JPH11299245A - Control method of converter - Google Patents

Control method of converter

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JPH11299245A
JPH11299245A JP10104345A JP10434598A JPH11299245A JP H11299245 A JPH11299245 A JP H11299245A JP 10104345 A JP10104345 A JP 10104345A JP 10434598 A JP10434598 A JP 10434598A JP H11299245 A JPH11299245 A JP H11299245A
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JP
Japan
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voltage
phase
converter
power
slope
Prior art date
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Application number
JP10104345A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsuhiro Okuzawa
勝広 奥沢
Kiichi Tokunaga
紀一 徳永
Akira Bando
阪東  明
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH11299245A publication Critical patent/JPH11299245A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the losses caused by a switching element with its stable operation, by keeping constant the ratio of a modulating wave to a carrier, controlling the power factor at 1, and performing constant-DC-voltage control. SOLUTION: The control portion of this converter has a dead-time adjusting circuit 21 as well as a PWM control signal generator 12 and a PLL control circuit 10 including a power factor detector 9. One arm, which is connected to a phase with the minimum and maximum absolute value of a three-phase AC voltage, controls a switching element in PWM to suppress higher-harmonic currents. Also, the other two phases are commutated continuously to give to this converter a DC voltage characteristic similar to the diode-bridge converter. Then, when the DC voltage is increased, the PLL control circuit 10 detects a power-factor angle from the power supply voltage and AC current and adjusts the value of the power factor to 1. On the other hand, the dead-time adjusting circuit 21 adjusts the value of a Y-axis component from the input AC current and the power-factor angle of the power factor sensor 9 to make the vaue zero. Thereby, stable operation is maintained and the losses of the switching element can be reduced.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチング素子
のパルス幅変調により、交流電力を直流電力に変換する
電力変換装置に係り、特にコンバータ装置として好適な
電力変換装置の制御方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power converter for converting AC power into DC power by pulse width modulation of a switching element, and more particularly to a control method of a power converter suitable as a converter.

【0002】[0002]

【従来の技術】交流電力を直流電力に変換するコンバー
タの代表例には、周知のダイオードブリッジ回路があ
る。しかし、このダイオードブリッジ回路は、電源電流
に多くの高調波を含むという問題があり、さらには、逆
変換機能を持たないので、電源回生が行えないなどの問
題がある。
2. Description of the Related Art A typical example of a converter for converting AC power into DC power is a well-known diode bridge circuit. However, this diode bridge circuit has a problem that the power supply current includes many harmonics, and further has a problem that power regeneration cannot be performed because it does not have an inversion function.

【0003】一方、このダイオードブリッジ回路の問題
点に対応可能なコンバータ回路としては、たとえばPW
M(パルス幅変調)電力変換装置がある。しかし、このP
WM電力変換装置は、ダイオードブリッジ回路では不要
であった制御装置が必要になり、同じくダイオードブリ
ッジ回路では原理的に存在しないスイッチング素子によ
るスイッチング損失が発生してしまうという問題があっ
た。
On the other hand, as a converter circuit which can cope with the problem of the diode bridge circuit, for example, PW
There is an M (pulse width modulation) power converter. But this P
The WM power converter requires a control device that is unnecessary in the diode bridge circuit, and similarly, the diode bridge circuit has a problem that a switching element that does not exist in principle causes a switching loss.

【0004】そこで、このようなPWM電力変換装置の
問題点を軽減する一方式として、電流の瞬時値制御を省
略した簡易な制御方式が、下記の文献に開示されてい
る。
Therefore, as one method for reducing such problems of the PWM power converter, a simple control method in which instantaneous current value control is omitted is disclosed in the following literature.

【0005】平成2年,電気学会論文誌D,110巻7
号 「力率制御方式三相電圧型PWM電力変換装置」 以下、この文献に開示されている従来技術について説明
すると、この従来技術は、コンバータ装置で変換した直
流電力を可変周波数の交流電力に変換するインバータ装
置に関するもので、図12は、その回路構成図を示した
ものであり、1は三相交流電源、2は三相交流を直流に
変換するコンバータ部、3は直流電圧を平滑するための
コンデンサ、4はインバータ部である。ここで、コンバ
ータ部2は、自己消弧型スイッチング素子2a〜2f
と、これら各スイッチング素子に逆並列接続されたダイ
オード2g〜2l(エル)で構成されている。同様にイ
ンバータ部4も自己消弧型スイッチング素子4a〜4f
と、各スイッチング素子に逆並列接続されたダイオード
4g〜4l(エル)で構成されている。そして、このイ
ンバータ部4の交流側の出力には、誘導電動機5が接続
されている。
[0005] 1990, IEEJ Transactions D, 110, 7
No. "Power factor control type three-phase voltage type PWM power converter" The following describes the conventional technology disclosed in this document. This conventional technology converts DC power converted by a converter device into AC power of a variable frequency. FIG. 12 shows a circuit configuration diagram of the inverter device, in which 1 is a three-phase AC power supply, 2 is a converter section for converting three-phase AC to DC, and 3 is for smoothing a DC voltage. The capacitor 4 is an inverter unit. Here, converter unit 2 includes self-extinguishing type switching elements 2a to 2f.
And diodes 2g to 2l connected in anti-parallel to these switching elements. Similarly, the inverter unit 4 also has the self-extinguishing type switching elements 4a to 4f.
And diodes 4g to 4l (ells) connected in anti-parallel to the respective switching elements. The output of the inverter 4 on the AC side is connected to an induction motor 5.

