JP2011044036A - Ac current controller and control method and program for ac current - Google Patents
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Abstract
【課題】低損失で、電源と負荷の間に直列接続して電流位相を遅らせることができる交流電流制御装置を提供する。
【解決手段】交流電流制御装置1は、フルブリッジ型MERS100と制御手段300とからなり、誘導性負荷と交流電源の間に直列に接続することで使用される。フルブリッジ型MERS100は、4つの逆導通型半導体スイッチSW1乃至4から構成されるブリッジ回路で、直流端子間にコンデンサCMが接続される。制御手段300は、交流電圧の半サイクル毎に、逆導通型半導体スイッチSW2と逆導通型半導体スイッチSW3のON・OFFを切り替える。交流電流制御装置1は、逆導通型半導体スイッチSW1と逆導通型半導体スイッチSW3のON・OFFを交互に切り替えることで、交流電流の位相を遅らせる。
【選択図】図1An alternating current control device is provided that can be connected in series between a power source and a load to delay a current phase with low loss.
An alternating current control device includes a full bridge type MERS and a control means, and is used by being connected in series between an inductive load and an alternating current power source. The full bridge type MERS 100 is a bridge circuit composed of four reverse conducting semiconductor switches SW1 to SW4, and a capacitor CM is connected between the DC terminals. The control means 300 switches ON / OFF of the reverse conducting semiconductor switch SW2 and the reverse conducting semiconductor switch SW3 every half cycle of the AC voltage. The alternating current control device 1 delays the phase of the alternating current by alternately switching ON / OFF of the reverse conducting semiconductor switch SW1 and the reverse conducting semiconductor switch SW3.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、交流電流制御装置、交流電流制御方法、及び、プログラムに関するものである。 The present invention relates to an alternating current control device, an alternating current control method, and a program.
導通する電流の位相を制御する装置として、フルブリッジ型の磁気エネルギー回生スイッチ(MERS:Magnetic Energy Recovery Switch)(以下、「フルブリッジ型MERS」と呼称する。)が知られている。 2. Description of the Related Art A full-bridge magnetic energy recovery switch (MERS: Magnetic Energy Recovery Switch) (hereinafter referred to as “full-bridge MERS”) is known as a device that controls the phase of a conducting current.
フルブリッジ型MERSは、4つの逆導通型半導体スイッチと1つのコンデンサで構成される。フルブリッジ型MERSは、簡単な制御によって電流を制御することが可能である。 The full-bridge MERS is composed of four reverse conducting semiconductor switches and one capacitor. Full-bridge MERS can control current by simple control.
特許文献1には、フルブリッジ型MERSを用いて交流電源の電流位相を進めて、誘導性負荷に印加される交流電圧を制御する交流電圧制御装置が開示されている。
この交流電圧制御装置は、交流電源と誘導性負荷の間に直列に接続される。
また、この交流電圧制御装置は、フルブリッジ型MERSのブリッジ回路の対角線上に配置される2つの逆導通型半導体スイッチを1組のペアとし、2組のペアの逆導通型半導体スイッチのON・OFFを切り替える。逆導通型半導体スイッチのON・OFFの切り替えは、交流電源の電圧の位相に同期して行われる。
ただし、逆導通型半導体スイッチのON・OFFを切り替えるタイミングは、交流電源の出力電圧の正負が切り替わるゼロ交差のタイミングより早めることができる。
これによって、特許文献1に記載の交流電圧制御装置は、電流位相を進めることができる。
また、交流電源の電流位相が進められるので、誘導性負荷の抵抗に印加される交流電圧の位相が進められる。
This AC voltage control device is connected in series between an AC power source and an inductive load.
In addition, this AC voltage control device includes two reverse conducting semiconductor switches arranged on the diagonal line of the bridge circuit of the full bridge type MERS as one pair, and ON / OFF of the two pairs of reverse conducting semiconductor switches. Switch off. ON / OFF switching of the reverse conducting semiconductor switch is performed in synchronization with the phase of the voltage of the AC power supply.
However, the timing for switching ON / OFF of the reverse conducting semiconductor switch can be earlier than the timing of the zero crossing when the positive / negative of the output voltage of the AC power supply is switched.
Accordingly, the AC voltage control device described in
Further, since the current phase of the AC power supply is advanced, the phase of the AC voltage applied to the resistance of the inductive load is advanced.
しかし、特許文献1に記載の交流電圧制御装置で、負荷に供給する電流の位相を遅らせると、不要な電力損失が生じてしまう問題があった。
特許文献1に記載の交流電圧制御装置において、交流電源の電圧がゼロ交差するタイミングより遅いタイミングでフルブリッジ型MERSの逆導通型半導体スイッチを切り替えると、導通する電流の位相を遅らせることができる。しかし、交流電源の電圧がゼロ交差するタイミングより遅いタイミングでフルブリッジ型MERSの逆導通型半導体スイッチを切り替えると、フルブリッジ型MERSのコンデンサが短絡される。コンデンサが短絡されると、コンデンサに蓄積された電荷が放電され、交流電圧制御装置は電力を損失する。
However, in the AC voltage control device described in
In the AC voltage control device described in
従って、この交流電圧制御装置のフルブリッジ型MERSを導通する電流の位相を、不要な電力損失なく遅らせるには、コンデンサに電荷がある状態で短絡しないように、フルブリッジ型MERSの逆導通型半導体スイッチを制御する必要がある。 Therefore, in order to delay the phase of the current that conducts the full-bridge MERS of this AC voltage control device without unnecessary power loss, the reverse-conductivity semiconductor of the full-bridge MERS is not short-circuited in a state where the capacitor is charged. You need to control the switch.
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたもので、フルブリッジ型MERSのコンデンサに電荷がある状態で短絡させることなく、フルブリッジ型MERSを導通する電流の位相を遅らせることのできる、交流電流制御装置、制御方法、及び、プログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an alternating current that can delay the phase of a current that conducts a full-bridge MERS without short-circuiting the full-bridge MERS capacitor in a charged state. It is an object to provide a control device, a control method, and a program.
上記目的を達成するため、本発明の第一の観点に係る交流電流制御装置は、
交流電源と誘導性負荷の間に直列に挿入され、第1の交流端子には第1のダイオードのアノードと第2のダイオードのカソードが接続され、前記第1のダイオードのカソードには第3のダイオードのカソードとコンデンサの正極が接続され、前記第2のダイオードのアノードには第4のダイオードのアノードと前記コンデンサの負極が接続され、前記第3のダイオードのアノードと前記第4のダイオードのカソードとが第2の交流端子に接続され、前記第1のダイオードに第1の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第2のダイオードに第2の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第3のダイオードに第3の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第4のダイオードに第4の自己消弧型素子が並列に接続され、各前記自己消弧型素子のON・OFFが切り替わることによって、前記誘導性負荷のリアクタンスに蓄えられた磁気エネルギーを前記コンデンサで静電エネルギーとして蓄積・回生する磁気エネルギー回生スイッチと、
各前記自己消弧型素子のON・OFFを制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、4つの前記自己消弧型素子のうち、2つの前記自己消弧型素子を常にOFFにし、かつ、他の2つの前記自己消弧型素子のON・OFFを、一方がONの時は他方はOFFになるように、前記交流電源の電圧がゼロ交差するタイミングより遅いタイミングで制御する、
ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, an alternating current control device according to the first aspect of the present invention provides:
Inserted in series between the AC power source and the inductive load, the first AC terminal is connected to the anode of the first diode and the cathode of the second diode, and the cathode of the first diode is connected to the third diode. The cathode of the diode and the positive electrode of the capacitor are connected, the anode of the second diode is connected to the anode of the fourth diode and the negative electrode of the capacitor, and the anode of the third diode and the cathode of the fourth diode Are connected to a second AC terminal, a first self-extinguishing element is connected in parallel to the first diode, and a second self-extinguishing element is connected in parallel to the second diode. , A third self-extinguishing element is connected in parallel to the third diode, and a fourth self-extinguishing element is connected in parallel to the fourth diode. · By is switched OFF, and the magnetic energy recovery switch for storing and regenerating the magnetic energy stored in the reactance of the inductive load as electrostatic energy in the capacitor,
Control means for controlling ON / OFF of each self-extinguishing element;
With
The control means always turns off the two self-extinguishing elements among the four self-extinguishing elements and turns on / off the other two self-extinguishing elements. In this case, control is performed at a timing later than the timing at which the voltage of the AC power supply crosses zero so that the other is turned off.
