JP6546131B2 - Controller of current source power converter - Google Patents
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Description
本発明は電流形電力変換装置の制御装置に関し、特に、PWM(Pulse Width Modulation)信号にオーバーラップタイムを設けることによって生ずる電圧波形の歪みや電流のリプルを低減するための電流形電力変換装置の制御装置に関する。 The present invention relates to a controller of a current source power converter, and more particularly, to control of a current source power converter for reducing distortion of a voltage waveform and current ripple caused by providing an overlap time to a PWM (Pulse Width Modulation) signal. It relates to the device.
ブリッジ回路を利用して三相交流電力と直流電力とを相互に変換する電力変換装置が知られている。この種の電力変換装置においては、ブリッジ回路を構成する複数のスイッチング素子に対して、三相交流電力に同期する指令値と所定のキャリア信号(周期信号)とに基づいて生成されるPWM信号が供給される。各スイッチング素子がこのPWM信号に応じて高速でオンオフを繰り返すことの結果として、三相交流電力から直流電力の生成(力行)、又は、直流電力から三相交流電力の生成(回生)が行われる。 There is known a power converter that mutually converts three-phase AC power and DC power using a bridge circuit. In this type of power conversion device, a PWM signal generated based on a command value synchronized with three-phase AC power and a predetermined carrier signal (periodic signal) for a plurality of switching elements forming a bridge circuit is used. Supplied. As a result of each switching element repeatedly turning on and off at a high speed according to the PWM signal, generation of DC power from three-phase AC power (powering) or generation of three-phase AC power from DC power (regeneration) is performed .
特許文献1及び非特許文献1には、上記電力変換装置のうち電流形と呼ばれるタイプのものが記載されている。電流形の電力変換装置は、直流側にインダクタを設けることで、直流側に流れる電流が一定時間内に一定となるように構成したもので、定電流源として動作する。特徴としては、直流側電流の方向を変えることなく力行と回生の両方を可能にした点が挙げられ、エレベータなど比較的大型の装置で使用されることが多くなっている。これに対し、直流側にインダクタではなくコンデンサを有する電圧形の電力変換装置も知られている。 Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 describe types of the power conversion devices referred to as current type. The power conversion device of the current type is configured such that the current flowing to the direct current side becomes constant within a predetermined time by providing the inductor on the direct current side, and operates as a constant current source. The feature is that it enables both powering and regeneration without changing the direction of the direct current, and is often used in relatively large devices such as elevators. On the other hand, a voltage-type power converter having a capacitor instead of an inductor on the DC side is also known.
ところで、PWM信号によるスイッチング素子の切り替えは、基本的には、あるスイッチング素子をオフにすると同時に他のスイッチング素子をオンにする、というスイッチング素子の瞬間的な切り替えによって実行される。しかしながら、スイッチング素子を遅延なしにオンオフすることは現実には不可能であるので、実際には、オフ対象のスイッチング素子とオン対象のスイッチング素子の両方がオフになっている期間や、逆に両方がオンになっている期間が生じ得る。 By the way, switching of the switching element by the PWM signal is basically performed by instantaneous switching of the switching element in which one switching element is turned off and the other switching element is turned on. However, since it is practically impossible to turn on and off the switching element without delay, in fact, both the period in which both the switching element to be turned off and the switching element to be turned on are off or vice versa There can occur periods of time that are on.
ここで、電流形電力変換装置の直流側には一般にリアクトルなどの誘導性の部品が接続されるため、仮にブリッジ回路が開放状態(直流側の端子間が絶縁された状態)になったとすると、電流形電力変換装置内の回路に大電圧が生じて故障の原因となる。したがって、ブリッジ回路を開放状態にすることは厳禁であるが、上記のようにオフ対象のスイッチング素子とオン対象のスイッチング素子の両方がオフになっている期間は、まさにブリッジ回路が開放状態となっている期間である。 Here, since an inductive component such as a reactor is generally connected to the DC side of the current source power converter, assuming that the bridge circuit is in an open state (the terminals on the DC side are isolated), A large voltage is generated in the circuit in the current source power converter and causes a failure. Therefore, although it is strictly prohibited to open the bridge circuit, as described above, the bridge circuit is just open during the period when both the switching element to be turned off and the switching element to be turned off are turned off. Period of time
そこで電流形電力変換装置においては、スイッチング素子をオフにするタイミングを遅延させるという処理が行われる。具体的には、PWM信号の立ち下がりを所定時間遅延させることによって、スイッチング素子がオフになるタイミングを遅延させる。この遅延処理によれば、オフ対象のスイッチング素子とオン対象のスイッチング素子の両方がオンとなっている期間が意図的に作り出されることになる。こうして作り出された期間のことを、通常「オーバーラップタイム」と称している。 Therefore, in the current source power conversion device, processing is performed to delay the timing at which the switching element is turned off. Specifically, the timing at which the switching element is turned off is delayed by delaying the falling of the PWM signal for a predetermined time. According to this delay processing, a period in which both the switching element to be turned off and the switching element to be turned on are turned on is intentionally created. The period created in this way is usually referred to as "overlap time".
オーバーラップタイムを設けると、ブリッジ回路が開放状態となることを回避することができる。しかし一方で、オーバーラップタイムを設けることによって、直流側に出力される電圧及び電流が意図した状態から乖離してしまう。この乖離は、具体的には電圧波形の歪みや電流のリプルとして現れることになる。 The provision of the overlap time can prevent the bridge circuit from being open. However, by providing the overlap time, the voltage and current output to the DC side deviate from the intended state. Specifically, this deviation appears as distortion of the voltage waveform or ripple of the current.
したがって、本発明の目的の一つは、オーバーラップタイムを設けることによって生ずる電圧波形の歪みや電流のリプルを低減できる電流形電力変換装置の制御装置及び制御方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a control apparatus and control method of a current source power converter capable of reducing distortion of a voltage waveform and current ripple caused by providing an overlap time.
本発明による電流形電力変換装置の制御装置は、三相交流の第1相乃至第3相にそれぞれ対応する第1乃至第3の交流側ノードと、第1及び第2の直流側ノードと、それぞれ前記第1乃至第3の交流側ノードと前記第1の直流側ノードとの間に接続される第1乃至第3のスイッチング素子と、それぞれ前記第1乃至第3の交流側ノードと前記第2の直流側ノードとの間に接続される第4乃至第6のスイッチング素子とを備える電流形電力変換装置の制御装置であって、それぞれ前記第1乃至第3相に対応する第1乃至第3の交流電圧のそれぞれと同じ位相を有する第1乃至第3の指令値を生成する指令値生成部と、前記指令値生成部から前記第1乃至第3の指令値を受け取り、受け取った前記第1乃至第3の指令値のうち、前記第1乃至第3の交流電圧の位相に応じて決定される複数の空間ごとに選択される少なくとも1つの指令値を変更したうえで、前記第1乃至第3の指令値を出力する指令値変更部と、前記指令値変更部から出力される前記第1乃至第3の指令値と、所与のキャリア信号とに基づき、前記第1乃至第6のスイッチング素子それぞれのオンオフを制御するための第1乃至第6の制御信号からなるPWM信号を生成するPWM信号生成部とを備えることを特徴とする。 A control device of a current source power converter according to the present invention comprises: first to third AC side nodes respectively corresponding to first to third phases of three-phase AC; first and second DC side nodes; First to third switching elements respectively connected between the first to third alternating current side nodes and the first direct current side node; and the first to third alternating current side nodes and the first to third switching elements respectively A control device of a current source power converter comprising: fourth to sixth switching elements connected between two DC side nodes, the first to the third corresponding to the first to third phases, respectively. Command value generation units generating first to third command values having the same phase as each of the AC voltages of 3; and the first to third command values received from the command value generation unit; The first to third of the first to third command values A command value changing unit that outputs the first to third command values after changing at least one command value selected for each of a plurality of spaces determined according to the phase of the AC voltage, and the command value First to sixth controls for controlling on / off of the first to sixth switching elements based on the first to third command values output from the changer and a given carrier signal And a PWM signal generator configured to generate a PWM signal composed of a signal.
