電力変換装置及びその制御装置
【課題】負荷に対し高精度に電圧及び電力を供給する。
【解決手段】積分回路５５は、小容量コンデンサ５３の直流電圧値ＶＤを積分した電圧積分値∫Ｖｄｔを求めてコンパレータ５８に送る。計算回路６４は、有効電力基準Ｐ＊をインバータ周波数Ｆで除すことでインバータ周波数１サイクル毎の電圧基準Ｖｍ＊（＝αＰ＊／Ｆ）を計算し、コンパレータ５８に送る。コンパレータ５８は、積分回路５５からの電圧積分値∫Ｖｄｔと、計算回路６４からの電圧基準Ｖｍ＊を比較し、ｐｗｍ回路５９は、コンパレータ５８の比較に基づいてｐｗｍ信号を生成する。
【解決手段】積分回路５５は、小容量コンデンサ５３の直流電圧値ＶＤを積分した電圧積分値∫Ｖｄｔを求めてコンパレータ５８に送る。計算回路６４は、有効電力基準Ｐ＊をインバータ周波数Ｆで除すことでインバータ周波数１サイクル毎の電圧基準Ｖｍ＊（＝αＰ＊／Ｆ）を計算し、コンパレータ５８に送る。コンパレータ５８は、積分回路５５からの電圧積分値∫Ｖｄｔと、計算回路６４からの電圧基準Ｖｍ＊を比較し、ｐｗｍ回路５９は、コンパレータ５８の比較に基づいてｐｗｍ信号を生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、整流回路とインバータ回路を備えた電力変換装置、及び制御装置に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、商用周波数の交流系統から受電する電力変換装置では、交流系統からの交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路と、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路とを組み合わせて用いている。このうち、インバータ回路は、モータの駆動源をはじめ変圧器を介して交流の高圧高周波電力を供給する電源、あるいは、変圧器の二次を整流してＥＶなどのバッテリーを充電する充電装置などに応用されている。一方、整流回路は、インバータ回路に直流電圧を供給する直流電源であって、優れた力率を発揮するものとして、スイッチング素子を備えたものが提案されている。中でも、ｐｗｍコンバータは直流電圧の一定制御が可能なので多用されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
上記のようなｐｗｍコンバータを利用した電力変換装置は、電源力率がほぼ１という高力率を発揮することができ、直流電圧の変動もなく、安定した動作が可能である。しかしその反面、この種の電力変換装置は、ｐｗｍコンバータブリッジが高価なスイッチング素子からなるので、コストが高いという問題点があった。また、損失が多いので効率が低いといった短所も指摘されていた。そこで従来から、低コストで高効率であるダイオード整流回路が提案されている（例えば、特許文献２）。
【０００４】
ところが、ダイオード整流回路はアクティブな素子を用いないので、力率が低下することは否めない。高力率の改善を達成するためには、整流後の平滑度を向上させて交流側のピーク電流を低くすれば良い。具体的には、直流部に小容量コンデンサを設け、この小コンデンサ容量によって整流後の電流を平滑化した多相整流回路を採用することが有効である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−９４９１３号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３９７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ダイオード整流回路と小容量コンデンサを備えた電力変換装置には、上述した力率の低下とは別に、次のような不具合が指摘されている。すなわち、ｐｗｍコンバータと違い、ダイオード整流回路では、直流電圧が交流入力電圧の変動をダイレクトに受けてしまい、しかも負荷の変動にも弱い。
【０００７】
交流入力電圧や負荷の変動により、ダイオード整流回路の出力する直流電圧が変動すれば、インバータ回路もその影響を受け、負荷に供給する電圧及び電力は不安定となる。このため、ダイオード整流回路を備えた電力変換装置は、直流電圧変動の影響を受け難い負荷にしか応用することができず、適用範囲の狭さが問題となっていた。
【０００８】
しかし、電力変換装置の需要は急速に高まる近年、経済的に有利なことが重視されている。したがって、ダイオード整流回路を備えた電力変換装置の適用分野をさらに広げることが望まれていた。そこで、ダイオード整流回路を備えた電力変換装置において、直流電圧変動の影響を受けず、負荷側の変動にも迅速に対応可能な電力変換装置の制御技術の開発が待たれていた。
【０００９】
本実施形態の電力変換装置及びその制御装置は、上記の課題を解決するために提案されたものである。本実施形態は、ダイオード整流回路を備えた電力変換装置の制御装置において、直流電圧の一定制御が可能で、且つ負荷に対し高精度に電圧及び電力を供給して安定した負荷制御を実現することにより、適用範囲の拡大を可能としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、実施形態の電力変換装置の制御装置は、次の点を特徴とする。
（１）電力変換装置には、ダイオード素子を含み商用周波数の交流系統電圧を整流して直流母線に出力する整流回路と、半導体スイッチング素子を含み直流母線の電圧を交流に変換して負荷に電力を供給するインバータ回路とが設けられている。
（２）直流母線には直流母線の電圧値を検出する電圧検出手段が設けられている。
（３）電圧検出手段には積分手段が接続されている。積分手段は、電圧検出手段の検出した電圧値を取り入れ、インバータ回路の周波数に同期してリセットすることで、インバータ周波数１サイクル毎の電圧積分値を求めるように構成されている。
（４）積分手段には、ｐｗｍ信号生成手段が接続され、ｐｗｍ信号生成手段には計算手段が接続されている。計算手段は、予め設定された負荷の有効電力基準とインバータ回路の周波数を取り込み、有効電力基準を周波数で除してインバータ周波数１サイクル毎の電圧基準を計算するように構成されている。
（５）ｐｗｍ信号生成手段は、計算手段の求めたインバータ周波数１サイクル毎の電圧基準と積分手段の求めた電圧積分値とを比較して、インバータ回路を駆動させるｐｗｍ信号を生成するように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】代表的な実施形態である電力変換装置及びその制御装置の回路図。
