JPH0748951B2 - Power converter - Google Patents
Power converterInfo
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- JPH0748951B2 JPH0748951B2 JP60216651A JP21665185A JPH0748951B2 JP H0748951 B2 JPH0748951 B2 JP H0748951B2 JP 60216651 A JP60216651 A JP 60216651A JP 21665185 A JP21665185 A JP 21665185A JP H0748951 B2 JPH0748951 B2 JP H0748951B2
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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] 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
チョッパ装置+直流電動機などがある。この直流電圧源
として、バッ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、当該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っている。[Technical background of the invention] As a load device using a DC voltage source as a power supply, there are a pulse width modulation control (PWM) inverter + induction motor, or a DC chopper device + DC motor. When a battery is used as this DC voltage source, there is not much problem, but when a DC voltage is obtained from a commercial power source through an AC / DC power converter (converter), reactive power and harmonics generated on the commercial power source side have recently become a problem. It has become.
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(特願昭57-171
886等)が提案されている。In order to solve this problem, a method of inserting a pulse width modulation control (PWM) converter as an AC / DC power converter between a commercial power source and a DC voltage source (capacitor) (Japanese Patent Application No. 57-171).
886) has been proposed.
第5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. 5 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、CONVは
交流電力変換器(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VCの値を制御するため、公知のパルス幅変調制御が
行なわれている。すなわちコンバータCONVは直流電圧源
(コンデンサ)Cdから見た場合、パルス幅変調制御(PW
M)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, CONV is an AC power converter (converter), Cd is a DC smoothing capacitor, and LOAD is a load device. Converter CONV includes an element with a self-extinguishing capacity (for example, a gate turn-off thyristor) S 1 to S 4, consists wheeling diodes D 1 to D 4 and a DC reactor L 1 ~L 2, the element S 1 to S 4 In order to control the value of the AC side voltage V C , the well-known pulse width modulation control is performed. That is, the converter CONV is a pulse width modulation control (PW) when viewed from the DC voltage source (capacitor) Cd.
M) It becomes an inverter, in which 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が
ほぼ一定になるように、交流電源から供給される電流IS
を制御するもので、 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。In this conventional power converter, the current I S supplied from the AC power supply is adjusted so that the voltage Vd of the DC voltage source Cd becomes almost constant.
It is capable of 4-quadrant operation according to the power demand from the load device LOAD.
上記入力電流ISは電源電圧VSと常に同相に制御され
た入力力率が1になること。The input power factor is controlled so that the input current I S is always in phase with the power supply voltage V S and 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。In addition, the input current I S is controlled in a sinusoidal manner, so 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は簡単に説明する。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。CTCは
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〜S
3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)は直流制御補償回
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 C is an AC current detector, R 1 and R 2 are voltage dividing resistors for detecting DC voltage, ISO is an isolation amplifier, VR is a DC voltage setter, C 1 to S
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 DC control compensation circuit, TRG is a carrier wave (triangular wave) generator, and GC is a gate. It is a 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
幅され入力電流ISの波高値指令Imとなる。First, the DC voltage Vd detected via the isolation amplifier ISO and the voltage command value Vd * from the voltage setting device VR are input to the comparator C 1 to obtain the deviation ε V = Vd * −Vd. The deviation ε V is input to the control compensation circuit G V (S) and integrated or amplified to become a peak value command Im 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の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
って求められる。The peak value command Im is input to the multiplier ML and is multiplied by the other input sinωt. The input signal sinωt is a synchronized unit sine wave of the power supply voltage V S = vm · sinωt, and is obtained by detecting the power supply voltage V S and multiplying it by a constant (1 / Vm 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 supply, 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 * = Im · sin ωt (1) The input current command value I S * is inverted by the inverting amplifier OA and becomes the command value I C * of the alternating current I C supplied from the converter CONV to the power supply SUP. Hereinafter, I C * will be 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によって検
出された比較器C2に入力される。比較器C2によって、上
記指令値IC *と検出値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G
I(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 input to the comparator C 2 detected by the AC current detector CT C. The comparator C 2 compares the command value I C * and the detected value I C , and the deviation ε I = I C * −I C
Is required. The deviation ε I is calculated by the following control compensation circuit G
It is input to I (S), is proportionally amplified, and becomes a control input signal ei for pulse width modulation control.
