(57)【要約】【課題】指令値が刻々と変化するような場合であっても、適切に帰還用のゲインが設定でき安定した制御が可能なインバータ制御装置、インバータ回路及び無停電電源装置を提供する。【解決手段】導体スイッチ素子で構成されるブリッジ回路を備え直流電力を所定周波数の交流電力に変換するインバータ回路をＰＷＭ制御するインバータ制御装置であって、前記インバータ回路から出力されるべき周波数ｆの正弦波で構成される基準ＰＷＭ指令値Ｖｒを生成する基準信号生成部と、前記基準ＰＷＭ指令値Ｖｒと前記インバータ回路から出力される交流電圧Ｖｍの差分ΔＶの前記ＰＷＭ指令値Ｖｒに対する比率ΔＶ／Ｖｒを制御偏差として、前記基準ＰＷＭ指令値Ｖｒを補正する帰還制御部と、前記帰還制御部で補正されたＰＷＭ指令値Ｖｏを前記インバータ回路に出力する出力部と、を備えている。【選択図】図３
2016195525.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体スイッチ素子で構成されるブリッジ回路を備え直流電力を所定周波数の交流電力に変換するインバータ回路をＰＷＭ制御するインバータ制御装置であって、
前記インバータ回路から出力されるべき周波数ｆの正弦波で構成される基準ＰＷＭ指令値Ｖｒを生成する基準信号生成部と、
前記基準ＰＷＭ指令値Ｖｒと前記インバータ回路から出力される交流電圧Ｖｍの差分ΔＶの前記ＰＷＭ指令値Ｖｒに対する比率ΔＶ／Ｖｒを制御偏差として、前記基準ＰＷＭ指令値Ｖｒを補正する帰還制御部と、
前記帰還制御部で補正されたＰＷＭ指令値Ｖｏを前記インバータ回路に出力する出力部と、
を備えているインバータ制御装置。
【請求項２】
前記帰還制御部は、前記比率ΔＶ／Ｖｒに対する以下のＰＩ制御演算、
Ｃ＝１＋Ｋｐ・（ΔＶ／Ｖｒ）＋Ｋｉ・∫（ΔＶ／Ｖｒ）・ｄｔ
Ｖｏ＝Ｃ・Ｖｒ（但し、Ｋｐは比例ゲイン、Ｋｉは積分ゲイン）
により、前記基準ＰＷＭ指令値Ｖｒに対する補正量Ｃ及びＰＷＭ指令値Ｖｏを算出するように構成されている請求項１記載のインバータ制御装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のインバータ制御装置により制御されるインバータ回路であって、前記ＰＷＭ指令値Ｖｏの振幅値からＰＷＭ制御信号に変換する信号変換部と、前記信号変換部により変換されたＰＷＭ制御信号に基づいて前記ブリッジ回路を制御するＰＷＭ制御部とを備えているインバータ回路。
【請求項４】
商用電源から入力される交流電圧を直流電圧に変換して直流バスに出力するＡＣ／ＤＣコンバータ回路と、前記直流バスから入力される直流電圧を所定の交流電圧に変換して出力する請求項３記載のインバータ回路と、蓄電池と、前記蓄電池の出力電圧を直流電圧に変換して前記直流バスに出力するＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、商用電源の停電時に前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路から前記直流バスに給電するように構成され、前記インバータ回路が請求項１または２記載のインバータ制御装置により制御されるように構成されている無停電電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ制御装置、インバータ回路及び無停電電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インバータ制御装置は、インバータ回路からの出力電圧の瞬時値と指令値との偏差算出し、当該偏差が小さくなるように指令値を補正する補正演算部を備えて構成されていた。
【０００３】
しかし、負荷電流が急変すると制御に遅れが生じて出力電圧波形が歪むという問題があり、この問題に対処すべくインバータの容量を負荷に対して十分に大きく設定して内部インピーダンスの電圧降下量を低減し、或いはインバータの出力側に低次調波のフィルタを設けて出力電圧の歪率を低下させると、装置が大型化するという問題があった。
【０００４】
