(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源に直列に接続されたリアクトルと、該リアクトルの反電源側に設けられたパルス幅変調制御変換器と、該パルス幅変調制御変換器の直流側に設けられた直列コンデンサとを備えるとともに、交流電源同期信号に基づく変換器電圧指令により前記パルス幅変調制御変換器へのゲ−トパルスを得る静止型電力変換装置において、
交流電源電圧の位相を９０度遅らせた遅れ電圧を出力する遅れ電圧出力手段と、直流電圧指令および実際の直流電圧による直流電圧偏差増幅値と前記遅れ電圧出力手段の出力との積を無効分電圧指令として発生する掛算手段と、該掛算手段出力と交流電源電圧を加算した変換器電圧指令を発生する加算手段とを、
設けて成ることを特徴とする静止型電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電源に接続されて歪みの少ない基本波力率  １００％の交流電流を入出力する静止型電力変換装置、に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
交流電源に接続されてパルス幅変調制御変換器（以下ＰＷＭ変換器と称する）のパルス幅変調（ＰＷＭ）制御を行い、交流電流を入出力する静止型電力変換装置が、知られている。
特に、静止型電力変換装置の制御方式において、交流電源から供給される電流または交流電源に回生する電流を正弦波状にし、かつ、基本波力率を  １００％にする場合、直流電圧制御アンプ出力と交流電源同期信号により作成される電流指令を得て、その電流指令に交流電流が追従する如くに、ＰＷＭ変換制御が行われている。
これを、図２〜図４を用いて説明する。
【０００３】
図２は静止型電力変換装置の要部構成を示すものであって、１は交流電源、２は静止型電力変換装置である。
静止型電力変換装置２において、２０はＰＷＭ変換器２１を制御する制御回路、２２はリアクトル、２３は直流コンデンサ、２４は直流電圧検出器、２５は負荷である。
すなわち、静止型電力変換装置２はＰＷＭ変換器２１がリアクトル２２を介して交流電源１を得て、そのＰＷＭ変換器２１の直流側に、フィルタとして作用する直流コンデンサ２３および負荷２５が接続される主回路構成をなす。
ＰＷＭ変換器２１は、オンオフ可能な半導体スイッチング素子および半導体スイッチング素子に逆並列接続されたダイオードから、三相ブリッジ回路を構成している。
直流電圧検出器２４は、直流コンデンサ２３の直流電圧Ｖｄを検出するため設けられている。
【０００４】
図３は静止型電力変換装置の制御回路の従来例を示すものであって、  ２０１は電圧制御アンプ、  ２０２は掛算器、  ２０３は電流制御アンプ、  ２０４は比較器、  ２０５は三角波発生器である。
すなわち、制御回路２０において、電圧制御アンプ  ２０１は直流コンデンサ２３の直流電圧指令Ｖｄ＊と実際の直流電圧Ｖｄとを入力し、その偏差を増幅した直流電圧偏差Ｖｄｃを掛算器  ２０２に出力する。
掛算器  ２０２は、交流電源１に同期した交流電圧Ｖｓと直流電圧偏差Ｖｄｃとを入力し、その積を交流電流指令Ｉ＊として、電流制御アンプ  ２０３に出力する。
電流制御アンプ  ２０３は、交流電流指令Ｉ＊と実際の交流電流Ｉとを入力し、その偏差を増幅した変換器電圧指令Ｖ＊を、比較器  ２０４に出力する。
比較器  ２０４は、変換器電圧指令Ｖ＊と三角波発生器  ２０５出力の三角波Ｓとを入力し、その大小の比較から、ＰＷＭ変換器２１の半導体スイッチング素子へのゲ−トパルスＧｃを、発生する。
【０００５】
図４は静止型電力変換装置の動作の理解を容易にするため示し、交流電源１の交流電圧ＶｓとＰＷＭ変換器２１の交流入力電圧Ｖｃと交流電流Ｉとリアクトル２２に印加されるリアクトル電圧Ｖｘのベクトル関係を、示している。
すなわち、静止型電力変換装置の順変換動作の場合〔図４（ａ）〕，逆変換動作の場合〔図４（ｂ）〕、交流電源１から供給される交流電流Ｉまたは交流電源１に回生する交流電流Ｉは、交流電圧Ｖｓと同位相あるいは逆位相になるように制御することにより、電源から見た基本波力率を、図示の如くに  １００％にすることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この種の従来技術においては、交流電流指令Ｉ＊に交流電流Ｉが追従する如く、ＰＷＭ変換器を駆動するものであるため、その交流電流Ｉにはリップルが含まれる。
したがって、信号対ノイズの比すなわち交流電流指令対交流電流のリップル分の比が小さくなって対ノイズ特性が悪化することから、リップル分の除去のために大きなフィルタが必要となり、よって、負荷の過渡変動による応答が悪くなるものとなって、直流コンデンサの変動が大きくなるという不具合があった。
【０００７】
しかして本発明の目的とするところは、負荷の過渡変動による応答を改善しかつ直流コンデンサの変動を小さくし得る格別な静止型電力変換装置を提供する、ことにある。
【０００８】
【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、
オンオフ可能な半導体スイッチング素子および半導体スイッチング素子に逆並列接続されたダイオードからなるＰＷＭ変換器と、ＰＷＭ変換器の交流電源側に直列に接続されるリアクトルと、ＰＷＭ変換器の直流側に接続される直流コンデンサとを具備して構成するとともに、
