WO1986005929A1 - Converter - Google Patents

Description

明 細 書

発明の名称

コ ンバータ装置

技術分野

この発明は交流を直流に変換する コ ンバータ装置に関 する。

背景技術

第 4図は従来の電圧形ィ ンバータ を用いたコ ンバータ 装置を示す電気回路図であ り 、 図において、 1 は交流電 源、 2 は交流電源 1 と電圧形イ ンバータ 3 との間に接続 された リ アク ト ル、 4 は電圧形イ ンバータ 3 において整 流された電圧を脈動の少ない電圧に平滑化するコ ンデン サ、 5 は直流負荷、 6 は交流電源 1 の電圧を検出する交 流電圧セ ンサ、 7 は電圧形イ ンバータ 3 の直流側電圧を 検出する直流電圧セ ンサ、 8 はこれらの各セ ンサ 6 ， 7 の出力に も とづいて電圧形ィ ンバータ 3 の動作を制御す る制御装置である。

次に動作について説明する。

今、 電圧形イ ンバータ 3 の交流側電圧を E、 電源 1 の 電圧を V、 電源 1 から電圧形イ ンバータ 3 へ流れる交流 電流 I 、 リ アク ト ル 2 の値 L とする と、 その時の電圧方 程式は、 V = E + i c L l と なる。

も し、 電源電圧 Vに対する電圧形イ ンバータの交流側 電圧 Eの位相 を遅らせるとべク ト ル図は第 5 図の様に な.り、 入力の交流側電流 i は電源電圧 対して進みと な り 、 エネルギーが交流電源 1 から流れ込んで直流側 ( 負荷） へエネルギーを供給するこ とになる。 これに対 し位相 を進ませる と、 エネルギーは直流側から交流電 源 1側に逆に戻されることになる。

したがって、 直流側でエネルギーを必要とすると きは 位相 を遅らせ、 逆に回生を行う と きは位相 ^ る進ませ ればよい。 つま り 、 直流電圧を直流電圧セ ンサ 7 によつ て常時検出し、 この検出する直流電圧が設定直流電圧に 対して低いと きには位相 ^ を遅らせ、 逆に高いと きには 位相 を進めれば、 直流電圧を一定に維持する制御が可 能となる。 なお、 この場合の位相 は交流電圧セ ンサ 6 で検出した電圧位相と電圧形ィ ンバータ 3 の電圧波形の パターンとの間の位相差となり 、 その電圧波形のパタ ー ンは固定である。

従来の電圧形ィ ンバータ を用いたコ ンバータ装置は以 上のよ う に構成されているので、 電圧波形パターンがー 定で、 直流負荷 5 へのエネルギーの供給およ びエネルギ 一の回生のための制御要素は上記位相 のみとな り 、 し たがって、 広範囲に直流電圧を制御しょ う とする場合に はリ アク トル 2 に印加する電圧が高く な り 、 入力力率が 非常に悪く なる という問題点があった。

発明の開示

この発明は上記のよ う な問題点を解消するためになさ れた も ので、 直流側電圧を検出し、 この搀出した直流側 電圧に も とづき電圧形ィ ンバータの電圧波形を設定バタ ー ンになるよ う に制御する と と も に、 電源の交流電圧お よび電圧形イ ンバータの交流側電流の位相を検出し、 こ の検出位相によ り電圧形ィ ンバ一タの制御角を設定の入 力力率になるよ う に制御するよ う にしたものであ り 、 リ ァク トルに加わる電圧を高く するこ となく 、 直流電圧の 制御を広範囲に行う こ とができ る、 入力力率の高いコ ン バータ装置を得るこ と を目的とする。

図面の簡単な説明

第 1 図はこの発明の一実施例によ るコ ンバータ装置の 電気回路図、 第 2 図は第 1 図の電気回路の 1 相分の等価 回路、 第 3 図は同じく この等価回路の回路動作を説明す るべク ト ル図、 第 4図は従来のコ ンバータ装置の電気回 路図、 第 5 図は同じく この電気回路の動作を説明するべ ク ト ル図である。

発明を実施するための最良の形態

以下、 この発明の一実施例を図について説明する。 第 1 図において、 1 1はス タ ー接続した 3 相交流電源、 1 2はリ アク トル、 1 3は電圧形イ ンバータ、 1 4は直流側電 圧に含まれる リ ッ プルを減少させる コ ンデンサ、 1 5は直 流負荷、 1 6は交流電源 1 1の電圧位相を検出する交流電圧 セ ンサ、 1 7は直流側電圧を検出する直流電圧セ ンサ、 1 8 は電圧形ィ ンバ一タ 1 3の交流側電流を検出する交流電流 セ ンサ、 1 9は これ ら の各セ ンサ 1 6 ， 1 7 ， 1 8の出力にも と づいて電圧形ィ ンバータの動作を制御する制御装置であ る

