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PWMコンバータの制御回路

国内特許コード P07A011846
整理番号 /NO33081
掲載日 2007年11月30日
出願番号 特願2000-218561
公開番号 特開2002-034256
登録番号 特許第4480240号
出願日 平成12年7月19日(2000.7.19)
公開日 平成14年1月31日(2002.1.31)
登録日 平成22年3月26日(2010.3.26)
発明者
  • 村井 敏昭
  • 山本 貴光
  • 長谷川 均
  • 塩田 剛
  • 大山 裕二
出願人
  • 財団法人鉄道総合技術研究所
  • 東洋電機製造株式会社
発明の名称 PWMコンバータの制御回路
発明の概要 【課題】 大きな内部インピーダンスを有する電源から大きな電力を得るためのPWMコンバータにおいて、離散演算時間による演算遅れ等により最大出力が得られないという問題を解決すること。
【解決手段】 入力端子電圧演算回路201は相電流Iu,Ivを離散時間的に入力し、電源角周波数ω、直列容量C、及び負荷抵抗RよりPWMコンバータの入力端子電圧値Eu,Ev,Ewを演算する。電圧指令値演算回路210は、内部インピーダンスが大きいため、入力電流より演算する交流入力端子電圧が正弦波状になる事を利用して、この交流入力端子電圧値とその微分値及び補正時間Tcより、次回演算周期の交流入力端子電圧指令値を演算する。割り算器202はPWMコンバータの変調率を求め、比較器203で三角波発生器205の出力と比較し、スイッチング素子16~21の各相のゲート信号を作成する。
従来技術、競合技術の概要
内部インピーダンスの大きい電源から大電力を取り出すためのPWMコンバータについては、先の特開平6-54540号公報「PWMコンバータの制御方法」にも記載されている。
以下に、従来のPWMコンバータについて述べる。
図3に従来のPWMコンバータと3相電源系統を示す。同図において、1~3は、それぞれU,V,W相の3相電源、4~6はインダクタンスLsを有する3相電源1~3の誘導性内部インピーダンス(Zls)、7~9は抵抗Rsを有する3相電源1~3の抵抗性内部インピーダンス(Zrs)である。
また、10~12は、それぞれU,V,W相の相電流Iu,Iv,Iw検出用ACCT、13~15は、PWM変換器および直流部から成るPWMコンバータ部100の3相入力端子、16~21はPWM変換器を構成するスイッチング素子、22は直流ステージの直流電圧Edcを検出するDCPT、23は負荷である。
【0003】
このような内部インピーダンス4~9を有する3相電源1~3から最大電力を取り出すためには、電源と負荷系統の全体リアクタンスが零で、かつ相変換した負荷抵抗Rが電源内部抵抗Rsと等しいことが必要である。
図4はこのような条件を満たす負荷の等価回路を示すもので、同図において、101~103は直列容量C、104~106は負荷抵抗Rである。
電源から最大電力を取り出すためには、図4における直列容量C、負荷抵抗Rが下記の(1),(2)式の条件を満たせばよい。
したがって、図3に示すPWMコンバータの3相入力端子電圧Eu,Ev,EWが、下記の(3)~(5)式となれば、PWMコンバータ部100は等価的に図4と等しくなる。ここで(1/j)は位相を90°遅らせる演算子である。
【0004】
【数1】
【0005】
図5に、従来のPWMコンバータの制御回路例を示す。同図において、201は検出された電流Iu,Ivから入力端子電圧Eu,Ev,Ewを算出する入力端子電圧演算回路、202は割り算器、203は比較器、204はゲート発生回路、205は三角波発生器、206はF/V変換器、207はパターン回路、208は瞬時値/実効値変換器である。
入力端子電圧演算回路201は前記(3)~(5)式の演算を行う。ここで、Iwは(-Iu-Iv)と等しいことと、(3)式における〔{1/(jωC)}×Iu〕は図4における直列容量Cの両端電圧を表わし、Iuよりも90°遅れの位相を持つが、IuとIvが120°位相差を持つことを利用して、〔(Iu+2Iv)/{(√3)×ωC}〕より算出する。他の相も同様であり、入力端子電圧Eu,Ev,Ewは次の(6)~(8)式のごとく算出される。
【0006】
【数2】
【0007】
割り算器202は、入力端子電圧Eu,Ev,Ewを指令値として、それぞれ直流電圧検出値Edcの半分、すなわちEdc/2で除算し、PWMコンバータの変調率Eou,Eov,Eowを出力する。比較器203は変調率Eou,Eov,Eowと三角波発生器205の出力ETを比較し、スイッチング素子16~21の各相のゲート信号Gu,Gv,Gwを作成する。ロジック回路204は、ゲート信号Gu,Gv,Gwを各々スイッチング素子ゲート信号UP,UN,VP,VN,WP,WNに振り分ける。
【0008】
F/V変換器206は電流検出値Iuから電源角周波数ωを出力する。演算回路201は、上記電源角周波数ωおよびパターン変換回路207が出力する容量C、および、電流Iu,Ivから入力端子電圧値Eu,Ev,Ewを算出する。
また、瞬時値/実効値変換回路208は電流検出値Iuの実効値Iを算出し、パターン変換回路207は、上記実効値Iが所定値を越えたとき、上記(6)~(8)式の演算に使用する直列容量Cを増加させる。これは、過電流などにより電力を制限する必要が生じた場合、直列容量C(もしくは抵抗R)を変え前記(1),(2)式の関係を崩して電力を制限するためである。
産業上の利用分野
本発明は内部インピーダンスの大きい交流電源から効率的に直流電力を得て、発変電所から遠方に設置された電源装置やモータ駆動装置などに供給するPWMコンバータの制御回路に関するものである。
特許請求の範囲 【請求項1】 誘導性内部インピーダンスおよび抵抗性内部インピーダンスを有する3相電源より直流出力を得るPWMコンバータの制御回路において、
離散時間的に検出される相電流を入力して電源角周波数を検出する手段と、この電源角周波数と3相電流からPWMコンバータを3相電源側から見た等価回路が、容量性インピーダンスと抵抗性インピーダンスの直列回路となるような3相入力端子電圧値を演算する手段と、
制御装置の演算時間遅れと、PWM電圧制御が演算周期内の平均値出力であることにより生ずる制御遅れを補正するための予め設定された補正時間と、前記3相入力端子電圧値と、3相ベクトル関係を利用した前記3相入力端子電圧値の微分値とから3相入力端子電圧指令値を演算する手段と、
この3相入力端子電圧指令値により3相入力端子電圧をパルス幅変調によって制御する手段とを有し、
上記3相入力端子電圧指令値を演算する手段は、前記離散時間的に検出される電流検出時の時点をtn、演算周期をTs、上記補正時間をTcとしたとき、各相の入力端子電圧を時間関数とみなして、上記補正時間Tcについて各相の入力端子電圧を所定の次数までテイラー展開し、テイラー展開した式中の各微分項を、3相ベクトル関係を用いて各相の入力端子電圧と電源角周波数を用いた式に置き換え、該各微分項が各相の入力端子電圧と電源角周波数で置き換えられた式を用いて、次回およびその次の演算周期であるtn+Ts、tn+2Tsの間のtn+Tcの時点における入力端子電圧指令値を演算する
することを特徴とするPWMコンバータの制御回路。
産業区分
  • 変電
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 権利存続中
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