パルス幅変調制御は公知の手法で、搬送波発生器TRG,比
較器C3及びゲート制御回路GCによって当該制御を行って
いる。The pulse width modulation control is a known method, and the carrier wave generator TRG, the comparator C 3 and the gate control circuit GC perform the control.
すなわち、搬送波発生器TRGは周波数1kHz程度の三角波e
T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 e with a frequency of about 1 kHz.
The comparator C 3 compares the triangular wave e T with the input signal ei, and the gate control circuit GC outputs the gate turn-off thyristors S 1 to S according to the deviation ε T = ei−e T. ON and OFF signals are given to 4 .
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 ei> 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 + Vd.
またei<eTのとき、即ち、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。When ei <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
= -Vd.
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って、VCの平均
値は、入力信号eiに比例した電圧で正常の値となる。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っ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、負荷の値とな
る。Moreover, if ei 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 a voltage proportional to the input signal ei. Will be normal value. Conversely, when ei 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 proportional to the input signal ei. The value is the load value.
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 output voltage V C of the converter is controlled to a value proportional to the input signal ei.
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 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UL=VS−VCが印加される。And the supply voltage V S to the AC inductor L S, the difference voltage U L = V S -V C between the output voltage V C of the converter is applied.
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 acts so as to decrease in the direction of the arrow in the figure. On the contrary, when V S <V C , the converter output current I C tries to increase in the arrow direction of 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
なった場合、偏差εIは負荷の値となり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 I
When C * > I C , the deviation ε I = Ic * −I C becomes a positive value and the PWM control input signal e is output via the control compensation circuit G I (S).
increase i. Therefore, the converter output voltage V C also increases in proportion to the input signal ei, and V C > V S , and the converter output current I C increases in the direction of the arrow in the figure. On the other hand, when I C * <I C , the deviation ε I becomes the value of the load and ei, that is, V C is decreased, and V C <V S , and the output current I C is decreased.
Therefore, the output current I C of the converter is controlled so as to match its command value I C * . If the command value Ic * is changed in a sine wave shape, the actual current I C is also controlled in a sine wave shape following 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 converter output current I C is the inverted value of the input current I S from the power source, and the converter output current command value I C * is the inverted value of the input current command value I S * from the power source. Therefore, the input current I S is controlled by following the command value I S * .
次にコンデンサCdの電圧Vdの制御動作を説明する。Next, the control operation of the voltage Vd of the capacitor Cd will be described.
比較供給C1によって直流電圧検出値Vdとその指令値Vd*
を比較する。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。DC voltage detection value Vd by comparison supply C 1 and its command value Vd *
To compare. When Vd * > Vd, the deviation ε V is a positive value,
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 by a sine wave in phase with 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 Im is a positive value, the active power P S shown by the following equation is a single phase. It is supplied from the power supply SUP to the DC capacitor Cd via the converter CONV.
PS=VS×IS =Vm・Im・(sinεt)2 =Vm・Im・(1−cos2εt)/2 …(2) 従って、エネルギーPS・tが直流コンデンサCdに1/2CdV
d2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 = Vm ・ Im ・ (sinεt) 2 = Vm ・ Im ・ (1-cos2εt) / 2 (2) Therefore, the energy P S・ t is 1/2 CdV in the DC capacitor Cd.
It is stored as d 2, and as a result, the DC voltage Vd rises.
逆にVd*<Vdとなった場合、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*に制御される。On the contrary, when Vd * <Vd, the deviation ε V becomes a negative value, and the peak value Im is decreased via the control compensation circuit G V (S) until Im <0. Therefore, the effective power P S becomes a negative value, in turn, the energy P s t is regenerated to the power supply from the DC capacitor Cd. As a result, the DC voltage Vd drops and is finally controlled to Vd = Vd * .
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に対
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、上記制御によっ
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 Cd that is a DC voltage source. If the load device LOAD consumes power, the DC voltage Vd drops, but by the above control, the active power P S is supplied from the power supply and is always controlled to Vd = Vd * . Conversely, when power is regenerated from the load device LOAD (when the induction motor is regeneratively operated), Vd rises once, but by regenerating the active power P S to the power supply SUP, Vd ≈ Vd * Becomes. That is, the load device LOAD
The power P S supplied from the power supply SUP is automatically adjusted according to the power consumption or power regeneration of the power supply.
