(57)【要約】【課題】ＰＷＭコンバータ５，６群の高調波を抑制するためのアクティブフィルタ１５において、高調波分がフィルタ回路１４のリアクトル１３に流れるのを抑制する。【解決手段】変圧器２の二次側に、メインのＰＷＭコンバータ５，６と並列に、スイッチング高調波補償コンバータ９と、これに直列に接続した基本波高調波補償コンバータ１１と、コンデンサ１２とリアクトル１３から成るフィルタ回路１４であって、リアクトルに直列に当該リアクトルに流れる電流を減衰させるための抵抗２０が接続されたフィルタ回路とを備えていて、メインコンバータ群が出力し、電源４へ流入出する高調波を、それと逆位相の高調波を発生させる高調波補償コンバータ９，１１によって相殺させ、高調波の交流電源側への漏洩を低減する。そして、フィルタ回路１４のリアクトル１３と直列に抵抗２０を挿入することで、フィルタ回路に流れる電流を少なくし、それが電源に及ぼす高調波電流を小さくする。【選択図】　　　図１
2004096911.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧源及びこの電源電圧を変圧する変圧器と、
前記変圧器の出力巻線に接続されたＰＷＭコンバータと、
前記ＰＷＭコンバータの直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサと、
前記変圧器の追加巻線に接続されたスイッチング高調波補償コンバータと、
前記スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧を維持する直流電圧源と、
前記スイッチング高調波補償コンバータに直列に接続された基本波高調波補償コンバータと、
コンデンサとリアクトルから成るフィルタ回路であって、前記リアクトルに直列に、当該リアクトルに流れる電流を減衰させるための抵抗が接続されたフィルタ回路とを備えたことを特徴とするＰＷＭコンバータシステム。
【請求項２】
交流電圧源及びこの電源電圧を変圧する変圧器と、
前記変圧器の出力巻線に接続されたＰＷＭコンバータと、
前記ＰＷＭコンバータの直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサと、
前記変圧器の追加巻線に接続されたスイッチング高調波補償コンバータと、
前記スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧を維持する直流電圧源と、
前記スイッチング高調波補償コンバータに直列に接続された基本波高調波補償コンバータと、
コンデンサのみから成るフィルタ回路とを備えたことを特徴とするＰＷＭコンバータシステム。
【請求項３】
前記直流電圧源に代えてコンデンサを用いたことを特徴とする請求項２に記載のＰＷＭコンバータシステム。
【請求項４】
交流電圧源及びこの電源電圧を変圧する変圧器と、
前記変圧器の出力巻線に接続されたＰＷＭコンバータと、
前記ＰＷＭコンバータの直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサと、
前記変圧器の追加巻線に接続されたスイッチング高調波補償コンバータと、
前記スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧を維持する直流電圧源と、
前記スイッチング高調波補償コンバータに直列に接続された基本波高調波補償コンバータと、
コンデンサとリアクトルから成るフイルタ回路であって、前記コンデンサに直列に、当該フィルタ回路に流れる電流を減衰させるための抵抗が接続されたフィルタ回路とを備えたことを特徴とするＰＷＭコンバータシステム。
【請求項５】
交流電圧源及びこの電源電圧を変圧する変圧器と、
前記変圧器の出力巻線に接続されたＰＷＭコンバータと、
前記ＰＷＭコンバータの直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサと、
前記変圧器の追加巻線に接続されたスイッチング高調波補償コンバータと、
前記スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧を維持する直流電圧源と、
前記スイッチング高調波補償コンバータに直列に接続された基本波高調波補償コンバータと、
コンデンサとリアクトルから成るフィルタ回路であって、当該コンデンサとリアクトルの値が、当該フィルタ回路の共振周波数が本システムの動作周波数への影響の少ない周波数帯に移るような値に設定されているフィルタ回路とを備えたことを特徴とするＰＷＭコンバータシステム。
【請求項６】
交流電圧源及びこの電源電圧を変圧する変圧器と、
前記変圧器の出力巻線に接続されたＰＷＭコンバータと、
前記ＰＷＭコンバータの直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサと、
前記変圧器の追加巻線に接続されたスイッチング高調波補償コンバータと、
前記スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧を維持する直流電圧源と、
前記スイッチング高調波補償コンバータに直列に接続された基本波高調波補償コンバータと、
コンデンサとリアクトルから成るフイルタ回路と、
前記交流電圧源の電圧を検出する交流電圧検出手段と、
前記交流電圧検出手段の出力信号から位相信号を演算するＰＬＬ回路と、
前記ＰＷＭコンバータの変調波を演算する変調波生成回路と、
前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記ＰＷＭコンバータのゲート信号を生成するＰＷＭ制御回路と、
前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記スイッチング高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路と、
前記変調波生成回路の算出した変調波から前記基本波高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路とを備えたことを特徴とするＰＷＭコンバータシステム。
【請求項７】
交流電圧源及びこの電源電圧を変圧する変圧器と、
前記変圧器の出力巻線に接続されたＰＷＭコンバータと、
前記ＰＷＭコンバータの直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサと、
前記変圧器の追加巻線に接続されたスイッチング高調波補償コンバータと、
前記スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧を維持する直流電圧源と、
前記スイッチング高調波補償コンバータに直列に接続された基本波高調波補償コンバータと、
コンデンサとリアクトルからなるフィルタ回路と、
前記交流電圧源の電圧を検出する交流電圧検出手段と、
前記交流電圧検出手段の出力信号から位相信号を演算するＰＬＬ回路と、
前記交流電圧検出手段の出力信号から交流電圧振幅を演算する振幅演算回路と、
前記ＰＷＭコンバータの変調波を演算する変調波生成回路と、
前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記ＰＷＭコンバータのゲート信号を生成するＰＷＭ制御回路と、
前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記スイッチング高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路と、
前記変調波生成回路の算出した変調波から前記基本波高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路とを備えたことを特徴とするＰＷＭコンバータシステム。
【請求項８】
交流電圧源及びこの電源電圧を変圧する変圧器と、
前記変圧器の出力巻線に接続されたＰＷＭコンバータと、
前記ＰＷＭコンバータの直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサと、
前記変圧器の追加巻線に接続されたスイッチング高調波補償コンバータと、
前記スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧を維持する直流電圧源と、
前記スイッチング高調波補償コンバータに直列に接続された基本波高調波補償コンバータと、
コンデンサとリアクトルから成るフィルタ回路と、
