JP3210173B2 - Power converter - Google Patents

Power converter

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JP3210173B2
JP3210173B2 JP10317294A JP10317294A JP3210173B2 JP 3210173 B2 JP3210173 B2 JP 3210173B2 JP 10317294 A JP10317294 A JP 10317294A JP 10317294 A JP10317294 A JP 10317294A JP 3210173 B2 JP3210173 B2 JP 3210173B2
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【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、単相交流電源から供給
される交流電力を直流電力に変換する電圧形電力変換装
置に係り、特に、単相交流電源の電力変動分を直流側で
吸収するように補償制御した電力変換装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a voltage type power converter for converting AC power supplied from a single-phase AC power supply into DC power, and in particular, absorbs power fluctuations of the single-phase AC power supply on the DC side. The present invention relates to a power conversion device that performs compensation control so as to perform the compensation.

【0002】[0002]

【従来の技術】図12は従来の電圧形電力変換装置の構
成図を示す。図中、SUP は単相交流電源、Ls は交流リ
アクトル、CNV はパルス幅変調制御コンバータ(以下、
PWMコンバータと記す)、Cdoは直流平滑コンデン
サ、INV はパルス幅変調制御インバータ(以下、PWM
インバータと記す)、IMは3相誘導電動機である。
2. Description of the Related Art FIG. 12 shows a configuration diagram of a conventional voltage type power converter. In the figure, SUP is a single-phase AC power supply, Ls is an AC reactor, and CNV is a pulse width modulation control converter (hereinafter, referred to as
Cdo is a DC smoothing capacitor, and INV is a pulse width modulation control inverter (hereinafter referred to as a PWM converter).
IM) is a three-phase induction motor.

【0003】又、制御回路として、直流電圧検出器ISO
、入力電流検出器CTS 、モータ電流検出器CTU 〜CTW
、直流電圧制御回路AVR 、入力電流制御回路ACRS、コ
ンバータ用パルス幅変調制御回路PWMC1 、速度検出器P
G、速度制御回路SPC 、負荷電流制御回路ACRL、インバ
ータ用パルス幅変調制御回路PWMC2 を設けている。
As a control circuit, a DC voltage detector ISO
, Input current detector CTS, motor current detector CTU to CTW
, DC voltage control circuit AVR, input current control circuit ACRS, converter pulse width modulation control circuit PWMC1, speed detector P
G, a speed control circuit SPC, a load current control circuit ACRL, and an inverter pulse width modulation control circuit PWMC2 are provided.

【0004】PWM コンバータCNV は直流平滑コンデンサ
Cdoに印加される電圧がVd がほぼ一定になるように、
交流電源SUP から供給される入力電流Is を制御する。
このとき、入力電流Is を電源電圧Vs と同相の正弦波
に制御することにより入力力率=1で、高調波の少ない
電力変換ができる。
[0004] The PWM converter CNV has a voltage applied to the DC smoothing capacitor Cdo so that Vd is substantially constant.
The input current Is supplied from the AC power supply SUP is controlled.
At this time, by controlling the input current Is to a sine wave having the same phase as the power supply voltage Vs, power conversion with an input power factor = 1 and less harmonics can be performed.

【0005】一方、PWMインバータINV は前記直流平
滑コンデンサCdoを直流電源として可変電圧可変周波数
の3相交流電力に変換し、交流電動機(誘導電動機)IM
を駆動する。この様な単相交流電源から給電を受け、直
流電圧に変換し、更に交流電力に変換して電動機を駆動
するシステムは一般に知られている。
On the other hand, the PWM inverter INV uses the DC smoothing capacitor Cdo as a DC power supply to convert it into three-phase AC power of a variable voltage and variable frequency, and outputs an AC motor (induction motor) IM
Drive. A system that receives power from such a single-phase AC power supply, converts the power into a DC voltage, and further converts the power into AC power to drive an electric motor is generally known.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】この従来の電圧形電力
変換装置には次のような問題点がある。即ち、単相交流
電源SUP から給電を受けた場合、電源周波数の2倍の周
波数で電力が変動し、その結果、直流平滑コンデンサC
doに印加される電圧Vd がやはり電源周波数の2倍の周
波数で変動する。その電圧変動の大きさはインバータが
出力する有効電力の大きさに比例し、前記直流平滑コン
デンサCdoの容量に反比例する。
The conventional voltage-type power converter has the following problems. That is, when power is supplied from the single-phase AC power supply SUP, the power fluctuates at twice the power supply frequency, and as a result, the DC smoothing capacitor C
The voltage Vd applied to do also fluctuates at twice the frequency of the power supply. The magnitude of the voltage fluctuation is proportional to the magnitude of the active power output from the inverter, and is inversely proportional to the capacitance of the DC smoothing capacitor Cdo.

【0007】従って、直流平滑コンデンサCdoの容量を
大きくすれば、単相PWMコンバータCNV によって変換
された直流電圧Vd の変動を小さくすることができる
が、装置の重量寸法が大きくなり、コストも高くなる。
特に、電車の駆動システムでは、装置の重量寸法はでき
るだけ小さくすることが望ましく、或程度の直流電圧変
動は許容せざるを得なかった。
Therefore, if the capacity of the DC smoothing capacitor Cdo is increased, the fluctuation of the DC voltage Vd converted by the single-phase PWM converter CNV can be reduced, but the weight of the device increases and the cost increases. .
In particular, in a train drive system, it is desirable to reduce the weight of the device as much as possible, and a certain degree of DC voltage fluctuation must be allowed.

【0008】しかし、この直流電圧Vd の変動はインバ
ータ側に影響を及ぼし、インバータの出力電流を変動さ
せる原因となっている。例えば、単相交流電源SUP の周
波数を、50HZとした場合、直流電圧Vd の変動周波数
は100HZとなる。このとき、インバータの出力周波数
が100HZに近づくに従って出力電流の変動が大きくな
り、ビート現象を引き起こす。この結果、電動機IMの発
生トルクが脈動し、振動や騒音の原因にもなっていた。
[0008] However, the fluctuation of the DC voltage Vd affects the inverter side and causes the output current of the inverter to fluctuate. For example, if the frequency of the single-phase AC power supply SUP is 50 Hz, the fluctuation frequency of the DC voltage Vd is 100 Hz. At this time, as the output frequency of the inverter approaches 100 Hz, the fluctuation of the output current increases, causing a beat phenomenon. As a result, the torque generated by the motor IM pulsates, causing vibration and noise.

【0009】又、直流電圧Vd が変動した分インバータ
やコンバータを構成する半導体素子に印加される電圧の
最大値が増加し、より耐圧の大きい半導体素子を使用し
なければならず、変換装置の重量や寸法を増大させ、コ
ストを高くする原因になっていた。
Further, the maximum value of the voltage applied to the semiconductor elements constituting the inverter and the converter is increased by the fluctuation of the DC voltage Vd, and a semiconductor element having a higher withstand voltage must be used. This increases the size and size and increases the cost.

【0010】本発明は、前述の問題点を除去するために
なされたもので、単相交流電源の電力変動分を交直変換
器の直流側に設置した直流アクティブフィルタにより吸
収制御し、直流電圧の変動を無くし、且つ直流平滑コン
デンサの容量を低減できる電力変換装置を提供すること
を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to eliminate the above-mentioned problem, and the power fluctuation of a single-phase AC power supply is absorbed and controlled by a DC active filter installed on the DC side of an AC / DC converter, so that the DC voltage can be reduced. It is an object of the present invention to provide a power converter capable of eliminating fluctuations and reducing the capacity of a DC smoothing capacitor.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項1に記載の発明は、単相交流電源と、該単相
交流電源の交流電力を直流電力に変換する主PWMコン
バータと、該主PWMコンバータの直流端子間に接続さ
れた主平滑コンデンサと、該主平滑コンデンサを直流電
源とする負荷装置と、前記主平滑コンデンサに並列接続
され前記単相交流電源の周波数の2倍の周波数付近に共
振周波数を合せたLC直列共振回路と、前記主PWMコ
ンバータの直流回路に設けられる直流アクティブフィル
タを具備し、該直流アクティブフィルタは、直流定電圧
源と、該直流定電圧源の直流電圧を可変電圧の交流電圧
に変換する電圧形PWMインバータと、該電圧形PWM
インバータの交流出力端子に接続された単相変圧器と、
該単相変圧器の2次巻線を介して前記主PWMコンバー
タの直流端子間に接続された直流コンデンサと、前記単
相交流電源の周波数の2倍の周波数に起因して変動する
前記主PWMコンバータの直流電圧の変動を抑制する手
段を備えたことを特徴とするものである。
According to one aspect of the present invention, there is provided a single-phase AC power supply, and a main PWM converter for converting AC power of the single-phase AC power supply into DC power. A main smoothing capacitor connected between the DC terminals of the main PWM converter, a load device using the main smoothing capacitor as a DC power supply, and a frequency twice as high as the frequency of the single-phase AC power supply connected in parallel to the main smoothing capacitor. An LC series resonance circuit whose resonance frequency is adjusted near the frequency, and a DC active filter provided in a DC circuit of the main PWM converter, wherein the DC active filter includes a DC constant voltage source; A voltage-type PWM inverter for converting a voltage into a variable AC voltage;
A single-phase transformer connected to the AC output terminal of the inverter,
A DC capacitor connected between the DC terminals of the main PWM converter via a secondary winding of the single-phase transformer; and a main PWM that fluctuates due to twice the frequency of the single-phase AC power supply. A converter is provided with means for suppressing fluctuations in the DC voltage of the converter.

【0012】また、請求項2に記載の発明は、直流アク
ティブフィルタを、変圧器を介して供給される交流を直
流に変換する整流器と、該整流器の直流電圧を可変電圧
の交流電圧に変換する電圧形PWMインバータと、該電
圧形PWMインバータの交流端子間に前記主PWMコン
バータの直流回路を介して直列接続されたリアクトルと
直流コンデンサと、前記単相交流電源の周波数の2倍の
周波数に起因して変動する前記主PWMコンバータの直
流電圧の変動を抑制する手段で構成したことを特徴とす
るものである。
According to a second aspect of the present invention, in the DC active filter, a rectifier for converting alternating current supplied through a transformer to direct current, and converting a direct current voltage of the rectifier to a variable alternating current voltage. A voltage-type PWM inverter, a reactor and a DC capacitor connected in series between the AC terminals of the voltage-type PWM inverter via a DC circuit of the main PWM converter, and a frequency twice as high as the frequency of the single-phase AC power supply. And a means for suppressing the fluctuation of the DC voltage of the main PWM converter.

