JPH0634581B2 - Multiplex pulse width modulation power converter - Google Patents

Multiplex pulse width modulation power converter

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JPH0634581B2
JPH0634581B2 JP23107887A JP23107887A JPH0634581B2 JP H0634581 B2 JPH0634581 B2 JP H0634581B2 JP 23107887 A JP23107887 A JP 23107887A JP 23107887 A JP23107887 A JP 23107887A JP H0634581 B2 JPH0634581 B2 JP H0634581B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、パルス幅変調方式の単相順変換器を並列接続
して直流電力を供給する方式の多重型パルス幅変調電力
変換装置に係り、特に単相交流き電方式の電気車に好適
な多重型パルス幅変調電力変換装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a multiple pulse width modulation power converter of a system in which pulse width modulation single phase forward converters are connected in parallel to supply DC power. In particular, the present invention relates to a multiple pulse width modulation power converter suitable for a single-phase AC feeding type electric vehicle.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来から、電車など鉄道用の電気車では、交流電気車に
おいても、その走行駆動用の電動機としては、直流電動
機が多用されていたが、近年、出力の大容量化に伴な
い、交流電動機、特に誘導電動機を走行駆動用とする機
運にある。
Conventionally, in electric vehicles for railroads such as electric trains, even in AC electric vehicles, DC electric motors have been frequently used as electric motors for driving the AC electric vehicles, but in recent years, with the increase in output capacity, AC electric motors, In particular, there is an opportunity to drive an induction motor for driving.

ところで、このような交流電動機を用いた交流電気車で
は、その電力変換装置として、順変換器、特にパルス幅
変調方式の順変換器を必要とする。
By the way, in an AC electric vehicle using such an AC electric motor, a forward converter, in particular, a pulse width modulation forward converter is required as a power converter.

しかして、このパルス幅変調方式の順変換器を大容量の
交流電気車に適用する場合、主回路を構成する半導体ス
イツチング素子の容量や単相交流電源側での高調波の軽
減などの見地から、主回路を分割し、多重化した、いわ
ゆる多重型パルス幅変調方式の順変換器の使用が広く行
なわれており、このことは、例えば、電気学会論文誌、
D分冊、第107 巻、第3号(昭和62年)の 304〜311
頁、「PWMコンバータを用いた高性能交流車輌システ
ムの検討」などとして開示され、これにより、直流電圧
及び電源力率を所定値に保つ制御が得られるようになつ
ている。
When applying this pulse-width modulation type forward converter to a large-capacity AC electric vehicle, from the viewpoint of the capacity of the semiconductor switching element that constitutes the main circuit and the reduction of harmonics on the single-phase AC power supply side, etc. , A so-called multiplex type pulse width modulation type forward converter in which a main circuit is divided and multiplexed is widely used.
Volume D, Vol. 107, No. 3 (1988) 304-311
Page, "Examination of high-performance AC vehicle system using PWM converter" and the like, which enables control to keep DC voltage and power supply power factor at predetermined values.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

ところで、このような単相交流電源を用いたシステムで
は、それから給電されている電力が、瞬時値では電源周
波数の2倍の周波数で脈動しているため、その影響によ
り順変換器の直流側電圧にも脈動を伴ない、これの抑圧
が必要であるが、上記従来技術では、その直流側に平滑
コンデンサを設ける以外、特に配慮がされておらず、こ
のため、大容量の平滑コンデンサを必要とし、システム
の重量の増加や、その格納に必要なスペースが増大し、
車輌への搭載が困難になる上、コストアツプが著しいと
いう問題点があつた。
By the way, in a system using such a single-phase AC power supply, the electric power supplied from the system pulsates at a frequency twice the power supply frequency in the instantaneous value, and due to this, the DC side voltage of the forward converter is affected. It is necessary to suppress this without pulsation, but in the above-mentioned conventional technology, no particular consideration is given other than providing a smoothing capacitor on the DC side thereof, and therefore a large-capacity smoothing capacitor is required. Increasing the weight of the system and the space required to store it,
There are problems that it is difficult to mount it on a vehicle and the cost is significantly high.

本発明の目的は、上記の直流電力の脈動を、平滑コンデ
ンサの容量の増加を伴わずに充分に抑圧でき、コストア
ツプを抑え、重量や体積の軽減が得られるようにした多
重型パルス幅変調電力変換装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a multiple pulse width modulation power capable of sufficiently suppressing the pulsation of the above DC power without increasing the capacity of the smoothing capacitor, suppressing cost up, and reducing weight and volume. It is to provide a conversion device.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的は、多重型パルス幅変調方式の順変換器を構成
すべき、それぞれのパルス幅変調方式の順変換器(以
下、単位順変換器という)の交流側の一方の端子を少く
とも1のインピーダンス素子で相互に接続し、このイン
ピーダンス素子に現われる電圧が所定値になるように、
それぞれの単位順変換器を制御するようにして達成され
る。
The above-mentioned object is to configure at least one terminal on the AC side of each pulse width modulation type forward converter (hereinafter referred to as a unit forward converter) which should constitute a multiplex pulse width modulation type forward converter. Connect to each other with an impedance element, so that the voltage appearing on this impedance element will be a predetermined value,
This is accomplished by controlling each unit converter.

