(57)【要約】【課題】ＰＷＭ整流器の出力側で発生する共振を抑制でき、定常時には、ＰＷＭ整流器の直流出力電圧を高精度で制御できるようにすること。【解決手段】電流変化率演算器２０は、ＰＷＭ整流器で検出された直流出力電流Ｉｄｃの時間的な変化率を演算し、その電流変化率に比例した補正信号を生成する。乗算器２１は、その補正信号に補正ゲインＫを乗じて、垂下量Ｅｄｃｃｍｐとする。減算器２２は、ＰＷＭ整流器の直流出力電圧の指令値Ｅｄｃ１からその垂下量Ｅｄｃｃｍｐを減算し、補正指令値Ｅｄｃ２を求める。減算器２３は、その補正指令値Ｅｄｃ２と直流出力電圧Ｅｄｃとの偏差ΔＥを求め、直流電圧調節器２４は、その偏差ΔＥに応じて有効電流指令Ｉｄを生成する。スイッチング信号生成回路２５は、その有効電流指令Ｉｄに基づいて、偏差ΔＥを零にするためにＰＷＭ整流器のトランジスタをオンオフする信号を生成する。【選択図】　　図２
2004015897.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流を直流に変換して直流電力を生成するとともに、スイッチング制御により直流出力電圧を制御する半導体スイッチング素子を含むＰＷＭ整流器の出力制御方法であって、
前記ＰＷＭ整流器から出力される直流出力電流の時間的な変化を検出し、その時間的な変化があるときにその変化の程度に応じた補正値を求めるようにし、
前記ＰＷＭ整流器から出力される直流出力電圧の目標値を、その求めた補正値で補正し、
この補正された目標値と前記ＰＷＭ整流器の直流出力電圧との偏差を求め、
この求めた偏差が零になるように、前記半導体スイッチング素子のスイッチング制御を行うようにしたことを特徴とするＰＷＭ整流器の出力制御方法。
【請求項２】
交流を直流に変換して直流電力を生成するとともに、スイッチング制御により直流出力電圧を制御する半導体スイッチング素子を含むＰＷＭ整流器の出力制御装置であって、
前記ＰＷＭ整流器の直流出力電流の時間的な変化を求め、その時間的な変化があるときにその変化の程度に応じた補正値を持つ補正信号を生成して出力する変化率演算手段と、
前記ＰＷＭ整流器の直流出力電圧の目標値を前記変化率算出手段の補正信号で補正する目標値補正手段と、
前記目標値補正手段で補正された目標値と前記ＰＷＭ整流器の直流出力電圧との偏差を求める偏差算出手段と、
前記偏差算出手段で求めた偏差に応じて、その偏差が零となるように前記半導体スイッチング素子をスイッチングさせる信号を生成するスイッチング信号生成手段と、
を備えたことを特徴とするＰＷＭ整流器の出力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流を直流に変換して直流電力を得る電力変換装置（コンバータ）の出力制御装置に関し、特に、順変換回路に半導体スイッチング素子を含むＰＷＭ整流器の出力制御方法、およびその出力制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のＰＷＭ整流器の出力制御装置としては、例えば図４に示すものが知られている。
この出力制御装置では、図５（Ａ）に示すようなＰＷＭ整流器（図示せず）の直流出力電流Ｉｄｃが乗算器１に入力されるが、その直流出力電流Ｉｄｃは図示しない電流センサで検出されたものである。乗算器１は、その直流出力電流Ｉｄｃに補正ゲインＫを乗算し、これをＰＷＭ整流器の直流出力電圧の指令値（目標値）Ｅｄｃ１の垂下量Ｅｄｃｃｍｐとして減算器２に出力する。
【０００３】
減算器２は、直流出力電圧の指令値Ｅｄｃ１からその垂下量Ｅｄｃｃｍｐを減算してその指令値Ｅｄｃ１を補正し、この補正された補正指令値をＥｄｃ２として減算器３に出力する（図５（Ｂ）参照）。減算器３は、その補正された直流出力電圧の補正指令値Ｅｄｃ２とＰＷＭ整流器の直流出力電圧Ｅｄｃとの偏差ΔＥを求め、この求めた偏差ΔＥを直流電圧調節器４に出力する。
【０００４】
直流電圧調節器４は、その偏差ΔＥに応じて有効電流指令Ｉｄを生成し、この生成した有効電流指令Ｉｄをスイッチング信号生成回路５に出力する。スイッチング信号生成回路５は、その有効電流指令Ｉｄに基づいて、上記の偏差ΔＥを零にするためにＰＷＭ整流器を構成するトランジスタをオンオフするスイッチング信号を生成する。
