JPH0667198B2 - Power converter - Google Patents

Power converter

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JPH0667198B2
JPH0667198B2 JP59212559A JP21255984A JPH0667198B2 JP H0667198 B2 JPH0667198 B2 JP H0667198B2 JP 59212559 A JP59212559 A JP 59212559A JP 21255984 A JP21255984 A JP 21255984A JP H0667198 B2 JPH0667198 B2 JP H0667198B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、交流電源から電力供給をを受ける直流電圧源
とその負荷装置からなる電力変換装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a power converter including a DC voltage source that receives power from an AC power source and a load device for the DC voltage source.

〔発明の技術的背景〕[Technical background of the invention]

直流電圧源を電源とする負荷装置としては、パルス幅変
調制御(PWM)インバータ+誘導電動機、あるいは直
流チヨツパ装置+直流電動機などがある。この直流電圧
源として、バツテリーを使う場合はあまり問題ないが、
商用電源から交直電力変換器(コンバータ)を介して直
流電圧を得るとき、商用電源側に発生する無効電力や高
調波が近年問題になつている。
As a load device using a DC voltage source as a power source, there is a pulse width modulation control (PWM) inverter + induction motor, or a DC chipper device + DC motor. As a DC voltage source, there is not much problem when using batteries,
In recent years, when a direct current voltage is obtained from a commercial power source via an AC / DC power converter (converter), reactive power and harmonics generated on the commercial power source side have become a problem.

この問題を解決するために、交直電力変換器としてパル
ス幅変調制御(PWM)コンバータを商用電源と直流電
圧源(コンデンサ)との間に挿入する方式が提案されて
いる。
In order to solve this problem, a method has been proposed in which a pulse width modulation control (PWM) converter is inserted between a commercial power source and a DC voltage source (capacitor) as an AC / DC power converter.

第6図は、交直電力変換器としてPWMコンバータを用
いた従来の電力変換装置の構成図を示す。
FIG. 6 shows a configuration diagram of a conventional power converter using a PWM converter as an AC / DC power converter.

図中、SUPは単相交流電源、Lsは交流リアクトル、CO
NVは交直電力変換器(コンバータ)、Cdは直流平滑コン
デンサ、LOADは負荷装置である。コンバータCONVは、自
己消弧能力のある素子(例えばゲートターンオフサイリ
スタ)S1〜S4、ホイーリングダイオードD1〜D4及び直流
リアクトルL1,L2から構成され上記素子S1〜S4は交流側
電圧V0の値を制御するため、公知のパルス幅変調制御さ
れている。すなわち、コンバータCONVは直流電圧源Cd
ら見た場合、パルス幅変調制御(PWM)インバータと
なり、その場合交流電源SUP側は一種の負荷と見るこ
とができる。
In the figure, SUP is a single-phase AC power supply, L s is an AC reactor, CO
NV is an AC / DC power converter (converter), C d is a DC smoothing capacitor, and LOAD is a load device. The converter CONV is composed of elements (for example, gate turn-off thyristors) S 1 to S 4 having self-extinguishing ability, wheeling diodes D 1 to D 4 and DC reactors L 1 and L 2 and the elements S 1 to S 4 are In order to control the value of the AC side voltage V 0 , known pulse width modulation control is performed. That is, the converter CONV becomes a pulse width modulation control (PWM) inverter when viewed from the DC voltage source C d , and in that case, the AC power supply SUP side can be regarded as a kind of load.

この従来の電力変換装置は上記直流電圧源Cdの電圧Vd
ほぼ一定になるように交流電源から供給される電流Is
制御するもので、 負荷装置LOADからの電力需要に応じて4象限動作が可
能なこと。
The conventional power conversion apparatus controls a current I s to voltage V d of the DC voltage source C d is supplied from the AC power source to be substantially constant, 4 depending on the power demand from the load device LOAD Be capable of quadrant movement.

上記入力電流Isは電源電圧Vsと常に同相に制御され入
力力率が1になること。
The input current I s should always be controlled to be in phase with the power supply voltage V s so that the input power factor becomes 1.

また、入力電流Isは正弦波状に制御されるため高調波
がきわめて小さくなること。
Also, the input current I s is controlled in a sinusoidal manner, so that the harmonics are extremely small.

が特徴としてあげられる。Is a feature.

以下、この装置の制御動作を簡単に説明する。The control operation of this device will be briefly described below.

制御回路としては、次のものが用意されている。CT0
交流電流検出器、R1,R2は直流電圧を検出するための分
圧抵抗、ISOは絶縁増幅器、VRは直流電圧設定器、C1
〜C3は比較器、GV(S)は電圧制御補償回路、MLは乗算
器、OAは反転演算増幅器、GI(S)は電流制御補償回
路、TRGは搬送波(三角波)発生器、GCはゲート制
御回路である。
The following are prepared as the control circuit. CT 0 is an AC current detector, R 1 and R 2 are voltage dividing resistors for detecting a DC voltage, ISO is an isolation amplifier, VR is a DC voltage setter, C 1
~ C 3 is a comparator, G V (S) is a voltage control compensation circuit, ML is a multiplier, OA is an inverting operational amplifier, G I (S) is a current control compensation circuit, TRG is a carrier wave (triangular wave) generator, GC Is a gate control circuit.

まず、絶縁増幅器ISOを介して検出された直流電圧Vd
と電圧設定器VRからの電圧指令値Vd *を比較器C1に入
力し、偏差εv=Vd *−Vdを求める。当該偏差εvは制御
補償回路Gv(S)に入力され、積分増幅あるいは比例増幅
されて入力電流Isの波高値指令Imとなる。
First, the DC voltage V d detected through the isolation amplifier ISO
And the voltage command value V d * from the voltage setting device VR are input to the comparator C 1 to obtain the deviation ε v = V d * -V d . The deviation ε v is input to the control compensating circuit G v (S) and integrated or proportionally amplified to become the peak value command I m of the input current I s .

当該波高値指令Imは乗算器MLに入力され、もう一方の
入力sinωtと掛け合わせられる。当該入力信号sinωtは
電源電圧Vs=Vm・sinωtに同期した単位正弦波で、当該
電源電圧Vsを検出し、定数倍(1/Vm倍)することによつ
て求められる。
The peak value command I m is input to a multiplier ML, is multiplied by the other input sin .omega.t. The input signal sinωt is a unit sine wave synchronized with the power supply voltage V s = V m · sinωt, and is obtained by detecting the power supply voltage V s and multiplying it by a constant (1 / V m times).

乗算器MLの出力信号Is *は電源から供給されるべき電
流の指令値を与えるもので、次式のようになる。
The output signal I s * of the multiplier ML gives the command value of the current to be supplied from the power source, and is given by the following equation.

Is *=Im・sinωt……(1) 当該入力電流指令値Is *は反転増幅器OAで反転され、
コンバータCONVから電源SUPへ供給される交流電流Ic
の指令値Ic *となる。以下、ここでは、Ic *をコンバータ
出力電流指令値と呼ぶ。
I s * = I m · sin ωt (1) The input current command value I s * is inverted by the inverting amplifier OA,
AC current I c supplied from converter CONV to power supply SUP
Command value I c * of. Hereinafter, I c * is referred to as a converter output current command value.

