KR0143911B1 - 전력변환장치 - Google Patents

전력변환장치

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KR0143911B1
KR0143911B1 KR1019890017062A KR890017062A KR0143911B1 KR 0143911 B1 KR0143911 B1 KR 0143911B1 KR 1019890017062 A KR1019890017062 A KR 1019890017062A KR 890017062 A KR890017062 A KR 890017062A KR 0143911 B1 KR0143911 B1 KR 0143911B1
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테루누마 무쯔시로
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나까무라 기요시
이쉬다 도시히꼬
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미쓰다 가쓰시게
가부시끼가이샤히다찌세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명은 변압기를 통하여 교류를 직류로 변환하는 전력변환장치에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 변압기의 계자 왜형에 의한 2차전류의 증가를 억제하는데 호적한 펄스폭 변조형의 전력변환장치에 관한 것이다.
펄스폭 변조형(이하, PWM이라 약한다) 컨버터를 사용하는 전력변환시스템은 고효율화, 저고조파(低高調波)화를 얻고, 전력회생도 가능하고 각종 용도에의 적용이 기대되고 있다.
이와 같은 종류의 시스템에서는, 변압기는 전원과의 전기적인 절연을 유지하고 전압을 변압하기 위해 전원과 PWM 컨버터 사이에 많은 경우에 있어 설치 된다.

Description

전력변환장치
제1도는 본 발명의 1실시예에 따른 구성도.
제2도는 편자를 억제하는 방법을 설명하는 도면.
제3도는 편자전류와 보상전류의 관계를 표시하는 도면.
제4도는 편자전류에 대한 1차전류에서 구성요소의 관계를 표시하는 도면.
제5도는 제 1 도의 회로동작을 설명하는 도면.
제6도는 제 8 도까지는 다른 실시예를 설명하는 도면.
제9도는 제 7 도의 실시예의 동작을 설명하는 도면.
제10도는 복수의 컨버터로 비치된 편자보상의 구성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
Edc,Eco : 직류전압 ec: 컨버터 입력전압
CDT : 전류검출회로 i2: 컨버터 입력전류
ACL : 교류리액터 LOAD : 부하장치
본 발명은 변압기를 통하여 교류를 직류로 변환하는 전력변환장치에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 변압기의 편자에 의한 2차 전류의 증가를 억제하는데 적합한 펄스폭 변조형의 전력변환장치에 관한 것이다.
펄스폭 변조형(이하, PWM이라 약한다)컨버터를 사용하는 전력변환시스템은 고효율화, 더 작은 조파를 얻고, 전력회생도 가능하고 각종 용도에의 적용이 기대되고 있다.
이와 같은 종류의 시스템에서는, 변압기는 전원과의 전기적인 절연을 유지하고 전압을 변압하기 위해 전원과 PWM 컨버터 사이에 많은 경우에 있어 설치된다.
PWM 컨버터에 있어서, 직류전압이 변압기의 권선에 인가되고 철심내의 자속이 한극성에 편이되는 소위 편자현상이 종종 발생한다.
편자현상의 주원인은 선로에의 저항분 때문에 전압상하에 의한 것, 전원회로가 폐쇄될 때와 같은 부하가 급변할 때 보는 과도적인 인자, 그리고 변압기가 전기차에 설치될 때와 같은 전선에서 판토그라프(pantograph)의 분리에 의한 것이 있다.
만약 편자현상이 변압기에서 발생하면, 변압기의 철심이 포화되어, 2차 전압과 리액턴스(reactance)가 현저하게 감소하게 되어, 교류전류에 큰 저차(低次 )조파 성분이 발생하고 더욱 변압기가 큰 소음을 발생한다.
특히, PWM 컨버터와 같은 자여식 전력변환기에서는 입력전류는 전원전압 또는 교류리액턴스의 변화에 대해 크게 변화한다.
그러므로, 2차 전압과 리액턴스가 변압기의 편자에 의해 감소하면, 컨버터 입력전류가 과전압이 되어 운전이 더 이상 계속되지 않는다.
그러한 문제를 해결하기 위해서의 선행기술은 특개소 53-02525(1978), 특개소 62-123963(1987) 그리고 특개소 59-13313(1984)에 공개되었다.
