JPH0646565A

JPH0646565A - 電力変換器

Info

Publication number: JPH0646565A
Application number: JP4195276A
Authority: JP
Inventors: Touma Yamamoto; 融真山本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-07-22
Filing date: 1992-07-22
Publication date: 1994-02-18
Anticipated expiration: 2013-08-06
Also published as: JP2783069B2

Abstract

(57)【要約】【目的】スイッチング周波数が低い電力変換器の制御
応答を高くするため、補助的な動作をする補助用電力変
換器を備えた電力変換器の提供を目的とする。【構成】電力変換器の出力電圧歪みと逆相の電圧を補
助インバータに出力させ、変圧器にて合成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ＰＷＭインバータや
サイクロコンバータのような電力変換器に関し、特に電
力変換器の出力電圧を高精度でかつ歪率の低い正弦波電
圧に制御するように補助する補助用電力変換器を備えた
電力変換器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１２は例えばインテレック（Ｉｎｔｅ
ｌｅｃ）８３（ｏｃｔ１８〜２１、Ｔｏｋｙｏ）論文
集、Ｐ．２０５〜２１２、「インバータアウトプット
ボルテージウェーブフォームクローズドループ
コントロールテクニック（ＩｎｖｅｒｔｅｒＯｕｔ
ｐｕｔＶｏｌｔａｇｅＷａｖｅｆｏｒｍＣｌｏｓ
ｅｄ−ＬｏｏｐＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｉｑｕ
ｅ）に示された従来のＰＷＭインバータを、本発明と同
様の形式に書き改めたブロック図であり、１はインバー
タ主回路、２、３は交流フィルターを構成するリアクト
ルおよびコンデンサ、４は直流電源、５は負荷、１０１
はコンデンサ３の電圧を検出する電力変換器、３０１は
ＰＷＭ変調回路、３０２は電圧制御回路、３０３は正弦
波の基準電圧を発生する出力基準発生回路、４０１は加
減算器である。図１３は、ＰＷＭ変調回路３０１の構成
を示すブロック図であり、３０１ａは比較回路、３０１
ｂは搬送波発生回路である。

【０００３】次に、動作について説明する。インバータ
１は直流電源４の電圧を矩形波状の交流電圧に変換し、
この交流電圧はリアクトル２とコンデンサ３により高調
波が除去され、正弦波状の電圧が負荷５に給電される。

【０００４】一方、出力電圧基準発生回路３０３の正弦
波基準と電圧検出器１０１にて検出した出力電圧信号と
の差を加減算器４０１にて求め、この差信号を電圧制御
回路３０２に入力する。電圧制御回路３０２はこの差信
号を増幅し、ＰＷＭ変調回路３０１へ正弦波状の信号を
出力する。ＰＷＭ変調回路３０１は、三角波状の搬送波
発生回路３０１ｂと比較回路３０１ａとから構成されて
おり、電圧制御回路３０２からの信号にもとづき、ＰＷ
Ｍのスイッチング時点を決定している。

【０００５】ＰＷＭインバータは、正弦波基準と出力電
圧との偏差が少なくなるようにフィードバック制御され
るが、電圧偏差が生じてから始めてそれを補正する制御
動作を行っているために、整流器などの高調波を多く発
生する負荷を接続すると、制御動作遅れにより、負荷高
調波に応じた電圧歪みが発生する。従来方式では、この
電圧歪みを少なくするために、インバータ主回路１のス
イッチング素子のスイッチング周波数を高くし、電圧制
御回路の増幅率を上げ、制御応答を高速にしていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のＰＷＭインバー
タ等の電力変換器は以上のように構成されているので、
負荷高調波に応じた電圧歪みを少なくするには、制御応
答を高速にする必要があり、このため、電力変換器のス
イッチング周波数を高くしなければならず、スイッチン
グ時の損失が増大するという問題点があった。

【０００７】この発明はかかる問題点を解決するために
なされたもので、スイッチング周波数が低い電力変換器
の制御応答を高くするため、補助的な動作をする補助用
電力変換器を備えた電力変換器を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る電力変換
器は、負荷端電圧が、スイッチング周波数の低い電力変
換器の出力と、スイッチング周波数の高い補助用電力変
換器の出力との合成になるように構成したものである。

