(57)【要約】【課題】出力変圧器を有する電圧形ＰＷＭインバータで、直流分補正とデッドタイム補償を行い、負荷急変に対する過大な応答で変圧器を偏磁させるのを防止する。【解決手段】インバータ出力電流の実効値計算部１０と微分器１１とコンパレータ１２により、インバータ出力電流が急変したことを検出する。この検出で、遅れ制御部１３は一定時間だけ係数０を発生し、これを乗算器１４に乗じることで、直流分補正を抑止する。また、ランプ電圧演算部１５は出力を徐々に大きくし、これを乗算器１６に乗じることでデッドタイム補償動作を抑制する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＷＭインバータから出力変圧器を通して負荷に電力を供給し、インバータ出力電流を基にインバータの電圧指令をオフセット調節して直流分補正やデッドタイム補償を行う電圧形ＰＷＭインバータの電圧制御装置において、
負荷急変によってインバータ出力電流が過渡的に一定値以上変化したことを検出する手段と、
前記検出があったときに前記直流分補正動作を一定時間だけ抑止する手段と、
前記検出があったときに前記デッドタイム補償動作を徐々に大きくする手段とを備えたことを特徴とする電圧形ＰＷＭインバータの電圧制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電圧形ＰＷＭインバータの電圧制御装置に係り、特にインバータの出力変圧器の偏磁防止方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電圧形インバータは、コンピュータ負荷等に供給する電圧および周波数を一定にする電圧補償装置（ＣＶＣＦ）、系統と連系して直流発電電源から負荷に電力供給するためのＤＣ−ＡＣ変換器、負荷で発生する高調波抑制や力率調整をするアクティブフィルタ、さらには交流電動機等に供給する電圧および周波数を可変（ＶＶＶＦ）にする可変速装置として採用される。これら装置のうち、周波数が一定になる電圧補償装置やＤＣ−ＡＣ変換器、アクティブフィルタは、出力変圧器を通して負荷に電力を供給する。
【０００３】
また、電圧形インバータは、その制御方式として、高調波成分を低減するためにＰＷＭ制御するものが多い。また、インバータの制御装置には主回路の上下素子の短絡を防止するデッドタイム補償機能や出力変圧器の偏磁防止機能が設けられる。
【０００４】
図３は、従来の電圧形ＰＷＭインバータの要部ブロック図である。インバータ主回路１は、整流器等になる順変換部と、半導体スイッチのブリッジ構成になる逆変換部とで構成され、逆変換部の出力電流は出力変圧器２を通して負荷３に電力供給する。ＰＷＭ制御装置は、一定周波数で振幅制御した正弦波信号を電圧指令とし、この正弦波信号をコンパレータ４で三角波（キャリア信号）とレベル比較することでＰＷＭ波形のゲート信号を発生し、このゲート信号でインバータ主回路１の逆変換部の半導体スイッチのゲート制御を行う。
【０００５】
ここで、制御装置には、変圧器２の偏磁防止装置として、直流分補正機能を設ける。この機能は、インバータの出力電流からそれがもつ直流分を直流分検出部５で検出し、これに係数部６でゲインを乗じ、これをオフセット調節部７で電圧指令のオフセット値として加算または減算することで直流分を補正し、インバータ出力電流に含まれる直流分を打ち消し、変圧器が偏磁しないようにする。
【０００６】
コンパレータ８と係数部９は、デッドタイム補償機能を実現するものであり、直流分補正と同様に、インバータ出力電流の正負方向への偏りをコンパレータ８で検出し、これを係数部９でゲインを乗じ、これをオフセット調節部７で電圧指令のオフセット値として加算または減算することでＰＷＭ波形の正負の変調率を均等にしたデッドタイム補償を得る。
【０００７】
図４は、図３の各部波形を示し、同図の（ａ）の正弦波の電圧指令に対して、初期には（ｂ）のインバータの出力電流が正側に偏倚しているとき、（ｃ）の直流分が正、および（ｄ）のＰＷＭ波形の正負が非対称になっている。これらの偏倚に対して、（ｅ）の直流分補正および（ｆ）のデッドタイム補償で変圧器磁束を補償側に増加させるよう電圧指令にフィードバック制御することで、後期には変圧器の偏磁を防止する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の変圧器の偏磁防止方式では、負荷急変によってインバータ出力電流が急変した場合、直流分補正機能やデッドタイム補償機能が過大に作用して変圧器を偏磁させてしまう問題があった。
【０００９】
例えば、負荷３の等価回路として抵抗ＲとインダクタンスＬの直列回路とする場合、この負荷に時刻ｔ０で正弦波電圧ｅ＝Ｅｍｓｉｎ（ωｔ＋θ）を印加すると、回路方程式は下記の（１）式で表現され、このときの電流ｉは下記の（２）式になり、図５の（ａ）のようになる。また、負荷急変による過渡電流ｉｔは下記の（３）式となり、負荷電流が急変した場合に図５の（ｂ）のように過渡的に直流分が含まれることになる。
【００１０】
【数１】
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【００１１】
