JPH0834695B2

JPH0834695B2 - 電力変換方法、電力変換装置およびその電力変換装置を用いた圧延システム

Info

Publication number: JPH0834695B2
Application number: JP2237671A
Authority: JP
Inventors: 高志伊君; 光幸本部; 譲久保田; 和明戸張; 慶次郎酒井; 健三神山; 潤一高橋
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-09-07
Filing date: 1990-09-07
Publication date: 1996-03-29
Anticipated expiration: 2011-03-29
Also published as: JPH04121065A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、鉄鋼圧延機等の交流電動機駆動等に用いる
可変周波数の交流を出力とする電力変換装置に係り、特
に順変換装置（以下、コンバータ装置という）と逆変換
装置（以下、インバータ装置という）が接続されてなる
電力変換装置のパルス幅変調制御（以下、PWM制御とい
う）に関する。

〔従来の技術〕従来、この種の電力変換装置としては、特開昭64−60
267号公報等に記載されているように、コンバータ装置
の出力にコンデンサを並列接続し、このコンデンサの端
子電圧を入力とするインバータ装置を設け、交流電力を
一旦直流電力に変換した後、所望の電圧・周波数の交流
電力に再変換して交流電動機などを駆動制御するものが
知られている。このような電力変換装置のコンバータ制
御回路は、電圧指令発生手段から出力される電圧指令値
と、電圧検出器により検出した前記コンデンサの端子電
圧（コンバータ装置の出力電圧）との偏差を零にするよ
うに、コンバータ装置の入力電流・電圧を制御するよう
に構成されている。すなわち、出力電圧の偏差を零にす
るように、コンバータ装置の入力電流指令を演算し、こ
れと入力電流の検出値との偏差を零にするように、交流
電圧指令を演算し、この交流電圧指令を変調波とし、こ
れと搬送波である基準信号とを比較してPWM制御を行
い、これに基づいて生成したゲートパルスによりコンバ
ータ装置の各スイッチング素子をオン／オフさせ、コン
デンサの端子電圧を一定に制御すると同時に、電源電流
の波形と力率を改善するようにしている。一方、インバ
ータ制御回路は、与えられる所望の電圧・周波数の電圧
指令に基づいて、コンバータ制御回路と同様のPWM制御
を行うことにより、負荷電流の波形を改善するようにな
つている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記従来の電力変換装置では、コンバータ
装置用の搬送波発生手段とインバータ装置用の搬送波発
生手段を別個に設け、かつそれぞれ異なった搬送波周波
数でPWM制御していた。そのため、コンバータ装置の出
力電流とインバータ装置のパルス状の入力電流のそれぞ
れのリップル電流の位相がずれるため、それらの差に相
当して流れるコンデンサ電流が大きくなる。その結果、
直流電圧の変動が大きくなり、この脈流のためにコンバ
ータ装置とインバータ装置の制御が不安定になるという
欠点があった。また、直流電圧の平滑を図るためには大
容量のコンデンサが必要となり、装置が大型になるとい
う問題があった。

さらに、コンバータのPWM搬送波とインバータのPWM搬
送波の周波数の差が数Hz以下の場合には、平滑コンデン
サに流れる電流リップルの振幅が時間と共に変化するビ
ート現象が発生し、これに起因する低周波数の直流電圧
の変動により、コンバータ装置およびインバータ装置の
動作が不安定となるという問題があった。

上記の問題は、コンバータ装置とインバータ装置が直
流リアクトルを介して接続されてなる電力変換装置の場
合も、同様である。

本発明の目的は、上記従来の問題点をなくし、コンバ
ータ装置にインバータ装置を従属接続してなる電力変換
装置において、それらを安定に動作させ、かつ平滑コン
デンサ容量又は直流リアクトル容量を小さくし得る電力
変換装置の制御方法、及びその方法を適用してなる電力
変換装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するため、交流をPWM制御
により直流に変換するコンバータ装置と、このコンバー
タ装置の直流出力をPWM制御により交流に変換して負荷
に供給するインバータ装置とを含んでなる電力変換装置
において、前記コンバータ装置と前記インバータ装置の
PWM制御の搬送波信号又はこれに相当する基準信号を、
同一の信号にしたことを特徴とする。

また、前記コンバータ装置のPWM制御の搬送波信号又
はこれに相当する基準信号の極性を反転した信号を、前
記インバータ装置のPWM制御の基準信号とすることでも
よい。

