JP2013183564A - 電源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】交流負荷としてインバータ負荷等の定電力負荷が接続されている場合でも、コンデンサの電圧振動を確実に抑制可能とした電源装置を提供する。
【解決手段】直流電源1に接続されたリアクトル2及びコンデンサ3と、インバータ4と、二次側に第1巻線6b及び第2巻線6cを備えたトランス6と、整流回路8と、チョッパ9と、LCフィルタ10とを備え、交流負荷7及び直流負荷11に給電可能な電源装置において、インバータ制御ブロックは、交流電圧指令値と検出値との偏差を入力としてインバータ用駆動信号を生成するための自動電圧調整器を備え、チョッパ制御ブロックは、コンデンサ3の電圧と直流電源電圧との偏差に応じた電圧補正量ΔVを生成するダンピング制御部と、チョッパ9の直流電圧指令値と検出値との偏差と電圧補正量ΔVとの加算値を入力としてチョッパ用駆動信号を生成するための自動電圧調整器とを備える。
【選択図】図3
【解決手段】直流電源1に接続されたリアクトル2及びコンデンサ3と、インバータ4と、二次側に第1巻線6b及び第2巻線6cを備えたトランス6と、整流回路8と、チョッパ9と、LCフィルタ10とを備え、交流負荷7及び直流負荷11に給電可能な電源装置において、インバータ制御ブロックは、交流電圧指令値と検出値との偏差を入力としてインバータ用駆動信号を生成するための自動電圧調整器を備え、チョッパ制御ブロックは、コンデンサ3の電圧と直流電源電圧との偏差に応じた電圧補正量ΔVを生成するダンピング制御部と、チョッパ9の直流電圧指令値と検出値との偏差と電圧補正量ΔVとの加算値を入力としてチョッパ用駆動信号を生成するための自動電圧調整器とを備える。
【選択図】図3
Description
本発明は電源装置に関し、例えば、直流電気車に搭載される補助電源装置の入力電圧の振動抑制技術に関するものである。
図3は、この種の補助電源装置の主回路構成を示している。
図3において、直流電源1の両端にフィルタリアクトル2とフィルタコンデンサ3との直列回路が接続され、フィルタコンデンサ3の両端にはインバータ4が接続されている。このインバータ4の交流出力側は、第1のLCフィルタ5を介してトランス6の一次巻線6aに接続されている。
図3において、直流電源1の両端にフィルタリアクトル2とフィルタコンデンサ3との直列回路が接続され、フィルタコンデンサ3の両端にはインバータ4が接続されている。このインバータ4の交流出力側は、第1のLCフィルタ5を介してトランス6の一次巻線6aに接続されている。
トランス6の二次側には第1巻線6b及び第2巻線6cが設けられており、第1巻線6bの出力は交流負荷7に供給され、第2巻線6cの出力は整流回路8に供給されている。この整流回路8により交流電圧を変換して得た直流電圧は、後段のチョッパ9によって降圧される。そして、チョッパ9の出力電圧は、第2のLCフィルタ10を介して直流負荷11に供給される。
ここで、インバータ4は、例えばIGBTなどの半導体スイッチング素子をブリッジ接続して構成された三相インバータである。また、整流回路8はダイオードをブリッジ接続して構成され、チョッパ9は、例えばIGBTなどの半導体スイッチング素子及び還流ダイオードによって構成されている。
更に、交流負荷7や直流負荷11は、電気車駆動用のモータ以外の、照明装置や空調装置、表示装置等の負荷である。
更に、交流負荷7や直流負荷11は、電気車駆動用のモータ以外の、照明装置や空調装置、表示装置等の負荷である。
図4及び図5は、図3に示した補助電源装置の制御ブロック図であり、図4はインバータ制御ブロック、図5はチョッパ制御ブロックである。
図4に示すインバータ制御ブロックは、交流電圧指令値とインバータ4の交流電圧検出値(前記トランス6の二次側第1巻線6bの電圧検出値)との偏差にダンピング制御部30の出力である電圧補正量ΔVを加算する加減算器21と、その出力信号が入力される自動電圧調整器(AVR)22と、を備えている。ここで、ダンピング制御部30は、コンデンサ3の電圧と入力電圧(直流電源1の電圧)との偏差を求める減算器31と、その偏差が入力されて電圧補正量ΔVを出力するバンドパスフィルタ(BPF)32と、から構成されている。