前記ＰＷＭコンバータの変調波を演算する変調波生成回路と、
前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記ＰＷＭコンバータのゲート信号を生成するＰＷＭ制御回路と、
前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記スイッチング高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路と、
前記変調波生成回路の算出した変調波から前記基本波高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路とを備え、
前記ＰＷＭコンバータのゲート信号出力と前記スイッチング高調波補償コンバータ及び基本波高調波補償コンバータのゲート信号出力とのタイミングが同期していることを特徴とするＰＷＭコンバータシステム。
【請求項９】
交流電圧源及びこの電源電圧を変圧する変圧器と、
前記変圧器の出力巻線に接続されたＰＷＭコンバータと、
前記ＰＷＭコンバータの直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサと、
前記変圧器の追加巻線に接続されたスイッチング高調波補償コンバータと、
前記スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧を維持する直流電圧源と、
前記スイッチング高調波補償コンバータに直列に接続された基本波高調波補償コンバータと、
コンデンサとリアクトルから成るフイルタ回路と、
前記ＰＷＭコンバータの変調波を演算する変調波生成回路と、
前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記ＰＷＭコンバータのゲート信号を生成するＰＷＭ制御回路と、
前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記スイッチング高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路と、
前記変調波生成回路の算出した変調波から前記基本波高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路とを備え、
前記ゲート演算回路それぞれは、前記ＰＷＭコンバータの交流電流を検出し、前記スイッチング高調波補償コンバータ、基本波高調波補償コンバータそれぞれのゲート信号として、前記ＰＷＭコンバータのスイッチング素子のデッドタイム遅れを補償するようなゲート信号を生成することを特徴とするＰＷＭコンバータシステム。
【請求項１０】
請求項６又は７に記載のＰＷＭコンバータシステムにおいて、
前記ゲート演算回路それぞれは、前記ＰＬＬ回路の出力信号を用いて、前記スイッチング高調波補償コンバータ、基本波高調波補償コンバータそれぞれのゲート信号として、前記ＰＷＭコンバータのデッドタイム遅れを補償するようなゲート信号を生成することを特徴とするＰＷＭコンバータシステム。
【請求項１１】
交流電圧源及びこの電源電圧を変圧する変圧器と、
前記変圧器の出力巻線に接続されたＰＷＭコンバータと、
前記ＰＷＭコンバータの直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサと、
前記変圧器の追加巻線に接続されたスイッチング高調波補償コンバータと、
前記スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧を維持する直流電圧源と、
前記スイッチング高調波補償コンバータに直列に接続された基本波高調波補償コンバータと、
コンデンサとリアクトルから成るフィルタ回路と、
前記ＰＷＭコンバータの変調波を演算する変調波生成回路と、
前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記ＰＷＭコンバータのゲート信号を生成するＰＷＭ制御回路と、
前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記スイッチング高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路と、
前記変調波生成回路の算出した変調波から前記基本波高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路とを備え、
前記ゲート演算回路それぞれは、前記スイッチング高調波補償コンバータ、基本波高調波補償コンバータそれぞれの交流電流を検出し、前記スイッチング高調波補償コンバータ、基本波高調波補償コンバータそれぞれのゲート信号としてこれらのスイッチング高調波補償コンバータ、基本波高調波補償コンバータそれぞれのデッドタイム遅れを補償するようなゲート信号を生成することを特徴とするＰＷＭコンバータシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＰＷＭコンバータシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、交流電源電圧を変換して直流電圧を作り出すコンバータ装置においては、ＰＷＭコンバータのスイッチングにより発生する電圧、電流高調波が交流電源系統に流れこみ、系統に接続された他機器の異常発熱を引き起こしたり、高周波電流が電源系統に流れることにより発生する電磁波により、テレビなどへの電波障害や信号機器の誤動作を招くことがあった。
【０００３】
これらを抑制するために、ＰＷＭコンバータにおいては、スイッチング周波数を高く設定したり、３レベルコンバータと呼ばれる高調波の少ない主回路方式が適用されたりしてきたが、電流高調波抑制効果が充分でなかった。
【０００４】
これに対して、電源系統に流れ出す高調波電流を完全に抑制する方法が、鉄道総合技術研究所報告（ＲＴＲＩレポートＶｏｌ．１２，Ｎｏ．１，１９９８）に記載されている。この提案されているＰＷＭコンバータシステムは、ＰＷＭコンバータのＰＷＭゲート信号と逆位相のゲート信号で動作する高調波補償器を変圧器の専用巻線に接続し、ＰＷＭコンバータの発生する高調波電流と、高調波補償器の発生する高調波電流とが変圧器の中で打ち消し合うようにし、この結果として、電源系統に接続された変圧器の一次巻線側には高調波が流れ出ない回路方式である。
【０００５】
その回路方式を図１１に示す。図１１に示すＰＷＭコンバータシステムは、交流電圧源１及びこの電源電圧を変圧する変圧器２と、変圧器２の出力巻線３，４に接続されたＰＷＭコンバータ５，６と、ＰＷＭコンバータ５，６の直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサ７と、変圧器２の追加巻線８に接続されたスイッチング高調波補償コンバータ９と、スイッチング高調波補償コンバータ９の直流電圧を維持する直流電圧源１０と、スイッチング高調波補償コンバータ９に直列に接続された基本波高調波補償コンバータ１１と、コンデンサ１２とリアクトル１３から成るフィルタ回路１４とから構成される。なお、この高調波補償コンバータ９，１１とフィルタ回路１４とによってアクティブフィルタ１５を構成する。また、１６はインバータ、１７は負荷としての交流電動機である。
【０００６】
この提案されているＰＷＭコンバータシステムでは、複数のコンバータ５，６により生じ、電源１へ流入出する高調波をスイッチング高調波補償コンバータ９と基本波高調波補償コンバータ１１とをアクティブフィルタ１５としてフィードフォワード的に動作させることにより、メインコンバータ群５，６が出力し、電源１へ流入出する高調波を相殺するため、電源１へ流入出する高調波を劇的に低減することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなＰＷＭコンバータシステムでも、変圧器においてＰＷＭコンバータの発生する高調波電流と高調波補償器が発生する高調波電流の打ち消し合いを行わせるため、ＰＷＭコンバータが接続された変圧器二次巻線及び高調波補償器が接続された専用巻線には高調波が流れこみ、その結果、変圧器には高調波電流による熱損失が発生し、冷却の必要から変圧器の重量増加、大型化が必要になってしまう。これにより、特に鉄道車両などへの適用において、重量物である変圧器を車両床下に搭載できれば低重心化によって車両の高速運転化が可能になるが、変圧器があまりに大型化、重量化すると車両床下の限られた空間に搭載することが困難になる問題点があった。
【０００８】