특개소 53-20525(1978)에 공개된 장치는 변압기의 1차전류와 2차전류 사이의 차에 근거하여 편자를 검출하고 그 편자량에 따라 변압기의 3차 권선에 흐르는 전류를 조정한다.
그러나, 이 장치는 장치 자체가 대형화 라고 하는 근본적인 문제를 해결할 수는 없다.
특개소 62-123963(1987)에 공개된 장치에 따라, 전원 전압 또는 제어량의 급변에 의해 생기는 교류전류의 직류성분을 단시간에 제거하는 것에 의해 직류전압의 변동과 변압기의 편자를 억제하고, 역율향상, 조파저감, 장치의 고기능과 고정도화를 실현하는 것을 목적으로 고안된 것이다.
이 장치는 교류리액터를 통하여 흐르는 전류가 전원 전압에 관계가 있는 소정의 위상을 가지도록 컨버터입력전압의 진폭과 위상신호를 출력하는 벡터연산회로, 교류리액터를 통해 흐르는 직류전류를 검출하는 직류분 검출회로, 그리고 직류분 검출회로의 출력에 의거하여 교류리액터를 통하여 흐르는 직류전류가 제로(zero)가 되게 벡터연산회로에서 출력되는 진폭과 위상신호를 제어하는 직류분 보상회로로서 장치되어 있다.
그래서, 컨버터 입력전압의 진폭과 위상지령은 벡터연산에 의해 출력되고, 적어도 진폭지령 또는 위상지령이 교류리액터를 통하여 흐르는 직류전류에 따라 조작된다.
특개소 59-13313(1984)호 공보는 인버터로 여자되는 변압기 또는 컨버터로 구성하는 부하를 가지는 변압기를 위해 설계된 장치를 표시하고, 제 2 조파 성분은 변압기의 제 1 권선에 흐르는 전류에서 꺼내어져 그리고 신호에 대응하는 직류출력이 스위칭 소자의 불규칙정류 타이밍 또는 순방향에서의 불규칙 전압강하에 의해 발생하는 여자전류의 증가와 직류 편자에 의한 철손을 방지하기 위해 변압기의 부가권선으로 흐르게 한다.
그러나, 이 방법은 장치 자체가 대형화가 되는 근본적인 문제를 해결할 수는 없다.
상기, 특개소 62-123963(1987)호 공보에 공개된 선행기술은 변환기 자체에 의해 발생하는 직류전압 성분 또는 직류전류성분에 의해 발생하는 편자이나, 직류전압이 회로가 폐쇄 또는 중단될 때와 같은 변압기의 1차 권선에 일시적으로 인가될 때 발생하는 편자에는 유효하다.
그러나, 동일 전원(변압기의 1차측)에 직류전류를 발생하는 부하장치가 존재하고 변압기의 1차 권선에 연속적으로 직류전압이 인가될 때 편자를 해소할 수가 없다.
이 장치로서, 전원(S)이 변압기로 구성될 때 직류 전류는 직류전류가 1차측에 흐르고 편자가 발생하더라도 2차측에 흐르지 않고, 저차의 조파 성분이 발생한다.
검출된 직류성분이 2차 전류(리액터 전류)에 포함되어 있지 않기 때문에, 회로를 검출하는 직류성분은 동작하지 않고, 편자는 해소되지 않는다.
비록 직류성분 검출기가 1차측에서 직류전류를 검출 하기 위해 1차측에 설치되어도, 2차측상의 직류전류는 1차측의 직류전류를 지우기 위해 조절되지 않는다.
만약 1차 전류가 제로가 되도록 기도되면, 2차측의 직류전류는 과대하게 되어, 편자가 눈에 띄게된다.
다른 선행기술에 따라, 직류전류 성분은 변압기의 1차측과 2차측에서 검출될 수가 있다.
그러나, 필연적으로 변압기의 제 3권선에 보상전류를 흘리기 위해 장치가 대형화된다.
특개소 53-20525(1978)호 공보를 참조하여, 또한 편자의 극성결정은 충분치 않고, 편자는 오히려 편자의 극성에 의존하여 증가한다.
