JPH06197546A - 電力変換装置のｐｗｍ制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、電力変換装置の直流及び交
流電圧に急変が生じた場合でも、安定な運転を継続出来
る電力変換装置のＰＷＭ制御回路を提供することにあ
る。 【構成】 信号波と搬送波との比較により電力変換装置
を構成する可制御整流素子の通電期間を決定する電力変
換装置のＰＷＭ制御回路において、直流電圧を検出する
直流電圧検出回路と、交流電圧を検出する交流電圧検出
回路と、搬送波の振幅値を生成する搬送波振幅生成回路
と、搬送波の振幅を変化させる搬送波振幅可変回路と、
該搬送波振幅可変回路の出力信号と信号波振幅制限回路
の出力信号を比較し、ゲ―ト信号を発生する比較回路と
から成る電力変換装置のＰＷＭ制御回路。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電力変換装置の直流及
び交流電圧に急変が生じた場合でも、安定な運転を継続
出来る電力変換装置のＰＷＭ制御回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】直流電源から供給される直流電力を交流
電力に変換して負荷または配電系統に供給する場合、電
力変換装置にって直流を交流に変換する必要がある。電
力変換装置の制御方法の一つとして、パルス幅変調制御
（以後ＰＷＭ制御と記す）が知られている。（例えば、
電気学会半導体電力変換方式調査専門委員会編、「半導
体電力変換回路」１９８７年３月発行、１０８ぺ―ジ）

【０００３】図５に、このような電力変換装置の内ＰＷ
Ｍ制御方式を用いて制御され、系統連系された電力変換
装置１１の例を示す。図５においては直流電源１０の発
生する電力は平滑用コンデンサ１１３を介してインバ―
タ回路１１２に入力される。インバ―タ回路１１２は、
出力トランス１２によって負荷１３と配電系統１４とに
接続されている。インバ―タ回路１１２は、ゲ―トパル
ス発生回路１２０の出力する信号によって内部の可制御
整流素子のオンオフを行い交流電圧を発生し、これによ
って出力指令値ｉref に対応した出力電流を負荷側に供
給している。この一連の動作を図５を参照して説明す
る。

【０００４】今、インバ―タ回路１１２に出力指令値ｉ
ref が入力されているとき、インバ―タの出力電流は電
流検出器１１４によって検出され、電流検出回路１１５
で電圧信号ｉｆに信号変換を行った後、電流指令値ｉre
f から減算される。その差分ｉｃは指令値と出力電流の
誤差として増幅回路１１６に入力される。増幅回路１１
６は比例積分制御を行い、信号波Ｅc を出力する。この
信号波Ｅc と搬送波発生回路１１８の出力する搬送波の
大小を比較してゲ―ト駆動信号ｇp が生成される。

【０００５】ゲ―ト駆動信号ｇp はゲ―トパルス発生回
路１２０に入力されインバ―タ回路１１２を動作させ
る。インバ―タ回路１１２は指令値と出力量の誤差を補
正するように運転されることで指令値に対応した出力電
流を出力し、出力電流制御が実現される。図４に、この
電力変換装置のゲ―ト駆動信号の生成の様子を示す、例
示した装置は３相回路を想定しているので信号波は３相
分存在するが、ここではその内のＵ相とＶ相についての
み示す。

【０００６】今、直流電圧がＥd のとき、Ｕ相の信号波
Ｅcuと、搬送波Ｖtri によって生成されるゲ―ト駆動信
号をｇpuとして示す。Ｕ相ゲ―ト駆動信号ｇpuはＵ相の
信号波Ｅcuが搬送波Ｖtri より大きいときにはＨレベル
となり、その逆の場合にはＬレベルとなるという規則で
生成される。又、Ｖ相の信号波Ｅcvと、搬送波Ｖtriに
よって生成されるゲ―ト駆動信号をｇpvとして示す。生
成規則はｇpuと同様である。

【０００７】このゲ―ト駆動信号ｇpuとｇpvとによって
動作するインバ―タの出力電圧をＶuvとする。ＶuvはＵ
相ゲ―ト信号電圧ｇpuとＶ相ゲ―ト信号電圧ｇpvが同一
信号レベルならば０、Ｕ相ゲ―ト信号電圧ｇpuがＨレベ
ルでＶ相ゲ―ト信号電圧ｇｐｖがＬレベルならば＋Ｅｄ
ｃ、その逆の場合は−Ｅdcとなる。