そして、AVR22の出力に基づいてインバータ4のスイッチング素子の駆動信号(ゲート信号)を生成してインバータ4を動作させ、交流負荷7に所定の交流電圧を供給している。
図4に示すインバータ制御ブロックは、交流電圧指令値とインバータ4の交流電圧検出値(前記トランス6の二次側第1巻線6bの電圧検出値)との偏差にダンピング制御部30の出力である電圧補正量ΔVを加算する加減算器21と、その出力信号が入力される自動電圧調整器(AVR)22と、を備えている。ここで、ダンピング制御部30は、コンデンサ3の電圧と入力電圧(直流電源1の電圧)との偏差を求める減算器31と、その偏差が入力されて電圧補正量ΔVを出力するバンドパスフィルタ(BPF)32と、から構成されている。
そして、AVR22の出力に基づいてインバータ4のスイッチング素子の駆動信号(ゲート信号)を生成してインバータ4を動作させ、交流負荷7に所定の交流電圧を供給している。
一方、図5に示すチョッパ制御ブロックは、直流電圧指令値とチョッパ9の出力側の直流電圧検出値(直流負荷11の入力電圧検出値)との偏差を求める減算器41と、その出力信号が入力されるAVR42と、を備えており、AVR42の出力に基づいてチョッパ9のスイッチング素子の駆動信号(ゲート信号)を生成してチョッパ9を動作させ、直流負荷11に所定の直流電圧を供給している。
次に、図3に示した補助電源装置におけるコンデンサ電圧の振動抑制動作について説明する。
図3において、直流電源1の電圧急変時や負荷電流の変動時に、フィルタリアクトル2とフィルタコンデンサ3とによって決まる固有振動数の共振によってコンデンサ3の電圧が振動する場合がある。この場合、従来技術においては、図4に示したインバータ制御ブロックのダンピング制御部30により、コンデンサ3の電圧から直流電源1の電圧を減算し、その結果(共振周波数帯域の電圧値)をBPF32に通して得た電圧補正量ΔVを交流電圧指令値と交流電圧検出値との偏差に加算する。
従来技術では、上記のような方法でインバータ4の出力電圧指令値を調節することで、フィルタリアクトル2とフィルタコンデンサ3との間に生じた共振エネルギーを交流負荷7によって消費させ、コンデンサ3の電圧振動を抑制している。
図3において、直流電源1の電圧急変時や負荷電流の変動時に、フィルタリアクトル2とフィルタコンデンサ3とによって決まる固有振動数の共振によってコンデンサ3の電圧が振動する場合がある。この場合、従来技術においては、図4に示したインバータ制御ブロックのダンピング制御部30により、コンデンサ3の電圧から直流電源1の電圧を減算し、その結果(共振周波数帯域の電圧値)をBPF32に通して得た電圧補正量ΔVを交流電圧指令値と交流電圧検出値との偏差に加算する。
従来技術では、上記のような方法でインバータ4の出力電圧指令値を調節することで、フィルタリアクトル2とフィルタコンデンサ3との間に生じた共振エネルギーを交流負荷7によって消費させ、コンデンサ3の電圧振動を抑制している。
なお、上記と同様の原理によるインバータの入力電圧,入力電流の振動抑制技術が、特許文献1に開示されている。
前述した従来技術では、交流負荷7を抵抗負荷と同等と見なしてコンデンサ3の電圧振動を抑制している。しかし、交流負荷7が定電力負荷として動作するインバータ負荷などの場合、コンデンサ3の電圧振動時においてインバータ4の出力電圧指令値にダンピング制御部30からの電圧補正量ΔVを加算して振動を抑制するようにインバータ4を制御しても、交流負荷7の定電力特性によりインバータ4の出力電力が一定になるように調整されてしまう。
その結果、インバータ4の出力電圧が電圧補正量ΔVに応じて変化できなくなり、コンデンサ3の電圧振動を抑制することが困難になるという問題があった。