また、１つのコンバータ装置に複数のインバータ装置
が接続されてなる電力変換装置においては、前記各イン
バータ装置のPWM制御の搬送波信号又はこれに相当する
基準信号を、前記コンバータ装置のPWM制御の搬送波信
号又はこれに相当する基準信号と同一の周期で、かつ互
いに一定の位相差を持たせた信号にすることが望まし
い。

また、複数のコンバータ装置にそれぞれインバータ装
置を接続してなる電力変換装置においては、前記各コン
バータ装置とこれに対応する前記各インバータ装置がそ
れぞれ同一のPWM制御の搬送波信号又はこれに相当する
基準信号により制御され、この各搬送波信号又はこれに
相当する基準信号が、同一の周期でかつ互いに一定の位
相差を持たせた信号とするのが望ましい。

また、前記コンバータ装置と前記インバータ装置がと
もに各相あたり３つの電圧レベルの段階状電圧を出力す
る構成の電力変換装置においては、前記インバータ装置
の出力電圧が所定値より高いときには、前記コンバータ
装置のPWM制御の搬送波信号又はこれに相当する基準信
号と同一の信号を、前記インバータ装置のPWM制御の搬
送波信号又はこれに相当する基準信号とし、前記インバ
ータ装置の出力電圧が所定値より低いときには、前記コ
ンバータ装置のPWM制御の搬送波信号又はこれに相当す
る基準信号の位相を90度ずらした信号を、前記インバー
タ装置のPWM制御の搬送波信号又はこれに相当する基準
信号とするのが望ましい。

〔作用〕

このように構成されることから、本発明によれば、次
の作用により本発明の目的が達成される。

まず、コンバータ装置の電流と、インバータ装置の電
流とを観察すると、コンバータ装置の出力電流とインバ
ータ装置の入力電流のリップルの位相がずれており、こ
のずれに応じてコンデンサ又は直流リアクトルの流入・
流出電流に差が生じることが判明した。さらに、コンバ
ータ装置の出力電流は、PWM搬送波又はこれに相当する
基準信号が極大値または極小値を示す時刻付近で零に等
しくなり、同様にインバータ装置の入力電流もコンバー
タのPWM搬送波又はこれに相当する基準信号が極大値ま
たは極小値を示す付近で零に等しくなる。本発明は、こ
のことに鑑み、基本的には、２つのPWM搬送波を同一又
は反転した関係にしたのである。これによって、コンバ
ータ装置の出力電流とインバータ装置の入力電流のリッ
プルの位相が等しくなり、コンデンサ電流または直流リ
アクトル電流を低減できるのである。その結果、直流部
の電圧の脈動が小さくなり、制御の安定度が向上するの
である。

また、コンデンサの容量又は直流リアクトルの容量を
小形化することができるのである。

また、コンデンサ又は直流リアクトルに流れる電流リ
ップルの振幅が、時間と共に変化するビート現象が発生
しなくなり、コンバータ装置およびインバータ装置の動
作が安定となるのである。

また、本発明のインバータ装置により圧延設備の電動
機を駆動制御するようにし、この電動機にかかる制御指
令に基づいて前記コンデンサと前記インバータとをそれ
ぞれPWM制御する圧延システムを構成すれば、小形で動
作の安定した電動機制御装置を含む圧延システムを構成
することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明す
る。

第１図に本発明の一実施例の電力変換装置の全体構成
図を示す。図示のように、交流電源１から交流リアクト
ル２を介して供給される交流電力は、コンバータ装置３
で直流に変換され、この直流出力はコンデンサ４にて平
滑されてインバータ装置５に供給され、ここにおいて交
流に再変換されてモータ等の負荷６に供給される。そし
て、コンバータ装置３はコンバータ制御回路７により制
御され、インバータ装置５はインバータ制御回路８によ
り制御される。

コンバータ制御回路７は、電圧検出器10で検出される
直流電圧検出値と電圧指令発生手段11の出力である電圧
指令値との偏差より、電圧調整器12と電流指令発生手段
13により電源電流指令を演算し、電流調整器16a〜ｃに
より交流電圧指令を演算し、比較器17a〜ｃによりパル
ス幅変調を行い、反転器18a〜ｃおよびドライブ回路19a
〜ｆを介して、コンバータ装置３の各スイッチング素子
をオン／オフさせることにより、コンデンサ４の直流電
圧を一定に制御すると同時に、電源電流の波形と力率を
改善するようになっている。一方、インバータ制御回路
８は電圧指令発生手段20と比較器21a〜ｃ、反転器22a〜
ｃ、ドライブ回路23a〜ｆからなり、コンバータ制御回
路と同様のパルス幅制御を行うことにより、負荷電流の
波形を改善するようになっている。そして、コンバータ
制御回路７とインバータ制御回路８は、同一の搬送波発
生手段９の出力をPWM制御の搬送波信号とし、PWM制御を
行うようになっている。