コンバータ出力電流Icは交流電流検出器CTcによつて検
出され、比較器C2に入力される。比較器C2によつて、上
記指令値Ic *が比較され偏差εI=Ic *−Icが求められ
る。当該偏差εIは次の制御補償回路GI(S)に入力され、
比例増幅されてパルス幅変調制御のための制御入力信号
eiとなる。
The converter output current I c is detected by the alternating current detector CT c and input to the comparator C 2 . The command value I c * is compared by the comparator C 2 and the deviation ε I = I c * −I c is obtained. The deviation ε I is input to the next control compensation circuit G I (S),
Control input signal for proportionally amplified pulse width modulation control
e i .

パルス幅変調制御は公知の手法で、搬送波発生器TR
G、比較器C3及びゲート制御回路GCによつて当該制御
を行つている。
The pulse width modulation control is a known method, and the carrier wave generator TR is used.
This control is performed by G, the comparator C 3, and the gate control circuit GC.

すなわち搬送波発生器TRGは周波数1kHz程度の三角波
eTを発生し、比較器C3は当該三角波eTと前記入力信号ei
を比較し、その偏差εT=ei−eTに応じて、ゲート制御
回路GCからゲートターンオフサイリスタS1〜S4にオ
ン,オフ信号を与えている。
That is, the carrier wave generator TRG has a triangular wave with a frequency of about 1 kHz.
e T , the comparator C 3 outputs the triangular wave e T and the input signal e i
And the ON / OFF signals are given from the gate control circuit GC to the gate turn-off thyristors S 1 to S 4 according to the deviation ε T = e i −e T.

ei>eTのとき、すなわち偏差εTが正のときサイリスタS
1とS4がオンされ(このときS2,S3はオフ)コンバータ
の交流出力電圧Vcは+Vdとなる。
When e i > e T , that is, when the deviation ε T is positive, the thyristor S
1 and S 4 are turned on (at this time, S 2 and S 3 are turned off), and the AC output voltage V c of the converter becomes + V d .

また、ei<eTのとき、すなわち偏差εTが負のとき、サ
イリスタS2とS3がオンされ(このとき、S1,S4はオ
フ)、Vc=−Vdとなる。
Further, when e i <e T , that is, when the deviation ε T is negative, the thyristors S 2 and S 3 are turned on (at this time, S 1 and S 4 are turned off), and V c = −V d .

しかも、eiが正の値で大きければ上記S1とS4のオン期間
は長くなり、S2とS3のオン期間は短くなつて、Vcの平均
値は入力信号eiに比例した電圧で正の値となる。逆にei
が負の値のときはS1とS4のオン期間よりS2とS3のオン期
間のほうが長くなつて、コンバータの出力電圧Vcの平均
値は入力信号eiに比例した値で負の値となる。
Moreover, if e i is a positive value and is large, the on period of S 1 and S 4 is long, the on period of S 2 and S 3 is short, and the average value of V c is proportional to the input signal e i . It has a positive value in voltage. Conversely e i
When is a negative value, the on period of S 2 and S 3 is longer than the on period of S 1 and S 4 , and the average value of the converter output voltage V c is a value proportional to the input signal e i. Becomes the value of.

すなわち入力信号eiに比例した値に、コンバータの出力
電圧Vcが制御されることになる。
That is, the converter output voltage V c is controlled to a value proportional to the input signal e i .

コンバータの出力電流Ic(電源から供給される入力電流
Isの反転値)は上記コンバータの出力電圧Vcを調整する
ことにより制御される。
Converter output current I c (input current supplied from the power supply
The inverted value of I s ) is controlled by adjusting the output voltage V c of the converter.

交流リアクトルLsには電源電圧Vsと上記コンバータの出
力電圧Vcとの差電圧VL=Vs−Vcが印加される。
A voltage difference V L = V s −V c between the power supply voltage V s and the output voltage V c of the converter is applied to the AC reactor L s .

Vs>Vcのとき、電源電流Isは図の矢印の方向に増加す
る。言いかえると、コンバータ出力電流Icは図の矢印方
向へは減少するように働らく。逆にVs<Vcのとき、コン
バータ出力電流Icは図の矢印の方向に増加しようと働ら
く。
When V s > V c , the power supply current I s increases in the direction of the arrow in the figure. In other words, the converter output current I c works so as to decrease in the direction of the arrow in the figure. Conversely, when V s <V c , the converter output current I c works to increase in the direction of the arrow in the figure.

コンバータの出力電流指令値Ic *に対して実電流Icが、I
c *>Icの関係にあるとき、偏差εI=Ic *−Icは正の値と
なり制御補償回路GI(S)を介してPWM制御の入力信号e
iを増加させる。故に、コンバータ出力電圧Vcも入力信
号eiに比例して大きくなり、Vc>Vsとなり、コンバータ
出力電流Icを図の矢印方向に増加させる。逆にIc *<Ic
となつた場合、偏差εIは負の値となり、eiすなわちVc
を減少させて、Vc<Vsとなり、出力電流Icを減少させ
る。故にコンバータの出力電流Icはその指令値Ic *に一
致するように制御される。当該指令値Ic *を正弦波状に
変化させれば、それに追従して実電流Icも正弦波状に制
御される。
For the converter output current command value I c * , the actual current I c is
When c * > I c , the deviation ε I = I c * −I c becomes a positive value and the PWM control input signal e via the control compensating circuit G I (S) e
increase i . Therefore, the converter output voltage V c also increases in proportion to the input signal e i , V c > V s , and the converter output current I c increases in the direction of the arrow in the figure. Conversely, I c * <I c
, The deviation ε I becomes a negative value and e i, that is, V c
Is reduced to V c <V s , and the output current I c is reduced. Therefore, the output current I c of the converter is controlled so as to match its command value I c * . If the command value I c * is changed in a sine wave shape, the actual current I c is also controlled in a sine wave shape in accordance with the change.

コンバータの出力電流Icは電源からの入力電流Isの反転
値であり、また、コンバータ出力電流の指令値Ic *は電
源からの入力電流の指令値Is *の反転値である。故に、
入力電流Isはその指令値Is *に追従して制御されること
になる。
The output current I c of the converter is the inverted value of the input current I s from the power supply, and the converter output current command value I c * is the inverted value of the command value I s * of the input current from the power supply. Therefore,
The input current I s will be controlled following the command value I s * .

次に直流コンデンサCdの電圧Vdの制御動作を説明する。Next, the control operation of the voltage V d of the DC capacitor C d will be described.

比較器C1によつて直流電圧検出値Vdとその指令値Vd *
比較する。Vd *>Vdの場合、偏差εvは正の値となり、制
御補償回路Gv(S)を介して、入力電流波高値Imを増加
させる。入力電流指令値Is *は、(1)式で示したように電
源電圧と同相の正弦波状で与えられる。故に、実入力電
流Isが前述の如く、Is=Is *に制御されるものとすれ
ば、上記波高値Imが正の値のとき、次式で示される有効
電力Psが単相電源SUPから、コンバータCONVを介して
直流コンデンサCdに供給される。
The comparator C 1 compares the DC voltage detection value V d with its command value V d * . When V d * > V d , the deviation ε v has a positive value, and the input current peak value Im is increased via the control compensation circuit G v (S). The input current command value I s * is given in the form of a sine wave having the same phase as the power supply voltage, as shown in equation (1). Therefore, assuming that the actual input current I s is controlled to I s = I s * as described above, when the peak value I m is a positive value, the active power P s shown by the following equation is simple. It is supplied from the phase power supply SUP to the DC capacitor C d via the converter CONV.

Ps=Vs×Is =Vm・Im(sinωt) =Vm・Im・(1-cos2ωt)/2……
(2) 従つて、エネルギ−PS・tが直流コンデンサCdとして蓄積され、その結果、直流電圧Vdが上昇する。
P s = V s × I s = V m · I m (sinωt) 2 = V m · I m · (1-cos2ωt) / 2 ……
(2) sub connexion, energy -P S · t is the DC capacitor C d As a result, the DC voltage V d rises.