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っている。At this time, since the input current I S is controlled to have a sine wave having the same phase as the power supply voltage or an opposite phase (during regeneration), the input power factor = 1 and the harmonic component is of course a very small value.
[従来技術の問題点] このような従来の電力変換装置では、次のような問題点
があった。[Problems of Prior Art] Such a conventional power conversion device has the following problems.
すなわち、従来の電力変換装置では平滑コンデンサに印
加される直流電圧Vdがほぼ一定になるように交流電源か
ら供給される電流ISを電源電圧VSと同相(入力力率=
1)の正弦波(高調波が小)に制御しているのである
が、当該電流制御には必ず位相遅れが伴ない、電流指令
値IS *と実電流ISが一致せず、そのために所期の目標で
ある入力力率=1の運転が困難であった。That is, in the conventional power converter, the current I S supplied from the AC power supply is in phase with the power supply voltage V S so that the DC voltage Vd applied to the smoothing capacitor is almost constant (input power factor =
Although the sine wave of 1) is controlled (the harmonics are small), the current control is always accompanied by a phase delay, and the current command value I S * does not match the actual current I S. It was difficult to operate with the input power factor of 1, which is the desired goal.
第3図は従来装置による電流制御波形を表わしたもの
で、破線が電流指令値I1 *、実線が実電流ISを示す。制
御遅れによって実電流ISは指令値IS *より位相角φだけ
遅れてしまう。故に実電流ISは電源電圧VSと同相にはな
らず、入力力率も遅れとなり、その分電源から遅れ無効
電力をとり電源系統の設備容量を増大させることにな
る。FIG. 3 shows a current control waveform by the conventional device. The broken line shows the current command value I 1 * , and the solid line shows the actual current I S. Due to the control delay, the actual current I S lags behind the command value I S * by the phase angle φ. Therefore, the actual current I S does not have the same phase as the power supply voltage V S, and the input power factor also becomes delayed, which delays reactive power from the power supply and increases the installed capacity of the power supply system.
[発明の目的] 本発明は以上の問題点に鑑みてなされたもので、電流制
御の位相遅れ分を補償し、上記電源電流ISをその指令値
IS *に忠実に追従するように制御した電力変換装置を提
供することを目的とする。[Object of the Invention] The present invention has been made in view of the above problems, and compensates for the phase delay of the current control, and the power supply current I S to the command value thereof.
An object is to provide a power conversion device controlled so as to faithfully follow I S * .
[発明の概要] 本発明は上記目的を達成するために、交流電源と、該交
流電源に交流リアクトルを介して接続されたパルス幅変
調制御コンバータと、このパルス幅変調制御コンバータ
の直流側に接続された平滑コンデンサと、この平滑コン
デンサを電圧源とする負荷装置と、前記平滑コンデンサ
の直流電圧を検知して基準電圧に応じた値に制御する直
流電圧制御回路と、当該直流制御回路の出力信号に応じ
て前記交流電源から供給する電流を制御する入力電流制
御回路と、前記交流電源の電圧と前記交流リアクトルの
電圧降下分の補償信号を出力する補償回路と、前記入力
電流制御回路の出力信号に前記補償信号を加えて前記パ
ルス幅変調制御コンバータの制御入力信号を得る加算器
を備え、入力電流制御の位相遅れ分を補償し、上記電源
からの供給電流ISをその指令値IS *に忠実に追従するよ
うに制御した電力変換装置である。[Summary of the Invention] In order to achieve the above object, the present invention connects an AC power supply, a pulse width modulation control converter connected to the AC power supply via an AC reactor, and a DC side of the pulse width modulation control converter. Smoothing capacitor, a load device using the smoothing capacitor as a voltage source, a DC voltage control circuit that detects the DC voltage of the smoothing capacitor and controls the DC voltage to a value according to a reference voltage, and an output signal of the DC control circuit. An input current control circuit that controls a current supplied from the AC power supply according to the above, a compensation circuit that outputs a compensation signal for the voltage of the AC power supply and a voltage drop of the AC reactor, and an output signal of the input current control circuit. Is provided with an adder for obtaining the control input signal of the pulse width modulation control converter by adding the compensation signal to the It is a power conversion device in which the supplied current I S is controlled so as to faithfully follow the command value I S * .
