JPS62233070A - 電流形コンバ−タのパルス制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電流形コンバータのパルス制御装置に係り、特
に入力電流を正弦波化するのに好適な電流形コンバータ
のパルス制御装置に関する。

〔従来の技術〕

三相全波整流回路に６個の半導体スイッチ（逆阻止機能
を有するＧＴＯやダイオードとＧＴＯやトランジスタの
直列回路）５１〜５６を用い、直流出力に直流リアクト
ル４．電源入力端にコンデンサ２を接続した電流形コン
バータを第２図に示す、この方式は「昭和６０年度電気
学会全国大会、５０２　　正弦波入出力電流形ＧＴＯイ
ンバータシステム」　（本部光幸他３名）等にその回路
方式が示されている。半導体スイッチの制御信号は三角
波状の、電源より周波数が十分大きい搬送波と所要の出
力電圧によってその波高値が変わる変調波を比較するこ
とによって得ることが多い。

しかし、この場合、搬送波発生回路、変調波発生回路、
比較回路が蔓れぞれ必要となり、パルス制御回路が複雑
となり、高価となる欠点があった。

またパルス制御装置をアナログ回路で構成するとパルス
幅のバラツキが問題となるため、これをマイクロコンピ
ュータ等を用いてデジタル回路で構成しようとする試み
もなされているが、この場合も搬送波と変調波を利用す
ると回路やプログラムが複雑となり、またマイクロコン
ピュータの処理時間をほとんど占有してしまい、他の処
理ができなくなるなどの問題を生じる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は電源波形の正弦波化という点にくふうは
されているものの、その完成度はバラツキなどを含めて
安定したものにはなっておらず、コンバータの入力正弦
波化という点について開運があった。

本発明の目的はコンバータの入力波形を正弦波化できる
ようにパルスパターンを発生する手段を提供するにある
。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は三相正弦波の波高値に応じて所定時間を按分
するようにコンバータの各構成素子に消点弧パルスを発
生させることにより、達成される。

〔作用〕

位相を求める手段は１２０°位相差の三本の正弦波の波
高値を検索する元となる数値を所定時間ごとに求めるよ
うに動作する。消点弧素子を決定する手段は上記位相情
報に応じて少なくとも所定時間内に消点弧すべき素子を
決定するよう動作する。パルス幅データ算出は位相情報
と電流偏差から得られる通流率情報に応じて所定時間を
３本の正弦波の波高値に按分するデータを求めるように
動作する。パルスパターン発生は上記消点弧すべき素子
と按分されたパルス幅データに応じて該当素子にパルス
パターンを配合するように動作する。

これらの作用によってコンバータの電源電流波形は正弦
波化できるようになり、コンバータから高調波成分が流
出するようなことがない無公害コンバータを実現できる
。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

１は交流電源、２は入力端コンデンサ、３は電源電圧を
検出するための検出器、４は直流リアクトル、５１〜５
６は電流形コンバータを構成する素子、６は負荷、７は
電流指令入力端子、８は電流検出器、９は電流偏差を求
める比較器、１０はパルスパターン制御を行うワンチッ
プマイコンである。その内部は指令の入力ポート１０１
、内部バス１０２、プログラムやパルス幅データテーブ
ル等を格納するＲＯＭＩＯ３，一時記憶やレジスタとし
て用いられるＲＡＭ１０４、演算等を実行するＡＬＵ１
０５．出力ポート１０６に所定のパルスパターン（事象
）を出力するように事象設定を行う事象設定レジスタ１
０７、この事象をいつイネーブルにするか時刻設定を行
う時刻設定レジスタ１ｏ８５両設定レジスタの内容を連
結し保持する保持レジスタ１０９、保持レジスタに設定
されたいく組かの設定データが格納される連想メモリ１
１０、タイマ１１１と連想メモリ１１０内の設定時刻内
容とを比較し、等しい時出力を発生する比較部１１２、
比較部１１２からのトリガを受は設定された事象を出力
ポート１０６に出力制御する実行コントローラ１１３な
どで構成される。

