(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電流指令値と直流電流検出値の誤差を入力として直流電圧指令値を出力するＰＩ制御器を具備するとともに、該直流電圧指令値によるＰＷＭ変調により交流入力側にＬＣフィルタを有する交流を直流に変換する電流形変換器において、前記ＰＩ制御器内に比例制御部出力を入力として該ＬＣフィルタの値を基に決定される電圧変化率を有する信号出力を得るリミッタを設けたことを特徴とする電流形変換器の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導電動機駆動用可変電圧可変周波数装置や各種電源装置などに用いられている交流ー直流変換を行う電流形変換器に係わり、特にＰＩ制御器を具備して電流制御用としてＰＷＭ変調を行っている電流形変換器の制御装置に、関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、パルス幅変調（ＰＷＭ変調）を行っている三相交流ー直流変換の電流形変換器は、図４の如く示される。
図４は電流形変換器の構成を示し、１１〜１３は相電圧、２１〜２３はリアクトル、３１〜３３はコンデンサ、４１〜４６はスイッチング素子、５１〜５６はダイオード、６は直流リアクトル、７は負荷装置、８は直流電流検出器、９は制御回路である。
制御回路９において、９１は減算器、９２はＰＩ制御器、９３はＰＷＭ変調器である。
すなわち図４においては、相電圧１１，１２，１３は三相交流電源の電圧値Ｅｕ，
Ｅｖ，Ｅｗをもち、コンデンサ３１，３２，３３は電圧値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗをもつ。
ここで、リアクトル２１，２２，２３とコンデンサ３１，３２，３３はフィルタを構成して外部電源からの高調波混入を防ぐとともに、ＰＷＭ動作を行うことによる高調波が外部に流出することを防いでいる。
【０００３】
また、スイッチング素子４１，４２，４３，４４，４５，４６は図示の如くＵＰ〜ＷＮを構成しており、ここではＩＧＢＴで示しているが、  ＧＴＯや各種トランジスタなども使用される。
ダイオード５１，５２，５３，５４，５５，５６はスイッチング素子４１〜４６に印加される直流電圧Ｖｄｃに耐えるよう逆耐圧特性をもたせるためのものであって、一部の  ＧＴＯなどのようにスイッチング素子自身が逆耐圧をもつ場合は不用である。
直流リアクトル６は、前述のスイッチング素子部出力を直流電流Ｉｄｃの電流源化する。
負荷装置７は直流電流Ｉｄｃを消費し、直流電流検出器８はその直流電流Ｉｄｃを検出する。
さらには、制御回路９においては、減算器９１は直流電流指令Ｉｄｃ＊と直流電流Ｉｄｃの偏差である変化分ΔＩｄｃを出力し、ＰＩ制御器９２は減算器９１出力を受け比例（Ｐ）積分（Ｉ）演算を行って直流電圧指令Ｖｄｃ＊を信号発生する。
ＰＷＭ変調器９３は、直流電圧Ｖｄｃが直流電圧指令Ｖｄｃ＊に一致するよう、各スイッチング素子４１〜４６のオン幅を定めて点弧制御する。
【０００４】
図５は電流形変換器におけるＰＩ制御器の具体例を示すものであって、  ９２１は比例（Ｐ）制御部、  ９２２は積分（Ｉ）制御部、  ９２３は加算部である。
すなわち、比例制御部  ９２１，積分制御部  ９２２は比例ゲインＫｐ，積分ゲインＫｉをそれぞれ有し、両者は減算器９１出力の変化分ΔＩｄｃをを受けてそれぞれの演算を行い、さらには、その出力が加算器  ９２３にて加算されて直流電圧指令Ｖｄｃ＊が得られる。
この図の信号名は、ラプラス表示となるので大文字で記してある。
なお、ＰＷＭ変調器９３は、三角波比較方式，ヒステリシスコンパレータ方式，  ＣＰＵ演算方式などが一般的に行われているものであって、ここでは本発明に直接関係しないため詳細説明を省略する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この種の従来技術においては、直流電流指令Ｉｄｃ＊を急変させると、ＰＩ制御器における比例制御部の比例ゲインＫｐのため直流電圧指令Ｖｄｃ＊も急変し、その結果、スイッチング素子部への交流入力電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗがリアクトルおよびコンデンサのフィルタ作用と相まって高周波の振動波形となり、そのため、電流容量，耐圧，リップル，高調波などさまざまの面から支障をきたしていた。
