JPS6176096A - 電力変換器の電流制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は電力変換器の電流制御装置に係り、更に詳しく
は、サイリスタを用いて構成した電力変換装置によって
直流電動機や誘導性負荷を駆動するのに好適な電力変換
器の電流制御装置に関する。

〔発明の背景〕

良く知られているように、点弧位相制御により負荷に供
給する電力を可変できるサイリスタを用いた電力変換器
は各種の分野で広く用いられている１例えば、サイリス
タをグレーツ結線した電力変換器は直流電動機を駆動す
るのに一般に使用されている、サイリスタを用いた電力
変換器で負荷を駆動する場合、電力変換器の電流制御装
置によって負荷電流を所定値に制御することが一般に行
われる。電流制御装置は、負荷電流の平均値が所定値に
なるように制御するもので、具体的には電流指令値と電
流帰還値を比較して、電流帰還値が電流指令値と一致す
るように制御動作を行なう。

一方、サイリスタを用いた電力変換器は、サイリスタの
スイッチング動作によって負荷電流を制御することから
、負荷電流はスイッチング動作により脈動するようにな
る。負荷電流が脈動すると平均値を正しく検出できなく
なる。このため、負荷電流をフィルタで平滑して、電流
帰還値を得ている。しかし、平滑用のフィルタを用いる
と、そのフィルタの時間遅れのため、電流制御の応答性
が低下するのを免れない、この様な電流制御の時間遅れ
は、近年の高速応答の要請を満足させる際の問題点とな
っている。

一方、近年発達したマイクロコンピュータを電力変換器
の電流制御装置に用いて、ディジタル制御を行い、制御
機能や制御精度の向上が図られている。即ち、クイクロ
コンピユータの判断機能やデータの記憶機能を活用して
、制御精度を向上させ、更に故障診断機能を付加したり
、プラントを管理する上位制御用計算機と直接接続する
ことにより、上位制御用計算機と電流制御装置との間に
おける指令・データなどの交換機能等が要求されている
。

しかし、マイクロコンピュータでの演算は、時分割処理
によって行なわれるため、電流制御演算に要する演算時
間が電流制御のむだ時間となり、応答性を低下させる問
題点がある。

上記、フィルタの時間遅れと演算時間によるむだ時間の
影響を小さくできて、高応答性の得られる電力変換器の
負荷電流制御方式としては従来。

昭和５９年電気学会全国大会虱５２８に発表されている
ものが知られている。これは、負荷電流の変化率を制御
する電流変化率制御手段を、負荷電流の平均値を制御す
る電流制御のマイナーループに設けて、フィルタの時間
遅れにより電流制御が不安定になるのを電流変化率制御
手段によるダンピング効果で安定化し、さらに演算時間
によるむだ時間の影響を、サイリスタをスイッチング動
作させる点弧パルス発生時点の一定時間後に制御演算を
開始することによって少なくしている。

しかし、この電力変換器の電流制御装置は、負荷電流が
連続して流れる電流連続状態では良い応答が得られるが
、負荷電流が小さい場合などで電流が断続して流れる電
流断続状態では電流変化率制御によるダンピング効果の
ため、かえって電流応答が低下するという問題点がある
。このような問題点が生じるのは次の様な理由による。

即ち。

電流連続状態でのサイリスタを用いた電力変換器の負荷
電流はスイッチング時点の点弧位相角だけでは決らず、
スイッチング時点に流れている負荷電流の大きさも関係
する。このため、点弧位相角は電流の変化分によって決
める必要がある。−これが、電流変化率制御手段を設け
て制御を行えば。

電流制御を安定に高応答化できる理由となっている。と
ころが電流断続状態では、サイリスタを用いた電力変換
器の負荷電流は、スイッチング時点では零となるので、
点弧位相角だけで決まってしまうのに対して、電流連続
時と同じ電流変化率制御を行っているためである。

〔発明の目的〕

本発明は、上記した問題点に鑑み成されたもので、その
目的とするところはサイリスタを用いた電力変換装置の
負荷電流の制御を応答性を良くし、特に電流断続状態で
も電流応答性が低下することのない電力変換器の電流制
御装置を提供することにある。