このように構成される実施例の動作を、第２図に示し
た各部の動作波形図を参照して説明する。第２図におい
て、（イ）は電流調整器16aの出力である交流電圧指令
（変調波）の波形と、搬送波発生手段９の出力であるコ
ンバータ装置のPWM搬送波を示し、（ロ）はコンバータ
装置の入力電圧を、（ハ）はコンバータ装置の入力電流
を、（ニ）はコンバータ装置の出力電流をそれぞれ示
す。第２図（ホ）〜（チ）は、インバータ装置に係る動
作波形であり、（ホ）は電圧指令発生手段20の出力であ
る交流電圧指令（変調波）の波形と、搬送波発生手段９
の出力であるインバータ装置のPWM搬送波を示し、
（ヘ）はインバータ装置の出力電圧を、（ト）はインバ
ータ装置の出力電流を、（チ）はインバータ装置の入力
電流をそれぞれ示す。インバータ装置の出力電圧はコン
バータ装置の場合と同様、交流電圧指令と搬送波を比較
器21aで比較し、これによりインバータ装置４の各スイ
ッチング素子をオン／オフさせることにより得られる。
（リ）はコンデンサ４に流入する電流を示す。

ここで、比較のために、第３図に、従来のようにコン
バータ装置とインバータ装置とを、別々のPWM搬送波に
よりPWM制御した場合の各部の動作波形を対照して示
す。第３図の（イ）と（ホ）を比較すると判るように、
コンバータのPWM搬送波の周波数が異なっている。そし
て、第２図と第３図の（リ）を比較して判るように、第
３図のコンデンサ電流よりも、第２図の本実施例の方が
小さい。これは、本実施例では、コンバータ装置３とイ
ンバータ装置５で同一のPWM搬送波を用いていることに
起因するものである。

すなわち、それらの図に示すように、コンバータ装置
の出力電流は、PWM搬送波が極大値または極小値を示す
時刻付近で零に等しくなっている。一方、インバータ装
置の入力電流もコンバータのPWM搬送波が極大値または
極小値を示す付近で零に等しくなっている。このことに
鑑み、本実施例では、２つのPWM搬送波を同一にしたの
である。これによって、コンバータ装置３の出力電流と
インバータ装置５の入力電流のリップルの位相が等しく
なり、コンデンサ電流（第２図（リ））が、従来技術の
場合（第３図（リ））に比べて小さくできたのである。

上述したように、本実施例によれば、コンバータ装置
３のPWM制御の基準信号である搬送波を、インバータ装
置５のPWM制御の基準信号である搬送波として共用した
ことから、コンバータ装置のリップル電流とインバータ
装置のリップル電流の位相を合わせることができ、これ
によって平滑コンデンサ４に流入する電流を小さくでき
る。その結果、直流部の電圧の脈動が小さくなり、制御
の安定度が向上するのである。

また、コンデンサ４の容量を小さくできるので、装置
の小形化が可能となる。

また、本実施例によれば、コンバータ装置３のPWM制
御の基準信号とインバータ装置５のPWM制御の基準信号
とを同一周波数としたことにより、平滑コンデンサ４に
流れる電流リップルの振幅が、時間と共に変化するビー
ト現象が発生しなくなり、コンバータ装置およびインバ
ータ装置の動作が安定となる。

第４図に、本発明の第２の実施例の全体構成図を示
す。本実施例が第１図実施例と異なる点は、インバータ
装置５のPWM搬送波をコンバータ装置３のPWM搬送波に対
して、位相を180度ずらす反転器24を挿入した点にあ
る。その他の点は、同一であることから、各部品に同一
符号を付して説明を省略する。

つまり、本実施例は、インバータ装置５の入力電流
が、インバータのPWM搬送波が極大値または極小値を示
す時刻付近のいずれにおいても、零に等しくなり、搬送
波を反転させても入力電流の位相が変化しないことに鑑
みたものである。したがって、第１図実施例と同様に、
平滑コンデンサ４への流入電流を小さくでき、前記実施
例と同一の効果がある。さらに、本実施例によれば、コ
ンバータ制御回路７とインバータ制御回路８を、交互に
動作させているように、いくつかの回路と共用させる場
合には特に有効である。

