JPH1127946A - パルス幅変調制御コンバータ - Google Patents

パルス幅変調制御コンバータ

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JPH1127946A
JPH1127946A JP9181961A JP18196197A JPH1127946A JP H1127946 A JPH1127946 A JP H1127946A JP 9181961 A JP9181961 A JP 9181961A JP 18196197 A JP18196197 A JP 18196197A JP H1127946 A JPH1127946 A JP H1127946A
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JP
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converter
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current
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pulse width
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JP9181961A
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Inventor
Tsutomu Oyama
勉 大山
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】パルス幅変調制御により交流を直流に変換する
コンバータの電源電圧が上昇しても、高調波の発生を抑
制できるようにすることにある。 【解決手段】PWMコンバータの直流出力電圧を指令値
に一致させる電圧調節器13が出力する電流指令値IP
* と、電源電圧検出器16が検出する電源電圧Vと、直
流電圧検出器12が検出する直流電圧実際値Eと、変流
器21が検出するコンバータ電流IL とを位相シフト量
演算回路30へ入力し、数式1と数式7の演算により位
相シフト量IQ * を求める。この位相シフト量IQ *
電源電圧Vの上昇などに対応して変化するので、過変調
状態を回避できるから、高調波の発生を抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、パルス幅変調制
御により交流を直流に変換する際に、交流電源電圧が変
動しても高調波の発生を抑制することができるパルス幅
変調制御コンバータに関する。
【0002】
【従来の技術】図2はパルス幅変調制御コンバータの従
来例を示した回路図である。この従来例回路は、交流電
源2からの交流電力を、フィルタ3とリアクトル4とを
介してパルス幅変調制御コンバータ(以下ではPWMコ
ンバータと略記する)5へ入力させて直流電力に変換す
る。この直流電力をパルス幅変調制御インバータ(以下
ではPWMインバータと略記する)7へ入力して可変電
圧・可変周波数の交流電力に変換し、この交流電力によ
り誘導電動機8を所望の回転速度で運転させる場合を示
している。PWMコンバータ5の直流側とPWMインバ
ータ7の直流側とを結合している直流中間回路には平滑
コンデンサ6を接続する。なお、前述の交流電源2と誘
導電動機8はいずれも三相交流とする。従ってPWMコ
ンバータ5とPWMインバータ7も三相構成となる。
【0003】PWMコンバータ5の制御の概略は次のと
おりである。即ち直流中間回路電圧を直流電圧検出器1
2で検出する。これが直流電圧実際値Eである。電圧調
節器13は、この直流電圧実際値Eを電圧設定器11で
設定した直流電圧指令値E*に一致させるべく電流指令
値IP * を出力する。位相シフト演算器14はこの電流
指令値IP * を入力して位相シフト量IQ * を出力す
る。ここで位相シフト量IQ * とは、電流指令値IP *
を系統に対して遅らせる制御量のことであって、その値
は下記の数式2により演算される。
【0004】
【数2】IQ * =IP * ・cos θ 電源電圧検出器16が検出する電源電圧Vは、コンパレ
ータで構成している矩形波発生器17で矩形波電圧VS
に変換され、この矩形波電圧VS は角度演算器18と正
弦波発生器19とにより正弦波信号となる。ベクトル回
転器15はこれら電流指令値IP * と位相シフト量IQ
* および正弦波信号を入力して、第1相電流指令値IR
