JPS62217859A - パルス幅変調電力変換器の制御装置 - Google Patents

パルス幅変調電力変換器の制御装置

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JPS62217859A
JPS62217859A JP61056830A JP5683086A JPS62217859A JP S62217859 A JPS62217859 A JP S62217859A JP 61056830 A JP61056830 A JP 61056830A JP 5683086 A JP5683086 A JP 5683086A JP S62217859 A JPS62217859 A JP S62217859A
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清 仲田
Kiyoshi Nakamura
清 中村
Wataru Miyake
亙 三宅
Toshihiko Ishida
俊彦 石田
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、PWMコンバータの制御装置に係り。
特に交流電気車の主回路に好適なPWMコンバータの制
御装置の構成に関する。
〔従来の技術〕
近年の電力用半導体デバイスの発達は目覚しく、このよ
うなデバイスを用いた電力変換装置が産業用から家庭用
に至るまで広く用いられるようになってきた。
その中では、古くから用いられている交流電力を直流電
力に変換するAC−DCコンバータは普及率も高く、ま
た、大容量化も進んでいる。しかしながら、従来のよう
なAC−DCコンバータでは交流入力電流に多くの高調
波を含むため、これが誘導障害を引き起こす原因となり
、深刻な社会問題となりつつある。
一方、最近の省エネルギーに対する関心は高く、特に、
電源力率の改善は大きな課題の1つであり、力率改善形
のAC−DCコンバータの開発が多方面で進められてい
る。
このような〒r景のもとに、最近脚光を浴びている装置
にパルス幅変調電力変換器(以下単にPli1Mコンバ
ータと呼ぶ)がある。このPWMコンバータは、スイッ
チング素子のスイッチング周波数を充分に高められれば
、電源からコンバータに供給される交流入力電流(以下
単に交流電流と呼ぶ)をほぼ正弦波化できる。また、P
WMコンバータの交流側入力電圧(以下コンバータ入力
電圧と呼ぶ)の大きさと位相を調節することにより電源
力率をほぼ1にでき、さらに電源力率=1の状態で順変
換動作のみならず逆変換動作も可能であるという特徴を
もつ。
例えば、電気学会研究会資料RAT−86−5(198
6年1月24日)、第39頁から第48頁に記載の制御
装置参照。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、一般には、PWMコンバータを構成するスイッ
チング素子の性能にPWMコンバータの能力が大きく依
存しており、交流電流や変調周波数等が制限を受けてい
る。特に電流に関しては、交流電流に含まれるリップル
電流を考慮して、ある程度余裕を持った設計とする必要
があり、そのために、スイッチング素子の電流利用率を
最大限まで高めることができなかった。
本発明の目的は、PWMコンバータの交流電流をスイッ
チング素子の許容する範囲内で最大限まで供給できるよ
うにして、PWMコンバータの能力を最大限まで引き出
すことにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、直流電圧を制御する直流電圧調節器の出力
にリミッタを設け、このリミッタ値をPWMコンバータ
を構成するスイッチング素子の電流耐量に応じて設定す
ることにより達成される。
本発明の望ましい一実施態様においては、PwMコンバ
ータの交流入力電流のピーク値に応じて上記リミッタ値
を調整するように構成する。
〔作用〕
このように構成することにより、負荷変動や電源電圧変
動等により直流電圧が変動して直流電圧調節器の出力が
設定値を越えた場合には、直流電圧調節器の出力に設け
たリミッタにより直流電流調節器の出力を制限して、コ
ンバータ入力電圧の虚軸成分を制限する。
また、このリミッタの後段にマイナーACRを設けた場
合には、コンバータ入力電流そのものを制限することと
なる。
更に、PWMコンバータの交流入力電流のピーク値に応
じて上記リミッタ値を調整すれば、スイッチング素子の
遮断電流の許容範囲ギリギリまで交流電流を流し込むこ
とができ、スイッチング素子の電流利用率を高めること