第５図に、本発明の第３の実施例の全体構成図を示
す。本実施例が第１図実施例と異なる点は、コンバータ
装置とインバータ装置をそれぞれ多重構成としたことに
ある。すなわち、図示のように、多重コンバータ装置33
は、同一構成の２つのコンバータ装置33ー１と33ー１
を、相間リアクトル34a〜34cを介して並列接続してな
る。同様に、多重インバータ装置35は、同一の２つのイ
ンバータ装置35ー１と35ー２を、相間リアクトル36a〜3
6cを介して並列接続してなる。

このように構成される多重コンバータ装置33は、電流
調節器16a〜ｃにより演算される交流電圧指令を、多重
コンバータ制御回路37a〜37cによりパルス幅変調し、多
重コンバータ装置33の各スイッチング素子をオン／オフ
させることにより、コンデンサ４の直流電圧を一定に制
御すると同時に、電源電流の波形と力率を改善するよう
になっている。一方、多重インバータ装置35は、電圧指
令発生手段20により演算される交流電圧指令を、多重イ
ンバータ制御回路38a〜38cにより、多重コンバータ装置
と同様のパルス幅変調を行い、負荷電流の波形を改善す
るようになっている。多重コンバータ制御回路37aで
は、比較器17a,17bにより交流電圧指令を直流レベル（E
d/4,−Ed/4）の異なる２つの搬送波と比較し、論理回路
39aにより、交流電圧指令が２つの搬送波の両方よりも
高いときには、多重コンバータ装置33の入力電圧が正と
なり、逆に交流電圧指令が２つの搬送波の両方よりも低
いときには、多重コンバータ装置の入力電圧が零となる
ように、反転器18a,18bおよびドライブ回路19a〜19dを
介して、多重コンバータ装置の各スイッチング素子をオ
ン／オフさせる。他の多重コンバータ制御回路37b,37c
も同様の動作である。また、多重インバータ制御回路38
a〜38cも同様である。ただし、インバータ制御回路38a
〜38cのPWM搬送波信号は、切替器44により、出力電圧が
所定値より高いときにはコンバータ制御回路37a〜37cの
搬送波信号をそのまま用い、出力電圧が所定値より低い
ときにはコンバータ制御回路37a〜37cの搬送波信号を、
移相器43で位相を90度遅らせた信号を用いる。なお、第
５図で、符号41ー1,41ー２は係数器、42ー1,42ー２と45
ー1,45ー２は電圧設定器である。

このように構成される第３の実施例の動作について、
第６図と第７図に示した各部の動作波形図を参照して説
明する。第６図は出力電圧が高いときの動作波形を示す
ものであり、第７図は出力電圧が低いときの動作波形図
である。第６図（イ）は電流調整器16aの出力である交
流電圧指令の波形と、コンバータのPWM搬送波を示し、
（ロ）は多重コンバータ装置の入力電圧を、（ハ）はそ
の入力電流を、（ニ）はその出力電流をそれぞれ示す。
第６図（ホ）は、電圧指令発生手段20の出力である交流
電圧指令の波形と、インバータ装置35のPWM搬送波を示
し、（ヘ）は多重インバータ装置の出力電圧を、（ト）
はその出力電流を、（チ）はその入力電流をそれぞれ示
す。多重インバータ装置35の出力電圧は、多重コンバー
タ装置35の場合と同様、交流電圧指令と搬送波を比較器
21a,21bで比較し、これにより多重インバータ装置35の
各スイッチング素子をオン／オフさせることにより得ら
れる。また、第６図（リ）は、コンデンサ４に流入する
電流を示す。

このように、本実施例でも、多重コンバータ装置33と
多重インバータ装置35で、同一の搬送波を用いているこ
とから、多重コンバータ装置33の出力電流と多重インバ
ータ装置35の入力電流のリップルの位相が同じになるた
め、コンデンサ電流（第６図（リ））が小さくなる。こ
の場合、第４図に示した第２の実施例と同様、多重コン
バータ装置33の搬送波と多重インバータ装置35の搬送波
を反転した関係にしてもよく、コンデンサ電流を小さく
できる効果が変わらない。

ここで、第７図に示した出力電圧が低いときの動作波
形の例を説明する。同図（イ）〜（リ）は、第６図に対
応させている。前述したのと同様に、多重コンバータ装
置33の入力電圧は、交流電圧指令と多重コンバータのPW
M搬送波とを比較器17a,17bで比較し、論理回路37によ
り、交流電圧指令が２つの搬送波の両方よりも高いとき
には、多重コンバータ装置33の入力電圧が正となり、交
流電圧指令が２つの搬送波の両方よりも低いときには多
重コンバータ装置33の入力電圧が負となり、それ以外の
ときには多重コンバータ装置33の入力電圧が零となるよ
うに、各スイッチング素子をオン／オフさせることによ
り得られる。このように、本実施例において、出力電圧
が低いときには、多重コンバータ装置33の搬送波と多重
インバータ装置35の搬送波に、90度の位相差を与えるこ
とにより、前記実施例と同様に、多重コンバータ装置33
の出力電流と多重インバータ装置35の入力電流のリップ
ルの位相が同じになるため、コンデンサ電流（第７図
（リ））が小さくなる。

