JPH06259149A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＡＣ−ＤＣ又はＡＣ−ＤＣ−ＡＣ変換装置の
起動時の入力電流の立上りの時間勾配を負荷の大小に無
関係に一定にする。 【構成】 電力変換回路３の入力電流を検出する。出力
電圧と基準電圧との差に対応する信号を電圧制御器（Ａ
ＶＲ）８で形成する。起動時にリミット値を発生させ
る。リミット値よりも大きい電圧制御出力が発生してい
る時にはリミッタ回路１５からリミット値を電流基準信
号として出力する。電流制御器（ＡＣＲ）９は電流検出
信号を電流基準信号に近づけるための信号を形成する。
これにより、入力電流はリミット値に制限される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、起動時の入力電流を良
好に制限することができるコンバータ、インバータ等の
電力変換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１に示すような制御回路を有するコン
バータ、インバータ等の電力変換装置が知られている。
この電力変換装置は電源１と負荷２との間にコンバータ
又はインバータ等の電力変換回路３を接続し、この電力
変換回路３を出力電圧と入力電流とに基づいて制御する
ように構成されている。電力変換回路３を制御するため
に、入力電流検出手段として電流検出器４と、出力電圧
検出手段としての電圧検出ライン５と、基準電圧源回路
６と、起動指令発生手段としてのスイッチ７と、出力電
圧制御器（以下、ＡＶＲと言う）８と、入力電流制御器
（以下、ＡＣＲと言う）９と、ＰＷＭ（パルス幅変調）
パルス発生器１０と、スイッチング素子駆動回路１１
と、起動電流制限用フィルタ１２とが設けられている。

【０００３】この実施例では電源１は３相交流電源であ
り、電力変換回路３は昇圧型３相コンバータであって図
２に示すように６個のスイッチング素子Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ
3 、Ｑ4 、Ｑ5 、Ｑ6 と、６個のダイオードＤ1 、Ｄ2
、Ｄ3 、Ｄ4 、Ｄ5 、Ｄ6 とを３相ブリッジ接続した
回路であり、３相の入力ラインにはリアクトルＬ1 、Ｌ
2 、Ｌ3 を有し、直流出力ライン間にはコンデンサＣ1
を有する。リアクトルＬ1 、Ｌ2 、Ｌ3 は電力蓄積作用
を有すると共にスイッチングノイズ除去作用を有する。
この図２のコンバータ回路は周知であるので、詳しい説
明を省略する。

【０００４】基準電圧源６は出力電圧指令値としての基
準電圧Ｅr を発生する。この基準電圧源５は起動スイッ
チ７とＲＣフィルタ１２を介してＡＶＲ８に接続されて
いる。従って、起動スイッチ７がオンになった時に、基
準電圧Ｅr がフィルタ１２で補正されて補正基準電圧Ｅ
r ′となり、これがライン１３を通ってＡＶＲ８に入力
される。

【０００５】ＡＶＲ８は例えば図３に示すように比較器
８ａと補償器８ｂとから成る。比較器８ａは電圧検出ラ
イン５から与えられた電圧検出値Ｅ0 と基準電圧ライン
１３から与えられた補正基準電圧（指令値）Ｅr ′との
差に対応する出力（誤差信号）を発生し、補償器８ｂは
比較器８ａの出力を比例補償又は比例積分補償して第１
の操作量を示す信号を出力する。

【０００６】ＡＣＲ９は、図４に示すように、電流検出
器４とＡＶＲ８とに接続された比較器９ａと補償器９ｂ
とから成る。比較器９ａは電流検出値とＡＶＲ８から与
えられた第１の操作量から成る電流基準値（電流指令
値）との誤差信号を形成する。補償器９ｂは比較器９ａ
から得られた誤差信号を比例補償又は比例積分補償して
第２の操作量を出力する。

【０００７】ＡＣＲ９に接続されたスイッチ制御信号形
成回路としてのＰＷＭパルス発生器１０は第２の操作量
に基づいて電力変換回路３のスイッチング素子Ｑ1 〜Ｑ
6 をオン・オフするためのＰＷＭパルスを周知の方法で
形成する。なお、スイッチング素子Ｑ1 〜Ｑ6 のオン・
オフ時間は第２の操作量に対応する。スイッチング素子
駆動回路１１はＰＷＭパルス発生回路１０の出力に基づ
いて電力変換回路３のスイッチング素子Ｑ1 〜Ｑ6 を周
知の方法でオン・オフ制御する。図１、図３及び図４は
見かけ上単相のように示されているが、実際には３相分
の回路が設けられている。

