(57)【要約】【課題】起動時に直流電圧のオーバーシュートを防ぐことができる電流制御形コンバータを提供する。【解決手段】制御部は、コンバータ部から出力される直流電圧の値Ｖdcと直流電圧指令値Ｖdc*との偏差を比例積分する比例積分制御により有効電流指令値Ｉq*を演算して出力するＰＩ制御器１０３と、ＰＩ制御器１０３からの有効電流指令値Ｉq*とコンバータ部に入力される有効電流の値Ｉqとの偏差を比例積分する比例積分制御により有効電圧補正値を演算して出力するＰＩ制御器１０５と、コンバータ部に入力される無効電流の値Ｉdと無効電流指令値Ｉd*との偏差を比例積分する比例積分制御により無効電圧補正値を演算して出力するＰＩ制御器１０８を有する。制御部は、コンバータ部を起動してから起動が完了するまでの間、ＰＩ制御器１０３から出力される有効電流指令値Ｉq*をゼロまたは負にし、かつ、ＰＩ制御器１０５の動作を比例制御とする。【選択図】図２
2008054461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部(５０３)と、
上記コンバータ部(５０３)を制御する制御部とを備えた電流制御形コンバータであって、
上記制御部は、
上記コンバータ部(５０３)から出力される直流電圧の値と直流電圧指令値との偏差を比例積分する比例積分制御により有効電流指令値を演算して出力する電圧制御器(６０２,１０３,２０３,３０３)と、
上記電圧制御器(６０２,１０３,２０３,３０３)からの上記有効電流指令値と上記コンバータ部(５０３)に入力される有効電流の値との偏差を比例積分する比例積分制御により有効電圧補正値を演算して出力する有効電流制御器(６０４,１０５,２０５,３０５)と、
無効電流指令値と上記コンバータ部(５０３)に入力される無効電流の値との偏差を比例積分する比例積分制御により無効電圧補正値を演算して出力する無効電流制御器(６０８,１０８,２０８,３０８)と
を有し、
上記有効電流制御器(６０４,１０５,２０５,３０５)からの上記有効電圧補正値と上記無効電流制御器(６０８,１０８,２０８,３０８)からの上記無効電圧補正値に基づいて、上記コンバータ部(５０３)を制御する制御信号を出力すると共に、
上記コンバータ部(５０３)を起動開始から起動が完了するまでの間、上記電圧制御器(６０２,１０３,２０３,３０３)から出力される上記有効電流指令値をゼロまたは負にし、かつ、上記有効電流制御器(６０４,１０５,２０５,３０５)の動作を比例制御とすることを特徴とする電流制御形コンバータ。
【請求項２】
請求項１に記載の電流制御形コンバータにおいて、
上記制御部は、
上記コンバータ部(５０３)の起動開始時に、上記電圧制御器(１０３)の初期値を設定する初期設定部(１２２)と、
上記コンバータ部(５０３)の起動が完了したことを表す起動完了信号を出力する起動完了信号出力部(１２４)と、
上記コンバータ部(５０３)の起動開始時に、上記有効電流制御器(２０５)の動作を比例積分制御から比例制御に切り換えた後、上記起動完了信号出力部(１２４)が上記起動完了信号を出力すると、上記有効電流制御器(２０５)の動作を比例制御から比例積分制御に切り換える制御切換部(１２３)と
を有することを特徴とする電流制御形コンバータ。
【請求項３】
請求項１に記載の電流制御形コンバータにおいて、
上記制御部は、
上記コンバータ部(５０３)の起動開始時に上記直流電圧指令値を負の初期値にして所定時間経過した後に上記直流電圧指令値を正の所定値にする直流電圧指令部(２０１)と、
上記コンバータ部の起動が完了したことを表す起動完了信号を出力する起動完了信号出力部(２２３)と、
上記コンバータ部(５０３)の起動開始時に、上記有効電流制御器(２０５)の動作を比例積分制御から比例制御に切り換えた後、上記起動完了信号出力部(２２３)が上記起動完了信号を出力すると、上記有効電流制御器(２０５)の動作を比例制御から比例積分制御に切り換える制御切換部(２２２)と
を有することを特徴とする電流制御形コンバータ。
【請求項４】
請求項１に記載の電流制御形コンバータにおいて、
上記制御部は、
上記コンバータ部(５０３)の起動開始時に上記直流電圧指令値を負の初期値にした後にその初期値から徐々に変化させて正の所定値にする直流電圧指令部(３０１)と、
上記コンバータ部(５０３)の起動が完了したことを表す起動完了信号を出力する起動完了信号出力部(３２３)と、
上記コンバータ部(５０３)の起動時開始に、上記有効電流制御器(３０５)の動作を比例積分制御から比例制御に切り換えた後、上記起動完了信号出力部(３２３)が上記起動完了信号を出力すると、上記有効電流制御器(３０５)の動作を比例制御から比例積分制御に切り換える制御切換部(３２２)と
を有することを特徴とする電流制御形コンバータ。
【請求項５】
三相交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部(５０３)と、
上記コンバータ部(５０３)を制御する制御部とを備えた電流制御形コンバータであって、
上記制御部は、
上記コンバータ部(５０３)から出力される直流電圧の値と直流電圧指令値との偏差を比例積分する比例積分制御により有効電流指令値を演算して出力する電圧制御器(６０２,４０３)と、
上記電圧制御器(６０２,４０３)からの上記有効電流指令値と上記コンバータ部(５０３)に入力される有効電流の値との偏差を比例積分する比例積分制御により有効電圧補正値を演算して出力する有効電流制御器(６０４,４０５)と、
無効電流指令値と上記コンバータ部(５０３)に入力される無効電流の値との偏差を比例積分する比例積分制御により無効電圧補正値を演算して出力する無効電流制御器(６０８,４０８)と
を有し、
上記有効電流制御器(６０４,４０５)からの上記有効電圧補正値と上記無効電流制御器(６０８,４０８)からの上記無効電圧補正値に基づいて、上記コンバータ部(５０３)を制御する制御信号を出力すると共に、
上記コンバータ部(５０３)を起動開始から起動が完了するまでの間、上記電圧制御器(６０２,４０３)の動作を比例制御とし、かつ、上記有効電流制御器(６０４,４０５)から出力される上記有効電圧補正値をゼロまたは負にすることを特徴とする電流制御形コンバータ。
【請求項６】
請求項５に記載の電流制御形コンバータにおいて、
上記制御部は、
上記コンバータ部(５０３)の起動開始時に、上記有効電流制御器(４０５)の初期値を設定する初期設定部(４２３)と、
上記コンバータ部(５０３)の起動が完了したことを表す起動完了信号を出力する起動完了信号出力部(４２４)と、
上記コンバータ部(５０３)の起動開始時に、上記電圧制御器(４０３)の動作を比例積分制御から比例制御に切り換えた後、上記起動完了信号出力部(４２４)が上記起動完了信号を出力すると、上記電圧制御器(４０３)の動作を比例制御から比例積分制御に切り換える制御切換部(４２２)と
を有することを特徴とする電流制御形コンバータ。
【請求項７】
請求項２乃至４または６のいずれか１つに記載の電流制御形コンバータにおいて、