逆にVd *<Vdとなつた場合、偏差εvは負の値となり、制
御補償回路Gv(S)を介して上記波高値Imを減少させつい
にはIm<0とする。故に、有効電力Psも負の値となり、
今度は、エネルギーPstが直流コンデンサCdから電源に
回生される。その結果、直流電圧Vdは低下し、最終的に
Vd=Vd *制御される。
On the contrary, when V d * <V d , the deviation ε v becomes a negative value, and the peak value I m is decreased via the control compensation circuit G v (S) until I m <0. Therefore, the active power P s also has a negative value,
This time, the energy P s t is regenerated to the power supply from the DC capacitor C d. As a result, the DC voltage V d drops and finally
V d = V d * is controlled.

負荷装置LOADは例えば、公知のPWMインバータ駆動誘
導電動機等があり、直流電圧源たる直流コンデンサCd
対して、電力のやりとりを行う。負荷装置LOADが電力を
消費すれば、直流電圧Vdが低下するが、上記制御によつ
て電源から有効電力Psを供給して常にVd≒Vd *に制御さ
れる。逆に負荷装置LOADから電力回生(誘導電動機を回
生運転した場合)が行われると、Vdが一旦上昇するが、
その分電源SUPに有効電力Psを回生することにより、
やはりVd≒Vd *となる。すなわち負荷装置LOADの電力消
費あるいは電力回生に応じて、電源SUPから供給する
電力Psが自動的に調整されているのである。
The load device LOAD is, for example, a known PWM inverter drive induction motor or the like, and exchanges electric power with a DC capacitor C d that is a DC voltage source. When the load device LOAD consumes power, the DC voltage V d drops, but the above-described control allows the active power P s to be supplied from the power supply to constantly control V d ≈V d * . Conversely, when power is regenerated from the load device LOAD (when the induction motor is regeneratively operated), V d rises once,
By regenerating the active power P s to the power supply SUP accordingly,
After all, V d ≈ V d * . That is, the power P s supplied from the power supply SUP is automatically adjusted according to the power consumption or power regeneration of the load device LOAD.

このとき、入力電流Isは電源電圧と同相あるいは逆相
(回生時)の正弦波に制御されるので、当然入力力率=
1で高調波成分はきわめて小さい値となる。
At this time, the input current I s is controlled to be a sine wave having the same phase or opposite phase (during regeneration) with the power supply voltage.
At 1, the harmonic component has an extremely small value.

第7図は従来の電力変換装置の別の例を示す構成図であ
る。
FIG. 7 is a configuration diagram showing another example of a conventional power conversion device.

図中、SUPは単相交流電源、TRは電源トランス、L
s1,Ls2は交流リアクトル、CONV1,CONV2はパルス幅変調
制御コンバータ、Cdは直流平滑コンデンサ、INVは直
流電圧を可変電圧可変周波数の3相電圧に変換するパル
ス幅変調制御インバータ、IMは3相誘導電動機であ
る。
In the figure, SUP is a single-phase AC power supply, TR is a power transformer, L
s1 and L s2 are AC reactors, CONV1 and CONV2 are pulse width modulation control converters, C d is a DC smoothing capacitor, INV is a pulse width modulation control inverter that converts a DC voltage into a three-phase voltage of a variable voltage variable frequency, and IM is 3 It is a phase induction motor.

PWMインバータINVと誘導電動機IMは直流電圧源
Cdの負荷装置となる。当該負荷装置の制御動作を簡単に
説明すると次のようになる。
The PWM inverter INV and the induction motor IM are DC voltage sources
It becomes a load device of C d . The control operation of the load device will be briefly described as follows.

誘導電動機IMの回転速度Nを速度検出器PGで検出
し、当該検出値Nと速度指令値N*を比較し、速度制御回
路SPCによつて、N≒N*となるように制御する。SP
Cの出力信号IL *は誘導電動機IMに供給される3相電
流ILの指令値を与える。当該電流指令値IL *と実電流IL
を比較し、負荷電流制御回路ALCによつて、IL≒IL *
となるように制御する。インバータ側PWM制御回路PW
MIは当該負荷電流制御回路ALCからの出力信号に応じ
て、インバータINVをPWM制御する。
The rotation speed N of the induction motor IM is detected by the speed detector PG, the detected value N is compared with the speed command value N * , and the speed control circuit SPC controls so that N≈N * . SP
The output signal I L * of C gives the command value of the three-phase current I L supplied to the induction motor IM. Current command value I L * and actual current I L
Are compared, and I L ≈I L * by the load current control circuit ALC .
Control so that. Inverter side PWM control circuit PW
M I PWM-controls the inverter INV according to the output signal from the load current control circuit ALC.

一方、コンバータCONV1,CONV2は第6図の装置でも説明
したように、平滑コンデンサCdの直流電圧Vdがほぼ一定
になるように電源SUPから供給される電流Isを制御し
ている。
On the other hand, the converters CONV1 and CONV2 control the current I s supplied from the power supply SUP so that the DC voltage V d of the smoothing capacitor C d becomes substantially constant, as described in the device of FIG.

すなわち、直流電圧指令値Vd *と直流電圧検出値Vdを比
較し、電圧制御回路AVCによつて、Vd≒Vd *となるよ
うに制御している。AVCの出力信号Is *は電源SUP
から供給される電流Isと指令値を与えている。当該電流
指令値Is *と入力電流検出値Isを比較し、入力電流制御
回路ASCによつてIs≒Is *となるように制御する。コ
ンバータ側PWM制御回路PWMcは当該入力電流制御回路
ASCの出力信号に応じて、コンバータCONV1,CONV2を
制御している。
That is, the DC voltage command value V d * is compared with the DC voltage detection value V d , and the voltage control circuit AVC controls so that V d ≈V d * . The output signal I s * of AVC is the power supply SUP
The current I s supplied from and the command value are given. The current command value I s * is compared with the input current detection value I s, and control is performed by the input current control circuit ASC so that I s ≈I s * . The converter-side PWM control circuit PWM c controls the converters CONV1 and CONV2 according to the output signal of the input current control circuit ASC.

ここで、コンバータCONV1及びCONV2を並列接続している
のは、コンバータ容量を増加させるためで、一般的な手
法である。
Here, the converters CONV1 and CONV2 are connected in parallel in order to increase the converter capacity, which is a general method.

この場合、交流リアクトルLS1,LS2は両コンバータの電
流バランスをとるためと、当該入力電流IS1,IS2の脈動
をおさえる役目をはたしている。
In this case, the AC reactors L S1 and L S2 serve to balance the currents of both converters and to suppress the pulsation of the input currents I S1 and I S2 .

〔背景技術の問題点〕[Problems of background technology]

このような従来の電力変換装置では、次のような問題点
があつた。
Such a conventional power conversion device has the following problems.

すなわち、パルス幅変調制御コンバータは、その変調周
波数(数キロヘルツ)でスイッチング動作を行う必要で
あり、通常GTO(ゲートターンオフ)サイリスタ等を
用いなければならない。GTOサイリスタ等は一般のサ
イリスタに比較すると耐電圧あるいは許容電流の最大定
格値が小さいため、コンバータの大容量化が困難であ
る。
That is, the pulse width modulation control converter needs to perform a switching operation at the modulation frequency (several kilohertz), and normally a GTO (gate turn off) thyristor or the like must be used. Compared with general thyristors, GTO thyristors have a smaller maximum rated value of withstand voltage or allowable current, so that it is difficult to increase the capacity of the converter.