【０００６】
つぎに、この振動の理由を説明する。
図６は電流形変換器の一相分等価回路を示し、Ｅは相電圧である電圧源、Ｒｆ，Ｌｆはそれぞれリアクトルの抵抗成分，インダクタンス成分、Ｃｆはコンデンサ、Ｉは直流回路部を表す電流源である。
いま、直流電流指令Ｉｄｃ＊をステップ状に変化させると、直流電圧指令Ｖｄｃ＊もステップ状に変化するが、ここで、
制御回路が正常に働いていて実際の電流，電圧も指令通りに変化したとし、この時のスイッチング素子部への交流入力電流の高周波変化のみを考えるとすると、図６は図７に置き換えて考えることができる。
【０００７】
図７においては、直流電圧Ｖｄｃの変化分ΔＶｄｃは図４の直流電流Ｉｄｃの変化分ΔＩｄｃを電圧源として換算し、直流電流指令Ｉｄｃ＊がステップ状に変化した場合、変化分ΔＶｄｃもステップ状に立ち上がる。
なお、基本波のみの電圧源であるＥは省略している。
ここで、直流電圧Ｖｄｃの変化分ΔＶｄｃは、式（１）となる。ただし、そのＺｏおよびωｎ  は、式（２），（３）である。
【０００８】
【数１】
0003590195.tif 000002
【０００９】
そして、電流Ｉｔ（ｔ）について解くと、つぎの式（４），（５）のようになる。ただし、式（５）では近似を行っており、そのαおよびβは式（６），
（７）である。
この式（５）から明らかなように、このときの電流Ｉｔ（ｔ）は振幅ΔＩｄｃ，周波数β，減衰時定数αの振動波形となる、ことがわかる。
かようにして、直流電流指令Ｉｄｃ＊の急変時には、スイッチング素子部への交流入力電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが振動波形となる。
【００１０】
【数２】
0003590195.tif 000003
【００１１】
しかして本発明の目的とするところは、電流形変換器の指令急変時においても交流入力電流等の振動抑制機能を有する格別な装置を提供する、ことにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述したような点に鑑みなされたものであって、つぎの如くに構成したものである。すなわち、
直流電流指令と検出直流電流の誤差を入力として直流電圧指令を得るＰＩ制御器を備え、直流電圧指令によるＰＷＭ変調により交流−直流変換を行う電流形変換器において、ＰＩ制御器内に比例制御部出力に電圧変化率の制限を設けたリミッタを具備して構成したものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
先ず、図１および図２を参照して、説明する。
図１は本発明に係わる電圧指令値のランプ状変化を示し、図２は本発明に係わる電圧指令値の立ち上がり時間と振動電流振幅の関係を示している。
さて、図７における電圧源をステップ状に立ち上がるのではなく、図１の如くに、時間Ｔｏをかけて直流電圧Ｖｄｃの変化分ΔＶｄｃまで立ち上がるランプ状のものとすると、電流Ｉｔ（ｔ）は、つぎの式（８）のようになる。
ただし、ｕ（ｔ）は単位ステップ関数であり、ｆ（ｔ）は式（９）である。
ここで、リアクトルの抵抗成分Ｒｆは小さいものとして（α≒０）と近似すると、式（９）は、式（１０）のように表すことができる。
【００１４】
【数３】
0003590195.tif 000004
【００１５】
式（５）と式（１０）を比べてみると、振動の振幅は、ΔＩｄｃから
（ΔＩｄｃ／ωｎ  ・Ｔｏ）になっている。したがって、（ωｎ  ・Ｔｏ）を大きくすることにより、振動を減らすことが可能である。
図２において、時間Ｔｏを（Ｔｎ＝２π／ωｎ  ）で、電流振幅を式（５）の変化分ΔＩｄｃで正規化している。Ｔｓは周期、Ｖｐは最大値である。
