(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を整流して平滑回路に供給するコンバータ回路および前記平滑回路の出力を交流電力に変換して負荷に供給するインバータ回路からなる電力変換回路を複数組備え、これらの電力変換回路を並列接続してなる電力変換装置において、前記各組の平滑回路を互いに独立して構成するとともに、前記複数組の電力変換回路を構成するコンバータ回路およびインバータ回路はそれぞれ制御回路を備え、これらの制御回路のうち何れか１つの制御回路のみ零相電流を抑制するための制御手段を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１記載の電力変換装置において、該電力変換装置はベクトル制御器を備え、前記負荷として電動機を接続したことを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電力変換装置に係り、特に零相循環電流の発生を抑制した電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、零相循環電流を抑制する手段を備えた従来の並列型の電力変換装置を示す図であり、例えば、特開平５−２６０７９３号公報に示されている。
【０００３】
図に示すように、前記並列型の電力変換装置は、３相交流電源２に接続されたリアクトル３Ａ、３Ｂ、これらリアクトル３Ａ、３Ｂに接続されたコンバータ４Ａ、４Ｂ、これらコンバータ４Ａ、４Ｂの出力電圧を平滑化する平滑コンデンサ５、平滑コンデンサ５に接続されたインバータ６Ａ、６Ｂ、およびこれらインバータ６Ａ、６Ｂの出力側に接続されたリアクトル７Ａ、７Ｂから構成される。また、リアクトル７Ａ、７Ｂには、負荷となる交流電動機８が接続される。すなわち、前記電力変換装置は、リアクトル３Ａ、３Ｂ、コンバータ４Ａ、４Ｂ、インバータ６Ａ、６Ｂ、およびリアクトル７Ａ、７Ｂはそれぞれ並列に接続されているが、コンバータ４Ａ、４Ｂの出力電圧を平滑化する平滑コンデンサ５は共有されている。
【０００４】
また、前記並列型の電力変換装置は、並列接続したインバータ６Ａ、６Ｂの各相に電流検出器１０Ａ、１０Ｂおよび前記インバータ６Ａ、６Ｂを制御するマイクロコンピュータ１２を備える。並列運転に際して、前記マイクロコンピュータ１２は、各相の電流の検出値から前記インバータ６Ａ、６Ｂ間を循環する循環電流を求め、前記循環電流を低減するようにインバータ６Ａ、６Ｂの出力を制御する。同様に、並列接続したコンバータ側においても、コンバータ４Ａ、４Ｂの各相の電流を検出する電流検出器９Ａ、９Ｂおよびコンバータ４Ａ、４Ｂを制御するマイクロコンピュータ１１を備え、該マイクロコンピュータにより、各相の電流の検出値から前記コンバータ４Ａ、４Ｂ間を循環する循環電流を求め、前記循環電流を低減するようにコンバータ４Ａ、４Ｂの出力を制御する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の変換装置において、零相電流の流れる方向はインバータ６Ａ側とインバータ６Ｂ側では相互に逆方向となる。例えば、インバータ６Ａ側から電動機８側に流出した零相電流は、インバータ６Ｂ側では電動機８側からインバータ６Ｂ側に流入してくる。このため、１つのマイクロコンピュータ１２で２つのインバータ（６Ａ，６Ｂ）を制御する場合、例えばインバータ６Ａに合わせて零相電流の抑制動作を行うと、インバータ６Ｂ側では零相電流の抑制を充分に行えないことがある。すなわち、１つのマイクロコンピュータ１２により同一の制御信号を２つのインバータ６Ａ、６Ｂに供給するのみでは零相循環電流を効果的に抑制することはできない。なお、このことはコンバータ４Ａ、４Ｂについても同様である。
【０００６】
また、前記従来の電力変換装置はコンバータ４Ａおよび４Ｂの出力電圧を平滑化する平滑コンデンサ５を共有しているため、前述のようにコンバータあるいはインバータをリアクトルを介して並列運転する際、インバータ相互間、およびコンバータ相互間にそれぞれに循環電流すなわち零相電流が発生する。この循環電流を抑制するには、前記循環電流を検出するための零相電流検出器と零相電流抑制のための制御手段がインバータ相互間、およびコンバータ相互間のそれぞれに必要となるため、零相電流検出器が多数必要となり、制御系も複雑になるという問題がある。
【０００７】
本発明はこれらの問題点に鑑みてなされたもので、零相電流を抑制する手段間の干渉を防止することができ、さらに零相電流検出器および零相循環電流を抑制する制御系の数を削減することのできる電力変換装置を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために次のような手段を採用した。