〔作 用〕[Work]

インピーダンス素子に所定値の電圧が現われるように、
各単位順変換器を制御すると、これにより、これら単位
順変換器の直流側での、交流電源側周波数の2倍の周波
数の電力脈動が抑えられるので、平滑コンデンサの容量
を増加させなくても、充分に直流電力脈動を少くなくす
ることができる。
In order for the voltage of a predetermined value to appear in the impedance element,
By controlling each of the unit forward converters, it is possible to suppress the power pulsation at the DC side of these unit forward converters at a frequency twice as high as the frequency of the AC power source side. Therefore, even if the capacity of the smoothing capacitor is not increased. , It is possible to sufficiently reduce DC power pulsation.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明による多重型パルス幅変調電力変換位置に
ついて、図示の実施例により詳細に説明する。
Hereinafter, the multiple pulse width modulation power conversion position according to the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiment.

第1図は、本発明を、走行駆動用電動機として誘導電動
機を用いた、単相交流電気車などに適用した場合の一実
施例で、図において、1は単相交流電源、2は主変圧
器、3,4は交流リアクトル、5は補助リアクトル、6
〜13はGTOサイリスタ、14〜21はダイオード、22は平
滑コンデンサ、23は負荷、24は電圧調整器、25,26は電
流調整器、27,28は位相調整器、29,30は位相差検出
器、31は座標変換器、32は電圧合成・座標変換器、33〜
36はパルス幅変調器である。
FIG. 1 is an embodiment in which the present invention is applied to a single-phase AC electric vehicle or the like using an induction motor as a drive motor, and in the figure, 1 is a single-phase AC power supply and 2 is a main transformer. Vessels, 3, 4 AC reactor, 5 auxiliary reactor, 6
~ 13 is a GTO thyristor, 14 ~ 21 is a diode, 22 is a smoothing capacitor, 23 is a load, 24 is a voltage regulator, 25 and 26 are current regulators, 27 and 28 are phase regulators, and 29 and 30 are phase difference detection. , 31 is a coordinate converter, 32 is a voltage synthesizer / coordinate converter, 33-
36 is a pulse width modulator.

主変圧器2は1次巻線2Pと、2組の2次巻線2A,2
Bとを有する単相変圧器で、交流電源1から受電した交
流電圧epを、2組の所定値の2次電圧esに変換する
働きをする。
The main transformer 2 has a primary winding 2P and two sets of secondary windings 2A, 2
It is a single-phase transformer having B and functions to convert the AC voltage ep received from the AC power supply 1 into two sets of secondary voltages es having a predetermined value.

交流リアクトル3,4はそれぞれの順変換部A,Bの交
流入力電圧e,e間での干渉を少くする働きをす
る。
The AC reactors 3 and 4 serve to reduce the interference between the AC input voltages e 1 and e 2 of the respective forward conversion units A and B.

補助リアクトル5は脈動電力を吸収する動きをするもの
で、その詳細は後述する。
The auxiliary reactor 5 acts to absorb the pulsating electric power, and its details will be described later.

GTOサイリスタ6〜13はダイオード14〜21と共に各単
位順変換部A,Bの主回路を形成している。
The GTO thyristors 6 to 13 together with the diodes 14 to 21 form a main circuit of the unit forward conversion units A and B.

平滑コンデンサ22は単位順変換部A,Bの直流出力端に
並列接続され、直流電圧脈動を抑える動きをする。
The smoothing capacitor 22 is connected in parallel to the DC output terminals of the unit forward conversion units A and B, and acts to suppress DC voltage pulsation.

負荷23は、図では省略してあるが、逆変換部(インバー
タ)と誘導電動機などからなる周知のものである。
Although not shown in the figure, the load 23 is a well-known load including an inverse converter (inverter) and an induction motor.

電圧調整器24はAVRなども呼ばれ、平滑コンデンサ22
の端子間に現われている直流電圧edから検出した平均
値Eと、これに対して与えられている直流電圧指令値
d *との偏差から、各単位順変換部A,Bの交流入力電
流(コンバータ入力電流)指令値Is *を演算する働きを
する。
The voltage regulator 24 is also called AVR, and the smoothing capacitor 22
From the deviation between the average value E d detected from the DC voltage ed appearing between the terminals and the DC voltage command value E d * given thereto, the AC input of each unit forward conversion unit A, B It operates to calculate the current (converter input current) command value I s * .

電流調整器25,26はACRと呼ばれ、電流指令値I
s *と、各単位順変換部A,Bに対する実入力電流の検出
値Is1,Is2との偏差から交流側端子間電圧(コンバー
タ入力電圧)ec1及びec2のそれぞれの虚軸成分指令値
1i * ,E2i * (電源電圧epを基準としたもの)を演
算出力する働きをする。
The current regulators 25 and 26 are called ACR, and the current command value I
The imaginary axis component command for each of the AC-side terminal voltages (converter input voltage) e c1 and e c2 based on the deviation between s * and the detected values I s1 and I s2 of the actual input current to the unit forward conversion units A and B. Functions to calculate and output the values E 1i * , E 2i * (based on the power supply voltage ep).

位相調整器27,28はAPRと呼ばれ、位相差検出器(P
DD)29,30によつて検出されているところの、電源電
圧epと交流入力電流is1及びis2との位相差φ,φ
と、これに対する指令値φ1 *,φ2 *との偏差からコン
バータ入力電圧ec1,ec2の実軸成分指令値E1r * ,E
2r * を演算出力する働きをする。
The phase adjusters 27 and 28 are called APRs, and are phase difference detectors (P
Where being by connexion detected DD) 29, 30, the phase difference phi 1 between the power supply voltage ep the AC input current i s1 and i s2, phi
2 and the command values φ 1 * and φ 2 * corresponding thereto , the actual axis component command values E 1r * and E of the converter input voltages e c1 and e c2 are calculated .
Functions to output 2r * by calculation.