【０００９】

【作用】この発明においては、補助用電力変換器は、負
荷端電圧の歪みが少なくなるように動作する。

【００１０】

【実施例】実施例１．図１に本発明の一実施例を示す。
前述の図１２と対応する部分には同一符号を付し、その
詳細説明は省略する。ここで、補助用インバータに関す
る主回路構成要素は１０番台、センサは２００番台、制
御回路構成要素は５００番以降の番号として区別してい
る。

【００１１】図において、１１は補助用インバータ、１
２，１３はインバータ１１に接続され、交流フィルタを
構成するリアクトルとコンデンサ、１４は補助用インバ
ータ１１に接続された直流電源、１５は１次側が補助用
インバータ１１の交流フィルタに接続され、２次側がイ
ンバータ１の交流フィルタと負荷５間に挿入された変圧
器、５０１はＰＷＭ変調回路、５０３は増幅ゲインＫを
持つ増幅器、５０４は帯域通過フィルタである。

【００１２】次に動作について説明する。

【００１３】インバータ１は、例えばスイッチング周波
数１ｋＨｚ程度の低周波インバータで、出力容量１０ｋ
ＶＡ，補助用インバータ１１はスイッチング周波数１０
ｋＨｚ程度の高周波インバータとする。整流器などの高
調波を多く発生する負荷を接続すると、スイッチング周
波数以上の高調波負荷電流成分による電圧歪みが発生す
る。この電圧歪みは、電圧制御系により補正されないた
め、負荷端電圧が歪み、加減算器４０１は出力電圧基準
と負荷端電圧の偏差を出力する。この偏差の内、低周波
インバータは出力できないが、高周波インバータでは出
力できる周波数帯域（補正周波数帯域）の電圧偏差成分
を帯域通過フィルタ５０４にて検出し、この信号を増幅
器５０３にてＫ倍した信号をＰＷＭ変調回路に入力する
と、高周波インバータは電圧歪みに比例した電圧を逆相
で出力する。この出力は高周波インバータ１１の交流フ
ィルタによりリップルが除去され、変圧器１５を介して
低周波インバータの出力電圧に加算される。従って、低
周波インバータ１のみで給電している場合より、電圧偏
差が約１／Ｋに減少する。また、高周波インバータは、
電圧歪みを補正するだけなので、僅かな出力容量でよ
く、例えば、電圧歪みが１０％程度ならば、１０ｋＶＡ
×１０％＝１ｋＶＡとなる。

【００１４】実施例２．図２はこの発明の他の実施例を
示すブロック図であり、図２において、図１と対応する
部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。上
記実施例１では、帯域通過フィルタ５０４の入力が加減
算器４０１からとしたが、本実施例では電圧センサ１０
１からの入力とし、帯域通過フィルタ５０４にて基本部
分も除去させ、負荷端電圧歪みの補正周波数帯域成分を
出力電圧から直接検出している。この検出信号は上記実
施例１と逆極性であるので、増幅器５０３のゲインはー
Ｋ倍となる。本実施例では、低周波インバータ１の制御
回路から高周波インバータ１１の制御回路へ微小なレベ
ルの電圧偏差信号を送る必要がなくなるので、実施例１
よりもノイズ耐量が上がる。

【００１５】実施例３．図３はこの発明の更に他の実施
例を示すブロック図であり、図３において、図１と対応
する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略す
る。上記実施例１と異なるのは、増幅器５０３の出力に
応じた電圧が変圧器２次側に発生するように制御する電
圧制御ループを高周波インバータ１１に持たせた点であ
る。変圧器２次側の電圧を電圧センサ２０１にて検出
し、この検出信号と増幅器５０３の出力の差を加減算器
６０１にて求め、この差信号を電圧制御回路５０２にて
増幅し、ＰＷＭ変調回路５０１へ信号を出力しているの
で、インバータの上下アーム短絡防止時間などによるＰ
ＷＭ変調の非線形性を電圧制御ループが補正する。従っ
て、本実施例では、高周波インバータ１１は電圧偏差信
号に応じた電圧を正確に変圧器１５に発生することがで
きるので、実施例１よりも電圧歪みが少なくなる。