【０００８】この制御において、図４の点線で示すよう
に入力直流電圧がＥdxに上昇した場合、インバ―タが同
一のパルスを出力していると出力電圧が増加し、その結
果出力電流は増加する。よって、電流負帰還作用で信号
波の振幅はＥcux 及び出力電圧Ｖuva は減少し、出力の
電圧は一定に保たれ、インバ―タの出力電流も一定に維
持される。又、直流電圧を一定として出力側の交流電圧
が低下した場合もインバ―タ出力電流制御により信号波
Ｅc の振幅が減少して一定電流を維持する。

【０００９】以上のように、直流電圧と交流電圧の電圧
差が増大した場合、インバ―タ制御回路は、負帰還回路
により信号波Ｅc の振幅を減少させることでインバ―タ
の電流を一定に維持する。

【００１０】つまり、直流電圧及び交流電圧の変化に対
しては、インバ―タ出力電流がその変化によって変動す
ることで電流制御が調整され、安定な運転状態を維持す
ることになる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ような構成では、直流電圧及び交流電圧が急変した場
合、ＧＴＯ等のスイッチング速度に制限のある可制御整
流素子を持つインバ―タが過大な電流を出力し、装置の
停止、故障の原因となる場合がある。

【００１２】この問題は直流電源として太陽電池や燃料
電池、またはその他の電圧変動が大きな直流電圧源など
を採用しているときに特に考慮しなくてはならない問題
である。

【００１３】これを回避するためには、制御系を高速化
し、搬送波の周波数を高めてスイッチング回数を増やし
てインバ―タ出力電流の増大を抑止するか、インバ―タ
全体の過電流耐量を余裕をもたせて設計する等が考えら
れる。

【００１４】しかしながら前者の場合、スイッチング数
の増加による変換装置の効率の低下が生じる。また、後
者を採用した場合はインバ―タの体積と重量の増加が生
じ、装置全体のコストと最適設計という点に悪影響をお
よぼす。

【００１５】そこで本発明は上述の点に鑑みなされたも
のであり、電力変換装置の直流及び交流電圧に急変が生
じた場合においても、インバ―タ出力電流を適正な範囲
内に抑制し、インバ―タが信頼性の高い運転をすること
が可能な電力変換装置のＰＷＭ制御回路を提供すること
を目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、信号波と搬送波との比較により電力変換装
置を構成する可制御整流素子の通電期間を決定する電力
変換装置のＰＷＭ制御回路において、直流電圧を検出す
る直流電圧検出回路と、交流電圧を検出する交流電圧検
出回路と、搬送波の振幅値を生成する搬送波振幅生成回
路と、搬送波の振幅を変化させる搬送波振幅可変回路
と、該搬送波振幅可変回路の出力信号と信号波振幅制限
回路の出力信号を比較し、ゲ―ト信号を発生する比較回
路とを具備したものである。

【００１７】

【作用】このように構成された電力変換装置のＰＷＭ制
御回路であれば、直流及び交流電圧に急変が生じた場合
においても搬送波振幅可変回路によって信号波の振幅が
制限され、インバ―タの出力電流の増大を制限し、信頼
性の高い運転を維持することができる。

【００１８】

【実施例】以下本発明の一実施例を図１の構成図を参照
して説明する。図１において、図５と同一な部分につい
ては同一の符号を付してその説明を省略し、ここではそ
れ以外の点について述べる。

【００１９】図１は、従来の回路を示す図５に直流電源
１０の電圧を検出する直流電圧検出回路１２１と、交流
電圧検出回路１２４と、搬送波振幅生成回路１２３と、
搬送波振幅可変回路１２２を付加して構成されている。
次に、図２を参照して図１の動作を説明する。図２にお
いて、各ブロックは図１の同名のものと対応している。

【００２０】直流電圧は、直流電圧検出回路１２１によ
り電気的に絶縁して取込まれる。交流系統電圧は、交流
電圧検出回路１２４を経由することで交流電圧振幅が直
流電圧値に変換される。この変換はダイオ―ドとコンデ
ンサを用いた平滑回路でも実現可能であるが、３相交流
電圧の検出には３相２相変換を行った後、回転座標変換
を行うことで交流電圧の瞬時値を検出することも可能で
ある。

