JPH0638711B2 - インバ−タ用直流電源装置 - Google Patents

インバ−タ用直流電源装置

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JPH0638711B2
JPH0638711B2 JP61071465A JP7146586A JPH0638711B2 JP H0638711 B2 JPH0638711 B2 JP H0638711B2 JP 61071465 A JP61071465 A JP 61071465A JP 7146586 A JP7146586 A JP 7146586A JP H0638711 B2 JPH0638711 B2 JP H0638711B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は直流を交流に変換するインバータに、直流電力
を供給するサイリスタコンバータ、チヨツパあるいは高
力率コンバータ等のインバータ用直流電源装置の改良に
関するものである。
〔従来の技術〕
第８図は、従来の直流電源装置を示す図である。図にお
いて、１はサイリスタ式整流回路（サイリスタ整流
器）、２は上記整流回路１の出力直流リアクトル、３は
蓄電池、４は上記整流回路１の出力電圧を検出する電圧
検出器、５は上記整流回路１の出力電流を検出する電流
検出器、６は出力電流上限値発生回路、７は上記電流検
出器５の信号と上記上限値発生回路６の指令をもとに、
出力電流が上限値を超えないように制御する電流垂下制
御回路、８は出力電圧基準値発生回路、９は出力電圧を
一定に制御する出力電圧制御回路、１０は上記出力電圧
制御回路９の信号を受けて、ゲートパルスを発生するゲ
ートパルス発生回路である。
次に動作について説明する。入力交流電力を直流電力に
変換するサイリスタ整流器１の出力電圧と出力電流を、
出力直流リアクトル２を通して平滑化した後に、それぞ
れの検出器４，５で検出する。次いで、出力電圧制御回
路９は、電圧検出器４よりの電圧検出値を出力電圧基準
値発生回路８からの基準値と比較し、検出電圧と基準電
圧が等しくなるようにゲートパルス発生回路１０に信号
を送る。
また、電流検出値が出力電流上限値発生回路６からの基
準値を超えたとき、電流垂下制御回路７は、出力電流を
減少させるように、出力電圧制御回路９に信号を与え
る。
次に、ゲートパルス発生回路１０は、上記出力電圧制御
回路９の信号を受けて、ゲートパルスの位相を制御して
ゲートパルスをつくる。このゲートパルスは、上記サイ
リスタ整流器１に与えられ、サイリスタ整流器１の出力
電圧は一定に保たれ、出力電流は上限値以下に保たれ
る。
さらに、停電時には、電流電圧を蓄電池３から供給す
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来のインバータ用電流電源装置は以上のように構成さ
れているので、これを無停電電源装置などのインバータ
の電源として使う場合、次のような問題点があつた。
1)インバータの直流入力電流は出力電流に応じたリツプ
ルを含有しているので、そのリツプル電流を流すための
平滑コンデンサとして、通常、電解コンデンサが使用さ
れているが、電解コンデンサはその寿命が７〜８年とい
う比較的短期間であるため、交換を頻繁に行なわなけれ
ばならず、そのために手数と費用を要する。
2)電解コンデンサに代えてフイルムコンデンサを使用し
た場合、経済性と体積を考慮に入れると、容量が１／１
０以下になる。そのため、直流電圧のリツプルが大きく
なるので、バツテリーを並列接続した無停電電源の場合
では、インバータの電流リツプルがバツテリーに流れ温
度上昇や寿命劣化の原因となる。
3)インバータの単相インバータや３相インバータでも不
平衡負荷の場合では、インバータの直流入力電流のリツ
プル、３相インバータの平衡負荷の場合に流れる出力周
波数ｆの６倍の６ｆ成分と比較してはるかに大きな値と
なり、その周波数成分は２ｆとなる。このような場合
に、フイルムコンデンサを使用すると、容量が１／１０
以下となるので、より一層直流電圧のリツプルが大きく
なることは明らかで、経済性を犠牲にしてフイルムコン
デンサの容量を大きくするとか、バツテリーの直列にリ
アクトルを設けるなどの対策を施し、バツテリーへ過大
なリツプル電流が流れないようにしなくてはならず、回
路が複雑となる。
4)電圧形インバータは原理上からも低インピーダンスの
直流電源から供給されるのが理想であるが、電解コンデ
ンサでなく、フイルムコンデンサを用いた場合は直流電
源のインピーダンスが高くなり、出力側から見たインピ
ーダンスも増大してインバータとしてのレギユレーシヨ
ンが大きくなる。特に３相インバータの場合では、不平
衡負荷に対する電圧アンバランスが大きくなるという欠
点が生じる。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、インバータ用直流電源装置の出力電流をイン
バータの入力電流の脈動に応じて脈動させることによ
り、電解コンデンサの代わりにフイルムコンデンサを適
用することを可能とした安価、かつ、コンパクトなイン