【０００８】図１の電力変換装置においては、電力変換
回路３の出力電圧が基準電圧（出力電圧指令値）に追従
するように動作する。即ち、ＡＶＲ８によって第１の操
作量が決定され、この第１の操作量を基準電流値（入力
電流指令値）として入力電流Ｉi をこれに追従させる第
２の操作量を決定し、スイッチング素子を制御する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、フィルタ１
２は、起動スイッチ６のオンによって供給されるステッ
プ状の基準電圧（出力電圧指令値）Ｅr を図５及び図６
の（Ａ）に示すように指数関数的に立上げる補正基準電
圧Ｅr ′に変える作用を有する。これにより、入力電流
Ｉi は図５及び図６の（Ｂ）に示すように緩やかに立上
る。なお、図５は負荷２が軽い時を示し、図６は負荷２
が重い時を示す。図５（Ｂ）と図６（Ｂ）との比較から
明らかなように負荷２の大小に拘らず入力電流の立上り
を抑制する効果は得られるが、入力電流Ｉi の包絡線の
傾きが変化している。図６（Ｂ）に示すように、重負荷
において入力電流Ｉi の立上りの傾きが急になると、起
動時における電源の負担が大きくなる。

【００１０】そこで、本発明の目的は、負荷の変化にも
拘らず、起動時の入力電流の立上りの傾きを一定にする
ことができる電力変換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】上記目的を達成するため
の本発明は、電源端子と、前記電源端子に接続され且つ
電力変換用スイッチを有している電力変換回路と、前記
電源端子から前記電力変換回路に流れる入力電流を検出
する電流検出手段と、前記電力変換回路の出力電圧を検
出する電圧検出手段と、起動指令発生手段と、前記起動
指令発生手段の起動指令に応答して基準電圧を発生する
基準電圧源回路と、前記電流検出手段と前記電圧検出手
段と前記基準電圧源回路と前記電力変換回路とに接続さ
れ、前記電圧検出手段から得られた検出電圧を前記基準
電圧に追従させるための第１の操作量を求め、絶対値が
前記起動指令に応答して時間と共に変化するリミット値
によって前記第１の操作量を制限して電流基準値を得、
前記電流検出手段から得られた電流検出値を前記電流基
準値に追従させるための第２の操作量を求め、この第２
の操作量に基づいて前記電力変換用スイッチのオン・オ
フ制御信号を形成して前記電力変換用スイッチを制御す
る制御回路とを備えた電力変換装置に係わるものであ
る。なお、請求項２に示すように、制御回路を出力電圧
制御器（ＡＶＲ）と、リミット作用を有する電流基準信
号形成回路と、入力電流制御器（ＡＣＲ）と、スイッチ
制御信号形成回路で構成することができる。

【００１２】

【発明の作用及び効果】本発明においては、第１の操作
量をリミット値によって制限し、これを入力電流制御に
おける基準電流値（入力電流指令値）としているので、
この基準電流値の起動時の立上りの傾きをリミット値に
よって一定にすることにより、入力電流の傾きも負荷の
大小に無関係に一定になる。また、この傾きを任意に設
定することができるので、任意の入力電流の立上りを容
易に得ることができる。

【００１３】

【実施例】次に、図７〜図１２を参照して本発明の実施
例に係わる電力変換装置を説明する。図７は実施例の電
力変換装置を示す。この図７の電力変換装置は図１の電
力変換装置の一部を変形したものであるので、図７にお
いて図１と共通する部分には同一の符号を付してその説
明を省略する。図７の回路は、図１の回路からフィルタ
１２を除去し、この代りに、ＡＶＲ８とＡＣＲ９との間
にリミッタ回路１５を接続し、起動指令発生器７ａとリ
ミッタ回路１５との間にリミット値発生回路１４を接続
した回路に相当する。リミッタ回路１５及びリミット値
発生回路１４はＡＣＲ９に基準電流値（入力電流指令
値）を与えるための基準電流信号形成回路として機能す
る。起動指令発生器７ａは起動指令信号によって起動ス
イッチ７をオンに制御すると共に、リミット値発生回路
１４に起動指令信号を与える。