その結果、インバータ4の出力電圧が電圧補正量ΔVに応じて変化できなくなり、コンデンサ3の電圧振動を抑制することが困難になるという問題があった。
そこで、本発明の解決課題は、交流負荷としてインバータ負荷等の定電力負荷が接続されている場合でも、コンデンサの電圧振動を確実に抑制可能とした電源装置を提供することにある。
上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、直流電源の両端に接続されたリアクトルとコンデンサとの直列回路と、前記コンデンサの両端に接続されたインバータと、前記インバータの交流出力電圧を変圧し、二次側の第1巻線及び第2巻線からそれぞれ交流電圧を出力するトランスと、前記第2巻線に接続された整流回路と、前記整流回路の直流出力電圧を所定の大きさの直流電圧に変換するチョッパと、前記チョッパの出力側に接続されたLCフィルタと、を備え、
前記第1巻線から交流負荷に交流電力を供給し、かつ、前記チョッパから前記LCフィルタを介して直流負荷に直流電力を供給する電源装置において、
前記インバータの制御ブロックは、
前記インバータに対する交流電圧指令値と交流電圧検出値との偏差を入力として調節動作する第1の電圧調整手段と、
第1の電圧調整手段の出力に基づいて前記インバータの半導体スイッチング素子の駆動信号を生成する手段と、を備え、
前記チョッパの制御ブロックは、
前記コンデンサの電圧と前記直流電源の電圧との偏差に応じた電圧補正量を生成するダンピング制御部と、
前記チョッパの出力側の直流電圧指令値と直流電圧検出値との偏差と、前記電圧補正量との加算値を入力として調節動作する第2の電圧調整手段と、
第2の電圧調整手段の出力に基づいて前記チョッパの半導体スイッチング素子の駆動信号を生成する手段と、を備えたものである。
前記第1巻線から交流負荷に交流電力を供給し、かつ、前記チョッパから前記LCフィルタを介して直流負荷に直流電力を供給する電源装置において、
前記インバータの制御ブロックは、
前記インバータに対する交流電圧指令値と交流電圧検出値との偏差を入力として調節動作する第1の電圧調整手段と、
第1の電圧調整手段の出力に基づいて前記インバータの半導体スイッチング素子の駆動信号を生成する手段と、を備え、
前記チョッパの制御ブロックは、
前記コンデンサの電圧と前記直流電源の電圧との偏差に応じた電圧補正量を生成するダンピング制御部と、
前記チョッパの出力側の直流電圧指令値と直流電圧検出値との偏差と、前記電圧補正量との加算値を入力として調節動作する第2の電圧調整手段と、
第2の電圧調整手段の出力に基づいて前記チョッパの半導体スイッチング素子の駆動信号を生成する手段と、を備えたものである。
本発明によれば、従来、インバータ制御部に設けられていたダンピング制御部をチョッパ制御部内に設け、インバータの入力側のコンデンサの電圧変動に基づく電圧補正量を用いてチョッパの直流出力電圧を調整することにより、電源装置として新たな回路を付加せずに、交流負荷の特性に関わらず、上記コンデンサの電圧の振動を抑制することができる。
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。なお、この実施形態に係る電源装置は、例えば直流電気車に搭載される補助電源装置として使用されるものであり、その主回路の構成は前述した図3と同様であるため説明を省略し、ここでは、インバータ制御ブロック(図3におけるインバータ4の制御ブロック)及びチョッパ制御ブロック(同じくチョッパ9の制御ブロック)の構成について説明する。
図1は、インバータ制御ブロックの構成を示しており、交流電圧指令値とインバータ4の出力側の交流電圧検出値(図3におけるトランス6の二次側第1巻線6bの電圧検出値)との偏差を求める減算器51と、その出力信号が入力される第1の電圧調整手段としての自動電圧調整器(AVR)52と、を備えている。そして、このAVR52の出力に基づいてインバータ4のスイッチング素子の駆動信号(ゲート信号)を生成し、インバータ4を運転して交流負荷7に所定の交流電圧を供給するようになっている。