* と第2相電流指令値IS * および第3相電流指令値I
T * を出力する。
【0005】PWMコンバータ5の交流入力側に設けた
変流器21が第1相電流実際値IR,第2相電流実際値
S および第3相電流実際値IT を検出する。電流調節
器22は第1相用であって、第1相電流実際値IR を第
1相電流指令値IR * に一致させる電圧指令信号を出力
する。コンパレータ26も第1相用であって、電流調節
器22からの電圧指令信号VR * とキャリア波発振器2
5が出力するキャリア信号Cとを比較し、両者の大小関
係から得られるパルス幅変調信号をゲート駆動回路29
へ出力する。電流調節器23とコンパレータ27は第2
相用であって、前述と同様の動作で第2相電流実際値I
S を第2相電流指令値IS * に一致させるパルス幅変調
信号をゲート駆動回路29へ出力する。更に第3相用の
電流調節器24とコンパレータ28も前述と同様の動作
で第3相電流実際値IT と第3相電流指令値IT * とか
ら得られるパルス幅変調信号をゲート駆動回路29へ出
力する。
【0006】ゲート駆動回路29はこれらのパルス幅変
調信号に従ってPWMコンバータ5を構成する各スイッ
チング回路を順次オン・オフ動作させる駆動信号を出力
する。これによりPWMコンバータ5は入力交流電力を
直流電力に変換する。なお、PWMインバータ7につい
ては本発明と直接の関係が無いので、その動作説明は省
略する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】図3はPWMコンバー
タの等価回路図であって、Vは電源電圧,VN はコンバ
ータ交流電圧,4は交流電源2とPWMコンバータ5と
の間に挿入されているリアクトルであってそのリアクタ
ンス値がLであり、ここを流れる電流がIU である。
【0008】図4は図3に図示の等価回路のフェザー図
である。よって記号の右肩に「# 」の記号を付したもの
はベクトル量を表すものとする。回路の角周波数をωと
すると、リアクトル4を流れる電流IU # によるリアク
タンス電圧降下はω・L・IU # となる。ここで電源電
圧がV# からV1 # へ上昇するとき、リアクタンス電圧
降下の値に変化は無いから、コンバータ交流電圧はVN
# からVN1 # へ上昇する。即ち図2に図示の従来例回路
でも、電源電圧Vが上昇するのに伴ってコンバータ交流
電圧VN も上昇する。ところが直流電圧指令値E* と位
相シフト量IQ * は、電源電圧Vの変化には無関係の一
定値である。従って電源電圧Vが高くなると、これに対
向するコンバータ出力電圧も上昇するのであるが、前述
したように直流中間回路電圧を一定値に制御,即ち直流
電圧指令値E* に制御しているので、直流中間回路電圧
とコンバータ出力電圧との比である制御率λが大きくな
って、過変調となる。
【0009】図5は過変調状態のときのパルス幅変調用
コンパレータへの入力信号の波形を示した波形図であっ
て、電流調節器からコンパレータへの電圧指令信号VR
* (またはVS * またはVT * )とキャリア信号Cとを
示している。この図5で明らかなように、過変調状態に
あると電圧指令信号の振幅が過大になってパルス幅変調
制御のできない期間を生じ、高調波が増大する不都合を
生じる。
【0010】そこでこの発明は、パルス幅変調制御によ
り交流を直流に変換するコンバータの電源電圧が上昇し
ても、高調波の発生を抑制できるようにすることにあ
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、この発明のパルス幅変調制御コンバータは、半導
体スイッチ素子とダイオードとの逆並列接続でなるスイ
ッチング回路をブリッジ接続した構成のコンバータの交
流入力側にリアクトルを介して交流電源を接続し、この
コンバータの直流出力電圧を指令値に一致させる動作を
する電圧調節器と、この電圧調節器が出力する電流指令
値に対応した位相シフト量を演算する位相シフト器と、
これら電流指令値と位相シフト量を入力して前記コンバ
ータの交流電流指令値を出力するベクトル回転器と、コ
ンバータの交流電流実際値を前記交流電流指令値に一致
させる動作をする電流調節器とを備え、この電流調節器
が出力する電圧指令値とキャリア信号との大小を比較し
てパルス幅変調制御により前記コンバータの各スイッチ
ング回路を適宜にオン・オフさせているパルス幅変調制
御コンバータにおいて、前記交流電源の電圧と前記コン
バータへの交流電流に対応して前記位相シフト量を変化
させるものとする。
【0012】