【０００９】
交流電源を整流して平滑回路に供給するコンバータ回路および前記平滑回路の出力を交流電力に変換して負荷に供給するインバータ回路からなる電力変換回路を複数組備え、これらの電力変換回路を並列接続してなる電力変換装置において、前記各組の平滑回路を互いに独立して構成するとともに、前記複数組の電力変換回路を構成するコンバータ回路およびインバータ回路はそれぞれ制御回路を備え、これらの制御回路のうち何れか１つの制御回路のみ零相電流を抑制するための制御手段を備えた。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる電力変換装置を示す図である。図に示すように電力変換装置は、第１の電力変換回路１Ａおよび第２の電力変換回路１Ｂからなる並列回路を備える。
【００１１】
第１の電力変換回路１Ａは、リアクトル３Ａ、リアクトル３Ａに接続したコンバータ４Ａ、コンバータ４Ａの出力電圧を平滑化する平滑コンデンサ５Ａ、平滑コンデンサ５Ａに接続したインバータ６Ａ、インバータ６Ａの出力に接続したリアクトル７Ａからなる。また、第２の電力変換回路１Ｂは、リアクトル３Ｂ、リアクトル３Ｂに接続したコンバータ４Ｂ、コンバータ４Ｂの出力電圧を平滑化する平滑コンデンサ５Ｂ、平滑コンデンサ５Ｂに接続したインバータ６Ｂ、インバータ６Ｂの出力に接続したリアクトル７Ｂからなる。また、リアクトル３Ａ、３Ｂには３相交流電源２を接続し、リアクトル７Ａ、７Ｂには負荷としての交流電動機８を接続する。すなわち、第１および第２の電力変換回路は、平滑コンデンサ５Ａと５Ｂをそれぞれ独立して備えている。
【００１２】
また、コンバータ４Ａおよび４Ｂ側には、コンバータ４Ａおよび４Ｂをそれぞれ制御する制御装置１１Ａおよび１１Ｂを備える。制御装置１１Ａおよび１１Ｂは例えばマイクロコンピュータで構成することができる。
【００１３】
制御装置１１Ａおよび１１Ｂは、コンバータ各相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出する電流検出器９Ａ、９Ｂ、平滑コンデンサの電圧Ｅｄを検出する電圧検出器１４Ａ、１４Ｂの検出入力および電動機８の運転制御するための制御指令値Ｅｄ＊，Ｉｄ＊，Ｉｚ＊をもとにコンバータ４Ａ、４Ｂを、例えばＰＷＭ制御する。
【００１４】
また、インバータ６Ａおよび６Ｂ側には、インバータ６Ａおよび６Ｂをそれぞれ制御する制御装置１２Ａおよび１２Ｂを備える。制御装置１２Ａおよび１２Ｂは例えばマイクロコンピュータで構成することができる。
【００１５】
制御装置１２Ａおよび１２Ｂは、インバータ各相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出する電流検出器１０Ａ、１０Ｂ、電動機の速度ωを検出する速度検出器１３の検出入力および電動機８の運転制御するための制御指令値ω＊，Ｉｄ＊，Ｉｚ＊をもとにインバータ６Ａ、６Ｂを、例えばＰＷＭ制御する。
【００１６】
図２は、図１に示す電力変換装置の単線結線図であり、零相電流の流路を示す図である。図２に示すようにリアクトル３Ａ、３Ｂ、７Ａおよび７Ｂを介してインバータ６Ａ、６Ｂ、コンバータ４Ａ、４Ｂ間を循環する一つの零相電流Ｉｚが発生する。したがって、この零相循環電流Ｉｚ  は、コンバータ４Ａ、４Ｂおよびインバータ６Ａ、６Ｂの何れか１つを制御することにより制御（抑制）することができる。すなわち、制御装置１１Ａ、１１Ｂ、１２Ａおよび１２Ｂのうちいずれか一つに、零相電流抑制手段を備えることにより零相電流Ｉｚを抑制することができる。
【００１７】
図３は、インバータを制御する制御装置（ベクトル制御装置）１２Ａ、１２Ｂの詳細を示す図である。
【００１８】
図１に示す速度検出器１３で検出された速度ωは速度指令ω＊に一致するように速度調節器１９によって制御されトルク電流指令Ｉｑ＊が算出される。また、３相電流の検出値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗは座標変換器１５において、下記の式１にしたがってトルク電流成分Ｉｑ、励磁電流成分Ｉｄ、および零相電流成分Ｉｚに変換される。
【００１９】
【数１】
0003732772.tif 000002
Ｉｑ、Ｉｄ、Ｉｚの各変換値はそれぞれトルク電流指令Ｉｑ＊、励磁電流指令Ｉｄ＊、零相電流指令Ｉｚ＊に一致するようトルク電流調節器１６、励磁電流調節器１７、および零相電流調節器１８により制御される。ここで、零相電流指令Ｉｚ＊は、零相電流を抑制するための指令値であり通常は０とする。また、トルク電流調節器１６、励磁電流調節器１７、零相電流調節器１８、および速度調節器１９は一般的な比例積分調節器（ＰＩ調節器）などでよい。これらの調節器の出力は、それぞれトルク電圧指令Ｖｑ＊、励磁電圧指令Ｖｄ＊、および零相電圧指令Ｖｚ＊となる。
