倍化することと、単位正弦波が正相であるだけで構成
は同一である。

第２図において、主回路の各電流、すなわち交流電動機
電流１．と電流形インバータ出力電流１．および高調波
補償変換器からの補償電流Ｉ０は、図示の方向を正にと
れば１．＝Ｉ工＋Ｉ０の関係となる。

ここで電流形インバータを６相の場合とすれば、その出
力電流は周知のように ■！＝２７３Ｉｐ／π（ＣＯ５θ−ＣＯ５５θ１５＋Ｃ
Ｏ３７θ／７−Ｃ０８１１θ／１１＋ＣＯ３１３θ／１
３−・・・）工ｐ：出力電流波高値 と表わされる（重なり角は無視）から、このうちの例え
ば第２項と第３項を相殺するような補償電流ＩＣを与え
れば、交流電動機電流１．から５次および７次成分が除
去される。

上述の動作のために、高調波補償装置の制御回路１は次
のように作用する。まず第１の特定高調波抽出回路ＩＡ
において、電流形インバータ３Ａからの出力基本波周波
数信号ｆ０を乗算器５１にて５倍化し、この信号に基づ
いて５・ｆｏの逆相単位二相正弦波信号ｅｓｔを逆相正
弦波発生器５２にて発生する。

一方、電流検出器６にて検出された電流形インバータ出
力電流信号ｉ１は電力演算回路５３にて三相／二相変換
され、さらに前記逆相単位二相正弦波信号８ｓｆと電力
演算されて瞬時実電力信号ｐ、および瞬時虚電力信号ｑ
、を得る。この瞬時実電力信号ｐ。

および瞬時虚電力信号ｑ、には前記逆相単位二相正弦波
信号ｅｓｔの周波数成分が直流として、その他の周波数
成分が交流として現われることから、ローパスフィルタ
５４を通してそれぞれの直流成分Ｐｓｙｑ５が得られる
。この瞬時実電力信号および瞬時虚電力信号の直流成分
Ｐｓ＋’ｉｓの極性を反転して補償実電力指令信号Ｐ−
および補償虚電力指令信号Ｐｓ＊とじ、再び逆相単位二
相正弦波信号８ｓｆを用いて前記電力演算の逆演算を施
すことによって、前記電流形インバータ出力電流の基本
波にたいして５次相当の補償電流指令信号工。５＊が得
られる。同様に、第２の特定高調波抽出回路ＩＢでは、
乗算器７１と正相正弦波発生器７２を用いて前記電流形
インバータ出力電流の基本波にたいして７次相当の補償
電流指令信号工。７京が得られる。

上記５次相当の補償電流指令信号工。５京と７次相当の
補償電流指令信号ｉ、、”Ｌ±加算器ＩＧにて一つの補
償電流指令信号ｉ♂にまとめられ、この補償電流指令信
号ｉ♂に電流検出器７からの補償電流帰還信号１０が一
致するように電流制御回路ＩＪが動作し、さらにＰＷＭ
制御回路ＩＫを介して高調波補償変換器５を駆動する。

本実施例による補償電流波形の例を図３に示す。

同図（ａ）は電流形インバータの出力電流波形、・（ｂ
）は５次および７次のみ補償の場合、（ｃ）はより高次
まで補償の場合である。性能だけに注目すれば（ｃ）が
最良であるが、実用においては（ｂ）で充分な場合も多
く、このほうが高調波補償装置の大きさや経済性の面で
はるかに有利である。

第４図は本実施例による補償特性を示す周波数特性図で
ある。横軸は出力基本波周波数に対する次数ｆＨ／ｆ＊
を対数目盛りで、縦軸は電流形インバータ出力電流エエ
に対する補償電流工。のゲインをデシベルで表わしであ
る。電流形インバータの出力周波数が変わっても、常に
５次および７次成分を補償する特性である。

〔発明の効果］ 本発明によれば、可変周波数の電力変換装置の歪波を含
んだ出力で駆動される交流電動機において、除去したい
任意個数の特定高調波電流成分を重点的に補償し、他の
さほど問題とならない高調波の補償を行なわないことに
よって、実用上の補償性能は確保しながら高調波補償変
換器の容量を大幅に低減し、小形で経済的な高調波補償
装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による高調波補償装置の制御方式を示す
構成図、第２図は本発明の実施例を示す構成図、第３図
は本発明の実施例による作用を示す補償波形例、第４図
は本発明の実施例による補償特性を示す周波数特性図、
第５図は従来技術による高調波補償装置の制御方式を示
す構成図。 第６図は従来技術による補償特性例を示す周波数特性図
である。 ｌ・・・・高調波補償変換器の制御回路。 ＩＡ・・・第１の特定高調波抽出回路、１Ｂ・・・第２
の特定高調波抽出回路。 ＩＣ，１０・・・極性反転回路、　　ＩＧ、ＩＨ・・・
加算器、ｌＪ・・・電流制御回路、　　３・・・電力変
換装置、４・・・交流電動機、　　　５・・・高調波補
償変換器、６゜ ７・・・電流検出器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　交流電動機と、これを可変速駆動する電力変換装置と
   の間に接続された高調波補償装置の制御回路において、
   前記電力変換装置の出力電流検出手段と、この出力基本
   波周波数に対する任意個数の任意次数の特定高調波を抽
   出する手段と、この特定高調波抽出手段の出力の極性を
   反転して補償電流指令信号を得る極性反転手段と、前記
   補償電流指令信号に一致するように前記高調波補償装置
   の出力電流を制御する電流制御手段を備え、前記交流電
   動機への供給電流中の特定高調波を補償することを特徴
   とする高調波補償装置の制御装置。