특개소 59-13313(1984)호 공보를 참조하여, 편자의 양가 극성이 결정되는 것이 분명치 않고 보상회로의 동작량도 분명치가 않다.
본 발명의 목적은 교류전원에 변압기를 통하여 접속된 PWM 컨버터에 의해 교직변환을 하는 전력 변환기를 공급하는 것이고, 편자현상은 직류 전압이 전원측 또는 변환기 측에서 변환기에 일시적으로 또는 연속적으로 인가될 때 발생이 사전에 방지된다.
또다른 목적은 복수의 컨버터가 변압기의 2차측에 접속될 때에도 컨버터 사이에서 간섭을 발생함이 없이 편자현상을 사전에 방지하는 전력변환장치를 공급하는 것이다.
편자현상은 직류전압 성분이 철심내의 자속이 한극성에 향해 편향되는 변압기에 인가될 때 변압기에 전개된다.
이것을 해소하기 위해, 편자상태는 확실하게 검출될 필요가 있다.
편자상태는 변압기의 철심내의 자속을 직접관측에 의해 매우 확실하게 검출될 수가 있고, 그러나 실제로는 실현하기 매우 곤란하다.
또, 동일하게 전압과 시간의적(積)을 검출하는 것도 있지만, 곤란하다.
반면에, 편자의 양은 변압기의 직류 암페어턴의 총계를 검출하는 것에 의해 용이하게 검출될 수가 있다.
만약 변압기에의 극성과 전류의 정(正)극성이 제 1a도에서 제1c도 에 까지 표시된 것과 같다면, 직류전류(편자 전류가 칭한다)가 변압기의 1차측에 흘렀을때에, 편자를 해소하는데 필요한 직류성분(보상전류라 칭한다) I2qp가 제 1a 도에서 제 1f 도에 표시된 것과 같이 된다.
도면에서 명백하게 되는 것과 같이 편자를 해소 하기 위해서, 보상전류 I2qp가
Figure kpo00002
로 설정된다.
이것은 편자가 변압기의 직류 암페어턴의 총계가 제로가 될 때 해소되는 것을 표시한다.
식(1)은 부하상태에 관계없이 성립한다.
따라서, 변압기의 권선수가 N일 때, 보상전류는 설정되어 직류성분에 대한 암페어턴의 총계 AT가,
Figure kpo00003
이 된다.
여기서 NK: K번째 권선의 권수.
Ikdc: K번째 권선의 전류에서의 직류성분.
보상전류는 J번째 권선에서 보상될 때, 보상전류 Ijdc는,
Figure kpo00004
에 의해 제공된다.
이 방법에 따라, 편자상태는 어느 권선에서 편자전류가 유입되어도 확실히 검출되고, 편자는 해소된다.
1차전류 또는 2차전류에 포함되는 짝수 조파 성분까지도 검출하는 것에 의해 편자의 상태를 검출하는 것도 역시 가능하다.
제 3 도는 편자 전류에 대하여 1차 전류에 포함되는 전류성분의 관계를 실험적으로 구한 것을 표시한다.
제 3 도에 있어서, 편자 전류의 증가에 거의 비례하여 증가하는 조파 성분과 동시에 제 2 조파 성분이 증가한다(제 3 도는 제 2 조파 성분만을 표시).
짝수 조파 성분은 전류파형이 변압기의 철심의 자화특성에 의해 영향을 받은 정·부축 대상이 아니기 때문이다.
짝수 조파 성분의 극성은 편자의 방향에 의해 편자의 극성이 검출된다.
이리하여, 직류 암페어턴에 대응하는 편자상태의 양은 1차 전류의 짝수 조파 성분에서 검출될 수가 있다.
2차 전류에 관해서도, 편자에 의해 짝수 조파 성분도 역시 발생한다.
그러므로 이러한 성분을 검출하는 것에 의해, 편자 상태의 양이 1차 전류의 경우와 같이 검출될 수가 있다.
편자가 비록 이리하여 검출된 편자 상태의 양이 변압기의 출력권선에 주입되어도 미연에 방지될 수가 없고, 어떠한 보상이 이 목적을 위해 적용되어야 한다. 이 목적을 위한 수단은 상기 방법에 의해 검출된 편자상태의 양이 제로일 때라도 직류보상 전류를 계속적으로 흐르게 할 수 있어야 된다.