【００２０】
上記出力Ｖｑ＊、Ｖｄ＊、Ｖｚ＊から座標変換器２０、２１を用いて３相電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を求め、求めた３相指令電圧をもとにインバータが制御される。
【００２１】
図４は、コンバータを制御する制御装置（ベクトル制御装置）１１Ａ、１１Ｂの詳細を示す図である。
【００２２】
電圧検出器１４Ａ、１４Ｂで検出された電圧Ｅｄは、電圧指令Ｅｄ＊に一致するように電圧調節器２６によって制御され有効電流指令Ｉｑ＊が算出される。また、３相電流の検出値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗは、座標変換器２２において、式１にしたがって有効電流成分Ｉｑ、無効電流成分Ｉｄ、および零相電流成分Ｉｚに変換される。
【００２３】
Ｉｑ、Ｉｄ、Ｉｚの各変換値はそれぞれ有効電流指令Ｉｑ＊、無効電流指令Ｉｄ＊、零相電流指令Ｉｚ＊に一致するよう有効電流調節器２３、無効電流調節器２４、および零相電流調節器２５で制御される。ここで、無効電流指令は無効電流を抑制するための指令値であり、零相電流指令Ｉｚ＊は、零相電流を抑制するための指令値であるので通常はそれぞれ０とする。また、有効電流調節器２３、無効電流調節器２４、零相電流調節器２５、および電圧調節器２６は一般的な比例積分調節器（ＰＩ調節器）などでよい。これらの調節器の出力は、それぞれ有効電圧指令Ｖｑ＊、無効電圧指令Ｖｄ＊、零相電圧指令Ｖｚ＊となる。
【００２４】
上記出力Ｖｑ＊、Ｖｄ＊、Ｖｚ＊から座標変換器２７、２８を用いて３相電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を求め、求めた三相電圧指令をもとにコンバータを制御する。
【００２５】
以上説明したように、本実施形態によれば、コンバータあるいはインバータを制御する制御装置１１Ａ、１１Ｂ、１２Ａおよび１２Ｂのうちいずれか一つに、零相電流を抑制する手段を備えることにより零相電流Ｉｚを抑制することができる。このとき他の制御装置は零相電流調節器１８あるいは２５を省略した一般的なベクトル制御器を備えればよいためコストを低減することができる。さらに零相電流を抑制する手段間で干渉が生じることもない。また、本実施形態の電力変換装置（図１）を構成するには、コンバータ、平滑コンデンサおよびインバータからなる従来の電力変換器を例えば２組用意し、これらの変換器をリアクトル３Ａ，３Ｂおよびリアクトル７Ａ，７Ｂを介して並列接続するのみでよいため、作業工数および製作コストを低減することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、零相電流を抑制する手段間の干渉を防止することができ、さらに零相電流検出器および零相循環電流を抑制する制御系の数を削減することのできる電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる電力変換装置を示す図である。
【図２】電力変換装置の単線結線図である。
【図３】インバータを制御する制御装置を示す図である。
【図４】コンバータを制御する制御装置を示す図である。
【図５】従来の電力変換装置を示す図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ  電力変換回路
２  ３相交流電源
３Ａ，３Ｂ，７Ａ，７Ｂ  リアクトル
４Ａ，４Ｂ  コンバータ
５Ａ，５Ｂ  平滑コンデンサ
６Ａ，６Ｂ  インバータ
８  ３相誘導電動機
９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ  電流検出器
１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ  制御装置
１３  速度検出器
１４  電圧検出器
１５，２０，２１，２２，２７，２８  座標変換器
１６  トルク電流調節器
１７  励磁電流調節器
１８  零相電流調節器
１９  速度調節器
２３  有効電流調節器
２４  無効電流調節器
２５  零相電流調節器
２６  電圧調節器
【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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