JPH06261550A - 電力変換装置 - Google Patents
電力変換装置Info
- Publication number
- JPH06261550A JPH06261550A JP5046257A JP4625793A JPH06261550A JP H06261550 A JPH06261550 A JP H06261550A JP 5046257 A JP5046257 A JP 5046257A JP 4625793 A JP4625793 A JP 4625793A JP H06261550 A JPH06261550 A JP H06261550A
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- JP
- Japan
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- current
- voltage
- inverter
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- Pending
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- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
- Rectifiers (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】複数の２レベルコンバータを、多レベルコンバ
ータの入力段の平滑コンデンサ群を構成する平滑コンデ
ンサに接続し、各平滑コンデンサの電圧がインバータの
出力電流に係わらず一定になるようにコンバータを制御
する回路によって構成される。 【効果】各々の平滑コンデンサの電圧を一定にすること
で、安定したインバータ出力電圧及び電流を得ることが
できる。
ータの入力段の平滑コンデンサ群を構成する平滑コンデ
ンサに接続し、各平滑コンデンサの電圧がインバータの
出力電流に係わらず一定になるようにコンバータを制御
する回路によって構成される。 【効果】各々の平滑コンデンサの電圧を一定にすること
で、安定したインバータ出力電圧及び電流を得ることが
できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電力変換器に係り、特
に、複数のコンバータと、その直流出力電圧を入力し
て、可変電圧・可変周波数の交流に変換する多レベルイ
ンバータを備えた交流−交流電力変換に関する。
に、複数のコンバータと、その直流出力電圧を入力し
て、可変電圧・可変周波数の交流に変換する多レベルイ
ンバータを備えた交流−交流電力変換に関する。
【０００２】
【従来の技術】交流入力からＭレベルインバータを駆動
する場合、Ｍレベルコンバータによる給電が考えられて
いる。例えば、平成４年電気学会産業応用部門全国大会
予稿集第５７０頁から第５７１頁記載の３レベルコンバ
ータ＋３レベルインバータシステムが挙げられる。
する場合、Ｍレベルコンバータによる給電が考えられて
いる。例えば、平成４年電気学会産業応用部門全国大会
予稿集第５７０頁から第５７１頁記載の３レベルコンバ
ータ＋３レベルインバータシステムが挙げられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の多レベルコンバ
ータ・インバータシステムでは、多レベルコンバータ
と、このコンバータの直流出力を、直列接続された平滑
コンデンサ群を経て、前記コンバータと同数の出力レベ
ルを持つ多レベルインバータに給電する回路構成が用い
られてきた。このような回路構成では、コンバータ及び
インバータを構成している素子のばらつきや、インバー
タの動作に偏りがあると、このインバータの電圧源とな
っている平滑コンデンサ群を構成するコンデンサの入力
電流と出力電流の差の平均値が零にならない。このため
コンデンサが充電、もしくは放電され続け、コンデンサ
の電圧が変動してしまう。この結果、各コンデンサ間の
電圧にばらつきが生じ、多レベルインバータの出力電圧
が不安定になる。
ータ・インバータシステムでは、多レベルコンバータ