【0013】更に、請求項3に記載の発明は、直流アク
ティブフィルタを、直流定電流源と、該直流定電流源の
直流電流を可変電圧の交流電圧に変換する電流形PWM
インバータと、該電流形PWMインバータの交流出力端
子に接続された高周波コンデンサと、一端が前記主PW
Mコンバータの直流端子の一端に接続され、他端が前記
電流形PWMインバータの交流出力回路を介した前記主
PWMコンバータの直流端子の他端に接続された直流コ
ンデンサと、前記単相交流電源の周波数の2倍の周波数
に起因して変動する前記主PWMコンバータの直流電圧
の変動を抑制する手段で構成したことを特徴とするもの
である。
Further, according to a third aspect of the present invention, a DC active filter includes a DC constant current source, and a current source PWM for converting a DC current of the DC constant current source into a variable AC voltage.
An inverter, a high-frequency capacitor connected to an AC output terminal of the current source PWM inverter, and one end connected to the main PWM.
A DC capacitor connected to one end of a DC terminal of the M converter, and the other end connected to the other end of the DC terminal of the main PWM converter via an AC output circuit of the current source PWM inverter; The present invention is characterized in that it comprises means for suppressing fluctuation of the DC voltage of the main PWM converter which fluctuates due to twice the frequency.

【0014】また、請求項4に記載の発明は、直流アク
ティブフィルタを、直流定電圧源と、該直流定電圧源の
直流電圧を可変電圧の交流電圧に変換する電圧形PWM
インバータと、一次巻線が前記電圧形PWMインバータ
の交流出力端子に接続され、二次巻線が前記LC直列共
振回路を構成するリアクトルに並列接続された単相変圧
器と、前記単相交流電源の周波数の2倍の周波数に起因
して変動する前記主PWMコンバータの直流電圧の変動
を抑制する手段で構成したことを特徴としたものであ
る。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a DC active filter comprising: a DC constant voltage source; and a voltage source PWM for converting a DC voltage of the DC constant voltage source into a variable AC voltage.
An inverter, a single-phase transformer having a primary winding connected to an AC output terminal of the voltage-type PWM inverter, and a secondary winding connected in parallel to a reactor constituting the LC series resonance circuit; And a means for suppressing fluctuation of the DC voltage of the main PWM converter, which fluctuates due to a frequency twice as high as the frequency of the main PWM converter.

【0015】更に、請求項5に記載の発明は、請求項1
乃至請求項4に記載の発明における主PWMコンバータ
の直流電圧の変動を抑制する手段を、前記主PWMコン
バータの交流瞬時電力Pc を演算する手段と、単相交流
電源から供給される平均有効電力Pavを演算する手段
と、前記交流瞬時電力Pc と前記平均有効電力Pavと前
記主平滑コンデンサの電圧検出値Vd とから補償電流指
令値IF * を演算する手段と、該補償電流指令値IF *
から前記LC直列共振回路に流れる電流IFOを減算して
前記直流アクティブフィルタの出力電流指令値IA *
求める手段と、該出力電流指令値IA * に応じて前記直
流アクティブフィルタの出力電流IA を制御する手段で
構成したことを特徴とするものである。
Further, the invention described in claim 5 is the first invention.
And means for calculating the instantaneous AC power Pc of the main PWM converter, and means for calculating average instantaneous power Pav supplied from a single-phase AC power supply. Means for calculating the compensation current command value IF * from the AC instantaneous power Pc, the average active power Pav, and the voltage detection value Vd of the main smoothing capacitor, and the compensation current command value IF *.
The LC and means for the current I FO flowing through the series resonant circuit by subtracting obtain an output current command value I A * of the DC active filter, the output current command value I A * said DC active filter of the output current in response to the it is characterized in that is constituted by means for controlling the I a.

【0016】[0016]

【作用】前述のように構成した請求項1に記載の発明
は、単相交流電源の周波数の2倍の周波数に起因して変
動する主PWMコンバータの直流電圧の変動を、主PW
Mコンバータの直流端子間に接続されたLC直列共振回
路によって抑制し、LC直列共振回路によって抑制しき
れない分を、直流アクティブフィルタを構成する電圧形
PWMインバータの出力電流を制御することによって抑
制するようにしたものである。
According to the first aspect of the present invention, the DC voltage of the main PWM converter, which fluctuates due to twice the frequency of the single-phase AC power supply, is reduced.
It is suppressed by the LC series resonance circuit connected between the DC terminals of the M converter, and the portion that cannot be completely suppressed by the LC series resonance circuit is suppressed by controlling the output current of the voltage-type PWM inverter constituting the DC active filter. It is like that.

【0017】また、請求項2に記載の発明は、単相交流
電源の周波数の2倍の周波数に起因して変動する主PW
Mコンバータの直流電圧の変動を、主PWMコンバータ
の直流端子間に接続されたLC直列共振回路によって抑
制し、LC直列共振回路によって抑制しきれない分を、
直流アクティブフィルタを構成する電圧形PWMインバ
ータの出力電流を制御することによって抑制するように
したものであるが、請求項1に記載の発明と異なる点
は、電圧形PWMインバータの交流出力端子に接続され
た単相変圧器を省略し、電圧形PWMインバータの直流
電圧を別の変圧器から供給される交流を整流器によって
直流に変換して得ている。
Further, according to the present invention, the main PW which fluctuates due to twice the frequency of the single-phase AC power supply is provided.
The fluctuation of the DC voltage of the M converter is suppressed by the LC series resonance circuit connected between the DC terminals of the main PWM converter, and the part that cannot be completely suppressed by the LC series resonance circuit is
The output current of the voltage-type PWM inverter constituting the DC active filter is controlled by controlling the output current. The difference from the first embodiment is that the connection is made to the AC output terminal of the voltage-type PWM inverter. The single-phase transformer is omitted, and the DC voltage of the voltage-source PWM inverter is obtained by converting AC supplied from another transformer into DC by a rectifier.

【0018】更に、請求項3に記載の発明は、単相交流
電源の周波数の2倍の周波数に起因して変動する主PW
Mコンバータの直流電圧の変動を、主PWMコンバータ
の直流端子間に接続されたLC直列共振回路によって抑
制し、LC直列共振回路によって抑制しきれない分を、
直流アクティブフィルタを構成する電圧形PWMインバ
ータの出力電流を制御することによって抑制するように
したものであるが、請求項1に記載の発明と異なる点
は、直流アクティブフィルタを構成する電圧形PWMイ
ンバータに代えて電流形PWMインバータを用いたこと
にある。
Further, according to the present invention, the main PW which fluctuates due to twice the frequency of the single-phase AC power supply is provided.
The fluctuation of the DC voltage of the M converter is suppressed by the LC series resonance circuit connected between the DC terminals of the main PWM converter, and the part that cannot be completely suppressed by the LC series resonance circuit is
The output current of the voltage-type PWM inverter constituting the DC active filter is suppressed by controlling the voltage-type PWM inverter. However, the point different from the invention according to claim 1 is that the voltage-type PWM inverter constituting the DC active filter is provided. Instead of using a current source PWM inverter.

【0019】また、請求項4に記載の発明は、単相交流
電源の周波数の2倍の周波数に起因して変動する主PW
Mコンバータの直流電圧の変動を、主PWMコンバータ
の直流端子間に接続されたLC直列共振回路によって抑
制し、LC直列共振回路によって抑制しきれない分を、
直流アクティブフィルタを構成する電圧形PWMインバ
ータの出力電流を制御することによって抑制するように
したものであるが、請求項1に記載の発明と異なる点
は、直流アクティブフィルタの直流コンデンサが省略さ
れ、LC直列共振回路のコンデンサによりその作用を兼
ねたことにある。
Further, according to the present invention, the main PW which fluctuates due to twice the frequency of the single-phase AC power supply is provided.
The fluctuation of the DC voltage of the M converter is suppressed by the LC series resonance circuit connected between the DC terminals of the main PWM converter, and the part that cannot be completely suppressed by the LC series resonance circuit is
Although the output current of the voltage type PWM inverter constituting the DC active filter is suppressed by controlling it, the difference from the invention of claim 1 is that the DC capacitor of the DC active filter is omitted, That is, the capacitor of the LC series resonance circuit also has the function.

【0020】更に、請求項5に記載の発明は、単相交流
電源の周波数の2倍の周波数に起因して変動する主PW
Mコンバータの直流電圧の変動を抑制するための好適な
一例として、直流アクティブフィルタの出力電流IA
指令値IA * を、主PWMコンバータの交流側瞬時電力
Pc から単相交流電源から供給される有効電力の平均値
Pavを差し引き、変動電力ΔPc =Pc −Pavを求め、
直流電圧Vd で割算することによりLC直列共振回路と
合わせた全体の補償電流指令値IF * =ΔPc/Vd を
演算し、補償電流指令値IF * からLC直列共振回路に
流れる共振電流IFOを差し引くことにより直流アクティ
ブフィルタが供給する電流IA の指令値IA * を求め、
直流アクティブフィルタ電流IA =IA * となるように
流すとことにより、高精度に主平滑コンンデンサの単相
電力の変動分による直流電圧の変動を抑制出来。従っ
て、主平滑コンンデンサはPWMコンバータと3相PW
Mインバータの直流側の高調波成分を吸収するだけの容
量があれば良く、あまり大きなものは必要としない。
Further, according to the present invention, the main PW which fluctuates due to twice the frequency of the single-phase AC power supply is provided.
Preferable examples for suppressing the variation of M converter of the DC voltage, the command value I A * of the output current I A of DC active filter is supplied from single-phase AC power from the AC side instantaneous power Pc of the main PWM converter The average value Pav of the active power is subtracted to obtain the fluctuation power ΔPc = Pc−Pav,
Compensation current command value of the total combined with LC series resonance circuit by dividing the DC voltage Vd I F * = calculated the Delta] Pc / Vd, the resonance current I flowing from the compensation current command value I F * to the LC series resonant circuit command value sought I a * of the current I a DC active filter supplies by subtracting FO,
By flowing the DC active filter current I A = I A * , the DC voltage fluctuation due to the fluctuation of the single-phase power of the main smoothing capacitor can be suppressed with high accuracy. Therefore, the main smoothing capacitor is a PWM converter and a three-phase PWM
It suffices if there is a capacity enough to absorb the harmonic components on the DC side of the M inverter, and a very large one is not required.

【0021】[0021]

【実施例】図1は、請求項1に記載の発明の電力変換装
置の一実施例を示す主回路構成図及び制御回路のブロッ
ク図である。図中、SUP は単相交流電源、Ls は交流リ
アクトル、CNV は主PWMコンバータ、INV は主PWM
インバータ、IMは3相誘導電動機、Cd は主平滑コンン
デンサ、LF ,CF はLC直列共振回路のリアクトルと
コンデンサ、DC-AF は直流アクティブフィルタである。
FIG. 1 is a block diagram of a main circuit and a control circuit showing an embodiment of a power converter according to the present invention. In the figure, SUP is a single-phase AC power supply, Ls is an AC reactor, CNV is a main PWM converter, and INV is a main PWM.
Inverter, IM is three-phase induction motor, Cd is main smoothing Kon'ndensa, L F, C F is a reactor and a capacitor, DC-AF of the LC series resonance circuit is a DC active filter.