上述したように、本実施例によっても、前記各実施例
と同一の効果がある。

第８図に、本発明の第４の実施例の全体構成図を示
す。本実施例は、電流形の電力変換装置に係るものであ
る。図示のように、交流電流１から入力コンデンサ52を
介して供給される交流電力は、コンバータ装置53で直流
に変換され、さらに直流リアクトル54により平滑され
て、インバータ装置55に供給され、ここで交流に再変換
されて出力コンデンサ56を介してモータ等の負荷６に供
給される。入力コンデンサ52および出力コンデンサ56
は、それぞれ入力電流および出力電流の波形を滑らかに
するフィルタの働きをする。コンバータ制御回路57は、
コンバータ装置53の各スイッチング素子をPWM制御によ
りオン／オフさせて、直流電流が所定の値となるように
制御すると同時に、電源電流の波形と力率を改善するよ
うになっている。インバータ制御回路58は、コンバータ
制御回路57と同様のPWM制御を行うことにより、負荷電
流の波形を改善するようになっている。そして、コンバ
ータ制御回路57とインバータ制御回路58は、同一の搬送
波出力手段９の出力を搬送波信号としてPWM制御を行う
ようになっている。

従って、本実施例によれば、直流リアクトルを流れる
電流の脈動が小さくなるので、制御の安定度が増す。ま
た、直流リアクトルの容量を小さくできるので、装置の
小型化が可能となる。

第９図に、本発明の第５の実施例の全体構成図を示
す。本実施例は、一つのコンバータ装置３を複数のイン
バータ装置５ー1,5ー２で共用する電力変換システムに
かかるものである。図において、第１図実施例と同一符
号の部品は、同一機能構成のものである。コンバータ装
置３の直流出力はコンデンサ４により平滑されて、複数
台のインバータ装置５ー1,5ー2,…でそれぞれ交流に変
換され、それぞれ負荷6a,6b,…に供給される。インバー
タ制御回路８ー1,8ー2,…はそれぞれインバータ装置５
ー1,5ー２…に対応させて設けられている。インバータ
制御回路８の搬送波信号は、コンバータ制御回路７の搬
送波出力手段９の出力を、それぞれ移相回路50ー1,50−
2,…を用いて、コンデンサ４に流入する電流の脈動が最
小となるように位相を少しづつずらしたものを用いる。
位相回路50ー1,50−2,…の位相変化幅の決定方法として
は、コンバータ装置７および各インバータ装置５ー1,5
ー２…の定格電流から、平滑コンデンサ４に流入する電
流リップルが最小となるように予め決定する。また、平
滑コンデンサ４に流入する電流リップルの振幅を検出し
てこれが最小になるように、位相回路のうち少なくとも
１つ位相幅を可変制御する方法などが適用できる。

したがって、本実施例によれば、交流電源をコンバー
タ装置によって直流に変換し、この直流電力を複数台の
インバータ装置を介して交流電力に変換して、それぞれ
複数の負荷に供給する電力変換装置において、各インバ
ータ装置のPWM制御の基準信号としての搬送波を、コン
バータのPWM制御の基準信号の搬送波に対し、適当な位
相差を持たせながら同期した信号を使用するように構成
したことから、平滑コンデンサ４に流入する電流が小さ
くなり、これによって直流電圧の脈動が小さくなるの
で、制御の安定度が増す。また、コンデンサ容量を小さ
くできるので、装置の小型化が可能となる。

第10図に、本発明の第６の実施例の概要構成を示す。
本実施例は、コンバータ装置３ー1,3ー2,…とインバー
タ装置５ー1,5ー2,…からなる複数の電力変換装置を、
一つの交流電源１に接続した電力変換システムに係るも
のである。第10図において、図中符号２ー1,2ー2,…が
交流リアクトルであり、４ー1,4ー２…がコンデンサ、
６ー1,6ー2,…が負荷である。コンバータ制御回路７ー
1,7ー2,…は、コンバータ装置３ー1,3ー2,…の各スイッ
チング素子をPWM制御によりオン／オフさせることによ
り、直流電流が所定の値となるように制御すると同時
に、電源電流の波形と力率を改善する。インバータ制御
回路８ー1,8ー2,…はそれぞれコンバータ制御回路７ー
1,7ー2,…と同様のPWM制御を行うことにより、負荷電流
の波形を改善する。コンバータ制御回路７ー1,7ー2,…
の搬送波信号は、搬送波出力手段９の出力をそれぞれ移
相回路50ー1,50ー2,…を用いて交流電源１から供給され
る電流脈動が最小となるように位相をずらしたものを用
い、インバータ制御回路８ー1,8ー2,…はそれぞれ対応
するコンバータ制御回路の搬送波信号を用いる。