と、このコンバータの直流出力を、直列接続された平滑
コンデンサ群を経て、前記コンバータと同数の出力レベ
ルを持つ多レベルインバータに給電する回路構成が用い
られてきた。このような回路構成では、コンバータ及び
インバータを構成している素子のばらつきや、インバー
タの動作に偏りがあると、このインバータの電圧源とな
っている平滑コンデンサ群を構成するコンデンサの入力
電流と出力電流の差の平均値が零にならない。このため
コンデンサが充電、もしくは放電され続け、コンデンサ
の電圧が変動してしまう。この結果、各コンデンサ間の
電圧にばらつきが生じ、多レベルインバータの出力電圧
が不安定になる。
【０００４】本発明の目的は、多レベルインバータの電
圧源となる平滑コンデンサ群の各コンデンサの電圧を一
定に保ち、安定したインバータ出力電圧及び電流を得る
ことにある。
圧源となる平滑コンデンサ群の各コンデンサの電圧を一
定に保ち、安定したインバータ出力電圧及び電流を得る
ことにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明では、交流を直流
に変換する（Ｍ−１）台の２レベルコンバータと、これ
らのコンバータの直流出力を、直列接続した（Ｍ−１）
台の平滑コンデンサからなる平滑コンデンサ群の各々の
コンデンサに接続し、この平滑コンデンサ群によって給
電されるＭレベルインバータと、前記インバータの出力
電流を導出する手段と、この出力電流に応じた入力電力
を得られるように前記コンバータの出力電流を調節する
手段を備える。例えば、多レベルインバータの出力電力
の不平衡による平滑コンデンサ群の個々の平滑コンデン
サ電圧の変動を抑制するため、インバータ出力電流と前
記インバータのスイッチング状態によって決定するイン
バータ入力電流とつりあうように、２レベルコンバータ
の出力電流を制御する。
に変換する（Ｍ−１）台の２レベルコンバータと、これ
らのコンバータの直流出力を、直列接続した（Ｍ−１）
台の平滑コンデンサからなる平滑コンデンサ群の各々の
コンデンサに接続し、この平滑コンデンサ群によって給
電されるＭレベルインバータと、前記インバータの出力
電流を導出する手段と、この出力電流に応じた入力電力
を得られるように前記コンバータの出力電流を調節する
手段を備える。例えば、多レベルインバータの出力電力
の不平衡による平滑コンデンサ群の個々の平滑コンデン
サ電圧の変動を抑制するため、インバータ出力電流と前
記インバータのスイッチング状態によって決定するイン
バータ入力電流とつりあうように、２レベルコンバータ
の出力電流を制御する。
【０００６】
【作用】これにより各コンデンサの入出力電流の平衡が
保たれ、コンデンサ電圧が一定となり、多レベルインバ
ータに安定した電圧を供給できる。
保たれ、コンデンサ電圧が一定となり、多レベルインバ
ータに安定した電圧を供給できる。
【０００７】
【実施例】図１は本発明の一実施例の回路図である。コ
ンバータ・インバータシステムによる誘導電動機の制御
装置の回路であって、１は交流電源、２は変圧器、３
ａ，３ｂは、交流を直流に変換する２レベルＰＷＭコン
バータ、４は、直流電圧を平滑するためのフィルタコン
デンサ４ａ，４ｂによって構成される平滑コンデンサ
群、５は３レベルインバータ装置、６はインバータ５に
より駆動される誘導電動機である。７ａ，７ｂは電流検
出手段、８は平均値演算手段８１，変調率及び位相演算
手段８２，ゲートパルス発生手段８３によって構成され
る制御回路で、制御回路８の出力により、ゲート信号処
理回路９を介して、所定の順序でコンバータ３ａ，３ｂ
の制御スイッチング素子のオン・オフ制御を行う。
ンバータ・インバータシステムによる誘導電動機の制御
装置の回路であって、１は交流電源、２は変圧器、３
ａ，３ｂは、交流を直流に変換する２レベルＰＷＭコン
バータ、４は、直流電圧を平滑するためのフィルタコン
デンサ４ａ，４ｂによって構成される平滑コンデンサ
群、５は３レベルインバータ装置、６はインバータ５に
より駆動される誘導電動機である。７ａ，７ｂは電流検
出手段、８は平均値演算手段８１，変調率及び位相演算
手段８２，ゲートパルス発生手段８３によって構成され
