JPH1169839A

JPH1169839A - 電力変換装置

Info

Publication number: JPH1169839A
Application number: JP9223201A
Authority: JP
Inventors: Tadao Okada; 忠雄岡田; Masanori Miyazaki; 雅徳宮崎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-08-20
Filing date: 1997-08-20
Publication date: 1999-03-09

Abstract

(57)【要約】【課題】負荷として平滑コンデンサの容量が異なる
複数台のインバータ装置の直流電源開放などの運転状況
で平滑コンデンサの総容量が変動するにもかかわらず、
安定に制御する電力変換装置を提供する。【解決手段】交流電源１からの交流を直流に変換す
るコンバータ２と、このコンバータ２の出力側に設けら
れた開閉器６を介して接続され、コンバータ２から出力
された直流を任意の周波数を有する交流に変換し、交流
電動機８を駆動する複数のインバータ５と、コンバータ
２と複数のインバータ５間に設けられ、コンバータ２か
らの直流電圧を平滑する複数の平滑コンデンサ４，７
と、コンバータ２から平滑コンデンサ４，７を予備充電
する際に、電圧を所定値まで一定のレートで増加してい
るとき平滑コンデンサ４，７ヘ流入する電流信号により
複数の平滑コンデンサ４，７の総容量を計測するコンデ
ンサ容量計測手段１４とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交流電源から直流
電圧を得るコンバータと、直流電圧を可変周波数の交流
電圧に変換し、交流電動機を駆動するインバータを備え
た電力変換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電圧形インバータ（以下単にインバータ
という）等に代表される直流入力型の平滑コンデンサを
有する負荷装置を複数台運転する場合、これらの負荷に
対して共通のサイリスタコンバータ（以下コンバータと
いう）を用いて、運転することは一般に行われている。

【０００３】従来のインバータに対して、共通のコンバ
ータを用いた場合の構成と動作について図８を用いて説
明する。この電力変換装置は交流電源１から供給される
交流電圧は、直流に変換する為の順変換器から構成され
たコンバータ２に接続されている。

【０００４】これらコンバータ２はサイリスタ等の制御
整流素子で構成されており、所定の直流電圧の変換され
る。コンバータの直流出力は平滑リアクトル３、平滑コ
ンデンサ（Ｃｏ）４によりコンバータの整流リップルを
除去した後、負荷装置である複数のインバータ装置５に
直流電力を供給している。

【０００５】それぞれのインバータ装置５の入力にはイ
ンバータ装置の運転状態に応じて直流給電回路から開放
する開閉器６とインバータ運転時に生じるリップルを抑
制し、無効電力を処理する為の平滑コンデンサ（Ｃｎ）
７が接続されており、可変周波数可変電圧の交流電圧に
変換し、交流電動機８を駆動するように主回路が構成さ
れている。

【０００６】このように構成された電力変換装置の動作
原理を以下に述べる。コンバータの出力電圧Ｖｄｃは、
電圧基準により設定されるＶｒｅｆと、出力電圧検出器
９により検出される電圧フィードバック信号Ｖｆｂｋと
比較され、その偏差信号は電圧制御回路１０に入力され
る。

【０００７】電圧制御回路１０は、比例・積分、リミッ
ト及びオーバーシュー卜補正等から構成されており、そ
の出力は電流基準信号Ｉｒｅｆとなり、電流制御回路１
１に入力される。電流制御回路１１では電流検出器１２
から得られる電流フィードバック信号Ｉｆｂｋと電流基
準信号Ｉｒｅｆとの偏差がゼロとするように制御され、
その偏差信号は位相制御回路１３に入力される。

【０００８】位相制御回路１３では、コンバータ２に入
力する位相制御信号を出カする。以上の動作により、電
力変換装置の出力電圧Ｖｄｃはインバータ装置５の入力
定格電圧と一致するように制御される。インバータ装置
５は、入力された直流電圧を平滑コンデンサ（Ｃｎ）７
を介して交流電圧に変換し、交流電動機８を駆動・制御
する。各インバータ装置５は、運転状況により開閉器６
を操作して直流給電回路から開放される場合がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来装置においては、
平滑コンデンサの容量が異なる複数台のインバータ装置
が、その運転状況に応じてコンバータの出力から開放さ
れた場合にコンバータの出力側に接続されている平滑コ
ンデンサの総容量Ｃｘが大きく変動し、コンバータの電
圧制御及び電流制御の安定性、即応性が低下するという
問題点があった。