そこで、第7図に示したようにコンバータを並列接続
し、容量の増加を図る方法が採用されるが、各コンバー
タの容量に限界があるため、大容量になればなるほど、
GTOサイリスタの数が多くなつてくる。このため装置
の寸法,形状が大きくなることは言うまでもなく、装置
の値段が高くなるという欠点がでてくる。
Therefore, as shown in FIG. 7, a method of increasing the capacity by connecting converters in parallel is adopted. However, since the capacity of each converter is limited, the larger the capacity,
The number of GTO thyristors will increase. Therefore, it goes without saying that the size and shape of the device are large, and the cost of the device is high.

また、コンバータの容量増加のための並列運転では各コ
ンバータの入力電流のバランスをとる必要があり、その
ため、交流リアクトルを電源トランスの2次側にコンバ
ータ数だけ挿入することが必要であつた。このとき、当
該交流リアクトルはPWMコンバータのスイッチング動
作に伴なう交流側出力電圧に含まれる高調波成分を吸収
し、電源から供給される入力電流の脈動をおさえる役目
をはたす。しかし、各コンバータのスイッチング周波数
(変調周波数)は高々数キロヘルツであるため、上記交
流リアクトルのインダクタンス値としてかなり大きいも
のを用意しなければならない。すなわち、従来の装置で
は並列運転される各コンバータ毎に、相当大きな容量の
交流リアクトルが不可欠であつた。このため装置の小形
軽量化を図ることができず、設置場所の制限を受ける用
途には適用できないという欠点があつた。
In parallel operation for increasing the capacity of the converters, it is necessary to balance the input currents of the converters. Therefore, it is necessary to insert as many AC reactors as the number of converters on the secondary side of the power transformer. At this time, the AC reactor absorbs the harmonic component contained in the AC-side output voltage accompanying the switching operation of the PWM converter, and serves to suppress the pulsation of the input current supplied from the power supply. However, since the switching frequency (modulation frequency) of each converter is at most several kilohertz, it is necessary to prepare a considerably large inductance value for the AC reactor. That is, in the conventional device, an AC reactor having a considerably large capacity was indispensable for each converter operated in parallel. For this reason, there is a drawback in that the device cannot be made compact and lightweight, and it cannot be applied to applications where the installation location is restricted.

〔発明の目的〕[Object of the Invention]

本発明は以上に鑑みてなされたもので、装置の大容量化
を容易にし、前記交流リアクトルの容量の低減を図り、
装置の小形軽量化及び低廉化を図つた電力変換装置を提
供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above, facilitates increasing the capacity of the device, and reduces the capacity of the AC reactor,
It is an object of the present invention to provide a power conversion device that is compact, lightweight, and inexpensive.

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

本発明によれば、この目的は、交流電源と、該交流電源
に交流リアクトルを介して1次巻線が直列接続された複
数台の電源トランスと、当該電源トランスの2次巻線に
接続された複数台の自励コンバータと、当該自励コンバ
ータの直流側に接続された共通の平滑コンデンサと、当
該平滑コンデンサを直流電圧源とする負荷装置を具備
し、前記複数台の自励コンバータのうち1台だけをパル
ス幅変調制御コンバータとし、他の自励コンバータは前
記交流電源の周波数の1サイクル期間に零電圧を含む交
流矩形波電圧を交流側に発生させる制御手段と、上記複
数台の自励コンバータ全体で所望の交流側出力電圧を発
生させる制御手段で構成することによつて達成出来る。
According to the present invention, this object is connected to an AC power supply, a plurality of power supply transformers in which primary windings are connected in series to the AC power supply via an AC reactor, and to a secondary winding of the power supply transformer. A plurality of self-exciting converters, a common smoothing capacitor connected to the DC side of the self-exciting converter, and a load device using the smoothing capacitor as a DC voltage source. Only one unit is a pulse width modulation control converter, and the other self-exciting converters are control means for generating an AC rectangular wave voltage including a zero voltage on the AC side during one cycle period of the frequency of the AC power supply; This can be achieved by using a control means for generating a desired AC side output voltage in the entire excitation converter.

〔発明の実施例〕Example of Invention

第1図は本発明の電力変換装置の一実施例を示す構成図
である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the power conversion device of the present invention.

図中、SUPは単相交流電源、Lsは交流リアクトル、TR
1,TR2は電源トランス、CONV1,CONV2は自励コンバータ、
Cdは直流平滑コンデンサ、LOADは負荷装置である。ここ
では負荷装置LOADとして、パルス幅変調制御インバータ
INVと誘導電動機IMを用意している。
In the figure, SUP is a single-phase AC power supply, L s is an AC reactor, TR
1 and TR 2 are power transformers, CONV1 and CONV2 are self-exciting converters,
C d is a DC smoothing capacitor, and LOAD is a load device. Here, a pulse width modulation control inverter INV and an induction motor IM are prepared as the load device LOAD.

2台の自励コンバータCONV1,CONV2は直流側で並列接続
されており、交流側は電源トランスTR1,TR2によつて絶
縁されている。当該電源トランスTR1及びTR2の1次巻線
は直列接続されて、交流リアクトルLsを介して交流電源
SUPにつながれている。
Two self-excited converter CONV1, CONV2 are connected in parallel at the DC side, AC side is by connexion insulated power transformer TR 1, TR 2. The primary windings of the power supply transformers TR 1 and TR 2 are connected in series and are connected to the AC power supply SUP via the AC reactor L s .

負荷装置LOADの制御は第7図の装置で説明したものと同
様であり、また、本発明の目的とするところではないの
で説明を省略する。
The control of the load device LOAD is the same as that described with reference to the device of FIG. 7, and since it is not the object of the present invention, its description is omitted.

以下、平滑コンデンサCdを含む、自励コンバータCONV1
及びCONV2の制御動作を説明する。
Below, the self-exciting converter CONV1 including the smoothing capacitor C d
The control operation of CONV2 will be described.

制御回路を構成するものとして、電源電流Isを検出する
ための変流器CTs、直流電圧設定器VR、比較器C1〜C3
電圧制御補償回路Gv(S)、乗算器ML、電流制御補償回路G
I(S)、加算器AD、レベル検出器SH、演算増幅器OA
K、搬送波発生器TRG、ゲート制御回路GC1,GC2が用
意されている。
As constituting a control circuit, the power supply current current transformer for detecting the I s CT s, the DC voltage setting device VR, comparator C 1 -C 3,
Voltage control compensation circuit G v (S), multiplier ML, current control compensation circuit G
I (S), adder AD, level detector SH, operational amplifier OA
K, a carrier wave generator TRG, and gate control circuits GC 1 and GC 2 are prepared.

まず、平滑コンデンサCdの直流電圧Vdを検出し、比較器
C1に入力する。比較器C1は直流電圧設定器VRからの電
圧指令値Vd *と上記検出値Vdを比較し、偏差εv=Vd *−V
dを出力する。当該偏差εvは次の電圧制御補償回路G
v(S)に入力され比例増幅あるいは積分増幅されて、電源
からの入力電流Isの波高値指令Imとなる。
First, the DC voltage Vd of the smoothing capacitor Cd is detected and the comparator
Type in C 1 . The comparator C 1 compares the voltage command value V d * from the DC voltage setting device VR with the above detection value V d , and the deviation ε v = V d * -V
Output d . The deviation ε v is the voltage control compensation circuit G
It is input to v (S) and proportionally or integrally amplified, and becomes the peak value command I m of the input current I s from the power supply.