그러한 보상수단 없이, 보상량은 편자 상태의 양이 보상의 결과로서 제로일 때 제로가 되고, 편자 상태는 또다시 되돌아간다.
편자는 검출신호에 의거하는 보상신호에 응답으로 제 1 도에 표시된 것과 같은 변압기의 출력 권선에 직류전류를 주입하는 수단에 의해 해소된다.
제 1a 도에 표시한 것과 같이, 예를들면 정의 직류전압(Edc)을 포함하는 정현파의 전압이 변압기의 1차 권선에 인가될 때, 철심은 정극성에 향해 편자 되고, 표시한 것과 같은 밸런스를 유지하기 위해 여자전류가 흐른다.
이 경우에는, 직류전압(Eco)은 제 1a 도에 표시한 것과 같이 극성을 유지하는 컨버터 입력전압(ec)상에서 발생되고, 부의 극성의 직류전류는 컨버터 입력전압(ec)직류 암페어턴이 동일하게 되도록 2차 권선에 주입되어, 그것에 의해 편자는 억제된다.
직류전압(Edc)이 제 1d 도에 표시된 것과 같이 극성을 유지하는 변압기의 1차 권선에 인가될 때에도, 제 1a 도의 그것에 반대 극성의 직류전압(Eco)은 컨버터 입력전압(ec)에 발생되고, 직류전류는 직류 암페어턴이 동일하게 되도록 2차 권선에 주입되어, 그것에 의해 편자는 억제된다.
위에서 언급한 바와 같이, 변압기의 편자는 적극적으로 해소되고, 편자에 의한 2차 전류의 증가나 여자전류의 증가에 의한 저차조차 성분의 발생과 증가등이 방지된다.
[실시예]
본 발명의 1실시예가 제 4 도에 관하여 설명된다. 제 4 도는 본 발명이 단상교류 전류의 전원을 사용하는 전력변환 시스템에 적용된 예를 표시하고, 심볼 ACS는 단상교류 전원, ZLIN은 라인의 임피던스요소, TR은 변압기, ACL은 교류리액터, CON은 교류를 직류에 변환하는 PWN 컨버터, FC는 직류전류를 평활하게 하는 필터커패시터 그리고 LOAD는 부하장치를 표시한다.
심볼 AVR은 직류전압지령(Ed*)과 직류전압(Ed)사이의 차(差)에서 컨버터 입력전류(i2)(변압기 TR의 2차 전류)의 유효전류지령(Ir*)을 형성하는 전압조정회로, ACR1는 유효전류지령(Ir*)과 전류검출회로(CDT)에 의해 검출되는 컨버터 입력전류(i2)의 유효성분(Ir)사이의 차에서 컨버터 입력전압(eo)의 전원직교 성분지령(Eci*)을 형성하는 유효전류 조절회로를 표시하고, 심볼 ACR2는 컨버터 입력전류(i2)의 무효 성분지령(Ir*)과 전류검출회로(CDT)에 의해 검출되는 컨버터 입력전류(i2)의 무효성분(Ii)사이의 차에서 컨버터 입력전압(eo)의 전원동상(同相) 성분지령(Ecr*)을, 형성하는 무효전류 조절회로를 표시한다.
더욱, 심볼 MWG는 컨버터 입력전압(eo)의 전원동상 성분지령(Ecr*), 전원직교(直交) 성분지령(Eci*), 그리고 후에 설명되는 직류성분지령(Eco*)에서 펄스폭변조 때문에 변조파신호(ym)를 형성하는 변조파 발생회로, 그리고 심볼 PWM은 변조파신호(ym)를 반송파신호(yc)와 비교하여 PWM 컨버터를 구성하는 스위칭 소자를 온 또는 오프 제어하기 위해서의 게이트 신호를 출력하는 펄스폭 변조회로를 표시한다.