また、図2は、チョッパ制御ブロックの構成を示しており、直流電圧指令値と図3のチョッパ9の出力側の直流電圧検出値(直流負荷11の入力電圧検出値)との偏差に、ダンピング制御部30から出力される電圧補正量ΔVを加算する加減算器61と、その出力信号が入力される第2の電圧調整手段としての自動電圧調整器(AVR)62と、を備えている。なお、ダンピング制御部30は、図4と同様に、図3のコンデンサ3の電圧と直流電源1による入力電圧との偏差を求める減算器31と、その偏差が入力されて電圧補正量ΔVを出力するバンドパスフィルタ(BPF)32と、から構成されている。
このチョッパ制御ブロックでは、AVR62の出力に基づいてチョッパ9のスイッチング素子の駆動信号(ゲート信号)を生成し、チョッパ9を運転して直流負荷11に所定の直流電圧を供給するようになっている。
このチョッパ制御ブロックでは、AVR62の出力に基づいてチョッパ9のスイッチング素子の駆動信号(ゲート信号)を生成し、チョッパ9を運転して直流負荷11に所定の直流電圧を供給するようになっている。
すなわち、この実施形態が図4,図5に示した従来技術と相違するのは、ダンピング制御部30がインバータ制御ブロックではなくチョッパ制御ブロックに設けられており、ダンピング制御部30から出力される電圧補正量ΔVをAVR62の入力側に加算している点である。
次に、この実施形態における電圧振動の抑制動作について説明する。
図3において、直流電源1の電圧急変時や負荷電流の変動時に、フィルタリアクトル2とフィルタコンデンサ3とによって決まる固有振動数の共振によってコンデンサ3の電圧が振動した場合、図2のチョッパ制御部において、ダンピング制御部30により求めた電圧補正量ΔVをAVR62の入力側に加算する。
これにより、コンデンサ3の電圧の振動に応じてAVR62の入力信号ひいてはその出力信号も変動してチョッパ9の出力電圧を変動させるが、チョッパ9の後段のLCフィルタ10により直流電圧の変動が抑制されて直流負荷11に供給されることになる。
従って、コンデンサ3の電圧の振動はチョッパ9及びLCフィルタ10の動作によって減衰し、やがて一定値に収束する。
図3において、直流電源1の電圧急変時や負荷電流の変動時に、フィルタリアクトル2とフィルタコンデンサ3とによって決まる固有振動数の共振によってコンデンサ3の電圧が振動した場合、図2のチョッパ制御部において、ダンピング制御部30により求めた電圧補正量ΔVをAVR62の入力側に加算する。
これにより、コンデンサ3の電圧の振動に応じてAVR62の入力信号ひいてはその出力信号も変動してチョッパ9の出力電圧を変動させるが、チョッパ9の後段のLCフィルタ10により直流電圧の変動が抑制されて直流負荷11に供給されることになる。
従って、コンデンサ3の電圧の振動はチョッパ9及びLCフィルタ10の動作によって減衰し、やがて一定値に収束する。
一方、図1のインバータ制御部では、コンデンサ3の電圧の振動は影響せず、言い換えればダンピング制御部30の動作の影響を受けず、AVR52は交流電圧検出値が交流電圧指令値に一致するように動作してインバータ用駆動信号を生成するので、インバータ4の出力電圧は一定値に制御される。
このため、交流負荷7がインバータ負荷のような定電力負荷であったとしても、インバータ4の出力電力が調整されることはなく、何ら支障はないものである。
このため、交流負荷7がインバータ負荷のような定電力負荷であったとしても、インバータ4の出力電力が調整されることはなく、何ら支障はないものである。
本発明は、直流電気車の補助電源装置ばかりでなく、インバータの交流出力電圧を交流負荷に供給する機能と、インバータの交流出力電圧を整流したうえチョッパにより所定の直流電圧に変換して直流負荷に供給する機能と、を備えた各種の電源装置に利用可能である。
1:直流電源
2:フィルタリアクトル
3:フィルタコンデンサ
4:インバータ
5:LCフィルタ
6:トランス
6a:一次巻線
6b:二次側第1巻線
6c:二次側第2巻線
7:交流負荷