【図２】代表的な実施形態においてｐｗｍ信号を位相シフト形ｐｗｍ信号に変換する場合のタイムチャート。
【図３】他の実施形態におけるｐｗｍ信号生成手段の回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
１．代表的な実施形態の構成
以下、代表的な実施形態である電力変換装置とその制御装置について、図１〜図３を参照して具体的に説明する。
【００１３】
（１）電力変換装置の構成
図１に示すように、電力変換装置Ａは、整流回路を含むコンバータ部と、これに接続されたインバータ部とを含み、コンバータ部の受電端側に商用周波数の三相の交流電源１が接続され、インバータ部の送電端側に負荷であるオゾン発生装置１４が接続されている。
【００１４】
電力変換装置Ａには、整流回路を構成するダイオードブリッジ５１、５２が設けられている。ダイオードブリッジ５１、５２の入力側には変圧器５０を介して交流電源１が接続され、出力側には直流母線７が接続されている。ダイオードブリッジ５１、５２には、小容量コンデンサ５３とサージエネルギー吸収回路５４が設置されている。つまり、電力変換装置Ａのコンバータ部は、ダイオードブリッジ５１、５２、小容量コンデンサ５３及びサージエネルギー吸収回路５４から構成される。
【００１５】
一方、電力変換装置Ａのインバータ部は、インバータブリッジ１１と、変圧器１２と、リアクトル１３とから構成される。インバータブリッジ１１は、直流母線７の電圧を交流に変換して、オゾン発生装置１４に供給する回路であり、４つのＩＧＢＴを有している。図１中の符号ＧＡ〜ＧＤは、インバータブリッジ１１におけるＩＧＢＴのゲートを示している。変圧器１２は、昇圧用のトランスであって、インバータブリッジ１１とオゾン発生装置１４との間に設置される。リアクトル１３は、変圧器１２に直列に接続されている。
【００１６】
このような電力変換装置Ａが交流電源１から三相交流を受電すると、変圧器５０を経由した交流を、ダイオードブリッジ５１、５２が受け取る。ダイオードブリッジ５１、５２は、交流電源１から取り込んだ交流電圧を整流して直流母線７に出力する。そして、インバータブリッジ１１が、直流母線７の直流電圧を交流電圧に変換する。変圧器１２は交流電圧を昇圧し、リアクトル１３を介して負荷との共振状態としてオゾン発生装置１４に電力を供給する。
【００１７】
（２）電力変換装置の制御装置
上記の電力変換装置Ａの制御装置Ｂは、３つの部分から構成される。第１の部分は電力変換装置Ａのコンバータ部の出力取込手段、第２の部分はインバータ部の出力取込手段、第３の部分はインバータ部に対する制御信号の生成手段である。
【００１８】
（２−１）コンバータ部の出力取込手段
コンバータ部の出力取込手段は、電圧検出器６と、積分回路５５と、リセット回路５６とを含む。電圧検出器６は、ダイオードブリッジ５１、５２が出力する直流電圧を検出する手段であって、直流電圧値ＶＤを小容量コンデンサ５３から取り込み、積分回路５５に送るようになっている。
【００１９】
リセット回路５６は、インバータ周波数Ｆを取り込み、１サイクルの起点でリセット信号を積分回路５５に出力する回路である。積分回路５５は、電圧検出器６から直流電圧値ＶＤを、リセット回路５６からリセット信号をそれぞれ受け取って、直流電圧値ＶＤを積分した電圧積分値∫Ｖｄｔを求める回路である。
【００２０】
（２−２）インバータ部の出力取込手段
インバータ部の出力取込手段として、変流器１５、変圧器１６、掛算器１７、１８、ローパスフィルタ１９、２０、無効電力設定器２１及び無効電力検出用信号発生器２５、有効電力制御回路６３、計算回路６４及び有効電力設定器６６が設けられている。
【００２１】
変流器１５及び変圧器１６は、インバータブリッジ１１とオゾン発生装置１４との間に設置されている。変流器１５はインバータブリッジ１１の出力する電流値Ｉ１５を検出する機器、変圧器１６はオゾン発生装置１４の出力する電圧値Ｖ１６を検出する機器である。
【００２２】
変流器１５には掛算器１７、１８が接続されている。また、変圧器１６には掛算器１８と無効電力検出用信号発生器２５が接続され、無効電力検出用信号発生器２５には掛算器１７が接続されている。掛算器１７は、無効電力検出用信号発生器２５から無効電力検出用信号Ｖ２５を受け取るようになっている。
【００２３】
掛算器１７にはローパスフィルタ１９が接続され、掛算器１８にはローパスフィルタ２０が接続されている。掛算器１７はオゾン発生装置１４の無効電力Ｑを算出する回路であり、掛算器１８はオゾン発生装置１４の有効電力Ｐを算出する回路である。
【００２４】
ローパスフィルタ１９には、無効電力設定器２１及び無効電力制御回路２３が順次接続されている。無効電力設定器２１ではオゾン発生装置１４の無効電力基準Ｑ＊を設定している。無効電力制御回路２３はオゾン発生装置１４の無効電力Ｑを制御してインバータブリッジ１１のインバータ周波数Ｆを調整する回路である。
【００２５】
ローパスフィルタ２０には、有効電力設定器６６及び有効電力制御回路６３が順次接続されている。有効電力設定器６６ではオゾン発生装置１４の有効電力基準Ｐ＊を設定している。有効電力制御回路６３は、有効電力Ｐの制御に加えて、計算回路６４の計算結果であるＰ＊／Ｆ（後述）の補正処理を行う回路である。
【００２６】
計算回路６４は、有効電力設定器６６で設定有効電力基準Ｐ＊を、インバータ周波数Ｆで割ることで、インバータ周波数１サイクル毎の電圧基準Ｖｍ＊（＝αＰ＊／Ｆ、αは係数である）を計算する回路である。
【００２７】
（２−３）インバータの制御信号の生成手段
インバータの制御信号の生成手段は、コンパレータ５８と、ｐｗｍ回路５９と、位相シフトｐｗｍ回路６０とからなる。これらの回路は、積分回路５５の出力側に順次接続されている。
【００２８】
コンパレータ５８は、計算回路６４が求めた電圧基準Ｖｍ＊と、積分回路５５が求めた電圧積分値∫Ｖｄｔとを比較するものである。ｐｗｍ回路５９は、コンパレータ５８の比較に基づいてｐｗｍ信号を生成する回路である。位相シフトｐｗｍ回路６０は、ｐｗｍ回路５９の生成したｐｗｍ信号を、位相シフト形ｐｗｍ制御の駆動信号に変換する回路である。
【００２９】
（２−４）電力変換装置の制御装置の動作
上記の構成要素からなる制御装置Ｂは、次のように動作する。ダイオードブリッジ５１、５２の出力側では、電圧検出器６は小容量コンデンサ５３の直流電圧値ＶＤを検出して、これを積分回路５５に送る。
