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JP2990723B2 - 電源回生電圧形インバータ - Google Patents

電源回生電圧形インバータ

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Publication number
JP2990723B2
JP2990723B2 JP2030292A JP3029290A JP2990723B2 JP 2990723 B2 JP2990723 B2 JP 2990723B2 JP 2030292 A JP2030292 A JP 2030292A JP 3029290 A JP3029290 A JP 3029290A JP 2990723 B2 JP2990723 B2 JP 2990723B2
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JP
Japan
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power
instantaneous
conversion circuit
circuit
current
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JP2030292A
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貴志 小玉
忠士 市岡
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Meidensha Corp
Original Assignee
Meidensha Corp
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Publication date
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  • Inverter Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、電源回生電圧形インバータに係り、特に誘
導機の可変速機能と電源力率を進みから遅れまで連続的
に調整可能とする調相機能とを合わせ待たせた電圧形イ
ンバータに関する。
B.発明の概要 本発明は、順変換回路に系統の高調波抑制機能を持た
せた電源回生電圧形インバータにおいて、 系統の高調波成分を瞬時実電力で検出すると共に、相
電圧から求めた瞬時虚電力と基本波無効電力指令を加算
して、逆変換回路の直流電圧と電流から負荷への実電力
を求めて瞬時実電力に加算して順変換回路の電流指令を
求めることにより、 高調波抑制効果を高めながらインバータ負荷にも安定
した電力供給ができると共に、力率を連続的に調整でき
るようにしたものである。
C.従来の技術 電圧形インバータは、順変換回路を自己消弧形デバイ
ス(トランジスタやGTO)を用いてPWM制御回路に構成す
ることで電源側への電力の回生を可能にする。第3図は
電源回生電圧形インバータの回路図を示す。交流電源1
には電圧形インバータ2〜4が接続され、各インバータ
によって電動機5〜7を駆動する構成で示す。インバー
タ2〜4はインバータ2に代表して示すように、自己消
弧形デバイスを主回路スイッチとする順変換回路11とコ
ンデンサ12と逆変換回路13とを備え、交流電源1とは交
流リアクトル14を通して電力授受を行い、順変換回路11
はコンデンサ12の直流電圧を一定に保持するようPWM制
御することで順逆両方向変換、即ち電源回生も可能にす
る。搬送波除去フィルタ15はPMW制御による搬送波成分
の除去を行う。順変換回路11の制御回路16はコンデンサ
12の直流電圧Edと交流電源1の同期信号を検出して順変
換回路11のPWM制御を行う。
ここで、電圧形インバータ2に順変換回路11が持つ電
源回生機能を利用して高調波抑制機能を持たせるには、
制御回路16は交流電源1の電源ラインの負荷電流から高
調波成分を抽出し、この成分に応じた交流電流を電源1
側に供給する。
D.発明が解決しようとする課題 従来の構成において、高調波電流を完全に補償しよう
とすると、負荷の瞬時実電力の交流分によるエネルギー
が系統に接続される負荷と補償装置を往復してコンデン
サ12の蓄積エネルギーが増減する。従って、コンデンサ
12の電圧を一定に制御しようとすると高調波抑制効果を
低下させることになる。
逆に、高調波抑制効果を高めると、コンデンサの直流
電圧が大きく振動し、インバータ13から負荷への安定し
