JP2003143760A - Power supply apparatus - Google Patents
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- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/30—Reactive power compensation
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、直流交流変換を行
うＤＣ−ＡＣ電源装置に関する。本発明は、商用電源と
負荷とに並列に介挿され、商用電源側の交流電圧波形に
同期した位相の電流波形を出力できる電源装置に関す
る。本発明は、商用電源に接続された負荷装置に接続し
て力率改善を行ったり、アクティブフィルタ機能付の無
停電電源装置（ＵＰＳ）として利用できる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a DC-AC power supply device that performs DC / AC conversion. The present invention relates to a power supply device that is inserted in parallel with a commercial power supply and a load and can output a current waveform having a phase synchronized with an AC voltage waveform on the commercial power supply side. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as an uninterruptible power supply (UPS) with an active filter function by connecting to a load device connected to a commercial power source to improve a power factor.
【０００２】[0002]
【従来技術】無停電電源装置のインバータ回路は、直流
電源を電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）やＩＧＢＴ（ G
ate Insulated Bipolar Transistor ）などのパワー半
導体からなるスイッチング素子をパルス幅制御（ＰＷＭ
制御）を行って正弦波の交流電圧を作り、直流の電気エ
ネルギを交流電圧源に変換して負荷に電力を供給してい
る。このようなインバータ装置を電圧制御型インバータ
と呼んでいる。2. Description of the Related Art An inverter circuit of an uninterruptible power supply uses a DC power supply as a field effect transistor (FET) or IGBT (G).
Pulse width control (PWM) of switching elements made of power semiconductors such as ate Insulated Bipolar Transistor
Control) to generate a sinusoidal AC voltage, convert DC electric energy into an AC voltage source, and supply power to the load. Such an inverter device is called a voltage control type inverter.
【０００３】このような電圧制御型インバータの動作を
説明する。The operation of such a voltage control type inverter will be described.
【０００４】図７は、従来の直流−交流変換型のインバ
ータ装置を示している。インバータＩＮＶのスイッチン
グ素子として、ＦＥＴを用いたＱ1 、Ｑ2 、Ｑ3 、Ｑ4
と、直流源であって蓄電素子として機能するコンデンサ
Ｃ1 と、交流側出力に接続されたリアクトルＬ1 、コン
デンサＣ2 とを備えている。なお、インバータ装置の出
力直後の電圧Ｖ1 、交流出力電圧Ｖ2 を検出する検出手
段については図示していない。また、図８は、このイン
バータ装置の制御部の構成を示すものである。FIG. 7 shows a conventional DC-AC conversion type inverter device. As the switching elements of the inverter INV, Q 1, Q 2, Q 3 using FET, Q 4
And a capacitor C 1 that is a DC source and functions as a storage element, a reactor L 1 connected to an AC output, and a capacitor C 2 . The detection means for detecting the voltage V 1 and the AC output voltage V 2 immediately after the output of the inverter device is not shown. Further, FIG. 8 shows a configuration of a control unit of this inverter device.
【０００５】この制御部は、出力する電圧の基本周波数
信号を生成出力する基本周波数信号発生回路２１と、こ
の基本周波数信号を入力して電圧波形の基準正弦波を生
成する基準電圧正弦波発生回路２２と、交流出力電圧Ｖ
2と前記基準電圧正弦波発生回路２２の出力との差分を
増幅してその振幅が後述の三角波と比較できるレベルの
差動信号を生成する差動増幅回路２３と、スイッチング
素子のスイッチング制御の基準となるキャリアと称され
る高周波（例えば数ｋＨｚから数十ｋＨｚ）の第一の三
角波１を発生する三角波発生回路２４と、この第一の三
角波とは逆相の第二の三角波２を発生する三角波発生回
路２５と、差動信号と第一の三角波とを比較する第一の
比較回路２６と、差動信号と第二の三角波とを比較する
第二の比較回路２７と、基本周波数信号と比較回路２
６、２７の比較出力を入力して、スイッチング素子Ｑ
1 、Ｑ2 、Ｑ3 、Ｑ4 のパルス幅制御信号（具体的には
トランジスタのゲート信号）Ｑ1G 、Ｑ2G 、Ｑ3G 、Ｑ
4Gを出力するＰＷＭロジック回路２９とを備えている。This control unit includes a basic frequency signal generating circuit 21 for generating and outputting a basic frequency signal of an output voltage, and a reference voltage sine wave generating circuit for inputting the basic frequency signal and generating a reference sine wave of a voltage waveform. 22 and AC output voltage V
A differential amplifier circuit 23 that amplifies the difference between 2 and the output of the reference voltage sine wave generation circuit 22 to generate a differential signal whose amplitude can be compared with a later-described triangular wave, and a reference for switching control of a switching element. And a triangular wave generating circuit 24 for generating a first triangular wave 1 of high frequency (for example, several kHz to several tens of kHz) called a carrier, and a second triangular wave 2 opposite in phase to the first triangular wave. A triangular wave generating circuit 25, a first comparing circuit 26 for comparing a differential signal with a first triangular wave, a second comparing circuit 27 for comparing a differential signal with a second triangular wave, and a basic frequency signal. Comparison circuit 2
Input the comparison output of 6 and 27, and switch element Q
1 , Q 2 , Q 3 , Q 4 pulse width control signals (specifically, transistor gate signals) Q 1G , Q 2G , Q 3G , Q
It has a PWM logic circuit 29 for outputting 4G .
【０００６】電圧制御型インバータの動作を図９にその
波形を示して説明する。The operation of the voltage-controlled inverter will be described with reference to its waveform in FIG.