上記制御部の上記起動完了信号出力部(１２４,２２３,３２３,４２４)は、上記コンバータ部(５０３)から出力される直流電圧の値と上記直流電圧指令値との偏差に基づいて上記起動完了信号を出力することを特徴とする電流制御形コンバータ。
【請求項８】
請求項２乃至４または６のいずれか１つに記載の電流制御形コンバータにおいて、
上記制御部の上記起動完了信号出力部は、上記コンバータ部の起動開始から所定起動時間が経過したとき、上記起動完了信号を出力することを特徴とする電流制御形コンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電流制御形コンバータに関し、詳しくは、三相交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部を備えた電流制御形コンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電流制御形コンバータとしては、ｄｑ軸による電流制御を用いたコンバータ制御系を有するものがある(例えば、特許第３１９２０５８号(特許文献１)参照)。
【０００３】
この電流制御形コンバータは、有効分をｑ軸電流とし、無効分をｐ軸電流として、負荷に対応して変動する直流電圧に対して、電圧制御器の偏差に基づき有効分を有効電流指令値により制御することにより、直流電圧を一定に制御している。一方、無効分については、無効電流指令値を零とすることにより、力率１の運転を行う。
【０００４】
ここで、有効電流制御系、無効電流制御系には、ＰＩ制御器が用いられ、起動時に過電流を抑制するために、ｑ軸電流補償器の積分器を初期設定する方式の図１０に示す制御系、ｑ軸電流補償器の積分器と直流電圧補償器の積分器を共に初期設定する方式の図１１に示す制御系、さらに、直流電圧指令値を検出値よりも小さく初期設定する方式の図１２に示す制御系がある。
【０００５】
図１０に示す制御系を備えた第１の電流制御形コンバータのＰＩ制御器７は、積分器１８ａとリミッタ１９ａ比例乗算器２０ａおよび加減算器２１ａで構成されている。また、ＰＩ制御器１５ａは、積分器１８ｂとリミッタ１９ｂと比例乗算器２０ｂおよび加減算器２１ｂで構成されている。また、ＰＩ制御器１５ｂは、積分器１８ｃとリミッタ１９ｃと比例乗算器２０ｃおよび加減算器２１ｃで構成されている。図１０において、１４a,１４b,１７a,１７bは加減算器であり、１６a,１６bはゲインである。
【０００６】
この電流制御形コンバータでは、ＰＷＭ信号を止めた状態で交流電源を投入し、出力に接続された平滑コンデンサをダイオード整流電圧まで初充電する。この後、コンバータ起動指令２２が出力されるまではＰＩ積分器出力初期設定手段２３で、有効電流補正値△Ｖqを出力するＰＩ制御器１５ａの積分器１８ｂの出力を常に負の値または負のリミット値に設定している。これによって、有効電流指令値Ｉq*が正であっても、積分器１８ｂの初期値が比例乗算器２０ｂの出力より小さいため、有効電流補正値△Ｖqは負の値となる。そこで、有効電圧指令値Ｖq*は最大値に近い値となり、コンバータ起動時、比較的直流電圧が低いダイオード整流電圧においてもコンバータ入力電圧が比較的大きくなる。この結果、電源電圧とコンバータ入力電圧との差電圧が小さくなり過大な電源電流は流れない。なお、直流電圧が上昇して定常運転時の直流電圧指令値に到達すると、有効電流補正値△Ｖqや積分器１８ｂの出力はほぼ零に収束する。
【０００７】
このように、図１０に示す制御系を備えた第１の電流制御形コンバータでは、コンバータ起動前にＰＩ補償の積分器１８ｂの出力を負の値または負のリミッタに設定した状態で起動することで、コンバータ起動時の過大電源電流を抑制している。
【０００８】
また、図１１に示す制御系を備えた第２の電流制御形コンバータにおいて、図１０と異なる部分は、コンバータ起動前にＰＩ積分器出力初期設定手段２３で、有効電流補正値△Ｖqを出力するＰＩ制御器１５ａの積分器１８ｂの出力を負の値または負のリミット値に設定するのに加えて、有効電流指令値Ｉq*を出力するＰＩ制御器７の積分器１８ａの出力を負の値または負のリミット値に設定している点である。これにより、積分器１８ａ出力の初期値と、比例乗算器２０ａの出力との加算値が有効電流指令値Ｉq*となり、有効電流指令値Ｉq*を比較的小さくできる。この結果、有効電流指令値Ｉq*と有効電流Ｉqの偏差を小さくでき比例乗算器２０ｂの出力は小さくなる。そこで、有効電流補正値△Ｖqを出力するＰＩ制御器１５ａの積分器１８ｂの出力は負のリミット値に設定されるので、有効電圧指令値Ｖq*は最大値に近い値となる。
【０００９】
この結果、図１１に示す制御系を備えた第２の電流制御形コンバータでは、図１０と同様にコンバータ入力電圧が比較的大きくなり、コンバータ起動時の過大電源電流を抑制している。
【００１０】
また、図１２に示す制御系を備えた第３の電流制御形コンバータにおいて、図１０と異なる部分は、直流電圧指令設定手段２４を設けてコンバータ起動前は平滑コンデンサ直流電圧指令値Ｖdc*を平滑コンデンサ電圧検出値Ｖdcより小さい値に設定することで、ＰＩ制御器の積分器１８ａ,１８ｂの出力を負の値または負のリミッタに設定している。次に、この状態でコンバータ起動指令と共に、平滑コンデンサ直流電圧指令値Ｖdc*をコンバータ制御電圧指令値まで上げてコンバータ制御する。
【００１１】
このような図１０〜図１２のいずれの制御系を備えた電流制御形コンバータにおいても、起動時に初期値または偏差により積分器を飽和状態とし、出力電圧指令値を積分器の時定数を伴って下降させるため、整流器モードからＰＷＭモードにスムーズに移行できる。
【００１２】
上記図１０〜図１２に示す第１〜第３の電流制御形コンバータは、急峻な指令値の変化がないため、過電流の発生を抑制することができる。しかしながら、起動時に時定数の異なる電圧制御系、電流制御系にＰＩ制御を用いているため、積分器が相互に干渉し、電流指令値のオーバーシュートにより過電流が発生するという問題がある。
【００１３】
図１０〜図１２に示す構成の電流制御形コンバータにおいてシミュレーションを行った。ここで、図１０〜図１２において、主回路および制御系の定数は次のように設定した。
主回路定数    ：  リアクトルのインダクタンスＬ＝３.５ｍＨ、
リアクトルの抵抗ｒ＝０.１Ω、
平滑コンデンサの容量Ｃ＝１０００μＦ、
直流無負荷状態
電源電圧      ：  三相４００ＶＡＣ、
制御電圧      ：  ７００ＶＤＣ
電圧制御系定数：  Ｋｐ＝０.１、
Ｋｉ＝２、
リミッター(±５０)
電流制御系定数：  Ｋｐ＝３.５、
Ｋｉ＝１００、
リミッター(±１００)
【００１４】
ここでは、コンバータへの電圧指令値を与える制御系のみが示されているが、制御系により得られたｄｑ軸電圧Ｖd,Ｖqに基づいて、次の(１)式の関係となるようにコンバータは制御される。
2008054461.tif 000003
【００１５】
ここで、コンバータの主回路は、直流電圧に対して降圧形変換器として動作するため、電圧制御率Ｋｓの最大値は１となり、最大値の場合、整流器モード相当で動作する。
【００１６】