【0006】次に、6はリアクトルで、交流電流に含ま
れる高調波の中のPWM周波数成分を抑制する働きをす
るもの、7は交流電圧・電流検出器で、変流器7a(以
下CTという)と計器用変成器7b(以下PTという)
により、それぞれ交流電圧と交流電流を検出する働きを
するもの、8は直流電圧検出器、9は力率検出器で、交
流電圧・電流検出器7で検出した交流電圧と交流電流か
ら、力率を検出する働きをするものである。
[0006] Next, reference numeral 6 denotes a reactor which functions to suppress a PWM frequency component in harmonics included in the AC current, and 7 denotes an AC voltage / current detector, which is a current transformer 7a (hereinafter referred to as CT). ) And instrument transformer 7b (hereinafter referred to as PT)
8 is a DC voltage detector, 9 is a power factor detector, and 9 is a power factor based on the AC voltage and AC current detected by the AC voltage / current detector 7. The function of detecting is as follows.

【0007】さらに、10はPLL制御回路で、力率を
一定に保つための位相指令値αを出力するもの、11は
直流電圧制御回路で、直流電圧検出器8で検出した直流
電圧を設定値に調整するための変調率指令Mを出力する
もの、12は正弦波PWM制御信号発生器で、スイッチ
ング素子2a〜2fの点弧(ON)・消弧(OFF)指
令12a〜12fを出力するもの、13はインバータ側
の正弦波PWM制御信号発生器で、スイッチング素子4
a〜4fの点弧(ON)・消弧(OFF)指令13a〜
13fを出力するものである。
[0007] Further, reference numeral 10 denotes a PLL control circuit which outputs a phase command value α for keeping the power factor constant, and 11 denotes a DC voltage control circuit which converts a DC voltage detected by the DC voltage detector 8 into a set value. 12 is a sine-wave PWM control signal generator that outputs firing (ON) / extinguishing (OFF) commands 12a to 12f for the switching elements 2a to 2f. , 13 are sine-wave PWM control signal generators on the inverter side.
firing (ON) / extinguishing (OFF) commands 13a to 4f
13f is output.

【0008】図10は、交流電源電圧ER,電流IR,
交流リアクトル電圧降下EXとコンバータ電圧ECの関
係を示す1相分のベクトル図で、変調率Mが負荷状態で
決まる臨界変調率MC以上であれば、位相指令値αを調
整することにより、常に力率1にする制御が可能である
とされている。
FIG. 10 shows an AC power supply voltage ER, a current IR,
A vector diagram for one phase showing the relationship between the AC reactor voltage drop EX and the converter voltage EC. If the modulation factor M is equal to or greater than the critical modulation factor MC determined by the load state, the power is always adjusted by adjusting the phase command value α. It is said that control to set the rate to 1 is possible.

【0009】また、インバータ側の負荷変動が小さい場
合は、変調率Mを1に近い値に固定しておけばよく、こ
の場合には、必ずしも変調率Mを調整するための直流電
圧制御回路11は必要ないとされている。
When the load fluctuation on the inverter side is small, the modulation factor M may be fixed to a value close to 1, and in this case, the DC voltage control circuit 11 for adjusting the modulation factor M is not necessarily required. Is not required.

【0010】したがって、図12に示したインバータ装
置のコンバータ部2によれば、ダイオードブリッジ回路
よりも高調波電流が抑制でき、且つ、通常のPWM電力
変換装置で必要とされる交流電流制御を省略することが
できる。
Therefore, according to the converter section 2 of the inverter device shown in FIG. 12, the higher harmonic current can be suppressed as compared with the diode bridge circuit, and the AC current control required in the ordinary PWM power converter is omitted. can do.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、動作
安定性保持と効率向上についての配慮が十分になされて
いるとはいえず、以下に説明するように、動作状態が変
動したときの運転の継続性と、スイッチング素子の損失
の点に問題があった。
In the above prior art, it cannot be said that sufficient consideration has been given to maintaining operation stability and improving efficiency, and as described below, the operation when the operation state fluctuates. And the loss of the switching element.