【００１０】図９は、従来のコンバータにおいて電圧制
御の制御パラメータを一定にして運転した時に平滑コン
デンサ容量が変化した場合の電圧制御の特性を示した一
例であり、平滑コンデンサの容量変化により電圧基準を
変化させたステップ応答時の電圧フィードバックが不安
定となり、応答時間が長くなるといった現象を示してい
る。このことは、コンバータの制御特性が不安定・即応
性の低下を示しており、コンバータ及びインバータ装置
の運転に重大な支障をきたすものである。

【００１１】この問題を解決するためには、コンバータ
の平滑コンデンサと、負荷として接続されているインバ
ータ装置の平滑コンデンサとの容量を計測できること
と、その計測により得られたデータを用いて電圧制御回
路及び電流制御回路の制御パラメータを調節する必要が
ある。

【００１２】従って、本発明においては、負荷として平
滑コンデンサの容量が異なる複数台のインバータ装置の
直流電源開放などの運転状況で平滑コンデンサの総容量
が変動するにもかかわらず、安定に制御する電力変換装
置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の本発明の電力変換装置は、交流電源
からの交流を直流に変換するコンバータと、このコンバ
ータの出力側に設けられた開閉器を介して接続され、コ
ンバータから出力された直流を任意の周波数を有する交
流に変換し、交流電動機を駆動する複数のインバータ
と、前記コンバータと前記複数のインバータ間に設けら
れ、前記コンバータからの直流電圧を平滑する複数の平
滑コンデンサと、前記コンバータから前記平滑コンデン
サを予備充電する際に、電圧を所定値まで一定のレート
で増加しているとき前記平滑コンデンサヘ流入する電流
信号により前記複数の平滑コンデンサの総容量を計測す
るコンデンサ容量計測手段とを有する。

【００１４】従って、上記コンデンサ容量計測手段が、
上記コンバータから上記平滑コンデンサを予備充電する
際に、電圧を所定値まで一定のレートで増加していると
き平滑コンデンサヘ流入する電流信号により平滑コンデ
ンサ総容量を計測するので、制御系の即応性を損なうこ
とがない。

【００１５】また、請求項２記載の本発明の電力変換装
置において、コンデンサ容量計測手段が、コンバータか
ら平滑コンデンサを予備充電する際に、ある一定の電流
が流れている間の電圧の増加量により、複数の平滑コン
デンサの総容量を計測することを特徴とする。

【００１６】更に、請求項３記載の本発明の電力変換装
置において、コンデンサ容量計測手段が、コンバータか
ら平滑コンデンサを予備充電する際に、ある一定の電流
により所定の電圧値に到達するまでの時間により平滑コ
ンデンサ総容量を計測することを特徴とする。

【００１７】また、請求項４記載の本発明の電力変換装
置において、コンデンサ容量計測手段が、コンバータか
ら平滑コンデンサを予備充電する際に、電圧を所定値ま
で一定のレートで増加しているとき上記平滑コンデンサ
ヘ流入する電流信号により上記複数の平滑コンデンサの
総容量を計測し、このコンデンサ容量計測手段の計測値
を基に、上記コンバータの電圧制御ゲインもしくは電流
制御ゲインを変更するゲイン変更手段を有する。

【００１８】従って、インバータの入力部の開閉器によ
り、コンバータに接続される複数台のインバータの平滑
コンデンサ総容量が変動しても、コンデンサ容量計測手
段が、コンバータから平滑コンデンサを予備充電する際
に、電圧を所定値まで一定のレートで増加しているとき
平滑コンデンサヘ流入する電流信号により平滑コンデン
サ総容量を計測し、この計測値より、上記コンバータの
電圧制御あるいは電流制御ゲインを変更することができ
るので、制御系の安定性、即応性を損なうことがない。

【００１９】また更に、請求項５記載の本発明の電力変
換装置において、コンデンサ容量計測手段が、コンバー
タから平滑コンデンサを予備充電する際に、ある一定の
電流が流れている間の電圧の増加量により、複数の平滑
コンデンサの総容量を計測し、このコンデンサ容量計測
手段の計測値を基に、上記コンバータの電圧制御ゲイン
もしくは電流制御ゲインを変更するゲイン変更手段を有
する。