【００３０】
リセット回路５６は、インバータ周波数Ｆの１サイクルの起点でリセット信号を積分回路５５に送るので、積分回路５５はリセット信号に基づいてリセットする。積分回路５５は、リセット信号に挟まれるＴ０からＴ１までの間、電圧検出器６から小容量コンデンサ５３の直流電圧値ＶＤを積分した電圧積分値∫Ｖｄｔを求めることができ、これをコンパレータ５８に送る。
【００３１】
一方、インバータブリッジ１１の出力側では、変流器１５がインバータブリッジ１１の出力した電流値Ｉ１５を検出して掛算器１７、１８に送る。変圧器１６は、オゾン発生装置１４の出力した電圧値Ｖ１６を検出して掛算器１８及び無効電力検出用信号発生器２５に送る。
【００３２】
掛算器１７は、無効電力検出用信号発生器２５から無効電力検出用信号Ｖ２５を受け取り、無効電力検出用信号Ｖ２５と変流器１５の出力した電流値Ｉ１５の積を求め、ローパスフィルタ１９に送ってオゾン発生装置１４の無効電力Ｑを算出する。無効電力制御回路２３は、無効電力設定器２１で設定した無効電力基準Ｑ＊と、前記無効電力Ｑを取り込み、無効電力基準Ｑ＊がゼロになるようにインバータブリッジ１１のインバータ周波数Ｆを調整して、基本波の力率が１になるように制御する。
【００３３】
掛算器１８は、電流値Ｉ１５と電圧値Ｖ１６との積をローパスフィルタ２０に送ってオゾン発生装置１４の有効電力Ｐを算出する。計算回路６４は、有効電力設定器６６で設定した有効電力基準Ｐ＊と、無効電力制御回路２３で調整したインバータ周波数Ｆを取り込み、有効電力基準Ｐ＊インバータ周波数Ｆで除し、商となるインバータ周波数１サイクル毎の電圧基準Ｖｍ＊（＝αＰ＊／Ｆ）を求める。
【００３４】
有効電力制御回路６３は、有効電力設定器６６で設定した有効電力基準Ｐ＊と、前記有効電力Ｐを取り込む。有効電力制御回路６３は、有効電力Ｐと有効電力基準Ｐ＊とを比較増幅して有効電力Ｐを制御すると共に、計算回路６４の計算結果であるαＰ＊／Ｆの補正処理を行う。
【００３５】
１サイクル毎の有効電力Ｐは、オゾン発生装置１４の放電電圧Ｖｚと、力率をほぼ１に制御した電流ｉと、インバータ周波数Ｆとの積として求まる（式１）。また、電流ｉと放電電圧Ｖｚと１サイクル毎の電圧平均値Ｖｍとの関係式２を、式１の電流ｉに代入すると、１サイクル毎の有効電力Ｐは、１サイクル毎の電圧平均値Ｖｍとインバータ周波数Ｆとの積に比例することになる（式３）。このような関係が成立することから、有効電力制御回路６３は、１サイクル毎に、計算回路６４の求める電圧基準Ｖｍ＊（＝αＰ＊／Ｆ）を補正処理することができる。
Ｐ＝ｉ・Ｖｚ・Ｆ…（１）
ｉ＝ｋ・（Ｖｍ／Ｖｚ）…（２）
Ｐ＝ｋ・Ｖｍ・Ｆ…（３）
【００３６】
コンパレータ５８は、積分回路５５から電圧積分値∫Ｖｄｔを受け取り、計算回路６４から電圧基準Ｖｍ＊を受け取って、両者を比較する。ｐｗｍ回路５９は、コンパレータ５８による電圧積分値∫Ｖｄｔと電圧基準Ｖｍ＊との比較に基づいてｐｗｍ信号を生成する。
【００３７】
（２−５）ｐｗｍ信号の生成
図２を参照して、ｐｗｍ回路５９におけるｐｗｍ信号の生成について、より具体的に説明する。図２において、上段から順に、ａがインバータ周波数Ｆの動作波形、ｂがリセット回路５６から出力されるリセット信号の動作波形、ｃが積分回路５５から出力される電圧積分値∫Ｖｄｔの波形、ｄが電圧基準Ｖｍ＊の電圧値である。
【００３８】
電圧積分値∫Ｖｄｔの波形ｃが、１サイクルあたりの電圧基準Ｖｍ＊の電圧値ｄに到達した時点をｔ１とし、これに基づいてｐｗｍ信号を生成している。すなわち、電圧積分値∫Ｖｄｔの波形ｃが電圧基準Ｖｍ＊の電圧値ｄ以下（Ｔ０からｔ１まで）では、ｐｗｍ信号はＨとなり、電圧積分値∫Ｖｄｔの波形ｃが電圧基準Ｖｍ＊の電圧値ｄを超えれば（ｔ１からＴ１まで）、ｐｗｍ信号はＬとなる。
【００３９】
位相シフトｐｗｍ回路６０は、ｐｗｍ回路５９の生成したｐｗｍ信号を、ゲート信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに変換し、位相シフト形ｐｗｍ制御の駆動信号としてインバータブリッジ１１のＩＧＢＴのゲートＧＡ、ＧＢ、ＧＣ、ＧＤに駆動信号を送って、インバータブリッジ１１を制御する。
【００４０】
（２−６）位相シフト形ｐｗｍ制御
位相シフトｐｗｍ回路６０によるゲート信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄについては、図２の下段に示す。各ゲート信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、次のような合成波形である。
【００４１】
なお、図２の波形Ｅは、変圧器１２の出力電圧を示している。変圧器１２の負荷にインダクタンス分やコンデンサ部分がある場合には、変圧器１２の一次側を短絡するモードにしておくことで、変圧器１２の出力のゼロ部分を安定させるようになっている。
【００４２】
位相シフト形ｐｗｍ制御では、インバータブリッジ１１の対角のＩＧＢＴのゲートに対し、駆動信号を意図的にずらして与える。このような位相シフト形ｐｗｍ制御によれば、ゼロ電圧スイッチングを実施でき、高効率化及び制御の安定化を図ることができ、オゾン発生装置１４に逆起電力（インダクタンスＣ等）がある場合等に有効である。
【００４３】
（３）実施形態の作用効果
以上のような本実施形態は、次のような作用効果を発揮する。すなわち、交流電源１の電圧変動やダイオードブリッジ５１、５２の出力側のリプル電圧等によって、小容量コンデンサ５３に流れる直流電圧値ＶＤが変動する。この場合、積分回路５５の求める電圧積分値∫Ｖｄｔは、電圧基準Ｖｍ＊に到達する時点ｔ１が変わることになる。
【００４４】
しかし、電圧基準Ｖｍ＊で規定される１回のｐｗｍの電圧波形の面積自体は変わることがない。したがって、整流回路がダイオードブリッジ５１、５２であっても、直流電圧を一定に制御することが可能である。つまり、直流電圧の変動があったとしても、電圧基準Ｖｍ＊に達するまでの電圧積分値∫Ｖｄｔの大きさは変わらず、直流電力の一定制御が可能である。
【００４５】
また、コンバータ出力の積分値はインバータ周波数Ｆに反比例するので、コンバータ側の出力変動をインバータブリッジ１１の電圧制御に反映することができ、しかも、前記積分値をインバータ周波数Ｆの１サイクル毎にリセットしているので、インバータ電圧を極めて高速に制御することが可能である。
【００４６】