る制御回路で、制御回路８の出力により、ゲート信号処
理回路９を介して、所定の順序でコンバータ３ａ，３ｂ
の制御スイッチング素子のオン・オフ制御を行う。
【０００８】図２は、図１に示されている二組のコンバ
ータ回路のうちのコンバータ一組分の等価回路であり、
２１は変圧器２の二次電圧、２２は変圧器２の等価リア
クトル、３は２レベルコンバータ、４′は直流平滑コン
デンサ、１０は、インバータ出力電流と等価な電流源Ｉ
i を示している。
ータ回路のうちのコンバータ一組分の等価回路であり、
２１は変圧器２の二次電圧、２２は変圧器２の等価リア
クトル、３は２レベルコンバータ、４′は直流平滑コン
デンサ、１０は、インバータ出力電流と等価な電流源Ｉ
i を示している。
【０００９】図３は入力電流の力率を１.０ とした時の
コンバータ入力電圧と電流の関係を表すベクトル図であ
る。二次電圧ＥS に対してコンバータ入力電圧ＥC を図
示のように設定すると、両者の差がリアクトル２２に印
加されるリアクトル電圧ＥＬとなる。ここで、入力電流
ＩＳ とリアクトル電圧ＥL とは直交関係にあるので、
入力電流ＩS は図示のようになる。したがって、入力交
流電圧の虚軸成分ＥCi（二次電圧ＥS と直交する成分）
を操作することにより、入力電流ＩS の有効成分（二次
電圧ＥS と同相成分）が制御され、入力交流電圧ＥS の
実軸成分ＥCrを操作することでコンバータ入力電流ＩS
の位相（基本波力率）が制御される。そして、直流側に
は、入力電流ＩS を整流した直流電流Ｉc が出力され
る。これとインバータ入力電流Ｉi との差電流Ｉd がコ
ンデンサに流れ込む。この電流によって平滑コンデンサ
４の端子電圧が決定される。
コンバータ入力電圧と電流の関係を表すベクトル図であ
る。二次電圧ＥS に対してコンバータ入力電圧ＥC を図
示のように設定すると、両者の差がリアクトル２２に印
加されるリアクトル電圧ＥＬとなる。ここで、入力電流
ＩＳ とリアクトル電圧ＥL とは直交関係にあるので、
入力電流ＩS は図示のようになる。したがって、入力交
流電圧の虚軸成分ＥCi（二次電圧ＥS と直交する成分）
を操作することにより、入力電流ＩS の有効成分（二次
電圧ＥS と同相成分）が制御され、入力交流電圧ＥS の
実軸成分ＥCrを操作することでコンバータ入力電流ＩS
の位相（基本波力率）が制御される。そして、直流側に
は、入力電流ＩS を整流した直流電流Ｉc が出力され
る。これとインバータ入力電流Ｉi との差電流Ｉd がコ
ンデンサに流れ込む。この電流によって平滑コンデンサ
４の端子電圧が決定される。
【００１０】コンデンサ電圧Ｅd を一定にするために、
コンバータの変調率Ｋと、コンバータ入力端電圧ＥC と
二次電圧ＥS との位相差θを以下の様にして決定する。
コンバータの変調率Ｋと、コンバータ入力端電圧ＥC と
二次電圧ＥS との位相差θを以下の様にして決定する。
【００１１】図３におけるコンバータの入力及び出力電
力の関係は数１で表される。
力の関係は数１で表される。
【００１２】
【数１】 Ｅs・Ｉs＝Ｅd・Ｉc …（数１） 入力電流ＩS の基本波力率は入力交流電圧の虚軸成分Ｅ
Ciを操作し、位相が０゜（力率１.０ ）となるように動
作させるものとすると、変調率Ｋと位相角θの関係は次
式のようになる。
Ciを操作し、位相が０゜（力率１.０ ）となるように動
作させるものとすると、変調率Ｋと位相角θの関係は次
式のようになる。
【００１３】
【数２】
【００１４】
【数３】
【００１５】Ｅd が一定、つまりＩd が零であるとすれ
ば、数４が成り立つ。
ば、数４が成り立つ。
【００１６】
【数４】 Ｉi＝ＩC …（数４） 電力関係式である数１及び入出力電流の関係式を数２及
び数３に代入すると変調率Ｋと位相角θの関係式は数５
及び数６の様に変形される。
び数３に代入すると変調率Ｋと位相角θの関係式は数５
及び数６の様に変形される。
【００１７】
【数５】
【００１８】
【数６】
【００１９】これらの式によって得られる変調率をＫ，
位相角をθとしてコンバータを制御することによりコン
デンサ電流Ｉd が零、つまり、Ｅd が一定となる。
位相角をθとしてコンバータを制御することによりコン
デンサ電流Ｉd が零、つまり、Ｅd が一定となる。