座標変換器31はCTRと呼ばれ、補助リアクトル5に印
加すべき電圧eの振幅と位相の指令値Eo *,αから
電圧eの実軸成分指令E0r * と虚軸成分指令値E0i *
を演算出力する働きをする。
The coordinate converter 31 is called a CTR, and based on the command values E o * , α * of the amplitude and phase of the voltage e 0 to be applied to the auxiliary reactor 5, the real axis component command E 0r * and the imaginary axis component command of the voltage e 0 are calculated . Value E 0i *
Functions to output.

電圧合成・座標変換器32はVMXと呼ばれ、電圧e
各指令値E1r * ,E1i * ,E2r *,E2i * ,E0r * それ
にれE0i * を合成し、極座標変換を行ない、各単位順変
換部A,Bの交流側各端子電圧の指令値E1P * 〜E2N *
と、位相指令値∠IP * 〜∠2N * を演算作成する働き
をする。
The voltage synthesizing / coordinate converter 32 is called VMX, and synthesizes respective command values E 1r * , E 1i * , E 2r * , E 2i * , E 0r * and E 0i * of the voltage e 0 , and polar coordinate conversion. The command values E 1P * to E 2N * of the AC side terminal voltages of the unit order conversion units A and B are performed .
And the phase command values ∠ IP * to2N * are calculated and created.

パルス幅変調器33〜36は、上記の各指令値から、各単位
順変換部A,BのGTOサイリスタ6〜13のそれぞれに
供給すべきゲート信号G6〜G13を作成する働きをす
る。なお、電圧調整器24ないしパルス幅変調器36までの
部分を制御部CSと呼ぶ。
The pulse width modulators 33 to 36 function to generate the gate signals G6 to G13 to be supplied to the GTO thyristors 6 to 13 of the unit order conversion units A and B from the above command values. The portion from the voltage regulator 24 to the pulse width modulator 36 is called a control unit CS.

まず、初めに直流電圧脈動の低減の原理について説明す
る。なお、以下、順変換部をコンバータという。
First, the principle of reducing DC voltage pulsation will be described. The forward conversion unit will be referred to as a converter hereinafter.

第2図は第1図の主回路部を取出したものである。同図
に示すように、電源電圧eを主変圧器2で変圧して得
られた二次電圧をes,、コンバータ入力電圧をe及び
、コンバータ入力電流をis1及びis2、また、交流
リアクトル3及び4と補助リアクトル5のインダクタン
スをそれぞれL,L,Lとし、補助リアクトル5
に印加される電圧をe、それに流れる電流をiとす
る。ここで、平滑コンデンサ22の中点を仮想的に接地し
て仮想接地点Nとし、この仮想接地点Nに対するPWM
コンバータの交流側各端子P点,N点,P点及び
点の各電位をそれぞれe1P,e1N,e2P,e2Nとす
れば、第2図の交流側回路は第3図(a)のような等価回
路で示すことができ、さらに、この第3図(a)等価回路
は電流is1,is2及びiに対して同図(b)に示す等価
回路で表わせる。
FIG. 2 shows the main circuit portion of FIG. 1 taken out. As shown in the figure, the secondary voltage obtained by transforming the power supply voltage e P by the main transformer 2 is e s, the converter input voltage is e 1 and e 2 , and the converter input current is i s1 and i s2. Further, the inductances of the AC reactors 3 and 4 and the auxiliary reactor 5 are L 1 , L 2 , and L 0 , respectively, and the auxiliary reactor 5
Let e 0 be the voltage applied to V and i 0 be the current flowing through it. Here, the middle point of the smoothing capacitor 22 is virtually grounded to a virtual ground point N, and the PWM for this virtual ground point N
If the electric potentials of the terminals P 1 , N 1 , P 2, and N 2 of the AC side of the converter are e 1P , e 1N , e 2P , e 2N , the AC side circuit of FIG. The equivalent circuit shown in FIG. 3 (a) can be represented by the equivalent circuit shown in FIG. 3 (b) for the currents i s1 , i s2 and i 0 . Can be represented.

そこで、以下で動作原理を説明するために、同図中の破
線部を仮想コンバータCON1,CON2及びCON0
と呼ぶことにする。
Therefore, in order to explain the operation principle below, the broken line portions in the figure are represented by virtual converters CON1, CON2 and CON0.
I will call it.

まず、仮想コンバータCON1及びCON2に関して、
二次電圧e,コンバータ入力電圧e,e,コンバ
ータ入力電流is1,is2の基本波ベクトルを
s1及びs2とする。
First, regarding the virtual converters CON1 and CON2,
Secondary voltage e s, the converter input voltage e 1, e 2, the fundamental wave vector of the converter input current i s1, i s2 s,
Let 1 , 2 , s1 and s2 .