また、線路周りには信号、踏切などの安全に関する信号機器が設置されているが、高調波電流が流れている変圧器を線路に近い床下に配置すると、これらの信号機器を誤動作させる可能性が高くなってしまう問題点もあった。
【０００９】
また、アクティブフィルタ１５として動作する高調波補償コンバータ９，１１の発生する高調波分がフィルタ回路１４のリアクトル１３に流れるため、このリアクトル１３に流れる高調波分の抑制が求められていた。
【００１０】
さらに、メインのＰＷＭコンバータ側のゲート信号と高調波補償コンバータ側のゲート信号との完全な同期を取ることが困難であり、理論的には高調波の打ち消しが可能ではあっても、現実にはある程度残存する高調波が交流電源側に漏洩することが避けられなかった。
【００１１】
本発明はこのような従来の技術的課題を解決するためになされたもので、コンバータ群の高調波を抑制するためのアクティブフィルタにおいて、高調波分がフィルタ回路のリアクトルに流れるのを抑制することができるＰＷＭコンバータシステムを提供することを目的とする。
【００１２】
本発明はまた、交流電源側への高調波分の漏洩の抑止がいっそう効果的に行えるＰＷＭコンバータシステムを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のＰＷＭコンバータシステムは、交流電圧源及びこの電源電圧を変圧する変圧器と、前記変圧器の出力巻線に接続されたＰＷＭコンバータと、前記ＰＷＭコンバータの直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサと、前記変圧器の追加巻線に接続されたスイッチング高調波補償コンバータと、前記スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧を維持する直流電圧源と、前記スイッチング高調波補償コンバータに直列に接続された基本波高調波補償コンバータと、コンデンサとリアクトルから成るフィルタ回路であって、前記リアクトルに直列に、当該リアクトルに流れる電流を減衰させるための抵抗が接続されたフィルタ回路とを備えたものである。
【００１４】
請求項１の発明のＰＷＭコンバータシステムでは、フィルタ回路のリアクトルと直列に抵抗を挿入することで、フィルタ回路に流れる電流を少なくし、これにより、フィルタ回路が電源に及ぼす高調波電流を小さくすることができる。
【００１５】
請求項２の発明のＰＷＭコンバータシステムは、交流電圧源及びこの電源電圧を変圧する変圧器と、前記変圧器の出力巻線に接続されたＰＷＭコンバータと、前記ＰＷＭコンバータの直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサと、前記変圧器の追加巻線に接続されたスイッチング高調波補償コンバータと、前記スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧を維持する直流電圧源と、前記スイッチング高調波補償コンバータに直列に接続された基本波高調波補償コンバータと、コンデンサのみから成るフィルタ回路とを備えたものである。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項２のＰＷＭコンバータシステムにおいて、前記直流電圧源に代えてコンデンサを用いたものである。
【００１７】
請求項２及び３の発明のＰＷＭコンバータシステムでは、フィルタ回路のリアクトルを除去し、コンデンサのみで構成したことで、フィルタ回路に流れる電流をなくし、これにより、フィルタ回路による高調波電流をなくすことができる。
【００１８】
また、フィルタ回路のリアクトルを除去し、ＰＷＭコンバータのスイッチング高調波を補償するゲート信号でスイッチング高調波補償コンバータを運転すると、スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧には高調波を除去するのに適切な直流電圧が発生する。これにより、直流電圧源に代えてコンデンサを使用することができる。
【００１９】
請求項４の発明のＰＷＭコンバータシステムは、交流電圧源及びこの電源電圧を変圧する変圧器と、前記変圧器の出力巻線に接続されたＰＷＭコンバータと、前記ＰＷＭコンバータの直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサと、前記変圧器の追加巻線に接続されたスイッチング高調波補償コンバータと、前記スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧を維持する直流電圧源と、前記スイッチング高調波補償コンバータに直列に接続された基本波高調波補償コンバータと、コンデンサとリアクトルから成るフイルタ回路であって、前記コンデンサに直列に、当該フィルタ回路に流れる電流を減衰させるための抵抗が接続されたフィルタ回路とを備えたものである。
【００２０】
請求項４の発明のＰＷＭコンバータシステムでは、フィルタ回路のコンデンサと直列に抵抗を挿入することで、フィルタ回路に流れる電流を少なくし、これにより、フィルタ回路が電源に及ぼす高調波電流を小さくすることができる。
【００２１】
請求項５の発明のＰＷＭコンバータシステムは、交流電圧源及びこの電源電圧を変圧する変圧器と、前記変圧器の出力巻線に接続されたＰＷＭコンバータと、前記ＰＷＭコンバータの直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサと、前記変圧器の追加巻線に接続されたスイッチング高調波補償コンバータと、前記スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧を維持する直流電圧源と、前記スイッチング高調波補償コンバータに直列に接続された基本波高調波補償コンバータと、コンデンサとリアクトルから成るフィルタ回路であって、当該コンデンサとリアクトルの値が、当該フィルタ回路の共振周波数が本システムの動作周波数への影響の少ない周波数帯に移るような値に設定されているフィルタ回路とを備えたものである。
【００２２】
請求項５の発明のＰＷＭコンバータシステムでは、フィルタ回路のコンデンサとリアクトルの値を変えると、フィルタ回路の共振周波数が設定できるようになる。そこで、ＰＷＭコンバータの動作周波数や交流電源の信号帯周波数に影響の少ない周波数にフィルタ回路の共振周波数を設定することにより、提案されている図１１のＰＷＭコンバータシステムと同様の回路構成ながら、ＰＷＭコンバータの動作周波数や交流電源の信号帯周波数に影響を少なくすることができる。
【００２３】
請求項６の発明のＰＷＭコンバータシステムは、交流電圧源及びこの電源電圧を変圧する変圧器と、前記変圧器の出力巻線に接続されたＰＷＭコンバータと、前記ＰＷＭコンバータの直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサと、前記変圧器の追加巻線に接続されたスイッチング高調波補償コンバータと、前記スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧を維持する直流電圧源と、前記スイッチング高調波補償コンバータに直列に接続された基本波高調波補償コンバータと、コンデンサとリアクトルから成るフイルタ回路と、前記交流電圧源の電圧を検出する交流電圧検出手段と、前記交流電圧検出手段の出力信号から位相信号を演算するＰＬＬ回路と、前記ＰＷＭコンバータの変調波を演算する変調波生成回路と、前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記ＰＷＭコンバータのゲート信号を生成するＰＷＭ制御回路と、前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記スイッチング高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路と、前記変調波生成回路の算出した変調波から前記基本波高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路とを備えたものである。
【００２４】
請求項６の発明のＰＷＭコンバータシステムでは、ＰＷＭコンバータのＰＷＭ制御に用いる変調波生成回路の出力信号とキャリア回路の出力信号から、スイッチング高調波補償コンバータのゲート信号をゲート演算回路により演算する。また変調波生成回路の出力信号から基本波高調波補償コンバータのゲート信号をゲート演算回路にて演算する。これにより、ＰＷＭコンバータのゲート信号に遅れることなくスイッチング高調波補償コンバータと基本波高調波補償コンバータのゲート信号を高速に演算出力することができる。
