JP3382119B2 - 順変換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、交流電圧を直流
電圧に変換する順変換装置において、特に、入力力率を
改善し、電源電流の高調波成分を抑制する制御装置を備
えたものに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、交流電圧を直流電圧に変換する
順変換装置は、図１９に示すような回路で構成される。
図において、１は交流電源、２はフルブリッジ整流器、
３は平滑コンデンサ、４は負荷装置である。

【０００３】上記のように構成された順変換装置におい
ては、平滑コンデンサの充電時のみしか交流電源の電流
が流れないため入力力率が低下し、また交流電源の電流
に高調波成分を含むため、電源設備容量が有効に利用で
きなく、さらに電源設備に損傷を与える可能性が生じる
ため、入力力率改善や電源電流の高調波を抑制する制御
装置が求められている。

【０００４】従来、このような要求に応える空気調和機
の制御装置の例として、図２０に示す、特公平７−６７
２８０号公報に開示された空気調和機の制御装置が提案
されている。図において、５は交流電源１に接続された
交流リアクトル、６は前記フルブリッジ整流器２の個々
の整流器に対し逆並列に接続されたスイッチング素子、
７は交流電源の電圧を検出する電源電圧検出手段、８は
交流電源の電圧位相を検出する電源位相検出手段、９は
平滑コンデンサの両端の直流電圧を検出する直流電圧検
出手段、２１は平滑コンデンサ３の直流電圧を制御する
直流電圧制御手段、２２は交流電源１の相電圧の位相と
相電流の位相が同相となるようスイッチング素子６の略
正弦波状パルス幅変調電圧の大きさおよび位相制御量を
決定する電圧および位相制御手段である。

【０００５】従来の順変換装置における電源高調波抑制
装置は、上記のように構成されており、負荷装置にかか
る電圧を一定に制御し、かつ入力力率が１となり、さら
に交流電源の電流の高調波を抑制する効果を得ていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の例では、交流電
源の相電圧と相電流の位相を一致させることを目的とし
て、図２１に示す通り、交流リアクトルにかかる電圧ベ
クトルを交流電源の電圧ベクトルと直交するようスイッ
チング素子の略正弦波状パルス幅変調電圧の大きさと位
相を制御するため、スイッチング素子の略正弦波状パル
ス幅変調電圧は交流電源の電圧に対し大きな値が必要に
なる。このため、平滑コンデンサの両端の直流電圧は、
図１９に示す回路において平滑コンデンサの両端に発生
する直流電圧に対し、大きな値が必要となる。

【０００７】以上の結果、図２０におけるスイッチング
素子６および平滑コンデンサ３、さらには負荷装置４に
使用される部品は、図１９に比べ高い使用可能電圧が必
要となり、機器のサイズおよびコストが大きくなるとい
う問題点があった。また、交流リアクトルに電源電圧ベ
クトルと直交する電圧を生じるようスイッチング素子の
略正弦波状パルス幅変調電圧を制御するためには、複雑
な演算回路が必要となりコストが大きくなるという問題
点があった。

【０００８】この発明は、かかる問題を解決するために
なされたものであり、交流電圧を直流電圧に変換する順
変換装置において、交流電源をフルブリッジ整流器およ
び平滑コンデンサにより平滑した場合に得られる直流電
圧から格別の昇圧なしに入力力率を向上し、電源電流の
高調波成分を抑制するよう制御する。また、演算回路を
簡易に構成することにより機器の簡素化，安価化を可能
とし、さらに、安定な動作を可能とすることを目的とし
ている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第１の発明の順変換装置
においては、交流電源に接続されたフルブリッジ整流器
と、前記フルブリッジ整流器の直流側に接続された平滑
用コンデンサと、前記平滑用コンデンサの両端の電圧を
直流電圧源とする負荷装置からなる順変換装置におい
て、前記交流電源と前記フルブリッジ整流器の間に接続
された交流リアクトルと、前記フルブリッジ整流器の個
々の整流器に対し逆並列に接続されたスイッチング素子
と、前記交流電源の電源電圧の大きさを検出する電源電
圧検出手段と、前記交流電源の電圧位相を検出する電源
位相検出手段と、前記平滑用コンデンサの両端の直流電
圧を検出する直流電圧検出手段と、前記スイッチング素
子の前記交流リアクトル側に前記平滑用コンデンサの両
端の直流電圧を電源とした略正弦波状パルス幅変調電圧
を発生するよう前記スイッチング素子を駆動するパルス
幅変調制御手段と、前記交流電源を前記フルブリッジ整
流器のみにより整流し前記平滑用コンデンサにより平滑
した場合に得られる直流電圧から格別の昇圧なしに前記
平滑用コンデンサの両端の直流電圧を所定値に制御する
ための出力電圧位相制御手段とを備え、前記出力電圧位
相制御手段は、前記交流電源を前記フルブリッジ整流器
のみにより整流し前記平滑用コンデンサにより平滑した
場合に得られる直流電圧における所定値に相当する目標
値と前記直流電圧検出手段により得られる直流電圧値と
の差に応じて電源電流を正弦波化するよう前記略正弦波
状パルス幅変調電圧の位相制御量を決定し、この位相制
御量と前記電源電圧検出手段により得られる電源電圧と
により前記パルス幅変調制御手段に出力する略正弦波状
パルス幅変調電圧指令値を得るようにしたものである。