【００１４】リミット値発生回路１４は、起動信号に応
答して時間と共に傾斜を有して増大するリミット値を示
す電圧を出力するものであり、図８に示すように基準電
圧源２１と、オペアンプ２２と、入力抵抗Ｒi と、積分
用コンデンサＣf と、起動スイッチ２３とから成る。オ
ペアンプ２２の反転入力端子は入力抵抗Ｒi を介して負
の基準電圧を発生する基準電圧源２１に接続されてい
る。オペアンプ２２の非反転入力端子はグランドに接続
されている。積分用コンデンサＣf 及び起動用スイッチ
２３はオペアンプ２２の反転入力端子と出力端子との間
に夫々接続されている。このリミット値発生回路１４
は、図７の起動指令発生器７ａの起動指令信号に応答し
てスイッチ２３がオフになり、負の基準電圧の積分を開
始し、図９（Ｅ）に示す傾斜電圧を発生する。即ち、傾
きをＡとすればリミット値発生回路１４の出力は傾きＡ
の時間ｔに対する１次関数Ａt で増加する。このリミッ
ト値は通常のＡＶＲ８の出力値よりも十分に高い値まで
増加する。

【００１５】リミッタ回路１５は、図８に示すように２
つの入力端子２４、２５と出力端子２６とを有し、一方
の入力端子２４に与えられる第１の操作量（ＡＶＲ出
力）と他方の入力端子２５に与えられるリミット値との
内の小さい方を出力端子２６に送出する。このリミッタ
回路１５の入力端子２４、２５と出力端子２６との間に
はバッファアンプ２７と、抵抗２８と、ダイオード２９
とが接続されている。一方の入力端子２４はバッファア
ンプ２７と抵抗２８とを介して出力端子２６に接続され
ている。入力端子２５はダイオード２９を介して出力端
子２６に接続されている。又、入力端子２５はリミット
値発生回路１４の出力端子に接続されている。リミット
値発生回路１４から与えられる図９（Ｅ）に示す電圧が
バッファアンプの出力電圧よりも低い時には、ダイオー
ド２９がオンになり、出力端子２６の電圧はリミット値
発生回路１４の出力電圧とほぼ同一になる。一方、リミ
ット値発生回路１４の出力電圧がバッファアンプ２７の
出力電圧よりも高くなると、ダイオード２９は逆バイア
ス状態になってオフになる。従って、一方の入力端子２
４の第１の操作量（ＡＶＲ出力）はリミット値に制限さ
れずに出力される。なお、リミット値発生回路１４とリ
ミッタ回路１５とは、ＡＶＲ８から得られる第１の操作
量を制限して入力電流制御のための電流基準信号を形成
する。

【００１６】図９は図７のＡ〜Ｇ点の起動時の状態を示
す波形図である。ｔ0 で起動した直後には出力電圧Ｅ0
が基準電圧Ｅr よりも低いので、ＡＶＲ８から図９
（Ｄ）に示すような高いレベルの出力（第１の操作量）
ｅが得られる。しかし、リミッタ回路１５が設けられて
いるので、図９（Ｄ）の出力がそのままＡＣＲ９の入力
とならず、図９（Ｅ）のリミット値が選択されてリミッ
タ回路１５の出力となる。図９（Ｆ）に示すリミッタ回
路１５の出力はＡＣＲ９における電流基準値として機能
し、図９（Ｇ）の入力電流Ｉi は図９（Ｆ）の電流基準
値に追従する。この結果、入力電流Ｉi の立上りの傾き
はリミット値に制限される。リミット値の傾きは図１０
に示すようにＡＶＲ８の出力信号ｅが制限領域にある場
合は一定に保たれる。ＡＶＲ８の出力信号ｅの最終安定
レベルは負荷２の大小によって変化するが、リミッタ回
路１５における制限の傾きは同一であるので、ＡＣＲ９
の電流基準値が起動時に異常に高くなることはない。

【００１７】図１１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は負荷２が重負
荷、中負荷、軽負荷の場合の入力電流Ｉi の起動時の波
形を示す。