次にこの第４成における動作についてフローチャートを
用いて説明する。

第３図、第５図は大きな２つの処理系のフローチャート
を示している。

第３図は出力ポート１０６に発生させる事象つまりパル
スパターンを求める事象算出処理プログラムＦ１００Ｏ
の概略フローチャートである。まずＦＩｌｏｏで総合位
相ＯＴを求める準備をする。

周波数指令ω１傘　は交流電源の周波数値をあらかじめ
書き込んでおく、位相指令θ拳は第４図に特性を示すよ
うに電流偏差Δｉｔに対して決まる値である。ただしコ
ンバータがパルス幅制御だけを行い位相制御を併用しな
いような場合、すなわち出力電圧を零近くまで制御する
必要のない場合にはこの値を零にすればよい。

次にこの周波数指令ωｌ傘　を一定時間Δｔ工ごとに積
分し１位相指令０−を減算して総合位相θＴを処理Ｆ１
２００で求める。

次に電気角３６０’を６０’ごとに分けた６つのモード
のうち、今回求めた総合位相０丁ではどのモードのパル
スパターンを出力すればよいが。

つまりθＴに応じて出力事象をＦ１３００の処理で求め
る。なお０丁と６つのモードとの関係は後に詳述する。

さらに最後に割込みインターバル６１１間にパルスパタ
ーンを変化させるが、変化をさせるまでの時間をθＴと
のデータテーブルを参照することによって求めておく処
理をＦ　１４００で行う、この処理によって２つのレジ
スタに設定する事象内容と事象変化時刻が求まったこと
になる。

次に先に述べたおいた２つの項目を出力ポート制御用の
連想メモリに設定する処理Ｆ２０００を第５図に示す。

まずＦ２１００で６コのトランジスタに必要な事象設定
と時間設定が完了したかどうかを判断し、Ｎｏであれば
Ｆ２２００で該当する事象設定を行い、Ｆ２３００で事
象変化の時間設定を行い処理を終る。

次にこれら２つの処理Ｆ１００ＯとＦ２０００がどのよ
うな時間経過で起動されるかを第６図に示す６事象設定
処理Ｆ２０００はΔｔ１ごとに生じるタイマ割込みに同
期して起動される。一方事象算出処理Ｆ１００Ｏはタイ
マ割込みに先立って生じる第２のタイマ割込みによって
起動されＦ２０００起動前に事象算出処理を完了させる
。

事象算出処理Ｆ１００Ｏを事象設定処理Ｆ　２０００の
直前で完了させるようにしたのは最新データをＦ２００
０で使えるようにしたためである。勿論タイマ割込み間
隔分のむだ時間要素が入ってもよい場合にはＦ２０００
に引き続いてＦｌｏｏＯを行えばよい。その場合には割
込み判定に要する時間が短くなるので割込み間隔Δｔ１
を短く設定でき変換器の高周波化が可能となる。

なお本発明では所定事象と時刻設定が終れば、マイコン
内の空想メモリ部が出力ポート制御を引き受けるので主
プロセツサ部は出力処理から解放される。

次に第７図を用いて処理Ｆ１３００のパルスパターンの
決定について説明する。電源の三相交流電圧は、第８図
に示すように、電気角３６０’を６０″ごとの６組のモ
ードＭ１〜ＭＢに分け、これをくり返すことになる。そ
して、６０”　を区間とする６組のモードＭ　ｉ　＝　
Ｍ　ｅを総合位相θＴで選択し、パルス分配すればよい
、そのフローチャートが第７図である。

第８図から分るように、Ｍｓ〜Ｍｓの各モードの波形は
、相の違い、正負極性の違いを考慮すれば、全く同一波
形となっている。即ち、Ｍ２モードはＭｌモードの正負
を入り換えたもの、ＭδモードはＭｌモードと同一波形
であり、相が異なっている丈であり、Ｍａ〜Ｍ６につい
ても、Ｍ！。

Ｍ８と同じようにＭＬモードの波形と同一形状となって
いる。従って、各モードにおけるＰＷＭパルスパターン
の作成手順は、Ｍ１モードにおけるＰＷＭパルスパター
ン作成手順をそのまま適用し、点弧あるいは消弧するト
ランジスタ群を総合位相０丁により選択するようにすれ
ば良い。