【００１０】第２の発明の順変換装置においては、スイ
ッチング素子の起動時の急峻な電流を抑制するよう、ス
イッチング素子の略正弦波状パルス幅変調電圧の位相
を、交流電源の位相と一致するかまたは位相差を小さく
するように制御する起動電流抑制位相制御手段を有する
ものである。

【００１１】第３の発明の順変換装置においては、電源
電圧の位相と前記スイッチング素子の前記略正弦波状パ
ルス幅変調電圧の位相制御量が、一定時間、設定値より
も小さい場合、前記スイッチング素子のスイッチング動
作を停止する負荷低下時停止手段を有するものである。

【００１２】第４の発明の順変換装置においては、前記
スイッチング素子のスイッチング動作停止期間中に、前
記直流電圧検出手段の出力と直流母線電圧の目標値の偏
差が設定値より大きくなった場合に、前記スイッチング
素子のスイッチング動作を開始する母線電圧低下時起動
手段を有するものである。

【００１３】第５の発明の順変換装置においては、交流
電源に接続されたフルブリッジ整流器と、前記フルブリ
ッジ整流器の直流側に接続された平滑用コンデンサと、
前記平滑用コンデンサの両端の電圧を直流電圧源とする
負荷装置からなる順変換装置において、前記交流電源と
前記フルブリッジ整流器の間に接続された交流リアクト
ルと、前記フルブリッジ整流器の個々の整流器に対し逆
並列に接続されたスイッチング素子と、前記交流電源の
電圧位相を検出する電源位相検出手段と、前記平滑用コ
ンデンサの両端の直流電圧を検出する直流電圧検出手段
と、前記スイッチング素子の前記交流リアクトル側に前
記平滑用コンデンサの両端の直流電圧を電源とした略正
弦波状パルス幅変調電圧を発生するよう前記スイッチン
グ素子を駆動するパルス幅変調制御手段と、前記交流電
源を前記フルブリッジ整流器のみにより整流し前記平滑
コンデンサにより平滑した場合に得られる直流電圧から
格別の昇圧なしに前記平滑用コンデンサの両端の直流電
圧を所定値に制御するための出力電圧位相制御手段とを
備え、前記出力電圧位相制御手段は、前記交流電源を前
記フルブリッジ整流器のみにより整流し前記平滑用コン
デンサにより平滑した場合に得られる直流電圧における
所定値に相当する目標値と前記直流電圧検出手段により
得られる直流電圧値との差に応じて電源電流を正弦波化
するよう前記略正弦波状パルス幅変調電圧の位相制御量
を決定し、この位相制御量と前記交流電源の電圧値とに
より前記パルス幅変調制御手段に出力する略正弦波状パ
ルス幅変調電圧指令値を得るとともに、前記スイッチン
グ素子のスイッチング動作停止期間中に前記直流電圧検
出手段の出力から前記交流電源の電圧の大きさを推定す
る電源電圧推定手段を有するものである。

【００１４】第６の発明の順変換装置においては、スイ
ッチング素子の略正弦波状パルス幅変調電圧の位相制御
量から交流電源の電流の大きさ及び位相を求める負荷電
流推定手段を有するものである。

【００１５】第７の発明の順変換装置においては、交流
電源の電圧と電流の位相から決まる力率が、設定した範
囲から外れないようにスイッチング素子の略正弦波状パ
ルス幅変調電圧の位相制御量を決定する力率管理制御手
段を有するものである。

【００１６】第８の発明の順変換装置においては、スイ
ッチング素子の略正弦波状パルス幅変調電圧の位相を負
荷の大きさに応じて制御する場合に、制御可能領域に収
まるようスイッチング素子の略正弦波状パルス幅変調電
圧の位相制御量を決定する制御可能領域制限手段を有す
るものである。

【００１７】第９の発明の順変換装置においては、力率
管理制御手段および制御可能領域制限手段の制御動作に
より、スイッチング素子の略正弦波状パルス幅変調電圧
の位相制御量が制限値に達した場合には、平滑コンデン
サの両端の電圧を直流電圧源とする負荷を抑制する負荷
抑制手段を有するものである。