図１０では電流制御系の積分項を負に設定し、図１１では電圧制御系の積分項を負に設定し、図１２では電圧制御系の偏差を負に設定している。このため、電圧指令値ΔＶqが電源電圧指令値Ｖｒ*に加算され、電圧指令値Ｖqが大きく設定されることから、初期状態は(１)式より電圧制御率は１を超えるものとなるが、最大値のリミッタで制限される。
【００１７】
図１３は、図１０の構成の第１の電流制御形コンバータについて、起動時のシミュレーションを行ったものを示している。図１３に示すように、電流制御系積分器は、ここでは−１００Ｖに初期設定されている。このため、電源電圧指令値Ｖｒ*＝４００Ｖが加算され、ｑ軸電圧指令値Ｖqの初期値は５００Ｖとなっている。ここで、直流電圧制御系の偏差は、正であるから、ＰＩ制御器積分値の増加に伴い、電流指令値が上昇する。このため、電流制御系の偏差も正となり、負に蓄積されたＰＩ制御器積分値が増加するため、ｑ軸電圧指令値Ｖqが減少する。
【００１８】
この間、コンバータが整流器モードであるため、直流電圧は電源波高値である５７０Ｖ程度に充電されているが、ｑ軸電圧指令値Ｖqが４００Ｖ以上であるため、(１)式に示すように、Ｋｓは上限値１を維持することになる。このため、ｑ軸電圧指令値Ｖqが４００Ｖを下回らない限り、コンバータはＰＷＭ動作を行わないため、偏差により制御量が変化する通常の動作は機能せず、飽和した積分値を検証させる動作に留まる。この状態を一般にリセットワインドアップという。
【００１９】
この間、直流電圧制御系の積分器にも偏差が蓄積されるリセットワインドアップが発生するが、Ｖqが４００Ｖを下回り、コンバータ制御が復帰した時点で、リセット状態が解消されるため、電流指令値が零に復帰する間、直流電圧にオーバーシュートが発生する。
【００２０】
図１１に示す第２の電流制御形コンバータのシミュレーション結果である図１４は、電圧制御系、電流制御系の双方を初期設定したものであるが、電圧制御系の初期設定値が偏差より減少し、電流指令値が正となった後の動作は、図１０に示す第１の電流制御形コンバータのシミュレーション結果である図１３の場合と同様である。
【００２１】
また、図１２に示す第３の電流制御形コンバータのシミュレーション結果である図１５は、電圧指令値により偏差を負としているが、偏差により図１１に示す電流制御形コンバータのシミュレーション結果である図１４と同様の初期値を設定するものである。なお、図１６は、図１２に示す電流制御形コンバータにおいて、直流電圧指令値を初期値から徐々に大きくした場合のシミュレーション結果である。
【００２２】
このように、従来方式では、整流器動作がリミッタとして働くため、電流制御系の積分器を初期設定することで、強制的にリセットワインドアップ状態として、解除までの積分時定数により急峻な指令値の変化を軽減するものである。しかし、電流制御系のリセットワインドアップ状態が解除されるまでの間、電圧制御系についても同様にリセットワインドアップにより誤差が蓄積されるため、解除された瞬間に直流電圧のオーバーシュートが発生する。
【特許文献１】特許第３１９２０５８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
そこで、この発明の課題は、起動時に直流電圧のオーバーシュートを防ぐことができる電流制御形コンバータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記課題を解決するため、第１の発明の電流制御形コンバータは、
三相交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、
上記コンバータ部を制御する制御部とを備えた電流制御形コンバータであって、
上記制御部は、
上記コンバータ部から出力される直流電圧の値と直流電圧指令値との偏差を比例積分する比例積分制御により有効電流指令値を演算して出力する電圧制御器と、
上記電圧制御器からの上記有効電流指令値と上記コンバータ部に入力される有効電流の値との偏差を比例積分する比例積分制御により有効電圧補正値を演算して出力する有効電流制御器と、
無効電流指令値と上記コンバータ部に入力される無効電流の値との偏差を比例積分する比例積分制御により無効電圧補正値を演算して出力する無効電流制御器と
を有し、
上記有効電流制御器からの上記有効電圧補正値と上記無効電流制御器からの上記無効電圧補正値に基づいて、上記コンバータ部を制御する制御信号を出力すると共に、
上記コンバータ部を起動開始から起動が完了するまでの間、上記電圧制御器から出力される上記有効電流指令値をゼロまたは負にすると共に、上記有効電流制御器の動作を比例制御とすることを特徴とする。
【００２５】
上記構成によれば、上記制御部の電圧制御器は、コンバータ部から出力される直流電圧の値と直流電圧指令値との偏差を比例積分する比例積分制御により有効電流指令値を演算して出力する。また、上記制御部の有効電流制御器は、電圧制御器からの有効電流指令値とコンバータ部に入力される有効電流の値との偏差を比例積分する比例積分制御により有効電圧補正値を演算して出力すると共に、制御部の無効電流制御器は、無効電流指令値とコンバータ部に入力される無効電流の値との偏差を比例積分する比例積分制御により無効電圧補正値を演算して出力する。そして、上記有効電流制御器からの有効電圧補正値と無効電流制御器からの無効電圧補正値に基づいて、制御部は制御信号をコンバータ部に出力する。ここで、上記無効電流指令値を零とすることにより、力率１の運転が行える。そして、上記コンバータ部を起動するとき、コンバータ部を起動開始から起動が完了するまでの間、制御部は、電圧制御器から出力される有効電流指令値をゼロまたは負にすると共に、有効電流制御器の動作を比例制御とすることによって、起動時に有効電流制御器がリセットワインドアップ状態にならず、電圧制御系の電圧制御器と電流制御系の有効電流制御器の積分項の干渉を抑制するので、直流電圧のオーバーシュートを防ぐことができる。これにより、信頼性の高い制御ができると共に、素子耐圧を低減することができる。
【００２６】
また、一実施形態の電流制御形コンバータでは、
上記制御部は、
上記コンバータ部の起動開始時に、上記電圧制御器の初期値を設定する初期設定部と、
上記コンバータ部の起動が完了したことを表す起動完了信号を出力する起動完了信号出力部と、
上記コンバータ部の起動開始時に、上記電圧制御器の動作を比例積分制御から比例制御に切り換えた後、上記起動完了信号出力部が上記起動完了信号を出力すると、上記電圧制御器の動作を比例制御から比例積分制御に切り換える制御切換部と
を有する。
【００２７】
上記実施形態によれば、コンバータ部の起動開始時に、初期設定部により電圧制御器の初期値を設定して、積分時定数による急峻な有効電流指令値の変化を軽減すると共に、制御切換部により電圧制御器の動作を比例積分制御から比例制御に切り換える。そして、上記起動完了信号出力部が起動完了信号を出力すると、制御切換部により有効電流制御器の動作を比例制御から比例積分制御に戻す。このように、コンバータ部の起動時に、電圧制御系の電圧制御器の積分項の時定数で有効電流指令値が与えられるため、直流電圧がオーバーシュートしない安定した起動を行うことができる。