It is characterized by that.
例えば、前記制御手段は、前記第1と前記第2の自己消弧型素子を常にOFFにし、前記第3と前記第4の自己消弧型素子のON・OFFを、一方がONの時は他方はOFFになるように、前記交流電源の電圧がゼロ交差するタイミングより遅いタイミングで制御してもよい。 For example, the control means always turns off the first and second self-extinguishing elements, and turns on and off the third and fourth self-extinguishing elements. Control may be performed at a timing later than the timing at which the voltage of the AC power supply crosses zero so that the other is turned off.
例えば、前記タイミングを設定するタイミング設定手段を更に備え、
前記制御手段は、前記タイミング設定手段で設定された前記タイミングで、前記自己消弧型素子のON・OFFを制御してもよい。
For example, it further comprises timing setting means for setting the timing,
The control means may control ON / OFF of the self-extinguishing element at the timing set by the timing setting means.
更に、前記制御手段は、
前記交流電源の電圧がゼロ交差するタイミングより、早いタイミングで前記自己消弧型素子のON・OFFを切り替え、
前記早いタイミングで前記自己消弧型素子を切り替える場合は、前記第1の自己消弧型素子と前記第4の自己消弧型素子がONの時は、前記第2の自己消弧型素子と前記第3の自己消弧型素子をOFFするように制御し、かつ、前記第2の自己消弧型素子と前記第3の自己消弧型素子がONの時は、前記第1の自己消弧型素子と第4の自己消弧型素子をOFFするように制御してもよい。
Furthermore, the control means includes
Switch on / off of the self-extinguishing element at a timing earlier than the timing at which the voltage of the AC power supply crosses zero,
When switching the self-extinguishing element at the early timing, when the first self-extinguishing element and the fourth self-extinguishing element are ON, the second self-extinguishing element and When the third self-extinguishing element is controlled to be turned off and the second self-extinguishing element and the third self-extinguishing element are on, the first self-extinguishing element is turned on. The arc type element and the fourth self-extinguishing type element may be controlled to be turned off.
前記交流電源の力率を計測し、計測した力率を出力する力率計測手段を更に備え、
前記制御手段は、前記力率計測手段が出力する前記力率をフィードバックして、前記力率が所望の値になるように前記自己消弧型素子のON・OFFを制御してもよい。
A power factor measuring means for measuring the power factor of the AC power source and outputting the measured power factor;
The control unit may feed back the power factor output from the power factor measurement unit and control ON / OFF of the self-extinguishing element so that the power factor becomes a desired value.
例えば、各前記ダイオードは、並列に接続される前記自己消弧型素子に内蔵される寄生ダイオードであってもよい。 For example, each of the diodes may be a parasitic diode built in the self-extinguishing element connected in parallel.
また、本発明の第二の観点に係る交流電流制御方法は、
交流電源と誘導性負荷の間に直列に挿入され、第1の交流端子には第1のダイオードのアノードと第2のダイオードのカソードが接続され、前記第1のダイオードのカソードには第3のダイオードのカソードとコンデンサの正極が接続され、前記第2のダイオードのアノードには第4のダイオードのアノードと前記コンデンサの負極が接続され、前記第3のダイオードのアノードと前記第4のダイオードのカソードとが第2の交流端子に接続され、前記第1のダイオードに第1の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第2のダイオードに第2の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第3のダイオードに第3の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第4のダイオードに第4の自己消弧型素子が並列に接続され、各前記自己消弧型素子のON・OFFが切り替わることによって、前記誘導性負荷のリアクタンスに蓄えられた磁気エネルギーを前記コンデンサで静電エネルギーとして蓄積・回生する磁気エネルギー回生スイッチにおいて、
4つの前記自己消弧型素子のうち、2つの前記自己消弧型素子を常にOFFにし、かつ、他の2つの前記自己消弧型素子のON・OFFを、一方がONの時は他方はOFFになるように、前記交流電源の電圧がゼロ交差するタイミングより遅いタイミングで制御する、
ことを特徴とする。
Moreover, the alternating current control method according to the second aspect of the present invention includes:
Inserted in series between the AC power source and the inductive load, the first AC terminal is connected to the anode of the first diode and the cathode of the second diode, and the cathode of the first diode is connected to the third diode. The cathode of the diode and the positive electrode of the capacitor are connected, the anode of the second diode is connected to the anode of the fourth diode and the negative electrode of the capacitor, and the anode of the third diode and the cathode of the fourth diode Are connected to a second AC terminal, a first self-extinguishing element is connected in parallel to the first diode, and a second self-extinguishing element is connected in parallel to the second diode. , A third self-extinguishing element is connected in parallel to the third diode, and a fourth self-extinguishing element is connected in parallel to the fourth diode. · OFF by switches, a magnetic energy regeneration switch for storing and regenerating magnetic energy stored in the reactance of the inductive load as electrostatic energy in the capacitor,
Of the four self-extinguishing elements, two of the self-extinguishing elements are always turned OFF, and the other two self-extinguishing elements are turned ON / OFF. Control at a timing later than the timing at which the voltage of the AC power supply crosses zero so as to be OFF,
It is characterized by that.
また、本発明の第三の観点に係るプログラムは、
交流電源と誘導性負荷の間に直列に挿入され、第1の交流端子には第1のダイオードのアノードと第2のダイオードのカソードが接続され、前記第1のダイオードのカソードには第3のダイオードのカソードとコンデンサの正極が接続され、前記第2のダイオードのアノードには第4のダイオードのアノードと前記コンデンサの負極が接続され、前記第3のダイオードのアノードと前記第4のダイオードのカソードとが第2の交流端子に接続され、前記第1のダイオードに第1の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第2のダイオードに第2の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第3のダイオードに第3の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第4のダイオードに第4の自己消弧型素子が並列に接続され、各前記自己消弧型素子のON・OFFが切り替わることによって、前記誘導性負荷のリアクタンスに蓄えられた磁気エネルギーを前記コンデンサで静電エネルギーとして蓄積・回生する磁気エネルギー回生スイッチの前記第1乃至4の自己消弧型素子のON・OFFを制御するためのプログラムであって、
コンピュータに、
4つの前記自己消弧型素子のうち、2つの前記自己消弧型素子を常にOFFにし、かつ、他の2つの前記自己消弧型素子のON・OFFを、一方がONの時は他方はOFFになるように、前記交流電源の電圧がゼロ交差するタイミングより遅いタイミングで制御する制御機能、
を実現させることを特徴とする。
The program according to the third aspect of the present invention is
Inserted in series between the AC power source and the inductive load, the first AC terminal is connected to the anode of the first diode and the cathode of the second diode, and the cathode of the first diode is connected to the third diode. The cathode of the diode and the positive electrode of the capacitor are connected, the anode of the second diode is connected to the anode of the fourth diode and the negative electrode of the capacitor, and the anode of the third diode and the cathode of the fourth diode Are connected to a second AC terminal, a first self-extinguishing element is connected in parallel to the first diode, and a second self-extinguishing element is connected in parallel to the second diode. , A third self-extinguishing element is connected in parallel to the third diode, and a fourth self-extinguishing element is connected in parallel to the fourth diode. By switching OFF, the first to fourth self-extinguishing elements of the magnetic energy regenerative switch that stores and regenerates the magnetic energy stored in the reactance of the inductive load as electrostatic energy by the capacitor A program for controlling OFF,
On the computer,
Of the four self-extinguishing elements, two of the self-extinguishing elements are always turned OFF, and the other two self-extinguishing elements are turned ON / OFF. A control function for controlling at a timing later than the timing at which the voltage of the AC power supply crosses zero so as to be OFF,
It is characterized by realizing.