【０００７】基本周波数信号発生回路２１の出力に基づ
いて基準電圧正弦波発生回路２２で、商用電源の交流電
圧波形と同一周波数の正弦波を生成する。交流出力電圧
Ｖ2の出力と基準電圧正弦波とを差動増幅する差動増幅
回路２３によって、差動信号を生成する。この差動信号
と第一の三角波１および第二の三角波２とを比較し、差
動信号と三角波との交差ポイントを抽出する。この様子
を図９の（１）の波形図に示す。そして、基本周波数信
号（図９（２））と比較１、比較２の出力をＰＷＭロジ
ック回路２９に入力してＰＷＭ制御信号を生成する。図
９（２）に示すように基本周波数信号は、交流電圧波形
がどの半サイクルであるかを示しており、この基本周波
数信号と二つの三角波と差動信号との交差ポイントのデ
ータを組み合わせることによってＰＷＭロジック回路２
９は４つのスイッチング素子Ｑ1〜Ｑ4 のゲートのオン
オフを制御するＰＷＭ制御信号を生成する。このＰＷＭ
制御信号は図９（３）〜（６）に示すとおりであり、交
流電圧波形が図９の左側の半サイクル（正側）であると
き、三角波１と差動信号との交差ポイントのうち三角波
１＜差動信号の間は、スイッチング素子Ｑ1 はオンであ
り、スイッチング素子Ｑ2 はオフとし、その逆の期間は
スイッチング素子Ｑ1 はオフ、スイッチング素子Ｑ2 は
オンに制御する。また、三角波２と差動信号との交差ポ
イントについては、三角波２＞差動信号の間は、スイッ
チング素子Ｑ3 はオン、スイッチング素子Ｑ4 はオフ、
その逆の期間は、スイッチング素子Ｑ3 はオフ、スイッ
チング素子Ｑ4 はオンに制御する。Based on the output of the basic frequency signal generation circuit 21, the reference voltage sine wave generation circuit 22 generates a sine wave having the same frequency as the AC voltage waveform of the commercial power supply. A differential signal is generated by the differential amplifier circuit 23 that differentially amplifies the output of the AC output voltage V 2 and the reference voltage sine wave. This differential signal is compared with the first triangular wave 1 and the second triangular wave 2 to extract the crossing points of the differential signal and the triangular wave. This is shown in the waveform chart of (1) in FIG. Then, the fundamental frequency signal (FIG. 9 (2)) and the outputs of the comparison 1 and the comparison 2 are input to the PWM logic circuit 29 to generate the PWM control signal. As shown in FIG. 9 (2), the fundamental frequency signal indicates which half cycle the AC voltage waveform is, and the data of the crossing points of this fundamental frequency signal, two triangular waves and the differential signal are combined. By PWM logic circuit 2
9 generates a PWM control signal for controlling the on-off of the four gates of the switching elements Q 1 to Q 4. This PWM
The control signal is as shown in FIGS. 9 (3) to (6), and when the AC voltage waveform is the left half cycle (positive side) of FIG. 9, the triangular wave is one of the intersections of the triangular wave 1 and the differential signal. While 1 <differential signal, the switching element Q 1 is on, the switching element Q 2 is off, and in the opposite period, the switching element Q 1 is off and the switching element Q 2 is on. Regarding the crossing point between the triangular wave 2 and the differential signal, the switching element Q 3 is on, the switching element Q 4 is off, and the triangular wave 2> the differential signal.
During the opposite period, the switching element Q 3 is turned off and the switching element Q 4 is turned on.
【０００８】このように制御したときの、インバータ直
後の電圧波形Ｖ1 は図９（７）に示すようなパルス幅の
ものとなり、これをリアトクトルＬ1とコンデンサＣ2
からなるフィルタ回路を通過させて波形整形することに
よって、図９（７）の交流出力電圧Ｖ2 に示される正弦
波波形の交流出力を得ることができる。When controlled in this way, the voltage waveform V 1 immediately after the inverter has a pulse width as shown in FIG. 9 (7), and this is represented by the reactor L 1 and the capacitor C 2.
An AC output having a sine wave waveform shown by the AC output voltage V 2 in FIG. 9 (7) can be obtained by passing the signal through the filter circuit consisting of (3) and shaping the waveform.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】電圧制御型インバータ
は、図９（７）の出力電圧波形Ｖ2 にみられるようにイ
ンバータの交流出力電圧を正弦波の波形にすることはで
きるが、出力電流波形を任意の波形にして制御すること
はできない。In the voltage-controlled inverter, the AC output voltage of the inverter can be made into a sinusoidal waveform as shown in the output voltage waveform V 2 of FIG. 9 (7), but the output current is The waveform cannot be controlled as an arbitrary waveform.
【００１０】例えば、商用電源に負荷が接続されたとこ
ろに、並列にこのインバータを接続する場合、図１０に
示すようにリアクトルＬ2 を介してインバータが接続さ
れる形態となる。商用電源からはＶ3 の交流電圧が、イ
ンバータからはＶ2 の交流電圧が負荷に供給されること
になる。二つの交流の電圧差および位相差によってリア
クトルＬ2 にはＶL2 の電圧が生じ、ＩL2の電流が生ず
ることになる。この電流ＩL2のベクトル方向は、二つの
電圧波形の差によって変化するが、その電流波形はきれ
いな正弦波にしかなり得ない。また、この方式では商用
入力電流の位相がずれて力率が極端に悪くなり、入力容
量が増える場合がある。このように、インバータの出力
に交流電源が接続された形態のときにインバータの出力
電流波形を制御することは難しい問題があった。For example, when the inverters are connected in parallel where a load is connected to the commercial power source, the inverters are connected via the reactor L 2 as shown in FIG. An AC voltage of V 3 is supplied from the commercial power source, and an AC voltage of V 2 is supplied from the inverter to the load. Due to the voltage difference and the phase difference between the two alternating currents, a voltage of V L2 is generated in the reactor L 2 and a current of I L2 is generated. The vector direction of the current I L2 changes depending on the difference between the two voltage waveforms, but the current waveform can hardly be a clean sine wave. Further, in this method, the phase of the commercial input current is deviated, the power factor is extremely deteriorated, and the input capacitance may increase. As described above, it is difficult to control the output current waveform of the inverter when the AC power supply is connected to the output of the inverter.
【００１１】また、家庭用太陽電池の普及や分散小型発
電装置の普及により、これらの発電装置の出力を売電す
ることが考えられる。この場合、ほとんどの家電品の入
力にはコンデンサインプット型の整流回路が使用されて
いて、その入力電流波形や入力効率が悪くなっている。
これらは家電品や他の機器の誤動作や異常発熱を引き起
こす要因になっており、それらの問題を解決できる安価
なアクティブフィルタ機能を備えた装置が求められてい
る。Further, it is conceivable that the output of these power generators will be sold due to the spread of household solar cells and the spread of small power generators. In this case, most home electric appliances use a capacitor input type rectifier circuit for input, and the input current waveform and the input efficiency are deteriorated.
