JPH0555791U - 電力変換装置の入力力率調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 商用電源の電力を整流器１によって直流変換
し、該整流器出力電力をチョッパ２により制御して後段
の電力変換装置に供給する装置において、チョッパ２の
スイッチング周波数を一定にしてチョッパ２のトランジ
スタ５の損失を低減し、装置変換効率を向上させるとと
もに入力力率を改善する。 【構成】 入力電流指令値を三角波発生器２２の三角波
信号により変調した信号と、入力電流からバンドパスフ
ィルタ２１によって基本波成分のみを通過させた信号と
をヒステリシスコンパレータ１８で比較し、該コンパレ
ータ１８の出力でチョッパ２を制御する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は電力変換装置の入力力率を改善するための入力力率調整装置に関する 。

【０００２】

【従来の技術】

無停電電源装置や周波数変換装置などは商用電源（交流電源）をコンデンサイ ンプット形の順変換器で直流電源に変換している。この順変換器はダイオードブ リッジで構成されるのが一般的である。上述の変換器では、入力電流が図３に示 すように、高調波成分を多く含んでいる。従って、基本波成分が少ないので入力 電流の実効値分が多くなり、無停電電源装置や周波数変換装置などの変換装置の 入力容量が増加する。また、変換装置に適用される分電盤のブレーカ容量も大型 化する必要があり、不経済であった。

【０００３】 前記のような入力電流の高調波成分を低減させ且つ交流入力の力率を改善する 装置は、例えば図４のように構成されていた。図４において１は順変換器である 整流器、２は直流電力調整部であるチョッパである。チョッパ２は整流器１の直 流出力側に接続された直流リアクトル３，ダイオード４，スイッチ素子であるト ランジスタ５および直流コンデンサ６からなる。また、図４において７は交流電 圧検出器であるトランス、８は交流／直流信号変換器（ＡＣ／ＤＣ）、９は交流 電流検出器である変流器、１０は電流／電圧信号変換器、１１は交流／直流信号 変換器（ＡＣ／ＤＣ）である。１２はチョッパ２の直流コンデンサ６の電圧を検 出し直流電圧信号に変換する直流電圧検出器（ＤＣ／ＤＣ）、１３は加減算器、 １４は偏差増幅器、１５は偏差増幅器１４の出力電圧が負になるのを防止するた めのダイオード、１６は掛算器、１７は加減算器、１８はヒステリシスコンパレ ータである。

【０００４】 図４の装置において、チョッパ２のトランジスタ５がオンになると直流リアク トル３にエネルギーが蓄えられ、トランジスタ５がオフになると直流リアクトル ３のエネルギーが直流コンデンサ６に供給され図示極性の充電電圧Ｖ_DCが得られ る。すなわちトランジスタ５のオン時は入力電流が増加し、トランジスタ５のオ フ時は入力電流が減少する。したがって、トランジスタ５のオン，オフ周期を調 整することにより、チョッパ２の出力電圧，電流が調整される。

【０００５】 図５は図４の装置の各部の電圧，電流波形を示すもので、トランス７は整流器 １の交流入力電圧を検出して交流電圧信号Ｓ１を出力する。交流／直流信号変換 器８は交流電圧信号Ｓ１を直流電圧信号Ｓ２に変換する。直流電圧検出器１２の 直流電圧検出信号と直流電圧（Ｖ_DC）設定信号は加減算器１３によって加減算さ れ偏差電圧信号が得られる。偏差増幅器１４は偏差電圧信号を増幅して直流電圧 信号Ｓ３を出力する。掛算器１６は交流／直流変換器８からの直流電圧信号Ｓ２ と偏差増幅器１４からの信号Ｓ３を掛算して電圧信号Ｓ４を得る。電流／電圧信 号変換器１０は電流検出信号を交流電圧信号に変換する。この交流電圧信号は交 流／直流信号変換器１１により直流電圧信号Ｓ５に変換される。加減算器１７は 直流電圧信号Ｓ４とＳ５を加減算して偏差信号をヒステリシスコンパレータ１８ に入力する。ヒステリシスコンパレータ１８はこの偏差信号に基づいて方形波パ ルス信号Ｓ６をチョッパ２のトランジスタ５に制御信号として供給する。

