JPH11341817A - Ｐｗｍ変換器の交流電圧推定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】安定で汎用性のあるＰＷＭ変換器の交流電圧推
定装置を提供するものである。 【解決手段】第１の手段により直流電圧を検出し、第２
の手段により交流電流を検出し、第３の手段により第１
の手段の出力の直流電圧値とスイッチングパターンから
交流制御電圧を求め、第４の手段により第２、３の手段
で求められた交流電流値、交流制御電圧値と交流リアク
トル値と交流基本周波数値を用いて、交流電圧推定値を
求めることにある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＰＷＭ変換器の制
御装置に係わり、特に交流電圧を推定する装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】ＰＷＭ変換器のスイッチング作用により
交流を直流に変換するＰＷＭコンバータ、直流を交流に
変換するＰＷＭインバータは公知である。 図２はその従来の技術を説明するための交直流変換を行
うＰＷＭ変換器の回路構成図であって、同図において、
５は変換器を構成するＰＷＭ変換ブリッジ、６は直流電
源あるいは負荷、８は多相交流電源あるいは負荷、７は
交流リアクトルである。

【０００３】交流制御の目的は、一般的に交流電流（リ
アクトル電流）をその指令値に追従することであるが、
図２から明らかであるように、交流電流の増減は基本的
にリアクトル両端の電圧の差でコントロールされる。リ
アクトル左端の電圧ＶＣは制御器（ＰＷＭ変換ブリッ
ジ）で発生する制御電圧で、直流電圧（ＶＤ）と制御出
力の開閉パターンから容易に求められる。右端の交流電
圧（ＶＡ）は交流負荷または交流電源の電圧であり、電
流制御を行うために直接または間接に求める必要があ
る。

【０００４】このため、従来では、ハード的に電圧セン
サを設けて、交流電圧を直接に検出することが多い。ま
た、ハード的に電圧センサを設けずに、制御器との絡み
合いで、電流制御誤差を用いて、何らかの計算手段で交
流電圧の値を求める手法もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ハード的に交
流電圧を直接検出して求めるのが最も確実であるが、コ
ストの面では好ましくない。また、従来のように電流制
御誤差から交流電圧を推定する方法では、推定動作はそ
の制御器の種類に強く依存している。つまり、その制御
器にしか適用できず、他の制御器に変えると成立しなく
なることがある。本発明は上述した点に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、上記した問題点に対
して、交流電圧センサを設けず、しかも、制御器の種類
に係わらず常に安定に動作する交流電圧の推定装置を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】つまり、その目的を達成
するための手段は、 １）請求項１において、半導体スイッチングブリッジと
交流リアクトルを介し、直流から交流に、あるいは交流
から直流に電力を変換するＰＷＭ変換器の交流電圧の推
定装置に関するもので、前記ＰＷＭ変換器の直流電圧
（ＶＤ）を検出する第１の手段と、交流電流（ＩＡ）を
検出する第２の手段と、前記第１の手段で求められた直
流電圧値と前記半導体スイッチングブリッジの発生パタ
ーンから交流制御電圧（Ｖｃ）を求める第３の手段と、
前記第２、３の手段で求められた交流電流値、交流制御
電圧値と前記交流リアクトル値（Ｌ）と交流基本周波数
値（ωｏ）を用いて、交流電圧推定値を求める第４の手
段と、を設け、該第４の手段で求められた交流電圧推定
値を交流電圧の推定値とすることを特徴とするＰＷＭ変
換器の交流電圧推定装置である。

【０００７】２）請求項２において、前記第４の手段と
して、数１で表したものとする請求項１記載のＰＷＭ変
換器の交流電圧推定装置である。以下、本発明の一実施
例を図面に基づいて交流電圧推定の原理を詳述する。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明は汎用性のある交流電圧推
定方法を得るために、内部モデル原理を含んだオブザー
バー理論に基づいて、交流電圧推定器を構成する。図１
は本発明の交流電圧の推定装置の構成を示すブロック図
であり、同図において、１は本発明の第１の手段であ
り、直流電圧値（ＶＤ）を検出する。２は本発明の第２
の手段であり、多相交流電流値（ＩＡ）を検出する。３
は本発明の第３の手段であり、第１の手段で求められた
直流電圧値と制御器出力のスイッチングパターンとより
制御電圧（Ｖｃ）を求める手段である。例えば、制御器
をキャリアＰＷＭ制御で実現し、ある相であるキャリア
周期のデューティー比がαである場合、その相の制御電
圧はＶｃ＝ＶＤ＊αのように計算できる。４は第４の手
段で、本発明の中心となる交流電圧オブザーバーであ
り、定数行列Ｉ，Ｊは数２の（１）式として定義する。