本発明によれば、指令値の変更によってPWM信号の立ち上がり位置又は立ち下がり位置を調整することができるので、オーバーラップタイムを設けたとしても、オーバーラップタイムを設けない場合と同様の電圧波形を得ることが可能になる。したがって、オーバーラップタイムを設けることによって生ずる電圧波形の歪みや電流のリプルを低減することが可能になる。 According to the present invention, since the rising position or the falling position of the PWM signal can be adjusted by changing the command value, even if the overlap time is provided, the same voltage waveform as in the case where the overlap time is not provided is obtained. Becomes possible. Therefore, it is possible to reduce the distortion of the voltage waveform and the ripple of the current caused by providing the overlap time.
上記制御装置において、前記指令値変更部は、前記複数の空間ごとに、少なくとも前記第1乃至第3の指令値の中の最大のものを、変更対象として選択することとしてもよい。これによれば、第1乃至第3の指令値の中の最大のものと最小のものとに基づいて算出される時間長に基づいてPWM信号を生成する場合に、オーバーラップタイムを設けることによって生ずる電圧波形の歪みや電流のリプルを低減することが可能になる。 In the control device, the command value changing unit may select, for each of the plurality of spaces, the largest one of at least the first to third command values as a change target. According to this, when generating the PWM signal based on the time length calculated based on the largest one and the smallest one of the first to third command values, this is caused by providing the overlap time. It becomes possible to reduce the distortion of the voltage waveform and the ripple of the current.
上記各制御装置において、前記指令値変更部は、前記複数の空間ごとに、少なくとも前記第1乃至第3の指令値の中の中間の値のものを、変更対象として選択することとしてもよい。これによれば、第1乃至第3の指令値の中の中間の値のものと最小のものとに基づいて算出される時間長に基づいてPWM信号を生成する場合に、オーバーラップタイムを設けることによって生ずる電圧波形の歪みや電流のリプルを低減することが可能になる。 In each of the control devices, the command value changing unit may select, for each of the plurality of spaces, an intermediate value among at least the first to third command values as a change target. According to this, when the PWM signal is generated based on the time length calculated based on the intermediate value and the minimum value among the first to third command values, the overlap time is provided. It is possible to reduce the distortion of the voltage waveform and the ripple of the current caused by
上記各制御装置において、前記指令値変更部は、前記第1及び第2の直流側ノードの間に接続される負荷の両端電圧に基づいて力行動作を行うか回生動作を行うかを決定し、力行動作を行うと決定した場合には、前記少なくとも1つの指令値を下降させ、回生動作を行うと決定した場合には、前記少なくとも1つの指令値を上昇させることとしてもよい。これによれば、力行動作を行う場合と回生動作を行う場合とのいずれにおいても、オーバーラップタイムを設けることによって生ずる電圧波形の歪みや電流のリプルを低減することが可能になる。 In each control device, the command value changing unit determines whether to perform the powering operation or the regeneration operation based on the voltage across the load connected between the first and second DC side nodes, When it is determined that the power running operation is to be performed, the at least one command value may be decreased, and when it is determined to perform the regenerative operation, the at least one command value may be increased. According to this, it is possible to reduce the distortion of the voltage waveform and the ripple of the current caused by providing the overlap time in both the case of performing the power running operation and the case of performing the regeneration operation.
上記各制御装置において、前記PWM信号生成部により生成された前記第1乃至第6の制御信号の立ち下がり位置を遅らせる遅延付与部をさらに備えることとしてもよい。これによれば、PWM信号にオーバーラップタイムを設けることが可能になる。 Each of the control devices may further include a delay application unit that delays the falling positions of the first to sixth control signals generated by the PWM signal generation unit. According to this, it is possible to provide an overlap time to the PWM signal.
上記制御装置において、前記指令値変更部は、前記遅延付与部によって付与される遅延の時間長と、前記キャリア信号の一周期の時間長及び振幅とに応じた変更量で、前記少なくとも1つの指令値を変更することとしてもよい。また、前記変更量は、前記遅延付与部によって付与される遅延の時間長及び前記キャリア信号の振幅の積を、前記キャリア信号の一周期の時間長で除してなる値に等しいこととしてもよい。これらによれば、変更量を適切に決めることが可能になる。 In the control device, the command value changing unit may change the at least one command by a change amount according to a time length of a delay given by the delay giving unit and a time length and an amplitude of one cycle of the carrier signal. The value may be changed. Further, the change amount may be equal to a value obtained by dividing the product of the delay time length given by the delay giving unit and the amplitude of the carrier signal by the time length of one period of the carrier signal. . According to these, it is possible to properly determine the amount of change.
上記制御装置において、前記指令値変更部は、前記遅延付与部によって付与される遅延の時間長と、前記キャリア信号の一周期の時間長及び振幅と、前記第1乃至第6のスイッチング素子の動作遅延によって生ずる遅延の時間長とに応じた変更量で、前記少なくとも1つの指令値を変更することとしてもよい。また、前記変更量は、前記遅延付与部によって付与される遅延の時間長と前記第1乃至第6のスイッチング素子の動作遅延によって生ずる遅延の時間長の合計値に前記キャリア信号の振幅を乗じてなる値を、前記キャリア信号の一周期の時間長で除してなる値に等しいこととしてもよい。これによれば、オーバーラップタイムを設けることによって生ずる電圧波形の歪みや電流のリプルに加え、第1乃至第6のスイッチング素子の動作遅延によって生ずる電圧波形の歪みや電流のリプルについても、指令値変更部の処理によって低減することが可能になる。 In the control device, the command value changing unit is configured to operate the time length of the delay provided by the delay giving unit, the time length and the amplitude of one cycle of the carrier signal, and the operations of the first to sixth switching elements. The at least one command value may be changed by a change amount according to the delay time length caused by the delay. Further, the change amount is obtained by multiplying the sum of the time length of the delay given by the delay giving unit and the time length of the delay caused by the operation delay of the first to sixth switching elements by the amplitude of the carrier signal. May be equal to a value obtained by dividing the time length of one period of the carrier signal. According to this, in addition to the distortion of the voltage waveform and the ripple of the current caused by providing the overlap time, the command value is changed also for the distortion and the ripple of the voltage waveform caused by the operation delay of the first to sixth switching elements. It is possible to reduce by the processing of the part.
