JPH10229682A - 電力変換装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来構成の電力変換装置では、偏磁検出用の交
流リアクトルを別に設ける必要があった。このために装
置が大きくなり、装置の小型，軽量化が図れないという
問題があった。 【解決手段】従来の電力変換装置にも設けられている交
流電圧出力側の線間電圧に接続される冷却用のファンの
電源トランスを用いて、このトランスの１次側電流を区
間積分して直流分の大きさと方向を精度良く検出し、こ
の偏磁量を打ち消す方向に、交流出力電圧検出値の零点
をずらすことにより、インバータ出力電圧の偏磁を抑制
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直流を交流に変換
して負荷に電力を供給する電力変換装置の制御方法及び
その電力変換装置に係わり、特に電力変換装置の交流電
圧に含まれる直流分を補正する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のインバータなど電力変換装置に用
いられた直流分補正回路は、制御回路内で発生する直流
分を補正する回路であり、主回路のスイッチング素子や
直流電圧の変動等によって生じる直流分の補償ができな
かった。これに対し、特開平2−307374号記載のよう
に、図１１に示す構成により、前記した主回路によって
生じる直流分も検出でき、この直流分に応じた補正量に
より、インバータ出力電圧に含まれる直流分を補正でき
偏磁を抑制することが可能となった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図１１に示す
上記従来構成では、インバータが出力する交流電圧に含
まれる直流分を検出するための手段として、偏磁検出用
の交流リアクトル(ACL)３００を別に設ける必要があっ
た。このために装置が大きくなり、装置の小型，軽量化
が図れないという問題があった。

【０００４】さらに、図１１では制御回路の図示は省略
しているが、直流分の検出は偏磁検出用交流リアクトル
（ＡＣＬ）３００で検出した電流を、特開平2−307374
号記載のように、リアクトル検出電流を電圧変換し、ダ
イオードで構成したリミッタにより設定できる検出レベ
ルを越えた部分を偏磁量として取り込み検出している。
したがって、このような方式による直流分の検出では検
出精度が良くないために、インバータ出力電圧の偏磁を
精度良く補正できないという問題があった。

【０００５】本発明の目的は、交流電圧に含まれる直流
分を検出する回路部品を新たに設けることなく、既存の
主回路部品を用いることにより交流電圧に含まれる直流
分を確実に精度良く検出し、この直流分を補正する回路
を備えた電力変換装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、従来から電
力変換装置の交流電圧出力側に接続されるファン用の電
源トランスを用いて、当該トランスの１次側電流を検出
して電源電圧に同期した区間積分を行うことでインバー
タ出力電圧に含まれる直流分の大きさと方向を精度良く
検出し、この直流分に応じた補正量により、偏磁を打ち
消す方向に交流出力電圧の検出値の零点をずらすことに
より達成される。

【０００７】さらに、その他の方式としては、上記方法
により検出した直流分に応じた補正量により、インバー
タをパルス幅制御するゲート信号を作成する電圧制御回
路内の電圧制御信号とキャリア（搬送波信号）の零点を
ずらすことにより達成される。

【０００８】制御回路あるいは主回路に正負のアンバラ
ンスが生じ、電力変換装置の出力の交流電圧に直流分が
発生すると、負荷にトランスが接続されている場合その
トランスが異常に偏磁してしまう。

【０００９】本発明において、出力の交流電圧に含まれ
る直流分から偏磁量の大きさと方向を精度良く検出し、
この偏磁を補正する方向に交流出力電圧の検出値の零点
をずらすことにより偏磁を抑制する。

【００１０】さらに、他の方式として、検出した偏磁を
補正する方向に制御回路内の電圧制御信号の零点をずら
すことにより主回路交流側の直流分が補正される。ま
た、インバータをパルス幅制御するゲート信号を作成す
るには、電圧制御信号とキャリア（搬送波信号）を比較
して作成するので、電圧制御信号の零点をずらす代わり
にキャリアの零点をずらしてもよい。

【００１１】偏磁量の検出は、従来構成の電力変換装置
においても電力変換部など装置の冷却用として設置する
ファン用の電源トランスを用い、その電源トランスの一
次電流を電源周期に同期した区間積分を行うことによ
り、精度良く偏磁量の大きさと方向を検出できる。その
結果、この偏磁量に基づいた補正量により補正を行うこ
とで出力電圧に含まれる直流分を抑制できることにな
る。したがって、出力側にトランスが接続された場合に
おいても、そのトランスを偏磁させることなく負荷に良
好な電力を供給できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１に
より説明する。