【００１８】第１０の発明の順変換装置においては、平
滑コンデンサの両端の直流電圧を安定に制御するよう交
流電源の電流の有効成分を直流電圧検出回路の出力値と
直流母線電圧の目標値の偏差に対し比例的に制御するた
めに適切なスイッチング素子の前記略正弦波状パルス幅
変調電圧の位相制御量を決定する位相制御量決定手段を
有するものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】実施の形態１． 図１は、この発明の一実施形態で、特に交流電流をフル
ブリッジ整流器のみにより平滑コンデンサコンデンサに
より平滑した場合に得られる直流電圧から大きな昇圧な
しに平滑コンデンサの両端の直流電圧を一定に制御した
上で、電源電流を正弦波化する電源高調波抑制装置の発
明の例である。図において、１は交流電源、２は交流電
源１に接続されたフルブリッジ整流器、３はフルブリッ
ジ整流器２の直流側に接続された平滑コンデンサ、４は
平滑コンデンサ３の両端の電圧を直流電圧源とする負荷
装置、５は交流電源１とフルブリッジ整流器２の間に接
続された交流リアクトル、６はフルブリッジ整流器２の
個々の整流器に対し逆並列に接続されたスイッチング素
子である。

【００２０】７は交流電源１の電源電圧の大きさを検出
する電源電圧検出手段、８は交流電源１の電位位相を検
出する電源位相検出手段、９は平滑コンデンサ３の両端
の直流電圧を検出する直流電圧検出手段、１０はスイッ
チング素子６の交流リアクトル５の側に平滑コンデンサ
３の両端の直流電圧を電源とした略正弦波パルス幅変調
電圧を発生するようスイッチング素子６を駆動するパル
ス幅変調制限手段、１１は交流電源１をフルブリッジ整
流器２のみにより整流し平滑コンデンサ３により平滑し
た場合に得られる直流電圧から大きな昇圧なしに電源電
流を正弦波化するよう略正弦波状パルス幅変調電圧の位
相を決定する出力電圧位相制御手段である。

【００２１】この電源高調波抑制装置の動作を、図２お
よび図３を用いて説明する。図２のブロック図におい
て、直流電圧検出手段９により検出した直流電圧検出値
をＶdc、交流電源１をフルブリッジ整流器２のみにより
整流した場合に得られる平滑コンデンサ３の両端の直流
電圧をＶf、Ｖfから大きな昇圧のないあらかじめ設定済
の直流母線電圧の目標値をＶdcm 、電源位相検出手段８
により検出した交流電源の電圧位相θ、θに対するスイ
ッチング素子６の交流リアクトル側に発生させる略正弦
波状パルス幅変調電圧の位相制御量θconv、電源電圧検
出手段７の出力をＶinとする。

【００２２】出力位相制限手段１１では、まず、Ｖdcm
とＶdcとの差を比例積分制御することにより、θconvを
決定する。また、スイッチング素子６の交流リアクトル
５側に発生させる略正弦波状パルス幅変調電圧の大きさ
をＶinと等しくする。

【００２３】次に、出力位相制限手段１１では、このθ
convとＶinから略正弦波状パルス幅変調電圧指令値を決
定し、パルス幅変調制御手段１０に出力する。パルス幅
変調制御手段１０ではスイッチング阻止の交流リアクト
ル側に略正弦波状パルス幅変調電圧を発生させる。

【００２４】以上により、図３のベクトル図に示すとお
りの現象となる。つまり、直流電圧値Ｖdcが直流母線電
圧の目標値Ｖdcm に対し小さい場合には、略正弦波状パ
ルス幅変調電圧の位相制御量θconvは交流電源の電圧位
相θに対し遅れ位相となる。略正弦波状パルス幅変調電
圧ベクトルＶconvは大きさをＶinと等しくし、θconvだ
け遅れたベクトルとして表され、交流電源ベクトルＶin
との差ベクトルＶＬが交流リアクトル５に発生する。

【００２５】この交流リアクトル５に発生する電圧ベク
トルより、ＶＬに対して９０゜遅れた交流電源の相電流
ＩＬが流れる。この相電流ＩＬの交流電源の電圧ベクト
ルＶinとの同位相成分ＩＬre分が電源からの力行成分と
なり、平滑コンデンサを充電することにより直流電圧値
Ｖdcが増加することになる。

【００２６】また、同様にして、直流電圧値Ｖdcが直流
母線電圧の目標値Ｖdcm に対し大きい場合には相電流Ｉ
Ｌの交流電源の電圧ベクトルＶＬと同位相成分ＩＬreが
回生成分となり直流電圧値Ｖdcが減少することになる。

【００２７】以上のように制御することにより、直流電
圧値Ｖdcを直流母線電圧の目標値Ｖdcmと等しくなるよ
う制御可能となる。

【００２８】このように順変換回路の電源高調波抑制装
置を構成することにより、演算回路を簡易に構成した上
で、ダイオード整流器及び平滑コンデンサからなる順変
換回路に対して直流電圧の大幅な上昇なしに入力力率を
向上し、電源電流の高調波成分を抑制するよう制御する
ことが可能である。