【0022】直流アクティブフィルタDC-AF は、電流検
出器CTA 、直流電圧源EA 、単相電圧形PWMインバー
タVSI 、単相変圧器TR、リアクトルLA 及びコンデンサ
Aで構成されている。
[0022] DC active filter DC-AF, a current detector CTA, a DC voltage source E A, single-phase voltage source PWM inverter VSI, a single-phase transformer TR, is composed of a reactor L A and capacitor C A.

【0023】又、制御装置として、入力電流検出器CTS
、直流電圧検出器PTD 、電流検出器CTF 、負荷電流検
出器CTL 、速度検出器PG、直流電圧制御回路AVR 、入力
電流制御回路ACRS、コンバータのPWM制御回路PWMC1
、速度制御回路SPC 、負荷電流制御回路ACRL、3相イ
ンバータのPWM制御回路PWMC2 、補償電流演算回路CA
L、補償電流制御回路ACRA、単相電圧形PWMインバー
タVSI のPWM制御回路PWMC3 を備えている。
As a control device, an input current detector CTS
, DC voltage detector PTD, current detector CTF, load current detector CTL, speed detector PG, DC voltage control circuit AVR, input current control circuit ACRS, converter PWM control circuit PWMC1
, Speed control circuit SPC, load current control circuit ACRL, three-phase inverter PWM control circuit PWMC2, compensation current calculation circuit CA
L, a compensation current control circuit ACRA, and a PWM control circuit PWMC3 for a single-phase voltage type PWM inverter VSI.

【0024】主PWMインバータINV は、主平滑コンン
デンサCd を直流電源として、直流を交流に変換して、
可変電圧可変周波数の3相交流電力を誘導電動機IMに供
給する。
The main PWM inverter INV uses the main smoothing capacitor Cd as a DC power supply, converts DC to AC,
The three-phase AC power having a variable voltage and a variable frequency is supplied to the induction motor IM.

【0025】即ち、電動機の回転速度ωr を速度検出器
PGにより検出し、速度制御回路SPCに入力する。速度制
御回路SPC は、速度指令ωr * と速度検出値ωr を比較
し、その偏差εr =ωr * −ωr に応じた3相負荷電流
指令値IL * を作る。
That is, the rotational speed ωr of the electric motor is used as a speed detector.
Detected by PG and input to speed control circuit SPC. Speed control circuit SPC compares a speed command .omega.r * and speed detection value .omega.r, making three-phase load current command value I L * corresponding to the deviation εr = ωr * -ωr.

【0026】負荷電流制御回路ACRLは電流検出器CTL に
よって検出した3相負荷電流IL (IU ,IV ,IW
と3相負荷電流指令値IL * (IU * ,IV * ,IW
* )とを比較し、その偏差に応じた3相電圧指令値eL
* (eU * ,eV * ,eW * )をPWM制御回路PWMC2
に与える。この結果、3相PWMインバータは3相電圧
指令値eL * に比例した3相電圧VL (VU ,VV ,V
W )を発生し、3相負荷電流IL を制御する。
The load current control circuit ACRL is a three-phase load current IL (I U , I V , I W ) detected by the current detector CTL.
And three-phase load current command values IL * ( IU * , IV * , IW
* ) And the three-phase voltage command value e L according to the deviation.
* (E U * , e V * , e W * ) are converted to PWM control circuit PWMC2
Give to. As a result, three-phase PWM inverter 3-phase voltage command value e L * 3-phase voltage proportional to V L (V U, V V , V
W) generates and controls the three-phase load current I L.

【0027】尚、誘導電動機IMをベクトル制御すること
により、直流電動機並の出力特性が得られることが知ら
れているが、本発明の要点ではないので、ここでは説明
を省略する。
It is known that the output characteristics of a DC motor can be obtained by performing vector control of the induction motor IM, but this is not the main point of the present invention, and therefore the description thereof is omitted here.

【0028】3相出力の主PWMインバータINV 及び誘
導電動機IMは直流電圧源(主平滑コンデンサCd )から
見た場合、高調波成分を除けば後述する図5の直流電流
Id2をとる一種の定電流源と見做せる。
When viewed from the DC voltage source (main smoothing capacitor Cd), the three-phase output main PWM inverter INV and the induction motor IM are a kind of constant current that takes the DC current Id2 of FIG. Can be considered a source.

【0029】主PWMコンバータCNV は、主平滑コンデ
ンサCd の印加電圧Vd がほぼ一定になるように入力電
流Is を制御する。この時、入力電流Is を電源電圧V
s と同相(または逆相)の正弦波に制御することによ
り、入力力率=1の運転ができる。
The main PWM converter CNV controls the input current Is so that the voltage Vd applied to the main smoothing capacitor Cd becomes substantially constant. At this time, the input current Is is changed to the power supply voltage V
By controlling the sine wave in the same phase (or opposite phase) as s, the operation with the input power factor = 1 can be performed.

【0030】即ち、主平滑コンデンサCd の電圧Vd を
直流電圧検出器PTD により検出し、電圧制御回路AVR に
入力し、電圧指令値Vd * と比較し、その偏差εv =V
d *−Vd を増幅することにより入力電流の波高値指令
Ism* を求める。又、単相交流電源SUP の電圧Vs を検
出し、該電圧Vs に同期した単位正弦波sinωt を求
め、電流波高値指令Ism* と掛け合わせ、入力電流の指
令値Is * とする。即ち、
That is, the voltage Vd of the main smoothing capacitor Cd is detected by the DC voltage detector PTD, input to the voltage control circuit AVR, compared with the voltage command value Vd *, and the deviation εv = V
The peak value command Ism * of the input current is obtained by amplifying d * -Vd. Further, the voltage Vs of the single-phase AC power supply SUP is detected, a unit sine wave sinωt synchronized with the voltage Vs is obtained, and multiplied by a current peak value command Ism * to obtain an input current command value Is * . That is,

【0031】[0031]

【数1】Is * =Ism* ・sinωt となる。入力電流制御回路ACRSは、電流検出器CTS によ
って検出した入力電流Is と電流指令値Is * を比較
し、その偏差ε1 =Is * −Is を増幅(−k1 倍)し
て、主コンバータCNV のPWM制御回路PWMC1 に入力信
号ec * とする。主PWMコンバータCNV は入力信号e
c * に比例した電圧Vcを交流側に発生し、入力電流I
s を制御する。交流リアクトルLs には、電源電圧Vs
とコンバータ電圧Vc の差電圧VLS=Vs −Vc が印加
される。
## EQU1 ## Is * = Ism * .sin ωt. The input current control circuit ACRS compares the input current Is detected by the current detector CTS with the current command value Is * , amplifies the deviation ε1 = Is * −Is (by a factor of −k1), and increases the PWM of the main converter CNV. The input signal ec * is set to the control circuit PWMC1. The main PWM converter CNV receives the input signal e
A voltage Vc proportional to c * is generated on the AC side, and the input current I
Control s. The power supply voltage Vs is connected to the AC reactor Ls.
Difference voltage V LS = Vs -Vc of the converter voltage Vc is applied with.

【0032】例えば、Is * >Is の場合、偏差ε1 は
正の値となり、PWM制御回路の入力信号ec * は負の
値になる。故に、交流リアクトルLs に印加される電圧
LSが増加し、入力電流Is を増やす。逆に、Is *
Is の場合、偏差ε1 は負の値となり、PWM制御回路
の入力信号ec * は正の値になる。故に、交流リアクト
ルLs に印加される電圧VLSが減少し、入力電流Is を
減らす。従って、入力電流Is は電流指令値Is * に一
致するように制御される。この場合、電流指令値Is *
は電源電圧Vs と同相の正弦波で与えられ、入力電流I
s もそれに追従して制御され、入力力率=1で高調波の
少ない運転を達成している。
For example, when Is * > Is, the deviation ε1 has a positive value, and the input signal ec * of the PWM control circuit has a negative value. Thus, the voltage V LS to be applied to AC inductor Ls is increased, increasing the input current Is. Conversely, Is * <
In the case of Is, the deviation .epsilon.1 has a negative value, and the input signal ec * of the PWM control circuit has a positive value. Therefore, the voltage V LS applied to the AC reactor Ls decreases, and the input current Is decreases. Therefore, the input current Is is controlled to match the current command value Is * . In this case, the current command value Is *
Is given by a sine wave in phase with the power supply voltage Vs, and the input current I
s is also controlled accordingly, achieving operation with less input harmonics at input power factor = 1.

【0033】又、直流電圧Vd は次のように制御され
る。例えば、Vd * >Vd の場合、偏差εv は正の値と
なり電流波高値指令Ism*を正の値で増加させる。この
結果、端相交流電源SUP から供給される電力Ps =Vs
・Is は正の値となり、電力Ps が主平滑コンデンサC
d に供給され、直流電圧Vd を増加させる。逆に、Vd
* <Vd の場合、偏差εv は負の値となり、電流波高値
指令Ism* を負の値とする。この結果、主平滑コンデン
サCd に蓄積されたエネルギが単相交流電源SUP に回生
され、直流電圧Vd を減少させる。このようにして、直
流電圧Vd は指令値Vd * に一致するように制御され
る。
The DC voltage Vd is controlled as follows. For example, when Vd * > Vd, the deviation εv becomes a positive value, and the current peak value command Ism * is increased by a positive value. As a result, power Ps = Vs supplied from the end-phase AC power supply SUP
・ Is becomes a positive value and the power Ps becomes the main smoothing capacitor C
d to increase the DC voltage Vd. Conversely, Vd
* If <Vd, the deviation εv is a negative value, and the current peak value command Ism * is a negative value. As a result, the energy stored in the main smoothing capacitor Cd is regenerated to the single-phase AC power supply SUP, and the DC voltage Vd is reduced. In this way, the DC voltage Vd is controlled to match the command value Vd * .

【0034】図2は、図1の装置の交流電源側の電圧、
電流ベクトル図の一例を示す。図中、(a)は力行運転
時のベクトル図を示すもので、入力電流Is は電源電圧
Vs に対して同相に制御される。入力電流Is が流れる
ことにより、交流リアクトルLs に電圧VLS=jω・L
s ・Is が印加され、PWMコンバータCNV の発生電圧
Vc は図示のようになる。この時の電圧Vc の大きさV
cmと位相角θ(遅れ)は、次式のように表わされる。
FIG. 2 shows the voltage on the AC power supply side of the apparatus shown in FIG.
FIG. 4 shows an example of a current vector diagram. In the figure, (a) shows a vector diagram during the power running operation, in which the input current Is is controlled to be in phase with the power supply voltage Vs. When the input current Is flows, the voltage V LS = jω · L is applied to the AC reactor Ls.
s · Is is applied, and the generated voltage Vc of the PWM converter CNV is as shown in the figure. The magnitude V of the voltage Vc at this time
The cm and the phase angle θ (delay) are represented by the following equations.