〔発明の概要〕 本発明の電力変換器の電流制御装置は、電力変換器に点
弧パルスを与えるパルス発生手段と、電力変換器から誘
導性負荷に供給される負荷電流を検出し、電流検出信号
として出力する電流検出手段と、負荷電流の大きさを指
示する電流指令信号を出力する電流指令信号発生手段と
、上記電流検出信号と上記電流指令信号に基づいて、負
荷電流の平均値を制御する電流制御演算と、負荷電流の
変化率を制御する電流変化率制御演算とを、点弧パルス
発生後所定時間経過後に行ない１点弧位相角を求め、パ
ルス発生手段に供給するディジタル制御手段を備えたも
のであり、その特徴とするところは、負荷電流が連続電
流か断続電流かを検出する第１の手段とし、第１の手段
の検出結果から負荷電流が電流断続状態にあると判断さ
れた場合には、上記電流制御演算の結果のみに基づいて
点弧位相角を求める第２の手段とを備えていることにあ
る。

〔発明の実施例〕

以下、添付の図面に示す実施例により、更に詳細に本発
明について説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す図である。

同図において、サイリスタ変換器１は交流電源２から出
力される交流電流を直流電流に変換する電力変換器であ
り、変換された直流電流によって直流電動機３が駆動さ
れる。電流検出回路４はサイリスタ変換器１の負荷電流
を検出するものであり、フィルタ５は電流検出回路４か
ら出力される電流検出信号に含まれる電流リップルを平
滑して平均値をとるものである。又、Ａ／り変換器５は
、電流検出回路４から出力される電流検出信号とフィル
タ５から出力されるその平均値信号をそれぞれディジタ
ル信号である瞬時値ｉ、と平均値工、とに変換するもの
である１点弧パルス発生回路７は、マイクロコンピュー
タ９から出力される点弧位相角αを示す信号を受けて、
サイリスタ変換器１を動作させるための点弧パルスを発
生するもので。

遅れ時間回路８は点弧パルス発生回路７から点弧パルス
が出力された後、一定時間経過後にマイクロコンピュー
タ９に電流制御演算を開始させる割込信号を出力するも
のである。指令回路１０は、マイクロコンピュータ９ヘ
サイリスタ変換器１の負荷電流の大きさを示す電流検出
信号工、を出力するものであり、電流断続検出回路１１
はサイリスタ変換器１の負荷電流の状態を検出して電流
断続検出信号Ｓｌ、を出力するものである。

第２図は、電流断続検出回路１１の一具体例であり、コ
ンパレータ１１１、Ｄタイプフリップフロップ１１２と
から構成され、電流検出回路４がら出力される電流検出
信号と点弧パルス発生回路７から出力される点弧パルス
とを入力し、電流断続検出信号ＳＤを発生する。

第３図は、第２図に示す電流断続検出回路１１の動作を
説明するためのタイムチャートである。

第３図に示す様に、サイリスタ変換器１に負荷電流が流
れると、電流検出回路４から出力される電流検出信号も
図示する様に相似波形となる。電流断続検出回路１１内
のコンパレータ１１１は中入力と一人力の２人力を持ち
、中入力と一人力が等しい時には出力がＬレベルになり
、中入力が一人力よりも大きい時には出力がＨレベルに
なるように動作する。第２図に示す様に、コンパレータ
１１１の中入力には電流検出信号が加えられ、−人力は
接地されているので零が加えられていることになる。そ
のため、コンパレータ１１１の出力は第３図に示す様な
波形になる。Ｄタイプフリップフロップ１１２の動作は
良く知られているが。

簡単に説明すると、Ｄタイプフリップフロップ１１２は
、入力端子ＧＫの入力信号の立上り時における入力端子
りの入力信号状態を記憶し、その状態を出力端子Ｑから
出力し、その反転信号を出力端子てから出力する６今、
Ｄタイプフリップフロップ１１２・の入力端子りにはコ
ンパレータ１１１の出力信号が加えられ、入力端子ＧＫ
には点弧パルスが加えられている。従って、第３図に示
す如く、電流断続状態では点弧パルスの立上り時点のコ
ンパレータ１１１の出力信号はＬレベルとなるので、Ｄ
タイプフリップフロップ１１２の出力端子Ｑの出力信号
はＨレベルになり続ける。電流連続状態では、コンパレ
ータ１１１の出力信号はＨレベルとなるので、Ｄタイプ
フリップフロップの１１２の出力端子Ｑの出力信号はＬ
レベルとなる。

このようにして、電流断続状態でＨレベルとなる電流断
続検出信号Ｓｌ、を得ることができる。

第４図は、マイクロコンピュータが実行する電流制御演
算及び電流変化率制御演算を示すフローチャートである
。マイクロコンピュータ９は、遅れ時間回路８の出力信
号を割込入力端子ＩＮＴに入力し、この割込入力端子Ｉ
ＮＴに遅れ時間回路８の出力信号が加えられる毎に、フ
ローチャートに示す電流制御演算・電流変化率制御演算
を行う。