【００２９】実施の形態２． 図４は、この発明の一実施形態で、特に交流電流をフル
ブリッジ整流器のみにより平滑コンデンサコンデンサに
より平滑した場合に得られる直流電圧から大きな昇圧な
しに平滑コンデンサの両端の直流電圧を一定に制御した
上で、電源電流を正弦波化するよう直流母線電圧を交流
電圧を整流器のみにより整流した場合に得られる電圧か
ら大きな昇圧なしに電源電流を正弦波とする電源高調波
抑制装置において、機器の簡素化安定化を可能とする発
明の例である。

【００３０】１〜６および８〜１１は図１の実施の形態
１と一致している。１２はスイッチング素子６の起動時
の急峻な電流を抑制するようスイッチング素子６の略正
弦波状パルス幅変調電圧の位相制御量を交流電源１の電
圧位相と一致するかまたは位相差を小さくするよう制御
する起動電流抑制位相制御手段である。

【００３１】１３は電源電圧の位相とスイッチング素子
６の略正弦波状パルス幅変調電圧の位相制御量が一定時
間あらかじめ定めた設定値よりも小さい場合、スイッチ
ング素子６のスイッチング動作を停止する負荷低下時停
止手段である。

【００３２】１４はスイッチング素子６のスイッチング
動作停止期間中に、前記直流電圧検出手段の出力と直流
母線電圧の目標値との偏差があらかじめ設定した設定値
より大きくなった場合にスイッチング素子６のスイッチ
ング動作を開始する母線電圧低下時起動手段である。

【００３３】１５はスイッチング素子６のスイッチング
動作停止期間中に直流電圧検出手段９の出力から交流電
源１の電圧の大きさを推定する電源電圧推定手段であ
る。

【００３４】１６は交流電源の電流を直接検出する手段
なしにスイッチング素子６の略正弦波状パルス幅変調電
圧の位相制御量から交流電源の電流の大きさ及び位相を
求める負荷電流推定手段である。

【００３５】１７は交流電源の電圧と電流の位相から決
まる力率が、あらかじめ定められた範囲からはずれない
ようスイッチング素子６の略正弦波状パルス幅変調電圧
の位相を決定する力率管理制御手段である。

【００３６】１８はスイッチング素子６の略正弦波状パ
ルス幅変調電圧の位相制御量を負荷電流に応じて制御す
る場合に、制御可能領域内に収まるようスイッチング素
子６の略正弦波状パルス幅変調電圧の位相制御量を決定
する制御可能領域制限手段である。

【００３７】１９は力率管理制御手段１７および制御可
能領域制御手段１８により、スイッチング素子６の略正
弦波状パルス幅変調電圧の位相制御量が制限値に達した
場合には、平滑コンデンサ３の両端の電圧を直流電圧源
とする負荷を抑制する負荷抑制手段である。

【００３８】２０は平滑コンデンサの両端の直流電圧を
安定に制御するよう交流電源の電流の有効成分を直流電
圧検出手段９の出力値と直流母線電圧の目標値の偏差に
対し比例的に制御するために適切なスイッチング素子６
の略正弦波状パルス幅変調電圧の位相制御量を決定する
位相制御量決定手段である。

【００３９】まず、電源高調波抑制装置の動作の内、起
動電流抑制位相制御手段１２の動作を図２，図５，図６
を用いて説明する。図２における動作では、スイッチン
グ素子６の起動以前は、直流電圧検出値Ｖdcは、交流電
源１をフルブリッジ整流器２のみにより整流した場合に
得られる電圧と等しいため、直流母線電圧の目標値Ｖdc
m との差は大きい値となる。このため、比例積分制御の
結果である位相制御量θconvは大きい値となる。その結
果、スイッチング素子６の起動時には、図５のベクトル
図に示す通り、相電流ＩＬが過大となってしまう。そこ
で、図６のベクトル図に示す通り、負荷小さい起動時に
は位相制御量θconvを零とするかまたは十分小さくする
ことで相電流ＩＬを小さく抑える。

【００４０】次に、負荷低下時停止手段１３の動作を、
図７のフローチャートを用いて説明する。まず、ステッ
プＳ１では出力電圧位相制御手段１１の出力である略正
弦波状パルス幅変調電圧の位相制御量θconvをあらかじ
め負荷が小さい場合を想定して規定した位相差θm と比
較し、θconv>θmの場合はこの制御を終了し、θconv
≦θmの場合負荷が規定以下であると判断し、Ｓ２へ進
む。

【００４１】ステップ２では、θconv≦θm である時間
t とあらかじめ設定したtmとを比較し、t<tmの場合は、
この制御を終了し、t≧tmの場合は、負荷が十分小さく
高調波を抑制する必要なしと判断し、ステップ３へ進
む。

【００４２】ステップ３では高調波抑制機能を停止する
ために、パルス幅変調制御手段１０にスイッチング素子
６の運転を停止するよう指令し、この制御を終了する。

【００４３】次に、母線電圧低下時起動手段１４の動作
を図８のフローチャートを用いて説明する。まず、ステ
ップＳ４では高調波抑制装置の運転／停止状態を判断
し、運転中の場合には、この制御を終了し、停止中の場
合には、ステップＳ５へ進む。