本発明によれば、交流電源と負荷との間に直列接続したフルブリッジ型MERS回路において、負荷に供給する電流の位相を進ませるばかりでなく、遅らせることができる。 According to the present invention, in a full bridge type MERS circuit connected in series between an AC power supply and a load, not only the phase of the current supplied to the load can be advanced but also delayed.
以下、本発明の実施形態に係る交流電流制御装置を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an alternating current control device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1を参照して、本発明の実施形態に係る交流電流制御装置1を説明する。
交流電流制御装置1は、フルブリッジ型MERS100と力率計200と制御手段300と、端子101と端子102と、から構成される。
With reference to FIG. 1, the alternating
The alternating
フルブリッジ型MERS100は、4つの逆導通型半導体スイッチSW1乃至SW4と、コンデンサCMと、交流端子AC1,AC2(AC:Alternating Current)と、直流端子DCP,DCN(DC:Direct Current)と、から構成されるブリッジ回路である。
交流端子AC1には力率計200が接続され、交流端子AC2側には、端子102が配置される。
The full
A
逆導通型半導体スイッチSW1は、順方向の電流の点弧・消弧を切り替えるスイッチ部SSW1と、スイッチ部SSW1と並列に接続されたダイオード部DSW1とから構成される、Nチャンネル型シリコンMOSFET(FET:Field Effect Transistor)である。
スイッチ部SSW1は、ゲートGSW1を備え、ゲートGSW1にON信号が入力されると点弧されて導通状態になり、ゲートGSW1にOFF信号が入力されると消弧されて開放状態になる。
The reverse conducting semiconductor switch SW1 includes an N-channel silicon MOSFET (FET) including a switch unit SSW1 that switches on / off of a forward current and a diode unit DSW1 connected in parallel with the switch unit SSW1. : Field Effect Transistor).
The switch unit SSW1 includes a gate GSW1, and is fired when the ON signal is input to the gate GSW1, and becomes conductive when the OFF signal is input to the gate GSW1.
同様に、逆導通型半導体スイッチSW2はスイッチ部SSW2とダイオード部DSW2とから、逆導通型半導体スイッチSW3はスイッチ部SSW3とダイオード部DSW3とから、逆導通型半導体スイッチSW4はスイッチ部SSW4とダイオード部DSW4とから、構成され、それぞれのスイッチ部は、ゲートGSW2,GSW3,GSW4に入力される信号によって、ON・OFFが切り替わる。 Similarly, the reverse conducting semiconductor switch SW2 includes the switch unit SSW2 and the diode unit DSW2, the reverse conducting semiconductor switch SW3 includes the switch unit SSW3 and the diode unit DSW3, and the reverse conducting semiconductor switch SW4 includes the switch unit SSW4 and the diode unit. Each switch unit is switched ON / OFF by a signal input to the gates GSW2, GSW3, and GSW4.
交流端子AC1は、ダイオード部DSW1のアノードとダイオード部DSW2のカソードとが接続される。
直流端子DCPは、ダイオード部DSW1のカソードとダイオード部DSW3のカソードとコンデンサCMの正極とが接続される。
直流端子DCNは、ダイオード部DSW2のアノードとダイオード部DSW4のアノードとコンデンサCMの負極とが接続される。
交流端子AC2は、ダイオード部DSW3のアノードとダイオード部DSW4のカソードとが接続される。
The AC terminal AC1 is connected to the anode of the diode part DSW1 and the cathode of the diode part DSW2.
The DC terminal DCP is connected to the cathode of the diode part DSW1, the cathode of the diode part DSW3, and the positive electrode of the capacitor CM.
The DC terminal DCN is connected to the anode of the diode part DSW2, the anode of the diode part DSW4, and the negative electrode of the capacitor CM.
The AC terminal AC2 is connected to the anode of the diode part DSW3 and the cathode of the diode part DSW4.
コンデンサCMは、回路内のリアクタンスに蓄えられた磁気エネルギーを静電エネルギーとして蓄える。コンデンサCMは、例えば、極性を持つ電解コンデンサから構成される。
コンデンサCMはフルブリッジ型MERS100の直流端子DCP−DCN間に接続される。
The capacitor CM stores the magnetic energy stored in the reactance in the circuit as electrostatic energy. The capacitor CM is composed of, for example, an electrolytic capacitor having polarity.
The capacitor CM is connected between the DC terminals DCP-DCN of the full bridge type MERS100.
なお、コンデンサCMと回路内のリアクタンスとの直列共振の共振周波数が、交流電源500の出力の周波数より高いほうが好ましい。
共振周波数の方が高い場合、交流電源の出力電圧の半周期以内に、コンデンサCMの充放電が完了するので、電流位相を進める場合の制御が簡単になる。
It is preferable that the resonance frequency of series resonance between the capacitor CM and the reactance in the circuit is higher than the output frequency of the
When the resonance frequency is higher, charging / discharging of the capacitor CM is completed within a half cycle of the output voltage of the AC power supply, so that control when the current phase is advanced is simplified.
力率計200は、フルブリッジ型MERS100の交流端子AC1と端子101の間に直列で接続される。力率計200は、導通する電流の位相と電圧の位相から力率を計測し、計測した力率の情報を制御手段300に出力する。
The
制御手段300は、交流電源500が出力する交流電圧に同期して逆導通型半導体SW1乃至4のスイッチ部SSW1乃至4のON・OFFを制御する。制御手段300は、交流電圧が印加されることによって動作する。
The control means 300 controls ON / OFF of the switch sections SSW1 to SSW4 of the reverse conducting semiconductors SW1 to SW4 in synchronization with the AC voltage output from the
制御手段300は、印加される交流電圧の位相を読み取り、読み取った交流電圧の位相を基に、スイッチ部SSW1乃至4のON・OFFを切り替える。 The control means 300 reads the phase of the applied AC voltage, and switches on / off the switch units SSW1 to SSW4 based on the read phase of the AC voltage.
制御手段300は、ON信号またはOFF信号を、ゲートGSW1乃至4にそれぞれ出力する。
本実施例では、逆導通型半導体がNチャンネル型MOSFETであるので、ON信号は閾値電圧以上の電圧、OFF信号は閾値電圧未満の電圧である。
制御手段300は、例えば、コンパレータ、フリップフロップ、タイマ等から構成され、コンパレータが入力される電圧の極性の変化を検出したときに、タイマによって位相をαずらして制御信号を出力する。
The control means 300 outputs an ON signal or an OFF signal to the gates GSW1 to GSW4, respectively.
In this embodiment, since the reverse conducting semiconductor is an N-channel type MOSFET, the ON signal is a voltage higher than the threshold voltage, and the OFF signal is a voltage lower than the threshold voltage.
The control means 300 is composed of, for example, a comparator, a flip-flop, a timer, and the like, and outputs a control signal with the phase shifted by α by the timer when the change in the polarity of the input voltage is detected by the comparator.
制御手段300は、印加される交流電圧の1サイクルのうち、半サイクル毎に、スイッチ部SSW1乃至4のON・OFFを制御する。
制御手段300は、ON・OFFを制御するタイミングを決定するパラメータαを変化させることによって、ON・OFFのタイミングを制御する。
制御手段300は、自動的にパラメータαを変化することによってスイッチのON・OFFするタイミングを制御する自動モードと、ユーザがパラメータαを変化させることによって、スイッチをON・OFFするタイミングを設定する手動モードがある。
The control means 300 controls ON / OFF of the switch sections SSW1 to SSW4 every half cycle of one cycle of the applied AC voltage.