上述したように、本実施例によっても、各コンバータ
装置のPWM制御の基準信号として、互いに適当な位相差
を持たせながら同期した信号を使用し、これと同じ信号
を対応するインバータ装置のPWM制御の基準信号として
使用していることから、交流電源の電流の脈動を小さく
できるので、入力フィルタ等の電力設備の小形化を図る
ことができ、またシステムの動作の安定化を図ることが
できる。さらに、平滑コンデンサに流入する電流が小さ
くなるため、直流電圧の脈動が小さくなり、これによつ
てコンデンサ容量を小さくできるので、装置の小型化が
可能となる。

なお、上記各実施例は、いづれもアナログ回路により
構成したものとして説明したが、マイクロプロセッサ等
を用いたディジタル回路により構成することもでき、同
一の効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、コンバータ装
置とインバータ装置を平滑コンデンサを介して接続して
なる電力変換装置において、コンバータ装置とインバー
タ装置のPWM制御にかかる搬送波またはこれに相当する
時間基準信号を、同一または反転したものとしたことか
ら、コンデンサに流入・流出するパルス状電流の位相を
同じにすることができる。この結果、コンデンサ電流を
小さくでき、直流電圧の脈動を小さくできるので、電圧
電流制御の安定度が増すという効果がある。また、コン
デンサ容量を小さくできるので、装置の小型化が可能と
なる。

また、本発明によれば、コンバータ装置とインバータ
装置を直流リアクトルを介して接続してなる電流型の電
力変換装置において、コンバータ装置とインバータ装置
のPWM制御にかかる搬送波またはこれに相当する時間基
準信号を、同一または反転したものとしたことから、直
流リアクトルに流入・流出するパルス状電流の位相を同
じにすることができる。この結果、リアクトル電流を小
さくでき、直流電圧の脈動を小さくできるので、電圧電
流制御の安定度が増すという効果がある。また、リアク
トル容量を小さくできるので、装置の小型化が可能とな
る。