【００４４】ステップＳ５では、直流母線電圧の目標値
Ｖdcm と直流電圧検出手段９の出力Ｖdcとの差と、負荷
が増大した場合に高調波抑制が必要と判断するためにあ
らかじめ設定した直流母線電圧設定値Ｖdck を比較し、
（Ｖdcm −Ｖdc）がＶdck より小さい場合には負荷が小
さく高調波抑制が必要ないと判断し、この制御を終了す
る。（Ｖdcm −Ｖdc）がＶdck より大きい場合には負荷
が大きく高調波抑制が必要と判断し、ステップＳ６に進
む。

【００４５】ステップ６では、高調波抑制機能を開始す
るために、パルス幅変調制御手段１０にスイッチング素
子６の運転を開始するよう指令し、この制御を終了す
る。

【００４６】次に、電源電圧推定手段１５の動作を図９
のフローチャートを用いて説明する。まず、ステップＳ
１１では、この高調波抑制装置の運転／停止状態を判断
し、運転中の場合には、この制御を終了し、停止中の場
合には、ステップＳ１２へ進む。

【００４７】ステップＳ１２では、運転停止継続時間t
と運転中に昇圧された直流電圧が交流電源１をフルブリ
ッジ整流器２により整流された場合の直流電圧値に十分
近づくためにあらかじめ設定したtm2 とを比較し、t <t
m2 の場合は、この制御を終了し、t ≧tm2 の場合はス
テップＳ１３へ進む。

【００４８】ステップ１３では、交流電源１の電圧の大
きさＶinを直流電圧検出手段９の出力値Ｖdcと１／√２
の積の値とし、ステップ１４に進む。

【００４９】ステップ１４では出力電圧位相制御手段１
１を通して出力電圧位相制御手段１１にＶinの値を出力
し、この制御を終了する。

【００５０】次に、負荷電流検出手段１６の動作を、図
１０のベクトル図を用いて、説明する。実施の形態１に
て説明したのと同様に、電源位相検出手段８により検出
した交流電源１の電圧Ｖinの位相θ、θと略正弦波状パ
ルス幅変調電圧位相の位相制御量θconv、電源電圧推定
手段１５の出力である交流電源１の電圧の大きさ｜Ｖin
｜スイッチング素子６の交流リアクトル５側に発生させ
る略正弦波状パルス幅変調電圧Ｖconvの大きさを｜Ｖin
｜と等しく制御する。ωは交流電源１の電圧の角周波
数、Ｌは交流リアクトル５のインダクタンスである。こ
こで、θconvは、実施の形態１にて説明したのと同様に
負荷の大きさにより変化する。このとき、交流電源の電
流ＩＬは、図１０の式に表される関係から求められ、θ
convの関数として表される。このように負荷電流検出手
段１６は出力電圧位相制御手段の出力であるθconvによ
り負荷電流の大きさ及び位相を推定する。

【００５１】次に、力率管理制御手段１７の動作を図１
１，図１２を用いて説明する。図１１は、横軸を出力電
圧位相制御手段の出力であるθconv、縦軸を交流電源１
の力率を表している。図１０中の（１）式から、交流電
源の電流ＩＬは交流電源の電圧Ｖinに対しθconv／２の
位相差を持ち、θconvと力率の関係は力率＝cos(θconv
/2) と表される。負荷の増加によりθconvが大きくなる
と、図１１に示すとうり力率は悪化する。制御動作を、
図１２のフローチャートを用いて説明する。

【００５２】まず、ステップＳ２１では、出力電圧位相
制御手段１１の出力θconvより図１１の関係から力率を
算出しステップＳ２２に進む。

【００５３】ステップＳ２２では、ステップＳ２１で算
出した力率とあらかじめ設定した力率制限値を比較し、
力率が大きければ本制御を終了する。力率が小さければ
ステップＳ２３に進む。

【００５４】ステップＳ２３では、力率が制限値以下と
ならないようθconvをあらかじめ設定したθconvリミッ
トより制限をかけ、この制御を終了する。この制御で
は、力率を算出せずに、直接θconvをあらかじめ設定し
たθconvリミットと比較することにより制限することも
可能である。

【００５５】次に、制御可能領域制限手段１８の動作原
理を、図１３，１４を用いて説明する。図１３におい
て、交流電源の電圧ベクトルＶinと同位相成分の交流電
源の電流ＩＬreは電源からの有効電流を示しており、負
荷が一定であれば直流母線の電圧はこのＩＬreの大きさ
に比例して変化する。

【００５６】図１４に交流電源電圧の位相θに対する略
正弦波状パルス幅変調電圧位相の位相制御量θconvとＩ
Ｌreとの関係を示す。図１４に示す通り、θconvの増加
に対し、ＩＬreが増加する制御可能領域にθconvを制限
する。