かくの如くに、時間Ｔｏを大きくすることにより振動電流振幅を小さくし得ることから、時間Ｔｏを振動周期Ｔｎと等しくすれば、振動電流振幅をほぼ
（１／３）にすることができる。
【００１６】
図３は本発明が適用されたＰＩ制御器の構成例を図５に類して示したものであって、９２’はＰＩ制御器である。
ＰＩ制御器９２’において、  ９２１’は比例制御部、  ９２２’は積分制御部、  ９２３’は加算部、  ９２４はリミッタである。
すなわち、ＰＩ制御器９２’は図４構成にあって制御回路９のＰＩ制御器９２に代えて効用し得るものであり、特に、比例制御部  ９２１’の出力電圧の変化率を制限するリミッタ  ９２４が設けられてなるものである。
【００１７】
さて、従来のＰＩ制御器９２で高速の直流電流制御系を構成する場合、積分ゲインＫｉに比べて比例ゲインＫｐを大きくするのが普通であり、直流電圧指令
Ｖｄｃ＊の変化率は比例制御系で決まっていると言ってよい。
ここで、図３の如くにリミッタ  ９２４が挿入された比例制御部  ９２１’およびリミッタ  ９２４の構成により、大きな電流変化である直流電流Ｉｄｃの変化分ΔＩｄｃが入力された場合でも、直流電圧指令Ｖｄｃ＊’の変化率を一定値以下に制限することができる。
いま、周期Ｔｓのサンプリング周期にてＰＩ制御を行っているとすると、一周期にて動かすことができる直流電圧指令Ｖｄｃ＊’の最大値Ｖｐを、式（１１）のようにすることによっても、かかる技術思想の主旨を実現できることは明らかである。
【００１８】
【数４】
0003590195.tif 000005
【００１９】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、交流入力側にＬＣフィルタをもち、交流入力電圧を直流出力電流に変換して負荷装置に電力を供給する電流形変換器において、ＰＩ制御器により直流電流制御を行っている場合に、直流電流指令の急変時にも交流入力電流の振動を効果的に抑制し得る簡便な構成の装置を提供でき、産業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明に係わる電圧指令値のランプ状変化を示す説明図である。
【図２】図２は本発明に係わる電圧指令値の立ち上がり時間と振動電流振幅の関係を示す図である。
【図３】図３は本発明が適用されたＰＩ制御器の構成例を示す部分系統図である。
【図４】図４は電流形変換器の構成を示す回路図である。
【図５】図５は電流形変換器におけるＰＩ制御器の従来例を示す部分系統図である。
【図６】図６は電流形変換器の一相分等価回路を示す図である。
【図７】図７は電流形変換器の電圧急変時の一相分等価回路を示す図である。
【符号の説明】
１１        相電圧
２１        リアクトル
３１        コンデンサ
４１        スイッチング素子
５１        ダイオード
６        直流リアクトル
７        負荷装置
８        直流電流検出器
９        制御回路
９２        ＰＩ制御器
９２’      ＰＩ制御器
９２１’      比例制御部
９２２’      積分制御部
９２３’      加算部
９２４        リミッタ
９３        ＰＷＭ変調器
ΔＶｄｃ      直流電圧Ｖｄｃの変化分
Ｖｄｃ＊    直流電圧指令
Ｖｄｃ＊’  直流電圧指令
ΔＩｄｃ      直流電流Ｉｄｃの変化分
Ｉｄｃ＊    直流電流指令
Ｒｆ      リアクトルの抵抗成分
Ｌｆ      リアクトルのインダクタンス成分
Ｃｆ      コンデンサ
Ｅ        電圧源
Ｉ        電流源
Ｔｏ      時間
Ｔｓ      周期
Ｖｐ      最大値
【図１】
0003590195.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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