[発明の実施例] 第1図は本発明の電力変換装置の実施例を示す主回路構
成図である。[Embodiment of the Invention] FIG. 1 is a main circuit configuration diagram showing an embodiment of a power converter of the present invention.
図中、SUPは交流電流、LSは交流リアクトル、CONV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、
LOADは負荷装置である。In the figure, SUP is AC current, L S is AC reactor, CONV is pulse width modulation control converter, Cd is DC smoothing capacitor,
LOAD is a load device.
また、第2図は第1図の装置の制御回路の実施例を示す
構成図である。FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of the control circuit of the apparatus shown in FIG.
図中、C1、C2は比較器、GV,GIは制御補償回路、A1〜A3は
加算器、ML1,ML2は乗算器、OA1〜OA4は演算増幅器、S/C
はサイン/コサイン変換器、PWMはパルス幅変調制御回
路である。In the figure, C 1 and C 2 are comparators, G V and G I are control compensation circuits, A 1 to A 3 are adders, ML 1 and ML 2 are multipliers, OA 1 to OA 4 are operational amplifiers, S / C
Is a sine / cosine converter, and PWM is a pulse width modulation control circuit.
変換器等によって電源電圧VSを検出し、演算増幅器OA2
によって(1/Vm)倍することにより電源電圧に同期した
単位正弦波sinωtが得られる。Detecting a power supply voltage V S by the converter or the like, an operational amplifier OA 2
By multiplying by (1 / Vm), a unit sine wave sinωt synchronized with the power supply voltage can be obtained.
直流電圧検出値Vdと、その指令値Vd*を比較器C1に入力
し、その偏差ωV=Vd*−Vdを求める。当該偏差ωVは次
の電圧制御補償回路GVに入力され、比例増幅あるいは積
分増幅されて、入力電流指令値IS *の波高値ΔImとな
る。The DC voltage detection value Vd and its command value Vd * are input to the comparator C 1 to obtain the deviation ω V = Vd * −Vd. The deviation ω V is input to the next voltage control compensation circuit G V , and is proportionally amplified or integratedly amplified to become the peak value ΔIm of the input current command value I S * .
なお、負荷電流ILの急変によって直流電圧Vdが大きく変
動するのを防ぐため、負荷電流IL相当分Imoを上記入力
電流指令値の波高値ΔImに加えている。演算増幅器OA1
及び加算器A1がそのために使われている。Incidentally, in order to prevent the DC voltage Vd by the abrupt change in the load current I L varies greatly, the load current I L equivalent Imo is added to the peak value ΔIm of the input current command value. Operational amplifier OA 1
And adder A 1 is used for that.
すなわち加算器A1の出力Im=Imo+ΔImが実際の入力電
流指令値の波高値となる。That is, the output Im = Imo + ΔIm of the adder A 1 becomes the peak value of the actual input current command value.
乗算器ML1は、前記単位正弦波sinωtと上記波高値信号
Imを掛け合せるもので、電源から供給される入力電流Is
の指令値Is *=Im・sinωtを作る。The multiplier ML 1 uses the unit sine wave sinωt and the peak value signal.
Input current Is supplied from the power supply is multiplied by Im
Command value I s * = Im · sin ωt is created.
また、入力電流ISは変流器CTSによって検出され、比較
器C2によって上記指令値IS *と比較される。当該偏差εI
=IS *−ISは次の電流制御補償回路GIに入力され、反転
増幅(ここでは説明を簡単にするため、G1は比例要素の
みとする)されてパルス幅変調制御回路PWMの入力信号e
iの1つとなる。パルス幅変調制御回路PWMは公知のもの
で、例えば、1kHzの三角波(搬送波)と上記入力信号ei
を比較しコンバータCONVを構成する素子のオン,オフ信
号を作る。コンバータCONVの交流側出力電圧VCは上記入
力信号eiに比例した電圧を発生する。The input current I S is detected by the current transformer CT S and compared with the command value I S * by the comparator C 2 . The deviation ε I
= I S * −I S is input to the next current control compensation circuit G I , inverted and amplified (here, G 1 is a proportional element only for simplification of explanation), and the pulse width modulation control circuit PWM Input signal e
It will be one of i. The pulse width modulation control circuit PWM is known, and for example, a 1 kHz triangular wave (carrier wave) and the input signal ei
Are compared and the ON / OFF signals of the elements that constitute the converter CONV are generated. The AC side output voltage V C of the converter CONV generates a voltage proportional to the input signal ei.