【００５７】制御動作を、図１５のフローチャートを用
いて、説明する。まず、ステップＳ３１では、出力電圧
位相制御手段１１の出力θconvにより、図１４の関係か
らθconvが制御可能領域にあるか否かを判断し、制御可
能領域にある場合には、この制御を終了し、制御可能領
域にない場合にはステップＳ３２に進む。ステップ３２
では、θconvをあらかじめ設定したθconvのリミット値
とし、本制御を終了する。

【００５８】次に、制御可能領域制限手段１９の動作を
図１６のフローチャートを用いて説明する。まず、ステ
ップＳ４１では、前記力率管理制御手段１７または制御
可能領域制限手段１８においてθconvに制限がかけられ
ているか判断する。制限がない場合には、この制御を終
了し、制限がある場合には、ステップＳ４２に進む。

【００５９】ステップＳ４２では、直流母線電圧の目標
値Ｖdcm と直流電圧検出値Ｖdcとの差を比例積分制御
し、直流母線電圧の目標値Ｖdcm に対し直流電圧検出値
Ｖdcが低い場合には負荷装置４に負荷減少指令を出し、
直流母線電圧の目標値Ｖdcm に対し直流電圧検出値Ｖdc
が高い場合には負荷装置４に負荷増加指令を出すことに
より直流母線電圧を一定に制御し、この制御を終了す
る。

【００６０】次に、位相制御量決定手段２０の動作原理
を、図１３，図１７，図１８を用いて説明する。図１３
において、交流電源ベクトルＶinと同位相成分ＩＬreは
電源からの有効電流を示しており、負荷が一定であれば
直流母線電圧ＶdcはこのＩＬreの大きさに比例して変化
する。制御量のθconvをＩＬreに対し比例的に制御する
ために図１７のブロック図に示す構成とする。

【００６１】図１７の動作を説明する。まず、直流母線
電圧の目標値Ｖdcm と直流電圧検出値Ｖdcとの差を比例
積分制御した結果をＩＬreとし、ＩＬreが直線的に変化
するよう図１８の関係を用いて制御量θconvを決定す
る。その他の動作は、図２のブロック図と同様である。

【００６２】このように、電源高調波抑制装置を構成す
ることにより、直流母線電圧を交流電圧を整流器のみに
より整流した場合に得られる電圧から格別の昇圧なしに
電源電流を正弦波化可能となり、機器の簡素化安定化が
可能となる。

【００６３】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００６４】第１の発明によれば、交流電源を前記フル
ブリッジ整流器のみにより整流し平滑コンデンサにより
平滑した場合に得られる直流電圧から格別の昇圧なしに
電源電流を正弦化可能であり、またスイッチング素子の
交流リアクトル側の略正弦波状パルス幅変調電圧の位相
のみを制御量として直流母線電圧を一定に制御すること
から、制御演算回路を簡易に構成することを可能とす
る。

【００６５】第２の発明によれば、高調波抑制動作始動
時の急峻な電流を抑制することを可能とする。

【００６６】第３の発明によれば、電流センサを用いず
に低負荷であることを検知し、低負荷が継続する場合に
はスイッチング素子の動作を停止することで、制御回路
を簡易に構成し、また不必要なノイズや騒音及び電力消
費を抑制することを可能とする。

【００６７】第４の発明によれば、電流センサ及び他の
追加検知手段を用いずに負荷の始動を検知してスイッチ
ング素子の動作を開始することで、直流電圧を電源とす
る負荷の安定な動作を簡易な制御回路にて実現すること
を可能とする。

【００６８】第５の発明によれば、交流電源の電圧検知
手段を用いずに交流電源電圧を推定し、安定な動作を実
現することが可能となる。

【００６９】第６の発明によれば、交流電源の電流検知
手段を用いずに電源電流の大きさ及び位相を求めること
を可能とする。

【００７０】第７の発明によれば、制御回路を簡易に構
成した上で、力率を規定の値以上に保つことを可能とす
る。

【００７１】第８の発明によれば、スイッチング素子の
略正弦波状パルス幅変調電圧の位相を負荷電流に応じて
制御する場合に、制御不能となることを防止することが
可能となる。

【００７２】第９の発明によれば、制御可能限界状態と
なった場合にも制御不能となることを防ぎ、安定な動作
を得ることを可能とする。

【００７３】第１０の発明によれば、スイッチング素子
の交流リアクトル側の略正弦波状パルス幅変調電圧の位
相のみを制御量として直流母線電圧を一定に制御する場
合に、直流電圧検出回路の出力値と直流母線電圧の目標
値の偏差に対し比例的に制御することを可能とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明による高調波抑制装置の実施の形態
１の構成ブロック図である。