【0012】上記従来例によれば、確かにダイオードブ
リッジ回路よりも高調波電流が抑制でき、通常のPWM
電力変換装置で必要とされる交流電流制御も省略でき
る。しかし、交流電源電圧低下時や不平衡時にも運転を
継続する必要がある場合には、交流リアクトル6のイン
ダクタンス値を大きくして過電流を抑制するか、コンバ
ータ部2を構成している素子や部品の容量を大きくし
て、過電流にも十分に耐えられるようにする必要がある
という問題がある。
According to the above conventional example, the harmonic current can be suppressed more than the diode bridge circuit, and the ordinary PWM
The AC current control required in the power converter can also be omitted. However, when it is necessary to continue the operation even when the AC power supply voltage drops or becomes unbalanced, the inductance value of the AC reactor 6 is increased to suppress the overcurrent, or the element constituting the converter unit 2 There is a problem that it is necessary to increase the capacity of the component so that it can sufficiently withstand an overcurrent.

【0013】また、上記従来技術では、直流電圧制御を
省略することができるが、この場合、通常時はインバー
タ側の負荷変動が小さいとしても、たとえば、過渡的
に、インバータ負荷の交流電動機に直結された機械の負
荷トルクが急増したときなどには直流電圧低下が大きく
なって、運転ができなくなってしまうという問題があ
る。
Further, in the above-mentioned prior art, the DC voltage control can be omitted. In this case, even if the load fluctuation on the inverter side is normally small, for example, it is directly connected to the AC motor of the inverter load transiently. For example, when the load torque of the applied machine suddenly increases, there is a problem that the DC voltage drop becomes large and operation becomes impossible.

【0014】本発明の目的は、交流電流と直流電圧の制
御を行うことなく、電源変動や負荷変動に際しての継続
した運転が保て、しかもスイッチング素子による損失の
低減による高効率化が十分に得られるようにしたPWM
電力変換装置を提供することにある。
An object of the present invention is to maintain continuous operation during power supply fluctuations and load fluctuations without controlling AC current and DC voltage, and to sufficiently obtain high efficiency by reducing loss due to switching elements. PWM that can be used
An object of the present invention is to provide a power converter.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記目的は、三相交流電
源とコンデンサを有する直流平滑回路との間で、互いに
逆並列されたスイッチング素子とダイオード素子を1ア
ームとして結線されたPWM電力変換装置において、前
記三相交流電源のうち相電圧の絶対値が最小および最大
になった相に接続されたアームについては、前記スイッ
チング素子をパルス幅変調制御し、残りの二相に接続さ
れたアームについては、順変換動作状態では前記ダイオ
ード素子に通流させ、逆変換状態では前記スイッチング
素子が連続通流するように制御することにより達成され
る。
An object of the present invention is to provide a PWM power converter in which a switching element and a diode element which are antiparallel to each other are connected as one arm between a three-phase AC power supply and a DC smoothing circuit having a capacitor. In the three-phase AC power supply, for the arm connected to the phase in which the absolute value of the phase voltage is the minimum and the maximum, the pulse width modulation control of the switching element, and for the arm connected to the remaining two phases Is achieved by controlling the diode to flow in the forward conversion operation state and controlling the switching element to continuously flow in the reverse conversion state.

【0016】図13に示すようなダイオードブリッジに
よるコンバータ回路では、周知の通りであるが、図14
に示すように、各相の交流電源電流の波形は正弦波形か
ら大きく離れた歪み波形になり、相電圧の絶対値が最小
になる付近(A点)では電流がほとんど流れず、また、
相電圧の絶対値が最大になる付近(B点)では、最大値
を含む2つの山ができる。この結果、電流の高調波成分
により、負荷に障害を起こし重大な事故を招く。そこ
で、本発明では、相電圧の絶対値が最小になった相およ
び最大になった相に接続されたアームについては、スイ
ッチング素子をパルス幅変調制御して、スイッチング素
子に流れる電流の通流量を調整して電流波形を正弦波に
近づける。
Although a converter circuit using a diode bridge as shown in FIG. 13 is well known, FIG.
As shown in the figure, the waveform of the AC power supply current of each phase becomes a distorted waveform far away from the sine waveform, and almost no current flows near the point where the absolute value of the phase voltage is minimum (point A).
Near the point where the absolute value of the phase voltage becomes maximum (point B), two peaks including the maximum value are formed. As a result, the harmonic component of the current causes a failure in the load, causing a serious accident. Therefore, in the present invention, for the arm connected to the phase in which the absolute value of the phase voltage is the minimum and the phase in which the absolute value is the maximum, the switching element is subjected to pulse width modulation control to reduce the flow rate of the current flowing through the switching element. Adjust to bring the current waveform closer to a sine wave.