次にモードＭｔにおけるパルスパターン作成方法につい
て、第９図で説明する。位相０丁が決まると入力電流を
ほぼ正弦波とするには、各相のパルス幅を正弦波の波高
値の比に通流率γ傘を掛けた値に割込み間隔Δｔ１を分
配すれば良い。即ち、Ｕ相のパルス幅Ｔ１は Ｔｚ＝Δｔｔ　　１ｓｉｎθＴ”γ拳・・・・・・（１
）Ｗ相のパルス幅Ｔ２は Ｔｚ＝Δｔｚ　　・５ｉｎ（θｔ−２４０’）　　・７
”・・・・・・（２） ■相のパルス幅Ｔａは Ｔ　ｓ　＝Ｔ　１　＋　Ｔ　ｚ　　　　　　　　　　・
・・・・・（３）となるように制御すればよい。

これらの（１）〜（３）式の演算は、結果を第１０図に
示すようにテーブル化しておき、位相ＯＴが決まれば求
められるようにしておくと処理速度の向上が図れる。

上述した第９図のパルスパターン作成方法はモードＭ２
〜ＭＢのケースにも適用するが、点弧あるいは消弧すべ
きトランジスタは変更する必要がある。モード別トラン
ジスタの組合せを第１１図に示す。従って、θ′Ｔがわ
かればモードがかわり、消点弧すべきトランジスタが特
定でき、その消点弧幅は、第９図の方法により決定する
ことができる。

第１２図に動作モードとトランジスタ５１〜５６に与え
られるポート出力信号３５１〜Ｓ５６の例を示す。モー
ドに電気角上のばらつきがあるのは周波数送金ωｌ−に
対してタイマ割込み間隔Δｔｘ　が非同期であるために
生じており、これをなくすにはω１１１に対してΔｔ１
ちょうど割り切れるような値に設定すればよい。それで
はこの図のモード１のはじめの部分を例にとって具体的
に事象設定処理のフローチャートを第１３図に示す。

第５図では概略説明のためのループ構成で説明したが、
実際には第１３図に示すように直列的に流れる処理とし
ている。このフローチャートは第１２図の時点ｔｏから
ｔｏ＋Δｔ１までの１つのタイマ割込み期間用の事象設
定処理を示す、まずｔｏで割込みが生じるとＦ２４１０
でこのモード１で常時点弧するトランジスタ（５５）と
第１の事象発生までの間点弧するトランジスタ（５１）
にすぐに点弧信号が発生するように事象セットと時刻セ
ットをそれぞれのトランジスタについて組のセットを行
う。すなわち５５と５１に対応するポー１−１と５にＩ
Ｉ　Ｉ　ＩＩを発生するよう事象セットを行い１次に時
刻セットとして今の時刻ｔｏに所定時間ｔｄを加えて所
定レジスタにセラ１へする。

すぐに点弧するのであるからｔｄは十分に小さな値を選
べばよい。これによって事象と時刻が連想メモリにセッ
トされスケジュール的にｔｄ経過後５５と５１に″１′
″信号が出力される。

Ｆ２４２０では位相指令θ傘の急変等で動作モードが前
回と変わったことを想定して、このモードでは消弧状態
にあるべきトランジスタの消弧確認処理を行う、処理は
Ｆ２４１０と同様連想メモリを用いるが、ここでは事象
が消弧であるのでポート２，３，４，６にＬｉ　ＯＩＩ
を発生するよう事象セットを行う。

次に時点ｔｏ＋Ｔｚで５１が消弧するようなスケジュー
ルを処理をＦ２４３０で行う。事象はポート１に“０″
出力であり１時刻はｔｏ＋Ｔｚ　をセットする。仮にｔ
ｄがある程度大きな値であれば、この時点で同一タイマ
割込み内で１つの出方ポートについて複数の事象が時刻
をへだててスケジュールされたことになる。

さらにＦ２４４０では５１の消弧に代わって５３点弧の
スケジュール設定が行われる。

なおここでは５１の消弧と５３の点弧を同一時刻とした
が、過電圧防止として電流形コンバータでは“１″期間
をラップさせ、電圧形では非ラツプ期間を作るためＴ１
の時間をＦ２４３０とＦ２４４０で変える考慮も可能で
ある。