The control means 300 controls the ON / OFF timing by changing the parameter α that determines the ON / OFF control timing.
The control means 300 automatically sets the timing for turning on / off the switch by changing the parameter α by an automatic mode for controlling the timing for turning on / off the switch by automatically changing the parameter α. There is a mode.
自動モードで、制御手段300は、印加された交流電圧と力率計200から出力された力率を基に、スイッチング動作を行う。
なお、制御手段300はメモリを備え、このメモリにユーザが所望する力率を記憶する。また、制御手段300は、ユーザが所望する力率をメモリに記憶させる入力手段を備える。ユーザが入力手段に所望の力率を入力すると、入力された値は、メモリに記憶される。
自動モードの制御手段300は、力率計200から出力される力率がメモリに記憶している所望の力率になるように、力率計200の出力する力率をフィードバックしてパラメータαを自動的に調整する。
In the automatic mode, the
The control means 300 includes a memory, and stores a power factor desired by the user in the memory. The
The
手動モードで、制御手段300は、ユーザによってスイッチ部SSW1乃至4のON・OFFを切り替えるパラメータαを設定される。設定されたパラメータαはメモリに記憶される。制御手段300は、設定されたパラメータαと、印加される交流電圧の位相に基づき、スイッチ部SSW1乃至4のON・OFFを制御する。 In the manual mode, the control means 300 is set by the user with a parameter α for switching ON / OFF of the switch units SSW1 to SSW4. The set parameter α is stored in the memory. The control means 300 controls ON / OFF of the switch units SSW1 to SSW4 based on the set parameter α and the phase of the applied AC voltage.
制御手段300は、例えば、図2に示すように、αを設定する手段としてダイヤル310を備えた装置である。
ダイヤル310を時計回り(CW:Clockwise)に回すことでパラメータαを進み方向に、反時計回り(CCW:Counter Clockwise)に回転させることによりパラメータαを遅れ方向に設定し、設定されたパラメータαに従って制御信号を、導線(図示せぬ)を介してゲートGSW1乃至4に入力する。
For example, as shown in FIG. 2, the control means 300 is an apparatus provided with a
The parameter α is set in the forward direction by turning the
図1に示す交流電流制御装置1について、端子101に交流電源500が、端子102に負荷400が、接続された使用例を図3に示す。
FIG. 3 shows an example of use in which the
交流電源500は、1サイクルが2π(rad)で、実効電圧が100Vである。
また、制御手段300は、交流電源500に接続され、交流電源500が出力する交流電圧が印加される。制御手段300は、交流電源500から印加された交流電圧を基に、スイッチング動作をする。
The
Further, the control means 300 is connected to an
負荷400は、端子102とグランド間に接続され、抵抗RとリアクタンスLとからなる。
The
ここで、制御手段300のスイッチング動作に伴う、スイッチ部SSW1乃至4のON・OFFの対応図を、図4に示す。 Here, FIG. 4 shows a correspondence diagram of ON / OFF of the switch units SSW1 to SSW4 accompanying the switching operation of the control means 300. As shown in FIG.
αは、−π(rad)からπ(rad)までの値の角度で、制御手段300が電流位相をずらすためのパラメータである。
つまり、αはスイッチングのオン・オフの切り換えの開始位相をあらわすものと言える。
また、θ(rad)は、交流電源500の出力する交流電圧の位相を示す値である。θは1サイクル2π(rad)で、交流電源500の出力する交流電圧の値が負から正になる時を基準位相とし、0(rad)とする。
α is an angle of a value from −π (rad) to π (rad), and is a parameter for the control means 300 to shift the current phase.
That is, α represents the start phase of switching on / off.
Θ (rad) is a value indicating the phase of the AC voltage output from the
電流位相を進める制御をする場合、αを正に設定する。αの値が正であると、制御手段300は、θが−αから−α+πの時、スイッチ部SSW2とスイッチ部SSW3をONにして、スイッチ部SSW1とスイッチ部SSW4をOFFにする。
また、制御手段300は、θが−α+πから−α+2πの時、スイッチ部SSW1とスイッチ部SSW4をONにして、スイッチ部SSW2とスイッチ部SSW3をOFFにする。
When performing control to advance the current phase, α is set to be positive. If the value of α is positive, the control means 300 turns on the switch unit SSW2 and the switch unit SSW3 and turns off the switch unit SSW1 and the switch unit SSW4 when θ is from −α to −α + π.
Further, when θ is from −α + π to −α + 2π, the
電流位相を遅らせる場合、αを負に設定する。αの値が負であると、制御手段300は、θが−αから−α+πの時、スイッチ部SSW1をONにして、スイッチ部SSW2をOFFにする。
また、制御手段300は、θが−α+πから−α+2πの時、スイッチ部SSW2をONにして、スイッチ部SSW1をOFFにする。
なお、この場合では、スイッチ部SSW3とスイッチ部SSW4は、常にOFFである。
When delaying the current phase, α is set negative. When the value of α is negative, the
Further, when θ is from −α + π to −α + 2π, the
In this case, the switch unit SSW3 and the switch unit SSW4 are always OFF.
次に、αが正の場合のスイッチング動作に伴う交流電流制御装置1の回路の遷移について図5を参照にして説明する。αが正の場合、交流電流制御装置1は、図5(a)と図5(b)に示す状態を交互に繰り返す。
なお、以降の図において、スイッチがONなのかOFFなのかを、それぞれのスイッチのゲートに示している。
また、スイッチがONの場合は、スイッチを実線にしてダイオードを点線に、スイッチがOFFの場合は、スイッチを点線にしてダイオードを実線にして表記している。
Next, the transition of the circuit of the alternating
In the following drawings, whether each switch is ON or OFF is shown at the gate of each switch.
Further, when the switch is ON, the switch is indicated by a solid line and the diode is indicated by a dotted line, and when the switch is OFF, the switch is indicated by a dotted line and the diode is indicated by a solid line.
スイッチ部SSW2とスイッチ部SSW3のペアと、スイッチ部SSW1とスイッチ部SSW4のペアは、半サイクル毎に、ON・OFFを繰り返す。図5(a)に示すように、θが−αから−α+πの場合、スイッチ部SSW2とスイッチ部SSW3はONで、スイッチ部SSW1とスイッチ部SSW4はOFFである。また、図5(b)に示すように、θが−α+πから−α+2πの場合、スイッチ部SSW2とスイッチ部SSW3がOFFで、スイッチ部SSW1とスイッチ部SSW4はONである。 The pair of switch unit SSW2 and switch unit SSW3 and the pair of switch unit SSW1 and switch unit SSW4 repeat ON / OFF every half cycle. As shown in FIG. 5A, when θ is from −α to −α + π, the switch unit SSW2 and the switch unit SSW3 are ON, and the switch unit SSW1 and the switch unit SSW4 are OFF. Also, as shown in FIG. 5B, when θ is from −α + π to −α + 2π, the switch unit SSW2 and the switch unit SSW3 are OFF, and the switch unit SSW1 and the switch unit SSW4 are ON.
実際に、図3の回路において、α=2π/3(rad)、つまり、α=120(°)で、制御手段300を制御した場合の電源電圧と負荷電流の関係を図6に示す。
なお、負荷400は、遅れ力率0.7として調整されている。
Actually, in the circuit of FIG. 3, FIG. 6 shows the relationship between the power supply voltage and the load current when the control means 300 is controlled at α = 2π / 3 (rad), that is, α = 120 (°).
The
図6は、負荷電流と、電源電圧と、スイッチ部SSW1乃至4のON・OFFの時間推移による変化を表した図である。
図6(a)には、電源電圧(V)を0.1倍した値と、負荷電流(A)の値が、時間(ms)の推移に対してプロットされている。
図6(b)には、スイッチ部SSW1乃至4のON・OFFを、時間の推移に対してプロットしてある。
横軸のtimeは共通である。なお、1目盛り12.5msである。
FIG. 6 is a diagram showing changes due to the load current, the power supply voltage, and the ON / OFF time transition of the switch units SSW1 to SSW4.