本発明によれば、指令値の変更によってPWM信号の立ち上がり位置又は立ち下がり位置を調整することができるので、オーバーラップタイムを設けたとしても、オーバーラップタイムを設けない場合と同様の電圧波形を得ることが可能になる。したがって、オーバーラップタイムを設けることによって生ずる電圧波形の歪みや電流のリプルを低減することが可能になる。 According to the present invention, since the rising position or the falling position of the PWM signal can be adjusted by changing the command value, even if the overlap time is provided, the same voltage waveform as in the case where the overlap time is not provided is obtained. Becomes possible. Therefore, it is possible to reduce the distortion of the voltage waveform and the ripple of the current caused by providing the overlap time.
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
図1は、本実施の形態による電流形電力変換装置11及びその制御装置10を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a current source
電流形電力変換装置11は、図1に示すように、6つのスイッチング素子Up,Vp,Wp,Un,Vn,Wn、6つのダイオードUpd,Vpd,Wpd,Und,Vnd,Wnd、3つのインダクタからなる交流リアクトルACL、3つのキャパシタからなる入力キャパシタC、1つのインダクタからなる直流リアクトルDCL、及び、5つの端子U,V,W,P,Nを有して構成される。電流形電力変換装置11は、三相交流電力を直流電力に変換する用途(力行)、直流電力を三相交流電力に変換する用途(回生)のいずれでも利用可能である。
As shown in FIG. 1, the current source
スイッチング素子Up,Vp,Wp,Un,Vn,Wnは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)又はMOSトランジスタによって構成される。図1では、スイッチング素子Up,Vp,Wp,Un,Vn,Wnのそれぞれと並列に接続されたダイオードを図示しているが、これは構造上生ずるダイオードである。 The switching elements Up, Vp, Wp, Un, Vn, and Wn are each formed of an insulated gate bipolar transistor (IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor) or a MOS transistor. In FIG. 1, the diodes connected in parallel with the switching elements Up, Vp, Wp, Un, Vn, and Wn are illustrated, but these are diodes that occur structurally.
スイッチング素子Upの一端は電流形電力変換装置11内に設けられる交流側ノードNuに接続され、他端はダイオードUpdのアノードに接続される。また、スイッチング素子Vpの一端は電流形電力変換装置11内に設けられる交流側ノードNvに接続され、他端はダイオードVpdのアノードに接続される。さらに、スイッチング素子Wpの一端は電流形電力変換装置11内に設けられる交流側ノードNwに接続され、他端はダイオードWpdのアノードに接続される。ダイオードUpd,Vpd,Wpdそれぞれのカソードは、電流形電力変換装置11内に設けられる直流側ノードNpに共通に接続される。直流側ノードNpは、直流リアクトルDCLを介して端子Pに接続される。
One end of the switching element Up is connected to an AC side node Nu provided in the current source
同様に、スイッチング素子Unの一端は交流側ノードNuに接続され、他端はダイオードUndのカソードに接続される。また、スイッチング素子Vnの一端は交流側ノードNvに接続され、他端はダイオードVndのカソードに接続される。さらに、スイッチング素子Wnの一端は交流側ノードNwに接続され、他端はダイオードWndのカソードに接続される。ダイオードUnd,Vnd,Wndそれぞれのアノードは、電流形電力変換装置11内に設けられる直流側ノードNnに共通に接続される。直流側ノードNnは、端子Nに直接接続される。
Similarly, one end of the switching element Un is connected to the AC side node Nu, and the other end is connected to the cathode of the diode Und. Further, one end of the switching element Vn is connected to the AC node Nv, and the other end is connected to the cathode of the diode Vnd. Furthermore, one end of the switching element Wn is connected to the AC node Nw, and the other end is connected to the cathode of the diode Wnd. The anodes of the diodes Und, Vnd, and Wnd are commonly connected to a DC side node Nn provided in the current source
交流リアクトルACLを構成する3つのインダクタは、一端が端子Uに接続され、他端が交流側ノードNuに接続されるインダクタと、一端が端子Vに接続され、他端が交流側ノードNvに接続されるインダクタと、一端が端子Wに接続され、他端が交流側ノードNwに接続されるインダクタとによって構成される。また、入力キャパシタCを構成する3つのキャパシタはデルタ結線されており、その3つの接続点はそれぞれ交流側ノードNu,Nv,Nwに接続される。交流リアクトルACL及び入力キャパシタCは、ACフィルタを構成する。 The three inductors constituting the AC reactor ACL have one end connected to the terminal U and the other end connected to the AC side node Nu, one end connected to the terminal V, and the other end connected to the AC side node Nv And an inductor whose one end is connected to the terminal W and whose other end is connected to the AC side node Nw. The three capacitors constituting the input capacitor C are delta-connected, and the three connection points are respectively connected to the AC side nodes Nu, Nv and Nw. AC reactor ACL and input capacitor C constitute an AC filter.
