JP5115730B2 - PWM converter device - Google Patents
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Description
本発明は、3相4線式交流電源を入力として、交流−直流変化するPWMコンバータの制御方式に関し、特に交流入力電流として高調波成分の少ない正弦波形を得る時に、コモンモード電流の影響を除去できる安定性の高い制御方式に関する。 The present invention relates to a PWM converter control system that changes from AC to DC by using a three-phase four-wire AC power supply as an input, and in particular, eliminates the influence of common mode current when obtaining a sinusoidal waveform with less harmonic components as AC input current. The present invention relates to a highly stable control method.
図3に、3相4線式交流電源を入力とするPWM(パルス幅変調)コンバータの主回路構成例を示す。交流電源1に二次巻線がスター結線であるトランス2を介して電力変換器を接続した構成である。コンバータ5の交流入力は、ACリアクトル4を介して、フィルタ3に接続され、フィルタ3はトランス2のR相、S相、T相端子とトランス中性点N端子に各々接続される。また、N端子は、コンバータ5の直流出力の正極と負極との間に接続されたコンデンサ6aとコンデンサ6bの直列回路のコンデンサ直列接続点に接続される。なお、コンバータ5の負荷13は直流負荷の場合である。他にインバータを接続して交流に変換してから、負荷に交流電力を給電する場合もある。
コンバータ5を制御するため、交流電圧検出器16a、16b、16c、交流電流検出器14a、14b、14c、直流電圧検出器7が使用され、各検出量は制御装置23aに入力され、制御装置からコンバータ5で使用される各素子のゲート信号が出力される。
制御装置23aの内部では、直流中間コンデンサ6a、6bの電圧を一定にするための制御が行われる。まず、図6に示す直流電圧制御器で、電圧指令発生器17と直流電圧検出器7の検出量の差が計算され、直流電圧調節器18に入力される。この出力が、交流電圧検出量16a、16b、16cに各々掛算されることにより、R相、S相、T相それぞれの電流指令が計算される。図5に示すように、これらの電流指令と電流検出器14a、14b、14cでの検出量の偏差をノーマル電流調節器19a、19b、19cに入力する。
FIG. 3 shows an example of the main circuit configuration of a PWM (pulse width modulation) converter using a three-phase four-wire AC power supply as an input. The power converter is connected to the AC power source 1 via a
In order to control the
Inside the
例えば特許文献1に示されている制御装置では、コンバータから系統に流れる零相電流を抑制するため、交流電流検出器14a、14b、14cの検出量の三つの和を加算器32で計算して零相電流調節器20に入力し、その出力を前記ノーマル電流調節器19a、19b、19cの出力からそれぞれ加算器34a、34b、34cで減算し、さらに交流電圧検出器16a、16b、16cの出力からそれぞれ減算し、ゲートパルスを演算するためのゲート信号生成器21に入力する。ゲート信号生成器21では、この信号をキャリア信号発生器22の出力と比較して、コンバータスイッチング素子用のゲートオンオフ信号を生成する。
図4は零相電流検出用に専用の電流検出器15を用いた場合の構成例である。図3では、零相電流検出量を交流電流検出器14a、14b、14cの出力量の和で求めているが、図4の構成の制御装置23bでは、図3の制御装置23aの内部で用いている加算器32が不要となる。その他の構成、動作原理は図3の構成例の場合と同じである。
FIG. 4 shows a configuration example in the case where a dedicated
上述のように、特許文献1では、図5に示すように零相電流を含む3相の相電流をフィードバック量として用い、さらに演算または検出した零相電流もフィードバック量として用いているため、零相電流を2重に補償することになり、適切なゲインを設定することができない。その結果、電流制御が不安定になり、入力高調波の増大や直流過電圧による重故障にいたることになる。
従って、本発明の目的は、3相4線式交流電源を入力とするPWMコンバータにおいて、入力高調波を低減し、かつ安定に直流電圧制御ができる電流制御システムを構築することにある。
As described above, in Patent Document 1, a three-phase phase current including a zero-phase current is used as a feedback amount as shown in FIG. 5, and the calculated or detected zero-phase current is also used as a feedback amount. The phase current is compensated twice, and an appropriate gain cannot be set. As a result, current control becomes unstable, leading to an increase in input harmonics and a serious failure due to DC overvoltage.
Accordingly, an object of the present invention is to construct a current control system capable of reducing input harmonics and stably performing DC voltage control in a PWM converter having a three-phase four-wire AC power supply as an input.