ができる。
〔実施例〕
第1図に本発明の実施例を示す。
自己消弧機能を有するGTOサイリスタ01〜G&と逆
並列に接続されたダイオードD1〜D4から構成される
主回路部は交流リアクトルACLを介して交流電源に接
続され、直流負荷側には平滑用コンデンサが接続されて
いる。
上記GTOサイリスタのオン、オフを制御して、PWM
コンバータの出力電力と電源力率を制御する制御装置は
、直流電圧の指令値E、a拳と帰還値Ea との偏差ε
11.からコンバータ入力電圧の虚軸成分1.(EC)
を演算作成する虚部設定部IPSと。
交流電源電圧と交流電流との位相の指令値φ−と帰還値
φとの偏差Eφからコンバータ入力電圧の実軸成分Re
 (E c )を演算作成する実部設定部RPSと、1
.(EC)とRe(E c)を極座標変換してコンバー
タ入力電圧の振幅指令IECIと位相指令0を作成する
座標変換器PCvおよびIEcIとθからパルス幅変調
されたゲートパルスを発生するゲートパルス発生器GP
Gから構成される。
上記虚部設定部IR5は、直流電圧の偏差εeaを入力
として交流電流指令l5o−を作成する直流電圧調節器
AVRと、その出力リミッタLMTと、リミッタの出カ
ニs傘と交流電流帰還値Isとの偏差fillからコン
バータ入力電圧の虚軸成分1.(EC)を演算して出力
する交流電流調節器ACRから成る6一方、実部設定部
RPSは、位相検出器PIIOによって検出された交流
電源電圧と交流電流との位相差φと位相差指令φ−との
偏差からコンバータ入力電圧の実軸成分Re(Ec)を
演算作成する力率調節器PFRで構成されている。ここ
で、通常は電源力率を1に保つために、φ−は順変換時
にはOaに、逆変換時には180@に設定している。
第2図に、力率1でPWMコンバータを動作させたとき
の電圧・電流のベクトル図を示す。同図に示ように、通
常は電源電圧Esと交流リアクトルACLに印加させる
電圧E+、(=Es−Ec)が直交するようにコンバー
タ入力電圧Ecを調節して、制御している。
一般には、交流電流Isは次式で表わせる。
jωL 5−Ec jωL ωL          ωL 上式から明らかなように、電源角周波数ωと交流リアク
トルのリアクタンスLが一定であれば、コンバータ入力
電圧の虚軸成分1.(EC)を調節することで交流電流
Isの実軸成分(有効分)を調節でき、また、コンバー
タ入力電圧の実軸成分分)を調節できる。したがって、
I−(EC)で有効電流の調整(電力調節)を行いなが
ら、Re(i)で力率の調整を行える。
ところで、PWMコンバータにはスイッチング素子の最
小オン時間あるいは最小オフ時間によって決定される変
調周波数の上限があり(一般には最小オフ時間によって
決定される)、そのため、交流電流isは正弦波とはな
らずに第3図に示すようなリップルを含む波形となる。
ここで、交流電流のピーク値I 5peakはスイッチ
ング素子の最大遮断電流(スイッチング素子が遮断する
電流の最大値)に相当するため、I 5peahがスイ
ッチング素子の遮断電流の許容値を越えない範囲でPW
Mコンバータを動作させる必要がある。
いま、負荷LOADの変動により直流電圧E。
が低下した場合を考える。このとき、直流電圧調節器A
VRは交流電流指令I SOSを増加して、直流電圧を
一定に保とうとする。この指令値Iso拳がGTOの最
大遮断電流に相当する交流電流のピーク値I 5pea
kが規定値を越えないようにあらかじめ設定したリミッ
タLMTのリミッタ値1sbに達したとき、交流電流指
令値Is−をIs+、に制限して、1.(EC)を制限
する。
したかつて、交流電流Isはリミッタ値ISLまで電源
から供給できるようになり、従来のように不必要に交流
電流に余裕を持たせる必要がなくなり、変換できる電力
も拡大される。
なお、負荷短絡等の故障により過電流が生じた場合には
、図示していない過電流検出器が動作して、GTOを遮
断した後、運転を停止する等の対策が考えられる。
第4図に本発明の他の実施例を示す。この実施例では、
交流電流ピーク値検出器IPDによって検出した交流電
流ピーク値I 5peahの値により、リミッタ値設定
器LMSを用いて直流電流調節器AVRの出力に設けた
リミッタLMTリミッタ値ISLを変更している立爪外
は、第1図に示した実施例と同様である。
上記リミッタ値設定器L M Sの特性の一例を第51
i!!lに示す。リミッタ値設定器LMSの出方1.S
Lは、交流電流ピーク値がl5pzに達すると減少しは
じめ、工spzで0となる。すなわち、交流電流ピーク