次に、PWNコンバータを力率1で運転させようとする
と、この場合、各ベクトルは第4図に示す関係を満足し
なければならない。すなわち、交流リアクトル3,4の
電圧jωL s1及びjωL s2(ω:電源角周波
数)が二次電圧と直交するように、コンバータ入力
電圧の大きさと位相を調節しなければならな
い。ここで、θ及びθ及びの位相角(
基準)である。なお、コンバータ入力電流s1及び
s2は、同一指令値Is *で制御され、s1s2であるも
のとする。
Next, when trying to operate the PWN converter at a power factor of 1, in this case, each vector must satisfy the relationship shown in FIG. That is, the magnitudes and phases of the converter input voltages 1 and 2 must be adjusted so that the voltages jωL 1 s1 and jωL 2 s2 (ω: power source angular frequency) of the AC reactors 3 and 4 are orthogonal to the secondary voltage s. . Where θ 1 and θ 2 are the phase angles of 1 and 2 (
s standard). The converter input current s1 and
It is assumed that s2 is controlled by the same command value I s * and that s1 = s2 .

この第4図のベクトル図の関係を瞬時波形で示すと第5
図(a)〜(c)となる。
The relation of the vector diagram of FIG.
Figures (a) to (c) are shown.

実際には、これらの波形は高調波成分を含むが、第5図
のように近似的に正弦波とし、二次電圧 を基準として とすれば、仮想コンバータCON1及びCON2によっ
て直流側に変換される電力Pは、 p=e・is1+e・is2 =2E sinωtsin(ωt+θ) +2E sinωtsin(ωt+θ) =E{cosθ−cos(2ωt+θ1)} +E{cosθ−cos(2ωt+θ2)} ……(3) となる。
Actually, these waveforms contain harmonic components, but as shown in Fig. 5, they are approximately sine waves, and the secondary voltage Based on Then, the electric power P converted to the DC side by the virtual converters CON1 and CON2 is as follows: p = e 1 · i s1 + e 2 · i s2 = 2E 1 I s sin ωt sin (ωt + θ 1 ) + 2E 2 I s sin ωt sin (ωt + θ 2 ) = E 1 I s {cosθ 1 -cos (2ωt + θ 1)} + E 2 I s {cosθ 2 -cos (2ωt + θ 2)} a ... (3).

ここで、(3)式において、E cosθ及びE
cosθは平均電力で、二次電圧とコンバータ入力電
流の実効値の積Eに等しいことから、(3)式はま
た、次式のように表わせる。
Here, in the equation (3), E 1 I s cos θ 1 and E 2 I
s cos [theta] 2 is the average power, expressed from equal to the product E s I s the effective value of the secondary voltage and the converter input current, (3) Further, as in the following equation.

通常、コンバータ入力電圧の位相角の使用範囲は±30゜
程度であり、仮にインダクタンスLとLの値に1割
程度の差があつても cosθ/ cosθ1, となることから、さらに(4)式は 但し、 と表わされ、第5図(d)に示す波形となる。
Normally, the range of use of the phase angle of the converter input voltage is about ± 30 °, and even if there is a difference of about 10% between the values of the inductances L 1 and L 2 , cosθ 1 / cosθ 2 1, Therefore, equation (4) is However, And the waveform is as shown in FIG. 5 (d).

この(5)式において、右辺第1項は交流から直流に変換
される平均電力であり、右辺第2項は電力の脈動分を示
す。そして、この脈動電力が平滑コンデンサ22に注入さ
れるため、電源の2倍の周波数を中心とした脈動電圧が
発生することになる。
In the equation (5), the first term on the right side is the average power converted from alternating current to direct current, and the second term on the right side indicates the pulsating component of the power. Then, since this pulsating power is injected into the smoothing capacitor 22, a pulsating voltage centered at twice the frequency of the power source is generated.

一方、仮想コンバータCON0に関して、補助リアクト
ル5に印加される電圧eを、 とすれば、補助リアクトル5に流れる電流iとなる。
On the other hand, regarding the virtual converter CON0, the voltage e 0 applied to the auxiliary reactor 5 is Then, the current i 0 flowing in the auxiliary reactor 5 is Becomes

そこで、これら(6),(7)式より、補助リアクトル5で消
費される電力pは、次式のように決まる。
Therefore, from these equations (6) and (7), the power p 0 consumed by the auxiliary reactor 5 is determined by the following equation.

この(8)式において、第1項は平均電力、第2項は脈動
電力であり、これらの電力は、当然ながら直流側から供
給される。
In the equation (8), the first term is the average power and the second term is the pulsating power, and these powers are naturally supplied from the DC side.

したがって、(5)式の第2項と(8)式の第2項とが等しく
なるとき、すなわち、 を満足するとき、交流電源から直流側へ供給される電力
の脈動分は全て補助リアクトル5に吸収されることにな
る。このとき、補助リアクトル5に印加すべき電圧e
の実行値E及び位相角αは、(9)式より、次式のよう
に求まる。
Therefore, when the second term of equation (5) and the second term of equation (8) are equal, that is, When the above condition is satisfied, the pulsating component of the electric power supplied from the AC power source to the DC side is all absorbed by the auxiliary reactor 5. At this time, the voltage e 0 to be applied to the auxiliary reactor 5
The execution value E 0 and the phase angle α of are calculated from the equation (9) as follows.