【００１３】図１において、１は直流電圧源５１，５２
を交流電圧に変換するインバータ、２はリアクトル２
１，２２及びコンデンサ２３，２４からなるフィルタ、
３，４はインバータ１などの電力変換部や装置内部を冷
却するために設けるファンの電源として用いる電源トラ
ンス、６は直流分検出部６１、補正量算出部６２からな
る偏磁抑制回路、７は電圧検出回路１００により検出す
るインバータの出力電圧をその電圧指令値通りに制御す
るための制御演算を行い電圧制御信号を出力する電圧制
御回路、８００は電圧制御回路からの電圧制御信号とキ
ャリア（搬送波信号）との比較を行い、インバータ１の
パルス幅（ＰＷＭ）制御を行うゲート信号を生成しイン
バータ１に供給するＰＷＭ制御回路である。９は電流検
出回路、１１，１２は電流検出器である。

【００１４】図２は偏磁抑制回路６の詳細を示す図面で
ある。図２に示す偏磁抑制回路６は、電流検出器１１，
１２で検出したファン用電源トランス３，４の１次電流
ＩuvＡＣＬ，ＩwvＡＣＬを積分してインバータ電圧に含
まれる直流分を検出する直流分検出部６１，検出した直
流分から、その直流分を補正する電圧補正量を生成する
補正量算出部６２で構成される。

【００１５】図１の実施例における電圧検出回路１００
の動作を説明する図面を図３に、その時の各部の動作波
形を示す図面を図４に示す。なお、図４は出力電圧が正
側に偏磁している場合を示している。

【００１６】また、図５に、図２に示す偏磁抑制回路６
の処理の流れを示す。図５に示すように、出力電圧に含
まれる直流分は、処理６１１，６１２により電圧制御系
のサンプリング周期毎に電流検出器１１，１２で検出し
た１次電流ＩuvＡＣＬ，ＩwvＡＣＬの瞬時値を、出力電
圧電源の電源周期に同期して区間積分することで、イン
バータ出力電圧に含まれる直流分の大きさと方向を精度
良く検出できその検出量ΣＤuv，ΣＤwvを出力する。こ
の動作を電源周期に到達するまで行い、電源周期に到達
したか否かを処理６２０で判断し、電源周期に到達した
ら処理621の例えば図２に示すような一次遅れ制御によ
り平均化した電圧補正量ΔＸuv，ΔＸwvを算出し、処理
６２２で出力する。このような処理により、偏磁量に対
応した電圧補正量が生成できる。

【００１７】以下、図２，図３，図４及び図５を用い
て、図１実施例の動作を説明する。

【００１８】図１は、図２に示した構成の偏磁抑制回路
６で生成した電圧補正量Ｘuvb，Ｘwvb により、偏磁を
打ち消すように図３に示す電圧検出回路１００で、交流
側検出電圧Ｖuv，Ｖvwのフィードバック値の零点をずら
している。このような動作により、図４に示すようにイ
ンバータ１の出力電圧の直流分は精度良く補正され、イ
ンバータ１が出力する交流電圧の偏磁が防止できること
になる。

【００１９】すなわち、図１の電力変換装置において、
インバータ１の出力電圧が図４(ａ)に示すように正側に
偏磁しているとすると、ファン用電源トランスの一次電
流は(ｂ)に示すように、正側の電流ピーク値が大きくの
びたアンバランスの励磁電流が流れることになる。そこ
で、このトランスの一次電流ＩuvＡＣＬ，ＩwvＡＣＬの
瞬時値を、前記図５の処理で説明したように、出力電圧
電源の電源周期に同期して区間積分することで、精度良
く検出し、さらに平均化することにより図４（ｃ）に示
すような偏磁量に対応した電圧補正量Ｘuvb，Ｘwvbが生
成できる。次に、図３の電圧検出回路１００で、この電
圧補正量Ｘuvb，Ｘwvbと交流側出力電圧のＶuv，Ｖvwの
フィードバック値との加算を行い、交流側の出力電圧検
出値のＶuv，Ｖvwの零点をずらしている。すなわち、出
力電圧の偏磁を打ち消すように電圧補正量で出力電圧検
出値の零点をずらすことができる。この動作により、交
流側出力電圧の偏磁を抑制でき、図４（ｄ）に示すイン
バータ出力電圧が得られることになる。