値l5peakがI spl を越えて上昇すると。
リミッタ値Isムは徐々に絞り込まれ、交流電流指令値
Is−がISLに達した時点でリミッタが動作する。し
たがって、交流電流のピーク値I 5peahはrsp
z以下に制限される。ここで、I spzは、過電流時
に動作する過電流検出器の動作電流設定値(Ioc)以
下に設定している。
本実施例によれば、交流電流のピーク値すなわちGTO
の遮断電流が許容最大値を越えない範囲で最大限の交流
電流を流せるため、PWMコンバータは処理電力を最大
限まで拡大できる。そのため、さらに装置の軽量・コン
パクト化も図れるようになる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、PWMコンバータの入力電流は、直流
電圧調節器の出方に設けたリミッタのリミッタ値によっ
て決定される電流値まで流せるため、スイッチング素子
の電流利用率を高めることができる。そのため、素子の
電流利用率が上った分だけPWMコンバータの最大処理
電力も拡大され、装置の軽量・コンパクト化にもつなが
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の1実施例の図、第2図はPIIMコン
バータを力率1に制御した時のベクトル図、第3図はP
WMコンバータの交流電流波形を示す図、第4図は本発
明の他の実施例を示す図、第5図は第4図のリミッタ値
設定器LMSの特性の1例を示す図である。 Es・・・交流電源電圧、Is・・・交流電流、Ec・
・・コンバータの交流入力電圧、EL・・・交流リアク
トル電圧、Ea・・・直流電圧、01〜G4・・・GT
○サイリスタ、Dz〜D4・・・ダイオード、ACL・
・・交流リアクトル、C−・・・平滑用コンデンサ、L
OAD・・・負荷、IPS・・・虚部設定部、RPS・
・・実部設定部、AVR・・・直流電圧調節器、LMT
・・・リミッタ、ACR・・・交流電流調節器、PHD
・・・位相検出器、PFR・・・電源力率調節器、pc
v・・・座標変換器。 GPGゲートパルス発生器、E−・・・直流電圧指令値
、tea・・・直流電圧偏差、Iい・・・交流電流指令
値、ε1.・・・交流電流偏差、φ噛・・・位相角指令
値。 1、(EC)・・・コンバータ入力電圧虚軸成分、Re
 (E c )・・・コンバータ久方電圧実軸成分、θ
・・・コンバータ入力電圧位相角、IEcI・・・コン
バータ入力電圧振幅、is・・・交流電流、I 5pe
ak・・・交流電流ピーク値、IPD・・・交流電流ピ
ーク値検出器、奉2国 寮30 寮S の →r−seeg

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、交流電力を直流電力に変換する逆変換動作可能なパ
    ルス幅変調電力変換器(PWMコンバータ)の直流電圧
    調節機能を有する制御装置において、直流電圧指令と直
    流電圧帰還値との偏差から上記コンバータの交流入力電
    流指令を作成する直流電圧調節器の出力側にリミツタを
    設けたことを特徴とするPWMコンバータの制御装置。 2、第1項記載のリミツタのリミツタ値は、上記PWM
    コンバータの交流入力電流のピーク値に応動して可変す
    ることを特徴とするPWMコンバータの制御装置。
JP61056830A 1986-03-11 1986-03-17 パルス幅変調電力変換器の制御装置 Expired - Lifetime JP2607471B2 (ja)

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DE87103371T DE3786024T2 (de) 1986-03-11 1987-03-10 Steuerapparat für pulsbreitenmodulierte Umrichter.

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Cited By (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT504106B1 (de) * 2006-08-24 2008-03-15 Elin Ebg Traction Gmbh Verfahren zur regelung eines netzstromrichters für schienenfahrzeuge
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