【0017】一方、ダイオードブリッジによるコンバー
タ回路は、何も制御しないにもかかわらず、直流側の負
荷急変時にも直流電圧はほぼ一定に自動調整され、交流
リアクトルなしでも安定して運転が継続できるという長
所を備えている。本発明では、PWM制御を行っていな
い二相のアームを連続転弧させることにより、ダイオー
ドブリッジコンバータ回路に近い直流電圧特性が得られ
ることになる。この結果、自己消弧型スイッチング素子
への点弧指令をすべて阻止してダイオードブリッジコン
バータ回路と同等の動作に移行するときも、点弧指令を
再起動するときも、コンデンサ電圧の変動はほとんどな
く、直流負荷側の急変時にも運転が継続できることにな
る。さらに、三相交流電源のうちの二相のスイッチング
素子が連続転弧させられるため、スイッチング動作頻度
が少なくなっているので、その分、スイッチング損失が
減少し、効率が向上する。
On the other hand, the converter circuit based on the diode bridge does not control anything, but the DC voltage is automatically adjusted to be substantially constant even when the load on the DC side is suddenly changed, so that stable operation can be continued without the AC reactor. Has advantages. According to the present invention, a DC voltage characteristic close to that of a diode bridge converter circuit can be obtained by continuously arcing a two-phase arm that is not performing PWM control. As a result, when the ignition command to the self-extinguishing type switching element is completely blocked and the operation shifts to the same operation as the diode bridge converter circuit, or when the ignition command is restarted, there is almost no change in the capacitor voltage. Therefore, the operation can be continued even when the DC load suddenly changes. Further, since the two-phase switching elements of the three-phase AC power supply are continuously arc-turned, the switching operation frequency is reduced, and accordingly, the switching loss is reduced and the efficiency is improved.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】第1の実施例を図1により説明す
る。主回路の部分は、図12と同一でインバータ部4
は、直流負荷76として表記した。制御部分は、図12
の力率検出器9を含むPLL制御回路10とPWM制御
信号発生器12の他にデッドタイム調整回路21を追加
した。なお、直流電圧検出器8および直流電圧制御回路
11は、負荷変動が小さいものと仮定して説明するので
本図では省略する。図8および図9は、PWM制御信号
発生器12の動作を説明するための図である。図8は、
1周期の三相分のパルス幅変調の波形であり、三相交流
電圧のうち絶対値が最小および最大の相に接続されたア
ームについては、スイッチング素子をパルス幅変調制御
して高調波電流を抑制し、他の二相については連続転弧
させてダイオードブリッジコンバータ回路に近い直流電
圧特性を持たせる。図9は、R相の変調波と搬送波の関
係を示す図である。変調波と搬送は固定であり、スイッ
チング素子を連続通流するために変調率は1以上にして
いる。なお、S相およびT相も図9と同じようにPWM
制御を行っている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment will be described with reference to FIG. The main circuit is the same as that shown in FIG.
Is shown as DC load 76. The control part is shown in FIG.
In addition to the PLL control circuit 10 including the power factor detector 9 and the PWM control signal generator 12, a dead time adjusting circuit 21 is added. It should be noted that the DC voltage detector 8 and the DC voltage control circuit 11 are described on the assumption that the load fluctuation is small, and therefore are omitted in the drawing. FIGS. 8 and 9 are diagrams for explaining the operation of the PWM control signal generator 12. FIG. FIG.
This is a pulse width modulation waveform for three phases of one cycle. For the arm connected to the phase having the minimum and maximum absolute values of the three-phase AC voltage, the switching element performs pulse width modulation control to reduce the harmonic current. Suppression is performed, and the other two phases are continuously arced to have a DC voltage characteristic close to that of the diode bridge converter circuit. FIG. 9 is a diagram illustrating the relationship between the modulated wave of the R phase and the carrier. The modulation wave and the carrier are fixed, and the modulation rate is set to 1 or more in order to continuously flow the switching element. The PWM of the S phase and the T phase is the same as in FIG.
Control.

【0019】R相のベクトル図を図10に示す。ここ
で、ERは電源電圧ベクトル、IRは交流電流ベクト
ル、EXはリアクトルの電圧ベクトル、ECはコンバー
タの入力電圧ベクトルである。IRを力率1に維持する
ためには、Aの線上にECベクトルがくる必要がある。
すなわち、負荷が大きくなると、位相遅れ分のαが大き
くECベクトルが大きくなり、負荷が小さくなると、位
相遅れ分のαが小さくECベクトルが小さくなる。本方
式では、変調率が固定であるため、たとえば直流電圧が
上昇するとEC′のようにコンバータ入力ベクトルが大
きくなり、力率1の関係が維持できなくなる。また、た
とえば、位相αがα′となるとEX″のようにリアクト
ルの電圧降下ベクトルが大きくなり、その分IRが負荷
で決まる値以上の電流になる。この電流は、EC″のよ
うに力率1の関係を維持しても、負荷で消費される分以
外は平滑コンデンサに充電されることになり、コンデン
サの電圧は上昇してしまう。また、負荷が小さくなると
リアクタンスの電圧降下が小さくなりEXベクトルが小
さくなる。このことは、変調率が固定であるので、負荷
が小さくなるほど直流電圧は上昇することになる。
FIG. 10 shows a vector diagram of the R phase. Here, ER is a power supply voltage vector, IR is an AC current vector, EX is a reactor voltage vector, and EC is a converter input voltage vector. In order to maintain IR at a power factor of 1, the EC vector must be on the line of A.
That is, when the load increases, the phase delay α increases and the EC vector increases, and when the load decreases, the phase delay α decreases and the EC vector decreases. In this method, since the modulation rate is fixed, for example, when the DC voltage rises, the converter input vector becomes large as in EC ', and the relation of the power factor 1 cannot be maintained. Further, for example, when the phase α becomes α ′, the voltage drop vector of the reactor becomes larger, as indicated by EX ″, and the IR becomes a current larger than the value determined by the load accordingly. Even if the relationship of 1 is maintained, the smoothing capacitor is charged except for the amount consumed by the load, and the voltage of the capacitor rises. When the load is reduced, the voltage drop of the reactance is reduced, and the EX vector is reduced. This means that since the modulation factor is fixed, the DC voltage increases as the load decreases.