VCE≒KC・ei :KCは比例定数 一方、電源電圧VSに同期した単位正弦波sinωtはサイ
ン/コサイン変換器S/Cによって単位余弦波cosωtに変
換される。 V C E ≒ K C · ei : K C whereas in a proportional constant, a unit sine wave sinωt synchronized with the power supply voltage V S is converted into a unit cosine wave cosωt by sine / cosine converter S / C.
乗算器ML2は上記単位余弦波cosωtと前記入力電流高値
Imを乗ずるもので、演算増幅器OA4を介して、次式で示
される補償信号VL′を作る。The multiplier ML 2 has the unit cosine wave cosωt and the input current high value.
By multiplying by Im, the compensation signal V L ′ represented by the following equation is generated via the operational amplifier OA 4 .
VL′=−Im×(ωLS/KC)・cosωt ここで、ωは交流電源の角周波数、LSは交流リアクトル
のインダクタンス値、KCはPWMコンバータの変換定数で
ある。V L ′ = −Im × (ωL S / K C ) · cosωt where ω is the angular frequency of the AC power supply, L S is the inductance value of the AC reactor, and K C is the conversion constant of the PWM converter.
また、単位正弦波sinωtは演算増幅器OA3を介して電源
電圧補償信号VS′を作っている。The unit sine wave sinωt forms the power supply voltage compensation signal V S ′ through the operational amplifier OA 3 .
VS′=(Vm/KC)・sinωt この2つの補償信号Vs′及びVL′は加算器A2及びA3によ
って前記電流制御補償回路GIの出力信号に加算されたパ
ルス幅変調補償回路PWMに、次の入力信号eiを与えてい
る。V S ′ = (V m / K C ) · sin ωt These two compensation signals V s ′ and V L ′ are added to the output signal of the current control compensation circuit G I by adders A 2 and A 3 and pulse width modulated. The following input signal ei is given to the compensation circuit PWM.
ei=−KI・ωI+VS+VL′ ただし、−KIは電流制御補償回路の伝達関数である。ei = −K I · ω I + V S + V L ′ where −K I is the transfer function of the current control compensation circuit.
直流電圧制御及び入力電流制御の動作は従来装置のとこ
ろで詳しくは説明したので、そちらを参照願いたい。The operations of the DC voltage control and the input current control have been described in detail in the conventional device, so please refer to them.
また電源電圧分の補償分VS′の作用及びその効果は特願
昭58-151508に詳しく述べられているのでそれを参照願
いたい。すなわち簡単に説明すると、入力電流制御に際
し、電源電圧VSは一種の外乱として作用する。これを打
ち消すためにあらかじめ電源電圧VSを相当分をコンバー
タCONVの交流側電圧VCとして発生させておき、その上で
入力電流ISをその指令値S *に一致させるように制御すれ
ば、上記VSによる影響を取り除くことができるのであ
る。Further, the operation and effect of the compensating component V S ′ for the power supply voltage are described in detail in Japanese Patent Application No. 58-151508, so please refer to it. That is, simply explaining, the power supply voltage V S acts as a kind of disturbance in controlling the input current. In order to cancel this, a power supply voltage V S is generated in advance as the AC side voltage V C of the converter CONV, and then the input current I S is controlled to match the command value S * , The effect of V S can be eliminated.
ここでは、上記電源電圧VS分の補償を行った上で、実電
流ISがその指令値IS *より若干遅れ制御されている場合
の補償法を詳しく説明する。Here, the compensation method in the case where the actual current I S is controlled to be slightly delayed from the command value I S * after the compensation for the power supply voltage V S is performed will be described in detail.
第3図は入力電流指令値IS *とその実電流ISの波形を表
わしたもので、リップル分は省略して描いている。第4
図はこのときの電源側の電圧電流ベクトル図を表わす。FIG. 3 shows the waveforms of the input current command value I S * and its actual current I S , and the ripples are omitted. Fourth
The figure shows the voltage-current vector diagram on the power supply side at this time.
第4図において、VSは電源電圧、VLは交流リアクトルLS
に印加される電圧、VSはコンバータの交流側出力電圧、
IS *は入力電流指令値、ISは入力電流を各々表わす。In FIG. 4, V S is the power supply voltage and V L is the AC reactor L S
, V S is the AC side output voltage of the converter,
I S * represents the input current command value, and I S represents the input current.