【0035】[0035]

【数2】 θ=tan-1(VLSm /Vsm) 但し、 Vs =Vsm・sinωt Is =Ism・sinωt VLSm =ω・Ls ・Ism とする。(Equation 2) θ = tan -1 (V LSm / Vsm) , however, and Vs = Vsm · sinωt Is = Ism · sinωt V LSm = ω · Ls · Ism.

【0036】又、同図(b)は回生運転のベクトル図を
示すもので、入力電流Is は電源電圧Vs に対して逆相
に制御される。交流リアクトルLs に印加される電圧V
LSの位相が反転するため、PWMコンバータCNV の発生
電圧Vc の位相角θは進みとなる。
FIG. 4B is a vector diagram of the regenerative operation, in which the input current Is is controlled in the opposite phase to the power supply voltage Vs. Voltage V applied to AC reactor Ls
Since the phase of LS is inverted, the phase angle θ of the generated voltage Vc of the PWM converter CNV is advanced.

【0037】図3は図1の装置の主PWMコンバータCN
V の力行運転時の電圧電流波形を示すもので、入力電流
Is は主PWMコンバータCNV の発生電圧Vc より位相
角θだけ進む。単相交流電源SUP から供給される瞬時電
力Ps は、
FIG. 3 shows the main PWM converter CN of the device of FIG.
5 shows a voltage-current waveform at the time of power running operation of V. The input current Is leads the generated voltage Vc of the main PWM converter CNV by the phase angle θ. The instantaneous power Ps supplied from the single-phase AC power supply SUP is

【0038】[0038]

【数3】Ps =Vs ・Is =Vsm・sinωt×Ism・sinωt =(Vsm・Ism/2)・(1−cos2ωt) となり、単相交流電源SUP の周波数の2倍の周波数で変
動する。又、主PWMコンバータCNV の瞬時電力Pc
は、コンバータの発生電圧vc とis の積となり、交流
リアクトルLs の電圧降下分だけ変動が大きくなる。即
ち、
## EQU3 ## Ps = Vs.Is = Vsm.sin.omega.t.times.Ism.sin.omega.t = (Vsm.Ism / 2). (1-cos2.omega.t), and fluctuates at twice the frequency of the single-phase AC power supply SUP. Also, the instantaneous power Pc of the main PWM converter CNV
Is the product of the converter generated voltage vc and is, and the fluctuation is increased by the voltage drop of the AC reactor Ls. That is,

【0039】[0039]

【数4】Pc =Vc ・Is =Vcm・sin(ωt−θ)×Ism・sinωt =(Vcm・Ism/2)・{cosθ−cos(2ωt−
θ)} となる。Vcm=Vsm/cosθがなり立つので、有効電
力の平均値は、 Pav=Vsm・Ism/2 となる。定常状態ではこの有効電力Pavは負荷(主PW
Mインバータ+誘導電動機)が消費する電力PL に一致
し、電力変動分ΔPc だけが主平滑コンンデンサCd を
出入りする。即ち、
Pc = Vc · Is = Vcm · sin (ωt−θ) × Ism · sinωt = (Vcm · Ism / 2) · {cosθ−cos (2ωt−
θ)}. Since Vcm = Vsm / cos θ holds, the average value of the active power is Pav = Vsm · Ism / 2. In the steady state, this active power Pav is equal to the load (main PW
Match the power P L of M inverters + induction motor) is consumed by the power fluctuation ΔPc is out of the main smoothing Kon'ndensa Cd. That is,

【0040】[0040]

【数5】ΔPc =Pc −PL =−(Vcm・Ism/2)・cos(2ωt−θ) となり、主平滑コンデンサCd に流れる電流idcは直流
電圧の平均値をVdoとして、次式のように近似できる。
Equation 5] ΔPc = Pc -P L = - ( Vcm · Ism / 2) · cos (2ωt-θ) , and the average value of the current idc is a DC voltage through the main smoothing capacitor Cd as Vdo, as follows Can be approximated.

【0041】[0041]

【数6】idc=ΔPc /Vdo =−(Vcm・Ism/2Vdo)・cos(2ωt−θ) =−{Pav/(Vdo・cosθ)}・cos(2ωt−
θ) 従って、直流電圧の変動分ΔVd は次の演算式より与え
られる。
Equation 6 idc = ΔPc / Vdo = − (Vcm · Ism / 2Vdo) · cos (2ωt−θ) = − {Pav / (Vdo · cosθ)} · cos (2ωt−
θ) Therefore, the variation ΔVd of the DC voltage is given by the following equation.

【0042】[0042]

【数7】 =−{Vcm・Ism/(4・Vdo・ω・Cd)}・sin
(2ωt−θ) =−{Pav/(2・cosθ・Vdo・ω・Cd)}・si
n(2ωt−θ) =−ΔVdm・sin(2ωt−θ) 即ち、直流電圧変動ΔVd の大きさは負荷が取る有効電
力PL =Pav=Vsm・Ism/2に比例し、主平滑コンデ
ンサCd の容量に反比例する。
(Equation 7) = − {Vcm · Ism / (4 · Vdo · ω · Cd)} · sin
(2ωt−θ) = − {Pav / (2 · cos θ · Vdo · ω · Cd)} · si
n (2ωt−θ) = − ΔVdm · sin (2ωt−θ) That is, the magnitude of the DC voltage fluctuation ΔVd is proportional to the active power P L = Pav = Vsm · Ism / 2 taken by the load, and the value of the main smoothing capacitor Cd is It is inversely proportional to capacity.

【0043】例えば、PL =3,000[kw],Vdo
=2,000[v],f=ω/(2π)=50[Hz],
Cd =0.02[F],cosθ=0.9とした場合、
ΔVd の大きさは、ΔVdm=132.6[v]となる。
図4は回生運転時の各部電圧電流波形を示すもので、コ
ンバータの発生電圧Vc はVs より位相角θだけ進む。
従って、
For example, P L = 3,000 [kw], Vdo
= 2,000 [v], f = ω / (2π) = 50 [Hz],
When Cd = 0.02 [F] and cos θ = 0.9,
The magnitude of ΔVd is ΔVdm = 132.6 [v].
FIG. 4 shows the voltage and current waveforms of the respective parts during the regenerative operation.
Therefore,

【0044】[0044]

【数8】Pc =Vc ・Is =Vcm・sin(ωt+θ)×Ism・sin(ωt+
π) =−(Vcm・Ism/2)・{cosθ−cos(2ωt
+θ)} となる。Vcm=Vsm/cosθがなり立つので、有効電
力の平均値Pavは、Pav=Vsm・Ism/2となる。定常
状態ではこの有効電力Pavは負荷(主PWMインバータ
+誘導電動機)から回生される電力PL に一致し、電力
変動分ΔPc だけが主平滑コンデンサCd を出入りす
る。即ち、
Pc = Vc · Is = Vcm · sin (ωt + θ) × Ism · sin (ωt +
π) = − (Vcm · Ism / 2) · {cosθ−cos (2ωt
+ Θ)}. Since Vcm = Vsm / cos θ holds, the average value Pav of the active power is Pav = Vsm · Ism / 2. The active power Pav is at steady state coincide with the power P L that is regenerated from the load (the main PWM inverter + induction motor), only the power fluctuation ΔPc is out of the main smoothing capacitor Cd. That is,

【0045】[0045]

【数9】ΔPc =Pc −PL =(Vcm・Ism/2)・cos(2ωt+θ) となり、主平滑コンデンサCd に流れる電流idcは直流
電圧の平均値をVdoとして、次式のように近似できる。
Equation 9] ΔPc = Pc -P L = (Vcm · Ism / 2) · cos (2ωt + θ) , and the current flowing in main smoothing capacitor Cd idc as Vdo the average value of the DC voltage can be approximated by the following equation .

【0046】[0046]

【数10】idc=ΔPc /Vdo =(Vcm・Ism/2Vdo)・cos(2ωt+θ) ={Pav/(Vdo・cosθ)}・cos(2ωt+
θ) 従って、直流電圧の変動分ΔVd は次の演算式より与え
られる。
## EQU10 ## idc = ΔPc / Vdo = (Vcm · Ism / 2Vdo) · cos (2ωt + θ) = {Pav / (Vdo · cosθ)} · cos (2ωt +
θ) Therefore, the variation ΔVd of the DC voltage is given by the following equation.

【0047】[0047]

【数11】 ={Vcm・Ism/(4・Vdo・ω・Cd)}・sin(2
ωt+θ) ={Pav/(2・cosθ・Vdo・ω・Cd)}・sin
(2ωt+θ) =ΔVdm・sin(2ωt+θ) となる。
[Equation 11] = {Vcm · Ism / (4 · Vdo · ω · Cd)} · sin (2
ωt + θ) = {Pav / (2 · cos θ · Vdo · ω · Cd)} · sin
(2ωt + θ) = ΔVdm · sin (2ωt + θ).

【0048】次に、図1の装置の直流アクティブフィル
タDC-AF の制御動作を説明する。まず、補償電流演算器
CAL により直流アクティブフィルタDC-AF から供給する
電流IA の指令値IA * を演算し、電流制御回路ACRAに
与える。
Next, the control operation of the DC active filter DC-AF of the apparatus shown in FIG. 1 will be described. First, the compensation current calculator
CAL by calculating a command value I A * of the current I A supplied from DC active filter DC-AF, providing a current control circuit ACRA.

【0049】一方、電流検出器CTA により直流アクティ
ブフィルタDC-AF に流れ込む補償電流IA を検出し、電
流制御回路ACRAに入力する。電流制御回路ACRAは、補償
電流指令値IA * と補償電流検出値IA とを比較し、そ
の偏差εA =IA * −IA を反転増幅してPWM制御回
路PWMC3 に電圧指令値eA * を与える。電圧形PWMイ
ンバータVSI は電圧指令値eA * に比例した電圧VA
発生し、補償電流Iを制御する。
Meanwhile, detects compensation current I A flowing into DC active filter DC-AF by current detector CTA, is input to the current control circuit ACRA. The current control circuit ACRA, the compensation current command value I A * with compensation current detection value I is compared with A, the deviation ε A = I A * -I A and inversely amplifies the voltage command value to the PWM control circuit PWMC3 e Give A * . Voltage source PWM inverter VSI generates a voltage V A which is proportional to the voltage command value e A *, to control the compensation current I A.

【0050】すなわち、I >IA となった場
合、偏差εA は正の値となまり電圧指令値eA * は負の
値となって出力電圧VA を負の値にする。この結果、補
償電流IAが増加し、IA =IA * となるように制御さ
れる。
[0050] That is, when it becomes the I A *> I A, the deviation epsilon A is a positive value and rounding the voltage command value e A * is a negative value the output voltage V A becomes a negative value. As a result, increased compensation current I A is controlled such that I A = I A *.

【0051】逆に、IA * <IA となった場合、偏差ε
A は負の値となり電圧指令値eA *は正の値となって出
力電圧VA を正の値にする。この結果、補償電流IA
減少し、やはり、IA =IA * となるように制御され
る。
Conversely, if I A * <I A , the deviation ε
A is * a negative value and becomes the voltage command value e A is the output voltage V A becomes a positive value to a positive value. As a result, compensation current I A decreases again, it is controlled such that I A = I A *.