【0020】図11は、図12の直流電圧が上昇した場
合のコンバータ入力電圧ベクトルEC′と電源電圧ベク
トルER,リアクタンス電圧ベクトルEXおよび電流ベ
クトルIRの関係を示した図である。ここで、電源電圧
ベクトルER方向をX軸,リアクタンス電圧降下ベクト
ルEX方向をY軸と定める。このような状態において図
1の制御系は以下のように制御する。PLL制御回路1
0は、電源電圧のゼロクロス検出などによりコンバータ
電圧と電源電圧との同期を取る。電源電圧と交流電流か
ら力率検出器9において力率角θを検出して、θをゼロ
(力率1)にするように力率調整部20において位相指
令値αを調整する。これは、図11のX軸方向成分の力
率制御に相当する。一方、デッドタイム調整回路21
は、交流電流と力率検出器9の力率角θからY軸成分演
算器22によりY軸成分を演算するので、デッドタイム
調整部23でデッドタイムkを調整してY軸成分がゼロ
になるように調整する。Y軸成分がゼロということは、
コンデンサ3の直流電圧が所定の値に一定に制御される
ことになる。図11は、回生動作ベクトル図を示してお
り、力行動作の場合は、力率角θは逆方向になる。
FIG. 11 is a diagram showing a relationship between the converter input voltage vector EC 'and the power supply voltage vector ER, the reactance voltage vector EX and the current vector IR when the DC voltage of FIG. 12 rises. Here, the direction of the power supply voltage vector ER is defined as the X axis, and the direction of the reactance voltage drop vector EX is defined as the Y axis. In such a state, the control system of FIG. 1 controls as follows. PLL control circuit 1
0 synchronizes the converter voltage with the power supply voltage by detecting the zero crossing of the power supply voltage. The power factor detector 9 detects the power factor angle θ from the power supply voltage and the AC current, and the power factor adjusting unit 20 adjusts the phase command value α so that θ is zero (power factor 1). This corresponds to the power factor control of the X-axis direction component in FIG. On the other hand, the dead time adjustment circuit 21
Calculates the Y-axis component from the AC current and the power factor angle θ of the power factor detector 9 by the Y-axis component calculator 22, so that the dead time k is adjusted by the dead time adjustment unit 23 so that the Y-axis component becomes zero. Adjust so that The fact that the Y-axis component is zero means that
The DC voltage of the capacitor 3 is controlled to a predetermined value. FIG. 11 shows a regenerative operation vector diagram. In the case of a power running operation, the power factor angle θ is in the opposite direction.

【0021】以上述べたように本実施例によれば、力率
1制御および直流電圧一定制御が行えるようになるの
で、電源変動や負荷変動に対して安定した運転を継続す
ることができる。また、スイッチングの頻度が少なくな
ることから、スイッチング素子のスイッチング損失を低
減でき、交流電源との間に挿入しているリアクトルを小
さくすることが可能である。
As described above, according to the present embodiment, power factor 1 control and DC voltage constant control can be performed, so that stable operation can be continued with respect to power supply fluctuations and load fluctuations. Further, since the switching frequency is reduced, the switching loss of the switching element can be reduced, and the reactor inserted between the switching element and the AC power supply can be reduced.