ステップＳ１において、マイクロコンピュータ９は、電
流検出回路４．フィルタ５．Ａ／Ｄ変換器６を介して形
成される負荷電流の平均値Ｉ、を取り込み、電流検出回
路４・Ａ／Ｄ変換器６を介して形成される負荷電流の瞬
時値１１を取り込む。

続いて、負荷電流の大きさを指令する電流指令信号■、
を指令回路１０から取り込み、最後に電流断続検出信号
Ｓ０を電流断続検出回路１１から取り込む。次に、ステ
ップＳ２で比例ゲインに、を電流指令信号Ｉ、と負荷電
流の平均値工、との差に掛けて電流変化率指令工１．と
する。ステップＳ３で、今回の負荷電流の瞬時値ｆ、（
ｎ）と前回の電流制御演算・電流変化率制御演算開始時
点の負荷電流の瞬時値ｉ　、（ｎ　−１）との差を求め
、その差に微分ゲインＫＤを掛けて電流変化率帰還Ｉ７
ｔを求める。ステップＳ４で、電流断続信号Ｓ０を判定
し、電流断続信号Ｓ、、がＨレベルならばステップＳ８
を処理する。電流断続信号ｓ０がＬレベルならば何も処
理せず直接ステップｓ５に進む。ステップＳ８では電流
変化率帰還Ｉ　ｒｆを零とする。つまり、ステップＳ４
とステップＳ８とで、電流断続状態には電流変化率帰還
Ｉ　ｒｆを零とし、電流連続状態ではステップｓ３で求
めた電流変化率帰還■、ｔとする処理を行う。ステップ
Ｓ５では、ステップＳ２で求めた電流変化率指令１．。

とステップＳ３又はステップＳ８で求めた電流変化率帰
還Ｉ２．との偏差工１．を求める。ステップＳ６では、
今回の点弧位相角α（ｎ）が、前回の電流制御演算時点
の点弧位相角α（ｎ−１）にステップＳ５で求めた電流
変化率偏差Ｉ　ｒｅに積分ゲインＫｆを掛けた値を加算
して求められる。ステップＳ６の処理は積分補償と同じ
機能であり、積分ゲインに１はその積分時定数を決める
ゲインである。

このようにして得られた点弧位相角α（ｎ）はステップ
Ｓ７で点弧パルス発生回路７に設定され、これによって
、所望の点弧位相で点弧パルスが発生し、サイリスタ変
換器１の負荷電流の平均値が電流指令信号■、に近づく
様に制御される。

次に、Ｗｉ流連続状履と電流断続状態での動作の差異を
、第４図に従って説明する。

電流連続状態では、ステップＳ２で計算された電流変化
率指令工２．とステップＳ３１で計算された電流変化率
帰還Ｌｔとの偏差工、がステップＳ５で計算され、それ
をステップｓ６で積分補償して次の点弧位相角α（ｎ）
を決定している。つまり、電流連続状態では電流変化率
の偏差Ｉｔａにより点弧位相角α（ｎ）が決定されるの
で、電流変化率制御が行われる。

一方、電流断続状態では、ステップｓ８で電流変化率指
令工１．が零とされるので、ステップｓ５で計算される
電流変化率の偏差工、はステップＳ２で計算された電流
変化率指令Ｉ　ｔｖそのものとなる。ステップＳ２で計
算される電流変化率指令Ｉ　？Ｐは、電流指令工、と負
荷電流の平均値工、との偏差にゲインに、を掛けたもの
であるので、本質的には電流偏差である。この電流偏差
である電流変化率偏差Ｉ　ｔｏをステップｓ６で積分補
償して。

次の点弧位相角α（ｎ）を決定するので、電流断続状態
では、電流制御のみ行われることになる。

なお、電流断続状態でも、ステップｓ３で常に電流変化
率帰還Ｌｆを計算しであるので、電流連続状態になって
電流変化率制御を再開する場合、滑らかに移行すること
ができる。