た電力供給ができなくなる。
また、電源電流は正弦波であっても、力率は負荷によ
って変化し、必ずしも100%にはならない。
本発明の目的は、高調波抑制効果を高めながらインバ
ータ負荷にも安定した電力供給ができると共に、力率を
連続的に調整可能な電圧形インバータを提供することに
ある。
E.課題を解決するための手段と作用 本発明は、前記目的を達成するため、自己消弧形デバ
イスを主回路スイッチとしてPWM制御により電源回生を
可能にした順変換回路と、この順変換回路から直流電力
が供給され負荷に交流電力を供給する逆変換回路と、前
記順変換回路をPWM制御する制御回路とを備えた電源回
生電圧形インバータにおいて、前記制御回路は順変換回
路の交流系統の負荷電流と相電圧から瞬時実電力と瞬時
虚電力とを求める演算手段と、この演算手段により求め
られた瞬時実電力から高調波成分を求める手段と、前記
演算手段によって求められた瞬時虚電力に基本波無効電
力指令を加算して力率を調整する手段と、前記逆変換回
路の直流電圧と直流電流から負荷の実電力を求める手段
と、この実電力を前記瞬時実電力の高調波成分に加算し
た成分と前記瞬時虚電力に基本波無効電力指令を加算し
た成分とから前記順変換回路の電流指令を求める手段と
を備え、順変換回路の交流系統の負荷電流から瞬時実電
力の高調波成分を求める高調波抑制のための検出信号と
し、このうち瞬時実電力の高調波成分に逆変換回路が負
荷に供給する実電力を加算して順変換回路の実電力制御
信号とすることで瞬時電力による高調波抑制制御に逆変
換回路の負荷電力分を含ませると共に、相電圧から求め
た瞬時虚電力と基本波無効電力により力率を調整できる
PWM制御を行う。
F.実施例 以下に本発明の実施例を第1図〜第2図を参照しなが
ら説明する。
第2図は本発明の実施例による全体構成図を示し、第
3図のものと同一又は相当部分には同一符号が付されて
いる。第2図において、16Aは順変換部制御回路、17は
ベースドライブ回路、18は逆変換部制御回路である。
第1図は本発明の一実施例を示す制御回路図である。
3相/2相変換部21は、系統の3相負荷電流IU,IV,IWを直
交α−β座標上の2相流Iα,Iβに変換する。
同様に、3相/2相変換部22は、系統の相電圧EU,EV,EW
を直交α−β座標上の2相電圧Eα,Eβに変換する。
上述の2相電流Iα,Iβと2相電圧Eα,Eβとはα−
β座標軸上の瞬時ベクトルとして取り扱え、瞬時電力は
α,Iα,Eβ,Iβのスカラ積で表される。従って、瞬時
電力演算部23は2相電圧と電流のスカラ積の和として瞬
時実電力Pと瞬時虚電力qを求める。
ところで、瞬時実電力P、虚電力Qを直流分と交流分
に分離すると、 (4)式の(交流分)と(交流分)は高調波瞬時電
力を表しており、高調波補償対象となる 交流分演算部24はローパスフィルタと加算器によって
ハイパスフィルタ機能を持ち、瞬時実電力Pから夫々の
交流分(高調波瞬時電力)Phを求める。
基本波無効電力をも補償して力率を調整するために、
全ての瞬時虚電力Q(基本波に起因するもの+高調波に
起因するもの)と、瞬時実電力Pを補償対象とする。
従って、瞬時虚電力においては、とを分離する必
要がなくなり、補償対象抽出のフィルタも不要になる。
それ故、第1図では瞬時実電力部分のみフィルタを用い
た構成となっている。
すなわち、電流指令部25においては、基本波成分の無
効電力指令Ψ(直流分)を補償対象に与えることで、
任意の進み電流・遅れ電流指令が与えられる。
補償対象となる高調波に起因する瞬時実電力Pと、全
ての瞬時虚電力Qが求まったので、電流指令演算部26は
瞬時電力Ph,qhと相電圧Eα,Eβから直交α−β座標上
の座標電流Iα Ψ,Iβ Ψを求める。
2相/3相変換部27は、2相瞬時電流Iα Ψ,Iβ Ψを3
相瞬時電流Ica Ψ,Icb Ψ,Icc Ψに変換して3相瞬時電流
での補償電流指令値を求める。
PWM制御部28は、3相瞬時電流Ica Ψ,Icb Ψ,Icc Ψと補
償電流の検出信号IR,IS,ITとを突き合わせ、コンパレー
タによる搬送波との比較方式でPWM波形のゲート信号を
得、このゲート信号により順変換回路11の自己消弧素子
をスイッチング制御する。
上述までの構成により、系統負荷電流に含まれる高調
波成分を順変換回路11から補償する電流として交流電源
1側に供給する。
ここで、瞬時実電力Phには逆変換回路13が電動機5に
供給する実電力PLを加算して電流指令演算部26に供給す
る。この実電力PLはコンデンサ12の電圧Edと逆変換回路
13の直流電流Idの夫々の検出信号を乗算することで直流
負荷を求め、必要に応じてフィルタによる一次遅れを持