さらに、本実施形態では、ｐｗｍ回路５９にて生成したｐｗｍ信号を、位相シフトｐｗｍ回路６０により位相シフト形ｐｗｍ制御の駆動信号に変換しており、オゾン発生装置１４を安定且つ高精度に制御することが可能である。また、本実施形態では、オゾン発生装置１４の有効電力Ｐが変動しても、有効電力制御回路６３が有効電力Ｐを制御しつつ、１サイクル毎に電圧基準Ｖｍ＊を補正するため、負荷制御の安定化に寄与することができる。
【００４７】
したがって、ダイオード整流回路を備えた電力変換装置であっても、直流電圧変動の影響を懸念する必要がなくなり、経済的な電力変換装置の適用範囲を広げることができる。また、負荷制御の安定性も向上しているため、信頼性及び経済性に優れた電力変換装置を提供することができる。
【００４８】
２．他の実施形態
なお、本明細書においては、本発明に係る複数の実施形態を説明したが、上記の実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。すなわち、上記の実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【００４９】
例えば、上記の代表的な実施形態では、ｐｗｍ信号の波形生成に際して、電圧積分値∫Ｖｄｔと電圧基準Ｖｍ＊（＝αＰ＊／Ｆ）を比較したが、電圧積分値∫Ｖｄｔにインバータ周波数Ｆを掛ける掛算器６８を設け、積分回路５５の出力を積分値∫ＶＦｄｔとしてもよい（図３参照）。
【００５０】
このような実施形態では、コンパレータ５８は、電圧積分値∫Ｖｄｔと電圧基準Ｖｍ＊（＝αＰ＊／Ｆ）を比較するのではなく、両者にインバータ周波数Ｆを掛けた積分値∫ＶＦｄｔと、有効電力基準Ｐ＊と比較することで、ｐｗｍ回路５９がｐｗｍ信号を生成することができる。
【００５１】
したがって、割り算を行うことで導いていた電圧基準Ｖｍ＊（＝αＰ＊／Ｆ）を使う必要が無くなり、計算回路６４が不要となる。割り算に比べて、掛け算は計算負担が軽いので、ｐｗｍ回路５９によって生成されるｐｗｍ信号は同じでありながら、処理速度が向上するという効果を発揮する。
【００５２】
上記の実施形態は、ハード制御のブロック図で説明したが、ディジタル制御やマイコン制御であっても達成できる。従って、請求項においては、前記実施形態における回路を手段として記載したが、この手段には、回路のようにハードウェアのみによって構成されるものと、コンピュータプログラムによって実現される構成のいずれも含むものとする。
【００５３】
また、発明の態様としては、制御装置の部分全体を制御回路として組み込んだ電力変換装置であってもよい。さらに、有効電力基準をインバータ回路の周波数で除した電圧基準Ｖ＊の補正処理に関しては、インバータの電力制御出力ループによって補正することが可能であり、有効電力制御回路に限らず、補正処理専用の回路を設けてもよい。また、整流回路であるダイオードブリッジは、受電力率を向上させるために多相整流回路が有効であり、６相整流、１２相整流、１８相整流、２４相整流等でも実施できる。
【符号の説明】
【００５４】
１…交流電源
２ａ、２ｂ、２ｃ…電流検出器
３ａ、３ｂ、３ｃ、１３…リアクトル
５…コンデンサ
６…電圧検出器
７…直流母線
１１…インバータブリッジ
１２、１６、５０…変圧器
１４…オゾン発生装置
１５…変流器
１７、１８、６８…掛算器
１９、２０…ローパスフィルタ
２１…無効電力設定器
２２…有効電力設定器
２３…無効電力制御回路
２４、６３…有効電力制御回路
２５…無効電力検出用信号発生器
５１、５２…ダイオードブリッジ
５３…小容量コンデンサ
５４…サージエネルギー吸収回路
５５…積分回路
５６…リセット回路
５８…コンパレータ
５９…ｐｗｍ回路
６０…位相シフトｐｗｍ回路
６４…計算回路
Ａ、Ｃ…電力変換装置
Ｂ、Ｄ…電力変換装置の制御装置
Ｆ…インバータ周波数
Ｐ…有効電力
Ｐ＊…有効電力基準
Ｖｍ＊…インバータ周波数１サイクル毎の電圧基準
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、整流回路とインバータ回路を備えた電力変換装置、及び制御装置に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、商用周波数の交流系統から受電する電力変換装置では、交流系統からの交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路と、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路とを組み合わせて用いている。このうち、インバータ回路は、モータの駆動源をはじめ変圧器を介して交流の高圧高周波電力を供給する電源、あるいは、変圧器の二次を整流してＥＶなどのバッテリーを充電する充電装置などに応用されている。一方、整流回路は、インバータ回路に直流電圧を供給する直流電源であって、優れた力率を発揮するものとして、スイッチング素子を備えたものが提案されている。中でも、ｐｗｍコンバータは直流電圧の一定制御が可能なので多用されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
上記のようなｐｗｍコンバータを利用した電力変換装置は、電源力率がほぼ１という高力率を発揮することができ、直流電圧の変動もなく、安定した動作が可能である。しかしその反面、この種の電力変換装置は、ｐｗｍコンバータブリッジが高価なスイッチング素子からなるので、コストが高いという問題点があった。また、損失が多いので効率が低いといった短所も指摘されていた。そこで従来から、低コストで高効率であるダイオード整流回路が提案されている（例えば、特許文献２）。
【０００４】
ところが、ダイオード整流回路はアクティブな素子を用いないので、力率が低下することは否めない。高力率の改善を達成するためには、整流後の平滑度を向上させて交流側のピーク電流を低くすれば良い。具体的には、直流部に小容量コンデンサを設け、この小コンデンサ容量によって整流後の電流を平滑化した多相整流回路を採用することが有効である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−９４９１３号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３９７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ダイオード整流回路と小容量コンデンサを備えた電力変換装置には、上述した力率の低下とは別に、次のような不具合が指摘されている。すなわち、ｐｗｍコンバータと違い、ダイオード整流回路では、直流電圧が交流入力電圧の変動をダイレクトに受けてしまい、しかも負荷の変動にも弱い。
