JPS63136968A - 変換器の制御回路 - 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〕 この発明は、変換器の出力電圧を高精度でかつ歪率の低
い正弦波電圧に制御する変換器の制御回路に関するもの
でめる。

〔従来の技術〕

第５図は例えばインテレツク（Ｉｎｔｅｌｅｃ　）　１
９８３（ｏｃｔ　１８〜２１　、　Ｔｏｋｙｏ　）論文
集、Ｐ、　２０５〜２１２、［インバータアウトプット
　ボルテージ　ウェーブフオーム　クローズトループ　
コントロールテクニーク（Ｉｎｖｅｒｔｅｒ　０ｕｔｐ
ｕｔ　Ｖｏｌｔａｇｅ　ＷａｖｅｆｏｒｍＣｌｏｓｅｄ
　Ｌｏｏｐ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　）
　Ｊに示された従来のインバータ制御回路を、本発明と
同様の形式に書き改めたブロック接続図であり、１はイ
ンバータ主回路、２，３は交流フィルターを構成するり
アクドルおよびコンデンサ、４は直流電源、５は負荷、
７はインバータ主回路１用のドライブ回路、８０１は正
弦波の基準電圧を発生する交流基準電圧発生回路、８０
２は増巾器、８０３はＰＷＭ変調回路で、これは比較回
路８０３ａおよび搬送波発生回路８０３ｂから構成され
ている。

次に動作について説明する。

コンデンサ３の端子間には、ＰＷＭ変調回路８０３の制
御出力に応じた正弦波状の出力電圧が得られる。一方、
交流基準電圧発生回路８０１の正弦波基準電圧と上記出
力電圧とが一致するように１増巾器８０２とＰＷＭ変調
回路８０３とがインバータ主回路１のスイッチングを制
御する。

また、ＰＷＭ変調回路８０３は三角波状の搬送波発生回
路８０３ｂと比較回路８０３ａとから構成されており、
増巾器８０２からの電圧偏差を増巾したほぼ正弦波状の
信号にもとづき、ＰＷＭ変調回路８０３のスイッチング
時点を決定している。

実際には、増巾器８０２は安定性の点から有限のゲイン
しか有していないため、交流基準電圧発生回路８０１に
対して、インバータの出力電圧は若干の偏差を持った状
態でインバータの出力電圧が、上記交流基準電圧発生回
路８０１よりの基準電圧を追従するように動作する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の変換器の制御回路は以上のように構成されている
ので、インバータ等の変換器はこれを出力側から見たと
き、非常に低インピーダンスの電圧源として動作してい
る。そこで、このインバータの負荷側で短絡事故が生じ
たシ、トランスの投入によるインラッシュ電流が流れた
シしたときに、出力電流が流れすぎて、過電流状態にな
りやすく、保護が困難罠なっていた。また、整流器など
の高調波を多く発生する負荷を接続すると、上記のよう
な制御の原理上、電圧偏差が生じて始めてそれを補正す
る制御動作を行っているため、負荷高調波に応じた電圧
歪がどうしても残るという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するため罠なされ
たもので、変換器の出力電圧の過渡応答が良く、線形負
荷、非線形負荷のどちらにも高精度で歪率の少ない正弦
波電圧を供給し、変換器の過電流に対する保護が容易、
かつ確実な変換器の制御回路を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る変換器の制御回路は、フィルタを通した
後の交流出力電圧が、目的とする値の正弦波電圧となる
ために必要な変換器の出力電流の指令値を、負荷電流に
関する情報、出力フィルタの並列コンデンサに流すべき
電流に関する情報、出力電圧と交流正弦波電圧基準との
誤差に関する情報などから生成し、この電流指令値に瞬
時に追従する電流マイナーループを設けることによって
、常に出力短絡などの過電流に対し、マイナールーズの
電流制限機能で保護するとともに、出力電圧にもとづき
、交流正弦波電圧基準を僅かに変化させ、正弦波を発生
するように構成したものである。