【０００５】
このスイッチング信号がＰＷＭ整流器を構成するトランジスタに供給されるので、トランジスタがオンオフ制御される。この結果、ＰＷＭ整流器の直流出力電圧Ｅｄｃが、補正指令値Ｅｄｃ２になるように制御される。
このため、ＰＷＭ整流器に接続される負荷にリアクトルとコンデンサが存在すると、ＰＷＭ整流器の出力側に内蔵するコンデンサとの間に共振が発生するが、その直列共振が発生した場合にそれを抑えることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のＰＷＭ整流器の出力制御装置では、図４に示すように、直流出力電流Ｉｄｃに補正ゲインＫを乗算し、これにより直流出力電圧の指令値Ｅｄｃ１を補正して直流出力電圧の補正指令値Ｅｄｃ２を求めるようにしている。
このため、図５に示すように、上記の共振が発生していない定常状態において、直流出力電圧の指令値Ｅｄｃ１とその補正指令値Ｅｄｃ２との間に偏差ΔＥｄｃが残る。その結果、従来のＰＷＭ整流器の出力制御装置では、共振が発生する場合にはその共振を抑えることができるが、上記の偏差ΔＥｄｃが残るために、ＰＷＭ整流器の直流出力電圧の制御を高精度で行うことができないという不都合があった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記の点に鑑み、ＰＷＭ整流器の出力側で発生する共振を抑えることができる上に、共振が発生していない定常時に、ＰＷＭ整流器の直流出力電圧を高精度に制御できるようにしたＰＷＭ整流器の出力制御方法、およびその出力制御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】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するために、請求項１および請求項２に記載の各発明は、以下のように構成した。
すなわち、請求項１に記載の発明は、交流を直流に変換して直流電力を生成するとともに、スイッチング制御により直流出力電圧を制御する半導体スイッチング素子を含むＰＷＭ整流器の出力制御方法であって、前記ＰＷＭ整流器から出力される直流出力電流の時間的な変化を検出し、その時間的な変化があるときにその変化の程度に応じた補正値を求めるようにし、前記ＰＷＭ整流器から出力される直流出力電圧の目標値を、その求めた補正値で補正し、この補正された目標値と前記ＰＷＭ整流器の直流出力電圧との偏差を求め、この求めた偏差が零になるように、前記半導体スイッチング素子のスイッチング制御を行うようにしたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、交流を直流に変換して直流電力を生成するとともに、スイッチング制御により直流出力電圧を制御する半導体スイッチング素子を含むＰＷＭ整流器の出力制御装置であって、前記ＰＷＭ整流器の直流出力電流の時間的な変化を求め、その時間的な変化があるときにその変化の程度に応じた補正値を持つ補正信号を生成して出力する変化率演算手段と、前記ＰＷＭ整流器の直流出力電圧の目標値を前記変化率算出手段の補正信号で補正する目標値補正手段と、前記目標値補正手段で補正された目標値と前記ＰＷＭ整流器の直流出力電圧との偏差を求める偏差算出手段と、前記偏差算出手段で求めた偏差に応じて、その偏差が零となるように前記半導体スイッチング素子をスイッチングさせる信号を生成するスイッチング信号生成手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
このように本発明では、ＰＷＭ整流器の直流出力電流を検出し、この検出した直流出力電流からその時間的な変化を求め、その時間的な変化があるときにはその変化に応じた補正値を求め、その求めた補正値でＰＷＭ整流器の直流出力電圧の目標値（指令値）を補正するようにした。
このため、ＰＷＭ整流器の直流出力電圧の目標値が補正されるのは、ＰＷＭ整流器で検出される直流出力電流が変化している期間のみとなる。
【００１１】
この結果、本発明によれば、ＰＷＭ整流器の負荷の接続時に発生する共振を抑えることができる上に、共振が発生していない定常時には、ＰＷＭ整流器の直流出力電圧を目標値に制御することができ、その直流出力電圧の制御の高精度化を図ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