【００２５】
請求項７の発明のＰＷＭコンバータシステムは、交流電圧源及びこの電源電圧を変圧する変圧器と、前記変圧器の出力巻線に接続されたＰＷＭコンバータと、前記ＰＷＭコンバータの直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサと、前記変圧器の追加巻線に接続されたスイッチング高調波補償コンバータと、前記スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧を維持する直流電圧源と、前記スイッチング高調波補償コンバータに直列に接続された基本波高調波補償コンバータと、コンデンサとリアクトルからなるフィルタ回路と、前記交流電圧源の電圧を検出する交流電圧検出手段と、前記交流電圧検出手段の出力信号から位相信号を演算するＰＬＬ回路と、前記交流電圧検出手段の出力信号から交流電圧振幅を演算する振幅演算回路と、前記ＰＷＭコンバータの変調波を演算する変調波生成回路と、前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記ＰＷＭコンバータのゲート信号を生成するＰＷＭ制御回路と、前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記スイッチング高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路と、前記変調波生成回路の算出した変調波から前記基本波高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路とを備えたものである。
【００２６】
請求項７の発明のＰＷＭコンバータシステムでは、請求項６のＰＷＭコンバータシステムのように交流電圧検出信号を制御に使用する替わりに、ＰＬＬ回路出力の位相情報と、振幅演算回路の振幅情報から交流電圧相当を演算して制御に使用する。これにより、交流電圧の持つ高調波や検出系のノイズから影響を受けにくくなり、安定した制御信号を得ることができる。
【００２７】
請求項８の発明のＰＷＭコンバータシステムは、交流電圧源及びこの電源電圧を変圧する変圧器と、前記変圧器の出力巻線に接続されたＰＷＭコンバータと、前記ＰＷＭコンバータの直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサと、前記変圧器の追加巻線に接続されたスイッチング高調波補償コンバータと、前記スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧を維持する直流電圧源と、前記スイッチング高調波補償コンバータに直列に接続された基本波高調波補償コンバータと、コンデンサとリアクトルから成るフィルタ回路と、前記ＰＷＭコンバータの変調波を演算する変調波生成回路と、前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記ＰＷＭコンバータのゲート信号を生成するＰＷＭ制御回路と、前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記スイッチング高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路と、前記変調波生成回路の算出した変調波から前記基本波高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路とを備え、前記ＰＷＭコンバータのゲート信号出力と前記スイッチング高調波補償コンバータ及び基本波高調波補償コンバータのゲート信号出力とのタイミングが同期していることを特徴とするものである。
【００２８】
ＰＷＭコンバータの演算周期は、制御に対して十分な演算周期であればよいが、スイッチング高調波補償コンバータと基本波高調波補償コンバータには高速な演算周期が要求される。両者が独自にゲート信号出力を行うと、ＰＷＭコンバータのスイッチングタイミングと高調波補償コンバータのスイッチングタイミングが完全に一致しないので、高調波補償動作が不充分になってしまう。
【００２９】
そこで請求項８の発明のＰＷＭコンバータシステムでは、ＰＷＭコンバータと高調波補償コンバータのゲート信号出力を同期させ、同じタイミングでコンバータのスイッチングを行う。これにより、ゲート信号が一致して完全な補償動作が可能となる。
【００３０】
請求項９の発明のＰＷＭコンバータシステムは、交流電圧源及びこの電源電圧を変圧する変圧器と、前記変圧器の出力巻線に接続されたＰＷＭコンバータと、前記ＰＷＭコンバータの直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサと、前記変圧器の追加巻線に接続されたスイッチング高調波補償コンバータと、前記スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧を維持する直流電圧源と、前記スイッチング高調波補償コンバータに直列に接続された基本波高調波補償コンバータと、コンデンサとリアクトルから成るフイルタ回路と、前記ＰＷＭコンバータの変調波を演算する変調波生成回路と、前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記ＰＷＭコンバータのゲート信号を生成するＰＷＭ制御回路と、前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記スイッチング高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路と、前記変調波生成回路の算出した変調波から前記基本波高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路とを備え、前記ゲート演算回路それぞれは、前記ＰＷＭコンバータの交流電流を検出し、前記スイッチング高調波補償コンバータ、基本波高調波補償コンバータそれぞれのゲート信号として、前記ＰＷＭコンバータのスイッチング素子のデッドタイム遅れを補償するようなゲート信号を生成することを特徴とするものである。
【００３１】
請求項９の発明のＰＷＭコンバータシステムでは、ＰＷＭコンバータの交流電流から、素子のデッドタイムが発生するタイミングを考慮して高調波補償コンバータを駆動する。これにより、ＰＷＭコンバータのデッドタイムによるスイッチング遅れを高調波補償コンバータで補償することができる。
【００３２】
請求項１０の発明は、請求項６又は７に記載のＰＷＭコンバータシステムにおいて、前記ゲート演算回路それぞれは、前記ＰＬＬ回路の出力信号を用いて、前記スイッチング高調波補償コンバータ、基本波高調波補償コンバータそれぞれのゲート信号として、前記ＰＷＭコンバータのデッドタイム遅れを補償するようなゲート信号を生成することを特徴とするものである。
【００３３】
ＰＷＭコンバータは力率１で運転するとき、交流電圧と系統電流の位相は一致する。そこで、請求項１０の発明のＰＷＭコンバータシステムでは、交流電圧の検出信号から素子のデッドタイムが発生するタイミングを考慮して高調波補償コンバータを駆動する。これにより、ＰＷＭコンバータのデッドタイムによるスイッチング遅れを高調波補償コンバータで補償することができる。
【００３４】
請求項１１の発明のＰＷＭコンバータシステムは、交流電圧源及びこの電源電圧を変圧する変圧器と、前記変圧器の出力巻線に接続されたＰＷＭコンバータと、前記ＰＷＭコンバータの直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサと、前記変圧器の追加巻線に接続されたスイッチング高調波補償コンバータと、前記スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧を維持する直流電圧源と、前記スイッチング高調波補償コンバータに直列に接続された基本波高調波補償コンバータと、コンデンサとリアクトルから成るフィルタ回路と、前記ＰＷＭコンバータの変調波を演算する変調波生成回路と、前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記ＰＷＭコンバータのゲート信号を生成するＰＷＭ制御回路と、前記変調波生成回路の算出した変調波とキャリアから前記スイッチング高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路と、前記変調波生成回路の算出した変調波から前記基本波高調波補償コンバータのスイッチング状態を演算するゲート演算回路とを備え、前記ゲート演算回路それぞれは、前記スイッチング高調波補償コンバータ、基本波高調波補償コンバータそれぞれの交流電流を検出し、前記スイッチング高調波補償コンバータ、基本波高調波補償コンバータそれぞれのゲート信号としてこれらのスイッチング高調波補償コンバータ、基本波高調波補償コンバータそれぞれのデッドタイム遅れを補償するようなゲート信号を生成することを特徴とするものである。