【0052】図5は図1の装置の等価回路を表したもの
で、主PWMコンバータCNV 及び主PWMインバータIN
V は電流源として表すことができる。すなわち、PWM
制御に伴なう高調波電流を無視して考えると、主PWM
インバータINV の入力電流Id2は直流分Idoだけが含ま
れ、主PWMコンバータCNV の出力電流Id1には直流分
Idoと電源周波数の2倍の周波数で変化する交流分idc
が含まれている。又、LC直列共振回路の共振周波数f
R は電源周波数fs の2倍付近に合せており、共振電流
FOが流れる。ここで、直流アクティブフィルタDC-AF
が補償電流IA=idc−IFOを取ることにより、主平滑
コンデンサCd に流れ込む電流Id3は零となる。正確に
は補償電流IA には高調波電流が含まれていないので、
主平滑コンデンサCd には高調波成分が流れ込むことに
なる。しかし、周波数が高いため主平滑コンデンサCd
の容量は各段に小さくなり電圧変動もほとんど無くな
る。
FIG. 5 shows an equivalent circuit of the apparatus shown in FIG. 1, in which a main PWM converter CNV and a main PWM inverter IN
V can be represented as a current source. That is, PWM
When ignoring the harmonic current accompanying the control, the main PWM
The input current Id2 of the inverter INV includes only the direct current component Ido, and the output current Id1 of the main PWM converter CNV includes the direct current component Ido and the alternating current component idc that changes at twice the frequency of the power supply frequency.
It is included. Also, the resonance frequency f of the LC series resonance circuit
R is set close to twice the power supply frequency fs, and the resonance current IFO flows. Here, DC active filter DC-AF
There by taking the compensation current I A = idc-I FO, current Id3 flowing in main smoothing capacitor Cd becomes zero. Precisely because the compensation current I A does not contain harmonic current,
Harmonic components flow into the main smoothing capacitor Cd. However, since the frequency is high, the main smoothing capacitor Cd
The capacitance of each stage becomes smaller and voltage fluctuations are almost eliminated.

【0053】図6は図1の直流アクティブフィルタDC-A
F の具体的な一実施例を示す構成図で、(a)は主回
路、(b)は主PWMコンバータCNV の直流電圧の変動
を抑制する補償電流演算回路CAL の構成図である。
FIG. 6 shows the DC active filter DC-A of FIG.
4A is a configuration diagram showing a specific embodiment of F. FIG. 4A is a configuration diagram of a main circuit, and FIG. 4B is a configuration diagram of a compensation current calculation circuit CAL that suppresses fluctuations in the DC voltage of the main PWM converter CNV.

【0054】図6(a)において、P、Nは主回路の直
流正側及び負側端子、EA は直流電圧源、VSI は単相電
圧形PWMインバータ、TRは単相変圧器、LF はリアク
トル、CF は直流平滑コンデンサである。単相電圧形P
WMインバータVSI は、スイッチング素子S1 〜S4 と
フリーホイリングダイオードD1 〜D4 で構成されてい
る。また、リアクトルLA は単相変圧器TRの1次側に接
続されている。尚、説明の便宜上、変圧器TRの1次/2
次巻数比は1対1とする。
[0054] In FIG. 6 (a), P, N are DC positive and negative terminals of the main circuit, the E A DC voltage source, VSI is single-phase voltage source PWM inverter, TR is single-phase transformer, L F Is a reactor, and CF is a DC smoothing capacitor. Single-phase voltage type P
The WM inverter VSI includes switching elements S1 to S4 and freewheeling diodes D1 to D4. The reactor LA is connected to the primary side of the single-phase transformer TR. In addition, for convenience of explanation, the primary /
The next turn ratio is 1: 1.

【0055】また、制御装置は図1に示すように、電流
検出器CTA 、補償電流演算回路CAL、補償電流制御回路A
CRA、単相電圧形PWMインバータのPWM制御回路PWM
C3を備えてい。
As shown in FIG. 1, the control device includes a current detector CTA, a compensation current calculation circuit CAL, and a compensation current control circuit A.
CRA, PWM control circuit PWM of single phase voltage type PWM inverter
Equipped with C3.

【0056】補償電流演算回路CAL は図6(b)に示す
ように、乗算器ML1 ,ML2 、比例演算器OA、加算器AD1,
AD2 割算器DIV で構成されている。又、補償電流制御回
路ACRFは、比較器C1と、制御補償回路GA (s) で構成さ
れている。
As shown in FIG. 6B, the compensation current calculation circuit CAL includes multipliers ML1 and ML2, a proportional calculator OA, and an adder AD1,
It consists of an AD2 divider DIV. The compensation current control circuit ACRF includes a comparator C1 and a control compensation circuit G A (s).

【0057】まず、主PWMコンバータCNV の交流側電
圧Vc と入力電流Is の積を乗算器ML2 で求める。この
時、電圧検出値Vc は多くの高調波成分を含んでいるの
で、その代りにコンバータCNV のPWM制御入力信号
(電圧指令値)ec * を用いても良い。同様に、入力電
流検出値Is の代りにその電流指令値Is * を用いても
良い。乗算器ML2 の出力はコンバータCNV の瞬時電力P
c となる。
First, the multiplier ML2 finds the product of the AC side voltage Vc of the main PWM converter CNV and the input current Is. At this time, since the detected voltage value Vc contains many harmonic components, the PWM control input signal (voltage command value) ec * of the converter CNV may be used instead. Similarly, the current command value Is * may be used instead of the input current detection value Is. The output of the multiplier ML2 is the instantaneous power P of the converter CNV.
becomes c.

【0058】又、乗算器ML1 により、電源電圧波高値V
smと入力電流波高値Ismとの積を計算し、比例演算器OA
で(1/2)倍する。この結果は電源から供給される有効電
力の平均値Pavとなる。尚、Ismの代りに指令値Ism*
を用いても良い。
The power supply voltage peak value V is calculated by the multiplier ML1.
Calculates the product of sm and the input current peak value Ism, and calculates a proportional calculator OA
And multiply by (1/2). This result is the average value Pav of the active power supplied from the power supply. Note that the command value Ism * is used instead of Ism .
May be used.

【0059】加算器AD1 により、Pc −Pavを計算し、
変動電力ΔPc を求め、割算器DIVに入力する。割算器D
IV では上記変動電力ΔPc を直流電圧検出値Vdで割
ってその結果を、LC直列共振回路に流れる電流IFO
含めた全体の補償電流指令値IF * とする。この全体の
補償電流指令値IF * は、単相交流電源SUP の電力変動
分ΔPc に基づくコンバータCNV の直流側電流の変動分
idcに等しくなる。
Pc−Pav is calculated by the adder AD1,
The fluctuating power ΔPc is obtained and input to the divider DIV. Divider D
The power fluctuation ΔPc in IV is divided by the DC voltage detection value Vd and the results, and the compensation current command value of the entire including current I FO flowing through the LC series resonant circuit I F *. The overall compensation current command value I F * is equal to fluctuation idc of the converter CNV of the DC side current based on the power fluctuation ΔPc of the single-phase AC power source SUP.

【0060】一方、LC直列共振回路に流れる電流IFO
を電流検出器CTF により検出し、加算器AD2 に入力して
全体の補償電流指令値IF * との差をとり、直流アクテ
ィブフィルタDC-AF から供給する電流IA の指令値IA
* を求める。
On the other hand, the current I FO flowing in the LC series resonance circuit
Was detected by a current detector CTF, taking the difference between the adder compensation current command value of the entire input to AD2 I F *, the command value I A of the current I A supplied from DC active filter DC-AF
Ask * .

【0061】即ち、IA * =IF * −IFOとなる。該電
流指令値IA * は次の電流制御回路ACRFの比較器C1に入
力され、電流検出器CTA により検出した補償電流IA
比較される。偏差εA =IA * −IA は制御補償回路G
A (s) に入力され、反転増幅(−kA 倍)されて、単相
電圧形PWMインバータVSI の電圧指令値eA * とな
る。補償電流がIA =IA * となるように制御されるこ
とは前に説明したので省略する。
[0061] In other words, the I A * = I F * -I FO. Is said current command value I A * is input to comparator C1 of the next current control circuit ACRF, is compared with compensation current I A which is detected by the current detector CTA. The deviation ε A = I A * −I A is the control compensation circuit G
A (s) is input and inverted and amplified (−k A times) to obtain a voltage command value e A * of the single-phase voltage-type PWM inverter VSI. Since the control of the compensation current so that I A = I A * has been described above, the description thereof is omitted.

【0062】このように、直流アクティブフィルタDC-A
F が補償電流IA =IA * =idc−IFOを取り、LC直
列共振回路がIFOを取ることにより、主平滑コンデンサ
Cdには単相電力の変動分が流れなくなり、電圧変動を
無くすることができる。
As described above, the DC active filter DC-A
F takes the compensation current I A = I A * = idc -I FO, by LC series resonant circuit takes the I FO, prevents variation in the single-phase power flows through the main smoothing capacitor Cd, without a voltage variation can do.

【0063】前述の説明においては、直流アクティブフ
ィルタDC-AF の補償電流IA の指令値IA * を演算によ
って求め、直流アクティブフィルタDC-AF を制御する例
を説明したが、例えば、直流回路の電流から直流分を除
去して直流アクティブフィルタDC-AF が補償する電流を
直接検出して、この検出電流に追従するように制御して
も良いが、この場合は、制御遅れによる多少の誤差が生
ずる。
[0063] In the above description, determined by calculating the command value I A * of compensation current I A of DC active filter DC-AF, an example has been described for controlling the DC active filter DC-AF, for example, a DC circuit The DC component can be removed from the DC current to directly detect the current compensated by the DC active filter DC-AF, and control can be performed so as to follow this detected current. Occurs.

【0064】図7は請求項2に記載の発明の電力変換装
置で用いる直流アクティブフィルタの一実施例を示す構
成図である。尚、LC直列共振回路(LF ,CF )及び
主平滑コンデンサCd は便宜上記載した。
FIG. 7 is a block diagram showing an embodiment of a DC active filter used in the power converter according to the second aspect of the present invention. The LC series resonance circuit (L F , C F ) and the main smoothing capacitor Cd are described for convenience.

【0065】図中、P、Nは主回路の直流正側及び負側
端子、AC-SUPは交流電源、AC-TR は変圧器、REC は整流
回路、CE はアクティブフィルタDC-AF の直流電源用平
滑コンデンサ、VSI は単相電圧形PWMインバータ、L
A はリアクトル、CA は直流コンデンサである。単相電
圧形PWMインバータVSI は、スイッチング素子S1〜
S4 とフリーホイリングダイオードD1 〜D4 で構成さ
れている。
In the figure, P and N are DC positive and negative terminals of the main circuit, AC-SUP is an AC power supply, AC-TR is a transformer, REC is a rectifier circuit, and CE is the DC of the active filter DC-AF. Power supply smoothing capacitor, VSI is single phase voltage type PWM inverter, L
A is a reactor, and C A is a DC capacitor. The single-phase voltage type PWM inverter VSI includes switching elements S1 to
S4 and free-wheeling diodes D1 to D4.