本発明に係るＰＷＭ整流器の出力制御装置は図２に示すように構成されるが、この出力制御装置は、例えば図１に示すようなＰＷＭ整流器の出力制御を行うものであるので、まず、制御対象であるＰＷＭ整流器の構成について説明する。
【００１３】
ＰＷＭ整流器は、例えば３相全波整流を行うものであり、図１に示すように、トランス１１と、交流−直流変換器（インバータ）１２と、平滑コンデンサＣ１と、出力端子１３、１４とを少なくとも備え、その出力端子１３、１４に負荷１５が接続されるようになっている。
交流−直流変換器１２は、トランス１１などを介して３相の交流電源１６に接続され、３相の交流を直流に変換（整流）するものであり、このために整流ダイオードＤ１〜Ｄ６を備えている。また、整流ダイオードＤ１〜Ｄ６の両端には、半導体スイッチング素子としてのトランジスタＱ１〜Ｑ６が逆並列に接続されている。
【００１４】
トランジスタＱ１〜Ｑ６は、図２に示す出力制御装置１７からのスイッチング信号でオンオフ制御され、これにより出力端子１３、１４に発生する直流出力電圧Ｅｄｃが後述のように一定値に制御されるようになっている。
交流−直流変換器１２の直流出力側には、平滑コンデンサＣ１が接続されている。出力端子１３、１４に接続される負荷１５は、抵抗Ｒの他にリアクトルＬ１やコンデンサＣ２を含んでいる。
【００１５】
次に、本発明に係るＰＷＭ整流器の出力制御装置の実施形態について、図２を参照して説明する。
この出力制御装置１７は、図２に示すように、電流変化率演算器２０と、乗算器２１と、減算器２２と、減算器２３と、直流電圧調節器（ＡＶＲ）２４と、スイッチング信号生成回路２５とを備えている。
【００１６】
ここで、本発明の変化率算出手段は電流変化率演算器２０に、目標値補正手段は減算器２２に、偏差算出手段は減算器２３に、スイッチング信号生成手段はスイッチング信号生成回路２５などに、それぞれ相当する。
電流変化率演算器２０は、図１に示すＰＷＭ整流器の直流出力電流Ｉｄｃを検出する電流センサ（図示せず）が検出する直流出力電流Ｉｄｃが入力されるようになっている。そして、電流変化率演算器２０は、その直流出力電流Ｉｄｃの時間的な変化率を演算し、その電流変化率に比例した補正信号を生成して乗算器２１に出力するようになっている。
【００１７】
乗算器２１は、その補正信号に補正ゲインＫを乗算し、これをＰＷＭ整流器の直流出力電圧の指令値（目標値）Ｅｄｃ１の垂下量Ｅｄｃｃｍｐとして減算器２２に出力するようになっている。
減算器２２は、直流出力電圧の指令値Ｅｄｃ１からその垂下量Ｅｄｃｃｍｐを減算してその指令値Ｅｄｃ１を補正し、その補正された補正指令値をＥｄｃ２として減算器２３に出力するようになっている。
【００１８】
減算器２３は、その補正された直流出力電圧の補正指令値Ｅｄｃ２とＰＷＭ整流器からの直流出力電圧Ｅｄｃとの偏差ΔＥを求め、この求めた偏差ΔＥを直流電圧調節器２４に出力するようになっている。
直流電圧調節器２４は、その偏差ΔＥに応じて有効電流指令Ｉｄを生成し、この生成した有効電流指令Ｉｄをスイッチング信号生成回路２５に出力するようになっている。
【００１９】
スイッチング信号生成回路２５は、その有効電流指令Ｉｄに基づいて、上記の偏差ΔＥを零にするためにＰＷＭ整流器を構成するトランジスタＱ１〜Ｑ６をオンオフするスイッチング信号（ＰＷＭ信号）を生成し、これを図１の各トランジスタＱ１〜Ｑ６の入力側にそれぞれ供給するようになっている。
次に、このような構成からなる出力制御装置１７によるＰＷＭ整流器の出力制御例について、図１〜図３を参照して説明する。
【００２０】
図示しない電流センサが、例えば図３（Ａ）に示すようなＰＷＭ整流器の直流出力電流Ｉｄｃを検出し、これが電流変化率演算器２０に入力される。電流変化率演算器２０は、その検出された直流出力電流Ｉｄｃの時間的な変化率を演算し、その電流変化率に比例した補正信号（補償信号）を生成し、この生成された補正信号が乗算器２１に出力される。
【００２１】