ところで、補助リアクトル5が、一般的なインピーダン
ス要素であつたとしても、上記と同様に脈動電力を除去
することが可能である。この場合、インピーダンス要素
に印加すべき電圧e′の実効値E′及び位相角α′
但し、 :抵抗分,X:リアクタンス分 (X>0:誘導性,X<0:容量性) となる。
By the way, even if the auxiliary reactor 5 is a general impedance element, it is possible to remove the pulsating power similarly to the above. In this case, the effective value E 0 ′ of the voltage e 0 ′ to be applied to the impedance element and the phase angle α ′.
Is However, R 0 : resistance component, X 0 : reactance component (X 0 > 0: inductive, X 0 <0: capacitive).

次に、この実施例の動作について説明する。Next, the operation of this embodiment will be described.

第1図の実施例における制御部CSは直流電圧E,力
率角φ,φ,補助リアクトル5に印加する電圧e
の基本波実効値E及び位相角αを制御する機能を持
つ。すなわち、直流電圧の検出値(平均値)Eとその
指令値Ed *との偏差から電圧調整器24により、一方のコ
ンバータAの入力電流の指令値IS *を演算作成し、これ
とコンバータ入力電流の検出値Is1との偏差から電流調
整器25によりコンバータ入力電圧eの虚軸成分指令値
1i * を作成する。
The control unit CS in the embodiment of FIG. 1 uses the DC voltage E d , the power factor angles φ 1 and φ 2 , and the voltage e 0 applied to the auxiliary reactor 5.
It has a function of controlling the fundamental wave effective value E 0 and the phase angle α. That is, the voltage regulator 24 calculates the command value I S * of the input current of one of the converters A from the deviation between the detected value (average value) E d of the DC voltage and its command value E d * , and The imaginary axis component command value E 1i * of the converter input voltage e 1 is created by the current regulator 25 from the deviation from the detected value I s1 of the converter input current.

一方、電源電圧eとコンバータ入力電流is1の基本波
の位相差φを位相差検出器29により検出し、これと位
相差の指令値φ1 *(力率角指令値、通常は力率を1とす
るためφ1 *=0)との偏差から位相調整器27によりコン
バータ入力電圧eの実軸成分指令値E1r * を作成す
る。
On the other hand, the phase difference φ 1 between the power supply voltage e P and the fundamental wave of the converter input current i s1 is detected by the phase difference detector 29, and this and the phase difference command value φ 1 * (power factor angle command value, usually force In order to set the ratio to 1, the phase adjuster 27 creates the actual axis component command value E 1r * of the converter input voltage e 1 from the deviation from φ 1 * = 0).

また、もう一台のPWMコンバータBについても同様に
して、そのコンバータ入力電圧eの指令値E2i * 及び
2r * を作成する。
Similarly, for the other PWM converter B, the command values E 2i * and E 2r * of the converter input voltage e 2 are created.

さらに、(10)式を基に演算して得られた補助リアクトル
5に印加すべき電圧eの極座標での指令値E0 *及びα
については、これを直角座標での指令値E0i * (虚軸
成分)及びE0r * (実軸成分)に座標変換器31により変
換することで、指令値を得る。
Further, the command values E 0 * and α in polar coordinates of the voltage e 0 to be applied to the auxiliary reactor 5 obtained by calculation based on the equation (10).
Regarding * , the command value is obtained by converting this into command values E 0i * (imaginary axis component) and E 0r * (real axis component) in Cartesian coordinates by the coordinate converter 31.

ところで、この実施例では、第3図に示すように、4つ
の交流側端子電圧e1P,e1N,e2P及びe2Nで3つの電
圧e,e及びeを制御しなければならない。その
ため、3つの電圧ベクトル指令1 *(=E1r * +jE1i
* )、2 *(=E2r * +jE2i * )及び0 *(=E0r *
+jE0i * )を4つの交流側端子電圧ベクトル指令1P
* (=E1Pr *+jE1Pi *)、1N * (=E1Nr *+jE
1Ni *)、2P * (=E2Pr *+jE2Pi *)及び2N * (=
2Nr *+jE2Ni *)に合成、変換し、さらに極座標変換
することにより各電圧の振幅及び位相角の指令を求める
必要がある。
By the way, in this embodiment, as shown in FIG. 3, it is necessary to control the three voltages e 1 , e 2 and e 0 by the four AC side terminal voltages e 1P , e 1N , e 2P and e 2N. . Therefore, the three voltage vector commands 1 * (= E 1r * + jE 1i
* ), 2 * (= E 2r * + jE 2i * ) and 0 * (= E 0r *)
+ JE 0i * ) for 4 AC side terminal voltage vector commands 1P
* (= E 1Pr * + jE 1Pi * ), 1N * (= E 1Nr * + jE
1Ni * ), 2P * (= E 2Pr * + jE 2Pi * ) and 2N * (=
E 2Nr * + jE 2Ni *) Synthesis, converts, it is necessary to obtain the command amplitude and phase angle of each voltage by further polar coordinate conversion.

そこで、これらの電圧e,e及びeの基本波ベク
トル及びが、交流側端子電圧e1P
1N,e2P及びe2Nの基本波ベクトル1P1N2P
及び2Nを用いて と与えられることから、各交流側端子電圧ベクトルを 但し とすれば、所定のコンバータ入力電圧ベクトル
を得ながら、所定の電圧ベクトルを得ることがで
きる。
Therefore, the fundamental wave vector one of these voltages e 1, e 2 and e 0, 2 and 0, AC terminal voltage e 1P,
e 1N , e 2P and e 2N fundamental wave vectors 1P , 1N , 2P
And with 2N Therefore, the terminal voltage vector of each AC side is However Then, given converter input voltage vector 1 ,
It is possible to obtain a predetermined voltage vector 0 while obtaining 2 .