【００２０】なお、図４においては、インバータ出力電
圧の直流分が正側に生じた場合を示しているが、負側に
直流分が生じた場合は、トランスの一次電流は負側電流
のピーク値が大きくのびたアンバランスの励磁電流とな
り、偏磁抑制回路によって生成される電圧補正量は負の
値となり、この電圧補正量を電圧検出回路１００に出力
し、交流側出力電圧フィードバック値との加算を行い、
偏磁を打ち消すように交流側の出力電圧検出値の零点を
ずらすことになる。この動作により、インバータ出力電
圧の偏磁を抑制できる。以上述べたように、本発明のポ
イントは、既存の回路部品であるファン用電源トランス
の一次電流を検出して区間積分を行うことにより、イン
バータ出力電圧に含まれる直流分の大きさと方向を精度
良く検出でき、これによってインバータ出力電圧の偏磁
を抑制できるところにある。

【００２１】本実施例によれば、交流側出力電圧に含ま
れる直流分を精度良く検出でき、その直流分を精度良く
補正することができる。このために、インバータ出力電
圧の偏磁が抑制できることになり、負荷にトランスが接
続された場合でもそのトランスが異常に偏磁することを
防止できるという効果がある。

【００２２】本発明の他の実施例を図６により説明す
る。

【００２３】図６において、図１と同様な動作を行う部
分には同一番号を付してある。図６において、図１との
違いは偏磁抑制回路６で生成した補正量を、補正量変換
部において電圧制御回路７からの電圧制御信号のレベル
に変換し、ＰＷＭ制御回路８０１に出力していることで
ある。図７は、図６に示す本発明の他の実施例における
ＰＷＭ制御回路８０１の動作を説明する図面である。ま
た、図８は、図６の他の実施例における各部の動作を波
形を示す図面である。なお、図８は出力電圧が正側に偏
磁している場合を示している。

【００２４】以下、図７，図８を用いて、図６の動作を
説明する。

【００２５】ファン用電源トランス３，４の一次電流Ｉ
uvＡＣＬ，ＩwvＡＣＬを検出して偏磁抑制回路６におい
て電圧補正量Ｘuv，Ｘwvを算出し、出力する動作は図
２，図５で説明した動作と同じである。図６に示す本発
明の他の実施例は、偏磁抑制回路６で出力する電圧補正
量Ｘuv，Ｘwvを補正量変換部１３の取り込み、電圧制御
回路７からの電圧制御信号Ｄuv，Ｄwvとレベルを合わせ
るように変換する。この変換した信号Ｄuvb，ＤwvbをＰ
ＷＭ制御回路８０１に出力し、電圧制御回路７からの電
圧制御信号Ｄuv，Ｄwvを制御している。すなわち、図７
に示すＰＷＭ制御回路８０１で、偏磁抑制回路６で検出
した偏磁を打ち消すように信号Ｄuvb，Ｄwvb で電圧制
御信号Ｄuv，Ｄwvの零点をずらすように動作させる。こ
の動作により、電圧制御信号Ｄuvb，Ｄwvbの零点が図８
（ｅ）に示すようにずれることになる。交流側出力電圧
の偏磁を抑制でき、図８（ｆ）に示すようなインバータ
出力電圧が得られることになる。

【００２６】なお、図６の本発明の他の実施例の動作を
示す図８においては、インバータ出力電圧の直流分が正
側に生じた場合を示しているが、負側に直流分が生じた
場合は、トランスの一次電流は負側電流のピーク値が大
きくのびたアンバランスの励磁電流となり、この場合は
偏磁抑制回路によって生成される電圧補正量は負の値と
なる。この電圧補正量を補正量変換部１３に出力して、
電圧制御信号レベルに変換し偏磁を打ち消すように電圧
制御信号の零点をずらすことによって、インバータ出力
電圧の偏磁を抑制できる。

【００２７】本発明の他の実施例によれば、交流側出力
電圧に含まれる直流分を精度良く検出でき、その直流分
を精度良く補正することができる。このために、インバ
ータ出力電圧の偏磁が抑制できることになり、負荷にト
ランスが接続された場合でもそのトランスが異常に偏磁
することを防止できるという効果がある。

【００２８】なお、前述した図６は電圧制御信号の零点
を偏磁を打ち消すようにずらすことでインバータ出力電
圧の偏磁を抑制するものであるが、電圧制御信号と比較
するキャリア（搬送波信号）の零点を偏磁を打ち消すよ
うにずらすことによってもインバータ出力電圧の偏磁が
抑制できることになり、負荷にトランスが接続された場
合でもそのトランスが異常に偏磁することを防止でき
る。