〔作　用〕

この発明における変換器の制御回路は正弦波出力電圧を
生じるための変換器電流指令値を、交流正弦波電圧基準
と、変換器の出力電圧にもとづき求めた出力フィルタの
並列コンデンサに流すべき電流値と、負荷に流すべき電
流値との和で与えられ、交流正弦波電圧基準は出力電圧
により僅かに補正されているので、変換器の出力電流が
、電流マイナーループにより上記指令値に瞬時応答する
ことに二って、インバータのフィルターコンデンサと負
荷インピーダンスの並列回路に、所定の正弦波電圧を発
生させるために必要な電流が流され、その結果、常に高
精度の正弦波出力電圧が得られるように動作する。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例を示すブロック図である。第１
図において、１はインバータ主回路でロシ、これは例え
ば第２図（ａ）　、　（ｂ）に示すような単相または３
相のスイッチング素子５ｌ−８４゜８６〜ＳＩＯのフル
ブリッジ構成のインバータを１〜２　ＫＨ２程度以上の
三角波キャリアでＰＷＭ変調するものなどがその例であ
る。２と３はフィルタ用のりアクドルとコンデンサ、５
は負荷ｓ６ａはインバータ電流ＩＡの検出器、６ｂは負
荷電流工りの検出器、６Ｃはインバータ出力電圧ｖｏを
検出する電圧検出器である。なお１．簡単のため、直流
電源は省略している。図において、８００番台の番号は
制御回路の構成要素であることを示す。すなわち、８０
１は正弦波の基準電圧を発生する交流基準電圧発生回路
、８０４は乗算器であり、電圧振幅指令Ｅと正弦波とを
入力として交流正弦波電圧基準ｖｏ＝Ｅｓｉｎωｔを出
力する。８０５はＣｐ　ｃｏｓ　ωｔの発生回路、８０
６は乗算器であり、電圧振幅指令ＥとＣ。

ｃｏｓωｔとを入力として、ｖｏ　に対して９０°進ん
だコンデンサ３に流すべき電流のバイアス分工ｏ　　を
出力する。８０７はこれらの基準値の時間ベースとなる
クロック発生回路である。８０Ｂは電圧偏差検出回路、
８０９は瞬時電圧制御回路で、−制御信号Ｊ。

を発生する。８１０は負荷電流の検出値ＩＬにもとづき
、負荷電流のフィードフォワード制御信号工りを発生す
るフィードフォワード制御信号発生回路、８１１は以上
３つの信号、ｌ０２Ｊｏ、ＩＬ＊の和であるインバータ
電流指令値１人を求める加算回路である。。８１２はイ
ンバータ電流指令値ＩＡをインバータの許容電流以下に
制限するリミッタ、８１３は誤差検出回路、８１４は電
流制御増幅器、８１５はインバータ電流工ＡのＰＷＭ変
調によるリップル分を除去するローパスフィルタ、８０
３はＰＷＭ変調回路で、これは例えば第３図に示す三角
波状の搬送波発生回路８０３ａと比較回路８０３ｂとよ
り構成される。８１６はインバータ出力電圧ｖｏから振
幅を検出する振幅検出回路、８１７は電圧振幅偏差検出
回路、８１８は電圧制御回路で、交流正弦波電圧基準の
振幅Ｅを発生する。

このように、この実施例の制御回路は瞬時電流制御を行
う電流マイナーループと、瞬時電圧偏差から瞬時補償電
流を求める瞬時電圧制御ループと、出力電圧の振幅を制
御する電圧制御ループとから構成されている。

次に、上記実施例の動作を第１図を参照しながら説明す
る。インバータが正弦波交流電圧を田方するために流す
べき電流指令値工Ａを求め、この指令値■Ａ＊に対して
電流マイナールーズによりインバータ電流ＩＡを瞬時に
応答させ、交流基準電圧に追従した正弦波出力電圧を得
る。すなわち、この電流マイナールーズの動作は次の通
シである。