【００２０】従って、インバータの入力部の開閉器によ
り、コンバータに接続される複数台のインバータの平滑
コンデンサ総容量が変動しても、コンデンサ容量計測手
段が、コンバータから平滑コンデンサを予備充電する際
に、ある一定の電流が流れている間の電圧の増加量によ
り、平滑コンデンサ総容量を計測し、この計測値より、
コンバータの電圧制御あるいは電流制御ゲインを変更す
ることができるので、制御系の安定性、即応性を損なう
ことがない。

【００２１】また、請求項６記載の本発明の電力変換装
置において、コンデンサ容量計測手段が、コンバータか
ら平滑コンデンサを予備充電する際に、ある一定の電流
により所定の電圧値に到達するまでの時間により平滑コ
ンデンサ総容量を計測し、このコンデンサ容量計測手段
の計測値を基に、上記コンバータの電圧制御ゲインもし
くは電流制御ゲインを変更するゲイン変更手段を有す
る。

【００２２】従って、インバータの入力部の開閉器によ
り、コンバータに接続される複数台のインバータの平滑
コンデンサ総容量が変動しても、コンデンサ容量計測手
段が、コンバータから平滑コンデンサを予備充電する際
に、ある一定の電流により所定の電圧値に到達するまで
の時間により平滑コンデンサ総容量を計測し、この計測
値より、コンバータの電圧制御あるいは電流制御ゲイン
を変更することができるので、制御系の安定性、即応性
を損なうことがない。

【００２３】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）本発明の第１の実施の形態の実施
例を図１に示す。図１は、コンバータに対して負荷側の
インバータ装置が複数台のときを表わしている。

【００２４】本実施の形態は、共通電源方式を示したも
ので、コンバータ２から出力された直流電圧Ｖｄｃが共
通に与えられ、それぞれ直流電圧を所望の周波数の交流
電圧に変換し、それぞれの交流電動機８を駆動する複数
のインバータ５が備えられている。

【００２５】コンバータの予備充電時、電流検出器１２
より予備充電中の電流信号Ｉｆｅｄがコンデンサ容量検
出器１４に入力される。予備充電中の直流電圧Ｖｄｃは
一定のレートで変化し続け、ある値に達すると直流電圧
Ｖｄｃは一定値となる。この時コンデンサ容量検出器１
４は、電流信号Ｉｆｅｄの入力がゼロとなり、運転停止
するまでこの入力を遮断する。図２に、予備充電中の直
流電圧Ｖｄｃ・電流信号Ｉｆｅｄに関する波形図を示
す。コンデンサ容量検出回路１４では、式（１）により
平滑コンデンサ総容量Ｃｘを算出する。

【００２６】

【数１】

【００２７】この結果から、コンバータの予備充電中に
おいて、電力変換装置の平滑コンデンサ（Ｃｏ）４と負
荷側に接続されるインバータの平滑コンデンサ（Ｃｎ）
７の総容量Ｃｘが、コンバータ内部で計測することが可
能となる。

【００２８】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態の実施例を図３に示す。図３は、コンバー
タに対して負荷側のインバータ装置が複数台のときを表
わしている。

【００２９】コンバータの予備充電時、出力電圧検出器
９より予備充電中の電圧信号Ｖｆｅｄがコンデンサ容量
検出器１４に入力される。予備充電中の電流値はある一
定量流れた後ゼロとなる。この時コンデンサ容量検出器
１４は、電圧信号Ｖｆｅｄの入力が一定となり、運転停
止するまでこの入力を遮断する。これにより、上記に示
した式（１）から、平滑コンデンサ総容量Ｃｘを算出す
る。

【００３０】（第３の実施の形態）本発明の第３の実施
の形態の実施例を図４に示す。図４は、コンバータに対
して負荷側のインバータ装置が複数台のときを表わして
いる。

【００３１】コンバータの予備充電時、出力電圧検出器
９及び電流検出器１２より予備充電中の電圧信号Ｖｆｅ
ｄ及び電流信号Ｉｆｅｄがコンデンサ容量検出器１４に
入力される。電圧信号Ｖｆｅｄがある一定量まで増加す
るのに対して、電流信号Ｉｆｅｄはある一定量流れ、電
圧信号Ｖｆｅｄが一定量に達したら、電流信号Ｉｆｅｄ
はゼロとなる。この時コンデンサ容量検出器１４は、運
転停止するまでこれらの入力を遮断する。