In FIG. 6A, the value obtained by multiplying the power supply voltage (V) by 0.1 and the value of the load current (A) are plotted against the transition of time (ms).
In FIG. 6B, the ON / OFF states of the switch units SSW1 to SSW4 are plotted with respect to time.
The time on the horizontal axis is common. One scale is 12.5 ms.
電源電圧の値が負から正に変わるT0より、120(°)早いT1において、制御手段300はスイッチ部SSW2とスイッチ部SSW3のペアと、スイッチ部SSW1とスイッチ部SSW4のペアの、ON・OFFを切り替える。
なお、スイッチ部SSW1乃至S4の全てがONになることを防ぐために、スイッチ部をONするタイミングは、スイッチ部をOFFするタイミングより遅く制御している。
図6(a)の電源電圧と負荷電流に着目すると、負荷電流の位相が電源電圧の位相より進んでいることがわかる。よって、負荷400は遅れ力率0.7に調整してあることから、交流電流制御装置1により、力率が進み方向に変化したことがわかる。
At T1, which is 120 (°) earlier than T0 when the value of the power supply voltage changes from negative to positive, the
In order to prevent all of the switch units SSW1 to S4 from being turned on, the timing for turning on the switch unit is controlled later than the timing for turning off the switch unit.
Paying attention to the power supply voltage and the load current in FIG. 6A, it can be seen that the phase of the load current is ahead of the phase of the power supply voltage. Therefore, since the
次に、αが負の場合のスイッチング動作に伴う交流電流制御装置1の状態の遷移について図7を参照にして説明する。αが負の場合、交流電流制御装置1は、図7(a)と図7(b)に示す状態を交互に繰り返す。
なお、スイッチ部がONの場合は、スイッチ部を実線にしてダイオード部を点線に、スイッチ部がOFFの場合は、スイッチ部を点線にしてダイオード部を実線にして表記している。
Next, transition of the state of the alternating
When the switch part is ON, the switch part is indicated by a solid line and the diode part is indicated by a dotted line, and when the switch part is OFF, the switch part is indicated by a dotted line and the diode part is indicated by a solid line.
制御手段300は、スイッチ部SSW2とスイッチ部SSW3を常にOFFにしつつ、半サイクル毎にスイッチ部SSW1とスイッチ部SSW2のON・OFFを繰り返す。
図7(a)に示すように、θが−αから−α+πの場合、スイッチ部SSW1がONで、他のスイッチはONとなる。
図7(b)に示すように、θが−α+πから−α+2πの場合、スイッチ部SSW2がONで、他のスイッチはOFFとなる。
交流電流制御装置1は、図7(a)と図7(b)に示す状態を交互に繰り返す。
The control means 300 repeats ON / OFF of the switch unit SSW1 and the switch unit SSW2 every half cycle while always turning off the switch unit SSW2 and the switch unit SSW3.
As shown in FIG. 7A, when θ is from −α to −α + π, the switch unit SSW1 is ON and the other switches are ON.
As shown in FIG. 7B, when θ is from −α + π to −α + 2π, the switch unit SSW2 is ON and the other switches are OFF.
The alternating
次に、図7に示す回路を基に、電流が電源側から負荷側へ流れる場合と、電流が負荷側から電源側へ流れる場合との、スイッチング動作に伴う電流の流れ方をそれぞれ図8、図9に示す。
なお、図8,図9において、電流の流れ方をわかりやすくするため、電流が流れる素子と線路を実線で、流れない素子と回路を点線で表示している。
Next, based on the circuit shown in FIG. 7, the flow of current accompanying the switching operation when the current flows from the power supply side to the load side and when the current flows from the load side to the power supply side is shown in FIGS. As shown in FIG.
In FIGS. 8 and 9, in order to make it easy to understand how the current flows, elements and lines through which current flows are indicated by solid lines, and elements and circuits that do not flow are indicated by dotted lines.
まず、図8を参照して、αが負のスイッチング動作に伴う、電源側から負荷側への電流の流れ方を、定性的に説明する。 First, with reference to FIG. 8, a qualitative description will be given of how the current flows from the power supply side to the load side in the switching operation in which α is negative.
スイッチ部SSW2がONの時、図8(a)に示すように、電流が電源側から負荷側に導通する(フェイズPR1)。電流は、スイッチ部SSW2を通り、ダイオード部DSW4を通る。 When the switch unit SSW2 is ON, as shown in FIG. 8A, current is conducted from the power supply side to the load side (phase PR1). The current passes through the switch unit SSW2 and the diode unit DSW4.
スイッチ部SSW1がONの時、電源電圧がコンデンサCMの電圧より高い場合、図8(b)が示すように、コンデンサCMに電荷が蓄積される(フェイズPR2)。電源側から流れる電流は、スイッチ部SSW1を通り、コンデンサCMの正極に流れこむ。コンデンサCMには電荷が蓄積され、コンデンサCMの負極から流れ出す電流はダイオード部DSW4を通り、負荷400を流れる。
しかし、コンデンサCMの電圧が電源電圧以上になると、図8(c)が示すように、コンデンサCMに電荷は蓄積されず、電流は遮断される(フェイズPR3)。
When the power supply voltage is higher than the voltage of the capacitor CM when the switch unit SSW1 is ON, electric charge is accumulated in the capacitor CM as shown in FIG. 8B (phase PR2). The current flowing from the power source side passes through the switch unit SSW1 and flows into the positive electrode of the capacitor CM. Electric charge is accumulated in the capacitor CM, and the current flowing out from the negative electrode of the capacitor CM flows through the
However, when the voltage of the capacitor CM becomes equal to or higher than the power supply voltage, as shown in FIG. 8C, no charge is accumulated in the capacitor CM and the current is cut off (phase PR3).
次に、図9を参照して、αが負のスイッチング動作に伴う負荷側から電源側への電流の流れ方を、定性的に説明する。 Next, with reference to FIG. 9, a qualitative description will be given of how the current flows from the load side to the power source side in the switching operation in which α is negative.
スイッチ部SSW1がONの時、図9(a)に示すように、電流が負荷側から電源側に流れる(フェイズPL1)。電流は、ダイオード部DSW2を通り、スイッチ部SSW1を通る。 When the switch unit SSW1 is ON, as shown in FIG. 9A, a current flows from the load side to the power source side (phase PL1). The current passes through the diode part DSW2 and the switch part SSW1.
スイッチ部SSW2がONの時、電源電圧の絶対値が、コンデンサCMの電圧より高い場合、図9(b)に示すように、コンデンサCMに電荷が蓄積される(フェイズPL2)。負荷側から流れる電流はダイオード部DSW3を通り、コンデンサCMの正極に流れこむ。コンデンサCMに電荷が蓄積され、コンデンサCMの負極から流れ出す電流は、スイッチ部SSW2を通り、電源500を流れる。
しかし、コンデンサCMの電圧の値が電源電圧の絶対値以上になると、図9(c)に示すように、コンデンサCMに電荷は蓄積されず、電流は遮断される(フェイズPL3)。
When the switch unit SSW2 is ON, if the absolute value of the power supply voltage is higher than the voltage of the capacitor CM, as shown in FIG. 9B, charges are accumulated in the capacitor CM (phase PL2). The current flowing from the load side passes through the diode part DSW3 and flows into the positive electrode of the capacitor CM. The electric charge is accumulated in the capacitor CM, and the current flowing out from the negative electrode of the capacitor CM flows through the
However, when the voltage value of the capacitor CM becomes equal to or greater than the absolute value of the power supply voltage, as shown in FIG. 9C, no charge is accumulated in the capacitor CM and the current is cut off (phase PL3).