【００３５】
請求項１１の発明のＰＷＭコンバータシステムでは、高調波補償コンバータの交流電流を検出し、高調波補償コンバータのデッドタイム遅れが発生するタイミングを考慮して高調波補償コンバータを駆動する。これにより、高調波補償コンバータのデッドタイムによるスイッチング遅れを高調波補償コンバータで補償することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は、本発明の第１の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムを示している。本実施の形態のＰＷＭコンバータシステムは、図１１に示した提案されているＰＷＭコンバータシステムと同様の交流電圧源１及びこの電源電圧を変圧する変圧器２と、変圧器２の出力巻線３，４に接続されたＰＷＭコンバータ５，６と、ＰＷＭコンバータ５，６の直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサ７と、変圧器２の追加巻線８に接続されたスイッチング高調波補償コンバータ９と、スイッチング高調波補償コンバータ９の直流電圧を維持する直流電圧源１０と、スイッチング高調波補償コンバータ９に直列に接続された基本波高調波補償コンバータ１１と、コンデンサ１２とリアクトル１３から成るフィルタ回路１４から構成されている。
【００３７】
そして、本実施の形態のＰＷＭコンバータシステムの特徴として、フィルタ回路１４において、リアクトル１３に直列に、当該リアクトル１３に流れる電流を減衰させるための抵抗２０が挿入されている。
【００３８】
次に、上記構成のＰＷＭコンバータシステムの動作について説明する。コンバータ５，６により生じ、電源１へ流入出する高調波を抑制するためのアクティブフィルタ１５の出力電圧を高調波補償コンバータ９，１１に対するスイッチング信号によって制御するが、このスイッチング信号は、ＰＷＭコンバータ５，６各々の出力電圧を制御するためのスイッチング信号に基づいて調整される。
【００３９】
このＰＷＭコンバータシステムにおけるメインＰＷＭコンバータ５，６の動作とアクティブフィルタ１５の動作を説明する。
【００４０】
＜メインコンバータの動作＞
メインコンバータであるＰＷＭコンバータ５，６のスイッチング信号の生成を簡単に説明する。単相ＰＷＭコンバータ５，６各々にはＵ相とＶ相がある。
【００４１】
まず、ＰＷＭコンバータ５のＵ相について説明する。変調波と搬送波（キャリア）を比較し、次のようにスイッチング素子Ｓ１ＵＰへのスイッチング信号を生成する。
【００４２】
【数１】
Ｓ１Ｕ＝１，Ｓ１Ｘ＝０　（変調波＞搬送波）
Ｓ１Ｕ＝０，Ｓ１Ｘ＝１　（変調波＜搬送波）
上記のＳ１Ｕ，Ｓ１Ｘ＝１の場合、対応するスイッチング素子をオンするように、またＳ１Ｕ，Ｓ１Ｘ＝０の場合、対応するスイッチング素子をオフするようにゲート回路を駆動する。
【００４３】
ＰＷＭコンバータ１のＶ相の動作はＵ相に比べ、変調波を（−１）倍してＶ相の変調波を生成し、次のようにゲート信号を生成する。
【００４４】
【数２】
Ｓ１Ｖ＝０，Ｓ１Ｙ＝１　（変調波＞搬送波）
Ｓ１Ｖ＝１，Ｓ１Ｙ＝０　（変調波＜搬送波）
ＰＷＭコンバータ１の出力電圧（ＵＶ線間電圧）ＶＣ１は、図１２の第１のコンバータのゲート生成信号のようになる。出力電位は、０［Ｖ］，＋Ｖｄｃ［Ｖ］，−Ｖｄｃ［Ｖ］の３電位となる。
【００４５】
＜コンバータ群（多重化運転）の動作＞
ＰＷＭコンバータ５，６が複数台、交流電源１に接続されたシステムの場合、搬送波の基準位相をＰＷＭコンバータ間でずらして駆動する。
【００４６】
いま、Ｎ台の多重化運転を仮定した場合、ｍ台目（１＜ｍ＜Ｎ）の搬送波位相θｃは、数３式によって決定する。
【００４７】
【数３】
2004096911.tif 000003
ここに、αは初期位相である
単相ＰＷＭコンバータ単体の場合、出力電圧高調波および出力電流高調波は、スイッチング周波数ＦＳ［Ｈｚ］の２倍の周波数帯に大きなレベルが現れる。また、前述のＮ台のＰＷＭコンバータによる多重化運転では、搬送波位相差運転により、スイッチング周波数ＦＳ［Ｈｚ］の２×Ｎ倍の周波数帯に大きなレベルが現れる。すなわち、単体のコンバータでレベルの高い周波数帯が互いに相殺され、高調波レベルが抑制されるのである。
【００４８】
図１２、図１３には、第１のコンバータと第２のコンバータとの２台のＰＷＭコンバータの多重化運転の場合の各スイッチング素子のスイッチング動作と出力電圧ＶＣ１，ＶＣ２またその合成電圧ＶＣ１＋ＶＣ２の様子を示してある。この場合、第１のコンバータと第２のコンバータの搬送波の位相が相対的に９０［ｄｅｇ］ずれている。
【００４９】
＜補償すべき高調波電圧＞
メインコンバータ群の出力電圧は、図１３に示したようになり、基本波成分以外に高調波成分を含んでいる。高調波電圧は、出力電圧から基本波電圧成分を引き去ることで求めることができる。
【００５０】
このようにして算出した高調波電圧を高次成分と低次成分とに分離すると、図図１３、図１６に示すようなものとなる。逆に言えば、ＰＷＭコンバータ５，６群の出力電圧＝基本波正弦波電圧＋低次高調波＋高次高調波ということになる。
【００５１】
アクティブフィルタ１５は高調波を抑制するため、基本波電圧成分を持たず、低次高調波と高次高調波とを打ち消すように作用させるものである。
【００５２】
＜アクティブフィルタ＞
アクティブフィルタ１５の構成例を図１４〜図１６に示してある。このアクティブフィルタ１５は、単相フルブリッジのコンバータ９，１１を２台直列に接続した構成である。スイッチング高調波補償コンバータ９は高次高調波を抑制するため、高次高調波電圧相当を出力する。基本波高調波補償コンバータ１１は低次高調波を抑制するため、低次高調波電圧相当を出力する。
【００５３】
スイッチング高調波補償コンバータ９の直流側は、電圧源ＶｄｃＡ１（１０）により一定に維持されている。４つのスイッチング素子は、スイッチング信号ＳＡ１Ｕ，ＳＡ１Ｘ，ＳＡ１Ｖ，ＳＡ１Ｙに応じてオンオフ動作をする。基本波高調波補償コンバータ１１の直流側は、流れる電流に応じた電圧ＶｄｃＡ２となる。この基本波高調波補償コンバータ１１の４つのスイッチング素子は、スイッチング信号ＳＡ２Ｕ，ＳＡ２Ｘ，ＳＡ２Ｖ，ＳＡ２Ｙに応じてオンオフ動作をする。
【００５４】
＜アクティブフィルタのスイッチング動作＞
図１４〜図１６に示したアクティブフィルタ１５では、図１２及び図１３に示したコンバータ群のメインのＰＷＭコンバータ５，６のスイッチング信号ＳＣ１Ｕ，ＳＣ１Ｙ，ＳＣ２Ｕ，ＳＣ２Ｙに応じて、次のように信号Ｓ１を生成する。
【００５５】
【数４】
Ｓ１＝ＸＯＲ（ＮＯＴ（ＸＯＲ（ＳＣ１Ｕ，ＳＣ１Ｙ）），ＮＯＴ（ＸＯＲ（ＳＣ２Ｕ，ＳＣ２Ｙ）））
＝ＸＯＲ（ＮＯＴ（ＸＯＲ１），ＮＯＴ（ＸＯＲ２））
また、コンバータ群の変調率に応じて、次のように信号Ｓ２を生成する。ただし、コンバータ群の変調率を各コンバータの変調率の平均値として定義する。すなわち、
【数５】
コンバータ群の変調率＝１／Ｎ×ΣＮ台（各コンバータの変調率）
なお、「変調率×直流電圧＝出力電圧」の関係がある。
【００５６】
【数６】
Ｓ２＝１　ｉｆ　０．５　≦変調率≦　１．０
＝０　ｉｆ　０　≦変調率＜　０．５
＝１　ｉｆ　−０．５　≦変調率＜　０
＝０　ｉｆ　−１．０　≦変調率≦　−０．５
これらの信号Ｓ１，Ｓ２に基づき、アクティブフィルタ１５の上段のコンバータ９のスイッチング信号ＳＡ１Ｕ，ＳＡ１Ｘ，ＳＡ１Ｖ，ＳＡ１Ｙが生成される。
【００５７】
【数７】
ＳＡ１Ｕ＝ＮＯＴ（ＸＯＲ（Ｓ１，Ｓ２））
ＳＡ１Ｘ＝ＮＯＴ（ＳＡ１Ｕ）
ＳＡ１Ｙ＝ＳＡ１Ｕ
ＳＡ１Ｖ＝ＮＯＴ（ＳＡ１Ｙ）
また、アクティブフィルタ１５の下段のコンバータ１１のスイッチング信号ＳＡ２Ｕ，ＳＡ２Ｘ，ＳＡ２Ｖ，ＳＡ２Ｙは、次の数８式で生成される信号Ｓ３に基づき、数９式により決定する。
【００５８】
【数８】
Ｓ３＝１　ｉｆ　（０．００　≦変調率≦　０．２５）
ｏｒ　（０．５０　≦変調率≦　０．７５）