上述の課題を解決するために、第1の発明においては3相4線式交流電源を入力とする
PWMコンバータの3相各々の入力電流を検出し、それらの和を零相成分として演算し、それを零相電流調節器のフィードバック量として使用する制御装置において、3相各々の入力電流検出値のうち二つの検出量から前記零相成分を削除してノーマル成分とし、それらをフィードバック量として動作させる二つのノーマル成分の電流調節器と、前記零相電流成分をフィードバック量として動作させる一つの電流調節器と、を用いて制御する。
第2の発明においては、3相4線式交流電源を入力とするPWMコンバータの3相の各々の入力電流とN相の電流とを検出し、N相電流を零相電流調節器のフィードバック量として使用する制御装置において、3相各々の入力電流検出値のうち二つの検出量からN相電流成分を削除してノーマル成分とし、それをフィードバック量として動作させる二つのノーマル成分の電流調節器と、前記N相電流成分をフィードバック量として動作させる一つの電流調節器と、を用いて制御する。
第3の発明においては、前記二つのノーマル成分の電流調節器の出力量と、前記二つのノーマル成分の電流調節器の出力量から演算された残りの相の電流調節器出力量と、の各々に前記零相電流調節器の出力量を加算又は減算する。
第4の発明においては、前記N相電流は、PWMコンバータ直流出力の正極と負極との間に接続されたコンデンサ直列回路の直列接続点と前記3相4線式交流電源の中性点(N点)との間に設けられた電流検出器により検出する。
第5の発明においては、前記N相電流は、PWMコンバータ交流入力線の3相一括で設けられた電流検出器により検出する。
In order to solve the above-described problem, in the first invention, the input current of each of the three phases of the PWM converter that receives a three-phase four-wire AC power source is detected, and the sum thereof is calculated as a zero-phase component. In the control device that uses it as the feedback amount of the zero-phase current regulator, the zero-phase component is deleted from the two detected amounts of the input current detection value of each of the three phases to become the normal component, and operates as the feedback amount Control is performed using two normal component current regulators and one current regulator that operates using the zero-phase current component as a feedback amount.
In the second invention, the input current of each of the three phases and the N-phase current of the PWM converter that receives the three-phase four-wire AC power source is detected, and the N-phase current is fed back to the zero-phase current regulator. In the control device used as two current component current regulators that operate as a feedback amount by deleting the N-phase current component from the two detection amounts of the input current detection values of each of the three phases; And a single current regulator that operates using the N-phase current component as a feedback amount.
In the third invention, each of the output amounts of the current regulators of the two normal components and the current regulator output amounts of the remaining phases calculated from the output amounts of the current regulators of the two normal components Is added to or subtracted from the output amount of the zero-phase current regulator.
In a fourth aspect of the invention, the N-phase current is obtained by connecting a series connection point of a capacitor series circuit connected between a positive electrode and a negative electrode of a PWM converter DC output and a neutral point (N of the three-phase four-wire AC power source). And a current detector provided between the two points.
In the fifth invention, the N-phase current is detected by a current detector provided in a three-phase package of the PWM converter AC input line.
本発明では、3相4線式交流電源を入力とするPWMコンバータの制御装置として、3相各々の入力電流を検出し、それらの和を零相電流成分として演算する方式、または零相電流を専用の電流検出器で検出する方式で、零相電流成分を求め、交流入力電流からこの零相電流成分を削除してノーマル電流として電流制御する電流調節器と、零相電流成分だけを制御する電流調節器を個別に設けているため、ノーマル電流制御のゲインと零相電流制御のゲインを個別に設定することが可能となる。この結果、適切なゲインを設定することができ、入力高調波を低減し、かつ安定に直流電圧制御ができる電流制御システムを構築することが可能となる。 In the present invention, as a PWM converter control device using a three-phase four-wire AC power supply as an input, a method for detecting the input current of each of the three phases and calculating the sum of them as a zero-phase current component, or a zero-phase current A method of detecting with a dedicated current detector, obtaining a zero-phase current component, deleting this zero-phase current component from the AC input current and controlling the current as a normal current, and controlling only the zero-phase current component Since the current regulators are individually provided, it is possible to individually set the normal current control gain and the zero-phase current control gain. As a result, it is possible to set an appropriate gain, to reduce the input harmonics, and to construct a current control system capable of stable DC voltage control.