【００２０】また、インバータの出力電流が負となる電
力回生時にも同様に制御が可能である。
力回生時にも同様に制御が可能である。
【００２１】このような制御を、図１のコンバータ３ａ
および３ｂについて個別に行うことにより、回路動作上
の何らかの原因により平滑コンデンサＣd1とＣd2のそれ
ぞれの電流出力電流Ｉi1，Ｉi2に不平衡が在っても、コ
ンデンサＣd1，Ｃd2の入力電力を操作することによっ
て、直流電圧Ｅd1とＥd2を設定値に保つことができ、安
定した電圧を多レベルインバータに供給することができ
る。
および３ｂについて個別に行うことにより、回路動作上
の何らかの原因により平滑コンデンサＣd1とＣd2のそれ
ぞれの電流出力電流Ｉi1，Ｉi2に不平衡が在っても、コ
ンデンサＣd1，Ｃd2の入力電力を操作することによっ
て、直流電圧Ｅd1とＥd2を設定値に保つことができ、安
定した電圧を多レベルインバータに供給することができ
る。
【００２２】以上、本発明を２レベル二コンバータと３
レベル一インバータの場合についての実施例について説
明したが、本発明はこの他のコンバータ、多レベルイン
バータの組み合わせ、一般には、２レベル（Ｘ−１）コ
ンバータとＸレベルインバータ（Ｘは３以上の整数）に
も適用でき、制御回路についても、図４に示すように、
コンデンサ電圧Ｅd を検出し、目標値Ｅd*との偏差を取
り、偏差をなくすためのコンバータ制御によってもコン
デンサ電圧を一定に保つことができる。
レベル一インバータの場合についての実施例について説
明したが、本発明はこの他のコンバータ、多レベルイン
バータの組み合わせ、一般には、２レベル（Ｘ−１）コ
ンバータとＸレベルインバータ（Ｘは３以上の整数）に
も適用でき、制御回路についても、図４に示すように、
コンデンサ電圧Ｅd を検出し、目標値Ｅd*との偏差を取
り、偏差をなくすためのコンバータ制御によってもコン
デンサ電圧を一定に保つことができる。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、多レベルインバータの
動作に偏りがあり、このインバータの入力段に直列に接
続された平滑コンデンサの出力電流が各々異なっても、
各コンバータを独立に操作し、各平滑コンデンサの電流
を制御することにより、各平滑コンデンサ電圧の調整を
行い、多レベルインバータに安定した電圧を供給する事
ができる。
動作に偏りがあり、このインバータの入力段に直列に接
続された平滑コンデンサの出力電流が各々異なっても、
各コンバータを独立に操作し、各平滑コンデンサの電流
を制御することにより、各平滑コンデンサ電圧の調整を
行い、多レベルインバータに安定した電圧を供給する事
ができる。
【図１】本発明の一実施例を示す回路図。
【図２】図１のコンバータ部の等価回路図。
【図３】コンバータの入出力電圧及び電流の関係を示す
ベクトル図。
ベクトル図。
【図４】本発明の他の実施例を示す回路図。
１…交流電源、２…変圧器、３…ＰＷＭコンバータ回
路、４…平滑コンデンサ、５…３レベルＰＷＭインバー
タ、６…誘導電動機、７…電流検出器、８…制御回路、
９…ゲート信号処理回路、１０…インバータ出力等価電
流。
路、４…平滑コンデンサ、５…３レベルＰＷＭインバー
タ、６…誘導電動機、７…電流検出器、８…制御回路、
９…ゲート信号処理回路、１０…インバータ出力等価電
流。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０２Ｍ 7/17 9180−5Ｈ
Claims (3)
- 【請求項１】交流を直流に変換する順変換器と、平滑コ
ンデンサ群と、直流を交流に変換する逆変換器とを含む
電力変換器において、前記逆変換器はＭレベルインバー
タ（Ｍは３以上の整数）であり、前記平滑コンデンサ群
は（Ｍ−１）台の直列接続されたコンデンサからなり、
前記順変換器は（Ｍ−１）台の直列接続された２レベル
コンバータにより構成されることを特徴とする電力変換
装置。 - 【請求項２】交流を直流に変換する順変換器と、平滑コ
ンデンサ群と、直流を交流に変換する逆変換器とを含む
電力変換器において、前記逆変換器はＭレベルインバー