파선으로 둘러싸인 심볼 DT는 변압기(TR)의 편자상태를 검출하는 편자량 검출회로를 표시하고, 변압기의 1차 전류에서의 직류성분(I1qp)을 검출하는 직류성분 검출회로(DCD1), 1차 전류(i1)의 직류성분(I1qp)을 2차 전류에 환산하는 게인(gain) 조절회로(GAIN1) 및 2차 전류(i2)의 직류성분(I2qp)을 검출하는 직류성분 검출회로(DCD2)로 구성된다. 직류 암페이턴의 총계에 상당하는 △Idc(I1qp와I2qp)를 편자량 검출회로(DT)가 출력한다. 심볼 DOC1는 △Idc에서 컨버터 입력전압(eo)의 직류성분지령(Eco*)을 형성하는 보상회로를 표시한다.
제 4 도와 제 5a 도에서 제 5d 도에서 실시예의 동작을 설명한다.
제 4 도에 있어서, 전원(변압기의 1차전압 e1)은 전원(ACS)에서 선로의 인피던스 ZLIN(Lf:선로의 인덕턴스, Rf: 선로의 저항)을 통하여 변압기(TR)의 1차 권선에 공급된다.
변압기(TR)는 그것을 변압하여 컨버터에 적용되는 2차 전압(e2)을 출력하고, 교류리액터(ACL)를 경유하여 PWM 컨버터(CON)에 그것을 공급한다.
PWM 컨버터(CON)는 교류측 입력전압(eo)(컨버터 입력전압)의 위상과 진폭을 역율 1를 유지하는 소정의 전력을 공급하기 위해 조절한다.
eo의 진폭과 위상은 아래에서 언급되는 것과 같이 조절된다.
전압조절회로(AVR)는 편차가 직류전압지령(Ed*)과 직류전압(Ed)사이가 제로가 되도록 컨버터 입력전류(i2)의 유효성분지령(Ir*)을 조절한다.
이 조절이 소정의 전력을 공급하기 위해 필요한 유효성분지령(Ir*)을 설정한다.
컨버터 입력전압(eo)의 전류직교 성분지령(Eci*)은 유효전류 조절회로(△CR1)에 의해 조절되므로 편차는 유효성분지령(Ir*)과 전류검출회로(CDT)에 의해 검출되는 컨버터 입력전류(i2)에의 유효성분(Ir)사이가 제로가 된다.
무효전류지령(Ii*)은 역율지령에 상당하고 통상 역율이 1이 되도록 I1*=0(무효전류가 제로)에 설치된다. 따라서, 무효전류 조절회로(ACR2)는 컨버터 입력전압(eo)의 전원동상 성분지령(Ecr*)을 조절한다.
이러한 지령치(Eci*,Ecr*)에 의거하여, 변조파 발생회로(MWG)는 제 5(a)도에 표시된 것과 같이 변압기의 2차 전압(e2)에 관한 소정의 진폭과 위상을 가지는 정현파의 변조파신호(ym)를 출력한다.
펄스폭 변조회로(PWM)는 변조파신호(ym)를 3각파상의 반송파신호(yc)와 비교하여, 그들의 크기에 의존하는 암의 스위칭소자의 도통상태를
ymyc일 때, 상부암은 온,
하부암은 오프,
ymyc일 때, 상부암은 오프,
하부암은 온,
으로 결정하고 이것에 응한 게이트 신호를 출력한다.
이리하여, PWM컨버터는 직류전압과 역율1을 유지하며 소정의 전력으로 운전된다.
지금, 변압기(TR)의 1차측에 직류전류를 제공하는 부하장치가 존재하는 경우를 추정하자. 선로의 저항(Rf)에 의한 전압강하로서, 직류전압은 변압기의 1차 권선에 인가된다. 이리하여, 편자가 발생할 때 편자검출회로(DT)는 직류성분 검출회로(DCD1)를 통해서 변압기의 1차 전류의 직류성분(I1qp)을 검출한다.
이리하여, 게인조절회로(GAIN1)는 직류성분(I1qp)의 암페어턴을 2차전류로 환산하고, 출력(I2qp*)과 직류성분 검출회로(DCD2)에서 출력되는 2차 전류에서의 직류성분(I2qp)사이의 차(△Idc)(보상전류의 편차)를 출력한다.
보상회로(DCD1)는 적분요소를 포함하고 있어, 편자 검출회로의 출력(△Idc)이 제로가 되고 제로가 된후에 출력(△Idc)이 제로가 되게 유지되도록 컨버터 입력전압의 직류성분지령(Eco*)을 조절하고, 그 지령을 변조파 발생회로(MWG)에 출력한다.