波高値指令Imは乗算器MLに入力されて、もう一方の入
力sinωtと掛け合わせられる。入力信号sinωtは電源電
圧Vs=Vm・sinωtに同期した単位正弦波で、当該電圧Vs
を検出し、定数倍(1/Vm倍)することによつて求められ
る。
The peak value command I m is input to the multiplier ML and is multiplied by the other input sin ωt. The input signal sinωt is a unit sine wave synchronized with the power supply voltage V s = V m · sinωt, and the voltage V s
Is detected and is multiplied by a constant (1 / V m times).

乗算器MLの出力信号Is *=Im・sinωtは電源から供給さ
れるべき電流Isの指令値を与えるもので、比較器C2には
その反転値Is *が入力される。比較器C2は電源電流の検
出値Isと上記指令値Is *の比較を行つて偏差εI=Is-Is *
を次の電流制御補償回路GI(S)に送る。ここでは説明を
簡単にするためGI(S)は単なる比例増幅器であるとして
説明する。
The output signal I s * = I m · sin ωt of the multiplier ML gives a command value of the current I s to be supplied from the power source, and its inverted value I s * is input to the comparator C 2 . The comparator C 2 compares the detected value I s of the power supply current with the above command value I s * to obtain the deviation ε I = I s -I s *
To the next current control compensation circuit G I (S). For simplicity of explanation, it is assumed here that G I (S) is just a proportional amplifier.

GI(S)の出力信号e1は1つは加算器ADに、もう1つは
レベル検出器SHに入力される。
One output signal e 1 of G I (S) is input to the adder AD and the other is input to the level detector SH.

レベル検出器SHは入力e1が正側設定レベル値+ebより
大きくなつたとき“+1”の信号を出力し、負側設定レ
ベル値-ebより小さくなつたとき“−1”の信号を出力
し、-eb<e1<+ebの領域では“0”信号を出力する。
The level detector SH outputs a signal of "+1" when the input e 1 is larger than the positive side set level value + e b, and outputs a "-1" signal when the input e 1 is smaller than the negative side set level value -e b. It outputs and outputs a "0" signal in the area of -e b <e 1 <+ e b .

ゲート制御回路GC2は上記レベル検出器SHの出力信号e
2に応じて、自励コンバータCONV2にオン,オフ信号を与
える。すなわち、自励コンバータCONV2の交流側出力電
圧V02は、上記信号e2によつて次の値になる。
The gate control circuit GC 2 outputs the output signal e of the level detector SH.
Depending on 2 , apply ON / OFF signals to the self-exciting converter CONV2. That is, the AC side output voltage V 02 of the self-excited converter CONV 2 has the following value due to the signal e 2 .

e2=“+1”のとき V02=+Vd e2=“0”のとき V02=0 e2=“−1”のとき V02=-Vd ここで、電源トランスTR2の1次/2次の巻数比を2対
1とした場合、TR2の1次側の電圧は、V02′=2・V02
なる。
When e 2 = “+ 1”, V 02 = + V d When e 2 = “0”, V 02 = 0 When e 2 = “− 1”, V 02 = -V d where 1 of power transformer TR 2 When the secondary / secondary turns ratio is 2 to 1, the voltage on the primary side of TR 2 is V 02 ′ = 2 · V 02 .

一方、レベル検出器SHの出力信号e2は演算増幅器OA
Kを介して加算器ADに入力される。演算増幅器OAK
は入力e2をK倍して、信号e3=K・e2を出力するものであ
る。
On the other hand, the output signal e 2 of the level detector SH is the operational amplifier OA.
It is input to the adder AD via K. Operational amplifier OAK
Is to multiply the input e 2 by K and output a signal e 3 = K · e 2 .

加算器ADは電流制御補償回路GI(S)の出力信号e1と上
記演算増幅器OAKの出力信号e3の反転値-e3との加算
を行い、パルス幅変調制御の入力信号ei=e1-e3を与え
ている。
The adder AD adds the output signal e 1 of the current control compensation circuit G I (S) and the inverted value -e 3 of the output signal e 3 of the operational amplifier OAK, and the input signal e i = for pulse width modulation control e 1 -e 3 is given.

入力信号eiと搬送波発生器TRGからの出力信号(周波
数1kHz程度の三角波)eTを比較器C3によつて比較し、
その偏差εT=ei-eTに応じて、ゲート制御回路GC1によ
つて、自励コンバータCONV1をパルス幅変調制御してい
る。
The input signal e i and the output signal (triangular wave with a frequency of about 1 kHz) e T from the carrier wave generator TRG are compared by the comparator C 3 .
In accordance with the deviation ε T = e i -e T , the gate control circuit GC 1 controls the pulse width modulation of the self-exciting converter CONV 1 .

自励コンバータCONV1の交流側出力電圧Vc1は上記入力信
号eiに比例した値となることは前に説明した通りであ
る。
As described above, the AC side output voltage V c1 of the self-excited converter CONV1 has a value proportional to the input signal e i .

ここで、電源トランスTR1の1次/2次の巻数比を1対
1とした場合、TR1の1次側の電圧Vc1′はVc1′=Vc1
なる。
Here, when the primary / secondary turns ratio of the power transformer TR 1 is 1: 1, the voltage V c1 ′ on the primary side of TR 1 is V c1 ′ = V c1 .

従つて、交流リアクトルLsには、電源電圧Vsと2台のト
ランスTR1,TR2の1次電圧の和Vc1′+Vc2′とによつ
て、次式で示される電圧VLが印加される。
Accordance connexion, the AC inductor L s, the power supply voltage V s and two transformer TR 1, the sum of the primary voltage of the TR 2 V c1 '+ V c2 ' and Niyotsute, the voltage V L represented by the following formula Is applied.

VL=Vs−(Vc1′+Vc2′) =Vs−(Vc1+2Vc2) 入力電流Isが図の矢印の向きに流れていた場合、VL>0
とすることにより、Isを矢印の向きに増加させることが
でき、逆に、VL<0とすることにより、Isを減少させる
ことができる。
V L = V s − (V c1 ′ + V c2 ′) = V s − (V c1 + 2V c2 ) When the input current I s flows in the direction of the arrow in the figure, V L > 0
By setting I s , I s can be increased in the direction of the arrow, and conversely, by setting V L <0, I s can be decreased.

反対に、入力電流Isが図の矢印と反対向きに流れていた
場合、VL<0とすることにより、Isを矢印と反対向きに
増加させることができ、逆にVL>0とすることにより、
Isを減少させることができる。
Conversely, if the input current I s was flowing opposite to the arrow direction of FIG. <With 0, it is possible to increase the I s in the opposite direction to the arrow, V L Conversely> V L and 0 By doing
I s can be reduced.

第2図は、第1図の装置の交流側の電圧電流ベクトル図
を表わしたもので、電源電圧sは、リアクトル印加電
Lとコンバータ出力電圧の和cとのベクトル和とな
る。sLc 入力電流sとリアクトル印加電圧Lは直交しており、
次の関係が成り立つ。L =jωLs s ω=2πfs:電源の角周波数 いいかえると、入力電流Isを制御するには、コンバータ
出力電圧の和Vc=Vc1′+Vc2′を増減させることによ
り、リアクトル印加電圧VLを変えて制御している。
FIG. 2 shows a voltage-current vector diagram on the AC side of the apparatus of FIG. 1, and the power supply voltage s is the vector sum of the reactor applied voltage L and the sum c of the converter output voltages. s = L + c Input current s and reactor applied voltage L are orthogonal,
The following relationship holds. L = jωL s s ω = 2πf s : The angular frequency of the power supply. In other words, in order to control the input current I s , the sum of converter output voltage V c = V c1 ′ + V c2 ′ is increased / decreased. It controls by changing V L.