【００３２】これによりコンデンサ容量検出器１４に信
号が入力されてから遮断するまでの時間を算出し、上記
に示した式（１）から、平滑コンデンサ総容量Ｃｘを算
出する。

【００３３】（第４の実施の形態）本発明の第４の実施
の形態の実施例を図５に示す。図５は、コンバータに対
して負荷側のインバータ装置が複数台のときを表わして
いる。

【００３４】この実施例は共通電源方式を示したもの
で、コンバータ２から出力された直流電圧Ｖｄｃが共通
に与えられ、それぞれ直流電圧を所望の周波数の交流電
圧に変換し、それぞれの交流電動機８を駆動する複数の
インバータ５が備えられている。

【００３５】コンバータの予備充電時、電流検出器１２
より予備充電中の電流信号Ｉｆｅｄがコンデンサ容量検
出器１４に入力される。予備充電中の直流電圧Ｖｄｃは
一定のレートで変化し続け、ある値に達すると直流電圧
Ｖｄｃは一定値となる。この時コンデンサ容量検出器１
４は、電流信号Ｉｆｅｄの入力がゼロとなり、運転停止
するまでこの入力を遮断する。コンデンサ容量検出回路
１４では、上記に示した式（１）により平滑コンデンサ
総容量Ｃｘを算出する。

【００３６】この平滑コンデンサ総容量Ｃｘと、電力変
換装置の平滑コンデンサ（Ｃｏ）４とを比較し、その変
化分に対して電圧制御回路１０及び電流制御回路１１の
制御パラメータのゲイン設定値を変更する。式（２），
（３）より、各制御パラメータの変化分Ｇｖ，Ｇａを表
わす。

【００３７】

【数２】Ｇｖ＝Ｋｖ（Ｃｘ／Ｃｏ）・・・・・（２）Ｇｖ：電圧制御基準ゲイン設定値Ｋｖ：電圧ゲイン定数

【００３８】

【数３】Ｇａ＝Ｋａ（Ｃｘ／Ｃｏ）・・・・・（３）Ｇａ：電流制御基準ゲイン設定値Ｋａ：電流ゲイン定数この各ゲイン設定値を変更することにより、電力変換装
置の負荷側の平滑コンデンサの容量が変化しても、制御
の安定性を図ることが可能である。

【００３９】（第５の実施の形態）本発明の第５の実施
の形態の実施例を図６に示す。図６は、コンバータに対
して負荷側のインバータ装置が複数台のときを表わして
いる。

【００４０】コンバータの予備充電時、出力電圧検出器
９より予備充電中の電圧信号Ｖｆｅｄがコンデンサ容量
検出器１４に入力される。予備充電中の電流値はある一
定量流れた後ゼロとなる。この時コンデンサ容量検出器
１４は、電圧信号Ｖｆｅｄの入力が一定となり、運転停
止するまでこの入力を遮断する。これにより、上記に示
した式（１）から、平滑コンデンサ総容量Ｃｘを算出す
る。

【００４１】この平滑コンデンサ総容量Ｃｘと、電力変
換装置の平滑コンデンサ（Ｃｏ）４とを比較し、その変
化分に対して上記に示した式（２），（３）より、電圧
制御回路１０及び電流制御回路１１の制御パラメータの
ゲイン設定値を変更する。

【００４２】（第６の実施の形態）本発明の第６の実施
の形態の実施例を図７に示す。図７は、コンバータに対
して負荷側のインバータ装置が複数台のときを表わして
いる。

【００４３】コンバータの予備充電時、出力電圧検出器
９及び電流検出器１２より予備充電中の電圧信号Ｖｆｅ
ｄ及び電流信号Ｉｆｅｄがコンデンサ容量検出器１４に
入力される。電圧信号Ｖｆｅｄがある一定量まで増加す
るのに対して、電流信号Ｉｆｅｄはある一定量流れ、電
圧信号Ｖｆｅｄが一定量に達したら、電流信号Ｉｆｅｄ
はゼロとなる。この時コンデンサ容量検出器１４は、運
転停止するまでこれらの入力を遮断する。