【図２】 この発明による高調波抑制装置の実施の形態
１の制御ブロック図である。

【図３】 この発明による高調波抑制装置の実施の形態
１の動作を説明するベクトル図である。

【図４】 この発明による高調波抑制装置の実施の形態
２の構成ブロック図である。

【図５】 この発明による高調波抑制装置の実施の形態
２起動電流抑制位相制御手段の動作を説明する第１のベ
クトル図である。

【図６】 この発明による高調波抑制装置の実施の形態
２起動電流抑制位相制御手段の動作を説明する第２のベ
クトル図である。

【図７】 この発明による高調波抑制装置の実施の形態
２の負荷低下時停止手段の制御フローチャートである。

【図８】 この発明による高調波抑制装置の実施の形態
２の母線電圧低下時起動手段の制御フローチャートであ
る。

【図９】 この発明による高調波抑制装置の実施の形態
２の電源電圧推定手段の制御フローチャートである。

【図１０】 この発明による高調波抑制装置の実施の形
態２の負荷電流検出手段の原理を示すベクトル図であ
る。

【図１１】 この発明による高調波抑制装置の実施の形
態２の力率管理制御手段の原理を説明する出力電圧位相
角と力率の関係を示す図である。

【図１２】 この発明による高調波抑制装置の実施の形
態２の力率管理制御手段の制御フローチャートである。

【図１３】 この発明による高調波抑制装置の実施の形
態２の制御可能領域制限手段の原理を示すベクトル図で
ある。

【図１４】 この発明による高調波抑制装置の実施の形
態２の制御可能領域制限手段のパルス幅変調電圧位相と
電源電流有効成分の関係を表す図である。

【図１５】 この発明による高調波抑制装置の実施の形
態２の制御可能領域制限手段の制御フローチャートであ
る。

【図１６】 この発明による高調波抑制装置の実施の形
態２の負荷抑制手段の制御フローチャートである。

【図１７】 この発明による高調波抑制装置の実施の形
態２の位相制御量決定手段の制御ブロック図である。

【図１８】 この発明による高調波抑制装置の実施の形
態２の位相制御量決定手段の電源電流有効成分とパルス
幅変調電圧位相の関係を表す図である。

【図１９】 順変換装置の基本構成を示す回路図であ
る。

【図２０】 従来の装置における構成ブロック図であ
る。

【図２１】 従来の装置の動作を説明するベクトル図で
ある。

【符号の説明】

１ 交流電源、２ フルブリッジ整流器、３ 平滑コン
デンサ、４ 負荷装置、５ 交流リアクトル、６ スイ
ッチング素子、７ 電源電圧検出手段、８ 電源位相検
出手段、９ 直流電圧検出手段、１０ パルス幅変調制
御手段、１１出力電圧位相制御手段、１２ 起動電流抑
制位相制御手段、１３ 負荷低下時停止手段、１４ 母
線電圧低下時起動手段、１５ 電源電圧推定手段、１６
負荷電流検出手段、１７ 力率管理制御手段、１８
制御可能領域制限手段、１９負荷抑制手段、２０ 位相
制御量決定手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−70578（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−214550（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−331771（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−266059（ＪＰ，Ａ) 国際公開97／3493（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02M 7/219 H02M 1/12 H02M 7/06 H02M 7/21