These are factors that cause malfunctions and abnormal heat generation of home appliances and other devices, and there is a demand for an inexpensive device having an active filter function that can solve these problems.
【００１２】本発明は、このような問題を解決するもの
で、インバータから任意の波形の電流波形を出力するこ
とができる電源装置を提供することを目的とする。本発
明は、インバータに接続された商用電源の交流波形に同
期することができ、それによって双方向インバータとし
て機能して、アクティブフィルタ、力率改善、系統連係
が可能な電源装置を提供することを目的とする。The present invention solves such a problem, and an object thereof is to provide a power supply device capable of outputting an arbitrary current waveform from an inverter. The present invention provides a power supply device that can be synchronized with an AC waveform of a commercial power supply connected to an inverter, thereby functioning as a bidirectional inverter, and capable of active filter, power factor correction, and grid connection. To aim.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明は、インバータの
出力電流波形を基準電流波形に対応する波形となるよう
にインバータのスイッチング素子のＰＷＭ制御信号（ゲ
ート信号）を制御する。このとき、電流波形の一つの半
サイクルで、インバータから交流電源側に電流が流れる
モード、同一の方向で今度はインバータ側（蓄電素子
側）に電流が流れるモードの二つの動作モードのスイッ
チングを組み合わせることによって任意の電流波形を生
成する。According to the present invention, a PWM control signal (gate signal) of a switching element of an inverter is controlled so that an output current waveform of the inverter becomes a waveform corresponding to a reference current waveform. At this time, in one half cycle of the current waveform, switching is performed in two operation modes: a mode in which current flows from the inverter to the AC power supply side, and a mode in which current flows in the same direction this time to the inverter side (storage element side). To generate an arbitrary current waveform.
【００１４】すなわち、本発明は、交流電源と負荷とに
並列に介挿され、蓄電素子と、直流を交流に変換して前
記負荷側に出力し、交流を直流に変換して前記蓄電素子
側に出力する直流交流変換手段としてのインバータと、
前記インバータのスイッチング素子のパルス幅制御信号
を出力する制御部とを備え、前記インバータのスイッチ
ング素子群と前記交流電源との間に、直列にリアクトル
が接続されるとともにコンデンサが並列に接続され、前
記インバータの出力電流を検出する電流検出手段と、前
記交流電源の電圧波形を検出する電圧検出手段とが接続
され、前記制御部は、前記インバータのスイッチング素
子を電流波形の一方の極性の半サイクルでは、インバー
タの直流電圧とその時点での前記交流電源の電圧とを加
算して前記リアクトルに電気エネルギを蓄えるパターン
と、この前記リアクトルに蓄えられた電気エネルギをイ
ンバータの前記蓄電素子に流し込むパターンとを交互に
繰り返すスイッチング制御を行い、次の半サイクルで
は、前記半サイクルとは逆の電流方向で、インバータの
直流電流を前記リアクトルに蓄えるパターンとこの前記
リアクトルに蓄えられた電気エネルギを交流電源側に流
し込むパターンとを交互に繰り返すスイッチング制御を
行う手段を含むことを特徴とする。That is, according to the present invention, an AC power source and a load are inserted in parallel, and a storage element and a direct current are converted into an alternating current and output to the load side, and an alternating current is converted into a direct current to the storage element side. An inverter as a DC / AC converting means for outputting to
A controller for outputting a pulse width control signal of the switching element of the inverter, between the switching element group of the inverter and the AC power supply, a reactor is connected in series and a capacitor is connected in parallel, A current detecting means for detecting the output current of the inverter and a voltage detecting means for detecting the voltage waveform of the AC power source are connected, and the control unit controls the switching element of the inverter in a half cycle of one polarity of the current waveform. , A pattern in which the DC voltage of the inverter and the voltage of the AC power supply at that time are added to store electrical energy in the reactor, and a pattern in which the electrical energy stored in the reactor is poured into the storage element of the inverter. Switching control is repeated alternately. In the next half cycle, the half cycle Is a reverse current direction, including a means for performing switching control which alternately repeats a pattern for storing the DC current of the inverter in the reactor and a pattern for flowing the electrical energy stored in the reactor to the AC power supply side. To do.