【００２１】この検出した両信号は搬送波振幅生成回路
１２３に入力され、該搬送波振幅生成回路１２３は、両
信号の電圧差に対応する信号を搬送波振幅指令値として
搬送波振幅可変回路１２２に出力する。搬送波振幅可変
回路１２２は搬送波信号と搬送波振幅指令値を乗算す
る。乗算の結果、搬送波は直流電圧が増加すれば振幅を
増大し、交流電圧が増加すれば振幅を減少する特性を持
つ。乗算された搬送波は、信号波Ｅc とともに比較回路
１１９に入力されてゲ―ト駆動信号が生成される。

【００２２】図３に、各部の波形を示す。直流電源電圧
がＥd 、ゲ―ト駆動信号が搬送波Ｖtri 、信号波Ｅc の
Ｕ相信号がＥcu、ゲ―ト駆動信号がｇpu、信号波Ｅc の
Ｖ相信号がＥcv、ゲ―ト駆動信号がｇpv、インバ―タの
出力線間電圧がＶuvである。これらの生成規則は図４の
同一記号の信号と同様なので説明を省略する。次に、時
刻ｔx において直流電圧がＥd からＥdzに増加したとき
のこれらの波形の様子を図３を用いて説明する。

【００２３】この時、搬送波は振幅可変回路の作用で振
幅が増大しＶtrizとなる。Ｖtrizは出力電圧のパルス幅
を減少させる方向に作用するため、インバ―タ出力線間
電圧パルスは点線で示すＶuvz にに変化する。

【００２４】この場合、インバ―タ線間電圧Ｖuvz と直
流電圧が変化する前のインバ―タ線間電圧Ｖuvz との電
圧時間積はほぼ一定に保たれ、インバ―タ回路１１２の
出力電圧は変化しない。従って出力電流は、直流電圧の
変動に対して大きな影響も受けずに定常状態に落着くこ
とになる。この回路は、入力直流電圧が一定でインバ―
タ出力側系統電圧が低下した状態でも同様な効果が得ら
れる。

【００２５】このようにして本実施例においては、直流
電圧を検出する回路と、交流電圧を検出する回路と、搬
送波の振幅を生成する回路と、搬送波の振幅を変化させ
る搬送波振幅可変回路と、当該搬送波振幅可変回路の出
力信号と信号波振幅制限回路の出力信号を比較し、ゲ―
ト信号を発生する比較回路を設けることにより、交流及
び直流電圧が急激に変動した場合でも、インバ―タ出力
電流の増加を制限し、電力変換装置の安定な運転を可能
にしている。

【００２６】尚、本発明は３相電力変換装置のみに適用
されるものではなく、単相のインバ―タにも適用できる
ものである。又、同様な機能は、該当部分をマイクロコ
ンピュ―タを用いたソフトウェアでも実現可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上説明のように、本発明によれば、直
流電圧を検出する回路と、交流電圧を検出する回路と、
搬送波の振幅を生成する回路と、搬送波の振幅を変化さ
せる搬送波振幅可変回路と、当該搬送波振幅可変回路の
出力信号と信号波振幅制限回路の出力信号を比較し、ゲ
―ト信号を発生する比較回路を設けることにより、電力
変換装置の直流電圧と交流電圧との差に急変が生じた場
合でも、インバ―タ出力電流の変動を制限することで電
力変換装置を安定に運転することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す回路構成を示すブロッ
ク図。

【図２】図１の一部の具体的回路構成を示すブロック
図。

【図３】本発明の動作を説明するための波形図。

【図４】従来の回路の動作を説明するための波形図。

【図５】従来の電力変換装置の回路構成を示すブロック
図。

【符号の説明】

１０…直流電源 １１６…増幅回路 １１…電力変換装置 １１８…搬送波発生回
路 １３…負荷 １１９…比較回路 １４…配電系統 １２０…ゲ―トパルス
発生回路 １１２…インバ―タ回路 １２１…直流電圧検
出回路 １１３…平滑用コンデンサ １２２…搬送波信号
可変回路 １１４…電流検出器 １２３…搬送波振幅
生成回路 １１５…電流検出回路 １２４…交流電圧検
出回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 信号波と搬送波との比較により電力変
   換装置を構成する可制御整流素子の通電期間を決定する
   電力変換装置のＰＷＭ制御回路において、直流電圧を検
   出する直流電圧検出回路と、交流電圧を検出する交流電
   圧検出回路と、搬送波の振幅値を生成する搬送波振幅生
   成回路と、搬送波の振幅を変化させる搬送波振幅可変回
   路と、該搬送波振幅可変回路の出力信号と信号波振幅制
   限回路の出力信号を比較し、ゲ―ト信号を発生する比較
   回路とから成る電力変換装置のＰＷＭ制御回路。