【０００７】
交流入力電圧や負荷の変動により、ダイオード整流回路の出力する直流電圧が変動すれば、インバータ回路もその影響を受け、負荷に供給する電圧及び電力は不安定となる。このため、ダイオード整流回路を備えた電力変換装置は、直流電圧変動の影響を受け難い負荷にしか応用することができず、適用範囲の狭さが問題となっていた。
【０００８】
しかし、電力変換装置の需要は急速に高まる近年、経済的に有利なことが重視されている。したがって、ダイオード整流回路を備えた電力変換装置の適用分野をさらに広げることが望まれていた。そこで、ダイオード整流回路を備えた電力変換装置において、直流電圧変動の影響を受けず、負荷側の変動にも迅速に対応可能な電力変換装置の制御技術の開発が待たれていた。
【０００９】
本実施形態の電力変換装置及びその制御装置は、上記の課題を解決するために提案されたものである。本実施形態は、ダイオード整流回路を備えた電力変換装置の制御装置において、直流電圧の一定制御が可能で、且つ負荷に対し高精度に電圧及び電力を供給して安定した負荷制御を実現することにより、適用範囲の拡大を可能としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、実施形態の電力変換装置の制御装置は、次の点を特徴とする。
（１）電力変換装置には、ダイオード素子を含み商用周波数の交流系統電圧を整流して直流母線に出力する整流回路と、半導体スイッチング素子を含み直流母線の電圧を交流に変換して負荷に電力を供給するインバータ回路とが設けられている。
（２）直流母線には直流母線の電圧値を検出する電圧検出手段が設けられている。
（３）電圧検出手段には積分手段が接続されている。積分手段は、電圧検出手段の検出した電圧値を取り入れ、インバータ回路の周波数に同期してリセットすることで、インバータ周波数１サイクル毎の電圧積分値を求めるように構成されている。
（４）積分手段には、ｐｗｍ信号生成手段が接続され、ｐｗｍ信号生成手段には計算手段が接続されている。計算手段は、予め設定された負荷の有効電力基準とインバータ回路の周波数を取り込み、有効電力基準を周波数で除してインバータ周波数１サイクル毎の電圧基準を計算するように構成されている。
（５）ｐｗｍ信号生成手段は、計算手段の求めたインバータ周波数１サイクル毎の電圧基準と積分手段の求めた電圧積分値とを比較して、インバータ回路を駆動させるｐｗｍ信号を生成するように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】代表的な実施形態である電力変換装置及びその制御装置の回路図。
【図２】代表的な実施形態においてｐｗｍ信号を位相シフト形ｐｗｍ信号に変換する場合のタイムチャート。
【図３】他の実施形態におけるｐｗｍ信号生成手段の回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
１．代表的な実施形態の構成
以下、代表的な実施形態である電力変換装置とその制御装置について、図１〜図３を参照して具体的に説明する。
【００１３】
（１）電力変換装置の構成
図１に示すように、電力変換装置Ａは、整流回路を含むコンバータ部と、これに接続されたインバータ部とを含み、コンバータ部の受電端側に商用周波数の三相の交流電源１が接続され、インバータ部の送電端側に負荷であるオゾン発生装置１４が接続されている。
【００１４】
電力変換装置Ａには、整流回路を構成するダイオードブリッジ５１、５２が設けられている。ダイオードブリッジ５１、５２の入力側には変圧器５０を介して交流電源１が接続され、出力側には直流母線７が接続されている。ダイオードブリッジ５１、５２には、小容量コンデンサ５３とサージエネルギー吸収回路５４が設置されている。つまり、電力変換装置Ａのコンバータ部は、ダイオードブリッジ５１、５２、小容量コンデンサ５３及びサージエネルギー吸収回路５４から構成される。
【００１５】
一方、電力変換装置Ａのインバータ部は、インバータブリッジ１１と、変圧器１２と、リアクトル１３とから構成される。インバータブリッジ１１は、直流母線７の電圧を交流に変換して、オゾン発生装置１４に供給する回路であり、４つのＩＧＢＴを有している。図１中の符号ＧＡ〜ＧＤは、インバータブリッジ１１におけるＩＧＢＴのゲートを示している。変圧器１２は、昇圧用のトランスであって、インバータブリッジ１１とオゾン発生装置１４との間に設置される。リアクトル１３は、変圧器１２に直列に接続されている。
【００１６】
このような電力変換装置Ａが交流電源１から三相交流を受電すると、変圧器５０を経由した交流を、ダイオードブリッジ５１、５２が受け取る。ダイオードブリッジ５１、５２は、交流電源１から取り込んだ交流電圧を整流して直流母線７に出力する。そして、インバータブリッジ１１が、直流母線７の直流電圧を交流電圧に変換する。変圧器１２は交流電圧を昇圧し、リアクトル１３を介して負荷との共振状態としてオゾン発生装置１４に電力を供給する。
【００１７】
（２）電力変換装置の制御装置
上記の電力変換装置Ａの制御装置Ｂは、３つの部分から構成される。第１の部分は電力変換装置Ａのコンバータ部の出力取込手段、第２の部分はインバータ部の出力取込手段、第３の部分はインバータ部に対する制御信号の生成手段である。
【００１８】
（２−１）コンバータ部の出力取込手段
コンバータ部の出力取込手段は、電圧検出器６と、積分回路５５と、リセット回路５６とを含む。電圧検出器６は、ダイオードブリッジ５１、５２が出力する直流電圧を検出する手段であって、直流電圧値ＶＤを小容量コンデンサ５３から取り込み、積分回路５５に送るようになっている。
【００１９】
リセット回路５６は、インバータ周波数Ｆを取り込み、１サイクルの起点でリセット信号を積分回路５５に出力する回路である。積分回路５５は、電圧検出器６から直流電圧値ＶＤを、リセット回路５６からリセット信号をそれぞれ受け取って、直流電圧値ＶＤを積分した電圧積分値∫Ｖｄｔを求める回路である。
【００２０】
（２−２）インバータ部の出力取込手段
インバータ部の出力取込手段として、変流器１５、変圧器１６、掛算器１７、１８、ローパスフィルタ１９、２０、無効電力設定器２１及び無効電力検出用信号発生器２５、有効電力制御回路６３、計算回路６４及び有効電力設定器６６が設けられている。