【００１５】また、本発明の電源装置の制御部は、前記
交流電源の電圧波形に同期し設定された基準電流波形を
発生する基準電流波形発生回路と、互いに位相が反転し
た二つの三角波を発生する三角波発生回路と、前記電流
検出手段の出力と前記基準電流波形とを差動増幅した電
流差動信号を生成する手段と、この電流差動信号と前記
ふたつの三角波とをそれぞれ比較する比較手段と、前記
電流差動信号および前記三角波との比較出力とを入力
し、前記インバータのスイッチング素子にパルス幅制御
信号を出力する論理回路とを備え、前記論理回路は、前
記基準電流波形の第一の半サイクルでは、前記電流差動
信号が第一の三角波との比較出力または第二の三角波と
の比較出力に基づいて、電流差動信号が前記第一の三角
波または前記第二の三角波より低いレベルの場合は前記
蓄電素子から交流電源側に第一の方向で電流が流れるよ
うにスイッチング素子を導通させ、電流差動信号が前記
第一の三角波または第二の三角波より高いレベルの場合
は、交流電流側から前記蓄電素子側に第一の方向で電流
が流れ込むようにスイッチング素子を導通させ、前記基
準波の第二の半サイクルでは、前記電流差動信号が第一
の三角波または第二の三角波より高いレベルのときは、
前記第一の方向とは逆の第二の方向で前記蓄電素子の電
流が前記リアクトルに流れるようにスイッチング素子を
導通させ、前記電流差動信号が第一の三角波または第二
の三角波より低いレベルのときは、前記リアクトルの電
力が交流電源側に流れ込むようにスイッチング素子を導
通させるように前記ＰＷＭ制御信号を出力する手段を含
むことができる。Further, the control unit of the power supply device of the present invention generates a reference current waveform generating circuit that generates a reference current waveform that is set in synchronization with the voltage waveform of the AC power source, and generates two triangular waves whose phases are mutually inverted. A triangular wave generating circuit, a means for generating a current differential signal by differentially amplifying the output of the current detecting means and the reference current waveform, and a comparing means for respectively comparing the current differential signal and the two triangular waves. And a logic circuit that inputs the current differential signal and a comparison output with the triangular wave and outputs a pulse width control signal to the switching element of the inverter, wherein the logic circuit is the first of the reference current waveforms. In the half cycle of, the current differential signal is changed to the first triangular wave or the second triangular wave based on the comparison output of the current differential signal with the first triangular wave or the second triangular wave. When the level is lower than the angular wave, the switching element is turned on so that the current flows from the storage element to the AC power source side in the first direction, and the current differential signal is higher than the first triangular wave or the second triangular wave. In the case of, the switching element is turned on so that a current flows from the alternating current side to the storage element side in the first direction, and in the second half cycle of the reference wave, the current differential signal is the first triangular wave. Or when the level is higher than the second triangular wave,
Conducting a switching element so that a current of the storage element flows in the reactor in a second direction opposite to the first direction, and the current differential signal has a level lower than that of the first triangular wave or the second triangular wave. In this case, it is possible to include means for outputting the PWM control signal so that the switching element is brought into conduction so that the electric power of the reactor flows into the AC power source side.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１７】図１は本発明実施例の電源装置であるイン
バータの接続構成を示すものであり、図２は、インバー
タの制御部の構成を示す。すなわち、本発明の電源装置
は、商用電源ＣＳおよび負荷ＲＬに並列に介挿され、蓄
電素子としてのコンデンサＣ 1と、直流を交流に変換し
て前記負荷側に出力し、交流を直流に変換して前記蓄電
素子側に出力する直流交流変換手段としてのインバータ
ＩＮＶと、インバータＩＮＶのスイッチング素子Ｑ1 〜
Ｑ4のパルス幅制御信号を出力する図示されていない制
御部とを備えている。また、インバータＩＮＶのスイッ
チング素子群と前記交流電源との間に、出力交流を整形
するリアクトルＬ1およびコンデンサＣ2で構成されたフ
ィルタ回路および前記インバータの出力電流を検出する
電流検出手段として電流検出器ＣＴ1と、図示されてい
ない前記負荷に流れる電圧を検出する電圧検出手段とが
接続されている。FIG. 1 shows the power supply device of the embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows a connection configuration of the inverter, and FIG.
The structure of the control unit of the computer is shown. That is, the power supply device of the present invention
Is inserted in parallel with the commercial power source CS and the load RL, and
Capacitor C as electric element 1And convert DC to AC
Output to the load side and convert AC to DC to store the electricity.
Inverter as a DC / AC converter that outputs to the element side
INV and the switching element Q of the inverter INV1 ~
QFourA controller (not shown) that outputs a pulse width control signal of
It has a control section. In addition, the inverter INV switch
Shaping the output AC between the group of ching elements and the AC power supply
Reactor L1And capacitor C2Consisting of
The output current of the filter circuit and the inverter is detected.
Current detector CT as current detecting means1And illustrated
Voltage detecting means for detecting the voltage flowing through the load
It is connected.
【００１８】前記制御部の構成は図２に示されており、
商用電源の交流電圧波形との同期をとる同期回路１１
と、この同期回路１１の出力に基づいて電圧波形に同期
し設定された任意の基準電流波形（例えば、基本周波数
の３倍周波の正弦波）を発生する基準電流波形発生回路
１２と、電流検出器ＣＴ1の検出した電流波形と基準電
流波形とを差動増幅してその振幅を調整した差動電流信
号を出力する差動増幅回路１３と、第一の三角波を発生
する三角波発生回路１４、この第一の三角波と位相とは
逆相の第二の三角波を発生する三角波発生回路１５と、
この二つの三角波発生回路の出力する三角波と電流差動
信号とを比較して、その交差ポイントの情報を出力する
比較回路１６、１７と、電圧波形の同期信号と、整形回
路１８により波形整形された電流差動信号と、比較回路
１６、１７の比較出力とを入力し、インバータのスイッ
チング素子Ｑ1 〜Ｑ4 のＰＷＭ制御信号を出力するＰＷ
Ｍロジック回路１９とを備えている。The structure of the control unit is shown in FIG.
Synchronization circuit 11 for synchronizing with the AC voltage waveform of the commercial power supply
A reference current waveform generating circuit 12 that generates an arbitrary reference current waveform (for example, a sine wave having a triple frequency of a fundamental frequency) that is set in synchronization with the voltage waveform based on the output of the synchronizing circuit 11; A differential amplifier circuit 13 that differentially amplifies the current waveform detected by the device CT 1 and a reference current waveform and outputs a differential current signal whose amplitude is adjusted, and a triangular wave generation circuit 14 that generates a first triangular wave, A triangular wave generating circuit 15 for generating a second triangular wave having a phase opposite to that of the first triangular wave;
Waveforms are shaped by comparison circuits 16 and 17 that compare the triangular waves output from the two triangular wave generation circuits with the current differential signal and output information at the crossing points, the voltage waveform synchronization signal, and the shaping circuit 18. PW which inputs the current differential signal and the comparison outputs of the comparison circuits 16 and 17 and outputs the PWM control signals of the switching elements Q 1 to Q 4 of the inverter.
And an M logic circuit 19.
【００１９】図８の従来の電源装置の制御部の構成と
は、電流波形制御の点で相違するが、もっとも大きな相
違点は、インバータのスイッチング素子Ｑ1 〜Ｑ4の制
御を行うためのＰＷＭロジック回路１９が出力するスイ
ッチング素子のＰＷＭ制御信号である。Although it differs from the configuration of the control unit of the conventional power supply device of FIG. 8 in the point of current waveform control, the biggest difference is the PWM for controlling the switching elements Q 1 to Q 4 of the inverter. It is a PWM control signal of the switching element output from the logic circuit 19.