【0022】第2の実施例を図2により説明する。図1
との相違点は、PLL制御をd−q変換して行うため
に、R相とT相の電圧を監視するためにPT7bとCT
7aを持ち、d−q変換部100および101によりd
−q変換を行う点と、負荷変動が大きい場合の対策とし
て、直流電圧制御を行うための直流電圧検出器8を設け
た点である。また、PWM制御信号発生器12は、搬送
波部109,PWM部108および変調波作成部107
で構成される。なお、力率調整部20はPI補償部10
5が、デッドタイム調整部23はPI補償部106が相
当する。コンバータは、周知のPLL制御回路10によ
り電源電圧と同期を取りながら運転される。まず、PL
L制御はR相とT相の相電圧からd−q変換部100で
無効成分Vdを算出する。次に、PI補償部104で無
効成分Vdをゼロにする位相指令値θd*によって、si
n/cos発生部103から位相基準信号を発生させ、これ
をもとにd−q変換を行う。一方、R相とT相の相電流
はd−q変換部101で無効成分Idが算出され、PI
補償部105では無効成分Idがゼロになるようにθを
調整して電源電圧と交流電流が力率1になる制御を行
う。また、PI補償部106は、コンデンサ3の両端の
電圧Edが指令値Ed*になるように直流電圧検出器8
のフィードバック信号と無効成分Idから比例積分制御
を行い、出力kによりデッドタイムを調整する。変調波
作成部107は、PI補償部105および106の出力
信号θおよびkを基に変調波を作成する。PWM部10
8は、搬送波部109との比較によってPWM信号12
a〜12fを発生して、各アームのゲート端子2a〜2
fに印加する。
A second embodiment will be described with reference to FIG. FIG.
The difference is that PT7b and CT7b are used to monitor the R-phase and T-phase voltages in order to perform the dq conversion of the PLL control.
7a, and dq conversion units 100 and 101
The point is that a DC voltage detector 8 for performing DC voltage control is provided as a countermeasure for performing a -q conversion and as a measure against a large load fluctuation. Further, the PWM control signal generator 12 includes a carrier wave unit 109, a PWM unit 108, and a modulated wave creation unit 107.
It consists of. Note that the power factor adjusting unit 20 is
5, the PI compensation unit 106 corresponds to the dead time adjustment unit 23. The converter is operated by the well-known PLL control circuit 10 while synchronizing with the power supply voltage. First, PL
In the L control, the dq converter 100 calculates an invalid component Vd from the phase voltages of the R and T phases. Next, by the phase command value θd * that makes the invalid component Vd zero in the PI compensating unit 104, si
The n / cos generator 103 generates a phase reference signal, and performs dq conversion based on the signal. On the other hand, the d-q converter 101 calculates an invalid component Id for the R-phase and T-phase currents,
The compensating unit 105 controls θ so that the ineffective component Id becomes zero and controls the power supply voltage and the AC current to have a power factor of 1. Further, the PI compensating unit 106 controls the DC voltage detector 8 so that the voltage Ed across the capacitor 3 becomes the command value Ed *.
Is performed based on the feedback signal and the invalid component Id, and the dead time is adjusted by the output k. Modulated wave creating section 107 creates a modulated wave based on output signals θ and k of PI compensating sections 105 and 106. PWM unit 10
8 is a PWM signal 12 by comparison with the carrier unit 109.
a to 12f to generate the gate terminals 2a to 2
f.

【0023】変調波は、図3および図4によりデッドタ
イムおよび位相を調整する。図3は電源電圧と変調波お
よび交流電流波形の位相関係を示したもので、図11の
ベクトル図の状態である。リアクトルの電圧降下ベクト
ルによって交流電流は進み位相+θとなる。このとき、
図4(a)のように変調波yは、電源電圧と交流電流を
力率1とするために位相を+θだけ進ませ、傾きは変調
波yのゼロ点を境に、マイナス側は基の傾きにkを加算
し、プラス側はkを減算する。kは、図2のPI補償部
106の出力信号である。つまり、kの値を変えること
によってチョッピングが変わるので、デッドタイムを調
整したことと等価の効果が得られる。(b)はもう一つ
の方法であり、変調波の位相を進ませる前後の波形とゼ
ロ点を通る直線を形成し、変調波の傾きを変えてチョッ
ピングを調整したものである。以上述べたように本実施
例によれば、直流電圧をフィードバックしてデッドタイ
ムの調整を行うことにより、負荷急変に対して高速に直
流電圧一定制御が行えるので安定した運転を継続するこ
とができる。
The modulated wave adjusts the dead time and phase according to FIGS. FIG. 3 shows the phase relationship between the power supply voltage, the modulated wave, and the AC current waveform, which is the state shown in the vector diagram of FIG. The alternating current has a leading phase of + θ due to the voltage drop vector of the reactor. At this time,
As shown in FIG. 4A, the phase of the modulated wave y is advanced by + θ in order to make the power supply voltage and the alternating current have a power factor of 1, and the slope is at the zero point of the modulated wave y and the negative side is the base. K is added to the slope, and k is subtracted on the plus side. k is an output signal of the PI compensator 106 in FIG. In other words, since the chopping is changed by changing the value of k, an effect equivalent to adjusting the dead time can be obtained. (B) shows another method, in which a straight line passing through a zero point and a waveform before and after advancing the phase of a modulated wave is formed, and chopping is adjusted by changing the slope of the modulated wave. As described above, according to the present embodiment, the DC voltage is fed back to adjust the dead time, so that the DC voltage constant control can be performed at a high speed with respect to a sudden load change, so that stable operation can be continued. .