ｏｒ　（−１．００　≦変調率≦　−０．７５）
ｏｒ　（−０．５０　≦変調率≦　０．２５）
＝０　ｉｆ　（０．２５　≦変調率≦　０．５０）
ｏｒ　（０．７５　≦変調率≦　１．００）
ｏｒ　（−０．７５　≦変調率≦　−０．５０）
ｏｒ　（−０．２５　≦変調率≦　０．００）
【数９】
ＳＡ２Ｕ＝Ｓ３
ＳＡ２Ｘ＝ＮＯＴ（ＳＡ２Ｕ）
ＳＡ２Ｙ＝Ｓ３
ＳＡ２Ｖ＝ＮＯＴ（ＳＡ２Ｙ）
上記のように構成されるアクティブフィルタ１５によれば、メインコンバータ５，６群が出力し、電源１へ流入出する高調波、理論的には完全に相殺できるため、電源１へ流入出する高調波を劇的に低減することができる。
【００５９】
しかしながら、図１１に示した提案されているＰＷＭコンバータシステムのように、アクティブフィルタ１５内のフィルタ回路１４をコンデンサ１２とリアクトル１３で構成する場合、リアクトル１３に流れる電流による共振周波数電流が専用巻線８を通じて交流電源側に漏洩する。
【００６０】
そこで、第１の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムでは、このフィルタ回路１４のリアクトル１３と直列に抵抗２０を挿入することで、フィルタ回路１４に流れる電流を少なくなるようにしている。
【００６１】
これにより、第１の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムによれば、アクティブフィルタ１５によって、メインコンバータ５，６群が出力し、電源１へ流入出する高調波を低減することができ、かつ、アクティブフィルタ１５内のコンデンサ１２とリアクトル１３から成るフィルタ回路１４が電源１に及ぼす高調波電流を小さくすることができる。
【００６２】
次に、本発明の第２の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムについて、図２を用いて説明する。第２の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムは、図１に示した第１の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムに対して、アクティブフィルタ１５内のフィルタ回路１４をコンデンサ１２のみから構成したことを特徴とする。
【００６３】
このようにフィルタ回路１４のリアクトルを除去し、コンデンサ１２のみで構成することにより、フィルタ回路１４に流れる電流をなくし、これにより、フィルタ回路１４による高調波電流をなくすことができ、それが電源１に及ぼす高調波電流を小さくすることができる。
【００６４】
次に、本発明の第３の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムについて、図３を用いて説明する。第３の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムは、図２に示した第２の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムに対して、アクティブフィルタ１５に設けていた直流電圧源１０に代えて、コンデンサ１０′を用いたことを特徴とする。
【００６５】
第２の実施の形態のように、アクティブフィルタ１５内のフィルタ回路１４からリアクトルを除去し、ＰＷＭコンバータ５，６のスイッチング高調波を補償するゲート信号でスイッチング高調波補償コンバータ９を運転すると、スイッチング高調波補償コンバータ９の直流電圧には高調波を除去するのに適切な直流電圧が発生する。これにより、直流電圧源１０に代えてコンデンサ１０′を用いることができる。
【００６６】
これにより、第３の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムによれば、バッテリのような直流電圧源１０を用いる場合によりも回路コストを低減できる。
【００６７】
次に、本発明の第４の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムについて、図４を用いて説明する。第４の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムの特徴は、図１１の提案技術に対して、アクティブフィルタ１５内のフィルタ回路１４において、コンデンサ１２と直列に抵抗２１を接続し、この抵抗２１にリアクトル１３を接続した構成にした点にある。
【００６８】
この第４の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムでは、フィルタ回路１４のコンデンサ１２と直列に抵抗２１を挿入することで、フィルタ回路１４に流れる電流を少なくし、これにより、フィルタ回路１４が電源１に及ぼす高調波電流を小さくすることができる。
【００６９】
次に、本発明の第５の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムについて、図１１を用いて説明する。第５の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムは、回路構成は図１１に示した従来の提案技術のものと共通するが、アクティブフィルタ１５内のフィルタ回路１４を構成するコンデンサ１２とリアクトル１３について、それらの電気的特性値を、当該フィルタ回路１４の共振周波数が本システムの動作周波数への影響の少ない周波数帯に移るような値に設定したことを特徴とする。
【００７０】
フィルタ回路１４のコンデンサ１２とリアクトル１３の電気的特性値を変えると、フィルタ回路１４の共振周波数を調整することができる。そこで、第５の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムでは、ＰＷＭコンバータ３，４の動作周波数や交流電源の信号帯周波数に影響の少ない周波数にフィルタ回路１４の共振周波数を設定することにより、従来、提案されているＰＷＭコンバータシステムと同様の回路構成ながら、ＰＷＭコンバータ５，６の動作周波数や交流電源１の信号帯周波数に対する影響を少なくすることができる。
【００７１】
次に、本発明の第６の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムについて、図５を用いて説明する。第６の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムは、交流電圧源１及びこの電源電圧を変圧する変圧器２と、変圧器２の出力巻線３，４に接続されたＰＷＭコンバータ５，６と、ＰＷＭコンバータ５，６の直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサ７と、変圧器２の追加巻線８に接続されたスイッチング高調波補償コンバータ９と、スイッチング高調波補償コンバータ９の直流電圧を維持する直流電圧源１０と、スイッチング高調波補償コンバータ９に直列に接続された基本波高調波補償コンバータ１１と、コンデンサ１２とリアクトル１３から成るフイルタ回路１４を備えている。
【００７２】
さらにこのＰＷＭコンバータシステムは、交流電圧源１の電圧を検出する交流電圧検出器３１と、交流電圧検出器３１の出力信号３２から位相信号３３を演算するＰＬＬ回路３４と、ＰＷＭコンバータ５，６の変調波３５を演算する変調波生成回路３６と、変調波生成回路３６の算出した変調波３５とキャリア回路３７の出力するキャリア３８からＰＷＭコンバータ５，６のゲート信号３９，４０を生成するＰＷＭ制御回路４１，４２と、変調波生成回路３６の算出した変調波３５とキャリア回路３７の出力するキャリア３８からスイッチング高調波補償コンバータ９のゲート信号４３を演算するゲート演算回路４４と、変調波生成回路３６の算出した変調波３５から基本波高調波補償コンバータ１１のゲート信号４５を演算するゲート演算回路４６とを備えている。
【００７３】
この第６の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムでは、ＰＬＬ回路３４が、交流電圧源１の電圧を検出する交流電圧検出器３１の出力信号３２から位相信号３３を演算し、変調波生成回路３６が、交流電圧検出器３１の出力信号３２とこのＰＬＬ回路３４の出力する位相信号３３に基づいてＰＷＭコンバータ５，６の変調波３５を演算し、ＰＷＭ制御回路３９，４０それぞれが、変調波生成回路３６の出力する変調波３５とキャリア回路３７の出力するキャリア３８からＰＷＭコンバータ５，６のゲート信号４１，４３を生成する。