端子U,V,Wには、系統電源12から、それぞれ交流電圧Vu,Vv,Vw(第1乃至第3の交流電圧)が供給される。交流電圧Vu,Vv,Vwはそれぞれ、三相交流のU相、V相、W相に対応する電圧である。一方、端子P,Nの間には負荷13が接続される。電流形電力変換装置11の出力電圧Vdcは、直流側ノードNp,Nn間の電位差によって表される。負荷13には、この出力電圧Vdcによる電流Idcが流れる。
AC voltages Vu, Vv and Vw (first to third AC voltages) are supplied from the
負荷13は、例えばハイブリッドカーのモーターを駆動するための電力変換器であり、電流形電力変換装置11から供給される直流電力によって動作する場合(力行)と、逆に電流形電力変換装置11に対して電力を供給する場合(回生)とがある。詳しくは後述するが、制御装置10は、負荷13の両端の電位差Voutが正の場合、すなわち負荷13が力行動作を行う場合と、電位差Voutが負の場合、すなわち負荷13が回生動作を行う場合とでPWM信号の生成方法を変える。これにより電流形電力変換装置11は、系統電源12から供給される電力によって負荷13を駆動する力行動作と、負荷13から供給される電力を系統電源12に返す回生動作との両方を行えるように構成される。出力電圧Vdcは、電流形電力変換装置11が力行動作を行う場合には正の値を取り、回生動作を行う場合には負の値を取る。
The
制御装置10は、交流電圧Vu,Vv,Vwと同期するPWM信号Sup,Svp,Swp,Sun,Svn,Swn(第1乃至第6の制御信号)を生成し、それぞれをスイッチング素子Up,Vp,Wp,Un,Vn,Wnのゲートに供給することにより、電流形電力変換装置11のPWM制御を行う装置である。
図2は、制御装置10が行うPWM制御に関連する各信号の力行時の波形を示す信号波形図である。なお、同図には、上述したオーバーラップタイムの設置と、本発明に特徴的な動作(後述する指令値の変更)とがともに実施されていない状態での波形を示している。以下、この図2を参照しながら、制御装置10の基本的な動作について説明する。
FIG. 2 is a signal waveform diagram showing waveforms during powering of each signal related to PWM control performed by the
図2に示すように、交流電圧Vu,Vv,Vwはそれぞれ、2π/3ずつ位相のずれた正弦波信号である。制御装置10は、このうち交流電圧Vuに基づき、交流電圧Vuと同じ位相を有する正弦波信号の絶対値によって表される指令値|du*|を生成し、交流電圧Vvに基づき、交流電圧Vvと同じ位相を有する正弦波信号の絶対値によって表される指令値|dv*|を生成し、交流電圧Vwに基づき、交流電圧Vwと同じ位相を有する正弦波信号の絶対値によって表される指令値|dw*|を生成する。
As shown in FIG. 2, the AC voltages Vu, Vv and Vw are respectively sine wave signals shifted in phase by 2π / 3. The
また、図2に示すキャリア信号Caは、スイッチング素子Up,Vp,Wp,Un,Vn,Wnのオンオフ制御の周波数と同じ周波数を有する周期信号であり、制御装置10の内部にて図示しないクロックに同期して生成される。図2では、図示の都合でキャリア信号Caの周波数を三相交流の周波数の36倍としているが、実際のキャリア信号Caは、三相交流の周波数の数十倍〜数千倍の周波数を有する高周波信号となる。したがって、キャリア信号Caの一周期の間には、指令値|du*|,|dv*|,|dw*|の値は一定であるとみなすことができ、以下で説明する制御装置10の動作はすべて、この一定とみなした値を前提として実行される。キャリア信号Caはいわゆる鋸波であり、その値は、各周期の始点で所定の最小値、終点で所定の最大値となり、その間を一定の上昇率で直線状に上昇するように変化する。なお、キャリア信号Caを三角波によって構成することも可能である。
The carrier signal Ca shown in FIG. 2 is a periodic signal having the same frequency as the on / off control frequency of the switching elements Up, Vp, Wp, Un, Vn, Wn, and is not shown in the
三相交流の一周期は、交流電圧Vu,Vv,Vwの位相に応じて、図2に示すように12個の空間I〜XIIに分けることができる。本実施の形態では、交流電圧Vuの位相が0以上π/6未満である領域を空間I、π/6以上π/3未満である領域を空間II、π/3以上π/2未満である領域を空間III、π/2以上2π/3未満である領域を空間IV、2π/3以上5π/6未満である領域を空間V、5π/6以上π未満である領域を空間VI、π以上7π/6未満である領域を空間VII、7π/6以上4π/3未満である領域を空間VIII、4π/3以上3π/2未満である領域を空間IX、3π/2以上5π/3未満である領域を空間X、5π/3以上11π/6未満である領域を空間XI、11π/6以上2π未満である領域を空間XIIと定義する。 One cycle of the three-phase AC can be divided into 12 spaces I to XII as shown in FIG. 2 according to the phases of the AC voltages Vu, Vv and Vw. In the present embodiment, a region in which the phase of AC voltage Vu is 0 or more and less than π / 6 is space I, and a region in which π / 6 or more and less than π / 3 is space II, is π / 3 or more and less than π / 2 Region III, space III, region π / 2 or more and less than 2π / 3 Space IV, region 2π / 3 or more and less than 5π / 6 Space V, region 5π / 6 or more but less than π, space VI, π or more A region that is less than 7π / 6 is a space VII, a region that is greater than 7π / 6 and less than 4π / 3 is a space VIII, and a region that is greater than 4π / 3 and less than 3π / 2 is a space IX that is greater than 3π / 2 and less than 5π / 3 A region having a space X, a region of 5π / 3 to less than 11π / 6 is defined as a space XI, and a region having a range of 11π / 6 to less than 2π is a space XII.
制御装置10は、指令値|du*|,|dv*|,|dw*|及びキャリア信号Caに基づいて、PWM信号Sup,Svp,Swp,Sun,Svn,Swnを生成するよう構成される。
The
図3は、制御装置10によるPWM信号の生成方法を説明する図である。同図には、空間IIIを例に取り、一周期分のキャリア信号Caと、指令値|du*|,|dv*|,|dw*|とを示している。以下、空間IIIに着目して説明するが、他の空間でも同様である。また、同図では、指令値|du*|,|dv*|,|dw*|を時間によらない一定値により(つまり、水平な直線により)描いているが、これは、上述したように、キャリア信号Caの一周期の間には指令値|du*|,|dv*|,|dw*|の値は変化しないとみなすことができることによるものである。
FIG. 3 is a diagram for explaining a method of generating a PWM signal by the
制御装置10は、キャリア信号Caの一周期の初めに、指令値|du*|,|dv*|,|dw*|の中で最小の値を取る指令値|dw*|と、指令値|du*|,|dv*|,|dw*|の中で最大の値を取る指令値|du*|とのそれぞれについて、具体的な値を取得する。そして、キャリア信号Caが指令値|dw*|に等しくなるまでに要する時間長T1と、その後、キャリア信号Caが指令値|du*|に等しくなるまでに要する時間長T2とを算出する。
時間長T1,T2の算出方法について、詳しく説明する。図3から明らかなように、時間長T1,T2は、以下の式(1)を満たす。ただし、Tはキャリア信号Caの一周期の時間長であり、Hはキャリア信号Caの振幅である。
T1:|dw*|=T1+T2:|du*|=T:H ・・・(1)
The method of calculating the time lengths T1 and T2 will be described in detail. As apparent from FIG. 3, the time lengths T1 and T2 satisfy the following equation (1). However, T is the time length of one cycle of the carrier signal Ca, and H is the amplitude of the carrier signal Ca.
T1: | dw * | = T1 + T2: | du * | = T: H (1)
式(1)より、T1とT1+T2のそれぞれが次の式(2)(3)のように求められる。制御装置10は、取得した指令値|du*|,|dw*|の具体的な値をこの式(2)(3)に代入することにより、時間長T1,T2を算出する。
T1=(T・|dw*|)/H ・・・(2)
T1+T2=(T・|du*|)/H ・・・(3)
Each of T1 and T1 + T2 is calculated | required from following Formula (2) (3) from Formula (1). The
T1 = (T · | dw * |) / H (2)
T1 + T2 = (T · | du * |) / H (3)
制御装置10は、こうして算出した時間長T1,T2に基づき、以下の表1に従ってPWM信号の生成を行う。
The
表1において、PWM信号Sup,Svp,Swpが一定値となっているのは、指令値|du*|,|dv*|,|dw*|の中で最大の値を取る指令値|du*|に対応する交流電圧Vuが正であることに対応している。指令値|du*|,|dv*|,|dw*|の中で最大の値を取る指令値に対応する交流電圧が負である場合には、PWM信号Sun,Svn,Swnが一定値となる。また、これら一定値となる3つのPWM信号の中でハイになるのは、指令値|du*|,|dv*|,|dw*|の中で最大の値を取る指令値に対応するPWM信号(空間IIIではPWM信号Sup)となる。さらに、表1では、PWM信号Swn,Svn,Sunの順でハイとなるようにこれらの信号のレベルが決定されているが、この順は、指令値|du*|,|dv*|,|dw*|の大きさの逆順(空間IIIでは|dw*|<|dv*|<|du*|)に対応している。 In Table 1, PWM signals Sup, Svp, the Swp is constant value, the command value | du * |, | dv * |, | dw * | command value takes a maximum value among | du * This corresponds to the fact that the AC voltage Vu corresponding to | is positive. When the AC voltage corresponding to the command value which takes the maximum value among the command values | du * |, | dv * |, | dw * | is negative, the PWM signals Sun, Svn, and Swn have constant values. Become. Also, among the three PWM signals that become constant values, the one that becomes high is the PWM corresponding to the command value that takes the largest value among the command values | du * |, | dv * |, | dw * | It becomes a signal (PWM signal Sup in space III). Furthermore, in Table 1, the levels of these signals are determined to be high in the order of the PWM signals Swn, Svn, and Sun, but in this order, the command values | du * |, | dv * |, | It corresponds to the reverse order of the size of dw * | (in space III, | dw * | <| dv * | <| du * |).