第５図は、第４図に示したフローチャートの電流制御演
算・電流変化率制御演算をマイクロコンピュータ９が実
行する場合の一例を示すタイムチャートである。第５図
に示す様に、点弧パルス発生回路７から点弧パルスが出
力されると、サイリスタ変換器１の負荷電流は第５図に
示す様に流れる。電流検出回路４は、この負荷電流を検
出し、第５図に示す様な電流検出信号を出力する。フィ
ルタ５は、この電流検出信号から電流リップルを除却し
、第５図に示す様な負荷電流の平均値信号工、を出力す
る。尚、瞬時値ｉ、の波形は、電流検出信号の波形と等
しくなる。

点弧パルス発生回路７から出力される点弧パルスのアオ
論理をとったパルス信号は、遅れ時間回路８に加えられ
る。このため、遅れ時間回路８は、点弧パルスが出力さ
れた時刻からあらかじめ設定された時間ｔ４だけ遅れた
時刻に、割込信号を発生する。この割込信号は、マイク
ロコンピュータ９の割込入力端子ＩＮＴに入力される。

マイクロコンピュータ９は１割込信号を受けると、第４
図に示した電流制御演算を開始する。

マイクロコンピュータ９は、電流制御演算・電流変化率
制御演算開始時点の電流検出回路４の電流検出信号をＡ
／Ｄ変換器６を介して瞬時値ｉｔとして取り込む。

フィルタ５の出力をＡ／Ｄ変換器６を介して負荷電流の
平均値Ｉ、として取り込み、電流制御演算・電流変化率
制御演算を開始する。マイクロコンピュータ９は、電流
制御演算・電流変化率制御演算にｔｏの演算時間を要し
、制御演算の最後で点弧位相角αを点弧パルス発生回路
７に設定する。

それにより、新たな点弧パルスが発生する６すなわち、
第５図の如きタイミングで電流制御演算・電流変化率制
御演算を行うと、この制御演算に要する時間ｔ。だけ前
の負荷電流の平均値Ｉｔ　・瞬時値ｉ、を用いて新たな
点弧パルスを発生できるので、マイクロコンピュータの
時分割処理による制御演算のむだ時間の影響を最小限に
できる。このようにして、点弧パルス発生毎に一回しか
電流制御演算・電流変化率制御演算を行わない、長い制
御演算周期（サンプリング周期）でも良好な電流制御特
性を得ることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、負荷電流が電流連続状態にあるときは
電流制御と電流変化率制御の置方を行ない、負荷電流が
電流断続状態にあるときは電流制御だけを行なうことが
可能になるため、電流連続状態と電流断続状態の双方で
、高い応答性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
第１図に示す電流断続検出回路１１の一構成例を示すブ
ロック図、第３図は第２図に示す電流断続検出回路の動
作を示すタイムチャート、第４図は第１図に示す実施例
におけるマイクロコンピュータの演算処理動作の概略を
示すフローチャート、第５図は第１図に示す実施例にお
けるマイクロコンピュータの演算処理動作開始タイミン
グを説明するためのタイムチャートである。 １・・・サイリスタ変換器、２・・・交流電源、３・・
・直流電動機、４・・・電流検出回路、５・・・フィル
タ、６・・・Ａ／Ｄ変換器、７・・・点弧パルス発生回
路、８・・・遅れ時間回路、９・・・マイクロコンピュ
ータ、１０・・・指令回路、１１・・・電流断続検出回
路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、点弧位相制御され誘導負荷に供給する電力を可変す
   る電力変換器に、点弧パルスを与えるパルス発生手段と
   、電力変換器から誘導性負荷に供給される負荷電流を検
   出し電流検出信号として出力する電流検出手段と、負荷
   電流の大きさを指示する電流指令信号を出力する電流指
   令信号発生手段と、上記電流検出信号と上記電流指令信
   号に基づいて、負荷電流の平均値を制御する電流制御演
   算と、負荷電流の変化率を制御する電流変化率制御演算
   とを、点弧パルス発生後所定時間経過後に行ない、点弧
   位相角を求め、パルス発生手段に供給するディジタル制
   御手段とを備えた電力変換器の電流制御装置において、
   負荷電流が連続電流か断続電流かを検出する第１の手段
   と、第１の手段の検出結果から、負荷電流が電流断続状
   態にあると判断された場合には、上記電流制御演算の結
   果のみに基づいて点弧位相角を求める第２の手段とを備
   えていることを特徴とする電力変換器の電流制御装置。 ２、上記ディジタル制御手段は、負荷電流が電流断続状
   態であり、電流変化率制御を演算の結果を点弧位相角を
   求めるのに用いない場合でも、常に電流制御演算を実行
   していることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   電力変換器の電流制御装置。