【０００６】 すなわち、図４によれば、整流器１の入力電圧を検出し、交流／直流信号変換 器８により全波整流して直流電圧信号Ｓ２を得る。またチョッパ２の直流電圧出 力信号Ｖ_DCを検出し、直流設定電圧Ｖ_DC setと突き合わせその偏差分を偏差増幅 器１４によって偏差電圧信号Ｓ３を得る。この偏差電圧信号Ｓ３と直流電圧信号 Ｓ２を掛算器１６によって掛算して直流電圧信号Ｓ４を得る。さらに整流器１の 入力電流を検出して交流／直流信号変換器１１により全波整流して直流電圧信号 Ｓ５を得、信号Ｓ４とＳ５を突き合わせ、その偏差信号をヒステリシスコンパレ ータ１８に入力して、入力電流が入力電圧とある幅（ヒステリシス幅）を持って 一致するようにチョッパ２のトランジスタ５をオン，オフさせる。トランジスタ ５のオン時に入力電流は増加し、オフ時に入力電流は減少する。従って、入力電 流を正弦波に近似させて高調波成分を低減させると共に、入力電圧と入力電流の 位相を一致させて入力力率を改善する。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

上記のように構成された入力力率調整装置は、次のような問題点があった。

【０００８】 （１）トランジスタ５のスイッチング周波数は直流リアクトル３の値と入力電圧 によって決まる。従って入力電圧のピーク値近辺では図６（ａ）に示すようにト ランジスタ５のスイッチング周波数が非常に高くなり、トランジスタ５の損失が 増加し、装置変換効率が低下する。

【０００９】 （２）またスイッチング周波数を低くするために直流リアクトル３の値を大きく すると入力電圧が低い部分で高調波が増加する。即ち図６（ｂ）に示すように直 流リアクトル３の電流が一度零になると、入力電圧が低いため電流が設定値に達 するまで時間がかかり、この期間により電流波形の高調波が増加する。

【００１０】 本考案は上記の点に鑑みてなされたものでその目的は、チョッパのスイッチン グ周波数を一定にしてチョッパのスイッチング素子（半導体素子）の損失を低減 し、装置変換効率を向上させるとともに入力力率を改善した電力変換装置の入力 力率調整装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

本考案は、交流電力を直流電力に変換する順変換部と、該順変換部の直流電力 をチョッパ制御により調整して後段の電力変換装置に直流電力を供給する直流電 力調整部と、前記順変換部の交流入力電圧を直流変換した信号に、所定周波数の 三角波信号を重畳して変調する変調手段と、該変調手段の出力信号と、前記直流 電力調整部の出力電圧および直流設定電圧の偏差分とを掛け算する掛算手段と、 前記順変換部の交流入力電流を電圧に変換した信号のうち基本波成分のみを通過 させるバンドパスフィルタと、該バンドパスフィルタの通過出力を直流変換した 信号と前記掛算手段の出力信号との比較出力を、制御信号として前記直流電力調 整部に供給する手段とを備えたことを特徴としている。

【００１２】

【作用】

前記順変換部の交流入力電圧を直流変換した信号は、一定の周波数の三角波信 号によって変調されるので、該変調信号に基づいて作成された制御信号により直 流電力調整部を制御すると、チョッパ制御に用いられる半導体スイッチ素子のス イッチング周波数は一定となる。このため前記半導体スイッチ素子の損失はなく 安定に運転され、装置の電力変換効率が向上する。順変換部の交流入力電流を電 圧に変換した信号を、バンドパスフィルタによって基本波成分のみを通過させる ようにし、該通過信号に基づいて作成された制御信号により直流電力調整部を制 御しているので、入力電圧と入力電流の位相が一致するとともに交流入力の力率 が改善される。しかも入力電流は正弦波に近似されるため高調波成分は低減され る。

【００１３】

【実施例】

以下図面を参照しながら本考案の一実施例を説明する。図１において図４と同 一部分は同一符号を以て示しその説明は省略する。図１において図４と異なる点 は、電流／電圧信号変換器１０と交流／直流信号変換器１１を結ぶ電路に、商用 電源の入力周波数のみ（基本波成分のみ）を通過させるゲイン１のバンドパスフ ィルタ２１を介挿したことと、交流／直流信号変換器８の出力信号に三角波発生 器２２の出力信号を加算する加算器２３を設け、該加算器２３の出力信号を掛算 器１６に入力したことにあり、その他の部分は図４と同一に構成されている。図 ２は図１の装置の各部の電圧，電流波形を示している。