インバータ出力電流工Ａは検出器６ａで検出されて検出
信号ＩＡＩとなシ、ローパスフィルタ８１５によってＰ
ＷＭ変調によるリップル分を除去された検出信号工人２
となる。インバータが交流基準電圧を出力するために流
すべき電流指令値工Ａ　とインバータ電流ＩＡとの誤差
を誤差検出回路８１３で検出し、増巾器８１４で増巾す
る。そして、この増巾器８１４の出刃信号ＩＥＩが１’
ＷＭ変調回路８０３の入力となシ、これの変調出力をイ
ンノ（−タに加えて、ＰＷＭｆ＃ＪＩｌする。この電流
マイナーループは、遅れを小さくシ、ゲインを尚〈する
ことによって瞬時応答させることができる。

次に、電流指令値ＩＡの求め方と瞬時電圧制御ループの
動作を説明する。インバータが流すべきｔｆｉＵ、コン
デンサ３に流れる電流工０と負荷電ｆｉＩｂである。従
って、インバータ電流指令値工Ａ＊は、コンデンサ電流
指令ＩＯと負荷電流指令値ＩＬＫ電圧偏差を最小にする
ための補正分Ｊｏを加えたものである。

コンデンサ電流指令値工０は、次のように求められる。

コンデンサの電圧ＶｔｊＰと電流Ｉｏの関係は次式で表
わされる。

＝ωＯｐ　Ｅ　ｃｏｓωを 従って、所定の正弦波電圧を得るだめにコンデンサに流
れるべき電流は、交流基準電圧Ｗｓｉｎωｔに対し９０
°進んだωＣｐ　Ｅ　ｃｏｓωｔでろる。電流ループが
この目標値を追従することにより、無負荷状態でインバ
ータは定格電圧を確立することかできる。このようにし
て無負荷電圧を確立させた状態では、インバータは電流
源に並列コンデンサを接続した状態で動作しているため
、通常の正弦波インバータに要求される低インピーダン
スの電圧源としての特性を有していない。そこで、この
発明では、インバータの電流マイナールーズを負荷の要
求゛する電流に高速で追従するように構成することによ
って、負荷から見て低インピーダンスの電圧源になるよ
うにしている。負荷の要求する電流は、整流器負荷など
では多くの高調波を含んだ歪波形となる。この歪電流波
形をフィードフォワード信号として与え遅れなくインバ
ータが出力することによって、電流源的インバータを見
かけ上圧弦波電圧源になるように構成している。

しかし実際には電流マイナールーズの遅れや誤差によ）
、例えば２０次以上の高次の高調波成分には容易に追従
することができない。ｉだ、ＰＷＭの変調によるリップ
ル成分が出力に出る。これらの高次調波成分はインバー
タのフィルターコンデンサＣｐ　３により供給され、正
弦波出力を得るようにしている。

次に、補正分Ｊｏを出力する瞬時電圧制御ループの目的
と動作について説明する。以上説明した制御系は、コン
デンサ電ｂｉ！Ｉｏを予定の正弦波電流Ｉｏ　に追従さ
せるフィードバック制御に、負荷電流指令値工りをフィ
ードフォワードしたものである。その外に設けた電圧制
御のメジャーループは、次のような種々の変動や不確定
要素による出力電圧の正弦波からの乱れを修正し、系を
安定化させる動きを持たせている。

（１）負荷電流の変化率が大きすぎて、インバータが追
従しきれぬことによる出力電圧の乱れ（幻インバータの
直流入力電圧の急変による電流ルーズの偏差にもとづく
出力電圧の乱れ（ｔｅｌ）素子のスイッチング遅れとイ
ンバータアーム短絡防止時間Ｔｄによる電流偏差 このような原因によりミ圧が乱れることによって、負荷
電流が本来の波形と、Ｉ％ｉるものとなるのでそれを検
出し、フィードフォワードすると、さらに電圧が乱れる
ことになシ、不安定な系となる。