【００２０】図３ないし図６の動作波形図を参照して、
実施例の電源装置の動作を説明する。Referring to the operation waveform diagrams of FIGS. 3 to 6,
The operation of the power supply device of the embodiment will be described.
【００２１】図３は、このインバータの各部および出力
の波形を示す図である。図４は、図３のＡ部（電流差動
信号が負側）を拡大した波形図であり、図５はＢ部（電
流差動信号が正側）を拡大した波形図であり、図６は図
４、図５に〜で示す時点での電流の流れる方向を示
すものである。FIG. 3 is a diagram showing waveforms of respective parts and outputs of this inverter. 4 is an enlarged waveform diagram of part A (current differential signal is negative side) of FIG. 3, and FIG. 5 is an enlarged waveform diagram of part B (current differential signal is positive side). Shows the direction of current flow at the time points indicated by to in FIGS.
【００２２】図３は、インバータの制御信号と交流出力
電流の１サイクルの動作波形を示す。この図３に示す例
では、電流波形の周波数は商用交流電圧波形の３倍の周
波数としているが、これは本実施例装置では、外部電圧
源に対して自由な電流波形を出力できるということを示
している。FIG. 3 shows operation waveforms of the inverter control signal and the AC output current in one cycle. In the example shown in FIG. 3, the frequency of the current waveform is three times the frequency of the commercial AC voltage waveform. This means that the device of this embodiment can output a free current waveform to the external voltage source. Shows.
【００２３】同期回路１１は、図示されない電圧検出器
からの商用電源の電圧波形Ｖ2との同期をとり、その同
期結果を基本周波数信号（４）として基準電流波形発生
回路１２、ＰＷＭロジック回路１９に出力する。基準電
流波形発生回路１２は、基本周波数信号を入力しインバ
ータに発生させたい任意の電流波形を出力する。発生さ
せたい基本電流波形は基本電流発生回路に設定する。差
動増幅回路１３において電流検出器ＣＴ1が検出した交
流出力電流Ｉ１と基準電流波形発生回路１２で作られた
基本電流波形信号とが差動増幅され、三角波と比較する
ためのレベルに調整された電流差動信号を出力する。こ
の電流差動信号は図３の（２）、（３）に示される波形
である。この電流差動信号について整形回路１８によ
り、図３（５）に示される電流差動整形信号としてＰＷ
Ｍロジック回路１９に入力される。三角波発生回路１４
は、三角波１を発生し、三角波発生回路１５は、この三
角波１を入力してこれとは逆相の三角波２を発生する。
この三角波１、第二の三角波２とは図３の（２）、
（３）の波形図に示されているが、この周波数を１５ｋ
Ｈｚ〜２０ｋＨｚとすることで、出力電流Ｉ1 の波形の
ギザギザを小さくすることができ、基準電流波形にほと
んど一致するようにすることができる。三角波１は比較
回路１６で、三角波２は比較回路１７でそれぞれ電流差
動信号と比較され、三角波と電流差動信号との交差ポイ
ントが抽出され、この比較結果はＰＷＭロジック回路１
９に入力される。The synchronizing circuit 11 synchronizes with a voltage waveform V 2 of a commercial power source from a voltage detector (not shown), and the synchronization result is used as a basic frequency signal (4) to generate a reference current waveform generating circuit 12 and a PWM logic circuit 19. Output to. The reference current waveform generation circuit 12 inputs the fundamental frequency signal and outputs an arbitrary current waveform desired to be generated in the inverter. The basic current waveform to be generated is set in the basic current generation circuit. In the differential amplifier circuit 13, the AC output current I 1 detected by the current detector CT 1 and the basic current waveform signal generated by the reference current waveform generation circuit 12 are differentially amplified and adjusted to a level for comparison with a triangular wave. And outputs the generated current differential signal. This current differential signal has the waveforms shown in (2) and (3) of FIG. With respect to this current differential signal, the shaping circuit 18 outputs PW as the current differential shaping signal shown in FIG.
It is input to the M logic circuit 19. Triangle wave generation circuit 14
Generates a triangular wave 1, and the triangular wave generation circuit 15 inputs the triangular wave 1 and generates a triangular wave 2 having a phase opposite to that of the triangular wave 1.
The triangular wave 1 and the second triangular wave 2 are (2) in FIG.
As shown in the waveform diagram of (3), this frequency is 15k
By setting the frequency to Hz to 20 kHz, the jaggedness of the waveform of the output current I 1 can be reduced, and the waveform can almost match the reference current waveform. The triangle wave 1 is compared with the current differential signal by the comparison circuit 16 and the triangle wave 2 is compared with the current differential signal by the comparison circuit 17, and the crossing point of the triangle wave and the current differential signal is extracted.
9 is input.
【００２４】ＰＷＭロジック回路１９はこれら基本周波
数信号、電流差動信号の整形信号、比較回路１６、１７
の比較出力を入力して、スイッチング素子Ｑ1 〜Ｑ4 の
スイッチングのオンオフ制御を行うゲート信号を出力す
る。この動作を図４、図５、図６を参照して説明する。The PWM logic circuit 19 is a shaping signal of the basic frequency signal, the current differential signal, and the comparison circuits 16 and 17.
And outputs a gate signal for performing on / off control of switching of the switching elements Q 1 to Q 4 . This operation will be described with reference to FIGS. 4, 5, and 6.
【００２５】図４は、図３のＡ部を拡大した波形図であ
る。ここでは、電圧波形は正側、電流波形は負側である
とする。図４の波形図に示すように、この領域ではスイ
ッチング素子Ｑ1、Ｑ4は全てオフである。また、図４
（２）の電流差動信号＞三角波１（振幅の絶対値では電
流差動信号＜三角波１）、または図４（３）の電流差動
信号＞三角波２（振幅の絶対値では電流差動信号＜三角
波２）の間は、スイッチング素子Ｑ2 、Ｑ3 がオフに制
御されるゲート信号が出力され、図６の方向で電流が
流れるように制御される。その以外の領域では、スイッ
チング素子Ｑ2 、Ｑ3がオンに制御されるゲート信号が
出力され、図６の方向で電流が流れるように制御され
る。FIG. 4 is an enlarged waveform diagram of the portion A of FIG. Here, it is assumed that the voltage waveform is on the positive side and the current waveform is on the negative side. As shown in the waveform diagram of FIG. 4, the switching elements Q 1 and Q 4 are all off in this region. Also, FIG.