空間III以外の空間についてのPWM信号の生成方法の一例を示すと、次のようになる。すなわち、式(4)(5)及び表2は、空間IV(|dv*|<|dw*|<|du*|であり、最大の指令値|du*|に対応する交流電圧Vuが正)におけるPWM信号の生成方法を示し、式(6)(7)及び表3は、空間V(|dv*|<|du*|<|dw*|であり、最大の指令値|dw*|に対応する交流電圧Vwが負)におけるPWM信号の生成方法を示している。 An example of a method of generating a PWM signal for a space other than the space III is as follows. That is, in the equations (4) and (5) and Table 2, the space IV (| dv * | <| dw * | <| du * |, and the AC voltage Vu corresponding to the maximum command value | du * | is positive. (6) (7) and Table 3 show the space V (| dv * | <| du * | <| dw * |, and the maximum command value | dw * | Shows a method of generating the PWM signal at the AC voltage Vw corresponding to
T1=(T・|dv*|)/H ・・・(4)
T1+T2=(T・|du*|)/H ・・・(5)
T1 = (T · | dv * |) / H (4)
T1 + T2 = (T · | du * |) / H (5)
T1=(T・|dv*|)/H ・・・(6)
T1+T2=(T・|dw*|)/H ・・・(7)
T1 = (T · | dv * |) / H (6)
T1 + T2 = (T · | dw * |) / H (7)
以上のように、制御装置10は、キャリア信号Caの一周期ごとに、まず指令値|du*|,|dv*|,|dw*|のうちの最大のものと最小のものの値を取得し、それらに基づいて時間長T1,T2を算出し、さらに上記各表に基づく法則に従ってPWM信号を生成するように構成される。
As described above, the
なお、式(3)は、次の式(8)のように書き直すこともできる(式(5)(7)についても同様)。これは、指令値|du*|,|dv*|,|dw*|の位相が2π/3ずつずれているため、指令値|du*|が3つの指令値|du*|,|dv*|,|dw*|の中で最大の値を取る空間IIIでは、|du*|=|dv*|+|dw*|の関係が成り立つことによるものである。
T1+T2={T・(|dv*|+|dw*|)}/H ・・・(8)
The equation (3) can be rewritten as the following equation (8) (the same applies to the equations (5) and (7)). Since the phases of the command values | du * |, | dv * |, | dw * | are shifted by 2π / 3, the command values | du * | have three command values | du * |, | dv * In space III which takes the largest value among |, | dw * |, it is because | du * | = | dv * | + | dw * | holds.
T1 + T2 = {T. (| dv * | + | dw * |)} / H (8)
式(2)(3)を用いて時間長T1,T2を算出する場合、制御装置10は、キャリア信号Caの一周期の初めに指令値|du*|,|dw*|を取得する必要がある。これに対し、式(2)(8)を用いて時間長T1,T2を算出する場合には、制御装置10は、キャリア信号Caの一周期の初めに指令値|dv*|,|dw*|を取得する必要がある。どちらを使用しても構わないが、この点は、後述する指令値変更部21(図4)による変更の対象とする指令値を決める際に影響する。
When calculating the time lengths T1 and T2 using the equations (2) and (3), the
以上は力行動作を行う場合の制御装置10の処理であるが、回生動作を行う場合の制御装置10の処理は、上記処理においてp側とn側を入れ替えたものとなる。
The above is the processing of the
空間IIIを例にとって具体的に説明すると、制御装置10はまず、負荷13の両端の電位差Voutに基づき、力行動作及び回生動作のいずれを行うかを決定する。そして、力行動作を行うと決定した場合には、表1を参照して上述した通りの動作を行う。一方、回生動作を行うと決定した場合には、指令値|du*|,|dv*|,|dw*|の中で最大の値を取る指令値|du*|に対応する交流電圧Vuが正であることに対応して、PWM信号Sun,Svn,Swnを一定値とする。なお、指令値|du*|,|dv*|,|dw*|の中で最大の値を取る指令値に対応する交流電圧が負である空間においては、PWM信号Sup,Svp,Swpを一定値とすることになる。また、これら一定値とする3つのPWM信号のうち、指令値|du*|,|dv*|,|dw*|の中で最大の値を取る指令値に対応するPWM信号(空間IIIではPWM信号Sun)をハイとし、他の2つをローとする。さらに、指令値|du*|,|dv*|,|dw*|の大きさの逆順(空間IIIでは|dw*|<|dv*|<|du*|)に対応して、PWM信号Swp,Svp,Supの順でハイとなるようにこれらの信号のレベルを決定する。
Specifically describing the space III as an example, the
以下、PWM信号Sup,Svp,Swp,Sun,Svn,Swnに対するオーバーラップタイムの設置と、本発明に特徴的な制御装置10の動作(指令値の変更)とについて、制御装置10の機能ブロックを参照しながら詳しく説明する。
Hereinafter, with reference to the functional blocks of the
初めに、図4は、制御装置10の機能ブロックを示す略ブロック図である。同図に示すように、制御装置10は、指令値生成部20と、指令値変更部21と、PWM信号生成部22と、遅延付与部23とを備えて構成される。
First, FIG. 4 is a schematic block diagram showing functional blocks of the
指令値生成部20は、交流電圧Vu,Vv,Vwに基づき、交流電圧Vu,Vv,Vwのそれぞれと同じ位相を有する指令値|du*|,|dv*|,|dw*|を生成する機能部である。指令値|du*|,|dv*|,|dw*|の詳細については、上述したとおりである。
Command
指令値変更部21は、指令値生成部20から指令値|du*|,|dv*|,|dw*|を受け取り、受け取った指令値|du*|,|dv*|,|dw*|のうち、上記複数の空間ごとに選択される少なくとも1つの指令値を変更したうえで、指令値|du*|,|dv*|,|dw*|を出力する。
Command
指令値変更部21による変更の対象となる指令値としては、上記複数の空間ごとに、少なくとも指令値|du*|,|dv*|,|dw*|の中の最大のものが選択される。ただし、これは上述した式(2)(3)のように指令値|du*|,|dv*|,|dw*|の中の最大のものと最小のものとに基づいて時間長T1,T2を算出する場合であり、上述した式(2)(8)のように指令値|du*|,|dv*|,|dw*|の中の中間の値のものと最小のものとに基づいて時間長T1,T2を算出する場合には、上記複数の空間ごとに、少なくとも指令値|du*|,|dv*|,|dw*|の中の中間の値のものが選択される。
As a command value to be changed by the command
また、指令値変更部21による指令値の変更の方向(上昇又は下降)は、力行の場合と回生の場合とで異なる。具体的に説明すると、指令値変更部21は、負荷13の両端の電位差Voutに基づいて力行動作及び回生動作のいずれを行うかを決定し、力行動作を行うと決定した場合には指令値を下降させ、回生動作を行うと決定した場合には指令値を上昇させる。
Further, the direction (rising or lowering) of the change of the command value by the command
さらに、指令値変更部21による指令値の変更量は、遅延付与部23によって付与される遅延の時間長(後述)と、キャリア信号Caの一周期の時間長及び振幅とに応じた値となる。この点については、後ほど図7を参照しながら再度より詳しく説明する。
