JPH09312978A - 直流−交流電流形変換器の制御装置 - Google Patents

直流−交流電流形変換器の制御装置

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JPH09312978A
JPH09312978A JP8150053A JP15005396A JPH09312978A JP H09312978 A JPH09312978 A JP H09312978A JP 8150053 A JP8150053 A JP 8150053A JP 15005396 A JP15005396 A JP 15005396A JP H09312978 A JPH09312978 A JP H09312978A
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JP
Japan
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controller
current
voltage
proportional
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JP8150053A
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English (en)
Inventor
Nobuyuki Matsui
信行 松井
Takaharu Takeshita
隆晴 竹下
Koji Toyama
浩司 外山
Hideki Hayashi
秀喜 林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyo Electric Manufacturing Ltd
Original Assignee
Toyo Electric Manufacturing Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】直流−交流電流形変換器の指令急変時において
も交流入力電流等の振動抑制機能を有する直流−交流電
流形変換器の制御装置を提供するものである。 【解決手段】直流電流指令と検出直流電流の誤差を入力
として直流電圧指令を得るPI制御器を備え、直流電圧
指令による直流電圧制御により直流−交流変換を行う直
流−交流電流形変換器において、PI制御器内に比例制
御部出力に電圧変化率の制限を設けたリミッタを具備し
て構成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、誘導電動機駆動用
可変電圧可変周波数装置や誘導性負荷を駆動する交流電
源装置として用いられる直流−交流電流形変換器に係わ
り、特にPI制御器を具備して直流電圧制御を行ってい
る直流−交流電流形変換器の制御装置に、関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】一般に、直流−交流電流形変換器は、図
3の如く示される。図3は直流−交流電流形変換器の構
成を示し、1は直流電源、2は直流リアクトル、31〜36
はスイッチング素子、41〜46はダイオード、51〜53はコ
ンデンサ、6は誘導電動機(以下IMと称する)、7は
直流電流検出器、8は制御回路である。制御回路8にお
いて、81は減算器、82はPI制御器、83はゲ−ト制御器
である。
【0003】すなわち、図3においては、直流リアクト
ル2のインダクタンスは充分大きいものとして、直流電
源1および直流リアクトル2の両者で、直流定電流源と
して動作する。直流電流検出器7は、この直流定電流源
の電流を検出する。スイッチング素子31,32,33,34,
35,36は、ここではIGBTの記号で示しているが、GTO や
各種トランジスタなども使用される。ダイオード41,4
2,43,44,45,46はスイッチング素子31〜36に逆耐圧
特性をもたせるためのものであって、一部のGTO などの
ようにスイッチング素子自身が逆耐圧をもつ場合は不用
である。また、コンデンサ51,52,53はそれぞれ電圧V
u,Vv,Vwをもち、スイッチング素子31〜36の転流
時に負荷電流の連続性を保証し、負荷インダクタンスに
よるサージ電圧の発生を防止している。IM6は、負荷
である。
【0004】さらには制御回路8において、減算器81は
直流電流指令Idc*と直流電流Idcとの偏差である変化
分ΔIdcを出力し、PI制御器82は減算器81出力を受け
比例(P)積分(I)演算を行って直流電圧指令Vdc*
を信号発生する。ゲ−ト制御器83は、スイッチング素子
部の直流入力である直流電圧Vdcが直流電圧指令Vdc*
に一致するよう、各スイッチング素子31〜36のオン幅を
定めて点弧制御する。ここで、ゲ−ト制御器83において