【発明の実施の形態】図1は本発明の実施例を表した回
路図である。この実施例回路において、本発明にかかわ
るのは位相シフト量演算回路30であり、これ以外の各
部の名称・機能・用途は、図2で既述の従来例回路の場
合と同じであるから、同じ部分の説明は省略する。
【0013】図4のフェザー図から明らかなように、コ
ンバータ交流電圧VN # (ベクトル)は電源電圧V
# (ベクトル)とリアクトル4のリアクタンス電圧降下
とのベクトル差であるから、下記の数式3が成立する。
ここでjは虚数単位であり,ωは回路の角周波数,Lは
リアクトル4のインダクタンス値,IU # はPWMコン
バータ5の交流電流(ベクトル)である。
【0014】
【数3】VN # =V# −j・ω・L・IU # 電流IU # の位相をφとすると、下記の数式4が得られ
る。
【0015】
【数4】IU # =IU ・cos φ+j・IU ・sin φ 数式3と数式4から下記の数式5が導かれる。
【0016】
【数5】VN # =V+ω・L・IU ・sin φ−j・ω・
L・IU ・cos φ 従ってコンバータ交流電圧VN # の絶対値の二乗値は下
記の数式6となる。
【0017】
【数6】 VN 2 =(V+ω・L・IU ・sin φ)2 +(ω・L・IU ・cos φ)2 =V2 +(ω・L・IU 2 +2・V・ω・L・IU ・sin φ PWMコンバータ5は三相構成であるから、直流中間回
路から検出される直流電圧実際値E(または直流電圧指
令値E* )とコンバータ交流電圧VN との関係は、下記
の数式7となる。但しλは制御率である。
【0018】
【数7】
【0019】制御率λ=1として前記の数式7を二乗
し、これを数式6に代入して整理をすれば請求項2に記
載の数式1が得られる。但しこの数式1は平方根記号の
中の値が正の場合に成立する。よって位相シフト量IQ
* は下記の数式8に示すように、電圧調節器13が出力
する電流指令値IP * と数式1で演算されるcos φとの
積で求められる。
【0020】
【数8】IQ * =IP * ・cos φ 位相シフト量演算回路30はコンバータ交流電流IR
S ,IT と直流電圧実際値Eと電源電圧Vと電流指令
値IP * とを入力し、前述の数式1と数式7の演算によ
り位相シフト量IQ * を算出する。
【0021】最近の電力変換装置がディジタル制御の場
合はマイクロ・プロセッサを内蔵しているから、本発明
を実施するにあたって新しいハードを追加する必要はな
く、ソフトのみの追加で良いことから、装置の改造や大
形化は不要である。
【0022】
【発明の効果】パルス幅変調制御により交流を直流に変
換しているコンバータの交流電源電圧が上昇した場合
に、従来のパルス幅変調制御コンバータでは過変調にな
って高調波が発生する不都合があったが、本発明によれ
ば、位相シフト量演算回路を設置して、電源電圧の上昇
などに対応して位相シフト量を変化させる演算を行わせ
る。その結果過変調を回避して高調波の発生を抑制でき
る効果が得られる。このような効果を得るためには位相
シフト量演算回路を設置すればよい。しかしパルス幅変
調制御をディジタル量で行っている場合は、演算ソフト
を追加するのみであってハードの追加は不要であるか
ら、従来の装置を改造したり大形化する必要は無く、本
発明を素早く、簡単に適用できる効果も合わせて得られ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を表した回路図
【図2】パルス幅変調制御コンバータの従来例を示した
回路図
【図3】PWMコンバータの等価回路図
【図4】図3に図示の等価回路のフェザー図
【図5】過変調状態のときのパルス幅変調用コンパレー
タへの入力信号の波形を示した波形図
【符号の説明】
2 交流電源 3 フィルタ 4 リアクトル 5 PWMコンバータ 6 平滑コンデンサ 7 PWMインバータ 8 誘導電動機 11 電圧設定器 12 直流電圧検出器 13 電圧調節器 14 位相シフト演算器 15 ベクトル回転器 16 電源電圧検出器 21 変流器 22,23,24 電流調節器 25 キャリア波発振器 26,27,28 コンパレータ 29 ゲート駆動回路 30 位相シフト量演算回路 C キャリア信号 E 直流電圧実際値 E* 直流電圧指令値 IP * 電流指令値 IQ * 位相シフト量 L リアクトルのインダクタンス値 V 電源電圧 VN コンバータ交流電圧 ω 回路の角周波数

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体スイッチ素子とダイオードとの逆並