第6図は(13)式の関係をベクトル時に示したもので、各
ベクトルの関係は第4図と等しく、そ
のため、電圧ベクトルと電流ベクトルs1及びs2
は同相、すなわち、基本波力率が1に保たれる。また、
同時にの振幅及び位相角も所定値に制御されること
が判る。
FIG. 6 shows the relation of the equation (13) at the time of vector, and the relation between each vector s and 1 and 2 is the same as that of FIG. 4, so that the voltage vector s and the current vectors s1 and s2
Are in phase, that is, the fundamental wave power factor is kept at 1. Also,
At the same time, it can be seen that the amplitude and phase angle of 0 are also controlled to predetermined values.

したがつて、(13)式の関係に従い、各交流側端子電圧の
指令値を作成すればよい。なお、(13)式において、基準
ベクトル/2と/2の平均としたが、
が()/4の近傍にあれば、は任意の
ベクトルでよい。
Therefore, the command value of each AC side terminal voltage may be created according to the relationship of equation (13). Note that in (13), the reference vector b 1/2 2/2 of the average and the but,
If b is in the vicinity of ( 1 + 2 ) / 4, then b can be any vector.

以上の結果得られた指令値から、パルス幅変調器33,34
及び35,36は各GTOサイリスタ6〜13に与えるゲート
信号G6〜G13を作成する。例えば、GTOサイリスタ
6及び7に与えるゲート信号G6,G7は、第7図(b)
に示すように、電源電圧eに対し位相差がθ1P(=∠
1P)で振幅がE1P(=|1P|)に比例した変調正弦
波yと搬送三角波yとを比較することにより得ら
れ、 となるようにゲート信号が送られる。これにより、交流
側端子電圧e1Pは、直流電圧の脈動による影響を無視す
ると同図(c)に示すような波形となり、変調正弦波y
に比例した電圧e1P1 (基本波)を発生させることがで
きる。また、他のGTOサイリスタ8〜13に与えるゲー
ト信号G8〜G13に関しても、上記と同様の方法で得る
ことができる。
From the command values obtained as a result of the above, pulse width modulators 33, 34
35 and 36 generate gate signals G6 to G13 to be supplied to the GTO thyristors 6 to 13, respectively. For example, the gate signals G6 and G7 given to the GTO thyristors 6 and 7 are as shown in FIG. 7 (b).
, The phase difference with respect to the power supply voltage e P is θ 1P (= ∠
1P ) and the amplitude is obtained by comparing the modulated sine wave y m whose amplitude is proportional to E 1P (= | 1P |) with the carrier triangular wave y c , The gate signal is sent so that As a result, the AC side terminal voltage e 1P has a waveform as shown in FIG. 7C when the influence of the pulsation of the DC voltage is ignored, and the modulated sine wave y m
It is possible to generate a voltage e1P1 (fundamental wave) proportional to Further, the gate signals G8 to G13 given to the other GTO thyristors 8 to 13 can be obtained by the same method as described above.

以上のようにして、各交流側端子は、(13)式に示した電
圧が発生し、所定の直流電圧と力率を保ちながら、電源
の2倍の周波数の直流電圧脈動を充分に抑えることが可
能となる。
As described above, the voltage shown in equation (13) is generated at each AC side terminal, and while maintaining the predetermined DC voltage and power factor, it is possible to sufficiently suppress the DC voltage pulsation of twice the frequency of the power supply. Is possible.

したがつて、この実施例によれば、従来技術では平滑コ
ンデンサ22にそのまま注入され、直流電圧脈動の原因と
なつていた脈動電力は、PWMコンバータの交流側端子
間に設けた補助リアクトル5によつて、ほとんど吸収さ
れてしまうことになり、シンプルな主回路構成で直流電
圧の脈動を除去することが可能となるばかりか、平滑コ
ンデンサ容量の低減も可能となるほどの効果がある。
Therefore, according to this embodiment, the pulsating electric power, which has been directly injected into the smoothing capacitor 22 in the prior art and causes the DC voltage pulsation, is generated by the auxiliary reactor 5 provided between the AC side terminals of the PWM converter. As a result, it is almost absorbed, and not only the pulsation of the DC voltage can be removed with a simple main circuit configuration, but also the smoothing capacitor capacity can be reduced.

ところで、上記実施例では、補助リアクトル5に印加す
べき電圧eに対する振幅指令値E0 *については、予め
所定値として設定しておくようになつているが、これに
代えて、コンバータの実際の動作状態に応じて自動的に
設定されるようにしてもよい。
By the way, in the above-mentioned embodiment, the amplitude command value E 0 * for the voltage e 0 to be applied to the auxiliary reactor 5 is set in advance as a predetermined value, but instead of this, the actual converter It may be automatically set according to the operating state of.

そこで、このようにした実施例について、第8図により
説明する。
Therefore, an embodiment thus configured will be described with reference to FIG.