【0066】また、制御装置は、電流検出器CTA 、補償
電流演算回路CAL 、リミッツタ回路LIM 、比較器C1、電
流制御補償回路GA (s) 、PWM制御回路PWMC3 を備え
ている。
The control device includes a current detector CTA, a compensation current calculation circuit CAL, a limiter circuit LIM, a comparator C1, a current control compensation circuit G A (s), and a PWM control circuit PWMC3.

【0067】補償電流演算回路CAL は図6で説明したも
のと同様に構成されている。図6と異なる点は、直流電
圧源EA を交流変圧器AC-TR によって絶縁し、インバー
タVSI の出力変圧器を省いたことである。直流アクティ
ブフィルタDC-AF から供給する電力は基本的には無効電
力であり、直流電圧源EA からは損失分だけを供給すれ
ばよい。故に、交流変圧器AC-TR 及び整流回路REC の容
量は僅かで済みインバータVSI の出力側に変圧器TRを設
けた図6の装置に比べると、小形軽量化が達成できる利
点がある。
The compensation current calculation circuit CAL has the same configuration as that described with reference to FIG. Figure 6 differs from the DC voltage source E A insulated by AC transformer AC-TR, is that omitting the output transformer of the inverter VSI. Power supplied from DC active filter DC-AF is basically the reactive power may be supplied only loss from the DC voltage source E A. Therefore, the capacity of the AC transformer AC-TR and the rectifier circuit REC is small, and there is an advantage that the size and weight can be reduced as compared with the apparatus of FIG. 6 in which the transformer TR is provided on the output side of the inverter VSI.

【0068】制御回路のリミッタ回路LIM は直流アクテ
ィブフィルタDC-AF から供給する電流IA の最大値を制
限するために挿入している。図8は請求項3に記載の発
明の電力変換装置で用いる直流アクティブフィルタの一
実施例を示す構成図である。LC直列共振回路(LF
F )及び主平滑コンデンサCd は便宜上記載してい
る。
[0068] limiter circuit LIM of the control circuit is inserted to limit the maximum value of the supplied current I A from DC active filter DC-AF. FIG. 8 is a block diagram showing an embodiment of a DC active filter used in the power converter according to the third aspect of the present invention. LC series resonance circuit (L F ,
C F ) and the main smoothing capacitor Cd are shown for convenience.

【0069】図中、P、Nは主回路の直流正側及び負側
端子、CHO は直流チョッパ用スイッチング素子、DCH
チョッパ用フリーホイリングダイオード、Lo は直流リ
アクトル、CSI は単相電流形PWMインバータ、CH
高周波コンデンサ、TRは変圧器、CA は直流コンデンサ
である。単相電流形PWMインバータCSI はスイッチン
グ素子S11〜S14で構成されている。
In the figure, P and N are DC positive and negative terminals of the main circuit, CHO is a switching element for DC chopper, D CH is a free-wheeling diode for chopper, Lo is a DC reactor, and CSI is a single-phase current type. PWM inverter, C H is high frequency capacitor, TR is transformer, the C a is the DC capacitor. The single-phase current-source PWM inverter CSI includes switching elements S11 to S14.

【0070】また、制御装置は、電流検出器CTO ,CTA
,CTF 、比較器C2、電流制御補償回路Ho(s)、補償電
流演算回路CAL 、割算器DIV 、PWM制御回路PWMC4 ,
PWMC5を備えている。
Further, the control device includes current detectors CTO and CTA.
, CTF, comparator C2, current control compensation circuit Ho (s), compensation current calculation circuit CAL, divider DIV, PWM control circuit PWMC4,
Equipped with PWMC5.

【0071】まず、直流チョッパの動作を説明する。電
流検出器CTO により直流電流Io を検出し、比較器C2に
入力し、電流指令値Io * と比較する。その偏差εo =
Io * −Io を電流制御補償Ho(s)により増幅し、電圧
指令値eo * を作り、PWM制御回路PWMC5 に入力す
る。該PWM制御回路PWMC5 は直流リアクトルLo に印
加される電圧の平均値が前記電圧指令値eo * に比例す
るようにスイッチング素子CHO にゲート信号を与える。
First, the operation of the DC chopper will be described. The DC current Io is detected by the current detector CTO, input to the comparator C2, and compared with the current command value Io * . The deviation εo =
Io * -Io is amplified by the current control compensation Ho (s) to produce a voltage command value eo *, which is input to the PWM control circuit PWMC5. The PWM control circuit PWMC5 supplies a gate signal to the switching element CHO such that the average value of the voltage applied to the DC reactor Lo is proportional to the voltage command value eo * .

【0072】即ち、電圧指令値eo * が小さい時は素子
CHO のスイッチング周期Tに対するオン期間tONの割合
を小さくし、eo * が大きくなるに従って素子CHO のオ
ン期間tONの割合を大きくしている。
That is, when the voltage command value eo * is small,
The ratio of the on period t ON for the switching period T of CHO reduced, and increase the ratio of the ON period t ON of the device CHO accordance eo * becomes larger.

【0073】Io * >Io となった場合、前記偏差εは
正の値となり、電圧指令値eo * が増加し、素子CHO の
オン期間tONの割合が大きくなって直流電流Io を増加
させる。逆に、Io * <Io となった場合、前記偏差ε
は負の値となり、電圧指令値eo * が減少し、素子CHO
のオン期間tONの割合が減って、直流電流Io を減少さ
せる。このようにして直流電流Io はその電流指令値I
o * に一致するように制御される。
When Io * > Io, the deviation ε becomes a positive value, the voltage command value eo * increases, the ratio of the ON period t ON of the element CHO increases, and the DC current Io increases. Conversely, if Io * <Io, the deviation ε
Becomes a negative value, the voltage command value eo * decreases, and the element CHO
, The ratio of the ON period t ON decreases, and the DC current Io decreases. In this way, the DC current Io is
o Controlled to match * .

【0074】次に直流アクティブフィルタDC-AF として
の動作を説明する。図8の補償電流演算回路CAL は図6
(b) で説明したものと同じで、電源電圧波高値Vsm、入
力電流波高値指令Ism* 、PWMコンバータCNV の電圧
指令ec *入力電流指令Is * 、直流電圧検出値Vd
と、LC直列共振回路に流れる電流検出値IFOなどから
演算によって直流アクティブフイルタDC-AF が流す補償
電流の指令値IA * を求める。補償電流指令値IA *
割算器DIV に入力し、直流電流検出値Io (又は直流電
流指令値Io * )で割って、電流形インバータCSI のP
WM制御の入力信号kA * とする。
Next, the operation of the DC active filter DC-AF will be described. The compensation current calculation circuit CAL of FIG.
As described in (b), the power supply voltage peak value Vsm, the input current peak value command Ism * , the voltage command ec of the PWM converter CNV *, the input current command Is * , and the DC voltage detection value Vd
When obtains the command value I A of the compensating currents is DC active filter DC-AF by calculating the like current detection value I FO flowing through the LC series resonant circuit *. A compensation current command value I A * is input to divider DIV, divided by the DC current detection value Io (or DC current command value Io *), P of current source inverter CSI
It is assumed that the input signal k A * for the WM control.

【0075】図9は図8の電流形PWMインバータCSI
のPWM制御動作を説明するためのタイムチャート図を
示す。図中、X,YはPWM制御のキャリア信号で、+
1〜−1の間で変化する三角波が多く用いられる。三角
波Y(破線)は三角波X(実線)に対し、180°位相
がずれれている。
FIG. 9 shows the current source PWM inverter CSI of FIG.
3 is a time chart for explaining the PWM control operation of FIG. In the figure, X and Y are carrier signals of PWM control, and +
A triangular wave that changes between 1 and −1 is often used. The phase of the triangular wave Y (broken line) is shifted by 180 ° from the phase of the triangular wave X (solid line).

【0076】三角波Xと変調率kA * とを比較し、素子
S11とS12のゲート信号g1 を作り、又、三角波Yと変
調率kA * とを比較し、素子S13とS14のゲート信号g
2 を作る。即ち、 kA * >Xのとき、g1 =1で、S11:オン(S12:オ
フ) kA * ≦Xのとき、g1 =0で、S11:オフ(S12:オ
ン) kA * >Yのとき、g2 =1で、S14:オン(S13:オ
フ) kA * ≦Yのとき、g2 =0で、S14:オフ(S13:オ
ン) とする。電流形インバータCSI では、電流Io の流れる
経路を確保するため、素子S11とS12のオン期間が少し
重なるようにラップ期間を設ける。素子S13とS14との
間にも同じようにラップ期間を設けている。
The triangular wave X is compared with the modulation factor k A * to generate a gate signal g1 for the elements S11 and S12. The triangular wave Y is compared with the modulation factor k A * to obtain the gate signal g for the elements S13 and S14.
Make 2 That is, when the k A *> X, with g1 = 1, S11: On (S12: OFF) when k A * ≦ X, with g1 = 0, S11: Off (S12: ON) of k A *> Y when, in g2 = 1, S14: on (S13: oFF) when k a * ≦ Y, with g2 = 0, S14: a: (oN S13) off. In the current source inverter CSI, a lap period is provided so that the ON periods of the elements S11 and S12 slightly overlap to secure a path for the current Io to flow. Similarly, a lap period is provided between the elements S13 and S14.

【0077】インバータCSI の出力電流(補償電流)I
A は、素子S11〜S14のオオン/オフ同左によって次の
ようになる。 S11とS14がオンのとき、IA =+Io S11とS13がオンのとき、IA =+0 S12とS14がオンのとき、IA =+0 S12とS13がオンのとき、IA =−Io 図9の最下段に出力電流IA の波形を示す。その平均値
A(av) はkA * ・Ioに等しくなり、補償電流指令値
A * に一致する。図8において、高周波コンデンサC
H は補償電流IA の高調波成分を吸収するために設けら
れる。このようにして、電流形PWMインバータCSI か
ら補償電流IA =IA * が供給される。
Output current (compensation current) I of inverter CSI
A is as follows depending on whether the elements S11 to S14 are on or off. When S11 and S14 is turned on, when I A = + Io S11 and S13 is turned on, when I A = + 0 S12 and S14 is turned on, when I A = + 0 S12 and S13 is ON, I A = -Io view at the bottom of the 9 shows the waveform of the output current I a. The average value I A (av) is equal to k A * · Io, which coincides with compensation current command value I A *. In FIG. 8, the high-frequency capacitor C
H is provided to absorb the harmonic components of compensation current I A. Thus, the compensation current I A = I A * is supplied from the current source PWM inverter CSI.