ここで、補正信号は、上記のように直流出力電流Ｉｄｃの時間的な変化率を演算し、その電流変化率に比例したものとして生成する。しかし、補正信号は、その時間的な変化を求め、その時間の変化がある場合にその変化に応じた補正値を持ち、変化がないときには出力されない信号であれば良い。
補正信号は、乗算器２１で補正ゲインＫが乗じら、ＰＷＭ整流器の直流出力電圧の指令値Ｅｄｃ１の垂下量Ｅｄｃｃｍｐとして減算器２に出力される。
【００２２】
減算器２２には、ＰＷＭ整流器の直流出力電圧の指令値Ｅｄｃ１が入力されるが、その指令値Ｅｄｃ１は、乗算器２１からの垂下量Ｅｄｃｃｍｐの分だけ減算されてその指令値Ｅｄｃ１が補正され、この補正された補正指令値はＥｄｃ２として減算器２３に出力される。この補正指令値はＥｄｃ２の一例を示すと、図３（Ｂ）に示すようになる。
【００２３】
ここで、直流出力電流Ｉｄｃが変化しないときには、電流変化率演算器２０から補正信号が出力されないので、図３（Ｂ）に示すように、直流出力電圧の指令値Ｅｄｃ１は補正されず、Ｅｄｃ２＝Ｅｄｃ１となる。
減算器２３は、その補正された直流出力電圧の補正指令値Ｅｄｃ２と、ＰＷＭ整流器の直流出力電圧Ｅｄｃとの偏差ΔＥを求め、この求めた偏差ΔＥは直流電圧調節器２４に出力される。。
【００２４】
直流電圧調節器２４は、その偏差ΔＥに応じて所定の有効電流指令Ｉｄを生成し、この生成された有効電流指令Ｉｄはスイッチング信号生成回路２５に出力される。
スイッチング信号生成回路２５は、その有効電流指令Ｉｄに基づいて、上記の偏差ΔＥを零にするためにＰＷＭ整流器を構成するトランジスタをオンオフするスイッチング信号を生成し、これが図１の各トランジスタＱ１〜Ｑ６の入力側にそれぞれ供給される。
【００２５】
これにより、トランジスタがオンオフ制御され、ＰＷＭ整流器の出力直流電圧が、補正指令値Ｅｄｃ２になるように制御される。
以上説明したように、この実施形態では、ＰＷＭ整流器の直流出力電流Ｉｄｃを検出し、この検出した直流出力電流Ｉｄｃからその時間的な変化率を求め、この電流変化率に比例した補正量を求め、ＰＷＭ整流器の直流出力電圧の指令値Ｅｄｃ１からその補正量を減算してその指令値Ｅｄｃ１を補正するようにした。
【００２６】
このため、図３に示すように、ＰＷＭ整流器の直流出力電圧の指令値Ｅｄｃ１が補正されるのは、ＰＷＭ整流器で検出される直流出力電流Ｉｄｃが変化している期間のみである。
従って、直流出力電流Ｉｄｃが変化しない定常時には、図３に示すように、減算器２２から出力される補正指令値Ｅｄｃ２は補正されずに指令値Ｅｄｃ１のままとなり、この指令値Ｅｄｃ１になるようにＷＭ整流器の直流出力電圧Ｅｄｃが制御される。
【００２７】
従って、この実施形態によれば、ＰＷＭ整流器の出力側で発生する共振を抑えることができる上に、共振が発生していない定常時には、ＰＷＭ整流器の直流出力電圧を指令値に制御でき、その直流出力電圧の制御の高精度化を図ることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ＰＷＭ整流器の出力側で発生する共振を抑えることができる上に、共振が発生していない定常時には、ＰＷＭ整流器の直流出力電圧を高精度で制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＰＷＭ整流器の出力制御装置で制御されるＰＷＭ整流器の構成例を示す回路図である。
【図２】本発明のＰＷＭ整流器の出力制御装置の実施形態の構成例を示すブロック図である。
【図３】図２のブロック図の主要部の波形例を示す波形図である。
【図４】従来のＰＷＭ整流器の出力制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図５】図４のブロック図の主要部の波形例を示す波形図である。
【符号の説明】
Ｄ１〜Ｄ６　ダイオード
Ｑ１〜Ｑ６　トランジスタ
Ｃ１　平滑コンデンサ
１１　トランス
１２　交流−直流変換器
１５　負荷
１６　交流電源
１７　出力制御装置
２０　電流変化率演算器
２１　乗算器
２２、２３　減算器
２４　直流電圧調節器
２５　スイッチング信号生成回路
【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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