(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源からサイクロコンバータを介して負荷に電力を供給する系において、
交流電圧指令（３相）を出力する電圧指令手段と、
前記交流電圧指令（３相）を出力可能な最大値から差し引く減算器、各相の減算結果の最小値を選択する最小値選択回路および前記最小値の負極性を制限する負極性制限回路を備え、前記交流電圧指令（３相）と前記出力可能な最大値から前記交流電圧指令（３相）の交流波形の全領域に亘り常時演算して電源の力率を改善する瞬時の最適なバイアス量を求め、前記瞬時の最適なバイアス量を出力する瞬時バイアス演算手段と、
前記交流電圧指令（３相）に前記瞬時の最適なバイアス量を加算する加算手段を有し、
この加算結果をサイクロコンバータの制御指令とすることを特徴とするサイクロコンバータ制御装置。
【請求項２】
電源からサイクロコンバータを介して負荷に電力を供給する系において、
電流指令を出力する制御手段と、前記電流指令に基づいて交流電圧指令（３相）を出力する電圧指令手段と、前記交流電圧指令（３相）を補償する電流補償手段と、
前記補償された交流電圧指令（３相）を出力可能な最大値から差し引く減算器、各相の減算結果の最小値を選択する最小値選択回路および前記最小値の負極性を制限する負極性制限回路を備え、前記補償された交流電圧指令（３相）と前記出力可能な最大値から前記補償された交流電圧指令（３相）の交流波形の全領域に亘り常時演算して電源の力率を改善する瞬時の最適なバイアス量を求め、前記瞬時の最適なバイアス量を出力する瞬時バイアス演算手段と、
前記補償された交流電圧指令（３相）に前記瞬時の最適なバイアス量を加算する加算手段を有し、
この加算結果をサイクロコンバータの制御指令とすることを特徴とするサイクロコンバータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源の力率を改善するサイクロコンバータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の装置として、図２に示す装置がある。この装置は、電源からサイクロコンバータ２を介して負荷Ｍに電力を供給する系において、電流制御演算器４によって得られた電圧指令Ｖｄ*，Ｖｑ*より、座標変換および台形波処理回路５によって交流電圧指令Ｖｕ*１，Ｖｖ*１，Ｖｗ*１を得、また、波高値演算器１３によって交流電圧指令Ｖｕ*１，Ｖｖ*１，Ｖｗ*１の波高値Ｅａを演算し、最大出力可能電圧Ｖｍａｘ*からこの波高値Ｅａを減算したバイアス量ＶＢを交流電圧指令Ｖｕ*１，Ｖｖ*１，Ｖｗ*１に加算器１５，１６，１７により加算し、得られる交流電圧指令Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*をサイクロコンバータ２への制御指令として使用することにより、電源力率の改善を行うものである。
図７に、従来装置の各部動作波形を示す。３２は座標変換および台形波処理回路５により得られた交流電圧指令Ｖｕ*１（Ｖｖ*１，Ｖｗ*１）、３９は波高値演算回路１３により演算された交流電圧指令の波高値Ｅａ、３４は最大出力可能電圧Ｖｍａｘ*３３から波高値Ｅａを減算して得られるバイアス量ＶＢ、３５はバイアス量ＶＢを加算した最終の交流電圧指令Ｖｕ*（Ｖｖ*，Ｖｗ*）である。本図は、Ｕ相分のみの波形を示すが、Ｖ相およびＷ相も同様である。
ここで、交流電圧指令Ｖｕ*はサイクロコンバータ２へは制御遅れ角αとして与えられ、両者はつぎの関係で与えられる。Ｋ１，Ｋ２は比例定数である。
Ｖｕ*＝Ｋ１・ｃｏｓα……（式１）