って実電力演算部29によって求められる。また、瞬時実
電力Phには順変換回路11のスイッチングロス等のロス分
を補償するロス電力Plを加算している。このロス電力Pl
はコンデンサ電圧Edの検出信号とコンデンサ12の直流電
圧指令Ed Ψとの突き合わせで電圧制御回路30から求め
る。
本実施例によれば、系統負荷電流から瞬時実電力Pと
瞬時虚電力qを求め、瞬時実電力Pから高調波瞬時実電
力Phを求めると共に、瞬時虚電力qに基本波無効電力指
Ψを加算することにより虚電力qhを求める。このう
ち実電力Phには逆変換回路13が負荷(5)に供給する実
電力PL及び順変換回路11の変換ロス分Plを加えて順変換
回路11の瞬時実電力Pの制御信号とし、この実電力Pと
瞬時虚電力qhから電流指令に変換し、さらに2相/3相変
換と電流フィードバック制御によってPWM制御信号を得
る。
従って、高調波抑制のためには瞬時実電力と虚電力か
ら高調波分を求めて順変換回路11への電流指令を求め、
この電流指令に逆変換回路13の負荷実電力を加えて順変
換回路11への電流指令を求めるため、高調波抑制機能を
低下させることなく逆変換回路の負荷にも安定した電力
供給を行うことができる。また、逆変換回路13の負荷に
供給するべき電力を直流電圧と直流電流のみから求める
ため実電力演算部29を簡単化する。さらに、逆変換回路
13の実電力を高調波抑制のための高調波実電力Phに加算
して、順変換回路11の電力制御になるため、逆変換回路
13から負荷に供給する電力は力率1になるし、同様に回
生運転時も力率1に制御される。
また、高調波成分を補償することで電源電流は正弦波
になり、さらに基本波無効電流を補償することによって
基本波電流の位相を力率1に制御できる。
このように、全ての瞬時電力を補償対象とするので、
フィルタによって補償対象を抽出することなく、瞬時虚
電力成分に基本波無効電力指令(直流分)を加えること
で任意の基本波無効電流の補償ができ、結果として連続
的な力率の調整が可能である。
G.発明の効果 以上のとおり、本発明によれば、電源回生機能を持つ
順変換回路のPWM制御に、系統負荷電流から求めた瞬時
電力の高調波成分に逆変換回路から負荷に供給する実電
力を瞬時実電力に加えておくため、系統の高調波抑制効
果を高めながら逆変換回路の負荷にも安定かつ力率1に
した電力供給ができる。また、逆変換回路の実電力は直
流電流と電圧から求めるため、回路構成を簡単化する。
また、可変速装置として機能するだけでなく、電力系
統の電源力率を調整できるので力率調整用の進相コンデ
ンサ,位相制御リアクトル等が不要になり、回路構成が
簡単になると共に、負荷を運転していないときでも、順
変換部のみ動作させることで電源力率を連続的に調整で
きるので、高性能にして信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す制御回路図、第2図は
本発明の実施例による電源回生電圧形インバータの全体
構成図、第3図は従来の電源回生電圧形インバータの回
路図である。 11……順変換回路、13……逆変換回路、23……瞬時電力
演算部、24……交流分演算部、25……電流指令部、26…
…電流指令演算部、29……実電力演算部、30……電圧制
御回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H02M 7/42 - 7/98

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】自己消弧形デバイスを主回路スイッチとし
    てPWM制御により電源回生を可能にした順変換回路と、
    この順変換回路から直流電力が供給され負荷に交流電力
    を供給する逆変換回路と、前記順変換回路をPWM制御す
    る制御回路とを備えた電源回生電圧形インバータにおい
    て、前記制御回路は順変換回路の交流系統の負荷電流と
    相電圧から瞬時実電力と瞬時虚電力とを求める演算手段
    と、この演算手段により求められた瞬時実電力から高調
    波成分を求める手段と、前記演算手段によって求められ
    た瞬時虚電力に基本波無効電力指令を加算して力率を調
    整する手段と、前記逆変換回路の直流電圧と直流電流か
    ら負荷の実電力を求める手段と、この実電力を前記瞬時
    実電力の高調波成分に加算した成分と前記瞬時虚電力に
    基本波無効電力指令を加算した成分とから前記順変換回
    路の電流指令を求める手段とを備えたことを特徴とする
    電源回生電圧形インバータ。
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