【００４４】これにより、コンデンサ容量検出器１４に
信号が入力されてから遮断するまでの時間を算出し、上
記に示した式（１）から、平滑コンデンサ総容量Ｃｘを
算出する。

【００４５】この平滑コンデンサ総容量Ｃｘと、電力変
換装置の平滑コンデンサ（Ｃｏ）４とを比較し、その変
化分に対して上記に示した式（２），（３）より、電圧
制御回路１０及び電流制御回路１１の制御パラメータの
ゲイン設定値を変更する。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、コンバータにインバー
タの接続台数が変化することにより平滑コンデンサの総
容量が変動しても、その値を予備充電時に計測し、制御
系のパラメータを変更することにより電圧制御及び電流
制御系の安定性、即応性を損なうことなく運転すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す概要構成
図。

【図２】図１に示した第１の実施の形態のプリチャ
ージ時の波形図。

【図３】本発明の第２の実施の形態を示す概要構成
図。

【図４】本発明の第３の実施の形態を示す概要構成
図。

【図５】本発明の第４の実施の形態を示す概要構成
図。

【図６】本発明の第５の実施の形態を示す概要構成
図。

【図７】本発明の第６の実施の形態を示す概要構成
図。

【図８】従来の電力変換装置を示す概要構成図。

【図９】従来の電力変換装置におけるコンデンサ容
量の変化よる電圧フィードバック波形図。

【符号の説明】

１・・・交流電源２・・・コンバータ３・・・平滑リアクトル４・・・平滑コンデンサ（Ｃｏ）５・・・電圧形インバータ装置６・・・開閉器７・・・平滑コンデンサ（Ｃｎ）８・・・交流電動機９・・・出力電圧検出器１０・・電圧制御回路１１・・電流制御回路１２・・電流検出器１３・・位相制御回路１４・・コンデンサ容量検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流電源からの交流を直流に変換する
コンバータと、このコンバータの出力側に設けられた開
閉器を介して接続され、コンバータから出力された直流
を任意の周波数を有する交流に変換し、交流電動機を駆
動する複数のインバータと、前記コンバータと前記複数
のインバータ間に設けられ、前記コンバータからの直流
電圧を平滑する複数の平滑コンデンサと、前記コンバー
タから前記平滑コンデンサを予備充電する際に、電圧を
所定値まで一定のレートで増加しているとき前記平滑コ
ンデンサヘ流入する電流信号により前記複数の平滑コン
デンサの総容量を計測するコンデンサ容量計測手段とを
具備したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】前記コンデンサ容量計測手段が、前記
コンバータから前記平滑コンデンサを予備充電する際
に、ある一定の電流が流れている間の電圧の増加量によ
り、前記複数の平滑コンデンサの総容量を計測すること
を特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】前記コンデンサ容量計測手段が、前記
コンバータから前記平滑コンデンサを予備充電する際
に、ある一定の電流により所定の電圧値に到達するまで
の時間により前記複数の平滑コンデンサの総容量を計測
することを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項４】前記コンデンサ容量計測手段が、前記
コンバータから前記平滑コンデンサを予備充電する際
に、電圧を所定値まで一定のレートで増加しているとき
前記平滑コンデンサヘ流入する電流信号により前記複数
の平滑コンデンサの総容量を計測し、このコンデンサ容
量計測手段の計測値を基に、前記コンバータの電圧制御
ゲインもしくは電流制御ゲインを変更するゲイン変更手
段を具備したことを特徴とする請求項１記載の電力変換
装置。
【請求項５】前記コンデンサ容量計測手段が、前記
コンバータから前記平滑コンデンサを予備充電する際
に、ある一定の電流が流れている間の電圧の増加量によ
り、前記複数の平滑コンデンサの総容量を計測し、この
コンデンサ容量計測手段の計測値を基に、前記コンバー
タの電圧制御ゲインもしくは電流制御ゲインを変更する
ゲイン変更手段を具備したことを特徴とする電力変換装
置。
【請求項６】前記コンデンサ容量計測手段が、前記
コンバータから前記平滑コンデンサを予備充電する際
に、ある一定の電流により所定の電圧値に到達するまで
の時間により平滑コンデンサ総容量を計測し、このコン
デンサ容量計測手段の計測値を基に、前記コンバータの
電圧制御ゲインもしくは電流制御ゲインを変更するゲイ
ン変更手段を具備したことを特徴とする電力変換装置。