【００２１】
変流器１５及び変圧器１６は、インバータブリッジ１１とオゾン発生装置１４との間に設置されている。変流器１５はインバータブリッジ１１の出力する電流値Ｉ１５を検出する機器、変圧器１６はオゾン発生装置１４の出力する電圧値Ｖ１６を検出する機器である。
【００２２】
変流器１５には掛算器１７、１８が接続されている。また、変圧器１６には掛算器１８と無効電力検出用信号発生器２５が接続され、無効電力検出用信号発生器２５には掛算器１７が接続されている。掛算器１７は、無効電力検出用信号発生器２５から無効電力検出用信号Ｖ２５を受け取るようになっている。
【００２３】
掛算器１７にはローパスフィルタ１９が接続され、掛算器１８にはローパスフィルタ２０が接続されている。掛算器１７はオゾン発生装置１４の無効電力Ｑを算出する回路であり、掛算器１８はオゾン発生装置１４の有効電力Ｐを算出する回路である。
【００２４】
ローパスフィルタ１９には、無効電力設定器２１及び無効電力制御回路２３が順次接続されている。無効電力設定器２１ではオゾン発生装置１４の無効電力基準Ｑ＊を設定している。無効電力制御回路２３はオゾン発生装置１４の無効電力Ｑを制御してインバータブリッジ１１のインバータ周波数Ｆを調整する回路である。
【００２５】
ローパスフィルタ２０には、有効電力設定器６６及び有効電力制御回路６３が順次接続されている。有効電力設定器６６ではオゾン発生装置１４の有効電力基準Ｐ＊を設定している。有効電力制御回路６３は、有効電力Ｐの制御に加えて、計算回路６４の計算結果であるＰ＊／Ｆ（後述）の補正処理を行う回路である。
【００２６】
計算回路６４は、有効電力設定器６６で設定有効電力基準Ｐ＊を、インバータ周波数Ｆで割ることで、インバータ周波数１サイクル毎の電圧基準Ｖｍ＊（＝αＰ＊／Ｆ、αは係数である）を計算する回路である。
【００２７】
（２−３）インバータの制御信号の生成手段
インバータの制御信号の生成手段は、コンパレータ５８と、ｐｗｍ回路５９と、位相シフトｐｗｍ回路６０とからなる。これらの回路は、積分回路５５の出力側に順次接続されている。
【００２８】
コンパレータ５８は、計算回路６４が求めた電圧基準Ｖｍ＊と、積分回路５５が求めた電圧積分値∫Ｖｄｔとを比較するものである。ｐｗｍ回路５９は、コンパレータ５８の比較に基づいてｐｗｍ信号を生成する回路である。位相シフトｐｗｍ回路６０は、ｐｗｍ回路５９の生成したｐｗｍ信号を、位相シフト形ｐｗｍ制御の駆動信号に変換する回路である。
【００２９】
（２−４）電力変換装置の制御装置の動作
上記の構成要素からなる制御装置Ｂは、次のように動作する。ダイオードブリッジ５１、５２の出力側では、電圧検出器６は小容量コンデンサ５３の直流電圧値ＶＤを検出して、これを積分回路５５に送る。
【００３０】
リセット回路５６は、インバータ周波数Ｆの１サイクルの起点でリセット信号を積分回路５５に送るので、積分回路５５はリセット信号に基づいてリセットする。積分回路５５は、リセット信号に挟まれるＴ０からＴ１までの間、電圧検出器６から小容量コンデンサ５３の直流電圧値ＶＤを積分した電圧積分値∫Ｖｄｔを求めることができ、これをコンパレータ５８に送る。
【００３１】
一方、インバータブリッジ１１の出力側では、変流器１５がインバータブリッジ１１の出力した電流値Ｉ１５を検出して掛算器１７、１８に送る。変圧器１６は、オゾン発生装置１４の出力した電圧値Ｖ１６を検出して掛算器１８及び無効電力検出用信号発生器２５に送る。
【００３２】
掛算器１７は、無効電力検出用信号発生器２５から無効電力検出用信号Ｖ２５を受け取り、無効電力検出用信号Ｖ２５と変流器１５の出力した電流値Ｉ１５の積を求め、ローパスフィルタ１９に送ってオゾン発生装置１４の無効電力Ｑを算出する。無効電力制御回路２３は、無効電力設定器２１で設定した無効電力基準Ｑ＊と、前記無効電力Ｑを取り込み、無効電力基準Ｑ＊がゼロになるようにインバータブリッジ１１のインバータ周波数Ｆを調整して、基本波の力率が１になるように制御する。
【００３３】
掛算器１８は、電流値Ｉ１５と電圧値Ｖ１６との積をローパスフィルタ２０に送ってオゾン発生装置１４の有効電力Ｐを算出する。計算回路６４は、有効電力設定器６６で設定した有効電力基準Ｐ＊と、無効電力制御回路２３で調整したインバータ周波数Ｆを取り込み、有効電力基準Ｐ＊インバータ周波数Ｆで除し、商となるインバータ周波数１サイクル毎の電圧基準Ｖｍ＊（＝αＰ＊／Ｆ）を求める。
【００３４】
有効電力制御回路６３は、有効電力設定器６６で設定した有効電力基準Ｐ＊と、前記有効電力Ｐを取り込む。有効電力制御回路６３は、有効電力Ｐと有効電力基準Ｐ＊とを比較増幅して有効電力Ｐを制御すると共に、計算回路６４の計算結果であるαＰ＊／Ｆの補正処理を行う。
【００３５】
１サイクル毎の有効電力Ｐは、オゾン発生装置１４の放電電圧Ｖｚと、力率をほぼ１に制御した電流ｉと、インバータ周波数Ｆとの積として求まる（式１）。また、電流ｉと放電電圧Ｖｚと１サイクル毎の電圧平均値Ｖｍとの関係式２を、式１の電流ｉに代入すると、１サイクル毎の有効電力Ｐは、１サイクル毎の電圧平均値Ｖｍとインバータ周波数Ｆとの積に比例することになる（式３）。このような関係が成立することから、有効電力制御回路６３は、１サイクル毎に、計算回路６４の求める電圧基準Ｖｍ＊（＝αＰ＊／Ｆ）を補正処理することができる。
Ｐ＝ｉ・Ｖｚ・Ｆ…（１）
ｉ＝ｋ・（Ｖｍ／Ｖｚ）…（２）
Ｐ＝ｋ・Ｖｍ・Ｆ…（３）
【００３６】
コンパレータ５８は、積分回路５５から電圧積分値∫Ｖｄｔを受け取り、計算回路６４から電圧基準Ｖｍ＊を受け取って、両者を比較する。ｐｗｍ回路５９は、コンパレータ５８による電圧積分値∫Ｖｄｔと電圧基準Ｖｍ＊との比較に基づいてｐｗｍ信号を生成する。
【００３７】
（２−５）ｐｗｍ信号の生成
図２を参照して、ｐｗｍ回路５９におけるｐｗｍ信号の生成について、より具体的に説明する。図２において、上段から順に、ａがインバータ周波数Ｆの動作波形、ｂがリセット回路５６から出力されるリセット信号の動作波形、ｃが積分回路５５から出力される電圧積分値∫Ｖｄｔの波形、ｄが電圧基準Ｖｍ＊の電圧値である。
【００３８】
電圧積分値∫Ｖｄｔの波形ｃが、１サイクルあたりの電圧基準Ｖｍ＊の電圧値ｄに到達した時点をｔ１とし、これに基づいてｐｗｍ信号を生成している。すなわち、電圧積分値∫Ｖｄｔの波形ｃが電圧基準Ｖｍ＊の電圧値ｄ以下（Ｔ０からｔ１まで）では、ｐｗｍ信号はＨとなり、電圧積分値∫Ｖｄｔの波形ｃが電圧基準Ｖｍ＊の電圧値ｄを超えれば（ｔ１からＴ１まで）、ｐｗｍ信号はＬとなる。