Furthermore, the change amount of the command value by the command
PWM信号生成部22は、指令値変更部21から出力される指令値|du*|,|dv*|,|dw*|と、上述したキャリア信号Caとに基づき、PWM信号Sup,Svp,Swp,Sun,Svn,Swnを生成する。また、PWM信号生成部22は、負荷13の両端の電位差Voutに基づいて力行動作及び回生動作のいずれを行うかを決定し、その結果に応じてPWM信号Sup,Svp,Swp,Sun,Svn,Swnの生成方法を変更する。この生成の詳細は、表1〜表3及び式(1)〜式(8)を参照して上述したとおりである。
The PWM
遅延付与部23は、PWM信号生成部22により生成されたPWM信号Sup,Svp,Swp,Sun,Svn,Swnの立ち下がり位置を所定時間遅らせる機能部である。遅延付与部23の処理により、オーバーラップタイムが実現される。図1に示したスイッチング素子Up,Vp,Wp,Un,Vn,Wnのゲートには、遅延付与部23による処理を受けた後のPWM信号Sup,Svp,Swp,Sun,Svn,Swnが供給される。
The
以下、図5〜図10を参照しながら、制御装置10の各部が行う処理について、より詳しく説明する。なお、以下では空間IIIに着目して説明するが、他の空間でも同様である。
Hereinafter, the process performed by each unit of the
初めに、力行時の動作について、図5及び図6を参照しながら説明する。 First, the powering operation will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
図5(a)は、空間III内のキャリア信号Ca一周期分の領域における力行時の基本的な信号波形図である。「基本的」とは、指令値変更部21及び遅延付与部23をともにスキップした場合、すなわち、オーバーラップタイムを設置せず、指令値の変更も行わない場合を意味している。空間IIIでは、表1にも示したように、PWM信号Supがハイ、PWM信号Svp,Swpがローにそれぞれ固定される。一方、PWM信号Swnは、キャリア信号Caの一周期の初めから時間長T1の期間にわたってハイ、その後はローとされ、PWM信号Svnは、PWM信号Swnがオフとなるタイミングから時間長T2の期間にわたってハイ、その他の期間ではローとされ、PWM信号Sunは、PWM信号Svnがオフとなるタイミングまでロー、その後はハイとされる。
FIG. 5A is a basic signal waveform diagram at the time of power running in the region of one period of the carrier signal Ca in the space III. "Basic" means that the command
PWM信号Sup,Svp,Swp,Sun,Svn,Swnの以上の変化により、出力電圧Vdcの値は、図5(a)に示すように、キャリア信号Caの一周期の初めから時間長T1にわたりVwuとなり、その後の時間長T2にわたりVvuとなり、その後は0となる。ただし、Vwu=Vu−Vwであり、Vvu=Vu−Vvである。図2に示す交流電圧Vu,Vv,Vwの大小関係からも明らかなように、空間IIIではVvu>Vwuとなる。 Due to the above change of the PWM signals Sup, Svp, Swp, Sun, Svn, Swn, the value of the output voltage Vdc becomes Vwu over the time length T1 from the beginning of one cycle of the carrier signal Ca as shown in FIG. It becomes Vvu over the time length T2 after that, and becomes 0 after that. However, it is Vwu = Vu-Vw, and it is Vvu = Vu-Vv. As apparent from the magnitude relationship between the AC voltages Vu, Vv, and Vw shown in FIG. 2, in the space III, Vvu> Vwu.
電流形電力変換装置11は、このように出力電圧Vdcが時間長T1にわたりVwuとなり、さらにその後の時間長T2にわたりVvuとなることにより、出力電圧Vdcの波形の歪みや電流Idcのリプルを生じないように最適設計されている。したがって、もし仮に電圧Vwuの継続時間又は電圧Vvuの継続時間に変化が生ずると、出力電圧Vdcの波形に歪みが生じ、電流Idcにリプルが生ずることになる。
The current source
図5(b)は、図5(a)においてオーバーラップタイムを設置した場合(遅延付与部23を動作させた場合)を示す信号波形図である。ここでは、遅延付与部23によって付与される遅延の時間長(=オーバーラップタイムの時間長)をToltとしている。この場合、PWM信号Sun,Svn,Swnの立ち下がり位置が、図5(a)の例に比べてToltだけ遅延することになる(図示した丸囲み数字1〜3)。
FIG. 5B is a signal waveform diagram showing the case where the overlap time is set in FIG. 5A (when the
PWM信号Sunの立ち下がりの遅延部分(図示した丸囲み数字1)では、PWM信号SunとPWM信号Swnがともにハイの状態となる。したがって、図1に示したスイッチング素子Un,Wnが同時にオンの状態となるが、空間IIIでは交流電圧Vwが交流電圧Vuよりも低電圧である(図2参照)ため、スイッチング素子Wnのみに電流が流れ、スイッチング素子Unには電流が流れない。したがって、実質的にはスイッチング素子Wnのみがオンとなった場合と同様の状態となり、図5(b)に示すように、出力電圧Vdcの値は、図5(a)の例と同じVwuとなる。 In the falling delay portion (circled number 1 shown) of the PWM signal Sun, both the PWM signal Sun and the PWM signal Swn are in the high state. Therefore, switching elements Un and Wn shown in FIG. 1 are simultaneously turned on, but since AC voltage Vw is lower than AC voltage Vu in space III (see FIG. 2), current is supplied only to switching element Wn. And no current flows in the switching element Un. Therefore, substantially the same state as when only the switching element Wn is turned on is obtained, and as shown in FIG. 5B, the value of the output voltage Vdc is the same as Vwu in the example of FIG. 5A. Become.
なお、図5(b)においてPWM信号内に付したハッチングは、該PWM信号に対応するスイッチング素子が実質的にオンとなっている期間を示している。例えば、PWM信号Swnに付したハッチングは、PWM信号Swnに対応するスイッチング素子Wnが実質的にオンとなっている期間を示している。この表記は、後述する図6、図8(b)、図9においても同様である。 The hatching in the PWM signal in FIG. 5B indicates a period during which the switching element corresponding to the PWM signal is substantially on. For example, hatching attached to the PWM signal Swn indicates a period during which the switching element Wn corresponding to the PWM signal Swn is substantially on. This notation is the same as in FIG. 6, FIG. 8 (b) and FIG. 9 described later.