【００２９】図９，図１０にはインバータの構成が違う
場合に適用した本発明の他の実施例を示す。図９，図１
０は、インバータが三相のフルブリッジ構成となった場
合の実施例である。

【００３０】図９の実施例は、偏磁抑制回路６の電圧補
正量を電圧検出回路１００に出力し、インバータ検出電
圧をこの電圧補正量で偏磁を打ち消すように制御し、イ
ンバータ出力電圧の偏磁を抑制する場合の実施例であ
る。

【００３１】図１０の実施例は、偏磁抑制回路６の電圧
補正量を補正量変換部１３に出力して電圧制御信号レベ
ルに変換してＰＷＭ制御回路８０１に出力し、偏磁を打
ち消すように電圧制御信号を制御し、インバータ出力電
圧の偏磁を抑制する場合の実施例である。

【００３２】以上の本発明の他の実施例においても、交
流側出力電圧に含まれる直流分を精度良く検出でき、そ
の直流分を精度良く補正することができる。このため
に、インバータ出力電圧の偏磁が抑制できることにな
り、負荷にトランスが接続された場合でもそのトランス
が異常に偏磁することを防止できる。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、交流側出力電圧に含ま
れる直流分を精度良く検出でき、その直流分を精度良く
補正することができる。このために、インバータ出力電
圧の偏磁が抑制できることになり、負荷にトランスが接
続された場合でもそのトランスが異常に偏磁することを
防止できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す電力変換装置の構成図
である。

【図２】図１の実施例の動作を説明するための図であ
る。

【図３】図１の実施例の動作を説明するための図であ
る。

【図４】図１の実施例の動作を説明するための各部の動
作波形を示す図である。

【図５】図２の動作を説明するための処理フローを示す
図である。

【図６】本発明の他の実施例の電力変換装置の構成図で
ある。

【図７】図６の実施例の動作を説明するための図であ
る。

【図８】図６の実施例の動作を説明するための各部の動
作波形を示す図である。

【図９】本発明の他の一実施例の電力変換装置の構成図
である。

【図１０】本発明の他の一実施例の電力変換装置の構成
図である。

【図１１】従来の実施例の電力変換装置の構成図であ
る。

【符号の説明】

１…インバータ、２…フィルタ、３，４…ファン用電源
トランス、６…偏磁抑制回路、７…電圧制御回路、９…
電流検出回路、１１，１２…電流検出器、５１，５２…
直流電源、６１…直流分検出部、６２…補正量算出部、
１００，１０１…電圧検出回路、８００，８０１…ＰＷ
Ｍ制御回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梅津 秀恭 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 国貞 秀明 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 嶋田 恵三 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流を交流に変換して負荷に供給するイン
   バータを電圧指令値と電圧検出値から算出する電圧制御
   指令に基づいて駆動してインバータ出力電圧を制御する
   電力変換装置の制御方法において、 前記インバータの出力電圧線間に設けたトランスの一次
   電流を検出し、該一次電流を区間積分してインバータ出
   力電圧に含まれる直流分の大きさと方向を検出し、該直
   流分に基づいて前記電圧検出値を補正して前記インバー
   タ出力電圧の直流分を補正することを特徴とする電力変
   換装置の制御方法。
2. 【請求項２】直流を交流に変換して負荷に供給するイン
   バータを電圧指令値と電圧検出値から算出する電圧制御
   指令に基づいて駆動してインバータ出力電圧を制御する
   電力変換装置の制御方法において、 前記インバータの出力電圧線間に設けたトランスの一次
   電流を検出し、該一次電流を区間積分してインバータ出
   力電圧に含まれる直流分の大きさと方向を検出し、該直
   流分に基づいて前記電圧制御信号を補正して前記インバ
   ータ出力電圧の直流分を補正することを特徴とする電力
   変換装置の制御方法。
3. 【請求項３】直流を交流に変換して負荷に供給するイン
   バータを電圧指令値と電圧検出値から算出する電圧制御
   指令に基づいて駆動してインバータ出力電圧を制御する
   電力変換装置の制御方法において、 前記インバータの出力電圧線間に設けたトランスの一次
   電流を検出し、該一次電流を区間積分してインバータ出
   力電圧に含まれる直流分の大きさと方向を検出し、該直
   流分に基づいて前記電圧制御信号と比較して前記インバ
   ータのゲート信号を作成するキャリアを補正して前記イ
   ンバータ出力電圧の直流分を補正することを特徴とする
   電力変換装置の制御方法。