そこで、特許文献１には、負荷急変に対する出力電圧波形の歪率を改善するインバータ装置を提供することを目的として、出力電圧の波形指令と搬送波に基づいて作成されるＰＷＭ信号により制御されるインバータの交流出力電圧を検出する電圧検出手段と、該電圧検出手段の出力に接続される高調波除去用の出力電圧検出フィルタと、交流出力電圧の基準値を設定する出力電圧設定手段と、該出力電圧設定手段の出力から出力電圧検出フィルタの出力を減算する偏差検出手段と、該偏差検出手段の出力に応じて偏差を除去するように出力電圧の波形を作成して出力する操作信号作成手段と、電圧検出手段の出力と出力電圧設定手段の出力との差分を求める差分検出手段と、該差分検出手段の出力を任意の値に調節する操作信号補正量調節手段と、該操作信号補正量調節手段の出力を操作信号作成手段の出力へ加算する操作信号補正手段を備えたインバータ装置が提案されている。
【０００５】
上述の構成によれば、負荷の負荷電流が急激に変化した場合に、出力電圧と電圧目標値の偏差分が一次遅れ要素を含む出力電圧検出フィルタと操作信号作成手段を経由せず、出力電圧波形制御手段に付加されるので、該操作信号をインバータに時間遅れなく与えることが可能となり、出力電圧波形の歪みを抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１５３５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載されたインバータ装置に備えた操作信号作成手段は、指令値と実際の出力電圧との差分に基づいてＰＩＤ演算を行なうことにより指令値の補正量を算出して、次回のＰＷＭパルス幅を決定するように構成されていたので、刻々と変化するインバータ回路への指令値に応じて算出される補正値が大きく変動する傾向があり、ＰＩＤ演算に用いるゲインの調整が困難であるばかりか、算出された補正値も波形の変化に応じて変動して制御の安定性が確保できなかった。
【０００８】
本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、指令値が刻々と変化するような場合であっても、適切に帰還用のゲインが設定でき安定した制御が可能なインバータ制御装置、インバータ回路及び無停電電源装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するため、本発明によるインバータ制御装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、導体スイッチ素子で構成されるブリッジ回路を備え直流電力を所定周波数の交流電力に変換するインバータ回路をＰＷＭ制御するインバータ制御装置であって、前記インバータ回路から出力されるべき周波数ｆの正弦波で構成される基準ＰＷＭ指令値Ｖｒを生成する基準信号生成部と、前記基準ＰＷＭ指令値Ｖｒと前記インバータ回路から出力される交流電圧Ｖｍの差分ΔＶの前記ＰＷＭ指令値Ｖｒに対する比率ΔＶ／Ｖｒを制御偏差として、前記基準ＰＷＭ指令値Ｖｒを補正する帰還制御部と、前記帰還制御部で補正されたＰＷＭ指令値Ｖｏを前記インバータ回路に出力する出力部と、を備えている点にある。
【００１０】
基準ＰＷＭ指令値Ｖｒと交流電圧Ｖｍの差分ΔＶ（＝Ｖｒ−Ｖｍ）は、負荷が大きくなることによって増大するが、基準ＰＷＭ指令値Ｖｒの大きさにほぼ比例する特性がある。その値はどの時点でも負荷が大きく変動することが無ければ比較的安定している。そこで、差分ΔＶ（＝Ｖｒ−Ｖｍ）のＰＷＭ指令値Ｖｒに対する比率ΔＶ／Ｖｒを制御偏差として帰還制御すると、負荷の大小によって制御偏差が大きく変動するようなことが無くなるので、ゲインの調整が容易に行なえ、安定した制御特性が得られるようになる。
【００１１】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記帰還制御部は、前記比率ΔＶ／Ｖｒに対する以下のＰＩ制御演算
Ｃ＝１＋Ｋｐ・（ΔＶ／Ｖｒ）＋Ｋｉ・∫（ΔＶ／Ｖｒ）・ｄｔ
Ｖｏ＝Ｃ・Ｖｒ（但し、Ｋｐは比例ゲイン、Ｋｉは積分ゲイン）
により、前記基準ＰＷＭ指令値Ｖｒに対する補正量Ｃ及びＰＷＭ指令値Ｖｏを算出するように構成されている点にある。
【００１２】
帰還制御部が、上述の演算式で補正量Ｃ及びＰＷＭ指令値Ｖｏを算出するように構成されることが好ましい。
【００１３】
本発明によるインバータ回路の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成を備えたインバータ制御装置により制御されるインバータ回路であって、前記ＰＷＭ指令値Ｖｏの振幅値からＰＷＭ制御信号に変換する信号変換部と、前記信号変換部により変換されたＰＷＭ制御信号に基づいて前記ブリッジ回路を制御するＰＷＭ制御部とを備えている点にある。
【００１４】