図３の構成で上記の過渡電流ｉｔが流れた場合、制御回路に過大なオフセット分が加わり、ＰＷＭ出力電圧に直流分を含ませてしまうために、変圧器を偏磁させてしまう。また、負荷電流による出力電圧の変化を抑えるためのデッドタイム補償の制御も（３）式の過渡電流が流れている期間、正負が非対称の直流分が重畳した波形になるため、変圧器を偏磁させてしまう。
【００１２】
これらの課題を解決するには、係数部６、９のゲインを下げることが考えられるが、この場合には直流分補正やデッドタイム補償の遅れが大きくなる。
【００１３】
本発明の目的は、直流分補正およびデッドタイム補償の応答性を高めながら、インバータの出力電流急変にも変圧器の偏磁を防止できる電圧形ＰＷＭインバータの電圧制御装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するため、インバータの直流分補正およびデッドタイム補償のゲインを大きくしておくことでそれらの応答性を上げておき、インバータ出力電流が過渡的に一定値以上変化したときに直流分補正動作を一定時間だけ抑止、およびデッドタイム補償動作を徐々に大きくするようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
【００１５】
（１）ＰＷＭインバータから出力変圧器を通して負荷に電力を供給し、インバータ出力電流を基にインバータの電圧指令をオフセット調節して直流分補正やデッドタイム補償を行う電圧形ＰＷＭインバータの電圧制御装置において、
負荷急変によってインバータ出力電流が過渡的に一定値以上変化したことを検出する手段と、
前記検出があったときに前記直流分補正動作を一定時間だけ抑止する手段と、
前記検出があったときに前記デッドタイム補償動作を徐々に大きくする手段とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態を示す要部制御ブロック図であり、図３と同等の部分は同一符号で示す。
【００１７】
図１において、実効値計算部１０はインバータ出力電流の実効値を求める。微分器１１は実効値の変化率を求める。コンパレータ１２は変化率がある設定値を越えたか否かを判定する。これら回路要素１０〜１２により、負荷急変によりインバータ出力電流が過渡的に一定値以上変化したこと、つまりインバータ出力電流が急変したことを検出する。
【００１８】
直流分補正遅れ制御部１３は、インバータ出力電流が急変したとき、該時点から一定時間だけ係数０を発生し、その後に係数１を発生する。乗算器１４は、インバータ出力電流を被乗数とし、遅れ制御部１３の出力を乗数とした乗算を行い、この出力を直流分検出部５の入力とする。
【００１９】
これら回路要素１０〜１４により、インバータ出力電流が急変したときに直流分検出部５への入力を一定時間だけ零にし、直流分補正動作を抑止する。
【００２０】
次に、ランプ電圧演算部１５は、出力電流が急変したときに、該時点から一定の時定数で係数１まで上昇するランプ電圧波形を発生する。乗算器１６は、係数部９の出力を被乗数とし、ランプ電圧演算部１５の出力を乗数とした乗算を行い、この出力をオフセット調節部７の入力とする。
【００２１】
これら回路要素１０〜１２と１５、１６により、インバータ出力電流が急変したときにデッドタイム補償ゲインを徐々に大きくし、デッドタイム補償動作を抑制する。
【００２２】
図２は、図１における各部波形を示し、インバータ出力電流が急変したとき、（ｃ）の時刻「３」のタイミングで遅れ補正制御部１３の直流分補正抑止出力が１に切り替わり、同時に（ｄ）のランプ電圧演算部１５の出力が徐々に立ち上がり、（ｇ）の直流分補正の積分値および（ｈ）のデッドタイム補償の積分値が０に保持され、インバータ出力電流の急変による過大応答で変圧器２を偏磁させるのを防止する。
【００２３】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、インバータの直流分補正およびデッドタイム補償のゲインを大きくしておくことでそれらの応答性を上げておき、インバータ出力電流が過渡的に一定値以上変化したときに直流分補正動作を一定時間だけ抑止、およびデッドタイム補償動作を徐々に大きくするようにしたため、負荷急変によりインバータ出力電流が急変した場合においても過渡電流の影響による変圧器の偏磁を確実に防止できる。
【００２４】
また、インバータの出力電圧指令をステップ的に変化させた場合、これには即座に応答して高速な電圧可変が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す電圧ＰＷＭインバータの要部制御ブロック図。
【図２】実施形態における各部の波形図。
【図３】従来の要部制御ブロック図。
【図４】図３の各部波形図。
【図５】負荷急変による負荷電流波形図。
【符号の説明】
１…インバータ主回路
２…出力変圧器
３…負荷
４、８、１２…コンパレータ
５…直流分検出部
６、９…係数部
７…オフセット調節部
１０…実効値計算部
１１…微分器
１３…調節部補正遅れ制御部
１４、１６…乗算器
１５…ランプ電圧演算部
【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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