また、サイクロコンバータ２の電源力率Ｐｆは
Ｐｆ＝Ｋ２・ｃｏｓα ……（式２）
で表され、（式１）（式２）よりサイクロコンバータ２の電源力率Ｐｆは電圧指令Ｖｕ*に比例することが分かる。つまり、サイクロコンバータ２の電源力率Ｐｆを改善するためには、サイクロコンバータ２の出力電圧を可能な限り大きくすることが効果的である。
従来装置で得られる交流電圧指令Ｖｕ*は、出力可能最大電圧Ｖｍａｘ*と電圧指令の波高値Ｅａより演算されるバイアス量ＶＢを加えることで、一周期のうちに必ず最大出力可能電圧を出力できるため、電源力率が改善される。
【０００３】
【発明が解決しようとする問題点】
図３に、従来装置を組み込んだサイクロコンバータシステムを示す。電流制御器４への入力となる電流指令Ｉｄ*，Ｉｑ*は、速度・電圧制御器３の出力であることが一般的であり、負荷の急変によりＩｄ*，Ｉｑ*も急変する場合が多い。このようなＩｄ*，Ｉｑ*の急変に対応するために、電流制御器４の外に電流補償器６を設ける。
電流制御器４の出力Ｖｄ*，Ｖｑ*から座標変換回路５により作成されたＶｕ*１，Ｖｖ*１，Ｖｗ*１に、力率改善のためのバイアス量ＶＢを加算した出力がＶｕ*４，Ｖｖ*４，Ｖｗ*４である。電流補償器６の出力Ｖｕ*２，Ｖｖ*２，Ｖｗ*２をそれぞれＶｕ*４，Ｖｖ*４，Ｖｗ*４に加算し、最終の交流電圧指令Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*を得、この最終交流電圧指令がサイクロコンバータ２への制御指令となる。ここで、波高値演算器１３およびバイアス量演算は図２と同じである。図８に、このシステムにおける各部波形を示す。３６はＩｄ*，Ｉｑ*の急変に対応するための電流補償器６の出力Ｖｕ*２（Ｖｖ*２，Ｖｗ*２）、３７はＶｕ*１（Ｖｖ*１，Ｖｗ*１）３２にＶｕ*２（Ｖｖ*２，Ｖｗ*２）３６を加えた電圧指令である。さて、３５はこの電圧指令にバイアス量ＶＢ３４を加えた最終交流電圧指令値Ｖｕ*であるが、出力可能最大電圧Ｖｍａｘ*３３を超えてしまう。これは、電流補償器の出力Ｖｕ*２（Ｖｖ*２，Ｖｗ*２）３６がサイクロコンバータ２への制御指令値に正しく反映されないことを意味し、Ｉｄ*，Ｉｑ*の急変に対応したシステムとならない。
この問題を回避するために、電流補償器出力Ｖｕ*２（Ｖｖ*２，Ｖｗ*２）を予め考慮して、図９に示すように、演算されたバイアス量ＶＢより実際には少な目のバイアス量３８を加算する方法が採られている。しかし、これは電源力率改善の効果を減少させてしまう。
【０００４】
本発明の課題は、この問題点に鑑み、負荷の急変に対応でき、かつ、電源力率の改善可能なサイクロコンバータ制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、交流電圧指令（３相）を出力する電圧指令手段と、交流電圧指令（３相）を出力可能な最大値から差し引く減算器、各相の減算結果の最小値を選択する最小値選択回路およびこの最小値の負極性を制限する負極性制限回路を備え、交流電圧指令（３相）と出力可能な最大値から交流電圧指令（３相）の交流波形の全領域に亘り常時演算して電源の力率を改善する瞬時の最適なバイアス量を求め、この瞬時の最適なバイアス量を出力する瞬時バイアス演算手段と、交流電圧指令（３相）に瞬時の最適なバイアス量を加算する加算手段を有し、この加算結果をサイクロコンバータの制御指令とすることによって、解決される。