PWM信号Swnの立ち下がりの遅延部分(図示した丸囲み数字2)では、PWM信号SvnとPWM信号Swnがともにハイの状態となる。したがって、図1に示したスイッチング素子Vn,Wnが同時にオンの状態となるが、空間IIIでは交流電圧Vvが交流電圧Vwよりも低電圧である(図2参照)ため、スイッチング素子Vnのみに電流が流れ、スイッチング素子Wnには電流が流れない。したがって、実質的にはスイッチング素子Vnのみがオンとなった場合と同様の状態となり、図5(b)に示すように、出力電圧Vdcの値は、図5(a)の例と同じVvuとなる。 At the falling delay portion of the PWM signal Swn (circled number 2 shown in the drawing), both the PWM signal Svn and the PWM signal Swn are in the high state. Therefore, switching elements Vn and Wn shown in FIG. 1 are simultaneously turned on, but since AC voltage Vv is lower than AC voltage Vw in space III (see FIG. 2), current is supplied only to switching element Vn. And no current flows in the switching element Wn. Therefore, substantially the same state as when only the switching element Vn is turned on is obtained, and as shown in FIG. 5B, the value of the output voltage Vdc is the same as Vvu as in the example of FIG. 5A. Become.
PWM信号Svnの立ち下がりの遅延部分(図示した丸囲み数字3)では、PWM信号SunとPWM信号Svnがともにハイの状態となる。したがって、図1に示したスイッチング素子Un,Vnが同時にオンの状態となるが、空間IIIでは交流電圧Vvが交流電圧Vuよりも低電圧である(図2参照)ため、スイッチング素子Vnのみに電流が流れ、スイッチング素子Unには電流が流れない。したがって、実質的にはスイッチング素子Vnのみがオンとなった場合と同様の状態となり、図5(b)に示すように、出力電圧Vdcの値はVvuとなる。図5(a)の例ではこの期間内の出力電圧Vdcの値は0であったので、Vvuだけ増加したことになる。 At the falling delay portion (circled number 3 in the figure) of the PWM signal Svn, both the PWM signal Sun and the PWM signal Svn are in the high state. Therefore, switching elements Un and Vn shown in FIG. 1 are simultaneously turned on, but since AC voltage Vv is lower than AC voltage Vu in space III (see FIG. 2), current is supplied only to switching element Vn. And no current flows in the switching element Un. Therefore, substantially the same state as when only the switching element Vn is turned on is obtained, and the value of the output voltage Vdc becomes Vvu as shown in FIG. 5 (b). In the example of FIG. 5A, since the value of the output voltage Vdc in this period is 0, it is increased by Vvu.
このように、PWM信号Svnの立ち下がりの遅延部分(図示した丸囲み数字3)において出力電圧Vdcの値が0からVvuに増加するため、図5(b)の例では、時間長Toltの分だけ、出力電圧Vdcの値がVvuとなる期間が図5(a)の例に比べて長くなっている。つまり、出力電圧Vdcの値がVvuである期間が時間長T2より長い時間長T2+Toltにわたって継続するため、出力電圧Vdcの波形に歪みが生じ、電流Idcにリプルが生ずることになる。 As described above, the value of the output voltage Vdc increases from 0 to Vvu at the falling delay portion (circled number 3 in the figure) of the PWM signal Svn. Therefore, in the example of FIG. The period in which the value of the output voltage Vdc is Vvu is longer than that in the example of FIG. 5A. That is, since the period in which the value of the output voltage Vdc is Vvu continues for a time length T2 + Tolt longer than the time length T2, distortion occurs in the waveform of the output voltage Vdc, and ripples occur in the current Idc.
図6は、図5(b)においてさらに、指令値の変更を実施した場合(指令値変更部21を動作させた場合)を示す信号波形図である。
FIG. 6 is a signal waveform diagram showing a case where the command value is further changed in FIG. 5B (when the command
指令値変更部21は、指令値|du*|,|dv*|,|dw*|の中の最大のもの及び中間の値を取るもののいずれか少なくとも一方を下降させる。図6の例では指令値|du*|が最大のものであり、指令値|dv*|が中間の値を取るものであるから、指令値変更部21は、指令値|du*|,|dv*|のいずれか少なくとも一方を下降させる。具体的には、上述した式(2)(3)のように指令値|du*|,|dv*|,|dw*|の中の最大のものと最小のものとに基づいて時間長T1,T2を算出する場合には、少なくとも指令値|du*|,|dv*|,|dw*|の中の最大のものである指令値|du*|を下降させる。また、上述した式(2)(8)のように指令値|du*|,|dv*|,|dw*|の中の中間の値のものと最小のものとに基づいて時間長T1,T2を算出する場合には、少なくとも指令値|du*|,|dv*|,|dw*|の中の中間の値を取るものである指令値|dv*|を下降させる。
The command
指令値変更部21が指令値を下降させる具体的な量は、オーバーラップタイムの設置によって移動したPWM信号Svnの立ち下がり位置が、オーバーラップタイムを設置しない場合の位置に戻ることとなるように決定される(図示した丸囲み数字4)。以下、下降量の算出方法について、具体的に説明する。
The specific amount by which the command
図7は、指令値変更部21による指令値の下降量の算出方法の説明図である。同図には、変更前後の指令値|du*|と、キャリア信号Caとを示している。以下、指令値|du*|を下降させる場合を例にとって説明するが、指令値|dv*|を下降させる場合も同様である。また、同図では、図3と同様、キャリア信号Caの一周期の時間長をT、キャリア信号Caの振幅をHとし、指令値|du*|は、時間によらない一定値であるとして(つまり、水平な直線として)図示している。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a method of calculating the amount of decrease of the command value by the command
PWM信号Svnの立ち下がり位置をオーバーラップタイムを設置しない場合の位置に戻すためには、PWM信号Svnの立ち下がり位置を、時間長Toltの分だけ図面上で左に移動させる必要がある。そのためには、指令値|du*|とキャリア信号Caの交点を左に移動させる必要があり、これは、指令値|du*|を下げることによって実現できる。 In order to return the falling position of the PWM signal Svn to the position where the overlap time is not set, it is necessary to move the falling position of the PWM signal Svn to the left on the drawing by the time length Tolt. For that purpose, it is necessary to move the intersection of the command value | du * | and the carrier signal Ca to the left, which can be realized by decreasing the command value | du * |.
指令値|du*|とキャリア信号Caの交点の時間軸上での移動量をToltにするために必要な指令値|du*|の下降量をXとすると、図7から明らかなように、次の式(9)が成り立つ。
X:Tolt=H:T ・・・(9)
Assuming that the amount of decrease of the command value | du * | necessary for setting the movement amount on the time axis at the intersection of the command value | du * | and the carrier signal Ca is X, as is apparent from FIG. The following equation (9) holds.