この第8図において、37は平滑コンデンサ22に流入され
るべき脈動電流指令値Icr * と、平滑コンデンサ22に実
際に流入する電流iからフイルタ38を介して抽出し
た、電源の2倍の周波数成分Icrとの偏差から補助リア
クトル5に印加すべき電圧eの振幅指令値E0 *を作成
する電流調整器であり、その他の部分は全て第1図に示
す実施例と同一である。
In FIG. 8, reference numeral 37 denotes a pulsating current command value I cr * to be flown into the smoothing capacitor 22 and a current i c actually flowing into the smoothing capacitor 22 through a filter 38, which is twice the power supply. This is a current regulator that creates an amplitude command value E 0 * of the voltage e 0 to be applied to the auxiliary reactor 5 from the deviation from the frequency component I cr, and all other parts are the same as the embodiment shown in FIG. .

直流電圧に現われる脈動は、平滑コンデンサ22に流入す
る電流iの脈動分を積分して得られ、電源の2倍の周
波数2fで脈動する。したがつて、直流電圧脈動の主
要因となる平滑コンデンサ22の脈動電流(2f成分)
crがゼロとなるようにすれば、直流電圧脈動は除去さ
れる。
The pulsation appearing in the DC voltage is obtained by integrating the pulsating component of the current i c flowing into the smoothing capacitor 22, and pulsates at a frequency 2f s which is twice that of the power supply. Was but connexion, pulsating current of the smoothing capacitor 22 as a main factor of the DC voltage ripple (2f s component)
If I cr is set to zero, the DC voltage ripple is eliminated.

そこで、この第8図の実施例では、指令値Icr * =0に
設定し、これにより脈動電流Icrがゼロとなるような振
幅指令値E0 *が自動的に出力されるようにしたものであ
る。
Therefore, in the embodiment shown in FIG. 8, the command value I cr * is set to 0 so that the amplitude command value E 0 * with which the pulsating current I cr becomes zero is automatically output. It is a thing.

本実施例によれば、第1図の実施例で挙げた効果のほか
に、確実で、かつ応答性の良い直流電圧脈動除去動作が
自動的に与えられるようになる。
According to this embodiment, in addition to the effects of the embodiment shown in FIG. 1, a reliable and responsive DC voltage ripple removing operation can be automatically given.

第9図は、さらに別の実施例を示すもので、この実施例
の場合、平滑コンデンサ22に現われる直流電圧edの脈
動分Edrを直接検出し、これがゼロとなるように、電圧
調整器39が振幅指令値E0 *を出力するものであり、その
他の構成は第1図と同じである。なお、フイルタ40は電
圧edから電源周波数の2倍の周波数成分を抽出する働き
をし、これにより脈動分Edrを得るものである。
FIG. 9 shows still another embodiment. In the case of this embodiment, the pulsating component E dr of the DC voltage ed appearing in the smoothing capacitor 22 is directly detected and the voltage regulator 39 is set so that it becomes zero. Outputs the amplitude command value E 0 * , and other configurations are the same as those in FIG. The filter 40 has a function of extracting a frequency component twice the power supply frequency from the voltage ed, thereby obtaining the pulsation component E dr .

したがつて、この第9図の実施例によつても、脈動電圧
指令値Edr * をゼロに設定することにより、第8図の実
施例と同じ効果を得ることができる上、電圧edを別に
検出する必要がないから、新たな検出器の設置は不要に
できる。
Therefore, according to the embodiment of FIG. 9 as well, by setting the pulsating voltage command value E dr * to zero, the same effect as that of the embodiment of FIG. Since there is no need to detect separately, the installation of a new detector can be unnecessary.

次に、以上の説明では、2系統のコンバータA,Bを多
重型とし、1個の補助リアクトルを用いた実施例となつ
ているが、本発明はこれに限らず実施可能なことは言う
までもなく、例えば第10図は補助リアクトルを2個設け
た実施例で、5A,5Bが補助リアクトルである。
Next, in the above description, the converters A and B of the two systems are of the multiple type, and one auxiliary reactor is used. However, it goes without saying that the present invention is not limited to this and can be implemented. For example, FIG. 10 shows an embodiment in which two auxiliary reactors are provided, and 5A and 5B are auxiliary reactors.

また、第11図(a),(b)は3系統のコンバータによる多重
型であり、さらに第12図(a),(b)は4系統のコンバータ
を多重型としたものであり、それぞれコンバータC,
D,交流リアクトル4A,4B,それに補助リアクトル
5C,5Dが付加されているものであり、同じく本発明
の実施例である。
Further, FIGS. 11 (a) and 11 (b) are multiplex type converters with three systems, and FIGS. 12 (a) and 12 (b) are multiplex type converters with four systems. C,
D, AC reactors 4A and 4B, and auxiliary reactors 5C and 5D are added thereto, which is also an embodiment of the present invention.

なお、以上の実施例では、全て主変圧器1が共通の1台
のものとなつているが、各コンバータごとに独立させて
もよいことは言うまでもない。
In the above embodiments, the main transformers 1 are all common one unit, but it goes without saying that each converter may be independent.

また、補助リアクトルについては、上記したように一般
的なインピーダンス素子であつてもよく、例えばコンデ
ンサや抵抗器でもよい。
Further, the auxiliary reactor may be a general impedance element as described above, and may be, for example, a capacitor or a resistor.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、複数の単位コンバータの交流入力側に
設置したインピーダンス素子により、単相交流電源から
供給される電力の脈動分の吸収処理されるため、電力変
換装置の直流電力系での電圧脈動の発生が抑えられ、イ
ンバータや交流電動機などからなる負荷に対して質の良
い直流電力を供給でき、大容量の電気車にも充分に対応
可能になる。
According to the present invention, the impedance element installed on the AC input side of the plurality of unit converters absorbs the pulsating portion of the power supplied from the single-phase AC power supply, so that the voltage in the DC power system of the power converter is reduced. The generation of pulsation is suppressed, high-quality DC power can be supplied to loads such as inverters and AC motors, and large-capacity electric vehicles can be fully supported.