は、それぞれのスイッチング素子を 120°通電幅で点弧
してスイッチング素子部の出力電流Iu,Iv,Iwを
120°幅のほぼ矩形波とする場合や、各矩形波の両端で
パルス幅変調(PWM)制御する場合がある。スイッチ
ング素子部の出力電圧となるコンデンサ51,52,53の電
圧Vu,Vv,Vwは、ほぼ正弦波状となる。直流電流
Idcは、スイッチング素子31〜36の作用により三相の出
力電流Iu,Iv,Iwに分配され、コンデンサ51〜53
とIM6に給電されるが、出力電流Iu,Iv,Iwが
矩形波の場合、その実効値をIo,直流電流Idcの実効
値をIdとすると、{Io=(√6/π)Id}の関係
があり、実効値Idの調節により、実効値Ioをすなわ
ち出力電力を調整することができる。PI制御器がが良
好に機能しておれば、実効値Idはほぼ直流電流指令I
dc*に等しいゆえ、結局、Idc*により出力電力が調整
できることになる。
【0005】図4は従来のPI制御器の具体例を示すも
のであって、 821は比例(P)制御部、 822は積分
(I)制御部、 823は加算部である。すなわち、比例制
御部 821,積分制御部 822は比例ゲインKp,積分ゲイ
ンKiをそれぞれ有し、両者は減算器81出力の変化分Δ
Idcを受けてそれぞれの演算を行い、さらには、その出
力が加算部 823にて加算されて直流電圧指令Vdc*が得
られる。この図の信号名はラプラス表示となるので大文
字で記してある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】この種の従来技術にお
いては、直流電流指令Idc*を急変させると、PI制御
器における比例制御部の比例ゲインKpのため直流電圧
指令Vdc*も急変し、その結果、スイッチング素子部か
らの出力電流Iu,Iv,Iwがコンデンサ51〜53とI
M6のインダクタンスとの共振作用などと相まって高周
波の振動波形となり、電流容量,耐圧,リップル,高調
波などさまざまの面から支障をきたすことがあった。
【0007】つぎに、この振動の理由を説明する。図5
は直流−交流電流形変換器の一相分等価回路を示し、I
は直流電源1および直流リアクトル2からなる定電流源
を表し、Cはコンデンサ51などを表し、L,R,Eはそ
れぞれIM6のリアクトル成分,抵抗成分,基本波の負
荷逆起電圧電流源を表したものである。いま、直流電流
指令Idc*ををステップ状に変化させると、直流電圧指
令Vdc*もステップ状に変化するが、ここで、制御回路
が正常に働いていて実際の電流,電圧も指令通りに変化
したとし、この時のスイッチング素子部からの出力電流
Iu,Iv,Iwの高周波変化のみを考えるとすると、
図5は図6に置き換えて考えることができる。
【0008】図6においては、直流電圧Vdcの変化分Δ
Vdcは直流電流指令Idc*変化に起因する図5の定電流
源Iのの変化を直流電圧変化に換算した電圧源であっ
て、直流電流指令Idc*がステップ状に変化した場合、
変化分ΔVdcもステップ状に変化する。なお、基本波の
みの電圧源であるEは省略している。ここで、直流電圧
Vdcの変化分ΔVdcは、式(1)となる。ただし、その
Zoおよびωn は、式(2),(3)である。
【0009】
【数1】
【0010】そして、電流It(t)について解くと、
つぎの式(4),(5)のようになる。ただし、式
(5)では近似を行っており、そのαおよびβは式
(6),(7)である。この式(5)から明らかなよう
に、このときの電流It(t)は振幅ΔIdc,周波数
β、減衰時定数αの振動波形となる、ことがわかる。か
ようにして、直流電流指令Idc*の急変時に、スイッチ
ング素子部からの出力電流Iu,Iv,Iwは振動波形
となる。
【0011】
【数2】
【0012】しかして本発明の目的とするところは、直
流−交流電流形変換器の指令急変時においても交流入力
電流等の振動抑制機能を有する格別な装置を提供する、
ことにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は上述したような
点に鑑みなされたものであって、つぎの如くに構成した
ものである。すなわち、直流電流指令値と直流電流検出
値の誤差を入力として直流電圧指令を得るPIPI制御
器を備え、直流電圧指令値による直流電圧制御により直
流−交流変換を行う直流−交流電流形変換器において、
PI制御器内に比例制御部出力に電圧変化率の制限を設
けたリミッタを具備して構成したものである。
【0014】
【発明の実施の形態】まず、図1を参照して、説明す
る。図1は本発明に係わる電圧指令値のランプ状変化を
示している。さて、図6における電圧源をステップ状に
立ち上がるのではなく、図1の如くに、時間Toをかけ
て直流電圧Vdcの変化分ΔVdcまで立ち上がるランプ状