コンバータ出力電圧VCは電源電圧VSと交流リアクトル印
加電圧VLのベクトル差で表わされる。The converter output voltage V C is represented by the vector difference between the power supply voltage V S and the AC reactor applied voltage V L.
VC=VS−VL また、交流リアクトル印加電圧VLは、入力電流ISとは次
の関係がある。V C = V S −V L The AC reactor applied voltage V L has the following relationship with the input current I S.
VL=jωLSIS 電源電圧VS分の補償VSだけを付加した場合、上記交流リ
アクトルLSの印加電圧分VLは電流制御回路から与えられ
る。V L = jωL S I S In the case where only the compensation V S for the power supply voltage V S is added, the applied voltage V L of the AC reactor L S is given from the current control circuit.
すなわち、電流指令値IS *と実電流ISの偏差εI=IS *−I
Sを増幅しPWM制御回路に入力してVLに相当分をコンバー
タから発生させているもので、 VL≒KC・KI・εI となる。KCはコンバータの変換定数とする。That is, the deviation between the current command value I S * and the actual current I S ε I = I S * −I
It amplifies S and inputs it to the PWM control circuit to generate an amount corresponding to V L from the converter, and V L ≈ K C · K I · ε I. K C is the conversion constant of the converter.
故にVLを発生させるために偏差εI=ΔISが必要とな
り、その結果入力電流ISはその指令値に対して常に位相
角φだけ遅れてしまうのである。Therefore, the deviation ε I = ΔI S is required to generate V L, and as a result, the input current I S is always delayed by the phase angle φ with respect to the command value.
本発明はPWMコンバータの出力電圧VCとしてあらかじめ
電源電圧VS分と交流リアクトル印加電圧VL分をフィード
フォワード的に発生させるようにしたもので、上記VL分
を発生させルための電流偏差εI=ΔISを不要にしたも
のである。The present invention is configured such that the power supply voltage V S and the AC reactor applied voltage V L are generated in advance as the output voltage V C of the PWM converter in a feedforward manner, and the current deviation for generating the V L is generated. ε I = ΔI S is unnecessary.
第2図においてPWM制御回路の入力信号eiは前に述べた
ように ei=−KI・εI+VS′+VL′ となっている。In FIG. 2, the input signal ei of the PWM control circuit is ei = -K I · ε I + V S ′ + V L ′ as described above.
VS′=(Vm/KC)・sinωtは電源電圧VS相当分をコンバ
ータから発生させVL′=−(ωLS/KC)・Im×cosωt
は交流リアクトル印加電圧VL相当分をコンバータから発
生させる。V S ′ = (Vm / K C ) · sin ωt causes the converter to generate an amount corresponding to the power supply voltage V S, and V L ′ = − (ω L S / K C ) · Im × cos ωt
Generates a voltage equivalent to the AC reactor applied voltage V L from the converter.
従つて、電流制御回路からの出力信号−KI・εIの中に
はVLを発生させる要素は必要でなくなる。すなわち定常
的(入力電流指令値LS *の波高値Imか一定のとき)には
偏差εI=0となり、指令値IS *に対する実電流ISの位相
差φは零となる。また波高値Imが変化し指令値IS *に対
して実電流ISが異なった値になった場合にはεI≠0と
なりフィートバック制御によりIS=IS *に制御されるの
は従来と同じである。Therefore, the output signal -K I · ε I from the current control circuit does not need the element for generating VL . That is, the deviation ε I = 0 in a steady state (when the peak value Im of the input current command value L S * is constant), and the phase difference φ of the actual current I S with respect to the command value I S * becomes zero. When the peak value Im changes and the actual current I S has a different value with respect to the command value I S * , ε I ≠ 0 and the feedback control controls I S = I S *. The same as before.
以上は単相電源について説明したが3相あるいは多相電
源の場合でも同様に適用できる。特に多相電源の場合に
は単位正弦波(1相分)sinωtに対して単位余弦波
(1相分)cosωtを作ることは容易であることは言う
までもない。Although the single-phase power source has been described above, the same applies to the three-phase or multi-phase power source. Especially in the case of a multi-phase power source, it goes without saying that it is easy to create a unit cosine wave (for one phase) cosωt for a unit sine wave (for one phase) sinωt.