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源に接続されたフルブリッジ整流
   器と、前記フルブリッジ整流器の直流側に接続された平
   滑用コンデンサと、前記平滑用コンデンサの両端の電圧
   を直流電圧源とする負荷装置からなる順変換装置におい
   て、前記交流電源と前記フルブリッジ整流器の間に接続
   された交流リアクトルと、前記フルブリッジ整流器の個
   々の整流器に対し逆並列に接続されたスイッチング素子
   と、前記交流電源の電源電圧の大きさを検出する電源電
   圧検出手段と、前記交流電源の電圧位相を検出する電源
   位相検出手段と、前記平滑用コンデンサの両端の直流電
   圧を検出する直流電圧検出手段と、前記スイッチング素
   子の前記交流リアクトル側に前記平滑用コンデンサの両
   端の直流電圧を電源とした略正弦波状パルス幅変調電圧
   を発生するよう前記スイッチング素子を駆動するパルス
   幅変調制御手段と、前記交流電源を前記フルブリッジ整
   流器のみにより整流し前記平滑用コンデンサにより平滑
   した場合に得られる直流電圧から格別の昇圧なしに前記
   平滑用コンデンサの両端の直流電圧を所定値に制御する
   ための出力電圧位相制御手段とを備え、前記出力電圧位
   相制御手段は、前記交流電源を前記フルブリッジ整流器
   のみにより整流し前記平滑用コンデンサにより平滑した
   場合に得られる直流電圧における所定値に相当する直流
   母線電圧の目標値と前記直流電圧検出手段により得られ
   る直流電圧値との差に応じて電源電流を正弦波化するよ
   う前記略正弦波状パルス幅変調電圧の位相制御量を決定
   し、この位相制御量と前記電源電圧検出手段により得ら
   れる交流電源の電源電圧値とにより前記パルス幅変調制
   御手段に出力する略正弦波状パルス幅変調電圧指令値を
   得るようにしたことを特徴とする順変換装置。
2. 【請求項２】 前記スイッチング素子の起動時の急峻な
   電流を抑制するよう前記スイッチング素子の前記略正弦
   波状パルス幅変調電圧の位相を、交流電源の位相と一致
   するかまたは位相差を小さくするように制御する起動電
   流抑制位相制御手段を有することを特徴とする請求項１
   に記載の順変換装置。
3. 【請求項３】 電源電圧の位相と前記スイッチング素子
   の前記略正弦波状パルス幅変調電圧の位相制御量が、一
   定時間、設定値よりも小さい場合、前記スイッチング素
   子のスイッチング動作を停止する負荷低下時停止手段を
   有することを特徴とする請求項１に記載の順変換装置。
4. 【請求項４】 前記スイッチング素子のスイッチング動
   作停止期間中に、前記直流電圧検出手段の出力と直流母
   線電圧の目標値の偏差が設定値より大きくなった場合
   に、前記スイッチング素子のスイッチング動作を開始す
   る母線電圧低下時起動手段を有することを特徴とする請
   求項１に記載の順変換装置。
5. 【請求項５】 交流電源に接続されたフルブリッジ整流
   器と、前記フルブリッジ整流器の直流側に接続された平
   滑用コンデンサと、前記平滑用コンデンサの両端の電圧
   を直流電圧源とする負荷装置からなる順変換装置におい
   て、前記交流電源と前記フルブリッジ整流器の間に接続
   された交流リアクトルと、前記フルブリッジ整流器の個
   々の整流器に対し逆並列に接続されたスイッチング素子
   と、前記交流電源の電圧位相を検出する電源位相検出手
   段と、前記平滑用コンデンサの両端の直流電圧を検出す
   る直流電圧検出手段と、前記スイッチング素子の前記交
   流リアクトル側に前記平滑用コンデンサの両端の直流電
   圧を電源とした略正弦波状パルス幅変調電圧を発生する
   よう前記スイッチング素子を駆動するパルス幅変調制御
   手段と、前記交流電源を前記フルブリッジ整流器のみに
   より整流し前記平滑コンデンサにより平滑した場合に得
   られる直流電圧から格別の昇圧なしに前記平滑用コンデ
   ンサの両端の直流電圧を所定値に制御するための出力電
   圧位相制御手段とを備え、前記出力電圧位相制御手段
   は、前記交流電源を前記フルブリッジ整流器のみにより
   整流し前記平滑用コンデンサにより平滑した場合に得ら
   れる直流電圧における所定値に相当する直流母線電圧の
   目標値と前記直流電圧検出手段により得られる直流電圧
   値との差に応じて電源電流を正弦波化するよう前記略正
   弦波状パルス幅変調電圧の位相制御量を決定し、この位
   相制御量と前記交流電源の電圧値とにより前記パルス幅
   変調制御手段に出力する略正弦波状パルス幅変調電圧指
   令値を得るとともに、前記スイッチング素子のスイッチ
   ング動作停止期間中に前記直流電圧検出手段の出力から
   前記交流電源の電圧の大きさを推定する電源電圧推定手
   段を有することを特徴とする順変換装置。
6. 【請求項６】 前記スイッチング素子の前記略正弦波状
   パルス幅変調電圧の位相制御量から交流電源の電流の大
   きさ及び位相を求める負荷電流推定手段を有することを
   特徴とする請求項１に記載の順変換装置。
7. 【請求項７】 交流電源の電圧と電流の位相から決まる
   力率が、設定した範囲から外れないように前記スイッチ
   ング素子の前記略正弦波状パルス幅変調電圧の位相制御
   量を決定する力率管理制御手段を有することを特徴とす
   る請求項１に記載の順変換装置。
8. 【請求項８】 前記スイッチング素子の前記略正弦波状
   パルス幅変調電圧の位相を負荷の大きさに応じて制御す
   る場合に、制御可能領域に収まるようスイッチング素子
   の前記略正弦波状パルス幅変調電圧の位相制御量を決定
   する制御可能領域制限手段を有することを特徴とする請
   求項１に記載の順変換装置。
9. 【請求項９】 前記力率管理制御手段および制御可能領
   域制限手段の制御動作により、前記スイッチング素子の
   前記略正弦波状パルス幅変調電圧の位相制御量が制限値
   に達した場合には、前記平滑コンデンサの両端の電圧を
   直流電圧源とする負荷を抑制する負荷抑制手段を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の順変換装置。
10. 【請求項１０】 前記平滑コンデンサの両端の直流電圧
    を安定に制御するよう交流電源の電流の有効成分を直流
    電圧検出回路の出力値と直流母線電圧の目標値の偏差に
    対し比例的に制御するために適切な前記スイッチング素
    子の前記略正弦波状パルス幅変調電圧の位相制御量を決
    定する位相制御量決定手段を有することを特徴とする請
    求項１に記載の順変換装置。