【００２８】
また、一実施形態の電流制御形コンバータでは、
上記制御部は、
上記コンバータ部の起動開始時に上記直流電圧指令値を負の初期値にして所定時間経過した後に上記直流電圧指令値を正の所定値にする直流電圧指令部と、
上記コンバータ部の起動が完了したことを表す起動完了信号を出力する起動完了信号出力部と、
上記コンバータ部の起動開始時に、上記有効電流制御器の動作を比例積分制御から比例制御に切り換えた後、上記起動完了信号出力部が上記起動完了信号を出力すると、上記有効電流制御器の動作を比例制御から比例積分制御に切り換える制御切換部と
を有する。
【００２９】
上記実施形態によれば、コンバータ部の起動開始時に、直流電圧指令部により直流電圧指令値を負の初期値にして所定時間経過した後に上記直流電圧指令値を正の所定値にすると共に、制御切換部により有効電流制御器の動作を比例積分制御から比例制御に切り換える。そして、起動完了信号出力部が起動完了信号を出力すると、制御切換部により有効電流制御器の動作を比例制御から比例積分制御に戻す。このように、起動開始時に直流電圧指令値を負の初期値にすることによって、コンバータ部から出力される直流電圧の値と直流電圧指令値との偏差を負として、直流電圧がオーバーシュートしない安定した起動を行うことができる。
【００３０】
また、一実施形態の電流制御形コンバータでは、
上記制御部は、
上記コンバータ部の起動開始時に上記直流電圧指令値を負の初期値にした後にその初期値から徐々に変化させて正の所定値にする直流電圧指令部と、
上記コンバータ部の起動が完了したことを表す起動完了信号を出力する起動完了信号出力部と、
上記コンバータ部の起動時開始に、上記有効電流制御器の動作を比例積分制御から比例制御に切り換えた後、上記起動完了信号出力部が上記起動完了信号を出力すると、上記有効電流制御器の動作を比例制御から比例積分制御に切り換える制御切換部と
を有する。
【００３１】
上記実施形態によれば、コンバータ部の起動開始時に直流電圧指令部により直流電圧指令値を負の初期値にした後にその初期値から徐々に変化させて正の所定値にする。また、コンバータ部の起動時開始に、制御切換部により有効電流制御器の動作を比例積分制御から比例制御に切り換える。そして、上記起動完了信号出力部が起動完了信号を出力すると、制御切換部により有効電流制御器の動作を比例制御から比例積分制御に戻す。このように、起動開始時に直流電圧指令値を負の初期値にした後に直流電圧指令値を任意の時間関数で上昇させることによって、直流電圧のオーバーシュートの発生がなく、負荷に対応して電圧上昇率の制御が可能となる。
【００３２】
また、第２の発明の電流制御形コンバータでは、
三相交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、
上記コンバータ部を制御する制御部とを備えた電流制御形コンバータであって、
上記制御部は、
上記コンバータ部から出力される直流電圧の値と直流電圧指令値との偏差を比例積分する比例積分制御により有効電流指令値を演算して出力する電圧制御器と、
上記電圧制御器からの上記有効電流指令値と上記コンバータ部に入力される有効電流の値との偏差を比例積分する比例積分制御により有効電圧補正値を演算して出力する有効電流制御器と、
無効電流指令値と上記コンバータ部に入力される無効電流の値との偏差を比例積分する比例積分制御により無効電圧補正値を演算して出力する無効電流制御器と
を有し、
上記有効電流制御器からの上記有効電圧補正値と上記無効電流制御器からの上記無効電圧補正値に基づいて、上記コンバータ部を制御する制御信号を出力すると共に、
上記コンバータ部を起動開始から起動が完了するまでの間、上記電圧制御器の動作を比例制御とし、かつ、上記有効電流制御器から出力される上記有効電圧補正値をゼロまたは負にする。
【００３３】
上記構成によれば、上記制御部の電圧制御器は、コンバータ部から出力される直流電圧の値と直流電圧指令値との偏差を比例積分する比例積分制御により有効電流指令値を演算して出力する。また、上記制御部の有効電流制御器は、電圧制御器からの有効電流指令値とコンバータ部に入力される有効電流の値との偏差を比例積分する比例積分制御により有効電圧補正値を演算して出力すると共に、制御部の無効電流制御器は、無効電流指令値とコンバータ部に入力される無効電流の値との偏差を比例積分する比例積分制御により無効電圧補正値を演算して出力する。そして、上記有効電流制御器からの有効電圧補正値と無効電流制御器からの無効電圧補正値に基づいて、制御部は制御信号をコンバータ部に出力する。ここで、上記無効電流指令値を零とすることにより、力率１の運転が行える。そして、上記コンバータ部を起動するとき、コンバータ部を起動開始から起動が完了するまでの間、制御部は、電圧制御器の動作を比例制御とすると共に、有効電流制御器から出力される有効電圧補正値をゼロまたは負にすることによって、起動時に電圧制御器がリセットワインドアップ状態にならず、電圧制御系の電圧制御器と電流制御系の有効電流制御器の積分項の干渉を抑制するので、直流電圧のオーバーシュートを防ぐことができる。これにより、信頼性の高い制御ができると共に、素子耐圧を低減することができる。
【００３４】
また、一実施形態の電流制御形コンバータでは、上記第２の発明の電流制御形コンバータにおいて、
上記制御部は、
上記コンバータ部の起動開始時に、上記有効電流制御器の初期値を設定する初期設定部と、
上記コンバータ部の起動が完了したことを表す起動完了信号を出力する起動完了信号出力部と、
上記コンバータ部の起動開始時に、上記電圧制御器の動作を比例積分制御から比例制御に切り換えた後、上記起動完了信号出力部が上記起動完了信号を出力すると、上記電圧制御器の動作を比例制御から比例積分制御に切り換える制御切換部と
を有する。
【００３５】
上記実施形態によれば、コンバータ部の起動開始時に、初期設定部により有効電流制御器の初期値を設定して、積分時定数による急峻な有効電圧補正値の変化を軽減すると共に、すると共に、制御切換部により電圧制御器の動作を比例積分制御から比例制御に切り換える。そして、上記起動完了信号出力部が起動完了信号を出力すると、制御切換部により電圧制御器の動作を比例制御から比例積分制御に戻す。このように、コンバータ部の起動時に、電圧制御系の電圧制御器の積分項に誤差が蓄積されないため、直流電圧がオーバーシュートしない安定した起動を行うことができる。
【００３６】
また、一実施形態の電流制御形コンバータでは、上記第１,第２の発明の電流制御形コンバータにおいて、上記制御部の上記起動完了信号出力部は、上記コンバータ部から出力される直流電圧の値と上記直流電圧指令値との偏差に基づいて上記起動完了信号を出力する。
【００３７】
上記実施形態によれば、上記起動完了信号出力部は、コンバータ部から出力される直流電圧の値と直流電圧指令値との偏差に基づいて起動完了信号を出力することによって、例えば直流電圧値と直流電圧指令値との偏差が所定値未満になったときに起動が完了したものとすることにより、起動完了を正確に検出できる。
【００３８】