【００７４】
これと共に、アクティブフィルタ１５側では、ゲート演算回路４４が、ＰＷＭコンバータ５，６のＰＷＭ制御に用いる変調波生成回路３６の出力する変調波信号３５とキャリア回路３７の出力するキャリア信号３８を用いて、スイッチング高調波補償コンバータ９のゲート信号４３を演算する。またゲート演算回路４６が、変調波生成回路３６の出力する変調波信号３５から基本波高調波補償コンバータ１１のゲート信号４５を演算する。
【００７５】
これにより、第６の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムでは、ＰＷＭコンバータ５，６のゲート信号４１，４２に遅れることなくスイッチング高調波補償コンバータ９と基本波高調波補償コンバータ１１のゲート信号４３，４５を高速に演算して出力することができ、メインコンバータ５，６群が出力し、電源１へ流入出する高調波を効果的に相殺し、電源１へ流入出する高調波を劇的に低減することができる。
【００７６】
次に、本発明の第７の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムについて、図６を用いて説明する。第７の実施の形態は、図５に示した第６の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムに対して、振幅演算回路５１を追加的に備え、この振幅演算回路５１が、交流電圧検出器３１の出力信号３２から交流電圧振幅５２を演算して変調波生成回路３６に出力し、変調波生成回路３６が、この交流電圧振幅５２とＰＬＬ回路３４の出力信号３３から変調波３５を求めるようにしたことを特徴とする。
【００７７】
この第７の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムでは、第６の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムのように交流電圧検出信号３２を制御に使用する替わりに、ＰＬＬ回路３４の出力の位相情報３３と振幅演算回路５１の振幅情報５２とから交流電圧相当を演算してＰＷＭ制御に使用する。
【００７８】
これにより、第７の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムでも、第６の実施の形態と同様に、ＰＷＭコンバータ５，６のゲート信号４１，４２に遅れることなくスイッチング高調波補償コンバータ９と基本波高調波補償コンバータ１１のゲート信号４３，４５を高速に演算して出力することができ、メインコンバータ５，６群が出力し、電源１へ流入出する高調波を効果的に相殺し、電源１へ流入出する高調波を劇的に低減することができる。その上、第７の実施の形態の場合、第６の実施の形態のように交流電圧検出器３１の検出する交流電圧信号３２を直接用いずに振幅演算回路５１が求めた交流電圧振幅信号５２を用いるため、交流電圧の持つ高調波や検出系のノイズから影響を受けにくくなり、安定した制御信号を得ることができる。
【００７９】
次に、本発明の第８の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムについて、図７を用いて説明する。
【００８０】
図５に示した第６の実施の形態、図６に示した第７の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムのいずれでも、ＰＷＭコンバータ５，６の演算周期は、制御に対して十分な演算周期であればよいが、スイッチング高調波補償コンバータ９と基本波高調波補償コンバータ１１には高速な演算周期が要求される。ところが、両者が独自にゲート信号出力を行うと、ＰＷＭコンバータ５，６のスイッチングタイミングと高調波補償コンバータ９，１１のスイッチングタイミングが完全に一致しないので、高調波補償動作が不充分になってしまう。
【００８１】
そこで第８の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムでは、ゲート信号出力指令回路５３を新たに設け、ＰＷＭ制御回路４１，４２とゲート演算回路４４，４６にゲート信号出力指令を同時に与える構成にしている。なお、図７では、図５の回路要素と共通するものに共通の符号を付して示してある。
【００８２】
これにより、第８の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムでは、ＰＷＭコンバータ５，６と高調波補償コンバータ９，１１のゲート信号出力を同期させ、同じタイミングでコンバータ５，６，９，１１のスイッチングを行うことにより、ゲート信号が一致して完全な補償動作が可能となる。
【００８３】
なお、図６のＰＷＭコンバータシステムにおいても、図７と同様のゲート信号出力指令回路５３を設けることにより、同様の作用、効果を得ることができる。
【００８４】
次に、本発明の第９の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムについて、図８を用いて説明する。第９の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムは、交流電圧源１及びこの電源電圧を変圧する変圧器２と、変圧器２の出力巻線３，４に接続されたＰＷＭコンバータ５，６と、ＰＷＭコンバータ５，６の直流電圧リプルを抑制するための直流コンデンサ７と、変圧器２の追加巻線８に接続されたスイッチング高調波補償コンバータ９と、このスイッチング高調波補償コンバータ９の直流電圧を維持する直流電圧源１０と、スイッチング高調波補償コンバータ９に直列に接続された基本波高調波補償コンバータ１１と、コンデンサ１２とリアクトル１３から成るフイルタ回路１４を備えている。
【００８５】
本実施の形態のＰＷＭコンバータシステムはまた、ＰＷＭコンバータ５，６の変調波３５を演算する変調波生成回路３６と、変調波生成回路３６の算出した変調波３５とキャリア回路３７の出力するキャリア３８からＰＷＭコンバータ５，６のゲート信号４１，４２を生成するＰＷＭ制御回路３９，４０と、変調波生成回路３６の算出した変調波３５とキャリア回路３７の出力するキャリア３８とからスイッチング高調波補償コンバータ９のスイッチング状態４３を演算するゲート演算回路４４と、変調波生成回路３６の算出した変調波３５から基本波高調波補償コンバータ１１のスイッチング状態４５を演算するゲート演算回路４６とを備えている。
【００８６】
本実施の形態のＰＷＭコンバータシステムはさらに、ＰＷＭコンバータ５の交流電流を検出する交流電流検出器５４を備えていて、ゲート演算回路４４，４６それぞれが、この交流電流検出器５４の検出するＰＷＭコンバータ５の交流電流５５を入力し、スイッチング高調波補償コンバータ９、基本波高調波補償コンバータ１１それぞれのゲート信号４３，４５として、ＰＷＭコンバータ５のスイッチング素子のデッドタイム遅れを補償するようなゲート信号を生成するようにしている。
【００８７】
この第９の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムでは、ＰＷＭコンバータ５，６の制御は第６の実施の形態と同様であるが、ＰＷＭコンバータ５の交流電流５５から、素子のデッドタイムが発生するタイミングを考慮して高調波補償コンバータ９，１１を駆動する。これにより、ＰＷＭコンバータ５，６のデッドタイムによるスイッチング遅れを高調波補償コンバータ９，１１で補償することができる。
【００８８】
次に、本発明の第１０の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムについて、図９を用いて説明する。第１０の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムの特徴は、図８に示した第９の実施の形態に対して、ゲート演算回路４４，４６それぞれが、ＰＬＬ回路３４の出力信号３３を用いてスイッチング高調波補償コンバータ９、基本波高調波補償コンバータ１１それぞれのゲート信号４３，４５としてＰＷＭコンバータ５，６のデッドタイム遅れを補償するようなゲート信号を生成するようにした点にある。したがって、その他の回路要素については、図８に示した第９の実施の形態のものと共通する。
【００８９】
ＰＷＭコンバータ５，６は力率１で運転するとき、交流電圧と系統電流の位相は一致する。そこで、第１０の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムでは、交流電圧の検出信号３２から素子のデッドタイムが発生するタイミングを考慮して高調波補償コンバータ９，１１を駆動する。これにより、ＰＷＭコンバータ５，６のデッドタイムによるスイッチング遅れを高調波補償コンバータ９，１１で補償することができる。