Current differential signal of (2)> triangle wave 1 (current differential signal <triangular wave 1 at absolute amplitude value) or current differential signal of FIG. 4 (3) triangle wave 2 (current differential signal at absolute amplitude value) During the <triangular wave 2), the gate signals for controlling the switching elements Q 2 and Q 3 to be turned off are output, and the current is controlled to flow in the direction of FIG. 6. In the other regions, a gate signal for controlling the switching elements Q 2 and Q 3 to be turned on is output, and the current is controlled to flow in the direction of FIG.
【００２６】まず、電流差動信号が三角波１と交差し、
電流差動信号＜三角波１となると、のパターンであ
り、ゲート信号Ｑ2G 、ゲート信号Ｑ3G が出力され、ス
イッチング素子Ｑ2 、Ｑ3が導通する。スイッチング素
子Ｑ1 、Ｑ4はオフである。こののパターンでは、コ
ンデンサＣ1の直流電圧と商用電源のその時点の電圧が
加算され、それがリアクトルＬ1 に流れ、リアクトルＬ
1に電気エネルギが蓄えられる。First, the current differential signal crosses the triangular wave 1,
When the current differential signal <triangular wave 1, the pattern is such that the gate signal Q 2G and the gate signal Q 3G are output, and the switching elements Q 2 and Q 3 are turned on. The switching elements Q 1 and Q 4 are off. In this pattern, the DC voltage of the capacitor C 1 and the voltage of the commercial power supply at that time are added, which flows to the reactor L 1 and the reactor L 1.
Electrical energy is stored in 1.
【００２７】次に、電流差動信号が三角波２と交差し、
電流差動信号＞三角波２となると、ゲート信号Ｑ2 、Ｑ
3 は反転し、スイッチング素子Ｑ2 、Ｑ3はオフにな
り、のパターンになる。こののパターンでは、すべ
てのスイッチング素子がオフとなるので、リアクトルＬ
1の電気エネルギは、スイッチング素子Ｑ1 、Ｑ4のダイ
オード側を介して流れ、図６の矢印の方向に流れる。
これは、リアクトルＬ1の電気エネルギをコンデンサＣ
1 に充電することになるので、リアクトルＬ1 を流れる
電流は減少する。次に電流差動信号＜三角波２になる
と、ゲート信号Ｑ2G、Ｑ3G は反転し、スイッチング素
子Ｑ2 、Ｑ3 はオンとなり、図６のパターンの電流と
なり、次に電流差動信号が三角波１と交差するとのパ
ターンとなる。このように、ＰＷＭロジック回路１９か
らは、図６のパターンとのパターンとを交互に繰り
返すゲート信号が出力される。この結果、図４（１１）
に示す電流波形が得られる。Next, the current differential signal crosses the triangular wave 2,
When the current differential signal> the triangular wave 2, the gate signals Q 2 and Q
3 is inverted, the switching elements Q 2 and Q 3 are turned off, and the pattern becomes. In this pattern, all switching elements are turned off, so reactor L
1 electric energy flows through the diode of the switching element Q 1, Q 4, flows in the direction of the arrow in FIG.
This is because the electric energy of the reactor L 1 is transferred to the capacitor C.
Since it is charged to 1 , the current flowing through the reactor L 1 decreases. Next, when the current differential signal <triangular wave 2, the gate signals Q 2G and Q 3G are inverted, the switching elements Q 2 and Q 3 are turned on, and the current has the pattern shown in FIG. It becomes a pattern that intersects with 1. Thus, the PWM logic circuit 19 outputs a gate signal in which the pattern of FIG. 6 and the pattern of FIG. 6 are alternately repeated. As a result, FIG. 4 (11)
The current waveform shown in is obtained.
【００２８】このおよびのパターンでは、商用電源
側からみると、電圧と同相の電流を流し出しているの
で、商用電源はインバータに電力を与える動作となる。
この状態が続くと、コンデンサＣ1 の容量が小さい場
合、コンデンサＣ1 が過充電され、インバータが破損す
ることになるが、コンデンサＣ1 の直流電圧がある程度
上昇したら、保護のために基準電流波形を小さくなるよ
うに制御することで直流過電圧の発生を防止することが
できる。In this pattern and when viewed from the commercial power source side, a current having the same phase as the voltage is flowing out, so that the commercial power source operates to give power to the inverter.
If this state continues, if the capacitance of the capacitor C 1 is small, the capacitor C 1 will be overcharged and the inverter will be damaged. However, if the DC voltage of the capacitor C 1 rises to some extent, the reference current waveform for protection It is possible to prevent the occurrence of a DC overvoltage by controlling the value so as to be small.
【００２９】次に、電流波形が正側の半サイクルの場合
は、図５、図６、のパターンに示される通りの制御
がなされる。この場合は、商用電源電圧が正であり、電
流差動信号が正のレベルである。Next, when the current waveform is a positive half cycle, control is performed as shown in the patterns of FIGS. In this case, the commercial power supply voltage is positive and the current differential signal is at a positive level.