このような原因にもとづく出力電圧の瞬間的な乱れを修
正し、系を安定化させるために、瞬時電圧制御系は補正
信号Ｊｏを高速応答で出力し、出力電圧を正弦波に保つ
作用をする。

従って％瞬時電圧制御ループにより歪率は小さくなるが
、このループが働くということは、電圧が瞬間的に乱れ
たことを意味するものであり、歪率は良好でも、電圧を
高精度に制御するのは困難である。

このような問題がないように、振幅指令Ｅ　と出力電圧
の振幅検出回路８１６の出力より、僅かに振幅指令を変
化させる電圧制御回路８１８を設け、電圧精度を高くし
ている。この制御系は、Ｅ＊を数多制御し、応答も５サ
イクル程度のもので十分である。

上記の３つの信号工ＯｐＩＬ　　＊ＪＯの和をリミッタ
８１２に通して、素子の許容電流以下に制限した信号を
電流マイナールーズの基準として与えることにより、出
力過電流はインバータ自身の特性により抑制され、使い
易いインバータとなる。

なお、上記実施例では単相インバータの場合について説
明したが、ＰＷＭ変調インバータを制御するこの概念は
、各相毎に同様の制御回路を用いて、三相交流基準電圧
を与えることにより、三相インバータに適用できる。

さらに上記実施例では電圧形インバータの場合について
説明したが、第４図に示すように高周波インバータ９０
０の出力をサイクロコンバータ９０１により制御して任
意の周波数を得、その出力をフィルター９０２を通して
から正弦波とし、負荷に供給するインバータプラスサイ
クロコンバータ方式にも同様に適用しうる。

上記説明ではコンデンサの電圧で説明しているが出力母
線の電圧と同一であるので出力量産電圧としてもよい。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、交流正弦波出力電圧
を生じるための変換器の電流指令値を作り、この電流指
令値に変換器の電流が追従するよう瞬時値制御を行うよ
うに構成したので、インバータ出力電圧の精度、過渡応
答が良く、また負荷高調波に対し歪率が少なく、負荷の
突入電流や短絡に対してスイッチング素子の過電流保護
を電流マイナーループで確実に行えるという効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による変換器の制御回路を
示すブロック接続図、第２図はこの発明の対象とするイ
ンバータの回路図、第３図はＰＷＭ変調回路のブロック
接続図、第４図はこの発明の他の実施例を示すブロック
図、第５図は従来のインバータ制御回路のブロック接続
図である。 １はインバータ主回路、３はコンデンサ、８０１は交流
基準電圧発生回路、８０３はＰＷＭ変調回路。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。 特許出願人　　三菱電機株式会社 （外２名） 吟の （ａ） （ｂ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）交流基準電圧発生回路の正弦波基準電圧とコンデ
   ンサ端子間に得られるＰＷＭ変調回路の制御出力に応じ
   た出力電圧とが一致するように上記ＰＷＭ変調回路が変
   換器のスイッチングを制御する変換器の制御回路におい
   て、上記出力電圧にもとづき交流正弦波電圧基準を補正
   する交流電圧発生手段と、出力フィルタの並列コンデン
   サに流すべき電流値を求める電流値発生手段と、負荷に
   流すべき電流値を検出する負荷電流検出手段とにより上
   記変換器の出力電流指令値を生成すると共に、この出力
   電流指令値に瞬時に追従する電流マイナーループを設け
   たことを特徴とする変換器の制御回路。
2. （２）変換器は電圧形インバータであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の変換器の制御回路。
3. （３）変換器は出力交流電力の周波数より高い周波数の
   交流電源を任意の周波数に変換するサイクロコンバータ
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の変
   換器の制御回路。