なお、実際には、電荷が蓄積される状態(フェイズPR2,フェイズPL2)への推移は、数回しか起きない。
コンデンサCMに蓄積された電荷は放電される事がないので、コンデンサCMの電圧は電源電圧の最大値と実質的に一致することになる。よって、電源電圧がコンデンサCMの電圧を上回ることはなくなるので、電荷が蓄積される状態(フェイズPR2,フェイズPL2)にはならなくなる。
よって、スイッチ部SSW1がONの時は電源側から負荷側へ流れる電流は遮断され(フェイズPR3)、スイッチ部SSW2がONの時は負荷側から電源側へ流れる電流は遮断される(フェイズPL3)。
Actually, the transition to the state where charges are accumulated (phase PR2, phase PL2) occurs only several times.
Since the electric charge accumulated in the capacitor CM is not discharged, the voltage of the capacitor CM substantially matches the maximum value of the power supply voltage. Therefore, since the power supply voltage does not exceed the voltage of the capacitor CM, a state where charges are accumulated (phase PR2, phase PL2) is not achieved.
Therefore, when the switch unit SSW1 is ON, the current flowing from the power source side to the load side is blocked (phase PR3), and when the switch unit SSW2 is ON, the current flowing from the load side to the power source side is blocked (phase PL3). .
以上、図8,図9を参照して、αが負の場合の、スイッチング動作に伴う電流の流れ方について説明した。
次に、図8,図9を参照して説明したスイッチング動作に伴う電流の流れ方を参考に、αが負の場合の、時間経過に伴う電流の流れ方の推移を、図10に示す。
ただし、コンデンサCMの電圧が電源電圧の最大値に一致しているとする。よって、電荷蓄積状態(フェイズPR2,フェイズPL2)は考慮しない。
なお、図10(a)に示す電流導通状態(フェイズPR1)は、図8(a)に示す電流導通状態(フェイズPR1)に対応している。
また、図10(b)に示す電流遮断状態(フェイズPL3)は、図9(c)に示す電流遮断状態(フェイズPL3)対応している。
また、図10(c)に示す電流導通状態(フェイズPL1)は、図9(a)に示す電流導通状態(フェイズPL1)に対応している。
また、図10(d)に示す電流遮断状態(フェイズPR3)は、図8(c)に示す電流遮断状態(フェイズPR3)対応している。
In the above, with reference to FIGS. 8 and 9, the flow of current accompanying the switching operation when α is negative has been described.
Next, FIG. 10 shows the transition of the current flow over time when α is negative with reference to the current flow accompanying the switching operation described with reference to FIGS.
However, it is assumed that the voltage of the capacitor CM matches the maximum value of the power supply voltage. Therefore, the charge accumulation state (phase PR2, phase PL2) is not considered.
Note that the current conduction state (phase PR1) shown in FIG. 10A corresponds to the current conduction state (phase PR1) shown in FIG. 8A.
Moreover, the electric current interruption state (phase PL3) shown in FIG.10 (b) respond | corresponds to the electric current interruption state (phase PL3) shown in FIG.9 (c).
Further, the current conduction state (phase PL1) illustrated in FIG. 10C corresponds to the current conduction state (phase PL1) illustrated in FIG. 9A.
Further, the current interruption state (phase PR3) shown in FIG. 10D corresponds to the current interruption state (phase PR3) shown in FIG. 8C.
αの値が−π(rad)から0(rad)なので、スイッチ部SSW2がONされる時、電源電圧は正である。よって、スイッチ部SSW2がONされると、電源電圧が正なので、電流が電源側から負荷側へ流れる(フェイズPR1)。 Since the value of α is from −π (rad) to 0 (rad), the power supply voltage is positive when the switch unit SSW2 is turned on. Therefore, when the switch unit SSW2 is turned on, the power supply voltage is positive, so that a current flows from the power supply side to the load side (phase PR1).
電源電圧の変化に伴い電流の値は減少し、次第に電流が負荷側から電源側へ流れようとする。しかし、スイッチ部SSW2がONの時は、負荷側から電源側へ電流は流れないので、電流は遮断される(フェイズPL3)。 As the power supply voltage changes, the value of the current decreases, and current gradually flows from the load side to the power supply side. However, when the switch unit SSW2 is ON, no current flows from the load side to the power source side, so the current is cut off (phase PL3).
遮断状態(フェイズPL3)が継続し、次に、スイッチ部SSW2がOFFされスイッチ部SSW1がONされる。αの値は−π(rad)から0(rad)なので、スイッチ部SSW1がONされる時は、電源電圧は負である。よって、スイッチ部SSW1がONされると、電源電圧が負なので、電流が負荷側から電源側へ流れる(フェイズPL1)。 The shut-off state (phase PL3) continues, and then the switch unit SSW2 is turned off and the switch unit SSW1 is turned on. Since the value of α is from −π (rad) to 0 (rad), the power supply voltage is negative when the switch unit SSW1 is turned on. Therefore, when the switch unit SSW1 is turned on, since the power supply voltage is negative, a current flows from the load side to the power supply side (phase PL1).
電流は負荷側から電源側へ流れ、電源電圧の変化に伴い、電流はしだいに電源側から負荷側へ流れようとする。しかし、スイッチ部SSW1がONの時は、電源側から負荷側へ電流は流れないので、電流は遮断される(フェイズPR3)。 The current flows from the load side to the power supply side, and the current gradually flows from the power supply side to the load side as the power supply voltage changes. However, when the switch unit SSW1 is ON, no current flows from the power source side to the load side, so that the current is interrupted (phase PR3).
再び、スイッチ部SSW2がONされて電源側から負荷側への導通状態になり(フェイズPR1)、負荷側から電源側への電流は遮断され(フェイズPL3)、スイッチ部SSW1がONされて負荷側から電源側への導通状態となり(フェイズPL1)、電源側から負荷側への電流は遮断される(フェイズPR3) Again, the switch unit SSW2 is turned on to enter a conductive state from the power source side to the load side (phase PR1), the current from the load side to the power source side is interrupted (phase PL3), and the switch unit SSW1 is turned on to load side From the power source side to the load side is interrupted (phase PR3).
このように、フルブリッジ型MERS100に流れる電流は、電源側から負荷側への導通(フェイズPR1)→負荷側から電源側への電流遮断(フェイズPL3)→負荷側から電源側への導通(フェイズPL1)→電源側から負荷側への電流遮断(フェイズPR3)→電源側から負荷側への導通(フェイズPR1)→・・・というように状態の推移を繰り返すことになる。
As described above, the current flowing through the full-
実際に、図3に示す回路において、α=−2π/3(rad)、つまり、α=−120(°)で、スイッチング動作を制御した場合の電源電圧と負荷電流の関係を図11に示す。
ただし、負荷400は、遅れ力率0.7に調整してある。
Actually, in the circuit shown in FIG. 3, the relationship between the power supply voltage and the load current when the switching operation is controlled with α = −2π / 3 (rad), that is, α = −120 (°) is shown in FIG. .
However, the
図11(a)は、負荷電流(A)の値と、電源電圧(V)の0.1倍の値とを時間の推移に対してプロットしたグラフである。
図11(b)は、スイッチ部SSW1のON・OFFと、スイッチ部SSW2のON・OFFと、を時間の推移に対してプロットしたグラフである。
図11(c)は、コンデンサCMの電圧の時間推移による変化を表したグラフである。
横軸のtime(ms)は共通である。
なお、制御手段300は、図11(a)に示すように、電源電圧が負から正になる時点T0より120(°)遅い時点T1で、図11(b)に示すようにスイッチ部SSW1とスイッチ部SSW2のON・OFFを切り替える。
FIG. 11A is a graph in which the value of the load current (A) and the value of 0.1 times the power supply voltage (V) are plotted with respect to time.
FIG. 11B is a graph in which the ON / OFF state of the switch unit SSW1 and the ON / OFF state of the switch unit SSW2 are plotted with respect to the transition of time.
FIG. 11C is a graph showing a change with time of the voltage of the capacitor CM.