【００１４】 図１および図２において、トランス７は整流器１の交流入力電圧を検出して交 流電圧信号Ｓ１を出力する。交流／直流信号変換器８は交流電圧信号Ｓ１を全波 整流して直流電圧信号Ｓ２に変換する。三角波発生器２２は所定周波数の三角波 信号を発生する。前記直流電圧信号Ｓ２は加算器２３によって三角波発生器２２ の三角波信号と加算されて変調され、加算器２３から変調信号Ｓ３が出力される 。直流電圧検出器１２の直流電圧検出信号と直流電圧（Ｖ_DC）設定信号は加減算 器１３によって加減算され偏差電圧信号が得られる。偏差増幅器１４は偏差電圧 信号を増幅して直流電圧信号Ｓ４を出力する。掛算器１６は加算器２３からの変 調信号Ｓ３と偏差増幅器１４からの直流電圧信号Ｓ４を掛算して電圧信号Ｓ５を 得る。電流／電圧信号変換器１０は電流検出信号を交流電圧信号Ｓ６に変換する 。バンドパスフィルタ２１は交流電圧信号Ｓ６のうち入力周波数のみ（基本波成 分のみ）を通過させ信号Ｓ７を出力する。この信号Ｓ７は交流／直流信号変換器 １１により直流電圧信号Ｓ８に変換される。加減算器１７は電圧信号Ｓ５とＳ８ を加減算して偏差信号をヒステリシスコンパレータ１８に入力する。ヒステリシ スコンパレータ１８はこの偏差信号に基づいて方形波パルス信号をチョッパ２の トランジスタ５に制御信号として供給する（Ｓ５＞Ｓ８の時トランジスタ５をオ ン）。

【００１５】 前記整流器１の交流入力電圧を直流変換した信号Ｓ２は、一定の周波数の三角 波によって変調されるので、該変調信号Ｓ３に基づいて作成された制御信号によ りチョッパ２を制御すると、トランジスタ５のスイッチング周波数は一定となる 。このためトランジスタ５の損失はなく安定に運転され、装置の電力変換効率が 向上する。整流器１の交流入力電流を電圧に変換した信号Ｓ６を、バンドパスフ ィルタ２１によって基本波成分のみを通過させるようにし、該通過信号Ｓ７に基 づいて作成された制御信号によりチョッパ２を制御しているので、入力電圧と入 力電流の位相が一致し装置の入力力率が改善され、入力容量を低減することがで きる。しかも入力電流は正弦波に近似されるため高調波成分は低減される。

【００１６】

【考案の効果】

以上のように本考案によれば、変調手段、掛算手段、バンドパスフィルタ等を 設け、入力電流指令値を変調した信号と入力電流の基本波成分との比較出力によ り直流電力調整部を制御するように構成したので次のような優れた効果が得られ る。

【００１７】 （１）直流電力調整部（チョッパ）で用いる半導体素子のスイッチング周波数が 一定となる。このため前記半導体素子の損失は無く安定に運転され、装置の電力 変換効率が向上する。

【００１８】 （２）スイッチング周波数が一定であるので、この周波数を人間の可聴周波数以 上に設定すれば順変換部と直流電力調整部を結ぶ直流リアクトルから発生する騒 音を無くすことができる。

【００１９】 （３）入力電流の基本波成分と交流入力電圧の位相が一致するので、装置の入力 力率が改善され入力容量を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す回路図。

【図２】実施例の各部の信号波形図。

【図３】一般の変換装置の交流電圧，電流波形図。

【図４】従来の入力力率調整装置の一例を示す回路図。

【図５】図４の装置の要部電圧波形図。

【図６】図４の装置の入力電圧、電流波形図。

【符号の説明】

１…整流器、２…チョッパ、３…直流リアクトル、５…
トランジスタ、６…直流コンデンサ、７…トランス、
８、１１…交流／直流信号変換器、９…変流器、１０…
電流／電圧信号変換器、１２…直流電圧検出器、１３，
１７…加減算器、１４…偏差増幅器、１６…掛算器、１
８…コンパレータ、２１…バンドパスフィルタ、２２…
三角波発生器、２３…加算器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電力を直流電力に変換する順変換部
   と、該順変換部の直流電力をチョッパ制御により調整し
   て後段の電力変換装置に直流電力を供給する直流電力調
   整部と、前記順変換部の交流入力電圧を直流変換した信
   号に、所定周波数の三角波信号を重畳して変調する変調
   手段と、該変調手段の出力信号と、前記直流電力調整部
   の出力電圧および直流設定電圧の偏差分とを掛け算する
   掛算手段と、前記順変換部の交流入力電流を電圧に変換
   した信号のうち基本波成分のみを通過させるバンドパス
   フィルタと、該バンドパスフィルタの通過出力を直流変
   換した信号と前記掛算手段の出力信号との比較出力を、
   制御信号として前記直流電力調整部に供給する手段とを
   備えたことを特徴とする電力変換装置の入力力率調整装
   置。