【0024】第3の実施例を図5に示す。本図では、P
I補償部106の出力が搬送波部109に作用してデッ
ドタイムを調整している。R相の上下アームをスイッチ
ングさせる場合、図6の(a)に示すように行うとアー
ム短絡を起こし過電流が流れ、スイッチング素子を破損
する場合がある。なお、Edはコンデンサ3の両端の電
圧である。その対策として、図6の(b)に示すように
デッドタイムTdを設けてアーム短絡を防いでいる。こ
れは、S相,T相においても同様の対策を行っている。
図9の搬送波は、図7のように重なりのない二相分存在
し、変調波との比較によりPWM信号を作っている。こ
のときの、デッドタイムは、搬送波の重なりのない時間
Tdとなる。したがって、直流電圧制御は、搬送波のデ
ッドタイムTdを直接変えることによって実現すること
ができる。ここでは、R相に対して説明したがS相やT
相に対しても同様の制御を行う。
FIG. 5 shows a third embodiment. In this figure, P
The output of the I compensation unit 106 acts on the carrier unit 109 to adjust the dead time. When switching the upper and lower arms of the R phase as shown in FIG. 6A, an arm short circuit occurs, an overcurrent flows, and the switching element may be damaged. Here, Ed is the voltage across capacitor 3. As a countermeasure, a dead time Td is provided as shown in FIG. 6B to prevent an arm short circuit. The same measures are taken for the S phase and the T phase.
The carrier in FIG. 9 exists in two phases without overlap as shown in FIG. 7, and generates a PWM signal by comparison with a modulated wave. At this time, the dead time is a time Td in which the carrier waves do not overlap. Therefore, DC voltage control can be realized by directly changing the dead time Td of the carrier. Here, the R phase has been described, but the S phase and T
Similar control is performed for the phases.

【0025】以上述べたように本実施例によれば、直流
電圧制御は搬送波のデッドタイムTdを直接調整して行
うことができるので、システム構成を変更することがな
く容易に実現が可能である。
As described above, according to the present embodiment, the DC voltage control can be performed by directly adjusting the dead time Td of the carrier, and therefore can be easily realized without changing the system configuration. .

【0026】[0026]

【発明の効果】本発明によれば変調率が固定で、且つ、
変調率が1より大きいPWM制御を行い、力率1制御に
関しては、交流電流ベクトルと電源電圧ベクトルを同相
とするために位相を調整し、直流電圧の制御に関して
は、デッドタイムの大きさを変えて調整する。このよう
な制御を行うことによって、力率1制御および直流電圧
一定制御が行えるようになるので、電源変動や負荷変動
に対して安定した運転を継続することができる。また、
スイッチングの頻度が少なくなることから、スイッチン
グ素子のスイッチング損失を低減でき、交流電源との間
に挿入しているリアクトルを小さくすることが可能であ
る。
According to the present invention, the modulation rate is fixed, and
PWM control with a modulation factor of greater than 1 is performed. For power factor 1 control, the phase is adjusted to make the AC current vector and the power supply voltage vector in-phase, and for DC voltage control, the size of the dead time is changed. Adjust. By performing such control, power factor 1 control and DC voltage constant control can be performed, so that stable operation can be continued with respect to power supply fluctuations and load fluctuations. Also,
Since the switching frequency is reduced, the switching loss of the switching element can be reduced, and the reactor inserted between the switching element and the AC power supply can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例を表す基本制御ブロック
図。
FIG. 1 is a basic control block diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例を表す制御ブロック図。FIG. 2 is a control block diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図3】変調波と交流電圧および電流波形の位相関係
図。
FIG. 3 is a phase relationship diagram between a modulated wave, an AC voltage, and a current waveform.

【図4】本発明の変調波のデットタイムの調整図。FIG. 4 is an adjustment diagram of a dead time of a modulated wave according to the present invention.

【図5】本発明の第3の実施例を表す制御ブロック図。FIG. 5 is a control block diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図6】従来のR相の上下アーム端子に印加されるPW
M信号図。
FIG. 6 shows a conventional PW applied to upper and lower arm terminals of an R phase.
M signal diagram.

【図7】本発明のR相の搬送波によるデッドタイム調整
図。
FIG. 7 is a diagram illustrating a dead time adjustment by an R-phase carrier according to the present invention.

【図8】本発明の1周期分のPWM信号波形動作図。FIG. 8 is a PWM signal waveform operation diagram for one cycle of the present invention.

【図9】本発明のR相の変調波と搬送波の動作図。FIG. 9 is an operation diagram of an R-phase modulated wave and a carrier wave according to the present invention.

【図10】従来のR相のベクトル図。FIG. 10 is a conventional R-phase vector diagram.

【図11】本発明のR相の制御方法を示すベクトル図。FIG. 11 is a vector diagram showing an R-phase control method according to the present invention.

【図12】文献に開示されている従来のコンバータ/イ
ンバータ装置図。
FIG. 12 is a diagram of a conventional converter / inverter device disclosed in a document.

【図13】周知のダイオードブリッジ回路図。FIG. 13 is a known diode bridge circuit diagram.