The time (ms) on the horizontal axis is common.
As shown in FIG. 11 (a), the control means 300 is connected to the switch section SSW1 as shown in FIG. 11 (b) at a time T1 120 (°) later than the time T0 when the power supply voltage becomes negative to positive. Switch on / off of the switch section SSW2.
図11(b)のスイッチのON・OFFと、図11(a)の負荷電流に着目すると、図10を参照して説明したように、スイッチを切り替える毎に、電流が導通し始め、次第に電流が遮断状態になることがわかる。
また、負荷400の遅れ力率0.7(およそ45°)に対し、電流位相が120(°)以上遅れていることから、力率が遅れ方向に変化しているのがわかる。
Focusing on the ON / OFF of the switch in FIG. 11B and the load current in FIG. 11A, as described with reference to FIG. 10, the current starts to be conducted every time the switch is switched, and the current gradually increases. It turns out that becomes a cutoff state.
Further, since the current phase is delayed by 120 (°) or more with respect to the delayed power factor 0.7 (approximately 45 °) of the
また、コンデンサCMは放電を行っていないことがわかる。図8,図9を参照して説明した通り、コンデンサCMの電圧が、実効値100Vの交流電圧の最大値であるおよそ141V付近を保っている。
つまり、コンデンサCMは、放電することがないので、コンデンサCMが短絡することにより電力を損失することはない。
It can also be seen that the capacitor CM is not discharged. As described with reference to FIGS. 8 and 9, the voltage of the capacitor CM is maintained in the vicinity of approximately 141 V, which is the maximum value of the AC voltage having an effective value of 100 V.
That is, since the capacitor CM does not discharge, power is not lost when the capacitor CM is short-circuited.
以上説明したように、本実施形態によれば、フルブリッジ型MERS100を用いた交流電流制御装置1において、コンデンサCMを短絡することなく、電流位相の遅れ制御を行えるようにした。
As described above, according to the present embodiment, in the alternating
従って、フルブリッジ型MERS100を用いて、コンデンサCMが短絡することによる電力損失を防ぎつつ、電流位相を進ませる制御と、遅らせる制御ができる。
Therefore, by using the full-
尚、本発明を実施するにあたっては、種々の形態が考えられ、上記実施形態に限られるものではない。 In carrying out the present invention, various forms are conceivable and the present invention is not limited to the above embodiment.
例えば、上記実施形態では、逆導通型半導体スイッチSW1乃至SW4は、スイッチとダイオードからなるNチャンネル型MOSFETとして説明した。しかし、逆導通型半導体スイッチSW1乃至4は、逆導電型のスイッチであればよく、電界効果トランジスタや、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)や、ゲートターンオフサイリスタ(GTO:Gate Turn−Off thyristor)や、ダイオードとスイッチの組み合わせでもよい。 For example, in the above-described embodiment, the reverse conducting semiconductor switches SW1 to SW4 have been described as N-channel MOSFETs composed of switches and diodes. However, the reverse conduction type semiconductor switches SW1 to SW4 may be reverse conduction type switches, and are a field effect transistor, an insulated gate bipolar transistor (IGBT), a gate turn-off thyristor (GTO: Gate Turn-). Off thyristor) or a combination of a diode and a switch.
また、上記実施形態では、電流位相を遅らせる場合、スイッチ部SSW3とスイッチ2を交互にON・OFFしたが、スイッチ部SSW1とスイッチ部SSW2を交互にON・OFFしてもよい。 Further, in the above embodiment, when the current phase is delayed, the switch unit SSW3 and the switch 2 are alternately turned ON / OFF, but the switch unit SSW1 and the switch unit SSW2 may be alternately turned ON / OFF.
また、コンデンサCMは、極性を持つ電解コンデンサであるとして説明した。しかし、コンデンサCMは、磁気エネルギーを吸収する容量を持てばよく、極性を持たなくとも良い。例えば、コンデンサCMは、セラミックコンデンサであったり、プラスチックフィルムコンデンサであったりしてもよい。 Further, the capacitor CM has been described as an electrolytic capacitor having polarity. However, the capacitor CM only needs to have a capacity to absorb magnetic energy, and need not have polarity. For example, the capacitor CM may be a ceramic capacitor or a plastic film capacitor.
また、負荷400は、抵抗RとリアクタンスLを含む誘導性負荷であるとして説明したが、負荷400は、白熱電灯やモータであってもよい。
Further, the
負荷400が白熱電灯であれば、電流位相を遅らせることによって明るさを調光することができる。調光することによって消費電力を抑えることが可能である。多数の白熱電灯が設置されておる場合、位相を進めて調光する電球と位相を遅らせて調光する電球の数を適宜調整にすれば、あわせて常に力率を1付近で調光することなどができる。
この場合、上記手動モードで調光することも可能であるし、自動モードで、調光を行ってもよい。
特に自動モードで調光をする場合は、照度を計測する照度計即手段を更に設け、制御手段300のメモリに目標力率と照度との関係を記憶させ、計測された照度をフィードバックし、目的の照度になるように、制御手段300が電源の出力位相を変更してもよい。
If the
In this case, dimming can be performed in the manual mode, or dimming may be performed in the automatic mode.
Particularly when dimming in the automatic mode, an illuminometer immediate means for measuring illuminance is further provided, the relationship between the target power factor and illuminance is stored in the memory of the control means 300, and the measured illuminance is fed back. The control means 300 may change the output phase of the power supply so that the illuminance becomes.
また、負荷400が複数のモータ群であれば、電流位相を進ませるモータと遅らせるモータを適宜、選択することによってどちらの方法でも電流を減少させて、回転トルクを制御することができる。多様な負荷状態で運転される誘導モータを前述の調光の場合のように手動、または自動で力率や電流を制御することが可能である。特に、始動に多大なラッシュ電流を必要とするモータに効果的である。モータの使用を中断する際、モータの回転を止めずに本発明の交流電流制御装置によって回転トルクを落としてモータの使用を中断すれば、次回使用開始時のモータの始動に必要な電力が削減される。
If the
また、交流電流制御装置1が接続される交流電源500の電圧の実効値が、100Vであるとして説明したが、電圧の実効値に制限はない。例えば、交流電流制御装置1は、実効値が400Vの工業用電源に接続されてもよい。
また、例えば三相交流電源システムで利用したい場合は、本装置をそれぞれ各相に設置することで対処できる。
Moreover, although the effective value of the voltage of the alternating
For example, when it is desired to use in a three-phase AC power supply system, it can be dealt with by installing this apparatus in each phase.
また、制御手段300は、上述した制御をする回路として説明したが、CPU(Central Processing Unit)と、RAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)等の記憶手段を備えたマイクロコンコントローラ(以下、「マイコン」と呼称する。)などのコンピュータであってもよい。
特に、制御手段300がマイコンである場合、マイコンの出力する1と0の信号に対して逆導通型半導体スイッチがON・OFFするように、逆導通型半導体スイッチとマイコンを組み合わせれば、マイコンの出力で逆導通型半導体スイッチのON・OFFを切り替えられるので、部品数が少なく済む。
この場合は、例えば、上述したゲート信号を出力するようなプログラムを、予めマイコンに記憶させればよい。
Although the
In particular, when the control means 300 is a microcomputer, if the reverse conduction type semiconductor switch and the microcomputer are combined so that the reverse conduction type semiconductor switch is turned ON / OFF with respect to
In this case, for example, a program for outputting the above-described gate signal may be stored in the microcomputer in advance.
また、コンピュータに上述の制御を実行させるためのプログラムを、フレキシブルディスク、CD−ROM(Compact Disc Read−Only Memory)、DVD(Digital Versatile Disk)、MO(Magnet Optical Disk)などのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布し、これを別のコンピュータにインストールし、上述の手段として動作させ、あるいは、上述の工程を実行させてもよい。 In addition, a computer-readable recording program such as a flexible disk, a CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory), a DVD (Digital Versatile Disk), and an MO (Magnetic Optical Disk) is recorded on the computer. The program may be stored and distributed on a medium, installed on another computer, operated as the above-described means, or the above-described steps may be executed.
