新しい単相-三相電力変換器による コンデンサ容量 ... - 長岡技術科学大学

⎪
⎧sREC
= sbuf
⎨ ················································ (15)
⎪⎩
sC
= sbuf
sz
よって,s buf は(16) 式 で 求 められる。
s
buf
= s REC ················································· (16)
図 8 に 制 御 方 法 をまとめたブロック 図 を 示 す。 制 御 は,
入 力 の 電 源 位 相 と 入 力 電 圧 の 大 きさ V m ,コンデンサ 電 圧 V C
から, 各 デューティ 指 令 をもとめる。その 後 ,キャリアと
比 較 し, 対 応 するスイッチングパルス s REC , s Z ,s C を 得 る。イ
ンバータキャリアは s REC , s Z ,s C の 信 号 に 応 じてカウントダウ
ン, 停 止 ,カウントアップを 行 い, 変 形 台 形 波 を 生 成 する。
また,s buf のパルスは s REC を 反 転 することで 得 られる。
4. コンデンサ 容 量 の 検 討 と 性 能 改 善
〈4・1〉 所 要 コンデンサ 容 量 の 導 出
電 力 脈 動 を 補 償 するために 必 要 なコンデンサの 容 量 は,
補 償 する 電 力 量 とコンデンサの 許 容 可 能 な 変 動 電 圧 分 によ
り 求 められる。 電 力 脈 動 の 補 償 に 必 要 な 電 力 量 W c は, 電 力
脈 動 の 半 周 期 分 あればよいので,(17) 式 より 得 られる。
W
C
= V
I
1
4 f
IN IN
0
VIN
I
IN
Pout
= =
2ω
ω
∫
sin
( 2ωt
)
dt
····························· (17)
また,コンデンサの 電 力 量 はコンデンサの 電 力 と 電 圧 の
関 係 から(18) 式 にて 求 められる。
1
2 1
2
WC
= CVC
max
− CVC
min ························ (18)
2 2
ただし Vc max は 許 容 可 能 な 電 圧 変 動 の 最 高 値 を,Vc min は 最
低 値 を 表 す。(17) 式 と(18) 式 より 必 要 なコンデンサの 容 量 は,
(19) 式 となる。
2W
C
C =
2
2 ······································ (19)
V −V
C max
C min
図 9 に 例 として,Vc max を 400 V,Vc min を 150 V とした 場
合 の 出 力 電 力 とコンデンサ 容 量 の 関 係 を 示 す。これより,1
kW 出 力 の 必 要 コンデンサ 容 量 は 46.3 μF となり, 小 容 量 の
フィルムコンデンサで 電 力 脈 動 を 補 償 可 能 である。
次 に 補 償 時 のコンデンサ 電 圧 を 求 める。コンデンサ 電 力
量 W com は(2) 式 (3) 式 を 積 分 して,(20) 式 より 得 られる。
Pout
Wcom
= Wpri
− sin(2ωt)
································ (20)
2ω
ただし,W pri は 初 期 (t=0)のコンデンサ 電 力 量 であり,コンデ
ンサの 平 均 電 圧 を V buf0 とすれば,(21) 式 となる。
1 2
W
pri
= CV buf 0 ··········································· (21)
2
よって,コンデンサ 電 圧 v buf は,(22) 式 にて 求 められる。
1 2
2
buf
buf 0
−
Cv
2
v
buf
1
= CV
2
Pout
sin(2ωt)
2ω
2 pout
= Vbuf
0
− sin(2ωt)
························· (22)
ωC
+
1
0
1
Vu*
Vv*
Inverter side
carrier
Vw*
0
Inverted commands
Vw*
Vv*
Vu*
Zero voltage
area
Inverted commands
Zero voltage
area
図 7 デューティとインバータキャリア・ 指 令 値 の 関 係
Fig. 7. Relationship of Duty commands and
inverter side carrier and inverter commands.
80
60
40
20
Capacitance of buffer uF100
46.3[uF]
図 8 制 御 ブロック 図
Fig. 8. Control block diagrams.
0 500 1000 1500 2000
Output power W
図 9 必 要 コンデンサ 容 量 と 出 力 電 圧 の 関 係
(Vc max =300 V, Vc min =150 V 時 )
Fig. 9. Relationship between necessary capacitor and output
voltage. When Vc max =300 V and Vc min =150 V.
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