제 5(d) 도에 표시한 것과 같이, 변조파 발생회로(MWG)는 직류성분지령(Eco*)에 응답으로 Ymc에 의해 변조파신호(ym)을 시프트하고 그것을 변조파신호(ym)를 반송파신호(yc)와 비교하는 펄스폭 변조회로(PWM)에 출력하고, 게이트 신호를 출력한다.
결과로서, PWM컨버터는 제 5(d) 도에 표시한 것과 같은, 직류전압을 포함하는 컨버터 입력단자 전압을 발생하고, 편자를 소멸하도록 변압기에 주입하는 직류전류를 제어하다.
컨버터 입력전압의 직류성분은 역율1에서 운전에 거의 영향이 없이 교류성분의 조정과는 독립적으로 조정된다.
상기와 같이, 편자 보상제어는 편자를 해소하기 위해 변압기를 위해 효과적이고, 컨버터 입력전류 이것에 의해 증가에서 억제되고, 여자전류도 역시 증가를 억제하게 된다.
더욱더, PWM컨버터가 직접 편자를 보상할 때 보상용 새로운 권선 또는 보상용 변환기를 설정한 필요가 없다.
이리하여, 컴팩트장치가 실현된다.
여기서, 컨버터 입력전압(eo)의 직류성분(Eco)과 2차 전류의 직류성분(I2dc)사이의 관계가 명백할때는, 제 4 도의 직류성분 검출회로(DCD2)는 생략할 수가 있고 1차 전류에서의 직류성분만이 제 6 도에 표시한 것과 같이 편자를 해소하기 위해 검출될 수가 있다.
제 6 도 있어서, 편자검출회로(DT)는 1차 전류에서의 직류성분을 검출하는 직류성분 검출회로(DCD1)와 그의 출력의 게인을 조절하는 게인조절회로(GAIN1)로 구성된다.
DCD2는 편자검출회로(DT)의 출력에 응답으로 보상전류(I2dc)를 흘리는데 필요한 컨버터 입력전압(eo)의 직류성분지령(Eco*)을 형성한다.
기타의 구성과 동작은 제 4 도의 그것과 같다.
본 실시예에 의하면, 편자는 매우 간단하게 구성되는 검출회로와 보상회로를 사용함으로서 해소할 수가 있다.
반면에, 제 4 도에 표시한 편자검출회로(DT)도 역시 제 7 도에 표시된 것과 같이 1차전류 또는 2차전류에 포함되는 짝수 조파성분(제 7 도가 제 2 조파성분의 경우를 표시함)을 검출하는 것에 의해서도 실현될 수가 있다.
제 7 도에 있어서, 심볼 BPE는 제 2조파 성분을 검출하는 필터회로, MUL1과 MUL2는 승산기, DCD3은 전류성분 검출회로, 그리고 GAIN2는 게인조절회로를 표시한다.
제 7 도는 제 4 도의 파산부에 의해 둘러싸인 편자검출회로(DT)만을 표시하고 기타의 회로구성과 회로동작은 제 4 도 그것들과 같다.
본 실시예에 의한 편자 검출회로의 동작은 편자전류가 정과 부일때(무부하)의 동작 파형을 표시하는 제 9 도에 관해 설명한다.
제 7 도의 필터회로(BPF)는 제 9(b)도에 표시한 것과 같이 2차전류(i2)에 포함되는 제 2조파 성분(i12)을 검출한다.
제 2조파 성분(i12)은 제 9(b)도에 표시한 신호를 형성하기 위하여, 승산기(MUL1)를 통해 그 자신에 의해 제9(a)도의 변압기의 2차 전압(e2)(또는 1차 전압)을 승산하는 것에 의해 얻는 제 9(c)도의 신호에 의해 승산기(MUL2)를 통하여 승산된다.
거기에 포함되는 직류성분(평균치)은 직류성분 검출회로(DCD3)에 의해 검출된다.
더욱, 부호는 게인을 조정하기 위해 게인조절회로(GAIN2)에 의해 반전되고, 보상전류의 편차(△Idc)를 얻게된다.