また、一実施形態の電流制御形コンバータでは、上記第１,第２の発明の電流制御形コンバータにおいて、上記制御部の上記起動完了信号出力部は、上記コンバータ部の起動開始から所定起動時間が経過したとき、上記起動完了信号を出力する。
【００３９】
上記実施形態によれば、上記起動完了信号出力部は、コンバータ部の起動開始から所定起動時間が経過したとき、起動を完了したものとして起動完了信号を出力することによって、簡単な構成で起動完了信号を得ることができる。
【発明の効果】
【００４０】
以上より明らかなように、第１の発明の電流制御形コンバータによれば、起動時に直流電圧のオーバーシュートを防ぐことができ、信頼性の高い制御と素子耐圧の低減を図ることができる。
【００４１】
また、一実施形態の電流制御形コンバータによれば、上記コンバータ部の起動開始時に、初期設定部により電圧制御器の初期値を設定すると共に、制御切換部により有効電流制御器の動作を比例積分制御から比例制御に切り換えた後、起動完了信号出力部が起動完了信号を出力すると、制御切換部により有効電流制御器の動作を比例制御から比例積分制御に切り換えることによって、電圧制御系の電圧制御器の積分項の時定数で有効電流指令値が与えられるため、直流電圧がオーバーシュートしない安定した起動を行うことができる。
【００４２】
また、一実施形態の電流制御形コンバータによれば、上記コンバータ部の起動開始時に、直流電圧指令部により直流電圧指令値を負の初期値にして所定時間経過した後に上記直流電圧指令値を正の所定値にすると共に、制御切換部により有効電流制御器の動作を比例積分制御から比例制御に切り換えた後、起動完了信号出力部が起動完了信号を出力すると、制御切換部により有効電流制御器の動作を比例制御から比例積分制御に切り換えることによって、コンバータ部から出力される直流電圧の値と直流電圧指令値との偏差を負として、電圧制御器がリセットワインドアップ状態にならないので、直流電圧がオーバーシュートしない安定した起動を行うことができる。
【００４３】
また、一実施形態の電流制御形コンバータによれば、上記コンバータ部の起動開始時に直流電圧指令部により直流電圧指令値を負の初期値にした後にその初期値から徐々に変化させて正の所定値にすると共に、コンバータ部の起動時開始に、制御切換部により有効電流制御器の動作を比例積分制御から比例制御に切り換えた後、起動完了信号出力部が起動完了信号を出力すると、制御切換部により有効電流制御器の動作を比例制御から比例積分制御に切り換えることによって、起動開始時に直流電圧指令値を負の初期値にした後に直流電圧指令値を任意の時間関数で上昇させるので、直流電圧のオーバーシュートの発生がなく、負荷に対応して電圧上昇率の制御が可能となる。
【００４４】
また、第２の発明の電流制御形コンバータによれば、起動時に直流電圧のオーバーシュートを防ぐことができ、信頼性の高い制御と素子耐圧の低減を図ることができる。
【００４５】
また、一実施形態の電流制御形コンバータによれば、上記第２の発明の電流制御形コンバータにおいて、上記コンバータ部の起動開始時に、初期設定部により有効電流制御器の初期値を設定すると共に、制御切換部により電圧制御器の動作を比例積分制御から比例制御に切り換えた後、起動完了信号出力部が起動完了信号を出力すると、制御切換部により電圧制御器の動作を比例制御から比例積分制御に切り換えることによって、電圧制御系の電圧制御器の積分項に誤差が蓄積されないため、直流電圧がオーバーシュートしない安定した起動を行うことができる。
【００４６】
また、一実施形態の電流制御形コンバータによれば、上記第１,第２の発明の電流制御形コンバータにおいて、上記コンバータ部から出力される直流電圧の値と直流電圧指令値との偏差に基づいて起動完了信号出力部が起動完了信号を出力することによって、起動完了を正確に検出することができる。
【００４７】
また、一実施形態の電流制御形コンバータによれば、上記第１,第２の発明の電流制御形コンバータにおいて、上記コンバータ部の起動開始から所定起動時間が経過したとき、起動を完了したものとして起動完了信号出力部が起動完了信号を出力することによって、簡単な構成で起動完了信号を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、この発明の電流制御形コンバータを図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００４９】
図１はこの発明の電流制御形コンバータの基本構成を示している。図１に示すように、この電流制御形コンバータは、三相交流電源５０１からの三相交流電圧に一端が接続されたリアクトル５０２と、上記リアクトル５０２の他端に入力端が接続され、三相交流電圧を直流電圧に変換するパルス幅変調方式のコンバータ部５０３と、上記コンバータ部５０３の出力端と接地との間に接続された平滑用コンデンサ５０４と、上記コンバータ部５０３の出力端と接地との間に接続された負荷５０５と、上記コンバータ部５０３から出力される直流電圧の値Ｖdcを検出する電圧検出器５０６とを備える。上記リアクトル５０２は、三相交流電源５０１とコンバータ部５０３との間に、各相に設けられた３つのリアクトルで構成されている。
【００５０】
また、上記電流制御形コンバータは、三相交流電源５０１からコンバータ部５０３に流れる三相入力電流を検出する電流検出器６１１と、三相交流電源５０１からの三相交流電圧の位相を検出する位相検出器６１２と、位相検出器６１２により検出された三相交流電圧の位相に基づいて、電流検出器６１１により検出された三相入力電流を三相／二相変換して、有効電流Ｉqと無効電流Ｉdを出力する座標変換器６１３と、直流電圧指令部(図示せず)の直流電圧指令値Ｖdc*から、電圧検出器５０６により検出された直流電圧値Ｖdcを減算する加減算器６０１と、加減算器６０１の出力に基づいて有効電流指令値Ｉq*を出力する電圧制御器６０２と、電圧制御器６０２の有効電流指令値Ｉq*から有効電流Ｉqを減算する加減算器６０３と、加減算器６０３の出力に基づいて有効電流の制御を行うための有効電流制御器６０４と、干渉項を演算する非干渉項部６０５と、電源電圧値Ｖs*から有効電流制御器６０４の出力と非干渉項部６０５の干渉項を減算して、無効電圧指令値Ｖq*を出力する加減算器６０６と、無効電流指令値Ｉd*＝０から無効電流Ｉdを減算する加減算器６０７と、加減算器６０６の出力に基づいて無効電流の制御を行うための無効電流制御器６０８と、非干渉項部６０５からの干渉項から無効電流制御器６０８の出力を減算して、有効電圧指令値Ｖd*を出力する加減算器６０９と、加減算器６０６,６０９からの無効電圧指令値Ｖq*と有効電圧指令値Ｖd*を二相／三相変換して、制御信号として電圧指令値Ｖr*,Ｖs*,Ｖt*をコンバータ部５０３に出力する座標変換器６１４とを備えている。
【００５１】
上記加減算器６０１と電圧制御器６０２と加減算器６０３と有効電流制御器６０４と非干渉項部６０５と加減算器６０６と加減算器６０７と無効電流制御器６０８と加減算器６０９と位相検出器６１２と座標変換器６１３および座標変換器６１４で制御部を構成している。
【００５２】