[発明の効果] 以上のように本発明の電力変換装置によれば、電流制御
回路からの出力信号の中に交流リアクトル印加電力を含
まなくて済むようになり、電流指令値IS *に対して実電
流ISの位相遅れはなくなる。すなわち平滑コンデンサCd
の直流電圧Vdがその指令値Vd*に一致するように上記入
力電流指令値IS *を電源電圧VSに同期した正弦波電流と
して与えた場合、実際の入力電流ISもその指令値IS *に
忠実に追従して制御され位相遅れのない制御が可能にな
る。従つて電力変換装置の入力力率を1.0に保ち、しか
も入力電流高調波を小さくするという所期の目的が達成
される。[Effects of the Invention] As described above, according to the power converter of the present invention, it becomes unnecessary to include the AC reactor applied power in the output signal from the current control circuit, and the current command value I S * The phase delay of the actual current I S disappears. That is, the smoothing capacitor Cd
When the DC voltage Vd of gave the input current command value I S * to match the command value Vd * as the sinusoidal current synchronized with the power supply voltage V S, the actual input current I S is also the command value I Control is performed by faithfully following S * , which enables control without phase delay. Therefore, the intended purpose of keeping the input power factor of the power converter at 1.0 and reducing the input current harmonics is achieved.
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の電力変換装置の実施例を示す主回路構
成図、第2図は第1図の装置の制御回路の実施例を示す
構成図、第3図は従来および本発明装置の動作を説明す
るための電流波形図、第4図は本発明装置の動作を説明
するための電圧電流ベクトル図、第5図は従来の電力変
換装置の構成図である。 SUP……交流電源、LS……交流リアクトル、CONV……PWM
コンバータ、Cd……平滑コンデンサ、LOAD……負荷装
置、C1,C3……比較器、GV,GI……制御補償回路、A1〜A3
……加算器、ML1,ML2……乗算器、KL,KS……演算増幅
器、PWM……パルス幅変調制御回路、S/C……サイン/コ
サイン変換器。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a main circuit configuration diagram showing an embodiment of a power conversion device of the present invention, FIG. 2 is a configuration diagram showing an embodiment of a control circuit of the device of FIG. 1, and FIG. Is a current waveform diagram for explaining the operation of the conventional device and the device of the present invention, FIG. 4 is a voltage-current vector diagram for explaining the operation of the device of the present invention, and FIG. 5 is a configuration diagram of the conventional power conversion device. . SUP …… AC power supply, L S …… AC reactor, CONV …… PWM
Converter, Cd …… Smoothing capacitor, LOAD …… Load device, C 1 , C 3 …… Comparator, G V , G I …… Control compensation circuit, A 1 to A 3
…… Adder, ML 1 , ML 2 …… Multiplier, K L , K S …… Operational amplifier, PWM …… Pulse width modulation control circuit, S / C …… Sine / cosine converter.
Claims (1)
を介して接続されたパルス幅変調制御コンバータと、こ
のパルス幅変調制御コンバータの直流側に接続された平
滑コンデンサと、この平滑コンデンサを電圧源とする負
荷装置と、前記平滑コンデンサの直流電圧を検知して基
準電圧に応じた値に制御する直流電圧制御回路と、当該
直流電圧制御回路の出力信号に応じて前記交流電源から
供給する電流を制御する入力電流制御回路と、前記交流
電源の電圧分と前記交流リアクトルの電圧降下分の補償
信号を出力する補償回路と、前記入力電流制御回路の出
力信号に前記補償信号を加えて前記パルス幅変調制御コ
ンバータの制御入力信号を得る加算回路を備えたことを
特徴とする電力変換装置。1. An AC power supply, a pulse width modulation control converter connected to the AC power supply via an AC reactor, a smoothing capacitor connected to the DC side of the pulse width modulation control converter, and a voltage across the smoothing capacitor. A load device as a power source, a DC voltage control circuit that detects a DC voltage of the smoothing capacitor and controls the DC voltage to a value according to a reference voltage, and a current supplied from the AC power supply according to an output signal of the DC voltage control circuit. An input current control circuit that controls the voltage of the AC power supply and a compensation circuit that outputs a compensation signal for the voltage drop of the AC reactor; and the pulse by adding the compensation signal to the output signal of the input current control circuit. A power conversion device comprising an adder circuit for obtaining a control input signal of a width modulation control converter.
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