ＰＷＭ変換器を制御する制御回路は、直流電圧指令および実際の直流電圧の偏差を増幅して直流電圧偏差を出力する偏差増幅手段と、交流電源電圧の位相を９０度遅らせた遅れ電圧を出力する遅れ電圧出力手段と、偏差増幅手段の出力と遅れ電圧出力手段の出力の積を無効分電圧指令として出力する掛算手段と、掛算手段出力と交流電源電圧を加算した変換器電圧指令を出力する加算手段と、加算手段出力と三角波発生器出力の三角波との大小の比較から半導体スイッチング素子へのゲ−トパルスを発生する比較手段とを、
設けて成るものである。
【０００９】
かかる解決手段の作用を、図４を参照して説明する。
さて、順変換動作の場合には、（基本波力率＝  １００％）になっているとき、
図４（ａ）のベクトル図が成立する。
このとき、リアクトル２２に印加されるリアクトル電圧Ｖｘは、電源の交流電圧
Ｖｓより９０度進んでいる。
したがって、リアクトル電圧Ｖｘの反対位相の電圧と交流電圧Ｖｓとをベクトル的に換算した電圧を、ＰＷＭ変換器２１の交流入力電圧Ｖｃとすれば良い。
同様に、逆変換動作の場合には、リアクトル電圧Ｖｘは交流電圧Ｖｓより９０度遅れている。
したがって、リアクトル電圧Ｖｘの反対位相の電圧と交流電圧Ｖｓとをベクトル的に換算した電圧を、ＰＷＭ変換器２１の交流入力電圧Ｖｃとすれば良い。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明が適用された静止型電力変換装置の制御回路を図３に類して示したものであって、２０’は制御回路である。
制御回路２０’において、  ２０２’は掛算器、  ２０４’は比較器、  ２０６は遅れ回路、
２０７は加算器である。
【００１１】
すなわち、直流電圧指令Ｖｄ＊および直流電圧Ｖｄを入力とする電圧制御アンプ  ２０１と、交流電圧Ｖｓを入力とする遅れ回路  ２０６と、電圧制御アンプ  ２０１出力の直流電圧偏差Ｖｄｃおよび遅れ回路  ２０６出力の遅れ電圧Ｖｓｑを入力とする掛算器  ２０２’と、掛算器  ２０２’出力の無効分電圧指令Ｖｓｑ＊および交流電圧Ｖｓを入力とする加算器  ２０７と、三角波発生器  ２０５と、加算器  ２０７出力の変換器電圧指令
Ｖ＊’および三角波発生器  ２０５出力の三角波Ｓを入力としてゲ−トパルスＧｃ’を発生する比較器  ２０４’とからなる。
ここで、遅れ回路  ２０６は交流電源１の交流電圧Ｖｓの位相が９０度遅れた遅れ電圧Ｖｓｑを得るものであり、掛算器  ２０２’は直流電圧偏差Ｖｄｃと遅れ電圧Ｖｓｑの積を無効分電圧指令Ｖｓｑ＊として得るものであり、加算器  ２０７は無効分電圧指令
Ｖｓｑ＊と交流電圧Ｖｓの和を変換器電圧指令Ｖ＊’として得るものである。
【００１２】
かくの如く制御回路２０’は、リアクトル２２に印加されるリアクトル電圧Ｖｘの反対位相の電圧を無効分電圧指令Ｖｓｑ＊によって指令し、それと電源の交流電圧Ｖｓが加算された変換器電圧指令Ｖ＊’を得ることにより、図４の如きＰＷＭ変換器２１の交流入力電圧Ｖｃが制御されるものである。
つまり、交流電圧Ｖｓは一定であるから、負荷２５の変化によって無効分電圧指令Ｖｓｑ＊のみが変化し、したがって、交流入力電圧Ｖｃが変化する。
かようにして、直流電圧偏差Ｖｄｃにより無効分電圧指令Ｖｓｑ＊のみを制御するものとなって、図３に示される如きマイナ−の電流制御ル−プが除去され、その分負荷の過渡変動による応答が改善され、直流コンデンの変動を小さくすることができる。
さらには、直流電圧偏差Ｖｄｃが正のとき図４（ａ）の順変換動作を制御できることから、直流電圧偏差Ｖｄｃが負のときに図４（ｂ）の逆交換動作を制御できることは、明らかである。
【００１３】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、負荷の過渡変動による応答を改善しかつ直流コンデンサの変動を小さくし得る簡便な構成の静止型電力変換装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明が適用された静止型電力変換装置の制御回路の一例を示す部分ブロック図である。
【図２】図２は静止型電力変換装置の要部構成を示す系統図である。
【図３】図３は静止型電力変換装置の制御回路の従来例を示す部分ブロックである。
【図４】図４は静止型電力変換装置の動作の理解を容易にするため示したベクトル図である。
【符号の説明】
１        交流電源
２        静止型電力変換装置
２０        制御回路
２０’      制御回路
２０１        電圧制御アンプ
２０２’      掛算器
２０３        電流制御アンプ
２０４’      比較器
２０５        三角波発生器
２０６        遅れ回路
２０７        加算器
２１        パルス幅変調制御変換器（ＰＷＭ変換器）
２２        リアクトル
２３        直流コンデンサ
２４        直流電圧検出器
２５        負荷
Ｉ        交流電流
Ｖｓ      交流電圧
Ｖｘ      リアクトル電圧
Ｖｃ      交流入力電圧
Ｖｄ      直流電圧
Ｖｄ＊    直流電圧指令
Ｖｄｃ      直流電圧偏差
Ｉ＊      交流電流指令
Ｖ＊’    変換器電圧指令
Ｓ        三角波
Ｇｃ’    ゲ−トパルス
Ｖｓｑ      遅れ電圧
Ｖｓｑ＊    無効分電圧指令
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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