【００３９】
位相シフトｐｗｍ回路６０は、ｐｗｍ回路５９の生成したｐｗｍ信号を、ゲート信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに変換し、位相シフト形ｐｗｍ制御の駆動信号としてインバータブリッジ１１のＩＧＢＴのゲートＧＡ、ＧＢ、ＧＣ、ＧＤに駆動信号を送って、インバータブリッジ１１を制御する。
【００４０】
（２−６）位相シフト形ｐｗｍ制御
位相シフトｐｗｍ回路６０によるゲート信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄについては、図２の下段に示す。各ゲート信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、次のような合成波形である。
【００４１】
なお、図２の波形Ｅは、変圧器１２の出力電圧を示している。変圧器１２の負荷にインダクタンス分やコンデンサ部分がある場合には、変圧器１２の一次側を短絡するモードにしておくことで、変圧器１２の出力のゼロ部分を安定させるようになっている。
【００４２】
位相シフト形ｐｗｍ制御では、インバータブリッジ１１の対角のＩＧＢＴのゲートに対し、駆動信号を意図的にずらして与える。このような位相シフト形ｐｗｍ制御によれば、ゼロ電圧スイッチングを実施でき、高効率化及び制御の安定化を図ることができ、オゾン発生装置１４に逆起電力（インダクタンスＣ等）がある場合等に有効である。
【００４３】
（３）実施形態の作用効果
以上のような本実施形態は、次のような作用効果を発揮する。すなわち、交流電源１の電圧変動やダイオードブリッジ５１、５２の出力側のリプル電圧等によって、小容量コンデンサ５３に流れる直流電圧値ＶＤが変動する。この場合、積分回路５５の求める電圧積分値∫Ｖｄｔは、電圧基準Ｖｍ＊に到達する時点ｔ１が変わることになる。
【００４４】
しかし、電圧基準Ｖｍ＊で規定される１回のｐｗｍの電圧波形の面積自体は変わることがない。したがって、整流回路がダイオードブリッジ５１、５２であっても、直流電圧を一定に制御することが可能である。つまり、直流電圧の変動があったとしても、電圧基準Ｖｍ＊に達するまでの電圧積分値∫Ｖｄｔの大きさは変わらず、直流電力の一定制御が可能である。
【００４５】
また、コンバータ出力の積分値はインバータ周波数Ｆに反比例するので、コンバータ側の出力変動をインバータブリッジ１１の電圧制御に反映することができ、しかも、前記積分値をインバータ周波数Ｆの１サイクル毎にリセットしているので、インバータ電圧を極めて高速に制御することが可能である。
【００４６】
さらに、本実施形態では、ｐｗｍ回路５９にて生成したｐｗｍ信号を、位相シフトｐｗｍ回路６０により位相シフト形ｐｗｍ制御の駆動信号に変換しており、オゾン発生装置１４を安定且つ高精度に制御することが可能である。また、本実施形態では、オゾン発生装置１４の有効電力Ｐが変動しても、有効電力制御回路６３が有効電力Ｐを制御しつつ、１サイクル毎に電圧基準Ｖｍ＊を補正するため、負荷制御の安定化に寄与することができる。
【００４７】
したがって、ダイオード整流回路を備えた電力変換装置であっても、直流電圧変動の影響を懸念する必要がなくなり、経済的な電力変換装置の適用範囲を広げることができる。また、負荷制御の安定性も向上しているため、信頼性及び経済性に優れた電力変換装置を提供することができる。
【００４８】
２．他の実施形態
なお、本明細書においては、本発明に係る複数の実施形態を説明したが、上記の実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。すなわち、上記の実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【００４９】
例えば、上記の代表的な実施形態では、ｐｗｍ信号の波形生成に際して、電圧積分値∫Ｖｄｔと電圧基準Ｖｍ＊（＝αＰ＊／Ｆ）を比較したが、電圧積分値∫Ｖｄｔにインバータ周波数Ｆを掛ける掛算器６８を設け、積分回路５５の出力を積分値∫ＶＦｄｔとしてもよい（図３参照）。
【００５０】
このような実施形態では、コンパレータ５８は、電圧積分値∫Ｖｄｔと電圧基準Ｖｍ＊（＝αＰ＊／Ｆ）を比較するのではなく、両者にインバータ周波数Ｆを掛けた積分値∫ＶＦｄｔと、有効電力基準Ｐ＊と比較することで、ｐｗｍ回路５９がｐｗｍ信号を生成することができる。
【００５１】
したがって、割り算を行うことで導いていた電圧基準Ｖｍ＊（＝αＰ＊／Ｆ）を使う必要が無くなり、計算回路６４が不要となる。割り算に比べて、掛け算は計算負担が軽いので、ｐｗｍ回路５９によって生成されるｐｗｍ信号は同じでありながら、処理速度が向上するという効果を発揮する。
【００５２】
上記の実施形態は、ハード制御のブロック図で説明したが、ディジタル制御やマイコン制御であっても達成できる。従って、請求項においては、前記実施形態における回路を手段として記載したが、この手段には、回路のようにハードウェアのみによって構成されるものと、コンピュータプログラムによって実現される構成のいずれも含むものとする。
【００５３】
また、発明の態様としては、制御装置の部分全体を制御回路として組み込んだ電力変換装置であってもよい。さらに、有効電力基準をインバータ回路の周波数で除した電圧基準Ｖ＊の補正処理に関しては、インバータの電力制御出力ループによって補正することが可能であり、有効電力制御回路に限らず、補正処理専用の回路を設けてもよい。また、整流回路であるダイオードブリッジは、受電力率を向上させるために多相整流回路が有効であり、６相整流、１２相整流、１８相整流、２４相整流等でも実施できる。
【符号の説明】
【００５４】
１…交流電源
２ａ、２ｂ、２ｃ…電流検出器
３ａ、３ｂ、３ｃ、１３…リアクトル
５…コンデンサ
６…電圧検出器
７…直流母線
１１…インバータブリッジ
１２、１６、５０…変圧器
１４…オゾン発生装置
１５…変流器
１７、１８、６８…掛算器
１９、２０…ローパスフィルタ
２１…無効電力設定器
２２…有効電力設定器
２３…無効電力制御回路
２４、６３…有効電力制御回路
２５…無効電力検出用信号発生器
５１、５２…ダイオードブリッジ
５３…小容量コンデンサ
５４…サージエネルギー吸収回路
５５…積分回路
５６…リセット回路
５８…コンパレータ
５９…ｐｗｍ回路
６０…位相シフトｐｗｍ回路
６４…計算回路
Ａ、Ｃ…電力変換装置
Ｂ、Ｄ…電力変換装置の制御装置