第2図(a)は力行運転時のベクトル図で、交流電源SU
Pから負荷LOAD側へ電力を供給している状態である。
Lは電源電圧sより位相が90°進んでおり、その結果、
入力電流sは電源電圧Vsと同相になる。すなわち、入
力力率は1となる。
Fig. 2 (a) is a vector diagram during power running, and AC power supply SU
In this state, power is being supplied from P to the load LOAD side.
The phase of L is ahead of the power supply voltage s by 90 °, and as a result,
The input current s has the same phase as the power supply voltage V s . That is, the input power factor is 1.

第2図(b)は、回生運転時のベクトル図で、負荷側から
電源側に電力が回生されるモードである。Lsより
位相が90°遅れており、その結果、入力電流sは電源
電圧sに対して逆相になる。この場合も入力力率は1
となつている。
FIG. 2 (b) is a vector diagram during the regenerative operation, and shows a mode in which electric power is regenerated from the load side to the power source side. The phase of L is delayed by 90 ° from s , and as a result, the input current s has a reverse phase with respect to the power supply voltage s . Also in this case, the input power factor is 1
It is said.

すなわち、入力力率を常に1に保つには、上記リアクト
ル印加電圧Lが電源電圧sに対して常に直交関係を保
つ必要があり、それを制御するのが、コンバータの交流
側出力電圧cである。
That is, in order to always keep the input power factor at 1, it is necessary that the reactor applied voltage L always keeps an orthogonal relationship with the power source voltage s , and it is the AC side output voltage c of the converter that controls it. .

次に、本発明装置の上記コンバータ出力電圧Vcに制御動
作を説明する。
Next, the control operation of the converter output voltage V c of the device of the present invention will be described.

第1図の装置において、電流制御補償回路GI(S)の出力
信号eIの最大値をemaxとした場合、レベル検出器SHの
設定レベル値ebとする。
In the device of FIG. 1, when the maximum value of the output signal e I of the current control compensation circuit G I (S) is e max , the set level value e b of the level detector SH is And

故に、 のとき、e2=“+1”となり、自励コンバータCONV2の出
力電圧Vc2は、+Vdとなる。このとき、パルス幅変調制御
(PWM)コンバータCONV1を制御する入力信号eiは前
述のようにei=e1-e3=e1-Ke2となり、当該制御入力信
号eiに比例した電圧Vc1をコンバータCONV1の交流側に発
生する。ここで、演算増幅器OAKの比例定数Kを(2/
3)・emaxに選べば、 ei=e1-(2/3)・emax×e2 =e1-(2/3)・emax となる。
Therefore, At this time, e 2 = “+ 1”, and the output voltage V c2 of the self-excited converter CONV2 becomes + V d . At this time, the input signal e i for controlling the pulse width modulation control (PWM) converter CONV1 becomes e i = e 1 -e 3 = e 1 -Ke 2 as described above, and the voltage proportional to the control input signal e i. V c1 is generated on the AC side of converter CONV1. Here, the proportional constant K of the operational amplifier OAK is set to (2 /
3) If you select e max , then e i = e 1- (2/3) ・ e max × e 2 = e 1- (2/3) ・ e max .

同様に、 のとき、e2=“-1”となり、ei=e1+(2/3)・emaxとな
る。
Similarly, Then, e 2 = “-1” and e i = e 1 + (2/3) · e max .

さらに、 の領域では、e2=“0”となり、ei=e1となる。further, In the region of, e 2 = “0” and e i = e 1 .

第3図に上記関係を表わすタイムチヤート図を示す。FIG. 3 shows a time chart showing the above relationship.

PWMコンバータCONV1は、第3図のeiに比例した電圧V
c1を発生する。電圧Vc1の最大値は直流平滑コンデンサC
dの電圧Vdである。従つて、 のとき、Vc1=+Vdとなり、 のときVc1=-Vdとなる。入力信号eiの間で変化すれば、コンバータCONV1の出力電圧Vc1はei
に比例して、-Vd〜+Vdの間で変化する。パルス幅変調制
御については公知なので省略する。
The PWM converter CONV1 has a voltage V proportional to e i in FIG.
Generates c1 . The maximum value of voltage V c1 is DC smoothing capacitor C
d is the voltage V d of. Therefore, Then V c1 = + V d , Then V c1 = -V d . Input signal e i The output voltage V c1 of the converter CONV1 is e i
Changes in proportion between -V d and + V d . Since the pulse width modulation control is known, it will be omitted.

また、自励コンバータCONV2の出力電圧Vc2は入力信号e2
に応じて、 e2=“1”のとき Vc2=+Vd e2=“0”のとき Vc2=0 e2=“−1”のとき Vc2=-Vd となる。
The output voltage V c2 of the self-exciting converter CONV2 is the input signal e 2
Accordingly, when e 2 = “1”, V c2 = + V d e 2 = “0”, V c2 = 0 When e 2 = “− 1”, V c2 = -V d .

従つて、電源トランスの1次側に発生する、コンバータ
電圧Vcは、 となり、 の関係を代入すると、 となつて、Vcは電流制御補償回路GI(S)の出力信号e1
比例した値となる。
Therefore, the converter voltage V c generated on the primary side of the power transformer is Next to Substituting the relation of Therefore, V c has a value proportional to the output signal e 1 of the current control compensation circuit G I (S).

電流指令値Is *が実電流Isより大きい場合、e1は負の値
となり、Vc=Vc1′+Vc2′を負の値にして、入力電流Is
を増加させる。
When the current command value I s * is larger than the actual current I s , e 1 becomes a negative value, and V c = V c1 ′ + V c2 ′ is set to a negative value, and the input current I s is changed.
To increase.

逆に、Is *<Isとなつた場合、e1は正の値となつて、Vc
=Vc1′+Vc2′を正の値にし、電流Isを減少させる。最
終的に、Is=Is *となつて落ち着く。
Conversely, if I s * <I s , then e 1 is a positive value and V c
= V c1 ′ + V c2 ′ is made a positive value, and the current I s is reduced. Eventually, I s = I s * and settle down.

Is *を正弦波状に変化させればそれに追従つて実電流Is
も正弦波状に制御される。
If I s * is changed in a sinusoidal manner, the actual current I s is tracked accordingly.
Is also controlled in a sinusoidal manner.

直流電圧Vdの制御は前に述べたものと同じであるので省
略する。
Since the control of the DC voltage V d is the same as that described above, the description thereof will be omitted.

第4図は本発明装置の別の実施例を示す構成図である。FIG. 4 is a block diagram showing another embodiment of the device of the present invention.

3台の自励コンバータCONV1〜CONV2で構成されており、
コンバータCONV1はパルス幅変調制御され、他の2つの
コンバータは、零電圧を含む矩形波電圧を発生する。
It consists of three self-exciting converters CONV1 to CONV2,
The converter CONV1 is pulse width modulation controlled, and the other two converters generate a square wave voltage including zero voltage.

トランスTR1の1次/2次巻数比は1:1になつており、ト
ランスTR2とTR3の1次/2次巻数比は2:1になつてい
る。
The transformer TR 1 has a primary / secondary turns ratio of 1: 1 and the transformers TR 2 and TR 3 have a primary / secondary turns ratio of 2: 1.