8:整流回路
9:チョッパ
10:LCフィルタ
11:直流負荷
30:ダンピング制御部
31:減算器
32:バンドパスフィルタ(BPF)
51:減算器
52:自動電圧調整器(AVR)
61:加減算器
62:自動電圧調整器(AVR)
2:フィルタリアクトル
3:フィルタコンデンサ
4:インバータ
5:LCフィルタ
6:トランス
6a:一次巻線
6b:二次側第1巻線
6c:二次側第2巻線
7:交流負荷
8:整流回路
9:チョッパ
10:LCフィルタ
11:直流負荷
30:ダンピング制御部
31:減算器
32:バンドパスフィルタ(BPF)
51:減算器
52:自動電圧調整器(AVR)
61:加減算器
62:自動電圧調整器(AVR)
Claims (1)
- 直流電源の両端に接続されたリアクトルとコンデンサとの直列回路と、前記コンデンサの両端に接続されたインバータと、前記インバータの交流出力電圧を変圧し、二次側の第1巻線及び第2巻線からそれぞれ交流電圧を出力するトランスと、前記第2巻線に接続された整流回路と、前記整流回路の直流出力電圧を所定の大きさの直流電圧に変換するチョッパと、前記チョッパの出力側に接続されたLCフィルタと、を備え、
前記第1巻線から交流負荷に交流電力を供給し、かつ、前記チョッパから前記LCフィルタを介して直流負荷に直流電力を供給する電源装置において、
前記インバータの制御ブロックは、
前記インバータに対する交流電圧指令値と交流電圧検出値との偏差を入力として調節動作する第1の電圧調整手段と、
第1の電圧調整手段の出力に基づいて前記インバータの半導体スイッチング素子の駆動信号を生成する手段と、
を備え、
前記チョッパの制御ブロックは、
前記コンデンサの電圧と前記直流電源の電圧との偏差に応じた電圧補正量を生成するダンピング制御部と、
前記チョッパの出力側の直流電圧指令値と直流電圧検出値との偏差と、前記電圧補正量との加算値を入力として調節動作する第2の電圧調整手段と、
第2の電圧調整手段の出力に基づいて前記チョッパの半導体スイッチング素子の駆動信号を生成する手段と、
を備えたことを特徴とする電源装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2012046737A JP2013183564A (ja) | 2012-03-02 | 2012-03-02 | 電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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Country | Link |
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001320880A (ja) * | 2000-05-09 | 2001-11-16 | Yoshihiro Sekino | 整流電源 |
JP2008086053A (ja) * | 2006-08-31 | 2008-04-10 | Daikin Ind Ltd | コンバータ回路 |
JP2009060723A (ja) * | 2007-08-31 | 2009-03-19 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 電力変換装置の制御装置および車両用静止形補助電源装置 |
WO2010032316A1 (ja) * | 2008-09-19 | 2010-03-25 | 三菱電機株式会社 | Dcdc変換装置 |
JP2010283919A (ja) * | 2009-06-02 | 2010-12-16 | Toshiba Corp | 車両用補助電源装置 |
-
2012
- 2012-03-02 JP JP2012046737A patent/JP2013183564A/ja active Pending
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