    列接続で得られるスイッチング回路をブリッジ接続して
    交流を直流に変換するコンバータを構成し、このコンバ
    ータの交流入力側にリアクトルを介して交流電源を接続
    し、このコンバータの直流出力電圧を指令値に一致させ
    る電流指令値を出力する電圧調節器と、この電流指令値
    に対応した位相シフト量を演算する位相シフト器と、こ
    れら電流指令値と位相シフト量を入力して前記コンバー
    タの交流電流指令値を出力するベクトル回転器と、コン
    バータの交流電流実際値を前記交流電流指令値に一致さ
    せる電圧指令値を出力する電流調節器とを備え、この電
    圧指令値とキャリア波との大小を比較してパルス幅変調
    制御により前記コンバータの各スイッチング回路を適宜
    にオン・オフさせているパルス幅変調制御コンバータに
    おいて、 前記交流電源の電圧と前記コンバータへの交流電流に対
    応して前記位相シフト量を変化させることを特徴とする
    パルス幅変調制御コンバータ。
  2. 【請求項2】半導体スイッチ素子とダイオードとの逆並
    列接続で得られるスイッチング回路をブリッジ接続して
    交流を直流に変換するコンバータを構成し、このコンバ
    ータの交流入力側にリアクトルを介して交流電源を接続
    し、このコンバータの直流出力電圧を指令値に一致させ
    る電流指令値を出力する電圧調節器と、この電流指令値
    に対応した位相シフト量を演算する位相シフト器と、こ
    れら電流指令値と位相シフト量を入力して前記コンバー
    タの交流電流指令値を出力するベクトル回転器と、コン
    バータの交流電流実際値を前記交流電流指令値に一致さ
    せる電圧指令値を出力する電流調節器とを備え、この電
    圧指令値とキャリア波との大小を比較してパルス幅変調
    制御により前記コンバータの各スイッチング回路を適宜
    にオン・オフさせているパルス幅変調制御コンバータに
    おいて、 前記交流電源の電圧をV,交流電源の角周波数をω,リ
    アクトルのインダクタンスをL,リアクトルに流れる電
    流をIU ,電流指令値をIP * とするとき、前記位相シ
    フト器は下記の数式1の演算により力率を求め、この力
    率と前記電流指令値をIP * との積から位相シフト量I
    Q * を演算することを特徴とするパルス幅変調制御コン
    バータ。 【数1】 但し前記の数式1の平方根記号の中はプラスの値とす
    る。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101193301B1 (ko) * 2008-04-18 2012-10-19 다이킨 고교 가부시키가이샤 컨버터의 제어 방법
WO2013117188A3 (de) * 2012-02-09 2013-11-21 Wenko-Wenselaar Gmbh & Co. Kg Duschvorhang mit antibewuchs-ausrüstung und verfahren zu seiner herstellung
US9276484B2 (en) 2013-05-21 2016-03-01 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Power conversion apparatus that adjusts the power transmitted between a primary side circuit and a secondary side circuit and method of the same

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US9276484B2 (en) 2013-05-21 2016-03-01 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Power conversion apparatus that adjusts the power transmitted between a primary side circuit and a secondary side circuit and method of the same

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