Ｆ…インバータ周波数
Ｐ…有効電力
Ｐ＊…有効電力基準
Ｖｍ＊…インバータ周波数１サイクル毎の電圧基準
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイオード素子を含み商用周波数の交流系統電圧を整流して直流母線に出力する整流回路と、半導体スイッチング素子を含み前記直流母線の電圧を交流に変換して負荷に電力を供給するインバータ回路とを備えた電力変換装置に用いられる制御装置であって、
前記直流母線の直流電圧を検出する直流電圧検出手段と、
前記直流電圧検出手段の検出した直流電圧を前記インバータ回路の出力周波数に同期してリセットすることでインバータ周波数１サイクル毎の電圧積分値を求める積分手段と、
前記負荷の有効電力基準を設定する有効電力設定手段と、
前記有効電力設定手段の設定した有効電力基準を前記インバータ回路の周波数で除してインバータ周波数１サイクル毎の電圧基準を計算する計算手段と、
前記積分手段の求めた電圧積分値と、前記計算回路の計算した電圧基準とを比較して、前記インバータ回路を駆動させるｐｗｍ信号を生成するｐｗｍ回路、を具備したことを特徴とする電力変換装置の制御装置。
【請求項２】
ダイオード素子を含み商用周波数の交流系統電圧を整流して直流母線に出力する整流回路と、半導体スイッチング素子を含み前記直流母線の電圧を交流に変換して負荷に電力を供給するインバータ回路とを備えた電力変換装置に用いられる制御装置であって、
前記直流母線の直流電圧を検出する直流電圧検出手段と、
前記直流電圧検出手段の検出した直流電圧を前記インバータ回路の出力周波数に同期してリセットすることでインバータ周波数１サイクル毎の電圧積分値を求める積分手段と、
前記負荷の有効電力基準を設定する有効電力設定手段と、
前記積分手段の求めた電圧積分値と前記インバータ回路の出力周波数との積を求める掛け算手段と、
前記有効電力設定手段前記の設定した負荷の有効電力基準と、前記掛け算手段の求めた積とを比較して、前記インバータ回路を駆動させるｐｗｍ信号を生成するｐｗｍ回路、を具備したことを特徴とする電力変換装置の制御装置。
【請求項３】
ｐｗｍ回路の生成したｐｗｍ信号を位相シフトｐｗｍ信号に変換する位相シフトｐｗｍ回路を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項４】
前記負荷の有効電力を取り込む有効電力制御手段を備え、この有効電力制御手段により前記計算回路の計算した電圧基準を負荷の有効電力に基づいて補正することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の制御装置を組み込んだことを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
前記整流回路は、多相整流回路からなることを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項１】
ダイオード素子を含み商用周波数の交流系統電圧を整流して直流母線に出力する整流回路と、半導体スイッチング素子を含み前記直流母線の電圧を交流に変換して負荷に電力を供給するインバータ回路とを備えた電力変換装置に用いられる制御装置であって、
前記直流母線の直流電圧を検出する直流電圧検出手段と、
前記直流電圧検出手段の検出した直流電圧を前記インバータ回路の出力周波数に同期してリセットすることでインバータ周波数１サイクル毎の電圧積分値を求める積分手段と、
前記負荷の有効電力基準を設定する有効電力設定手段と、
前記有効電力設定手段の設定した有効電力基準を前記インバータ回路の周波数で除してインバータ周波数１サイクル毎の電圧基準を計算する計算手段と、
前記積分手段の求めた電圧積分値と、前記計算回路の計算した電圧基準とを比較して、前記インバータ回路を駆動させるｐｗｍ信号を生成するｐｗｍ回路、を具備したことを特徴とする電力変換装置の制御装置。
【請求項２】
ダイオード素子を含み商用周波数の交流系統電圧を整流して直流母線に出力する整流回路と、半導体スイッチング素子を含み前記直流母線の電圧を交流に変換して負荷に電力を供給するインバータ回路とを備えた電力変換装置に用いられる制御装置であって、
前記直流母線の直流電圧を検出する直流電圧検出手段と、
前記直流電圧検出手段の検出した直流電圧を前記インバータ回路の出力周波数に同期してリセットすることでインバータ周波数１サイクル毎の電圧積分値を求める積分手段と、
前記負荷の有効電力基準を設定する有効電力設定手段と、
前記積分手段の求めた電圧積分値と前記インバータ回路の出力周波数との積を求める掛け算手段と、
前記有効電力設定手段前記の設定した負荷の有効電力基準と、前記掛け算手段の求めた積とを比較して、前記インバータ回路を駆動させるｐｗｍ信号を生成するｐｗｍ回路、を具備したことを特徴とする電力変換装置の制御装置。
【請求項３】
ｐｗｍ回路の生成したｐｗｍ信号を位相シフトｐｗｍ信号に変換する位相シフトｐｗｍ回路を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項４】
前記負荷の有効電力を取り込む有効電力制御手段を備え、この有効電力制御手段により前記計算回路の計算した電圧基準を負荷の有効電力に基づいて補正することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の制御装置を組み込んだことを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
前記整流回路は、多相整流回路からなることを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−２５７３９９（Ｐ２０１２−２５７３９９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２９１６９（Ｐ２０１１−１２９１６９）
【出願日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【出願人】（３９１０１７５４０）東芝ＩＴコントロールシステム株式会社 (107)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【出願人】（３９１０１７５４０）東芝ＩＴコントロールシステム株式会社 (107)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]