【００３０】この領域では、スイッチング素子Ｑ1は全
てオン、スイッチング素子Ｑ2 、Q3はすべてオフであ
る。また、電流差動信号＞三角波１および電流差動信号
＞三角波２の間は、のパターンとなり、スイッチング
素子Ｑ1 、Ｑ4 はオン、スイッチング素子Ｑ2 、Ｑ3 は
オフに制御される。このときは、コンデンサＣ1 と商用
電源電圧との差分がリアクトルＬ1 に流れて、リアクト
ルＬ1 に電気エネルギが蓄積されている状態である。次
にインバータの電流差動信号＜三角波２の間は、スイッ
チング素子Ｑ4 がオフとなり、のパターンとなる。こ
のとき、スイッチング素子Ｑ1 はオンとなっているの
で、リアクトルＬ1 の電気エネルギは商用電源に戻るよ
うに流れ、その電気エネルギは減少する。そして、次に
は電流差動信号が三角波２と交差することで、スイッチ
ング素子Ｑ4 はオンとなり、スイッチング素子Ｑ1 はオ
ンのままでのパターンとなる。このように、のパ
ターンが交互に繰り返すゲート信号がＰＷＭロジック回
路１９から出力され、この結果、図５（１１）に示す電
流波形が得られる。In this region, the switching elements Q 1 are all on and the switching elements Q 2 and Q 3 are all off. In addition, the pattern between the current differential signal> triangular wave 1 and the current differential signal> triangular wave 2 is controlled so that the switching elements Q 1 and Q 4 are turned on and the switching elements Q 2 and Q 3 are turned off. In this case, it flows to the difference reactor L 1 and capacitor C 1 and the commercial power supply voltage, a state in which electrical energy in the reactor L 1 is accumulated. Next, while the current differential signal of the inverter <triangular wave 2, the switching element Q 4 is turned off, and the pattern becomes. At this time, since the switching element Q 1 is turned on, the electric energy of the reactor L 1 flows back to the commercial power source, and the electric energy decreases. Then, next, the current differential signal intersects the triangular wave 2, so that the switching element Q 4 is turned on and the switching element Q 1 is kept on. In this way, the PWM logic circuit 19 outputs a gate signal in which the pattern is repeated alternately, and as a result, the current waveform shown in FIG. 5 (11) is obtained.
【００３１】電圧波形がマイナスの領域では、電圧波形
の正側の領域とはその動作が対称となる。また、インバ
ータの直流側に、コンデンサＣ1 と並列に蓄電装置、あ
るいは直流発電装置を接続することができる。In the region where the voltage waveform is negative, the operation is symmetrical to the region on the positive side of the voltage waveform. Further, a power storage device or a DC power generation device can be connected in parallel with the capacitor C 1 on the DC side of the inverter.
【００３２】なお、以上の説明は、商用電源が単相交流
の例で説明したが、３相交流の場合は、単相交流の電圧
波形の１２０°位相が相違する波形が重ね合わされたも
のであるので、上述の単相交流が１２０°位相が相違す
る動作がそれぞれ重ね合わされたものとすればよい。In the above description, the commercial power source is explained as an example of single-phase alternating current, but in the case of three-phase alternating current, the waveforms of 120 ° phase difference of the single-phase alternating current are overlapped. Therefore, it is sufficient that the operations of the above-mentioned single-phase alternating currents having different phases by 120 ° are superimposed.
【００３３】[0033]
【発明の効果】以上のように、本発明では、任意波形の
電流をインバータと別の交流電源との間に流すことがで
きる。このため、力率改善を行うことができ、アクティ
ブフィルタとして使用可能な電源装置を提供できる。As described above, according to the present invention, a current having an arbitrary waveform can be passed between the inverter and another AC power source. Therefore, it is possible to improve the power factor and provide a power supply device that can be used as an active filter.
【図１】本発明実施例の電源装置の接続を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a connection of a power supply device according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明実施例のインバータの制御部の構成を示
す図。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a control unit of the inverter according to the embodiment of the present invention.
【図３】本発明実施例のインバータの動作を示す動作波
形図。FIG. 3 is an operation waveform diagram showing the operation of the inverter according to the embodiment of the present invention.
【図４】図３のＡ部を拡大した状態を示す動作波形図。FIG. 4 is an operation waveform diagram showing a state in which an A portion of FIG. 3 is enlarged.
【図５】図３のＢ部を拡大した状態を示す動作波形図。5 is an operation waveform diagram showing a state in which a portion B of FIG. 3 is enlarged.
【図６】図４、図５で〜で示される時点の電流の流
れを示す図。FIG. 6 is a diagram showing the flow of current at the time points indicated by-in FIGS. 4 and 5.
【図７】従来の電圧制御型インバータの接続を示す図。FIG. 7 is a diagram showing a connection of a conventional voltage control type inverter.
【図８】従来の電圧制御型インバータの制御部の構成を
示す図。FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a control unit of a conventional voltage-controlled inverter.
【図９】従来の電圧制御型インバータの動作を示す動作
波形図。FIG. 9 is an operation waveform diagram showing an operation of a conventional voltage control type inverter.
【図１０】従来の電圧制御型インバータの出力の状態を
示す図。FIG. 10 is a diagram showing an output state of a conventional voltage-controlled inverter.
ＩＮＶ インバータ ＣＳ 商用電源 ＲＬ 負荷 Ｌ1 リアクトル Ｃ1 、Ｃ2 コンデンサ １１ 同期回路 １２ 基準電流波形発生回路 １３、２３ 差動増幅回路 １４、１５、２４、２５ 三角波発生回路 １６、１７、２６、２７ 比較回路 １８ 整形回路 １９、２９ ＰＷＭロジック回路 ２１ 基本周波数信号発生回路 ２２ 基準電圧正弦波発生回路INV Inverter CS Commercial power supply RL Load L 1 Reactor C 1, C 2 Capacitor 11 Synchronous circuit 12 Reference current waveform generation circuit 13, 23 Differential amplification circuit 14, 15, 24, 25 Triangular wave generation circuit 16, 17, 26, 27 Comparison circuit 18 shaping circuit 19, 29 PWM logic circuit 21 basic frequency signal generation circuit 22 reference voltage sine wave generation circuit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5G066 FA01 FB13 FC11 5H007 AA02 BB07 CA02 CB04 CB05 CC03 DA03 DA05 DA06 DC02 DC05 EA02 GA06 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page F term (reference) 5G066 FA01 FB13 FC11 5H007 AA02 BB07 CA02 CB04 CB05 CC03 DA03 DA05 DA06 DC02 DC05 EA02 GA06
Claims (2)
電素子と、直流を交流に変換して前記負荷側に出力し、
交流を直流に変換して前記蓄電素子側に出力する直流交
流変換手段としてのインバータと、前記インバータのス
イッチング素子のパルス幅制御信号を出力する制御部と
を備え、 前記インバータのスイッチング素子群と前記交流電源と
の間に、直列にリアクトルが接続されるとともにコンデ
ンサが並列に接続され、前記インバータの出力電流を検
出する電流検出手段と、前記交流電源の電圧波形を検出
する電圧検出手段とが接続され、 前記制御部は、前記インバータのスイッチング素子を電
流波形の一方の極性の半サイクルでは、インバータの直
流電圧とその時点での前記交流電源の電圧とを加算して
前記リアクトルに電気エネルギを蓄えるパターンと、こ
の前記リアクトルに蓄えられた電気エネルギをインバー
タの前記蓄電素子に流し込むパターンとを交互に繰り返
すスイッチング制御を行い、次の半サイクルでは、前記
半サイクルとは逆の電流方向で、インバータの直流電流
を前記リアクトルに蓄えるパターンとこの前記リアクト
ルに蓄えられた電気エネルギを交流電源側に流し込むパ
ターンとを交互に繰り返すスイッチング制御を行う手段
を含むことを特徴とする電源装置。1. An AC power source and a load are inserted in parallel, and a storage element and a direct current are converted into alternating current and output to the load side,
An inverter as a DC / AC converter that converts AC into DC and outputs the DC power to the storage element side, and a control unit that outputs a pulse width control signal of the switching element of the inverter, the switching element group of the inverter and the Between the AC power supply, a reactor is connected in series and a capacitor is connected in parallel, and a current detection unit that detects the output current of the inverter and a voltage detection unit that detects the voltage waveform of the AC power supply are connected. The control unit stores the electrical energy in the reactor by adding the DC voltage of the inverter and the voltage of the AC power supply at that time to the switching element of the inverter in a half cycle of one polarity of the current waveform. The pattern and the electric energy stored in the reactor are flown into the storage element of the inverter. Switching control is performed by alternately repeating turns and, in the next half cycle, in a current direction opposite to that of the half cycle, a pattern for storing a direct current of an inverter in the reactor and an electric energy stored in the reactor are exchanged. A power supply device comprising a means for performing switching control in which a pattern for pouring to the power supply side is alternately repeated.