また第２の事象発生点ｔｏ　＋Ｔ１　＋Ｔ２で５３を消
弧するスケジュール（Ｆ２４５０）　、５２を点弧する
スケジュール（Ｆ２４６０）’ｌｌｔ’つづいて行う。

このように位相０丁の算出、θＴに基づいて消点弧すべ
きトランジスタを決定し、さらに０丁によって消点弧す
る時間を決定し、最後に消点弧すべきトランジスタとそ
の時刻を対にしてスケジュールを組むという処理を所定
時間Δｔｌごとに行うようにした。この一連の処理によ
り従来の搬送波と変請波との比較による方式とくらベマ
イクロプロセッサが常時比較に拘束されるというような
不具合がなくなるかがりが、ｆｆｉ　ｔｊＩＸ電流波形
は正弦波化され高調波成分を電源にたれ流さないという
工業上のメリットも大きい。

以上の説明では電源との同期化については特にふれてい
ないが、Δｔ１ごとにくり返される一連の処理を電源の
ゼロクロス信号に同期させる完全同期処理、ゼロクロス
信号でΣω工拳Δｔ１をリセットする同期方式等が考え
られるが本パルス制御方式はこれら同期方式に大きな制
約を受けるものではない。

また上述の説明では出力電圧をＯまで制御できるように
パルス幅制御と位相制御を併用する方式を用いたが、そ
の必要がない場合には総合位相θ丁算出時に位相制御成
分による位相値を省略すればよい。

また事象設定処理Ｆ２０００内のスケジュール処理に第
１図ではワンチップマイコン内のプログラマブル１７０
機能を利用したが、ポートの不足あるいはポート出力信
号のチェック等でワンチップマイコン内のプログラマブ
ルエ／○を用いず。

同等の機能を有する外付は周辺Ｉ１０を用いても本発明
の効果が損われないのは言うまでもない。

第８図において、モードＭｌはさらに細かく検討すると
Ｏ≦θ丁≦３０’までの小モードｍ１の繰り返しである
ことが分る。従って、第１４図のような処理を第７図の
処理Ｍｓ−Ｍｅの冒頭で行なうと、パルス分配テーブル
は、０≦θＴ≦３０″の１ケで３６０’全領域制御でき
ることになる。

このように、０≦θＴ≦３０″の狭い範囲のテーブルで
処理することは、キュリア周波数を高め、正弦波近似を
より精密にすることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば電流形コンバータの電源電流波形を正弦
波化することができるので、電源に高周波成分を流出さ
せない理想的なコンバータを実現できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の全体構成図、第２図は本発明が採用さ
れる電流形コンバータの略図、第３図〜第１４図は本発
明の一実施例を説明するための図である。 ５１〜５６・・・電流しゃ新機能素子、１０・・・ワン
チップマイコン、１０７・・・事象設定レジスタ、１０
８・・・時刻設定レジスタ、１ｏ９・・・保持レジスタ
、１１０・・・連想メモリ、１−６・・・出力ボート、
１１１・・・タイマ、１１２・・・比較部、１１３・・
・実行コントローラ、Ｆｌｏｏｏ・・・事象算出処理、
Ｆ２０００・・・事象設定処理、ω１＊・・・周波数指
令、０＊・・・位相指令、０丁・・・総合位相指令、Ｔ
１・・・第１の事象発生までの時間、Ｔｌ　＋Ｔ２・・
・第２の事象発生までの時間、Δｔｌ・・・タイマ割込
間隔、γ傘・・・通流率。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、電気角１２０°の位相差をもつ三相正弦波の位相を
   求める手段、該位相値から消点弧すべきインバータ構成
   素子を決定する手段、該位相値から上記三相正弦波の波
   高値に比例したパルス幅データを求める手段、上記消点
   弧すべき素子と上記パルス幅データから該当素子にパル
   スパターンを発生する手段を備えたＰＷＭ制御電流形コ
   ンバータにおいて、位相値からパルス幅データを求める
   手段は電気角３０°又は６０°分のデータを繰り返し使
   用することにより全領域のパルスパターンを発生するよ
   うにしたことを特徴とするコンバータのパルス制御装置
   。