また、電流指令を出力する制御手段と、電流指令に基づいて交流電圧指令（３相）を出力する電圧指令手段と、交流電圧指令（３相）を補償する電流補償手段と、この補償された交流電圧指令（３相）を出力可能な最大値から差し引く減算器、各相の減算結果の最小値を選択する最小値選択回路およびこの最小値の負極性を制限する負極性制限回路を備え、補償された交流電圧指令（３相）と出力可能な最大値から補償された交流電圧指令（３相）の交流波形の全領域に亘り常時演算して電源の力率を改善する瞬時の最適なバイアス量を求め、この瞬時の最適なバイアス量を出力する瞬時バイアス演算手段と、補償された交流電圧指令（３相）に瞬時の最適なバイアス量を加算する加算手段を有し、この加算結果をサイクロコンバータの制御指令とすることによって、解決される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態によるサイクロコンバータ制御装置を示す。図中、速度制御器３、電流制御器４、座標変換および台形波処理回路５、電流補償器６は、図３と同じものである。
座標変換回路５の出力Ｖｕ*１，Ｖｖ*１，Ｖｗ*１に電流補償器６の出力Ｖｕ*２，Ｖｖ*２，Ｖｗ*２を加算器７，８，９により加算して電圧指令Ｖｕ*３，Ｖｖ*３，Ｖｗ*３を得る。瞬時バイアス演算回路１は、電圧指令Ｖｕ*３，Ｖｖ*３，Ｖｗ*３と出力可能最大電圧Ｖｍａｘ*より常時演算し、瞬時の最適なバイアス量（以下、瞬時バイアス量という。）ＶＢＩｎｓｔを出力する。この瞬時バイアス量ＶＢＩｎｓｔと電圧指令Ｖｕ*３，Ｖｖ*３，Ｖｗ*３を加算して最終交流電圧指令Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*を得、この最終交流電圧指令がサイクロコンバータ２の制御指令となる。
【０００７】
図４に、瞬時バイアス演算回路１の詳細を示す。図中、ＶｕＦｘ*，ＶｕＲｘ*はそれぞれ瞬時バイアス量ＶＢＩｎｓｔを加算する前のＵ相の正側サイリスタ電圧指令と逆側サイリスタ電圧指令であり、ＶｕＲｘ*はＶｕＦｘ*の極性反転したサイリスタ電圧指令である。本実施形態では、ＶｕＦｘ*に対する最大出力可能電圧はＶｕＦｘ*が正極性の場合Ｃｏｓ（αｍｉｎ）を、負極性の場合はＣｏｓ（βＦ）を使用する。ここで、Ｃｏｓ（αｍｉｎ）はサイクロコンバータ２の電力変換素子であるサイリスタのターンオン電圧と電源ひずみを考慮した最小の制御遅れ角指令による正側最大電圧指令であり、Ｃｏｓ（βＦ）は転流余裕角を考慮した最大の制御遅れ角指令による負極性の最大電圧指令である。また、Ｃｏｓ（βＲ）はＶｕＲｘ*に対応する負極性の最大電圧指令である。
さて、Ｕ相における瞬時バイアス量ＶＢＩｎｓｔは（式３）〜（式６）の演算結果より求められる。
ΔＶＡＦ＝Ｃｏｓ（αｍｉｎ）−ＶｕＦｘ*        ……（式３）
ΔＶＢＦ＝−（Ｃｏｓ（βＦ）−ＶｕＦｘ*）      ……（式４）
ΔＶＡＲ＝Ｃｏｓ（αｍｉｎ）−ＶｕＲｘ*        ……（式５）
ΔＶＢＲ＝−（Ｃｏｓ（βＲ）−ＶｕＲｘ*）      ……（式６）
最小値選択回路２７により、ΔＶＡＦ，ΔＶＢＦ，ΔＶＡＲ，ΔＶＢＲの最小値ΔＶｕを求める。Ｖ相およびＷ相に対しても同様の回路２８，２９を有し、全く同様にΔＶｖ，ΔＶｗを求める。次に、第２最小値選択回路３０によりΔＶｕ，ΔＶｖ，ΔＶｗの最小値ΔＶを求め、この値が負極性の場合には０に制限する負極性制限回路３１を介して瞬時バイアス量ＶＢＩｎｓｔを求める。このＶＢＩｎｓｔが電源力率改善のために電圧指令Ｖｕ*３，Ｖｖ*３，Ｖｗ*３に加算される値である。なお、２６は符号反転器を表わす。
【０００８】