次に動作について説明する。

第 1 図における交流側回路は説明の都合上、 第 2 図に 1 相分の等価回路と して示してある。 まず電源電圧を Vu 電圧形ィ ンバータの交流側電圧を Eu、 入力電流を I 、 リ ァク トルの値を L とすると電圧式は Vu == Eu + j fflL I とな り、 Vuと Iが同相すなわち入力力率が 1 になるとする と べク ト ル図は第 3 図の様になる。

また、 第 1 図において、 コ ンデンサ 1 4の電圧、 すなわ ち直流電圧を Edとすると、 Euとは次の関係式が成立する <

Eu 二 K Ed

ただし、 Kは電圧形イ ンバータの波形パター ンで決定さ れる係数である。 したがって、 上式は

Ed = lZK · Eu

とな り、 Euが大き く なれば Kを大き く 、 Euカ 小さ く なれ ば Kを小さ く するこ とで、 Edの大き さを一定にでき る。 従って、 たとえば交流側電圧と交流側電流を比較し電圧 形イ ンバータの制御角を制御するこ とで、 入力力率が 1 の制御をすれば、 Euは第 3 図のべク トル図で決まる値と な り 、 かつ、 電圧イ ンバータの電圧波形パタ ー ン Kを変 化させれば、 直流側電圧 Edが制御でき る。 従って入力力 率 1 で、 しかも直流側電圧の制御範囲の広い高力率コ ン バータ を実現でき る。 .

従って、 制御回路 I ⁹は交流電圧セ ンサ I Sで検出した交 流電源 1 1の電圧 Vuおよび交流電流セ ンサ 1 8で検出した電 圧形イ ンバータ 1 3の交流側電流 I を入力と して、 この交 流側電流 I が遅れの電流である と きは、 上記位相 を遅 らせ、 逆に進みの電流であると きは、 その位相 を進ま せるよ う に作用する。 この結果、 入力力率 1 の制御が可 能とな る。 一方、 直流側電圧を直流電圧セ ンサ 1 7によ り 検出し、 これが直流設定電圧に対し低い時には、 電圧形 ィ ンバータ 1 3の波形パター ンの係数 Kが小さ く なるよ う に、 逆に高い時には Kが大き く なるよ う にそれぞれ電圧 形イ ンバータの電圧波形パター ンを制御すれば、 直流側 電圧の制御範囲を大き く と るこ とができ る。

こ こで、 電圧形イ ンバータ の波形パタ ー ン と して正弦 波パタ ー ンを選べば、 交流側電流が正弦波で、 直流側電 圧に含まれる リ ップルの小さいコ ンバータが構成でき る。

なお、 上記実施例は交流電源が 3 相の場合について説 明したが、 単相の場合でも同様の動作をする。 したがつ て、 電圧形イ ンバータの交流側に欠相検出回路を設け、 3 相のう ち 1 相が欠相した場合に も単相によ る同様の動 作が可能となる。

また、 上記実施例のコ ンデンサ 1 4と してケ ミ コ ンのほ か通常のコ ンデンサを使う こ とができ、 また、 電圧形ィ ンバータ に多重ィ ンバ一タ を使用するこ と もでき る。 以上のよ う に、 この発明によれば、 直 側電圧を電圧 形ィ ンバータ の波形パタ ーンで制御するよ う に構成した ので、 コ ンバータの入力力率と直流側電圧を広範囲に制 御するこ とができ る効果がある。

Claims

請 求 の 範 囲 .

(1) 交流電源と直流負荷との間に接続された電圧形イ ン バータ と、 この電圧形イ ンバータの交流側に接続された リ アク トルと、 直流負荷が高い電圧を必要とすると き、 上記電圧形ィ ンバータの電圧波形を直流側電圧に対して 交流側電圧が低く なるパター ンを選び、 逆に直流負荷が 低い電圧を必要とすると き、 上記電圧形イ ンバータの電 圧波形を直流側電圧に対して交流側電圧が高く なるパタ ー ンに選ぶと と も に、 交流側電圧と交流側電流にも とづ いて上記電圧形ィ ンバータの制御角を制御する制御装置 と を備えたコ ンバータ装置。

(2) 制御装置は交流電源の電圧および電圧形イ ンバータ の交流側電流を入力と して、 これらの間の位相を求め、 この位相に も と づいて上記電圧形ィ ンバータ の制御角を 設定の入力力率になるよ う に制御するこ と を特徵とする 特許請求の範囲第 1 項に記載のコ ンバータ装置。

(3) 制御装置は直流側電圧によ り電圧形イ ンバータの電 圧波形のパター ンを変化させるこ とによ り、 その直流側 電圧を制御するこ と を特徴とする特許請求の範囲第 1 項 に記載のコ ンバータ装置。

(4) 電圧形ィ ンバータ の電圧波形パタ ー ンが正弦波パタ ー ンであるこ と を特徴とする特許請求の範囲第 1 項に記 載のコ ンバータ装置。

(5) Ξ相交流電源に リ ァク トルを介して接続した電圧形 イ ンバータの交流側に欠相検出回路を設け、 3相のう ち 1 相が欠相した場合に、 単相で動作するこ とを可能にし た特許請求の範囲第 1 項に記載のコ ンバータ装置。