【０００９】

【数２】

【００１０】以下、第４の手段を中心に詳述する。な
お、表現上の簡潔のために、交流量は三相二相変換した
ものとする。すなわち、例えば、交流電流ＩＡについ
て、数３の（２）式のように変換したものとして定義さ
れる。

【００１１】

【数３】

【００１２】交流電圧が正弦波であることに注目し、交
流回路のダイナミックモデルを数４の（３）式のように
表す。

【００１３】

【数４】

【００１４】（３）式のモデルの上の式の正弦波内部モ
デルは従来では用いないものであり、本発明では、交流
量は正弦波である特徴に注目し、この内部モデルを使用
して、推定値にオフセットおよび位相ずれを防ぐことに
している。モデルを確立したら、オブザーバーを数５の
（４）式のように構成する。

【００１５】

【数５】

【００１６】数５の（４）式の推定装置は本発明請求項
の第２項で請求する内容である。以下、（４）式のオブ
ザーバーにあるゲイン定数行列Ｈ１、Ｈ２の一選択例を
紹介する。設計目標は推定誤差をダンピング率がζ、減
衰率がωｎとしよう。（４）式のオブザーバーの特性
は、次に示すその特性方程式ｐ（ｓ）の数６の（５）式
の根で決められる。ただし、ｓはラプラス演算子を表
す。

【００１７】

【数６】

【００１８】上記特性方程式を希望通りに数７の（６）
式となるように、Ｈ１、Ｈ２を次に示す数８の（７）式
のように選択することによって、所望の収束特性を得る
ことができる。

【００１９】

【数７】

【数８】

【００２０】したがって、本発明によれば、交流電圧推
定値を安定に交流電圧の真値に追従させることができ、
また、オブザーバーのゲインを適当に調整すれば、任意
の収束率で収束させることが指定できる。以上は本発明
請求項に請求した内容である。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、Ｐ
ＷＭ変換器の交流電圧推定装置において、ＰＷＭ制御器
の種類と関係無しに、汎用的に交流電圧を推定すること
ができる。また、推定装置に正弦波内部モデルを組み込
んだので、推定誤差オフセット、位相ずれを無くしてい
る。さらに、推定装置のゲインを適当に選定すれば、任
意の収束率、任意のダンピング係数で推定値を真値に追
従させることができ、実用上、極めて有用性の高いもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック図である。

【図２】従来の技術を説明するための変換器主回路を示
す構成図である。

【符号説明】

１ 第１の手段 ２ 第２の手段 ３ 第３の手段 ４ 第４の手段 ５ ＰＷＭ変換ブリッジ ６ 直流電源または負荷 ７ 交流リアクトル ８ 交流電源または負荷 ＶＡ 交流電圧 ＩＡ 交流電流 Ｖｃ 制御電圧 ＶＤ 直流電圧 Ｉ，Ｊ 定数行列 Ｈ１ ゲイン定数行列 Ｈ２ ゲイン定数行列 ω０ 交流基本周波数値 ωｎ 減衰率 ξ ダンピング率

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体スイッチングブリッジと交流リア
   クトルを介し、直流から交流に、あるいは交流から直流
   に電力を変換するＰＷＭ変換器の交流電圧の推定装置に
   おいて、 前記ＰＷＭ変換器の直流電圧（ＶＤ）を検出する第１の
   手段と、交流電流（ＩＡ）を検出する第２の手段と、前
   記第１の手段で求められた直流電圧値と前記半導体スイ
   ッチングブリッジの発生パターンから交流制御電圧（Ｖ
   ｃ）を求める第３の手段と、前記第２、３の手段で求め
   られた交流電流値、交流制御電圧値と前記交流リアクト
   ル値（Ｌ）と交流基本周波数値（ωｏ）を用いて、交流
   電圧推定値を求める第４の手段と、を設け、該第４の手
   段で求められた交流電圧推定値を交流電圧の推定値とす
   ることを特徴とするＰＷＭ変換器の交流電圧推定装置。
2. 【請求項２】 前記第４の手段として、 【数１】 とする請求項１記載のＰＷＭ変換器の交流電圧推定装
   置。