バータ用直流電源装置を得ることを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係るインバータ用直流電源装置は、インバー
タの入力電流あるいはそれに等価な信号を検出して、そ
れを適当な特性のフイルタ回路を通したのち順電力変換
器の出力電圧制御系にフイード・フオワード信号として
加え、インバータの入力電流の交流成分とほぼ同位相の
交流成分を順電力変換器から供給したものである。
〔作用〕
この発明におけるインバータの入力電流の検出値を用い
た電流補償回路は、位相遅れのフイルタ回路により、イ
ンバータの入力電流の検出信号を、順電力変換器の出力
電圧を制御する信号に変換することにより、インバータ
入力電流のリツプル分に相当する電流を順電力変換器か
ら遅くなく追従して供給することにより、インバータの
直流コンデンサやバツテリーにリツプルを流さないよう
に作用する。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。な
お、第１図の第１実施例において第８図と同一構成部分
には同一符号を付してその説明を省略する。１１はイン
バータ１７の入力フイルタコンデンサである。８ａは電
圧指令発生回路であり、１６は、この電圧指令発生回路
８ａの指令をもとにしてインバータ１７の入力電圧を制
御する電圧制御回路、７ａは電圧制御回路１６の信号を
受けてサイリスタ整流器１の出力電流を制御する電流制
御回路、９ａはサイリスタ整流器１の出力電圧を制御す
る電圧制御回路である。また１４はインバータ１７の入
力電流の検出値の位相を遅らせるフイルタ回路である遅
相回路であり、１５はその出力によりインバータ１７の
入力電流の低周波リツプル分をキヤンセルするように電
圧制御回路９ａに信号を与えるキヤンセル量調整回路で
ある。なお、遅相回路１４及びキャンセル量調整回路１
５から電流補償回路が構成されている。１２は電圧検出
器、１３は電流検出器である。
次に第１図乃至第４図を参照して動作について説明す
る。
電圧指令発生回路８ａからの指令値と、電圧検出器１２
により検出したインバータ１７の入力電圧とを電圧制御
回路１６に入力し、インバータ１７の入力電圧の一定制
御を行ない、その出力を直流電流の指令値として電流検
出器５により検出した直流電流検出値とともに、電流制
御回路７ａに入力して直流電流制御を行なう。
上記電流制御回路７ａの出力を、遅相回路１４とキヤン
セル量調整回路１５とを通したインバータ１７の入力電
流検出値とともに、サイリスタ整流器１の出力電圧を制
御する電圧制御回路９ａに与え、ゲート回路１０の位相
を制御してサイリスタ整流器１の出力電圧の制御を行な
う。
この場合、第３図のように、電流検出器１３により検出
したインバータ１７の入力電流（検出値）i1は、第２図
に示す伝達関数をもつ遅相回路１４を通して、v1の信号
に変換され、反転することによりvcrefを得る。このv
crefはキヤンセル量調整回路１５によりゲイン調整さ
れ、サイリスタ整流器１の出力電圧を制御する電圧制御
回路９ａに与えられ、入力電流v1を流すために必要な入
力電流i1の位相よりも９０゜位相の進んだvcを発生す
る。いま一例として、インバータ１７が６０Hz出力の単
相インバータの場合を考えると、その入力電流のリツプ
ル分の最低調波成分は１２０Hzである。
このときの遅相回路１４のゲイン特性は、第４図に示す
とおりであり、T3＝１０Hz，wc＝１２０Hzとする。
また、サイリスタ整流器１の出力電圧制御系の応答は１
０００rad程度で、サイリスタ整流器１の出力電流制御
系の応答は２００rad程度である。
以上のように構成すると、インバータ１７の入力電流の
１２０Hz成分i1は、第３図のベクトル図に示すように、
遅相回路１４を通ることによりほぼ９０゜遅れてv1とな
り、さらに位相反転してvcrefとなつて、電圧制御回路
９ａに与えられる。電圧制御回路９ａは非常に高速応答
のため、vcrefに対しごくわずかα゜だけ遅れて、サイ
リスタ整流器１の出力電圧vcが１２０Hzの成分を発生す
る。直流リアクトル２の抵抗分が充分小とすれば、上記
出力電圧vcより９０゜遅れた電流i2が直流リアクトル２
に流れ、この電流i2は第３図に示す入力電流i1とほ同位
相であるので、キヤンセル量調整回路１５のゲインＫを
適当に調整することにより、インバータ１７の入力電流
i1の１２０Hz脈動成分を全てサイリスタ整流器１より供
給することが可能となり、フイルタコンデンサ１１や蓄
電池３には１２０Hz脈動成分を流さないようにすること
ができる。その結果フイルタコンデンサ１１は２４０Hz
以上の高次のインバータ１７の入力電流成分とサイリス
タ整流器１の出力リツプル成分を流すだけでよいことと
なるため、その容量を小さくしても、支障がなくなり、
電解コンデンサに代えてフイルムコンデンサを適用する
ことができる。
なお上記の第１実施例ではインバータ１７の入力電流の
リツプル分を電流制御回路７ａへフイード・フオワード
せず、電圧制御回路９ａへフイード・フオワードした
が、それは、電流制御回路７ａの応答が２００rad/sec
程度しか取れず、１２０Hzに対まる応答は無理があるか