本発明の要点は、3相4線式交流電源を入力とするPWMコンバータの制御装置として、3相各々の入力電流を検出し、それらの和を零相電流成分として演算する方式、又は零相電流を専用の電流検出器で検出する方式で、零相電流成分を求め、交流入力電流からこの零相電流成分を削除してノーマル電流として電流制御する電流調節器と、零相電流成分だけを制御する電流調節器を個別に設けている点である。 The gist of the present invention is a control device for a PWM converter that receives a three-phase four-wire AC power supply as an input, and detects the input current of each of the three phases and calculates the sum of them as a zero-phase current component, or zero-phase By detecting the current with a dedicated current detector, the zero-phase current component is obtained, and this zero-phase current component is deleted from the AC input current to control the current as a normal current and only the zero-phase current component. The current regulator to be controlled is provided individually.
図1に、本発明の第1の実施例を示す。従来例と同じ機能については、同じ番号を振り、説明を割愛する。本実施例は、R相の電流とT相の電流を調節する二つの電流調節器と、零相電流(N相電流)を調節する電流調節器を用いる場合の実施例である。二つの相の電流を調節する電流調節器はいずれの相でも選択可能であることは言うまでもない。
電流検出器14a、14b、14cの出力量の和に乗算器33で1/3をかけ、本来、相電流に含まれる零相電流成分を演算する。この零相電流を例えば電流検出器14aで検出されるR相電流と電流検出器14cで検出されるT相の電流から加算器31a及び31cで減算し、ノーマル成分としてから、従来例と同様に電流指令との差を加算器30a、及び30cで演算し、それぞれノーマル電流調節器19a及び19cに入力する。二つのノーマル電流調節器19a及び19cの出力(R相用、T相用)は加算器36で演算され、S相用の制御信号となる。
これらの出力から、前記零相電流調節器の出力を加算器34a、34b、34cで減算し、従来例と同様に電圧検出量と加算することで、電圧指令信号とする。これらの電圧指令信号はゲート信号生成器21に入力され、キャリア信号発生器22のキャリア信号と比較された後、パルス分配回路などを経由してコンバータスイッチング素子用ゲート信号が生成される。
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. The same functions as those in the conventional example are assigned the same numbers, and explanations are omitted. In this embodiment, two current regulators for adjusting the R-phase current and the T-phase current and a current regulator for adjusting the zero-phase current (N-phase current) are used. It goes without saying that the current regulator that regulates the current of the two phases can be selected in either phase.
The sum of the output amounts of the
From these outputs, the output of the zero-phase current regulator is subtracted by
図2に、本発明の第2の実施例を示す。第1の実施例との違いは、零相電流の求め方である。第1の実施例では、コンバータの交流入力電流を交流電流検出器14a、14b、14cで検出し、これらの加算値に1/3を掛けた値を零相電流として用いているが、本実施例では、零相電流検出器15からの検出値を零相電流としている。従って、第1の実施例で用いられている加算器32、乗算器33が不要となる。その他構成及び動作は実施例1と同じである。
ここで、零相電流検出器15は、図4に示すようにコンバータ5の直流出力の正極と負極間に設けられたコンデンサ6aと6bとの直列回路の直列接続点とトランス2のN点(中性点)との間に接続されているが、コンバータ5の交流入力線一括の電流を検出する電流検出器を設けても良い。
FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is how to obtain the zero-phase current. In the first embodiment, the AC input current of the converter is detected by the
Here, as shown in FIG. 4, the zero-phase
本発明は、零相電流(コモンモード電流)が流れるような変換装置(ここではPWMコンバータ)の制御を安定に行わせるための制御方式である。コンバータに限らず逆変換回路への適用も可能で、無停電電源装置、可変速インバータなどへも適用できる。 The present invention is a control system for stably controlling a converter (here, a PWM converter) in which a zero-phase current (common mode current) flows. It can be applied not only to a converter but also to an inverse conversion circuit, and can also be applied to an uninterruptible power supply, a variable speed inverter, and the like.
1・・・交流電源 2・・・トランス 3・・・フィルタコンデンサ
4・・・リアクトル 5・・・コンバータ
6a、6b・・・コンデンサ 7・・・直流電圧検出器
13・・・負荷 14a、14b、14c・・・交流電流検出器
15・・・零相電流検出器 16a、16b、16c・・・交流電圧検出器
17・・・直流電圧指令発生器 18・・・直流電圧調節器
19a、19b、19c・・・ノーマル電流調節器
20・・・零相電流調節器 21・・・ゲート信号生成器
22・・・キャリア発生器 23a、23b・・・制御回路
30a、30b、30c、31a、31c、32、34a、34b、34c、35a、35b、35c、36・・・加算器
33、37a、37b、37c・・・乗算器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (5)
3. The PWM converter device according to claim 2, wherein the N-phase current is detected by a current detector provided in a three-phase package of the PWM converter AC input line.
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