【００１６】実施例４．図４はこの発明の更に他の実施
例を示すブロック図であり、図４において、図１と対応
する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略す
る。本実施例は、上記実施例２に対して、増幅器５０３
の出力に応じた電圧が変圧器２次側に発生するように制
御する電圧制御ループを高周波インバータ１１に持たせ
たものである。変圧器２次側の電圧を電圧センサ２０１
にて検出し、この検出信号と増幅器５０３の出力の差を
加減算器６０１にて求め、この差信号を電圧制御回路５
０２にて増幅し、ＰＷＭ変調回路５０１へ信号を出力し
ているので、インバータの上下アーム短絡防止時間など
によるＰＷＭ変調の非線形性を電圧制御ループが補正す
る。従って、本実施例では、高周波インバータ１１は電
圧偏差信号に応じた電圧を正確に変圧器１５に発生する
ことができるので、実施例２よりも電圧歪みが少なくな
る。

【００１７】実施例５．図５はこの発明の更に他の実施
例を示すブロック図であり、図５において、図１と対応
する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略す
る。上記実施例１と異なるのは、変圧器１５の２次側を
交流出力フィルタ用コンデンサ３に直列に接続している
点であり、その他は実施例１と同様である。実施例１の
場合は変圧器１５に負荷電流が流れるので、変圧器１５
の電流定格は１００％必要であるが、本実施例の構成で
は変圧器巻線にはフィルタ用コンデンサの電流しか流れ
ないので（ＰＷＭインバータのフィルタ用コンデンサは
一般に１０〜４０％程度）、変圧器１５のコストを低く
できる。

【００１８】実施例６．図６はこの発明の更に他の実施
例を示すブロック図であり、図６において、図１と対応
する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略す
る。本実施例は、上記実施例２に対して、変圧器１５の
２次側を交流出力フィルタ用コンデンサ３に直列に接続
している点であり、その他は実施例２と同様である。実
施例２の場合は変圧器１５に負荷電流が流れるので、変
圧器１５の電流定格は１００％必要であるが、本実施例
の構成では変圧器巻線にはフィルタ用コンデンサの電流
しか流れないので（ＰＷＭインバータのフィルタ用コン
デンサは一般に１０〜４０％程度）、変圧器１５のコス
トを低くできる。

【００１９】実施例７．図７はこの発明の更に他の実施
例を示すブロック図であり、図７において、図１と対応
する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略す
る。本実施例は、上記実施例３に対して、変圧器１５の
２次側を交流出力フィルタ用コンデンサ３に直列に接続
している点であり、その他は実施例３と同様である。実
施例３の場合は変圧器１５に負荷電流が流れるので、変
圧器１５の電流定格は１００％必要であるが、本実施例
の構成では変圧器巻線にはフィルタ用コンデンサの電流
しか流れないので（ＰＷＭインバータのフィルタ用コン
デンサは一般に１０〜４０％程度）、変圧器１５のコス
トを低くできる。

【００２０】実施例８．図８はこの発明の更に他の実施
例を示すブロック図であり、図８において、図１と対応
する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略す
る。本実施例は、上記実施例４に対して、変圧器１５の
２次側を交流出力フィルタ用コンデンサ３に直列に接続
している点であり、その他は実施例４と同様である。実
施例４の場合は変圧器１５に負荷電流が流れるので、変
圧器１５の電流定格は１００％必要であるが、本実施例
の構成では変圧器巻線にはフィルタ用コンデンサの電流
しか流れないので（ＰＷＭインバータのフィルタ用コン
デンサは一般に１０〜４０％程度）、変圧器１５のコス
トを低くできる。

【００２１】実施例９．図９はこの発明の更に他の実施
例を示すブロック図であり、図９において、図１と対応
する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略す
る。本実施例は、低周波インバータ１、高周波インバー
タ１１が、ともに電流制御マイナーループを持っている
場合であり、高周波インバータ１１の出力をリアクトル
１２を介してリアクトル２とコンデンサ３の接続点に接
続する。又、ＰＷＭ変調回路３０１、５０１の前に電流
制御回路３０５，５０５をそれぞれ設け、各電流指令と
電流センサ１０２，２０２の検出値の差をそれぞれ加減
算器４０２，６０１にて求め、この差が小さくなるよう
制御している。低周波インバータ１では、電圧制御回路
３０２から、出力電圧を出力電圧基準と一致させるため
に必要な電流指令が、電流制御マイナーループに与えら
れる。