편차(△Idc)는 제 4 도의 편자검출회로(DT)의 출력에 상당하는 신호이다.
본 실시예에 있어서는 변압기의 편차 상태는 직류성분의 그것보다 큰 레벨을 가지는 제 2 변조 성분의 기준에서 검출되고, 응답도 빠르다.
그러므로 편자는 정확히 유지되어 검출될 수가 있다.
특히 실시예는 변압기가 고자속 밀도를 가지게 설계되는 철심을 포함할 때 유효하다. 더욱, 장치가 정수의 설정오차에 의해 영향이 없고, 2차전류는 1차전류 대신에 검출된다. 그러므로, 일반적으로 고전압을 가지는 1차측에 전류검출기를 설정할 필요가 없다.
제 8 도는 다른 계자왜형 검출수단을 사용하는 1실시예를 표시하고 거기에 오로지 계자량 검출 회로만이 설정된다.
기타의 회로구성과 동작은 제 4 도의 그러한 것과 같다.
본 실시예에 있어서는, 2차전류에 포함되는 제 2조파 성분은 필터회로(BPF)를 통하여 검출되고, 절대치가 절대치회로(ABS)에 의해 나오게 한 후에 편자를 검출하기 위해 직류성분 검출회로(DCD4)를 통하여 평균된다.
반면에, 2차 전류에 포함되는 직류성분은 직류성분 검출회로(DCD5)에 의해 검출되고, 편차에서의 극성은 극성판별회로(PLC)에 의해 검출된다.
이들 출력은 승산기(MUL3)를 통해서 서로 승산되고, 게인은 보상전류에서의 편차(△Idc)를 얻기 위해 게인 조절회로(GAIN3)에 의해 조절된다.
본 실시예에 의하면, 편자의 양은 고속과 좋은 정도에서 제 2조파 성분에 의해서 검출된다. 더욱, 편자의 극성은 필터회로(BPF)의 위상 특성에 의한 영향 없이 직류성분의 극성의 기준에서 검출된다.
그러므로, 극성판별을 결정하는 기준으로서 사용되는 전압신호가 생략되고, 수상기의 수를 저감할 수가 있다.
제 10 도는 복수의 컨버터가 1개의 변압기(TR)에 연결되어 병렬로 운전되는 다중화된 경우를 표시한다.
여기에서는 단일부하가 있는 경우가 설명된다.
그러나, 컨버터는 그들 자신의 부하를 가져도 좋다.
제 10 도에 있어서는, 더욱 제 4 도에 표시한 것과 같은 부분이 도면을 간략화하기 위해 간략된 방법으로 표시된다.
변압기(TR)는 n대의 PWM컨버터 CON1에서 CONn까지를 접속되는 n개의 2차 권선을 가지고 있다.
심볼 CTR1에서 CTRn까지는 유효전류 지령회로(IRA)의 출력에 의존하는 컨버터 입력전류를 제어하고, 제 4 도의 그러한 것과 같은 방법으로 구성되는 전류제어회로를 표시한다.
심볼 DT는 직류 암페어턴의 총계를 계산하고 변압기 권선의 전류를 검출하는 편자검출회로를 표시하고 그것은 제 4 도의 그것과 같은 방법으로 구성된다.
편자검출회로(DT)는 변압기(TR)의 권선전류에서 직류성분을 검출하고, 직류 암페어턴의 총계(△Idc)를 계산하고, 출력한다.
이 출력에 따라, 보상회로(DCD1)는 Idc가 제로가 되도록 적분보상을 행하고, 컨버터 입력전압의 직류성분지령(Eco*)을 형성하고, 전류제어회로 CTR1에서 CTRn까지에 그것을 입력한다. 결과로서, 직류보상회로는 1/n로 분배되어 컨버터 CON1에서 CTRn까지에 흘러서, 편자가 해소된다.
본 실시예에는, 편자를 보상하기 위해서의 직류전류를 PWM컨버터에 의해 분담된다. 이리하여, 직류전류는 컨버터 입력전류의 보상전류에 의해 증가가 작고, 주회로소자의전류용량의 저감이 기도된다.