故にコンバータの交流側出力電圧Vcは、 Vc=Vc1′+Vc2′+Vc3′ =Vc1+2Vc2+2V3 となる。Therefore, the AC side output voltage V c of the converter is V c = V c1 ′ + V c2 ′ + V c3 ′ = V c1 + 2V c2 + 2V 3 .

電流制御補償回路GI(S)の出力信号e1の最大値をemax
した場合、レベル検出器SH1の設定レベル値eb1は(1/5)e
maxとし、レベル検出器SH2の設定レベル値は(3/5)emax
とする。
When the maximum value of the output signal e 1 of the current control compensation circuit G I (S) is e max , the set level value e b1 of the level detector SH 1 is (1/5) e
max, and the set level value of the level detector SH 2 is (3/5) e max
And

自励コンバータCONV2は入力信号e2によつて、次の電圧V
c2を交流側に発生する。
Self-excited converter CONV2 is Yotsute the input signal e 2, the next voltage V
c2 is generated on the AC side.

e1>(1/5)emaxのときe2=“1”となり、Vc2=+Vdとな
る。
When e 1 > (1/5) e max , e 2 = “1” and V c2 = + V d .

e1<-(1/5)emaxのときe2=“−1”となり、Vc2=-Vd
なる。
When e 1 <-(1/5) e max , e 2 = “− 1” and V c2 = −V d .

-(1/5)emaxe1(1/5)emaxのとき、e2=“0”とな
り、Vc2=0となる。
-(1/5) e max When e 1 (1/5) e max , e 2 = “0” and V c2 = 0.

また、自励コンバータCONV3は入力信号e4によつて次の
電圧Vc3を交流側に発生する。
Also, the self-excited converter CONV3 occurs to the AC side a voltage V c3 yo connexion next to the input signal e 4.

e1>(3/5)emaxのときe4=“1”となり、Vc3=+Vdとな
る。
When e 1 > (3/5) e max , e 4 = “1” and V c3 = + V d .

e1<-(3/5)emaxのときe4=“−1”となり、Vc3=-Vd
なる。
When e 1 <-(3/5) e max , e 4 = “− 1” and V c3 = −V d .

-(3/5)emaxe1(3/5)emaxのときe4=“0”となり、V
c3=0となる。
-(3/5) e max When e 1 (3/5) e max , e 4 = “0”, V
c3 = 0.

PWMコンバータCONV1の制御入力信号eiは ei=e1-e3 =e1-K(e2+e4) の関係にあり、演算増幅器OAKの比例定数KはK=(2
/5)・emaxに設定する。
The control input signal e i of the PWM converter CONV1 has a relationship of e i = e 1 -e 3 = e 1 -K (e 2 + e 4 ), and the proportional constant K of the operational amplifier OAK is K = (2
/ 5) ・ Set to e max .

第5図は、第4図の装置の制御入力信号e1,e2,e4及びei
の関係を表わしたものである。すなわち、PWM制御の
入力信号eiは、全体の入力信号e1の最大値emaxに対し
て、±(1/5)emaxの範囲で制御される。
FIG. 5 shows the control input signals e 1 , e 2 , e 4 and e i of the device of FIG.
It represents the relationship of. That is, the PWM control input signal e i is controlled within a range of ± (1/5) e max with respect to the maximum value e max of the entire input signal e 1 .

ここで、第6図の装置のコンバータ全体のトランス1次
側電圧Vcを求めると次のようになる。
Here, the transformer primary side voltage V c of the entire converter of the apparatus of FIG. 6 is obtained as follows.

となつて、Vcはe1に比例した電圧となることがわかる。 Therefore, it can be seen that V c is a voltage proportional to e 1 .

直流電圧Vdの制御及び入力電流Isの制御は前に述べたも
のと同様である。
The control of the DC voltage V d and the control of the input current I s are the same as those described above.

第1図及び第4図では単相電源について説明したが、三
相電源あるいは他の多相電源でも同様に実施できること
は言うまでもない。
Although the single-phase power source has been described with reference to FIGS. 1 and 4, it goes without saying that a three-phase power source or another multi-phase power source can be similarly used.

又、前述の実施例ではパルス幅変調制御コンバータ側の
電源トランスTR1の1次/2次の巻数比を1:1と
し、矩形波出力コンバータ側の電源トランスTR2の1
次/2次の巻数比を2:1として説明したが、本発明は
電源トランスTR1及びTR2の1次/2次の巻数比を
特に限定するものでない。
Further, in the above-described embodiment, the primary / secondary turns ratio of the power transformer TR1 on the pulse width modulation control converter side is set to 1: 1 and the power transformer TR2 on the rectangular wave output converter side is set to 1: 1.
Although the description has been made assuming that the secondary / secondary turns ratio is 2: 1, the present invention does not particularly limit the primary / secondary turns ratio of the power transformers TR1 and TR2.

本発明は、パルス幅変調制御コンバータと、矩形波出力
コンバータで、それぞれ電力を適宜分担することにより
パルス幅変調制御コンバータの容量以上の電力制御を可
能としたものであり、この場合、トランスの巻数比を前
述のように選定すれば、パルス幅変調制御コンバータの
出力電圧波形は第3図、第5図のeiから分るように正側
電圧及び負側電圧のピーク値は等しくなるが、それ以外
の場合は一方のピーク値が減少(増加)すれば他方のピ
ーク値は増加(減少)し等しくならなくなり、全体容量
に対してパルス幅変調制御コンバータが負担する容量が
増加することになるが、両コンバータで電力を分担する
ことに変りない。
The present invention makes it possible to control the electric power more than the capacity of the pulse width modulation control converter by appropriately sharing the electric power between the pulse width modulation control converter and the rectangular wave output converter. If the ratio is selected as described above, the output voltage waveform of the pulse width modulation control converter has the same peak value of the positive side voltage and the negative side voltage, as can be seen from e i in FIGS. 3 and 5, In other cases, if one peak value decreases (increases), the other peak value increases (decreases) and becomes unequal, and the capacity that the pulse width modulation control converter bears increases with respect to the total capacity. However, both converters share the power.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上詳述したように本発明によれば、パルス幅変調制御
される自励コンバータは1台ですみ、他の自励コンバー
タは、電源周波数の1サイクル期間に、零電圧を含む交
流矩形波電圧を1回だけ発生させるように制御すればよ
い。
As described above in detail, according to the present invention, only one self-exciting converter is controlled by pulse width modulation, and the other self-exciting converters are AC rectangular wave voltage including zero voltage in one cycle period of the power supply frequency. It may be controlled so that is generated only once.

従つて、パルス幅変調制御自励コンバータにはGTOサ
イリスタを用いる必要があるが、他の自励コンバータに
は、例えば、強制転流回路を有するサイリスタコンバー
タでも十分制御が可能となる。従つて大容量化も容易に
なり、しかもスイッチング損失の低減を図ることができ
るようになる。
Therefore, it is necessary to use a GTO thyristor for the pulse width modulation control self-exciting converter, but for other self-exciting converters, for example, a thyristor converter having a forced commutation circuit can be sufficiently controlled. Therefore, the capacity can be easily increased, and the switching loss can be reduced.

また、本発明装置によれば、電源トランスの1次側を直
列接続し、交流リアクトルLsを介して電源に接続してい
る。このため当該交流リアクトルLsは1台で足り、しか
もPWMコンバータを含めた他の自励コンバータの各出
力電圧の和が、印加されるため、電圧リツプルが小さく
なり、上記交流リアクトルLsの容量を低減できる。
Further, according to the device of the present invention, the primary side of the power transformer is connected in series, and is connected to the power source via the AC reactor L s . Therefore, only one AC reactor L s is required, and the sum of the output voltages of the other self-excited converters including the PWM converter is applied, so that the voltage ripple is reduced and the capacitance of the AC reactor L s is reduced. Can be reduced.