【００９０】
次に、本発明の第１１の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムについて、図１０を用いて説明する。第１１の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムは、図８に示した第９の実施の形態に対して、交流電流検出器５４によってＰＷＭコンバータ５の交流入力電流を検出する代わりに、スイッチング高調波補償コンバータ９の交流入力電流を検出する交流電流検出器５６を設け、ゲート演算回路４４，４６それぞれが、この交流電流検出器５６の検出信号５７を用いてゲート信号４３，４５としてスイッチング高調波補償コンバータ９、基本波高調波補償コンバータ１１それぞれのデッドタイム遅れを補償するようなゲート信号を生成するようにしたことを特徴とする。その他の回路要素については、図８に示した第９の実施の形態のものと共通する。
【００９１】
本実施の形態のＰＷＭコンバータシステムでは、高調波補償コンバータ９，１１の交流電流を検出し、高調波補償コンバータ９，１１のデッドタイム遅れが発生するタイミングを考慮して高調波補償コンバータ９，１１それぞれを駆動することにより、高調波補償コンバータ９，１１のデッドタイムによるスイッチング遅れを高調波補償コンバータで補償することができる。
【００９２】
【発明の効果】
以上のように請求項１の発明によれば、フィルタ回路のリアクトルと直列に抵抗を挿入することで、フィルタ回路に流れる電流を少なくし、フィルタ回路が電源に及ぼす高調波電流を小さくすることができる。
【００９３】
請求項２及び３の発明によれば、フィルタ回路のリアクトルを除去し、コンデンサのみで構成したことで、フィルタ回路に流れる電流をなくし、フィルタ回路による高調波電流をなくすことができる。
【００９４】
また、フィルタ回路のリアクトルを除去し、ＰＷＭコンバータのスイッチング高調波を補償するゲート信号でスイッチング高調波補償コンバータを運転すると、スイッチング高調波補償コンバータの直流電圧には高調波を除去するのに適切な直流電圧が発生するので、能動素子である直流電圧源に代えてコンデンサを利用することができ、回路コストを低減できる。
【００９５】
請求項４の発明によれば、フィルタ回路のコンデンサと直列に抵抗を挿入することで、フィルタ回路に流れる電流を少なくし、フィルタ回路が電源に及ぼす高調波電流を小さくすることができる。
【００９６】
請求項５の発明によれば、フィルタ回路のコンデンサとリアクトルの値を適切に設定することでＰＷＭコンバータの動作周波数や交流電源の信号帯周波数に影響の少ない周波数にフィルタ回路の共振周波数を設定することにより、従来提案されているＰＷＭコンバータシステムと同様の回路構成ながら、ＰＷＭコンバータの動作周波数や交流電源の信号帯周波数に影響の少なくすることができる。
【００９７】
請求項６の発明によれば、ＰＷＭコンバータのＰＷＭ制御に用いる変調波生成回路の出力信号とキャリア回路の出力信号から、スイッチング高調波補償コンバータのゲート信号をゲート演算回路により演算し、変調波生成回路の出力信号から基本波高調波補償コンバータのゲート信号をゲート演算回路にて演算することにより、ＰＷＭコンバータのゲート信号に遅れることなくスイッチング高調波補償コンバータと基本波高調波補償コンバータのゲート信号を高速に演算出力することができる。
【００９８】
請求項７の発明によれば、請求項６のＰＷＭコンバータシステムのように交流電圧検出信号を制御に使用する替わりに、ＰＬＬ回路出力の位相情報と、振幅演算回路の振幅情報から交流電圧相当を演算して制御に使用することにより、交流電圧の持つ高調波や検出系のノイズから影響を受けにくくなり、安定した制御信号を得ることができる。
【００９９】
請求項８の発明によれば、ＰＷＭコンバータと高調波補償コンバータのゲート信号出力を同期させ、同じタイミングでコンバータのスイッチングを行うことによってゲート信号を一致させ、完全な補償動作ができる。
【０１００】
請求項９の発明によれば、ＰＷＭコンバータの交流電流から、素子のデッドタイムが発生するタイミングを考慮して高調波補償コンバータを駆動することにより、ＰＷＭコンバータのデッドタイムによるスイッチング遅れを高調波補償コンバータで補償することができる。
【０１０１】
請求項１０の発明によれば、ＰＷＭコンバータの交流電圧の検出信号から素子のデッドタイムが発生するタイミングを考慮して高調波補償コンバータを駆動することにより、ＰＷＭコンバータのデッドタイムによるスイッチング遅れを高調波補償コンバータで補償することができる。
【０１０２】
請求項１１の発明によれば、高調波補償コンバータの交流電流を検出し、高調波補償コンバータのデッドタイム遅れが発生するタイミングを考慮して高調波補償コンバータを駆動することにより、高調波補償コンバータのデッドタイムによるスイッチング遅れを高調波補償コンバータで補償することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムの回路図。
【図２】本発明の第２の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムの回路図。
【図３】本発明の第３の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムの回路図。
【図４】本発明の第４の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムの回路図。
【図５】本発明の第６の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムの回路ブロック図。
【図６】本発明の第７の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムの回路ブロック図。
【図７】本発明の第８の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムの回路ブロック図。
【図８】本発明の第９の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムの回路ブロック図。
【図９】本発明の第１０の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムの回路ブロック図。
【図１０】本発明の第１１の実施の形態のＰＷＭコンバータシステムの回路ブロック図。
【図１１】従来提案されているＰＷＭコンバータシステムの回路ブロック図。
【図１２】従来提案されているＰＷＭコンバータシステムにおけるメインコンバータ群の各メインコンバータの動作を示すタイミングチャート（その１）。
【図１３】従来提案されているコンバータシステムにおけるメインコンバータ群の各メインコンバータの動作を示すタイミングチャート（その２）。
【図１４】従来提案されているコンバータシステムにおけるアクティブフィルタのスイッチング高調波補償コンバータの動作を示すタイミングチャート。
【図１５】従来提案されているコンバータシステムにおけるアクティブフィルタの基本波高調波補償コンバータの動作を示すタイミングチャート。
【図１６】従来提案されているコンバータシステムにおけるメインコンバータ群の出力電圧と高調波分の波形図、アクティブフィルタの変調率、制御信号、出力電圧の波形図。
【符号の説明】
１　交流電圧源
２　変圧器
３　二次巻線
４　二次巻線
５　ＰＷＭコンバータ
６　ＰＷＭコンバータ
７　直流コンデンサ
８　専用巻線
９　スイッチング高調波補償コンバータ
１０　直流電圧源
１１　基本波高調波補償コンバータ
１２　コンデンサ
１３　リアクトル
１４　フィルタ回路
１５　アクティブフィルタ
３１　交流電圧検出器
３４　ＰＬＬ回路
３６　変調波生成回路
３７　キャリア回路
３９　ＰＷＭ制御回路
４０　ＰＷＭ制御回路
４４　ゲート演算回路
４６　ゲート演算回路
５１　振幅演算回路
５３　ゲート信号出力指令回路
５４　交流電流検出器
５６　交流電流検出器
【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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