以下の第１〜第４実施形態において上記電流制御形コンバータの制御系の具体的構成について説明する。
【００５３】
〔第１実施形態〕
図２はこの発明の第１実施形態の電流制御形コンバータの制御系の要部のブロック図を示している。
【００５４】
図２に示すように、電流制御形コンバータは、直流電圧指令値Ｖdc*を出力する直流電圧指令部１０１と、直流電圧指令部１０１からの直流電圧指令値Ｖdc*から直流電圧値Ｖdcを減算する加減算器１０２と、加減算器１０２から出力された直流電圧指令値Ｖdc*と直流電圧値Ｖdcとの偏差を比例積分する比例積分制御により、有効電流指令値Ｉq*を演算して出力する電圧制御器の一例としてのＰＩ制御器１０３と、ＰＩ制御器１０３からの有効電流指令値Ｉq*から有効電流Ｉqを減算する加減算器１０４と、加減算器１０４からの有効電流指令値Ｉq*から有効電流Ｉqとの偏差を比例積分する比例積分制御により有効電圧補正値を演算して出力する有効電流制御器の一例としてのＰＩ制御器１０５と、無効電流ＩdにインピーダンスωＬを乗算して、ｑ軸干渉項であるＩdωＬを出力する乗算器１１２とＰＩ制御器１０５の有効電圧補正値と乗算器１１２のｑ軸干渉項を電源電圧値Ｖs*から減算する加減算器１０６と、無効電流指令値Ｉd*から無効電流Ｉdを減算する加減算器１０７と、加減算器１０７から出力された無効電流指令値Ｉd*から無効電流Ｉdとの偏差を比例積分する比例積分制御により無効電圧補正値を演算して出力する無効電流制御器の一例としてのＰＩ制御器１０８と、有効電流ＩqにインピーダンスωＬを乗算して、ｄ軸干渉項であるＩqωＬを出力する乗算器１１１と、乗算器１１１からのｄ軸干渉項からＰＩ制御器１０８の無効電圧補正値を減算する加減算器１０９とを有している。ここで、ωは三相電圧電源５０１(図１に示す)からの三相電圧の角周波数であり、Ｌはリアクトル５０２(図１に示す)のインダクタンスである。
【００５５】
上記ＰＩ制御器１０３は図１の電圧制御器６０２に相当し、ＰＩ制御器１０５は図１の電圧制御器６０４に相当し、ＰＩ制御器１０８は図１の電圧制御器６０８に相当する。また、乗算器１１１,１１２は図１の非干渉項部６０５に相当する。
【００５６】
また、上記電流制御形コンバータは、起動信号を出力する起動指令部１２１と、起動指令部１２１からの起動信号に基づいて、ＰＩ制御器１０３の初期値を設定する初期設定部１２２と、初期設定部１２２からの起動信号に基づいてＰＩ制御器１０３の積分項を除外して、ＰＩ制御器１０３を比例制御で動作させる制御切換部１２３と、直流電圧指令値Ｖdc*と直流電圧値Ｖdcとの偏差値を検出し、偏差値の絶対値が所定値未満になると起動完了信号を出力する起動完了信号出力部の一例としての偏差検出部１２４とを有している。
【００５７】
上記構成の電流制御形コンバータにおいて、初期設定部１２２は、起動指令部１２１から起動信号が出力されると、ＰＩ制御器１０３の初期値を設定する。また、同時に、上記制御切換部１２３は、初期設定部１２２から起動信号が出力されると、電流制御系のＰＩ制御器１０５の動作をＰＩ制御から比例制御に切り換える。
【００５８】
そして、起動後に直流電圧値Ｖdcが直流電圧指令値Ｖdc*に達すると、すなわち、直流電圧指令値Ｖdc*と直流電圧値Ｖdcとの偏差値の絶対値が所定値未満になると、偏差検出部１２４が起動完了信号を出力する。この偏差検出部１２４からの起動完了信号に基づいて、制御切換部１２３は、電流制御系のＰＩ制御器１０５の動作を比例制御からＰＩ制御に切り換える。
【００５９】
上記構成の電流制御形コンバータでは、電流制御系のリセットワインドアップ状態が解除されるまでの時間に、電圧制御系の積分項に誤差が蓄積されるため、起動時は電流制御系の積分項を排除し、リセットワインドアップ解除への時間を発生させない。
【００６０】
図３は図２に示す制御系を備えた電流制御形コンバータのシミュレーションを行った結果を示している。なお、このシミュレーションの条件は、図１０〜図１２の電流制御形コンバータのシミュレーションのときの条件と同じである。図３において、横軸は時間[秒]を表し、縦軸は、上側から直流電圧指令[Ｖ]、直流電圧[Ｖ]、電圧制御系積分器出力、ｑ軸電流制御系積分器出力、ｑ軸電圧指令[Ｖ]を表している。
【００６１】
この第１実施形態の電流制御形コンバータでは、起動時に電流制御系のＰＩ制御器１０５を比例制御として積分項を排除し、ＰＩ制御器１０５に電圧制御系の積分項の時定数で有効電流指令値Ｉq*が与えられるため、図３に示すように、直流電圧がオーバーシュートしない安定した起動を行うことができる。また、直流電圧指令値Ｖdc*と直流電圧値Ｖdcの偏差が小さい状態で電流制御系のＰＩ制御器１０５に積分項が挿入されるために、切り換えに伴う外乱を回避できている。
【００６２】
〔第２実施形態〕
図４はこの発明の第２実施形態の電流制御形コンバータの制御系の要部のブロック図を示している。
【００６３】
図４に示すように、電流制御形コンバータは、直流電圧指令値Ｖdc*を出力する直流電圧指令部２０１と、直流電圧指令部２０１からの直流電圧指令値Ｖdc*から直流電圧値Ｖdcを減算する加減算器２０２と、加減算器２０２から出力された直流電圧指令値Ｖdc*から直流電圧値Ｖdcとの偏差を比例積分する比例積分制御により、有効電流指令値Ｉq*を演算して出力する電圧制御器の一例としてのＰＩ制御器２０３と、ＰＩ制御器２０３からの有効電流指令値Ｉq*から有効電流Ｉqを減算する加減算器２０４と、加減算器２０４からの有効電流指令値Ｉq*から有効電流Ｉqとの偏差を比例積分する比例積分制御により有効電圧補正値を演算して出力する有効電流制御器の一例としてのＰＩ制御器２０５と、無効電流ＩdにインピーダンスωＬを乗算して、ｑ軸干渉項であるＩdωＬを出力する乗算器２１２とＰＩ制御器２０５の有効電圧補正値と乗算器２１２のｑ軸干渉項を電源電圧値Ｖs*から減算する加減算器２０６と、無効電流指令値Ｉd*から無効電流Ｉdを減算する加減算器２０７と、加減算器２０７から出力された無効電流指令値Ｉd*から無効電流Ｉdとの偏差を比例積分する比例積分制御により無効電圧補正値を演算して出力する無効電流制御器の一例としてのＰＩ制御器２０８と、有効電流ＩqにインピーダンスωＬを乗算して、ｄ軸干渉項であるＩqωＬを出力する乗算器２１１と、乗算器２１１からのｄ軸干渉項からＰＩ制御器２０８の無効電圧補正値を減算する加減算器２０９とを有している。ここで、ωは三相電圧電源５０１(図１に示す)からの三相電圧の角周波数であり、Ｌはリアクトル５０２(図１に示す)のインダクタンスである。
【００６４】
上記ＰＩ制御器２０３は図１の電圧制御器６０２に相当し、ＰＩ制御器２０５は図１の電圧制御器６０４に相当し、ＰＩ制御器２０８は図１の電圧制御器６０８に相当する。また、乗算器２１１,２１２は図１の非干渉項部６０５に相当する。
【００６５】
また、上記電流制御形コンバータは、起動信号を出力する起動指令部２２１と、初期設定部２２２からの起動信号に基づいてＰＩ制御器２０５の積分項を除外して、ＰＩ制御器２０５を比例制御で動作させる制御切換部２２２と、直流電圧指令値Ｖdc*と直流電圧値Ｖdcとの偏差値を検出し、偏差値の絶対値が所定値未満になると起動完了信号を出力する起動完了信号出力部の一例としての偏差検出部２２３とを有している。