図５に、上記演算によって求められたＶＢＩｎｓｔとこれを加算したサイクロコンバータ制御指令のＵ相正側波形例を示す。図中、３２は台形波処理を施した交流電圧指令Ｖｕ*１（Ｖｖ*１，Ｖｗ*１）、３３は出力可能最大電圧Ｖｍａｘ*、３４は図４の回路で演算された瞬時バイアス量ＶＢＩｎｓｔである。このＶＢＩｎｓｔ３４と電圧指令Ｖｕ*１（Ｖｖ*１，Ｖｗ*１）３２を加算してサイクロコンバータ２への制御指令となる最終交流電圧指令Ｖｕ*（Ｖｖ*，Ｖｗ*）３５を得る。Ｖ相およびＷ相も同様の波形となる。
図５から分かるように、サイクロコンバータ２への制御指令となる最終交流電圧指令Ｖｕ*（Ｖｖ*，Ｖｗ*）３５が最大値を維持している期間が長く、電源力率の改善効果が大きいことが分かる。
【０００９】
本実施形態では、電流補償器６の出力を含んだ交流電圧指令から瞬時バイアス量ＶＢＩｎｓｔを演算し、この瞬時バイアス量を交流電圧指令に加えることにより、サイクロコンバータ２への制御指令が出力可能最大電圧と等しくなる期間をより長くするので、力率改善効果を向上させることができる。
【００１０】
図６に、負荷急変による電流補償器６の出力がある場合の各部波形を示す。各信号に付した記号は図１の記号に対応する。
台形波処理された交流電圧指令Ｖｕ*１（Ｖｖ*１，Ｖｗ*１）３２と電流補償器６の出力Ｖｕ*２（Ｖｖ*２，Ｖｗ*２）３６が加算されて電圧指令Ｖｕ*３（Ｖｖ*３，Ｖｗ*３）３７を得る。この電圧指令より得られた瞬時バイアス量ＶＢＩｎｓｔ３４は、図５の同信号と比較すると、電圧指令３７の増加に対応して瞬時バアイス量が減少する。この結果、最終交流電圧指令Ｖｕ*（Ｖｖ*，Ｖｗ*）３５が出力可能最大値Ｖｍａｘ*３３を維持していることが分かる。
【００１１】
また、本実施形態は、負荷の急変などによって電流補償して交流電圧指令が急変する場合にも、交流電圧指令より瞬時の最適なバイアス量を演算するため、サイクロコンバータの出力可能最大値を維持することができ、負荷の急変などによる交流電圧指令の急変にも対応することができる。
【００１２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、交流電圧指令より瞬時の最適なバイアス量を演算するので、この瞬時バイアス量を加えた交流電圧指令をサイクロコンバータの制御指令とすることにより、サイクロコンバータの出力電圧が最大値となる期間を長くすることができ、電源力率の向上効果を大きくすることが可能になる。
また、負荷の急変などによって電流補償して交流電圧指令が急変する場合にも、交流電圧指令より瞬時の最適なバイアス量を演算するため、サイクロコンバータの出力可能最大値を維持することができ、負荷の急変などによる交流電圧指令の急変にも対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるサイクロコンバータ制御装置
【図２】従来例によるサイクロコンバータ制御装置
【図３】図２に、負荷急変に対応するための電流補償器を加えたシステム
【図４】本発明の瞬時バイアス演算回路の詳細図
【図５】本発明による交流電圧指令の波形図
【図６】本発明の電流補償量がある場合の波形図
【図７】従来例の波形図
【図８】従来例の問題点を示す波形図
【図９】従来例の問題回避を説明するための波形図
【符号の説明】
１…瞬時バイアス演算回路、２…サイクロコンバータ、３…速度制御器、４…電流制御器、５…座標変換および台形波処理回路、６…電流補償器、７〜１２…加算器、２２〜２５…減算器、２６…符号反転器、２７…最小値選択回路、２８…Ｖ相用回路、２９…Ｗ相用回路、３０…第２最小値選択回路、３１…負極性制限回路
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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