らで、この場合でも、第５図に示す第２実施例のよう
に、電流検出器１３により検出したインバータ１７の入
力電流i1の脈動成分を適当な位相特性を有する伝達回路
１４ａとキヤンセル量調整回路１５を通して、電流制御
回路７ａの入力信号として与えることにより、入力電流
i1の脈動分と同じ位相の電流i2をサイリスタ整流器１か
ら供給することが可能である。この場合、もし電流ルー
プの１２０Hzでの位相遅れがφ1とすれば、第５図の伝
達関数Ｇ(S)として、(a)１２０Hzにてφ1の進み特性を
有する伝達関数、または(b)１２０Hzにて１８０゜−φ1
の位相遅れの伝達関数を通してから１８０゜反転するか
のいづれかの方法により、入力電流i1の脈動分と同じ位
相の電流i2をサイリスタ整流器１から供給することが可
能である。
以上のことをさらに一般化して考えると、電流検出器１
３の信号を適当な伝達関数を通して第１図の制御ループ
の電圧制御回路１６に与えても同様の効果を得ることが
できる。
また、上記第１実施例では、インバータ１７の入力電流
を検出し、この入力電流を直流電源の制御系に供給する
ようにしたものを示したが、インバータ１７の入力電流
を検出するかわりに第６図に示す第３実施例のようにイ
ンバータ１７の出力電流を検出し、インバータのスイツ
チング信号にもとづき同期整流してインバータ１７の入
力電流と等価な信号を得てこれを直流電源の制御系に供
給するようにしてもよい。また、第７図に示す第４実施
例のようにインバータ１７の直流回路に設けられたコン
デンサの電流または電圧を徴分した信号および直流電源
の出力電流をもとにインバータ１７の入力電流に相当す
る信号を検出してもよい。
また以上の説明では直流電源をサイリスタ整流器１によ
つて得た場合につき説明したが、他の素子を使つた整流
器、チヨツパ、ＤＣ／ＤＣコンバータあるいは高力率コ
ンバータなど任意の形式の直流電源に対して適用できる
ことは云うまでもない。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば、インバータに流れる
電流の交流成分と等しい交流電流を順電力変換器からそ
のインバータに供給させるべく、電流検出器により検出
された電流の位相を遅延してゲインを調整し、その交流
電流を供給するための指令信号を生成するように構成し
たので、インバータのスイッチングで発生するリップル
（交流成分）をインバータの直流コンデンサやバッテリ
に流さずに済み、従って、上記直流コンデンサをリップ
ル耐量の大きい電解コンデンサに代えて、安価なフイル
ムコンデンサを用いて構成することができ、その結果、
安価でコンパクトなインバータ用直流電源装置が得られ
るなどの効果がある。
【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の一実施例によるインバータ用直流電
源装置を示す構成図、第２図は順電力変換器の出力電圧
制御系を示す構成図、第３図はインバータの入力電流と
順電力変換器の出力電圧との位相関係を示すベクトル
図、第４図は順電力変換器の出力電圧制御系のゲイン特
性図、第５図、第６図、第７図はこの発明の他の実施例
によるインバータ用直流電源装置を示す構成図、第８図
は従来のインバータ用直流電源装置を示す図である。 １はサイリスタ整流器、７ａは電流制御回路、９ａは電
圧制御回路、１３は電流検出器、１４は遅相回路、１５
はキヤンセル量調整回路、１７はインバータである。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】交流電力を直流電力に変換し、その直流電
    力をインバータに供給する順電力変換器と、上記インバ
    ータに流れる電流を検出する電流検出器と、上記インバ
    ータに流れる電流の交流成分と等しい交流電流を上記順
    電力変換器から上記インバータに供給させるべく、上記
    電流検出器により検出された電流の位相を遅延してゲイ
    ンを調整し、その交流電流を供給するための指令信号を
    生成する電流補償回路と、上記インバータに印加される
    直流電圧が所定の一定電圧になるように上記順電力変換
    器を制御するとともに、上記電流補償回路より生成され
    た指令信号にしたがって上記順電力変換器を制御する出
    力電圧制御系とを備えたインバータ用直流電源装置。
  2. 【請求項２】３相インバータの負荷の不平衡に基づくイ
    ンバータ周波数の２倍の周波数のインバータ入力電流の
    脈動成分に応じて上記順電力変換器の出力電流を脈動さ
    せることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のイン
    バータ用直流電源装置。
  3. 【請求項３】単相インバータの２倍の周波数で脈動する
    インバータ入力電流の脈動成分に応じて上記順電力変換
    器の出力電流を脈動させることを特徴とする特許請求の
    範囲第１項記載のインバータ用直流電源装置。
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