また、平滑コンデンサの容量増加が抑えられるから、小
型化,ローコスト化に大きく寄与できる。
Further, since the increase in the capacity of the smoothing capacitor can be suppressed, it can greatly contribute to downsizing and cost reduction.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明による多重型パルス幅変調電力変換装置
の一実施例を示すブロツク図、第2図は主回路の電圧関
係を表わす説明図、第3図(a),(b)は動作説明用の等価
回路図、第4図は力率1の条件を説明するベクトル図、
第5図(a)〜(g)は動作説明用の波形図、第6図は同じく
動作説明用のベクトル図、第7図はパルス幅変調動作を
説明する波形図、第8図及び第9図はそれぞれ本発明の
他の実施例を説明するためのブロツク図、第10図,第11
図(a),(b),第12図(a),(b)はそれぞれ本発明の他の一
実施例を示すブロツク図である。 1……単相交流電源、2……主変圧器、3,4……交流
リアクトル、5……補助リアクトル、6〜13……GTO
サイリスタ、14〜21……ダイオード、22……平滑コンデ
ンサ,23……負荷、24……電圧調整器、25,26……電流
調整器、27,28……位相調整器、29,30……位相差検出
器、31……座標変換器、32……電圧合成・座標変換器、
33〜36……パルス幅変調器、A,B……単位順変換部
(コンバータ)、CS……制御部。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a multiplex pulse width modulation power converter according to the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram showing a voltage relationship of a main circuit, and FIGS. 3 (a) and 3 (b) are operations. An equivalent circuit diagram for explanation, FIG. 4 is a vector diagram for explaining the condition of a power factor of 1,
5 (a) to 5 (g) are waveform diagrams for explaining the operation, FIG. 6 is a vector diagram for explaining the operation, FIG. 7 is a waveform diagram for explaining the pulse width modulation operation, FIG. 8 and FIG. The drawings are block diagrams, FIG. 10 and FIG. 11 for explaining other embodiments of the present invention.
Figures (a), (b) and Figures 12 (a), (b) are block diagrams showing another embodiment of the present invention. 1 ... Single-phase AC power supply, 2 ... Main transformer, 3, 4 ... AC reactor, 5 ... Auxiliary reactor, 6-13 ... GTO
Thyristor, 14-21 ... diode, 22 ... smoothing capacitor, 23 ... load, 24 ... voltage regulator, 25, 26 ... current regulator, 27, 28 ... phase regulator, 29, 30 ... Phase difference detector, 31 ... Coordinate converter, 32 ... Voltage combiner / coordinate converter,
33 to 36 ... Pulse width modulator, A, B ... Unit order conversion unit (converter), CS ... Control unit.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】それぞれリアクタンス素子を介して単相交
流電源から並列給電され、平滑コンデサを有する直流負
荷に並列給電するように接続された、半導体スイツチン
グ素子からなる少くとも2の単相ブリツジ形パルス幅変
調方式の単位順変換器を備えた多重型パルス幅変調電力
変換装置において、上記複数の単位順変換器の交流入力
側のそれぞれの一方の端子の間に接続した少くとも1の
インピーダンス素子を設け、該インピーダンス素子に現
われる電圧が所定値になるように上記各単位変換器をパ
ルス幅変調制御するように構成したことを特徴とする多
重型パルス幅変調電力変換装置。
1. At least two single-phase bridge-shaped pulses each comprising a semiconductor switching element, each of which is fed in parallel from a single-phase AC power source through a reactance element and is connected to feed a DC load having a smoothing capacitor in parallel. In a multiplex pulse width modulation power converter having a width modulation type unit forward converter, at least one impedance element connected between one terminals of each of the plurality of unit forward converters on the AC input side is connected. A multiplex pulse width modulation power conversion device, characterized in that the unit converters are pulse width modulation controlled so that the voltage appearing in the impedance element becomes a predetermined value.
【請求項2】特許請求の範囲第1項において、上記イン
ピーダンス素子に現われる電圧が、上記平滑コンデンサ
に流れる電流に含まれる上記単相交流電源の周波数の2
倍の周波数成分の検出値に応じて調整されるように構成
されていることを特徴とする多重型パルス幅変調電力変
換装置。
2. The voltage according to claim 1, wherein the voltage appearing in the impedance element is 2 times the frequency of the single-phase AC power supply included in the current flowing in the smoothing capacitor.
A multiplex pulse width modulation power conversion device, which is configured to be adjusted according to a detection value of a double frequency component.
【請求項3】特許請求の範囲第1項において、上記イン
ピーダンス素子に現われる電圧が、上記平滑コンデンサ
の端子電圧に含まれる上記単相交流電源の周波数の2倍
の周波数成分の検出値に応じて調整されるように構成さ
れていることを特徴とする多重型パルス幅変調電力変換
装置。
3. The voltage according to claim 1, wherein the voltage appearing in the impedance element is in accordance with a detected value of a frequency component that is twice the frequency of the single-phase AC power supply included in the terminal voltage of the smoothing capacitor. A multiplex pulse width modulation power conversion device, which is configured to be adjusted.
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