さらに、本発明によれば、交流電源を複数のコンバー
タ装置によって直流に変換し、それぞれの直流電力をイ
ンバータ装置を介して交流電力に変換して負荷に供給す
る電力変換装置についても、上記と同一の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の構成図、第２図は本発
明の第１の実施例の動作波形図、第３図は比較のための
従来法による動作波形図、第４図は本発明の第２の実施
例の構成図、第５図は本発明の第３の実施例の構成図、
第６図と第７図は本発明の第３の実施例の動作波形図、
第８図は本発明の第４の実施例の構成図、第９図は本発
明の第５の実施例の構成図、第10図は本発明の第６の実
施例の構成図である。１…交流電源、２…交流リアクトル、３…コンバータ装
置、４…コンデンサ、５…インバータ装置、６…負荷、
７…コンバータ制御回路、８…インバータ制御回路、９
…搬送波発生手段、24…反転器、43…移送器、44…切替
器、50…移相回路、54…直流リアクトル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者戸張和明茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者酒井慶次郎茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者神山健三茨城県日立市大みか町５丁目２番１号株式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者高橋潤一茨城県日立市大みか町５丁目２番１号株式会社日立製作所大みか工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流を直流に変換するコンバータ装置と、
このコンバータ装置の直流出力を交流に変換して負荷に
供給するインバータ装置と、前記コンバータ装置に対す
る入力電流指令信号と搬送波信号とを用いてパルス幅変
調制御により前記コンバータ装置のスイッチング素子を
制御するコンバータ制御回路と、前記インバータ装置に
対する出力電圧指令信号と搬送波信号とを用いてパルス
幅変調制御により前記インバータ装置のスイッチング素
子を制御するインバータ制御回路と、前記コンバータ制
御回路と前記インバータ制御回路にそれぞれ前記搬送波
信号を供給する搬送波発生手段とを備えてなる電力変換
装置において、前記搬送波発生手段は、前記コンバータ
制御回路と前記インバータ制御回路に同一の搬送波信号
を供給するものであることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】交流を直流に変換するコンバータ装置と、
このコンバータ装置の直流出力を交流に変換して負荷に
供給するインバータ装置と、前記コンバータ装置に対す
る入力電流指令信号と搬送波信号とを用いてパルス幅変
調制御により前記コンバータ装置のスイッチング素子を
制御するコンバータ制御回路と、前記インバータ装置に
対する出力電圧指令信号と搬送波信号とを用いてパルス
幅変調制御により前記インバータ装置のスイッチング素
子を制御するインバータ制御回路と、前記コンバータ制
御回路と前記インバータ制御回路にそれぞれ前記搬送波
信号を供給する搬送波発生手段とを備えてなる電力変換
装置において、前記搬送波発生手段は、前記コンバータ
制御回路と前記インバータ制御回路のいずれか一方に供
給する前記搬送波信号を反転して他方に供給する反転器
を備えてなることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】交流を直流に変換するコンバータ装置と、
このコンバータ装置の直流出力を交流に変換して負荷に
供給するインバータ装置と、前記コンバータ装置に対す
る入力電流指令信号と搬送波信号とを用いてパルス幅変
調制御により前記コンバータ装置のスイッチング素子を
制御するコンバータ制御回路と、前記インバータ装置に
対する出力電圧指令信号と搬送波信号とを用いてパルス
幅変調制御により前記インバータ装置のスイッチング素
子を制御するインバータ制御回路と、前記コンバータ制
御回路と前記インバータ制御回路にそれぞれ前記搬送波
信号を供給する搬送波発生手段とを備えてなり、前記イ
ンバータ装置と前記インバータ制御回路がそれぞれ対応
させて複数設けられてなる電力変換装置において、前記
搬送波発生手段は、前記コンバータ制御回路と複数の前
記インバータ制御回路に同一の搬送波信号を発生するも
のとし、その搬送波発生手段の出力側に、前記インバー
タ制御回路に供給する搬送波信号の位相を相互に一定量
移相させる移相回路を設けてなることを特徴とする電力
変換装置。
【請求項４】交流を直流に変換するコンバータ装置と、
このコンバータ装置の直流出力を交流に変換して負荷に
供給するインバータ装置と、前記コンバータ装置に対す
る入力電流指令信号と搬送波信号とを用いてパルス幅変
調制御により前記コンバータ装置のスイッチング素子を
制御するコンバータ制御回路と、前記インバータ装置に
対する出力電圧指令信号と搬送波信号とを用いてパルス
幅変調制御により前記インバータ装置のスイッチング素
子を制御するインバータ制御回路と、前記コンバータ制
御回路と前記インバータ制御回路にそれぞれ前記搬送波
信号を供給する搬送波発生手段とを備えてなり、前記コ
ンバータ装置と前記インバータ装置がそれぞれ対応させ
て複数設けられ、前記コンバータ制御回路と前記インバ
ータ制御回路がそれぞれ複数の前記コンバータ装置と前
記インバータ装置とに対応させて設けられてなる電力変
換装置において、前記搬送波発生手段は、複数の前記コ
ンバータ制御回路と複数の前記インバータ制御回路に同
一の搬送波信号を供給するものとし、その搬送波発生手
段の出力側に、複数の前記コンバータ制御回路とこれに
対応する前記インバータ制御回路に供給する搬送波信号
の位相を相互に一定量移相させる移相回路を設けてなる