のものとすると、電流It(t)は、つぎの式(8)の
ようになる。ただし、u(t)は単位ステップ関数であ
り、f(t)は式(9)である。ここで、IM6の負荷
抵抗成分Rは小さいものとして(α≒0)と近似する
と、式(9)は、式(10)のように表すことができる。
【0015】
【数3】
【0016】式(5)と式(10)を比べてみると、振動
の振幅は、ΔIdcから(ΔIdc/ωn ・To)になって
いる。したがって、(ωn ・To)を大きくすることに
より、振動を減らすことが可能である。これは、時間T
oをLCの振動周期Tnを(Tn=2π/ωn )と等し
くすれば、振動の振幅を約(1/3)にすることができ
る。
【0017】つぎに、図2は本発明が適用されたPI制
御器の構成例を図4に類して示したものであって、82’
はPI制御器である。PI制御器82’において、 821’
は比例制御部、 822’は積分制御部、 823’は加算部、
824はリミッタである。すなわち、PI制御器82’は、
図3構成にあって制御回路8のPI制御器82に代えて効
用し得るものであり、特に比例制御部 821’の出力電圧
の変化率を制限するリミッタ 824が設けられてなるもの
である。
【0018】さて、従来のPI制御器82で高速の直流電
流制御系を構成する場合、積分ゲインKiに比べて比例
ゲインKpを大きくするのが普通であり、直流電圧指令
Vdc*の変化率は比例制御系で決まっていると言ってよ
い。ここで、図2の如きミッタ 824が挿入された比例制
御部 821’およびリミッタ824の構成により、大きな電
流変化である直流電流Idcの変化分ΔIdcが入力された
場合でも、直流電圧指令Vdc*’の変化率を一定値以下
に制限することができる。いま、周期Tsのサンプリン
グ周期にてPI制御を行っているとすると、一周期にて
動かすことができる直流電圧指令Vdc*’の最大値Vp
を、式(11)のようにすることによっても、かかる技術
思想の趣旨を実現できることは明らかである。
【0019】
【数4】
【0020】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、交
流出力側にコンデンサをもち、直流入力電圧を交流出力
電流に変換して負荷装置に電力を供給する直流−交流電
流形変換器において、PI制御器により直流電流制御を
行っている場合、直流電圧指令の急変時に交流出力電流
の振動を効果的に抑制し得る簡便な構成の装置を提供で
き、産業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明に係わる電圧指令値のランプ状変
化を示す説明図である。
【図2】図2は本発明が適用されたPI制御器の構成例
を示す部分系統図である。
【図3】図3は直流−交流電流形変換器の構成を示す回
路図である。
【図4】図4は直流−交流電流形変換器におけるPI制
御器の従来例を示す部分系統図である。
【図5】図5は直流−交流電流形変換器の一相分等価回
路を示す図である。
【図6】図6は直流−交流電流形変換器の電圧急変時一
相分等価回路を示す図である。
【符号の説明】
1 直流電源 2 直流リアクトル 31 スイッチング素子 41 ダイオード 51 コンデンサ 6 誘導電動機(IM) 7 直流電流検出器 8 制御回路 82 PI制御器 82’ PI制御器 821’ 比例制御部 822’ 積分制御部 823’ 加算部 824 リミッタ 83 ゲ−ト制御器 ΔVdc 直流電圧Vdcの変化分 Vdc* 直流電圧指令 Vdc*’ 直流電圧指令 ΔIdc 直流電流Idcの変化分 Idc* 直流電流指令 I 定電流源 C コンデンサ L 負荷リアクトル成分 R 負荷抵抗成分 E 負荷逆起電圧電流源 To 時間 Ts 周期 Vp 最大値
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H02P 7/63 302 H02P 7/63 302C

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流電流指令値と直流電流検出値の誤差
    を入力として直流電圧指令値を出力するPI制御器を具
    備するとともに、該直流電圧指令値による直流電圧制御
    により直流−交流変換を行う直流−交流電流形変換器に
    おいて、前記PI制御器内に比例制御部出力を入力とし
    て所定の電圧変化率を有する信号出力を得るリミッタを
    設けたことを特徴とする直流−交流電流形変換器の制御
    装置。
JP8150053A 1996-05-21 1996-05-21 直流−交流電流形変換器の制御装置 Pending JPH09312978A (ja)

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