【0078】この補償電流IA =IA * はLC直列共振
回路回路(LF ,CF )に流れる電流と加えられ、主P
WMコンバータCNV の直流側の変動電流idcを打ち消
す。その結果、図1に示した主平滑コンデンサCd には
変動電流idcが流れなくなり、直流電圧Vd の変動を無
くすることができる。
The compensation current I A = I A * is added to the current flowing through the LC series resonance circuit (L F , C F ), and
Cancels the fluctuating current idc on the DC side of the WM converter CNV. As a result, the fluctuation current idc does not flow through the main smoothing capacitor Cd shown in FIG. 1, and the fluctuation of the DC voltage Vd can be eliminated.

【0079】図8の直流アクティブフィルタを用いた本
発明装置によれば、補償電流IA を直接制御することが
できる利点がある。図10は請求項3に記載の発明の電
力変換装置で用いる直流アクティブフィルタの他の実施
例を示す構成図である。LC直列共振回路回路(LF
F )および主平滑コンデンサCd は便宜上記載してい
る。
[0079] According to the present invention apparatus using a DC active filter of FIG. 8, there is an advantage that it is possible to control the compensation current I A directly. FIG. 10 is a block diagram showing another embodiment of the DC active filter used in the power converter according to the third aspect of the present invention. LC series resonance circuit (L F ,
C F ) and the main smoothing capacitor Cd are shown for convenience.

【0080】図中、P,Nは主回路の直流正側及び負側
端子、Eo は直流電圧源、CHO はDCチョッパ回路のスイ
ッチング素子、DCHはホイーリングダイオード、Lo は
直流リアクトル、CSI は単相電流形PWMインバータ、
H は高周波コンデンサ、CA は直流コンデンサであ
る。単相電流形PWMインバータCSI は、スイッチング
素子S11〜S14で構成されている。
In the figure, P and N are DC positive and negative terminals of the main circuit, Eo is a DC voltage source, CHO is a switching element of a DC chopper circuit, D CH is a wheeling diode, Lo is a DC reactor, and CSI is a DC reactor. Single phase current type PWM inverter,
C H is a high-frequency capacitor and C A is a DC capacitor. The single-phase current-source PWM inverter CSI includes switching elements S11 to S14.

【0081】図8と異なる点は、単相電流形PWMイン
バータCSI の出力変圧器を省略したことである。直流電
圧源Eo の容量は僅かで済み、出力変圧器を省略した
分、直流アクティブフィルタDC-AF の小形軽量化が達成
できる利点がある。他の動作は図8と同様になる。
The difference from FIG. 8 is that the output transformer of the single-phase current source PWM inverter CSI is omitted. Since the capacity of the DC voltage source Eo is small and the output transformer is omitted, there is an advantage that the size and weight of the DC active filter DC-AF can be reduced. Other operations are the same as in FIG.

【0082】図11は請求項4に記載の発明の電力変換
装置で用いる直流アクティブフィルタの一実施例を示す
構成図である。図中、P,Nは主回路の直流正側及び負
側端子、EA は直流卯電圧源、VSI は単相電圧形PWM
インバータ、TRは単相変圧器、LF はリアクトル、CF
は直流平滑コンデンサである。単相電圧形PWMインバ
ータVSI は、スイッチング素子S1 〜S4 とホイーリン
グダイオードD1 〜D4 で構成されている。また、リア
クトルLF は単相変圧器TRの1次側に接続されている。
尚、説明の便宜上、単相変圧器TRの1次/2次巻数比は
1対1とする。
FIG. 11 is a block diagram showing an embodiment of a DC active filter used in the power converter according to the fourth aspect of the present invention. In the figure, P, N are DC positive and negative terminals of the main circuit, E A DC Rabbit voltage source, VSI is single-phase voltage source PWM
Inverter, TR is single-phase transformer, L F is the reactor, C F
Is a DC smoothing capacitor. The single-phase voltage-type PWM inverter VSI is composed of switching elements S1 to S4 and wheeling diodes D1 to D4. Also, the reactor L F is connected to the primary side of the single-phase transformer TR.
For convenience of explanation, the primary / secondary turns ratio of the single-phase transformer TR is 1: 1.

【0083】また、制御装置として、電流検出器CTA 、
補償電流演算回路CAL 、補償電流制御回路ACRF、単相電
圧形PWMインバータのPWM制御回路PWMC3 が設けら
れている。補償電流演算回路CAL は図6( b) で説明し
たものと同じある。
As a control device, a current detector CTA,
A compensation current calculation circuit CAL, a compensation current control circuit ACRF, and a PWM control circuit PWMC3 for a single-phase voltage-type PWM inverter are provided. The compensation current calculation circuit CAL is the same as that described with reference to FIG.

【0084】図11の実施例では、直流アクティブフィ
ルタDC-AF の直流コンデンサCA が省略され、LC直列
共振回路のコンデンサCF によりその作用を兼ねてい
る。即ち、コンデンサCF には共振電流IFOと直流アク
ティブフィルタDC-AF からの補償電流IA の和が流れ、
単相電源の電力変動に基づく変動電流分idcを打ち消す
ように制御される。これにより、直流コンデンサCA
省略し、装置の小形軽量化及びコスト低減を図ることが
できる。
[0084] In the embodiment of FIG. 11, DC active filter DC-AF of the DC capacitor C A is omitted, also serves as the effect by the capacitor C F of the LC series resonant circuit. That is, the capacitor C F flows the sum of the compensation current I A from the DC active filter DC-AF and the resonance current I FO,
The control is performed so as to cancel the fluctuation current idc based on the power fluctuation of the single-phase power supply. As a result, the DC capacitor C A can be omitted, and the device can be reduced in size and weight and cost can be reduced.

【0085】以上説明のように、本発明の電力変換装置
によれば、単相電源に基づく電力変動分はLC直列共振
回路(LF ,CF )と直流アクティブフィルタDC-AF に
吸収され、直流電圧Vd の変動を除去することが可能と
なる。主平滑コンデンサCdにはPWM制御に基づく高
調波電流だけが流れ、主平滑コンデンサCd の容量を大
幅に低減することができる。
As described above, according to the power converter of the present invention, the power fluctuation based on the single-phase power supply is absorbed by the LC series resonance circuit (L F , C F ) and the DC active filter DC-AF, It is possible to eliminate the fluctuation of the DC voltage Vd. Only the harmonic current based on the PWM control flows through the main smoothing capacitor Cd, and the capacity of the main smoothing capacitor Cd can be greatly reduced.

【0086】また、本発明装置では、単相電力の変動分
に基づく補償電流の大部分はLC直列共振回路から供給
されるため、直流アクティブフィルタDC-AF の容量は極
めて小さなもので済む利点がある。
Further, in the device of the present invention, since most of the compensation current based on the variation of the single-phase power is supplied from the LC series resonance circuit, there is an advantage that the capacity of the DC active filter DC-AF can be extremely small. is there.

【0087】直流アクティブフィルタDC-AF に用いられ
るPWM制御変換器 (VSI 又はCSI)の容量は、出力変圧
器の1次/2次の巻数比を1;1として考えると、次の
ようになる。
The capacity of the PWM control converter (VSI or CSI) used in the DC active filter DC-AF is as follows, assuming that the primary / secondary turns ratio of the output transformer is 1: 1. .

【0088】即ち、単相電源による電力変動分を打ち消
すために、全体の補償電流IF =idcを流す必要がある
が、LC直列共振回路に共振電流IFOが流れるため、直
流アクティブフィルタDC-AF からは、IA =idc−IFO
ただけ流せばよい。この値がPWM制御変換器(VSI ま
たはCSI)の電流容量となる。電流IA =IAm・sin
(2ωt)が直流コンデンサCA に流れ込むことによ
り、コンデンサCA に次式で示される電圧VCAが印加さ
れる。
[0088] That is, in order to cancel the power fluctuation of single-phase power supply, it is necessary to flow the entire compensation current I F = idc, to flow the resonance current I FO to LC series resonance circuit, DC active filter DC- from the AF, I a = idc-I FO
Just let it flow. This value is the current capacity of the PWM control converter (VSI or CSI). Current I A = I Am · sin
When (2ωt) flows into the DC capacitor C A , a voltage V CA represented by the following equation is applied to the capacitor C A.

【0089】[0089]

【数12】 VCA=Vd +IAm/(2ωCA )・cos(2ωt) この結果、直流アクティブフィルタDC-AF には、 VA =VCA−Vd =IAm/(2ωCA )・cos(2ω
t) が印加され、PWM制御変換器(VSI またはCSI)の電圧
容量として、VAm=IAm/(2ωCA )が必要になる。
V CA = V d + I Am / (2ωC A ) · cos (2ωt) As a result, in the DC active filter DC-AF, VA = V CA −V d = I Am / (2ωC A ) · cos ( 2ω
t) is applied, and the voltage capacity of the PWM control converter (VSI or CSI) needs to be V Am = I Am / (2ωC A ).

【0090】例えば、負荷PL =3,000[kw] 、直流電圧
Vd =2,000[v]、電源周波数f=ω/2π=50[Hz]、c
osθ=0.9 で運転した場合、全体の補償電流の波高値
は、IFm=VCm・ISm/(2・Vdo)=1,666[A]とな
る。LC直列共振回路にその90% が流れたとして、直流
アクティブフィルタDC-AF の電流の最大値は、IAm=16
6.6[A]となる。また、CA =1000[ μF]とした場合、電
圧容量はVAm=265[v]となる。従って、PWM制御変換
器(VSI またはCSI)の容量は、
For example, load P L = 3,000 [kw], DC voltage Vd = 2,000 [v], power supply frequency f = ω / 2π = 50 [Hz], c
When operated at osθ = 0.9, the peak value of the entire compensation current is I Fm = V Cm · I Sm / (2 · Vdo) = 1,666 [A]. Assuming that 90% of the current flows through the LC series resonance circuit, the maximum value of the current of the DC active filter DC-AF is I Am = 16
6.6 [A]. When C A = 1000 [μF], the voltage capacity is V Am = 265 [v]. Therefore, the capacity of the PWM control converter (VSI or CSI) is

【0091】[0091]

【数13】 IAm・VAm/2=166.6[A]・265[v]/2=22[kVA] となる。これは、3,000[KVA]の主変圧器に対し、0.7[%]
の容量で済むことを意味する。
[Expression 13] I Am · V Am /2=166.6 [A] · 265 [v] / 2 = 22 [kVA] This is 0.7 [%] for 3,000 [KVA] main transformer.
It means that the capacity is enough.