本発明による無停電電源装置の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、商用電源から入力される交流電圧を直流電圧に変換して直流バスに出力するＡＣ／ＤＣコンバータ回路と、前記直流バスから入力される直流電圧を所定の交流電圧に変換して出力する上述の特徴構成を備えたインバータ回路と、蓄電池と、前記蓄電池の出力電圧を直流電圧に変換して前記直流バスに出力するＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、商用電源の停電時に前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路から前記直流バスに給電するように構成され、前記インバータ回路が上述した第一または第二の特徴構成を備えたインバータ制御装置により制御されるように構成されている点にある。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明した通り、本発明によれば、指令値が刻々と変化するような場合であっても、適切に帰還用のゲインが設定でき安定した制御が可能なインバータ制御装置、インバータ回路及び無停電電源装置を提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による無停電電源装置のブロック構成図
【図２】インバータ回路の説明図
【図３】インバータ制御装置の制御フロー図
【図４】無負荷時の出力と負荷時の出力値との関係の説明図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明によるインバータ制御装置、インバータ回路及び無停電電源装置を図面に基づいて説明する。
図１には、無停電電源装置１の回路ブロック構成が示されている。無停電電源装置１は、商用電源から入力される交流電圧を所定の直流電圧に変換して直流バスＢに出力するＡＣ／ＤＣコンバータ２０と、直流バスＢから入力される直流電圧を所定の交流電圧に変換して出力するＤＣ／ＡＣコンバータ３０と、蓄電池４０と、蓄電池４０の出力電圧を所定の直流電圧に変換して直流バスＢに出力するＤＣ／ＤＣコンバータ５０と、制御部６０とを備えて構成され、商用電源の停電時にＤＣ／ＤＣコンバータ５０から直流バスＢに給電するように構成されている。
【００１８】
プラグ１０を介して商用電源からＡＣ１００Ｖの交流電力が受電されると、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０の一例であるＰＦＣコンバータにより、ＡＣ１００Ｖの交流電圧がＤＣ２００Ｖの直流電圧に変換されて直流バスＢに出力される。
【００１９】
直流バスＢからＤＣ／ＡＣコンバータ３０に入力された直流電圧は、ＤＣ／ＡＣコンバータ３０に備えたトランジスタフルブリッジ回路によって交流電圧に変換され、ＬＣフィルタ回路を介して高周波成分が除去され、正弦波の交流電圧ＡＣ１００Ｖが出力される。
【００２０】
図２に示すように、トランジスタフルブリッジ回路はハイサイドとローサイドの２つのトランジスタＴｒ１，ＴＲ２及びＴｒ３，Ｔｒ４が直列接続された一対のアームＡ１，Ａ２で構成され、それぞれの接続点を一対の出力端子とする回路構成で、一方のハイサイドトランジスタＴｒ１と他方のローサイドトランジスタＴｒ４を導通させた後に、他方のハイサイドトランジスタＴｒ３と一方のローサイドトランジスタＴｒ２を導通させるように交互にスイッチングすることにより、交流波形が生成される。
【００２１】
各トランジスタはＰＷＭ制御部３２によってＰＷＭ制御され、所定の電圧、所定の周波数の交流電圧が生成される。トランジスタフルブリッジ回路とＰＷＭ制御部３２とＬＣフィルタ回路とでＤＣ／ＡＣコンバータ３０、つまり、本発明のインバータ回路が構成されている。
【００２２】
制御部６０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０、蓄電池４０、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０、及びＤＣ／ＡＣコンバータ３０を制御して、ＤＣ／ＡＣコンバータ３０から常時所定の交流電圧が出力されるように制御する制御ブロックである。当該制御部６０の一部が本発明のインバータ制御装置６１として機能する。
【００２３】
該制御部６０はマイクロコンピュータ、メモリ、入出力回路等の周辺回路で構成されている。メモリに格納された制御プログラムがマイクロコンピュータで実行されることにより、入出力回路を介して入力される信号に基づいて所定の制御演算が実行され入出力回路から所定の制御信号が出力される。