さらに、本発明装置では、PWMコンバータの電源トラ
ンスの1次/2次巻数比を、n:1とし、他の自励コン
バータの1次/2次巻数比を2n:1にすれば、PWM
コンバータの出力電圧の正側のピーク値と、負側のピー
ク値が等しくなり、例えば第1図の装置では、全体容量
に対してPWMコンバータの容量は1/3で済み、また、
第4図の装置では全体容量の1/5の容量のPWMコンバ
ータを用意すればよいことになり、この場合、全体容量
に対してPWMコンバータが負担する容量が最少とな
る。すなわち、N台の自励コンバータのうち1台をPW
Mコンバータとすれば、その容量は、全体容量の1/(2N-
1)で済むことになる。故に大容量化が困難なPWMコン
バータの割合を小さくすることができ、それに伴なつて
スイツチング損失の低減が図れ、効率の良い電力変換装
置を提供することができる。
Further, in the device of the present invention, if the primary / secondary turns ratio of the power transformer of the PWM converter is n: 1 and the primary / secondary turns ratio of the other self-excited converter is 2n: 1, the PWM
The peak value on the positive side and the peak value on the negative side of the output voltage of the converter become equal. For example, in the device of FIG. 1, the capacity of the PWM converter is 1/3 of the total capacity, and
In the device of FIG. 4, it is sufficient to prepare a PWM converter having a capacity of 1/5 of the total capacity. In this case, the capacity of the PWM converter with respect to the total capacity is minimized. That is, one of the N self-exciting converters is PW
If it is an M converter, its capacity is 1 / (2N- of the total capacity.
1) will be enough. Therefore, it is possible to reduce the proportion of the PWM converter whose capacity is difficult to increase, and accordingly reduce the switching loss, so that an efficient power conversion device can be provided.

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

第1図は本発明の電力変換装置の一実施例を示す構成
図、第2図は第1図の動作を説明するための電圧電流ベ
クトル図、第3図は第1図の制御動作を説明するための
タイムチヤート図、第4図は本発明装置の別の実施例を
示す構成図、第5図は第4図の制御動作を説明するため
のタイムチヤート図、第6図及び第7図は従来の電力変
換装置を示す構成図である。 SUP…交流電源 Ls…交流リアクトル TR1,TR2,TR3…電源トランス CONV1,CONV2,CONV3…自励コンバータ Cd…直流平滑コンデンサ LOAD…負荷 VR…直流電圧設定器 C1〜C3…比較器 AD…加算器 Gv(S)…電圧制御補償回路 GI(S)…電流制御補償回路 ML…乗算器 SH,SH1,SH2…レベル検出器 OAK…演算増幅器 TRG…搬送波発生器 GC1,GC2,GC3…ゲート制御回路
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the power converter of the present invention, FIG. 2 is a voltage-current vector diagram for explaining the operation of FIG. 1, and FIG. 3 is a control operation of FIG. FIG. 4 is a block diagram showing another embodiment of the device of the present invention, FIG. 5 is a time chart for explaining the control operation of FIG. 4, FIG. 6 and FIG. FIG. 4 is a configuration diagram showing a conventional power conversion device. SUP… AC power supply L s … AC reactor TR 1 , TR 2 , TR 3 … Power transformer CONV1, CONV2, CONV3… Self-exciting converter C d … DC smoothing capacitor LOAD… Load VR… DC voltage setter C 1 to C 3 … Comparator AD… Adder G v (S)… Voltage control compensation circuit G I (S)… Current control compensation circuit ML… Multiplier SH, SH 1 , SH 2 … Level detector OAK… Operational amplifier TRG… Carrier wave generator GC1, GC2, GC3 ... Gate control circuit

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】交流電源と、該交流電源に交流リアクトル
を介して1次巻線が直列に接続された1台の第1の電源
トランス及び1台以上の第2の電源トランスと、 前記第1の電源トランスの2次巻線に交流側端子が接続
されたパルス幅変調制御の第1の自励コンバータと、 前記第2の電源トランスの2次巻線に交流側端子が接続
された交流矩形波電圧を発生する1台以上の第2の自励
コンバータと 前記各自励コンバータの直流側端子間に接続された共通
の平滑コンデンサと、該平滑コンデンサを直流電源とす
る負荷装置と、 前記平滑コンデンサ電圧の設定値と平滑コンデンサ電圧
の検出値との偏差信号が印加される電圧制御補償回路
と、 該電圧制御補償回路の出力信号と前記交流電源電圧に同
期した単位正弦波信号とを乗算し前記交流電源に流れる
交流電流の交流電流基準信号を出力する乗算器と、 該交流電流基準信号と前記交流電源に流れる交流電流の
検出値との偏差信号が印加され前記直列接続された1次
巻線端子間に出力される前記両自励コンバータの合成し
た交流出力電圧の指令値を出力する電流制御補償回路
と、 該交流出力電圧指令値が印加され該交流出力電圧指令値
に同期し且つ零電圧期間を有する1つ以上の矩形波信号
を算出し、前記第2の自励コンバータの交流側に前記矩
形波信号に比例した交流矩形波電圧を発生させる制御手
段と、 前記交流出力電圧指令値と、前記1つ以上の矩形波信号
に比例した信号の差の信号をパルス幅変調入力信号とし
て前記第1の自励コンバータをパルス幅変調制御する制
御手段を具備した電力変換装置。
1. An AC power supply, one first power supply transformer and one or more second power supply transformers in which primary windings are connected in series to the AC power supply via an AC reactor, and A first self-exciting converter for pulse width modulation control in which an AC side terminal is connected to the secondary winding of the first power transformer, and an AC in which an AC side terminal is connected to the secondary winding of the second power transformer. One or more second self-exciting converters that generate a rectangular wave voltage, a common smoothing capacitor connected between the DC side terminals of the self-exciting converters, a load device that uses the smoothing capacitor as a DC power source, and the smoothing device. A voltage control compensation circuit to which a deviation signal between the set value of the capacitor voltage and the detected value of the smoothing capacitor voltage is applied, and an output signal of the voltage control compensation circuit is multiplied by a unit sine wave signal synchronized with the AC power supply voltage. The AC power supply A multiplier for outputting an alternating current reference signal of the flowing alternating current; and a difference signal between the alternating current reference signal and a detected value of the alternating current flowing in the alternating current power source, applied between the primary winding terminals connected in series. A current control compensating circuit for outputting a command value of the AC output voltage synthesized by the both self-exciting converters, and having a zero voltage period in synchronization with the AC output voltage command value to which the AC output voltage command value is applied. Control means for calculating one or more rectangular wave signals and generating an AC rectangular wave voltage proportional to the rectangular wave signal on the AC side of the second self-exciting converter; the AC output voltage command value; A power conversion device comprising control means for performing pulse width modulation control of the first self-excited converter using a signal having a difference in signal proportional to one or more rectangular wave signals as a pulse width modulation input signal.
【請求項2】前記第1の電源トランスの1次/2次の巻
数比をn:1とし、前記第2の電源トランスの1次/2
次の巻数比を2n:1にしたことを特徴とする前記特許
請求の範囲第1項記載の電力変換装置。
2. A primary / secondary winding ratio of the first power transformer is set to n: 1, and a primary / 2 of the second power transformer is set.
The power conversion device according to claim 1, wherein the next turns ratio is set to 2n: 1.
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