さらに、インターネット上のサーバ装置が有する外部記憶装置等にプログラムを格納しておき、例えば、搬送波に重畳させて、コンピュータにダウンロード等するものとしてもよい。 Furthermore, the program may be stored in an external storage device or the like included in a server device on the Internet, and may be downloaded onto a computer by being superimposed on a carrier wave, for example.
1 交流電流制御装置
100 フルブリッジ型MERS
200 力率計
300 制御手段
310 ダイヤル
400 負荷
500 交流電源
SW1,SW2,SW3,SW4 逆導通型半導体スイッチ
DSW1,DSW2,DSW3,DSW4 ダイオード部
SSW1,SSW2,SSW3,SSW4 スイッチ部
GSW1,GSW2,GSW3,GSW4 ゲート
CM コンデンサ
1 AC
200
Claims (8)
各前記自己消弧型素子のON・OFFを制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、4つの前記自己消弧型素子のうち、2つの前記自己消弧型素子を常にOFFにし、かつ、他の2つの前記自己消弧型素子のON・OFFを、一方がONの時は他方はOFFになるように、前記交流電源の電圧がゼロ交差するタイミングより遅いタイミングで制御する、
ことを特徴とする交流電流制御装置。 Inserted in series between the AC power source and the inductive load, the first AC terminal is connected to the anode of the first diode and the cathode of the second diode, and the cathode of the first diode is connected to the third diode. The cathode of the diode and the positive electrode of the capacitor are connected, the anode of the second diode is connected to the anode of the fourth diode and the negative electrode of the capacitor, and the anode of the third diode and the cathode of the fourth diode Are connected to a second AC terminal, a first self-extinguishing element is connected in parallel to the first diode, and a second self-extinguishing element is connected in parallel to the second diode. , A third self-extinguishing element is connected in parallel to the third diode, and a fourth self-extinguishing element is connected in parallel to the fourth diode. · By is switched OFF, and the magnetic energy recovery switch for storing and regenerating the magnetic energy stored in the reactance of the inductive load as electrostatic energy in the capacitor,
Control means for controlling ON / OFF of each self-extinguishing element;
With
The control means always turns off the two self-extinguishing elements among the four self-extinguishing elements and turns on / off the other two self-extinguishing elements. In this case, control is performed at a timing later than the timing at which the voltage of the AC power supply crosses zero so that the other is turned off.
An AC current control device characterized by that.
ことを特徴とする請求項1に記載の交流電流制御装置。 The control means always turns off the first and second self-extinguishing elements, turns on and off the third and fourth self-extinguishing elements, and when one is on, the other is Control at a timing later than the timing at which the voltage of the AC power supply crosses zero so as to be OFF,
The alternating current control apparatus according to claim 1.
前記制御手段は、前記タイミング設定手段で設定された前記タイミングで、前記自己消弧型素子のON・OFFを制御する、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の交流電流制御装置。 A timing setting means for setting the timing;
The control means controls ON / OFF of the self-extinguishing element at the timing set by the timing setting means.
The alternating current control apparatus according to claim 1 or 2, wherein
前記交流電源の電圧がゼロ交差するタイミングより、早いタイミングで前記自己消弧型素子のON・OFFを切り替え、
前記早いタイミングで前記自己消弧型素子を切り替える場合は、前記第1の自己消弧型素子と前記第4の自己消弧型素子がONの時は、前記第2の自己消弧型素子と前記第3の自己消弧型素子をOFFするように制御し、かつ、前記第2の自己消弧型素子と前記第3の自己消弧型素子がONの時は、前記第1の自己消弧型素子と第4の自己消弧型素子をOFFするように制御する、
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の交流電流制御装置。 The control means further includes
Switch on / off of the self-extinguishing element at a timing earlier than the timing at which the voltage of the AC power supply crosses zero,
When switching the self-extinguishing element at the early timing, when the first self-extinguishing element and the fourth self-extinguishing element are ON, the second self-extinguishing element and When the third self-extinguishing element is controlled to be turned off and the second self-extinguishing element and the third self-extinguishing element are on, the first self-extinguishing element is turned on. Controlling to turn off the arc-type element and the fourth self-extinguishing element,
The alternating current control apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein
前記制御手段は、前記力率計測手段が出力する前記力率をフィードバックして、前記力率が所望の値になるように前記自己消弧型素子のON・OFFを制御する、
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の交流電流制御装置。 A power factor measuring means for measuring the power factor of the AC power source and outputting the measured power factor;
The control means feeds back the power factor output from the power factor measurement means and controls ON / OFF of the self-extinguishing element so that the power factor becomes a desired value.
The alternating current control apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の交流電流制御装置。 Each of the diodes is a parasitic diode built in the self-extinguishing element connected in parallel.
The alternating current control apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein
4つの前記自己消弧型素子のうち、2つの前記自己消弧型素子を常にOFFにし、かつ、他の2つの前記自己消弧型素子のON・OFFを、一方がONの時は他方はOFFになるように、前記交流電源の電圧がゼロ交差するタイミングより遅いタイミングで制御する、
ことを特徴とする交流電流制御方法。 Inserted in series between the AC power source and the inductive load, the first AC terminal is connected to the anode of the first diode and the cathode of the second diode, and the cathode of the first diode is connected to the third diode. The cathode of the diode and the positive electrode of the capacitor are connected, the anode of the second diode is connected to the anode of the fourth diode and the negative electrode of the capacitor, and the anode of the third diode and the cathode of the fourth diode Are connected to a second AC terminal, a first self-extinguishing element is connected in parallel to the first diode, and a second self-extinguishing element is connected in parallel to the second diode. , A third self-extinguishing element is connected in parallel to the third diode, and a fourth self-extinguishing element is connected in parallel to the fourth diode. · OFF by switches, a magnetic energy regeneration switch for storing and regenerating magnetic energy stored in the reactance of the inductive load as electrostatic energy in the capacitor,
Of the four self-extinguishing elements, two of the self-extinguishing elements are always turned OFF, and the other two self-extinguishing elements are turned ON / OFF. Control at a timing later than the timing at which the voltage of the AC power supply crosses zero so as to be OFF,
An alternating current control method characterized by the above.
コンピュータに、
4つの前記自己消弧型素子のうち、2つの前記自己消弧型素子を常にOFFにし、かつ、他の2つの前記自己消弧型素子のON・OFFを、一方がONの時は他方はOFFになるように、前記交流電源の電圧がゼロ交差するタイミングより遅いタイミングで制御する制御機能、
を実現させることを特徴とするプログラム。 Inserted in series between the AC power source and the inductive load, the first AC terminal is connected to the anode of the first diode and the cathode of the second diode, and the cathode of the first diode is connected to the third diode. The cathode of the diode and the positive electrode of the capacitor are connected, the anode of the second diode is connected to the anode of the fourth diode and the negative electrode of the capacitor, and the anode of the third diode and the cathode of the fourth diode Are connected to a second AC terminal, a first self-extinguishing element is connected in parallel to the first diode, and a second self-extinguishing element is connected in parallel to the second diode. , A third self-extinguishing element is connected in parallel to the third diode, and a fourth self-extinguishing element is connected in parallel to the fourth diode. By switching OFF, the first to fourth self-extinguishing elements of the magnetic energy regenerative switch that stores and regenerates the magnetic energy stored in the reactance of the inductive load as electrostatic energy by the capacitor A program for controlling OFF,
On the computer,
Of the four self-extinguishing elements, two of the self-extinguishing elements are always turned OFF, and the other two self-extinguishing elements are turned ON / OFF. A control function for controlling at a timing later than the timing at which the voltage of the AC power supply crosses zero so as to be OFF,
A program characterized by realizing.
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