【００２２】高周波インバータ１１では、加減算器４０
１にて求められた電圧偏差を帯域通過フィルタ５０４を
通して、電圧偏差の補正周波数帯域成分を求め、これを
電圧／電流換算を行う伝達関数Ｇ（ｓ）５０３により、
電流指令値に換算する。伝達関数Ｇ（ｓ）５０３は、Ｇ
（ｓ）＝Ｃｐ・ｓとなる（Ｃｐはコンデンサ３のキャパ
シタンス値、ｓはラプラス演算子）。従って、高周波イ
ンバータが電流指令値に追従し電流を流すことにより、
コンデンサ３には、電圧歪みに比例した電圧が逆相で発
生し、低周波インバータ１のみで給電している場合よ
り、電圧偏差が減少する。また、高周波インバータは、
電圧歪みを補正するだけなので、僅かな出力容量でよ
く、例えば、電圧歪みが１０％程度ならば、１０ｋＶＡ
×１０％＝１ｋＶＡとなる。本実施例では、変圧値が不
要であるので回路が簡単になる。

【００２３】実施例１０．図１０はこの発明の他の実施
例を示すブロック図であり、図１０において、図１と対
応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略す
る。本実施例は、上記実施例９に対して、帯域通過フィ
ルタ５０４の入力を電圧センサ１０１からの入力とし、
帯域通過フィルタ５０４にて基本波分も除去させ、負荷
端電圧歪みの補正周波数帯域成分を出力電圧から直接検
出している。この検出信号は上記実施例９と逆極性であ
るので、伝達関数Ｇ（ｓ）５０３の極性は負となる。本
実施例では、低周波インバータ１の制御回路から高周波
インバータ１１の制御回路へ微小なレベルの電圧偏差信
号を送る必要がなくなるので、実施例９よりもノイズ耐
量が上がる。

【００２４】実施例１１．図１１はこの発明の他の実施
例を示すブロック図であり、図１１において、図１と対
応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略す
る。本実施例は、上記実施例９に対して、加減算器４０
２の出力する電流偏差を帯域通過フィルタ５０４を通
し、電流偏差の補正周波数帯域成分を求め、この信号を
増幅器５０３にてＫ倍し、高周波インバータ１１の電流
指令値としている。低周波インバータ１の電流マイナー
ループの偏差は、高周波インバータ１１により、約１／
Ｋに減少する。よって、電圧制御偏差も減少し、電圧歪
みが補正される。実施例９では、５０３が微分回路であ
るが、本実施例では５０３は比例ゲインでよいので、回
路が簡単になる。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、電力
変換器の出力電圧に、別の電力変換器の出力電圧を合成
することにより、電圧歪みを少なくできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１を示すブロック図である。

【図２】この発明の実施例２を示すブロック図である。

【図３】この発明の実施例３を示すブロック図である。

【図４】この発明の実施例４を示すブロック図である。

【図５】この発明の実施例５を示すブロック図である。

【図６】この発明の実施例６を示すブロック図である。

【図７】この発明の実施例７を示すブロック図である。

【図８】この発明の実施例８を示すブロック図である。

【図９】この発明の実施例９を示すブロック図である。

【図１０】この発明の実施例１０を示すブロック図であ
る。

【図１１】この発明の実施例１１を示すブロック図であ
る。

【図１２】従来の電力変換装置を示すブロック図であ
る。

【図１３】ＰＷＭ変調回路を示すブロック図である。

【符号の説明】

１電力変換器５負荷１１電力変換器１５変圧器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】負荷に交流電力を供給する変換器のう
ち、この変換器を構成するスイッチング素子が半サイク
ルの内に複数回のスイッチングを行い、任意の交流出力
を発生するように構成された電力変換器システムにおい
て、上記電力変換器とは別の電力変換器の出力電圧を、
上記電力変換器の電力歪みに応じた電圧とし、変圧器を
介して上記電力変換器の出力電圧と合成するようにした
ことを特徴とする電力変換器。
【請求項２】負荷に交流電力を供給する変換器のう
ち、この変換器を構成するスイッチング素子が半サイク
ルの内に複数回のスイッチングを行い、任意の交流出力
を発生するように構成された電力変換器システムにおい
て、上記電力変換器とは別の電力変換器の出力電流を、
上記電力変換器の電力歪みに応じた電流とし、リアクト
ルを介して上記電力変換器の出力電圧と合成するように
したことを特徴とする電力変換器。