이 실시예는 더욱 컨버터 입력전류에서 직류성분에 의해 발생되는 직류전압 맥동을 억제하는 효과가 있다.
본 발명에 따라, 변압기측에서 유도되는 변압기의 편자뿐만 아니라 전원측에 기인하는 변압기의 편자도 역시 해소가 된다.
즉, 본 발명은 효과적으로 연속적인 편자에 대해 동작하고, 그것을 미연에 방지하고 편자에서 수반하는 리액턴스 감소와 변압기의 2차 전압의 변동이 억제된다.
그러므로, 컨버터 입력전류(변압기의 2차전류)는 국부적인 증가도 억제가 되고, 주회로의 스위칭 소자는 과전류에서 보호된다.
여자전류의 증가로 발생하는 저차조파 성분을 제거하는 것도 더욱 가능하고 편자에 의한 현저하게 증가하는 변압기의 소음도 저감된다.
더욱, 전력컨버터의 기존부분을 활용할 수 있기 때문에 새롭게 부가되는 부품수를 줄이게 된다.

Claims (11)

  1. 교류전원 전압을 소정의 교류전압으로 변환하는 변압기; 상기 변압기의 2차측에 접속하여 교류를 직류로 변환하는 펄스폭 변조(PWM)컨버터; 상기 컨버터의 직류측에 접속된 부하장치; 상기 컨버터를 구성하는 스위칭 소자를 온/오프 제어하는 제어수단; 상기 변압기의 계자왜형에 관한 상태량을 검출하는 검출수단; 및 그 검출지에 대응하는 직류성분이 상기 펄스폭 변조 컨버터의 교류측에 발생되도록 상기 제어수단에 그 검출치를 입력하는 입력수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  2. 제1항에 있어서, 검출수단이 변압기의 직류 암페어턴의 총화를 검출하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 검출수단이 2차전류 또는 1차전류에 포함되는 짝수 조파 성분을 검출하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 검출수단이 1차전류 또는 2차전류에 포함되는 짝수 조파 성분의 진폭에 관하여 편자의 크기를 검출하고 1차전류 또는 2차전류에 포함되는 직류성분에의 편자의 극성을 검출하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 검출수단이 1차전류에 포함되는 직류성분을 검출하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  6. 교류전원 전압을 소정의 교류전압으로 변환하고 복수의 2차권선에 변환된 교류전압을 공급하는 변압기; 교류전류를 직류전류로 변환하기 위해 상기 복수의 2차권선에 각각 접속된 복수의 펄스폭 변조(PWM) 컨버터들; 상기 컨버터들의 직류출력단자들에 각각 접속된 복수의 부하장치들; 상기 컨버터들을 구성하는 스위칭소자들을 온/오프 제어하는 복수의 제어수단들; 상기 변압기들의 편자에 관한 상태량을 검출하는 복수의 검출수단들; 및 보상치에 대응하는 직류성분이 상기 복수의 펄스폭 변조 컨버터들의 교류측에 발생되도록 상기 제어수단들에 그 검출치를 입력하는 복수의 입력수단들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  7. 제6항에 있어서, 검출수단들이 변압기의 총직류 암페어턴을 검출하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 검출수단들이 1차전류 또는 2차전류에 포함되는 짝수 조파 성분을 검출하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 검출수단이 1차전류 또는 2차전류에 포함되는 짝수 조파 성분의 진폭에 의하여 편자의 크기를 검출하고 1차전류 또는 2차전류에 포함되는 직류성분에 관한 편자의 극성을 검출하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  10. 제6항에 있어서, 상기 검출수단들이 1차전류에 포함되는 직류성분을 검출하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  11. 교류 전압을 소정의 교류전압으로 변환하는 변압기; 그 2차측에 접속되어 교류를 직류로 변환하는 펄스폭 변조(PWM)컨버터; 및 그 컨버터의 직류측에 접속된 부하장치를 포함하는 전력변환장치에 있어서, 상기 변압기의 모든 권선에 흐르는 전류의 직류성분을 검출하는 검출수단; 및 상기 검출된 직류성분들을 입력하여 상기 변압기의 암페어턴의 총화가 0으로 근접하도록 상기 컨버터를 구성하는 스위칭 소자를 온/오프 제어하는 제어수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
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