タ（Ｍは３以上の整数）であり、前記平滑コンデンサ群
は（Ｍ−１）台の直列接続されたコンデンサからなり、
前記順変換器は（Ｍ−１）台の直列接続された２レベル
コンバータにより構成され、前記各コンデンサの端子間
電圧を一定に保つように前記各２レベルコンバータを制
御することを特徴とする電力変換装置。 - 【請求項３】交流を直流に変換する順変換器と、平滑コ
ンデンサ群と、直流を交流に変換する逆変換器とを含む
電力変換器において、前記逆変換器はＭレベルインバー
タ（Ｍは３以上の整数）であり、前記平滑コンデンサ群
は（Ｍ−１）台の直列接続されたコンデンサからなり、
前記順変換器は（Ｍ−１）台の直列接続された２レベル
コンバータにより構成され、前記各コンデンサの端子間
電圧を検出する手段と、前記端子間電圧の平均値を演算
する手段と前記端子間電圧と目標とする電圧との偏差に
よってコンバータを制御する手段を備えたことを特徴と
する電力変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5046257A JPH06261550A (ja) | 1993-03-08 | 1993-03-08 | 電力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5046257A JPH06261550A (ja) | 1993-03-08 | 1993-03-08 | 電力変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06261550A true JPH06261550A (ja) | 1994-09-16 |
Family
ID=12742147
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5046257A Pending JPH06261550A (ja) | 1993-03-08 | 1993-03-08 | 電力変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06261550A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997025766A1 (fr) * | 1996-01-10 | 1997-07-17 | Hitachi, Ltd. | Appareil de conversion de courant multiniveau |
| JP2006067754A (ja) * | 2004-08-30 | 2006-03-09 | Hitachi Ltd | コンバータおよびそのコンバータを用いてなる電力変換装置 |
| JP2007280358A (ja) * | 2006-03-14 | 2007-10-25 | Tokyo Institute Of Technology | 自励式無効電力補償装置および自励式無効電力補償装置におけるコンデンサ電圧制御方法ならびに電力蓄積装置および電力蓄積装置制御方法 |
-
1993
- 1993-03-08 JP JP5046257A patent/JPH06261550A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997025766A1 (fr) * | 1996-01-10 | 1997-07-17 | Hitachi, Ltd. | Appareil de conversion de courant multiniveau |
| JP2006067754A (ja) * | 2004-08-30 | 2006-03-09 | Hitachi Ltd | コンバータおよびそのコンバータを用いてなる電力変換装置 |
| JP2007280358A (ja) * | 2006-03-14 | 2007-10-25 | Tokyo Institute Of Technology | 自励式無効電力補償装置および自励式無効電力補償装置におけるコンデンサ電圧制御方法ならびに電力蓄積装置および電力蓄積装置制御方法 |
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