【0092】このように、僅かな容量の直流アクティブ
フィルタDC-AF を設けることにより直流電圧変動を無く
することができ、それを電圧源とする負荷装置に安定し
た定電圧を供給することができるようになる。
As described above, by providing the DC active filter DC-AF having a small capacity, DC voltage fluctuation can be eliminated, and a stable constant voltage can be supplied to a load device using the DC active filter as a voltage source. Become like

【0093】[0093]

【発明の効果】以上説明のように、請求項1に記載の発
明によれば、単相交流電源の電力変動に基づく直流電圧
の変動を無くすることができ、その分電力変換器の利用
率が向上する。また、PWMインバータ駆動の誘導電動
機で問題となっていたインバータ出力電流のビート現象
が無くなり、電動機の振動や騒音が大幅に低減できる。
また、直流平滑コンデンサの容量を大幅に低減でき、電
力変換装置全体の形状や重量を低減することが可能とな
る。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the fluctuation of the DC voltage based on the fluctuation of the power of the single-phase AC power supply can be eliminated, and the utilization rate of the power converter is correspondingly reduced. Is improved. Further, the beat phenomenon of the inverter output current, which has been a problem in the induction motor driven by the PWM inverter, is eliminated, and the vibration and noise of the motor can be greatly reduced.
Further, the capacity of the DC smoothing capacitor can be significantly reduced, and the shape and weight of the entire power converter can be reduced.

【0094】又、請求項2に記載の発明によれば、前述
の効果に加え、直流アクティブフィルタの入力側を変圧
器によって絶縁し、出力側の変圧器を省いたことによ
り、直流アクティブフィルタの出力側に変圧器を設けた
請求項1に記載の発明に比べ小形軽量化が達成できる利
点がある。
According to the second aspect of the present invention, in addition to the above-described effects, the input side of the DC active filter is insulated by the transformer, and the transformer on the output side is omitted. There is an advantage that the size and weight can be reduced as compared with the invention described in claim 1 in which a transformer is provided on the output side.

【0095】更に、請求項3に記載の発明によれば、直
流アクティブフィルタを構成する直流を交流に変換する
変換器を、電流形PWM変換器で構成して前述の効果を
達成したものである。
Further, according to the third aspect of the present invention, the converter for converting direct current into alternating current constituting the direct current active filter is constituted by a current type PWM converter to achieve the above-mentioned effect. .

【0096】又、請求項4に記載の発明によれば、前述
の効果に加え、直流アクティブフィルタの直流コンデン
サを省略し、LC直列共振回路のコンデンサによりその
作用を兼ねさせているので、装置の小形軽量化及びコス
ト低減を図ることができる。更に、請求項5に記載の発
明によれば、単相交流電源の電力変動に基づく直流電圧
変動の抑制を高精度な制御によって達成可能としたもの
である。
According to the fourth aspect of the present invention, in addition to the above-described effects, the DC capacitor of the DC active filter is omitted and the function of the LC series resonance circuit is also used. Small size, light weight, and cost reduction can be achieved. Furthermore, according to the fifth aspect of the invention, it is possible to suppress the DC voltage fluctuation based on the power fluctuation of the single-phase AC power supply by achieving high-precision control.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】請求項1に記載の発明の電力変換装置の一実施
例を示す構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of a power conversion device according to the present invention.

【図2】[図1]の電力変換装置の動作を説明するため
の電圧、電流ベクトル図。
FIG. 2 is a voltage and current vector diagram for explaining the operation of the power converter of FIG. 1;

【図3】[図1]の電力変換装置の力行運転時の動作を
説明するための各部電圧、電流及び電力の波形図。
FIG. 3 is a waveform chart of voltages, currents, and powers of respective parts for describing an operation of the power converter of FIG. 1 during a power running operation.

【図4】[図1]の電力変換装置の回生運転時の動作を
説明するための各部電圧、電流及び電力の波形図。
FIG. 4 is a waveform diagram of voltages, currents, and powers of respective parts for describing an operation of the power converter of FIG. 1 during a regenerative operation.

【図5】[図1]の電力変換装置の動作を説明するため
の等価回路図。
FIG. 5 is an equivalent circuit diagram for explaining the operation of the power converter of FIG. 1;

【図6】[図1]の直流アクティブフィルタの具体的一
実施例を示す構成図で、(a)は主回路側の構成図、
(b)は制御回路側の構成図。
FIG. 6 is a configuration diagram showing a specific example of the DC active filter in FIG. 1; FIG. 6A is a configuration diagram on a main circuit side;
(B) is a configuration diagram on the control circuit side.

【図7】請求項2に記載の発明の電力変換装置に用いる
直流アクティブフィルタの一実施例を示す構成図。
FIG. 7 is a configuration diagram showing an embodiment of a DC active filter used in the power converter according to the invention of claim 2;

【図8】請求項3に記載の発明の電力変換装置に用いる
直流アクティブフィルタの一実施例を示す構成図。
FIG. 8 is a configuration diagram showing one embodiment of a DC active filter used in the power converter according to the third aspect of the present invention.

【図9】[図8]の直流アクティブフィルタのPWM制
御動作を説明するためのタイムチャート。
FIG. 9 is a time chart for explaining a PWM control operation of the DC active filter in FIG. 8;

【図10】請求項3に記載の発明の電力変換装置に用い
る直流アクティブフィルタの他の実施例を示す構成図。
FIG. 10 is a configuration diagram showing another embodiment of the DC active filter used in the power converter according to the third aspect of the present invention.

【図11】請求項4に記載の発明の電力変換装置に用い
る直流アクティブフィルタの一実施例を示す構成図。
FIG. 11 is a configuration diagram showing an embodiment of a DC active filter used in the power converter according to the invention of claim 4.

【図12】従来の電力変換装置の構成図。FIG. 12 is a configuration diagram of a conventional power converter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

SUP …単相交流電源 LS
…交流リアクトル CNV …主PWMコンバータ Cd
…主平滑コンデンサ LF …インダクタンス CF
…コンデンサ DC-AF …直流アクティブフィイルタ INV
…主PWMインバータ IM …誘導電動機
SUP… Single-phase AC power supply L S
... AC reactor CNV ... Main PWM converter Cd
… Main smoothing capacitor L F … Inductance C F
… Capacitor DC-AF… DC active filter INV
… Main PWM inverter IM… Induction motor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 7/155 H02M 1/14 H02M 7/48 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H02M 7/155 H02M 1/14 H02M 7/48

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】単相交流電源と、該単相交流電源の交流電
力を直流電力に変換する主PWMコンバータと、該主P
WMコンバータの直流端子間に接続された主平滑コンデ
ンサと、該主平滑コンデンサを直流電源とする負荷装置
と、前記主平滑コンデンサに並列接続され前記単相交流
電源の周波数の2倍の周波数付近に共振周波数を合せた
LC直列共振回路と、前記主PWMコンバータの直流回
路に設けられる直流アクティブフィルタを具備し、該直
流アクティブフィルタは、直流定電圧源と、該直流定電
圧源の直流電圧を可変電圧の交流電圧に変換する電圧形
PWMインバータと、該電圧形PWMインバータの交流
出力端子に接続された単相変圧器と、該単相変圧器の2
次巻線を介して前記主PWMコンバータの直流端子間に
接続された直流コンデンサと、前記主PWMコンバータ
の出力電流に含まれる交流分と前記LC直列共振回路に
流れる共振電流との差を補償電流指令値として前記電圧
形PWMインバータを制御することにより前記単相交流
電源の周波数の2倍の周波数に起因して変動する前記主
PWMコンバータの直流電圧の変動を抑制する手段を備
えたことを特徴とする電力変換装置。
1. A single-phase AC power supply; a main PWM converter for converting AC power of the single-phase AC power supply to DC power;
A main smoothing capacitor connected between the DC terminals of the WM converter, a load device using the main smoothing capacitor as a DC power supply, and a power supply connected in parallel to the main smoothing capacitor and having a frequency around twice the frequency of the single-phase AC power supply; An LC series resonance circuit having a matched resonance frequency, and a DC active filter provided in a DC circuit of the main PWM converter, wherein the DC active filter varies a DC constant voltage source and a DC voltage of the DC constant voltage source. A voltage-type PWM inverter for converting a voltage into an AC voltage, a single-phase transformer connected to an AC output terminal of the voltage-type PWM inverter, and two of the single-phase transformer.
A DC capacitor connected between the DC terminals of the main PWM converter via a secondary winding; and a compensation current for compensating a difference between an AC component included in an output current of the main PWM converter and a resonance current flowing in the LC series resonance circuit. Means for controlling the voltage-type PWM inverter as a command value to suppress fluctuations in the DC voltage of the main PWM converter that fluctuate due to twice the frequency of the single-phase AC power supply. Power converter.
【請求項2】単相交流電源と、該単相交流電源の交流電
力を直流電力に変換する主PWMコンバータと、該主P
WMコンバータの直流端子間に接続された主平滑コンデ
ンサと、該主平滑コンデンサを直流電源とする負荷装置
と、前記主平滑コンデンサに並列接続され前記単相交流
電源の周波数の2倍の周波数付近に共振周波数を合せた
LC直列共振回路と、前記主PWMコンバータの直流回
路に設けられる直流アクティブフィルタを具備し、該直
流アクティブフィルタは、変圧器を介して供給される交
流を直流に変換する整流器と、該整流器の直流電圧を可
変電圧の交流電圧に変換する電圧形PWMインバータ
と、該電圧形PWMインバータの交流端子の一端と前記
主PWMコンバータの直流端子の一端との間に接続され
たリアクトルと、前記電圧形PWMインバータの交流端
子の他端と前記主PWMコンバータの直流端子の他端と
の間に接続された直流コンデンサと、前記主PWMコン
バータの出力電流に含まれる交流分と前記LC直列共振
回路に流れる共振電流との差を補償電流指令値として前
記電圧形PWMインバータを制御することにより前記単
相交流電源の周波数の2倍の周波数に起因して変動する
前記主PWMコンバータの直流電圧の変動を抑制する手
段を備えたことを特徴とする電力変換装置。
2. A single-phase AC power supply; a main PWM converter for converting AC power of the single-phase AC power supply to DC power;
A main smoothing capacitor connected between the DC terminals of the WM converter, a load device using the main smoothing capacitor as a DC power supply, and a power supply connected in parallel to the main smoothing capacitor and having a frequency around twice the frequency of the single-phase AC power supply; An LC series resonance circuit having a matched resonance frequency, and a DC active filter provided in a DC circuit of the main PWM converter, wherein the DC active filter includes a rectifier that converts an AC supplied through a transformer into a DC. A voltage-type PWM inverter for converting the DC voltage of the rectifier into a variable voltage AC voltage, and a reactor connected between one end of an AC terminal of the voltage-type PWM inverter and one end of a DC terminal of the main PWM converter. A direct connection between the other end of the AC terminal of the voltage type PWM inverter and the other end of the DC terminal of the main PWM converter. Controlling the voltage-type PWM inverter by using a capacitor and a difference between an AC component included in an output current of the main PWM converter and a resonance current flowing through the LC series resonance circuit as a compensation current command value to thereby control the single-phase AC power supply. A power converter, comprising: means for suppressing fluctuation of a DC voltage of the main PWM converter, which fluctuates due to a frequency twice as high as the frequency.
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