電素子と、直流を交流に変換して前記負荷側に出力し、
交流を直流に変換して前記蓄電素子側に出力する直流交
流変換手段としてのインバータと、前記インバータのス
イッチング素子のパルス幅制御信号を出力する制御部と
を備え、 前記インバータのスイッチング素子群と前記交流電源と
の間に、出力交流を整形するフィルタ回路および前記イ
ンバータの出力電流を検出する電流検出手段と、前記負
荷に流れる電圧を検出する電圧検出手段とが接続され、 前記制御部は、 前記交流電源の電圧波形に同期し設定された基準電流波
形を発生する基準電流波形発生回路と、互いに位相が反
転した二つの三角波を発生する三角波発生回路と、前記
電流検出手段の出力と前記基準電流波形とを差動増幅し
た電流差動信号を生成する手段と、この電流差動信号と
前記ふたつの三角波とをそれぞれ比較する比較手段と、
前記電流差動信号および前記三角波との比較出力とを入
力し、前記インバータのスイッチング素子にパルス幅制
御信号を出力する論理回路とを備え、 前記論理回路は、前記基準電流波形の第一の半サイクル
では、前記電流差動信号が第一の三角波との比較出力ま
たは第二の三角波との比較出力に基づいて、電流差動信
号が前記第一の三角波または前記第二の三角波より低い
レベルの場合は前記蓄電素子から交流電源側に第一の方
向で電流が流れるようにスイッチング素子を導通させ、
電流差動信号が前記第一の三角波または第二の三角波よ
り高いレベルの場合は、交流電流側から前記蓄電素子側
に第一の方向で電流が流れ込むようにスイッチング素子
を導通させ、前記基準電流波形の第二の半サイクルで
は、前記電流差動信号が第一の三角波または第二の三角
波より高いレベルのときは、前記第一の方向とは逆の第
二の方向で前記蓄電素子の電流が前記リアクトルに流れ
るようにスイッチング素子を導通させ、前記電流差動信
号が第一の三角波または第二の三角波より低いレベルの
ときは、前記リアクトルの電力が交流電源側に流れ込む
ようにスイッチング素子を導通させるように前記パルス
幅制御信号を出力する手段を含むことを特徴とする電源
装置。2. An AC power source and a load are inserted in parallel to each other, and a power storage element and DC are converted into AC and output to the load side.
An inverter as a DC / AC converter that converts AC into DC and outputs the DC power to the storage element side, and a control unit that outputs a pulse width control signal of the switching element of the inverter, the switching element group of the inverter and the Between the AC power supply, a filter circuit that shapes the output AC and a current detection unit that detects the output current of the inverter, and a voltage detection unit that detects the voltage flowing to the load are connected, and the control unit is the A reference current waveform generation circuit that generates a reference current waveform that is set in synchronization with the voltage waveform of the AC power supply, a triangular wave generation circuit that generates two triangular waves whose phases are mutually inverted, the output of the current detection means and the reference current. A means for generating a current differential signal by differentially amplifying a waveform and a comparison for comparing the current differential signal and the two triangular waves, respectively. And the stage,
A logic circuit for inputting the current differential signal and a comparison output with the triangular wave and outputting a pulse width control signal to a switching element of the inverter, wherein the logic circuit is a first half of the reference current waveform. In the cycle, the current differential signal has a level lower than that of the first triangular wave or the second triangular wave based on the comparison output with the first triangular wave or the comparison output with the second triangular wave. In this case, the switching element is made conductive so that a current flows from the storage element to the AC power source side in the first direction,
When the current differential signal has a higher level than the first triangular wave or the second triangular wave, the switching element is turned on so that a current flows in the first direction from the alternating current side to the storage element side, and the reference current is applied. In the second half cycle of the waveform, when the current differential signal is at a level higher than the first triangular wave or the second triangular wave, the current of the storage element in the second direction opposite to the first direction. Causes the switching element to conduct so that it flows into the reactor, and when the current differential signal is at a level lower than the first triangular wave or the second triangular wave, the switching element is switched so that the power of the reactor flows into the AC power source side. A power supply device comprising means for outputting the pulse width control signal so as to make it conductive.
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| CN113424427A (en) * | 2019-02-19 | 2021-09-21 | 三菱电机株式会社 | Power conversion device and electric power steering device |
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2001
- 2001-10-30 JP JP2001332143A patent/JP2003143760A/en active Pending
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