【００１８】なお、リミット値の調整は任意にできるの
で、入力電流Ｉi の立上り波形を任意に調整することが
できる。

【００１９】

【変形例】本発明は上述の実施例に限定されるものでな
く、例えば次の変形が可能なものである。 （１） 電力変換回路３を例えばブリッジ型インバータ
とすること、又はブリッジ型インバータとこの出力を整
流する整流回路とすること、又は別の形式のＡＣ−ＤＣ
又はＤＣ−ＤＣコンバータとすることが可能である。 （２） 全体のシステムを無停電電源回路構成にするこ
とができる。 （３） ＡＶＲ８、ＡＣＲ９、ＰＷＭパルス発生器１
０、リミッタ回路１３、リミット値発生回路１４の一部
又は全部をマイクロプロセッサ等のディジタル回路に構
成することができる。この場合には電流検出器４及び出
力電圧検出ライン５にＡ／Ｄ変換器を接続する。 （４） 起動指令発生器７ａによってスイッチ７とスイ
ッチ２３を制御する代りに、スイッチ７とスイッチ２３
を連動する機械的スイッチにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の電力変換装置を示すブロック図である。

【図２】図１の電力変換回路の１例を示す回路図であ
る。

【図３】図１のＡＶＲを示すブロック図である。

【図４】図１のＡＣＲを示すブロック図である。

【図５】図１の負荷が軽い場合の起動時における基準電
圧値と入力電流とを示す波形図である。

【図６】図１の負荷が重い場合の起動時における基準電
圧値と入力電流とを示す波形図である。

【図７】実施例の電力変換装置を示すブロック図であ
る。

【図８】図７のリミッタ回路及びリミット値発生回路を
示す回路図である。

【図９】図７のＡ〜Ｇ点の状態を示す波形図である。

【図１０】リミット値発生回路の状態を示す図である。

【図１１】３種類の負荷における入力電流を示す波形図
である。

【符号の説明】

３ 電力変換回路 １５ リミッタ回路 １４ リミット値発生回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電源端子と、 前記電源端子に接続され且つ電力変換用スイッチを有し
   ている電力変換回路と、 前記電源端子から前記電力変換回路に流れる入力電流を
   検出する電流検出手段と、 前記電力変換回路の出力電圧を検出する電圧検出手段
   と、 起動指令発生手段と、 前記起動指令発生手段の起動指令に応答して基準電圧を
   発生する基準電圧源回路と、 前記電流検出手段と前記電圧検出手段と前記基準電圧源
   回路と前記電力変換回路とに接続され、前記電圧検出手
   段から得られた検出電圧を前記基準電圧に追従させるた
   めの第１の操作量を求め、絶対値が前記起動指令に応答
   して時間と共に変化するリミット値によって前記第１の
   操作量を制限して電流基準値を得、前記電流検出手段か
   ら得られた電流検出値を前記電流基準値に追従させるた
   めの第２の操作量を求め、この第２の操作量に基づいて
   前記電力変換用スイッチのオン・オフ制御信号を形成し
   て前記電力変換用スイッチを制御する制御回路とを備え
   た電力変換装置。
2. 【請求項２】 前記制御回路は、 前記電圧検出手段と前記基準電圧源回路とに結合され、
   前記電圧検出手段から得られた検出電圧と前記基準電圧
   源回路から与えられた基準電圧とに基づいて前記検出電
   圧を前記基準電圧に追従させるための第１の操作量を求
   めて出力する出力電圧制御器と、 前記出力電圧制御器と前記起動指令発生手段とに結合さ
   れ、絶対値が前記起動指令に応答して時間と共に変化す
   るリミット値によって前記第１の操作量を制限して電流
   基準信号を形成する電流基準信号形成回路と、 前記電流検出手段と前記電流基準信号形成回路とに結合
   され、前記電流検出手段から得られた電流検出値を前記
   電流基準信号に追従させるための第２の操作量を求める
   入力電流制御器と、 前記入力電流制御器と前記電力変換用スイッチ素子との
   間に接続され、前記第２の操作量に応じた前記電力変換
   用スイッチのオン・オフ時間を得るためのスイッチ制御
   信号を形成するスイッチ制御信号形成回路とから成るこ
   とを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。