【００２４】
インバータ制御装置６１は、導体スイッチ素子で構成されるブリッジ回路を備え直流電力を所定周波数の交流電力に変換するインバータ回路３０をＰＷＭ制御する制御ブロックである。
【００２５】
詳述すると、インバータ制御装置６１は、インバータ回路３０から出力されるべき周波数ｆ（商用系統と同じ５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）の正弦波で構成される基準ＰＷＭ指令値Ｖｒを生成する基準信号生成部６２と、基準ＰＷＭ指令値Ｖｒとインバータ回路から出力される交流電圧Ｖｍの差分ΔＶのＰＷＭ指令値Ｖｒに対する比率ΔＶ／Ｖｒを制御偏差として、基準ＰＷＭ指令値Ｖｒを補正する帰還制御部６３と、帰還制御部６３で補正されたＰＷＭ指令値Ｖｏをインバータ回路に出力する出力部６４とを備えている。
【００２６】
図４に破線で示すように、正弦波信号である基準ＰＷＭ指令値Ｖｒの振幅値がＰＷＭ制御のデューティとなる。つまり、正の最大値が１００％デューティ、負の最大値が０％デューティ、ゼロ点が５０％デューティとなる。このような正弦波がＰＷＭ制御部３２に入力されると、基準ＰＷＭ指令値Ｖｒの振幅値からトランジスタＴｒ１，ＴＲ４を制御するＰＷＭ信号が生成され、当該ＰＷＭ信号を反転した信号がトランジスタＴｒ３，ＴＲ２を制御するＰＷＭ信号として生成される。
【００２７】
基準ＰＷＭ指令値Ｖｒと交流電圧Ｖｍの差分ΔＶ（＝Ｖｒ−Ｖｍ）は、負荷が大きくなるほどインバータ回路の電圧降下等の影響により増大するが、当該差分ΔＶ（＝Ｖｒ−Ｖｍ）は、基準ＰＷＭ指令値Ｖｒの大きさにほぼ比例する特性があり、その値はどの時点でも負荷が大きく変動することが無ければ比較的安定している。
【００２８】
そこで、差分ΔＶ（＝Ｖｒ−Ｖｍ）のＰＷＭ指令値Ｖｒに対する比率ΔＶ／Ｖｒを制御偏差として帰還制御すると、負荷の大小によって制御偏差が大きく変動するようなことが無くなるので、ゲインの調整が容易に行なえ、安定した制御特性が得られるようになる。
【００２９】
具体的に、帰還制御部６３は、比率ΔＶ／Ｖｒに対する以下のＰＩ制御演算により、基準ＰＷＭ指令値Ｖｒに対する補正量Ｃ及びＰＷＭ指令値Ｖｏを算出するように構成されている。
【００３０】
Ｒ＝（Ｖｒ−Ｖｍ）／Ｖｒ（但しＶｒ＝０のときはＲ＝１）
Ｐ＝Ｋｐ×Ｒ
Ｑ[０]＝Ｋｉ×Ｒ＋Ｑ[１]
Ｃ＝１＋Ｐ＋Ｑ[０]
＝１＋Ｋｐ・（ΔＶ／Ｖｒ）＋Ｋｉ・∫（ΔＶ／Ｖｒ）・ｄｔ
Ｖｏ＝Ｃ・Ｖｒ
但し、Ｖｒ：基準ＰＷＭ指令値、Ｖｍ：出力電圧、ΔＶ：基準ＰＷＭ指令値Ｖｒと交流電圧Ｖｍの差分、Ｒ：ΔＶの基準ＰＷＭ指令値に対する比率、Ｋｐ：比例ゲイン、Ｋｉ：積分ゲイン、Ｐ：比例項、Ｑ[０]：今回の積分項、Ｑ[１]：前回の積分項、Ｃ：補正量である。
【００３１】
図３には、インバータ制御装置６１で実行される制御演算のフローが示されている。インバータ制御装置６１は５５μ秒の制御周期で制御演算を繰り返すように構成されている。
【００３２】
基準信号生成部６２で生成された基準ＰＷＭ指令値Ｖｒが遅延ブロックで１周期遅延された後に、準ＰＷＭ指令値Ｖｒとインバータ回路３０の出力電圧Ｖｍとの差分ΔＶが算出され、当該差分ΔＶが基準ＰＷＭ指令値Ｖｒで除ざれて、ΔＶの基準ＰＷＭ指令値Ｖｒに対する比率Ｒが算出され、制御演算プログラムで補正量Ｃが算出され、１制御周期後の基準ＰＷＭ指令値Ｖｒと補正量Ｃが乗算された値がインバータ回路３０に出力される。
【００３３】
尚、上述した各実施形態は本発明の一例に過ぎず、本発明が上述した具体例に限定されるものではなく、本発明本発明の作用効果を奏する範囲において各ブロックの具体的構成等を適宜変更設計できることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３４】
１：無停電電源装置
２０：ＡＣ／ＤＣコンバータ（ＰＦＣコンバータ）
３０：インバータ回路（ＤＣ／ＡＣコンバータ）
４０：蓄電池
５０：ＤＣ／ＤＣコンバータ（昇降圧コンバータ）
６１：インバータ制御装置
６２：基準信号生成部
６３：帰還制御部
６４：出力部
Ｂ：直流バス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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