【００６６】
上記構成の電流制御形コンバータにおいて、直流電圧指令部２０１は、起動指令部２２１から起動信号が出力されると、直流電圧指令値Ｖdc*を負の初期値から正の所定値に切り換える。また、同時に、制御切換部２２２は、起動指令部２２１から起動信号が出力されると、電流制御系のＰＩ制御器２０５の動作をＰＩ制御から比例制御に切り換える。
【００６７】
その後、上記偏差検出部２２３から起動完了信号が出力されると、制御切換部２２２は、電流制御系のＰＩ制御器２０５の動作を比例制御からＰＩ制御に切り換える。
【００６８】
図５は図４に示す制御系を備えた電流制御形コンバータのシミュレーションを行った結果を示している。なお、このシミュレーションの条件は、第１実施形態の電流制御形コンバータのシミュレーションのときの条件と同じである。図５において、横軸は時間[秒]を表し、縦軸は、上側から直流電圧指令[Ｖ]、直流電圧[Ｖ]、電圧制御系積分器出力、ｑ軸電流制御系積分器出力、ｑ軸電圧指令[Ｖ]を表している。
【００６９】
この第２実施形態の電流制御形コンバータでは、起動時に電流制御系のＰＩ制御器１０５を比例制御として積分項を排除し、直流電圧指令値により電圧偏差を負として、電圧指令値で起動制御ができ、図５に示すように、直流電圧がオーバーシュートしない安定した起動を行うことができる。また、直流電圧指令値Ｖdc*と直流電圧値Ｖdcの偏差が小さい状態で電流制御系のＰＩ制御器１０５に積分項が挿入されるために、切り換えに伴う外乱を回避できている。
【００７０】
〔第３実施形態〕
図６はこの発明の第３実施形態の電流制御形コンバータの制御系の要部のブロック図を示している。
【００７１】
図６に示すように、電流制御形コンバータは、直流電圧指令値Ｖdc*を出力する直流電圧指令部３０１と、直流電圧指令部３０１からの直流電圧指令値Ｖdc*から直流電圧値Ｖdcを減算する加減算器３０２と、加減算器３０２から出力された直流電圧指令値Ｖdc*から直流電圧値Ｖdcとの偏差を比例積分する比例積分制御により、有効電流指令値Ｉq*を演算して出力する電圧制御器の一例としてのＰＩ制御器３０３と、ＰＩ制御器３０３からの有効電流指令値Ｉq*から有効電流Ｉqを減算する加減算器３０４と、加減算器３０４からの有効電流指令値Ｉq*から有効電流Ｉqとの偏差を比例積分する比例積分制御により有効電圧補正値を演算して出力する有効電流制御器の一例としてのＰＩ制御器３０５と、無効電流ＩdにインピーダンスωＬを乗算して、ｑ軸干渉項であるＩdωＬを出力する乗算器３１２とＰＩ制御器３０５の有効電圧補正値と乗算器３１２のｑ軸干渉項を電源電圧値Ｖs*から減算する加減算器３０６と、無効電流指令値Ｉd*から無効電流Ｉdを減算する加減算器３０７と、加減算器３０７から出力された無効電流指令値Ｉd*から無効電流Ｉdとの偏差を比例積分する比例積分制御により無効電圧補正値を演算して出力する無効電流制御器の一例としてのＰＩ制御器３０８と、有効電流ＩqにインピーダンスωＬを乗算して、ｄ軸干渉項であるＩqωＬを出力する乗算器３１１と、乗算器３１１からのｄ軸干渉項からＰＩ制御器３０８の無効電圧補正値を減算する加減算器３０９とを有している。ここで、ωは三相電圧電源５０１(図１に示す)からの三相電圧の角周波数であり、Ｌはリアクトル５０２(図１に示す)のインダクタンスである。
【００７２】
上記ＰＩ制御器３０３は図１の電圧制御器６０２に相当し、ＰＩ制御器３０５は図１の電圧制御器６０４に相当し、ＰＩ制御器３０８は図１の電圧制御器６０８に相当する。また、乗算器３１１,３１２は図１の非干渉項部６０５に相当する。
【００７３】
また、上記電流制御形コンバータは、起動信号を出力する起動指令部３２１と、初期設定部３２２からの起動信号に基づいてＰＩ制御器３０５の積分項を除外して、ＰＩ制御器３０５を比例制御で動作させる制御切換部２２２と、直流電圧指令値Ｖdc*と直流電圧値Ｖdcとの偏差値を検出し、偏差値の絶対値が所定値未満になると起動完了信号を出力する起動完了信号出力部の一例としての偏差検出部３２３とを有している。
【００７４】
上記構成の電流制御形コンバータにおいて、起動指令部３２１から起動信号が出力されると、直流電圧指令部３０１は、直流電圧指令値Ｖdc*を負の初期値から徐々に変化させて正の所定値に切り換える。また、同時に、起動指令部３２１から起動信号が出力されると、制御切換部３２２は、電流制御系のＰＩ制御器３０５の動作をＰＩ制御から比例制御に切り換える。
【００７５】
そして、上記偏差検出部３２３から起動完了信号が出力されると、制御切換部３２２は、電流制御系のＰＩ制御器３０５の動作を比例制御からＰＩ制御に切り換える。
【００７６】
図７は図６に示す制御系を備えた電流制御形コンバータのシミュレーションを行った結果を示している。なお、このシミュレーションの条件は、第１実施形態の電流制御形コンバータのシミュレーションのときの条件と同じである。図７において、横軸は時間[秒]を表し、縦軸は、上側から直流電圧指令[Ｖ]、直流電圧[Ｖ]、電圧制御系積分器出力、ｑ軸電流制御系積分器出力、ｑ軸電圧指令[Ｖ]を表している。
【００７７】
この第３実施形態の電流制御形コンバータでは、起動時に電流制御系のＰＩ制御器１０５を比例制御として積分項を排除し、起動開始から起動完了までの間に直流電圧指令値Ｖdc*を任意の時間関数で上昇させることによって、図７に示すように、直流電圧がオーバーシュートしない安定した起動を行うことができると共に、負荷に対応して電圧上昇率の制御が可能となる。また、直流電圧指令値Ｖdc*と直流電圧値Ｖdcの偏差が小さい状態で電流制御系のＰＩ制御器１０５に積分項が挿入されるために、切り換えに伴う外乱を回避できている。
【００７８】
〔第４実施形態〕
図８はこの発明の第４実施形態の電流制御形コンバータの制御系の要部のブロック図を示している。
【００７９】
図８に示すように、電流制御形コンバータは、直流電圧指令値Ｖdc*を出力する直流電圧指令部４０１と、直流電圧指令部４０１からの直流電圧指令値Ｖdc*から直流電圧値Ｖdcを減算する加減算器４０２と、加減算器４０２から出力された直流電圧指令値Ｖdc*から直流電圧値Ｖdcとの偏差を比例積分する比例積分制御により、有効電流指令値Ｉq*を演算して出力する電圧制御器の一例としてのＰＩ制御器４０３と、ＰＩ制御器４０３からの有効電流指令値Ｉq*から有効電流Ｉqを減算する加減算器４０４と、加減算器４０４からの有効電流指令値Ｉq*から有効電流Ｉqとの偏差を比例積分する比例積分制御により有効電圧補正値を演算して出力する有効電流制御器の一例としてのＰＩ制御器４０５と、無効電流ＩdにインピーダンスωＬを乗算して、ｑ軸干渉項であるＩdωＬを出力する乗算器４１２とＰＩ制御器４０５の有効電圧補正値と乗算器４１２のｑ軸干渉項を電源電圧値Ｖs*から減算する加減算器４０６と、無効電流指令値Ｉd*から無効電流Ｉdを減算する加減算器４０７と、加減算器４０７から出力された無効電流指令値Ｉd*から無効電流Ｉdとの偏差を比例積分する比例積分制御により無効電圧補正値を演算して出力する無効電流制御器の一例としてのＰＩ制御器４０８と、有効電流ＩqにインピーダンスωＬを乗算して、ｄ軸干渉項であるＩqωＬを出力する乗算器４１１と、乗算器４１１からのｄ軸干渉項からＰＩ制御器４０８の無効電圧補正値を減算する加減算器４０９とを有している。ここで、ωは三相電圧電源５０１(図１に示す)からの三相電圧の角周波数であり、Ｌはリアクトル５０２(図１に示す)のインダクタンスである。