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電
力変換装置において、前記インバータ装置および前記コ
ンバータ装置が、電圧形のインバータ装置およびコンバ
ータ装置であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電
力変換装置において、前記インバータ装置および前記コ
ンバータ装置が、電流形のインバータ装置およびコンバ
ータ装置であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】交流を直流に変換するコンバータ装置と、
このコンバータ装置の直流出力を交流に変換して負荷に
供給するインバータ装置と、前記コンバータ装置に対す
る入力電流指令信号と搬送波信号とを用いてパルス幅変
調制御により前記コンバータ装置のスイッチング素子を
制御するコンバータ制御回路と、前記インバータ装置に
対する出力電圧指令信号と搬送波信号とを用いてパルス
幅変調制御により前記インバータ装置のスイッチング素
子を制御するインバータ制御回路と、前記コンバータ制
御回路と前記インバータ制御回路にそれぞれ前記搬送波
信号を供給する搬送波発生手段とを備えてなり、前記コ
ンバータ装置と前記インバータ装置がともに各相あたり
３つの電圧レベルの階段状電圧を出力する構成の電力変
換装置において、前記搬送波発生手段は、前記コンバー
タ制御回路と前記インバータ制御回路に対して共通に設
けられ、その搬送波発生手段から出力される搬送波信号
の位相を90°ずらす移相器と、その移相器の出力と前記
搬送波発生手段の出力とを切り替えて出力する切替手段
とを設け、前記搬送波発生手段から出力される搬送波信
号を前記コンバータ制御回路に供給し、前記切替手段か
ら出力される搬送波信号を前記インバータ制御回路に供
給するものとし、その切替手段は前記インバータ装置の
出力電圧が所定値より高いときは前記搬送波発生手段側
に切り替えられ、低いときは前記移相器側に切り替えら
れるものであることを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】入力電流指令信号と搬送波信号とを用いて
パルス幅変調制御によりパルス信号を生成し、このパル
ス信号に基づいてコンバータ装置のスイッチング素子を
制御して交流を直流に変換した後、出力電圧指令信号と
搬送波信号とを用いてパルス幅変調制御によりパルス信
号を生成し、このパルス信号に基づいてインバータ装置
のスイッチング素子を制御して、前記コンバータ装置の
出力を交流に変換する電力変換方法において、前記コン
バータ装置と前記インバータ装置のパルス幅変調制御に
同一の搬送波信号を用いることを特徴とする電力変換方
法。
【請求項９】入力電流指令信号と搬送波信号とを用いて
パルス幅変調制御によりパルス信号を生成し、このパル
ス信号に基づいてコンバータ装置のスイッチング素子を
制御して交流を直流に変換した後、出力電圧指令信号と
搬送波信号とを用いてパルス幅変調制御によりパルス信
号を生成し、このパルス信号に基づいてインバータ装置
のスイッチング素子を制御して、前記コンバータ装置の
出力を交流に変換する電力変換方法において、前記コン
バータ装置のパルス幅変調制御に用いる搬送波信号を反
転して、前記インバータ装置のパルス幅変調制御に用い
ることを特徴とする電力変換方法。
【請求項１０】入力電流指令信号と搬送波信号とを用い
てパルス幅変調制御によりパルス信号を生成し、このパ
ルス信号に基づいてコンバータ装置のスイッチング素子
を制御して交流を直流に変換した後、複数のインバータ
装置に対するそれぞれの出力電圧指令信号と搬送波信号
とを用いてパルス幅変調制御によりパルス信号を生成
し、このパルス信号に基づいてそれぞれのインバータ装
置のスイッチング素子を制御して、前記コンバータ装置
の出力を交流に変換する電力変換方法において、複数の
前記インバータ装置のパルス幅変調制御に用いる搬送波
信号を、前記コンバータに用いる搬送波信号と同一周期
で、かつ互いに一定の位相差を持たせた搬送波信号とす
ることを特徴とする電力変換方法。
【請求項１１】入力電流指令信号と搬送波信号とを用い
てパルス幅変調制御によりパルス信号を生成し、このパ
ルス信号に基づいて同一の交流電源に接続される複数の
コンバータ装置のスイッチング素子を制御して交流を直
流に変換させた後、前記コンバータ装置の出力にそれぞ
れ接続された複数のインバータ装置に対するそれぞれの
出力電圧指令信号と搬送波信号とを用いてパルス幅変調
制御によりパルス信号を生成し、このパルス信号に基づ
いてそれぞれのインバータ装置のスイッチング素子を制
御して、対応する前記コンバータ装置の出力を交流に変
換する電力変換方法において、前記各インバータ装置の
パルス幅変調制御に用いる搬送波信号を、対応する前記
コンバータに用いる搬送波信号と同一周期で、かつ互い
に一定の位相差を持たせた搬送波信号とすることを特徴
とする電力変換方法。
【請求項１２】交流を直流に変換するコンバータ装置
と、このコンバータ装置の直流出力を交流に変換するイ
ンバータ装置と、このインバータ装置により駆動制御さ
れる圧延設備の電動機と、この電動機にかかる制御指令
に基づいて与えられる前記コンバータ装置の入力電流指
令信号と搬送波信号とを用いてパルス幅変調制御により
前記コンバータ装置のスイッチング素子を制御するコン
バータ制御回路と、前記電動機にかかる制御指令に基づ
いて与えられる出力電圧指令信号と搬送波信号とを用い
てパルス幅変調制御により前記インバータ装置のスイッ
チング素子を制御するインバータ制御回路と、前記コン
バータ制御回路と前記インバータ制御回路にそれぞれ前
記搬送波信号を供給する搬送波発生手段とを備えてなる
圧延システムにおいて、前記搬送波発生手段は、前記コ
ンバータ制御回路と前記インバータ制御回路に同一の搬
送波信号を供給するものであることを特徴とする圧延シ
ステム。