【図14】周知のダイオードブリッジ回路図の相電流波
形図。
FIG. 14 is a phase current waveform diagram of a known diode bridge circuit diagram.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…三相交流電源、2…コンバータ部、3…平滑用コン
デンサ、4…インバータ部、6…リアクトル、7…交流
電圧・電流検出器、7a…変流器、7b…計測用変成
器、8…直流電圧検出器、9…力率検出器、10…PL
L制御回路、11…直流電圧制御回路、12…PWM制
御信号発生器、13…インバータ側のPWM制御信号発生
器、20…力率調整部、21…デッドタイム調整回路、
22…Y軸成分演算器、23…デッドタイム調整部、7
6…直流負荷、100,101…d−q変換部、103
…sin/cos発生部、104,105,106…PI補償
部、107…変調波作成部、108…PWM部、109
…搬送波部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Three-phase AC power supply, 2 ... Converter part, 3 ... Smoothing capacitor, 4 ... Inverter part, 6 ... Reactor, 7 ... AC voltage / current detector, 7a ... Current transformer, 7b ... Measurement transformer, 8 ... DC voltage detector, 9 ... Power factor detector, 10 ... PL
L control circuit, 11 DC voltage control circuit, 12 PWM control signal generator, 13 PWM control signal generator on the inverter side, 20 power factor adjustment unit, 21 dead time adjustment circuit,
22: Y-axis component calculator, 23: dead time adjustment unit, 7
6 DC load, 100, 101 dq converter, 103
... sin / cos generator, 104, 105, 106 ... PI compensator, 107 ... modulated wave generator, 108 ... PWM unit, 109
... Carrier part.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】三相交流電源とコンデンサを有する直流平
滑回路との間で、互いに逆接続された自己消弧型スイッ
チング素子とダイオード素子をアームとして結線された
パルス幅変調電力変換装置において、前記交流電源のう
ち相電圧の絶縁値の最小および最大になった相に接続さ
れたアームについては、前記スイッチング素子をパルス
幅変調制御し、パルス幅変調制御は搬送波と変調波の比
率を一定値に固定して、残りの二相に接続されたアーム
については、順変換動作時には前記ダイオード素子に通
流させ、逆変換動作時には前記スイッチング素子が通流
するように制御し、交流電源電圧と電流を読み込力率角
を算出してコンバータの出力電圧の位相を調整して交流
電源と電源電圧を力率1にするPLL制御を行い、前記
力率角と交流電流から垂直成分の値を取り出し、この垂
直成分をゼロにするためにデッドタイムを調整して直流
電圧を一定電圧にする制御を行うことを特徴とするコン
バータ制御方法。
1. A pulse width modulated power conversion device connected between a three-phase AC power supply and a DC smoothing circuit having a capacitor by using a self-extinguishing type switching element and a diode element which are reversely connected to each other as arms. For the arm connected to the phase of the minimum and maximum of the insulation value of the phase voltage of the AC power supply, the switching element performs pulse width modulation control, and the pulse width modulation control sets the ratio between the carrier wave and the modulation wave to a constant value. In a fixed manner, the remaining two-phase connected arms are controlled so as to flow through the diode element during the forward conversion operation and through the switching element during the reverse conversion operation. The power factor angle is calculated by adjusting the phase of the output voltage of the converter by calculating the read power factor angle and performing the PLL control to make the AC power source and the power source voltage have a power factor of 1. Luo retrieves the value of the vertical component, converter control method characterized by performing a control to constant voltage DC voltage by adjusting the dead time to the vertical component to zero.
【請求項2】請求項1においてデッドタイムの調整は、
変調波の傾きはゼロ点を境にして、プラス側は基の傾き
にある定数をマイナスし、マイナス側は基の傾きにある
定数をプラスした傾きに変えることを特徴とするコンバ
ータ制御方法。
2. The method according to claim 1, wherein the dead time is adjusted.
A converter control method, characterized in that the slope of the modulated wave is changed to a slope obtained by subtracting a constant at the base slope on the plus side and changing the slope to a slope obtained by adding a constant at the base slope to the plus side.
【請求項3】請求項1においてデッドタイムの調整は、
変調波の傾きは位相調整前後の点とゼロ点を結んだ直線
とする傾きに変えることを特徴とするコンバータ制御方
法。
3. The method according to claim 1, wherein the dead time is adjusted.
A converter control method characterized in that the slope of the modulated wave is changed to a slope that is a straight line connecting the points before and after the phase adjustment and the zero point.
【請求項4】請求項1においてデッドタイムの調整は、
重なりのない二相の搬送波の時間差を変えることを特徴
とするコンバータ制御方法。
4. The method according to claim 1, wherein the dead time is adjusted.
A converter control method characterized by changing the time difference between two non-overlapping carrier waves.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003504210A (en) * 1999-07-13 2003-02-04 セルコ ソシエタ ア レスポンサビリタ リミタータ Arc welder generator
CN110120753A (en) * 2019-05-21 2019-08-13 山东艾诺仪器有限公司 A kind of single-phase rectifier analog control circuit

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