【００８０】
上記ＰＩ制御器４０３は図１の電圧制御器６０２に相当し、ＰＩ制御器４０５は図１の電圧制御器６０４に相当し、ＰＩ制御器４０８は図１の電圧制御器６０８に相当する。また、乗算器４１１,４１２は図１の非干渉項部６０５に相当する。
【００８１】
また、上記電流制御形コンバータは、起動信号を出力する起動指令部４２１と、起動指令部４２１からの起動信号に基づいてＰＩ制御器４０５の積分項を除外して、ＰＩ制御器４０３を比例制御で動作させる制御切換部４２２と、制御切換部４２２からの起動信号に基づいて、ＰＩ制御器４０５の初期値を設定する初期設定部４２３と、直流電圧指令値Ｖdc*と直流電圧値Ｖdcとの偏差値を検出し、偏差値の絶対値が所定値未満になると起動完了信号を出力する起動完了信号出力部の一例としての偏差検出部４２４とを有している。
【００８２】
上記構成の電流制御形コンバータにおいて、制御切換部４２２は、起動指令部４２１から起動信号が出力されると、電圧制御器４０３の動作をＰＩ制御から比例制御に切り換えると共に、初期設定部４２３は、制御切換部４２２から起動信号が出力されると、電流制御系のＰＩ制御器４０５の初期値を設定する。
【００８３】
そして、上記偏差検出部４２４からの起動完了信号に基づいて、制御切換部４２２は、電流制御系のＰＩ制御器４０５の動作を比例制御からＰＩ制御に切り換える。
【００８４】
図９は図８に示す制御系を備えた電流制御形コンバータのシミュレーションを行った結果を示している。なお、このシミュレーションの条件は、第１実施形態の電流制御形コンバータのシミュレーションのときの条件と同じである。図９において、横軸は時間[秒]を表し、縦軸は、上側から直流電圧指令[Ｖ]、直流電圧[Ｖ]、電圧制御系積分器出力、ｑ軸電流制御系積分器出力、ｑ軸電圧指令[Ｖ]を表している。
【００８５】
この第４実施形態の電流制御形コンバータでは、起動時に電圧制御系のＰＩ制御器４０３の積分項を排除して比例制御とすることによって、図９に示すように、直流電圧がオーバーシュートしない安定した起動を行うことができる。また、直流電圧指令値Ｖdc*と直流電圧値Ｖdcの偏差が小さい状態で電圧制御系のＰＩ制御器４０３に積分項が挿入されるために、切り換えに伴う外乱を回避できている。
【００８６】
また、ｄ軸、ｑ軸２つの電流制御系が双方ともにＰＩ制御であるため、電流制御系は、一次遅れとなり安定である。起動時にｄ軸、ｑ軸の制御演算処理構成を同一とすることができる。
【００８７】
また、上記第１〜第４実施形態では、起動完了した時点で、ＰＩ制御に切り換えており、偏差が小さい状態で積分項が挿入されるために、切り換えに伴う外乱を回避できる。
【００８８】
なお、上記第１〜第４実施形態のＰＩ制御器の積分項は、リミッタを内蔵するものであるが、補償器単体では、リセットワインドアップ対策はされているものとする。
【００８９】
また、上記第１〜第４実施形態では、パルス幅変調方式のコンバータ部を用いた電流制御形コンバータについて説明したが、コンバータ部の制御方式はこれに限らず、キャリア変調方式等のコンバータ部を備えた電流制御形コンバータにこの発明を適用してもよい。
【００９０】
上記第１〜第４実施形態では、起動完了を偏差検出部により検出したが、タイマーを用いて起動開始から所定時間経過したときに起動完了としてもよく、起動完了を検出する他の手段を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】図１はこの発明の電流制御形コンバータの基本構成を示す図である。
【図２】図２はこの発明の第１実施形態の電流制御形コンバータの制御系の要部の構成を示す図である。
【図３】図３は上記電流制御形コンバータのシミュレーションを行った結果を示す図である。
【図４】図４はこの発明の第２実施形態の電流制御形コンバータの制御系の要部の構成を示す図である。
【図５】図５は上記電流制御形コンバータのシミュレーションを行った結果を示す図である。
【図６】図６はこの発明の第３実施形態の電流制御形コンバータの制御系の要部の構成を示す図である。
【図７】図７は上記電流制御形コンバータのシミュレーションを行った結果を示す図である。
【図８】図８はこの発明の第４実施形態の電流制御形コンバータの制御系の要部の構成を示す図である。
【図９】図９は上記電流制御形コンバータのシミュレーションを行った結果を示す図である。
【図１０】図１０は従来の第１の電流制御形コンバータの制御系の要部の図である。
【図１１】図１１は従来の第２の電流制御形コンバータの制御系の要部の図である。
【図１２】図１２は従来の第３の電流制御形コンバータの制御系の要部の図である。
【図１３】図１３は図１０の構成の電流制御形コンバータの起動時のシミュレーション結果を示している。
【図１４】図１４は図１１の構成の電流制御形コンバータの起動時のシミュレーション結果を示している。
【図１５】図１５は図１２の構成の電流制御形コンバータの起動時のシミュレーション結果を示している。
【図１６】図１６は図１２に示す電流制御形コンバータにおいて、直流電圧指令値を初期値から徐々に大きくした場合のシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
【００９２】
１０１,２０１,３０１,４０１…直流電圧指令部
１０２,２０２,３０２,４０２…加減算器
１０３,２０３,３０３,４０３…ＰＩ制御器
１０４,２０４,３０４,４０４…加減算器
１０５,２０５,３０５,４０５…ＰＩ制御器
１０６,２０６,３０６,４０６…加減算器
１０７,２０７,３０７,４０７…加減算器
１０８,２０８,３０８,４０８…ＰＩ制御器
１０９,２０９,３０９,４０９…加減算器
１１１,２１１,３１１,４１１…乗算器
１１２,２１２,３１２,４１２…乗算器
１２１,２２１,３２１,４２１…起動指令部
１２２,４２３…初期設定部
１２３,２２２,３２２,４２２…制御切換部
１２４,２２３,３２３,４２４…偏差検出部
５０１…三相交流電源
５０２…リアクトル
５０３…コンバータ部
５０４…平滑用コンデンサ
５０５…負荷
５０６…電圧検出器
６０１…加減算器
６０２…電圧制御器
６０３…加減算器
６０４…有効電流制御器
６０５…非干渉項部
６０６…加減算器
６０７…加減算器
６０８…無効電流制御器
６０９…加減算器
６１１…電流検出器
６１２…位相検出器
６１３…座標変換器
６１４…座標変換器
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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