X: Tolt = H: T (9)
式(9)をXについて解くと、X=(H・Tolt)/Tとなる。したがって、指令値|du*|を(H・Tolt)/Tだけ下降させれば、PWM信号Svnの立ち下がり位置をオーバーラップタイムを設置しない場合の位置に戻すことが可能になるといえるので、指令値変更部21は、指令値|du*|を(H・Tolt)/T(すなわち、遅延付与部23によって付与される遅延の時間長Tolt及びキャリア信号Caの振幅Hの積を、キャリア信号Caの一周期の時間長Tで除してなる値)だけ下降させるように構成される。通常はH=1であるので、指令値変更部21による指令値の下降量はTolt/Tとなる。
If equation (9) is solved for X, then X = (H · Tolt) / T. Therefore, if the command value | du * | is lowered by (H · Tolt) / T, it can be said that the falling position of the PWM signal Svn can be returned to the position where the overlap time is not set. The
このように、指令値|du*|(又は指令値|dv*|)を(H・Tolt)/Tだけ下降させることによって、図6に示すように、PWM信号Svnの立ち下がり位置はもちろん、PWM信号Sunの立ち上がり位置も同様に移動する。これにより、図5(b)の例と同様にオーバーラップタイムを維持しつつも、オーバーラップタイムの設置によって長くなったVvuの継続時間を、オーバーラップタイムを設置しない図5(a)と同じ時間長T2に戻すことが可能になる。したがって、オーバーラップタイムを設けることによって生ずる電圧波形の歪みや電流のリプルを低減することが実現される。 Thus, by lowering the command value | du * | (or the command value | dv * |) by (H · Tolt) / T, as shown in FIG. 6, not only the falling position of the PWM signal Svn but The rising position of the PWM signal Sun also moves in the same manner. Thus, while maintaining the overlap time as in the example of FIG. 5 (b), the duration of Vvu increased by the setting of the overlap time is the same as the time length T2 of FIG. 5 (a) without the overlap time. It is possible to return to Therefore, it is realized to reduce the distortion of the voltage waveform and the ripple of the current caused by providing the overlap time.
次に、回生時の動作について、図8及び図9を参照しながら説明する。 Next, the operation at the time of regeneration will be described with reference to FIGS. 8 and 9.
図8(a)は、空間III内のキャリア信号Ca一周期分の領域における回生時の基本的な信号波形図である。この場合、PWM信号Sunはハイ、PWM信号Svn,Swnはローにそれぞれ固定される。また、PWM信号Swpは、キャリア信号Caの一周期の初めから時間長T1の期間にわたってハイ、その後はローとされ、PWM信号Svpは、PWM信号Swpがオフとなるタイミングから時間長T2の期間にわたってハイ、その他の期間ではローとされ、PWM信号Supは、PWM信号Svpがオフとなるタイミングまでロー、その後はハイとされる。これらの各PWM信号の変化は、表1においてp側とn側を入れ替えたものとなっている。 FIG. 8A is a basic signal waveform diagram at the time of regeneration in a region corresponding to one period of the carrier signal Ca in the space III. In this case, the PWM signal Sun is fixed high, and the PWM signals Svn and Swn are fixed low. Also, the PWM signal Swp is high from the beginning of one cycle of the carrier signal Ca for a period of time length T1 and then low, and the PWM signal Svp is for a period of time length T2 from the timing when the PWM signal Swp is off. In the high period and other periods, it is low, and the PWM signal Sup is low until the timing when the PWM signal Svp is turned off, and then high. The change of each of these PWM signals is obtained by replacing the p side and the n side in Table 1.
PWM信号Sup,Svp,Swp,Sun,Svn,Swnの以上の変化により、出力電圧Vdcの値は、図8(a)に示すように、キャリア信号Caの一周期の初めから時間長T1にわたり−Vwuとなり、その後の時間長T2にわたり−Vvuとなり、その後は0となる。ただし、Vwu=Vu−Vwであり、Vvu=Vu−Vvである。 Due to the above change of the PWM signals Sup, Svp, Swp, Sun, Svn, Swn, the value of the output voltage Vdc is from the beginning of one cycle of the carrier signal Ca to the time length T1 as shown in FIG. It becomes Vwu, it becomes -Vvu over the time length T2 after that, and it becomes 0 after that. However, it is Vwu = Vu-Vw, and it is Vvu = Vu-Vv.
電流形電力変換装置11は、このように出力電圧Vdcが時間長T1にわたり−Vwuとなり、さらにその後の時間長T2にわたり−Vvuとなることにより、出力電圧Vdcの波形の歪みや電流Idcのリプルを生じないように最適設計されている。したがって、もし仮に電圧−Vwuの継続時間又は電圧−Vvuの継続時間に変化が生ずると、力行時と同様、出力電圧Vdcの波形に歪みが生じ、電流Idcにリプルが生ずることになる。
In the current source
図8(b)は、図8(a)においてオーバーラップタイムを設置した場合(遅延付与部23を動作させた場合)を示す信号波形図である。ここでは、遅延付与部23によって付与される遅延の時間長をToltとしている。この場合、PWM信号Sup,Svp,Swpの立ち下がり位置が、図8(a)の例に比べてToltだけ遅延することになる(図示した丸囲み数字1〜3)。
FIG. 8B is a signal waveform diagram showing the case where the overlap time is set in FIG. 8A (when the
PWM信号Supの立ち下がりの遅延部分(図示した丸囲み数字1)では、PWM信号SupとPWM信号Swpがともにハイの状態となる。したがって、図1に示したスイッチング素子Up,Wpが同時にオンの状態となるが、空間IIIでは交流電圧Vuが交流電圧Vwよりも高電圧である(図2参照)ため、スイッチング素子Upのみに電流が流れ、スイッチング素子Wpには電流が流れない。したがって、実質的にはスイッチング素子Upのみがオンとなった場合と同様の状態となり、図8(b)に示すように、出力電圧Vdcの値は0となる。図8(a)の例ではこの期間内の出力電圧Vdcの値は−Vwuであったので、Vwuだけ増加したことになる。 At the falling delay portion (circled number 1 shown in the figure) of the PWM signal Sup, both the PWM signal Sup and the PWM signal Swp are in the high state. Therefore, switching elements Up and Wp shown in FIG. 1 are simultaneously turned on, but since AC voltage Vu is higher than AC voltage Vw in space III (see FIG. 2), current is supplied only to switching element Up. And no current flows in the switching element Wp. Therefore, the state is substantially the same as when only the switching element Up is turned on, and the value of the output voltage Vdc becomes 0, as shown in FIG. 8B. In the example of FIG. 8A, since the value of the output voltage Vdc in this period is -Vwu, it is increased by Vwu.
PWM信号Swpの立ち下がりの遅延部分(図示した丸囲み数字2)では、PWM信号SvpとPWM信号Swpがともにハイの状態となる。したがって、図1に示したスイッチング素子Vp,Wpが同時にオンの状態となるが、空間IIIでは交流電圧Vwが交流電圧Vvよりも高電圧である(図2参照)ため、スイッチング素子Wpのみに電流が流れ、スイッチング素子Vpには電流が流れない。したがって、実質的にはスイッチング素子Wpのみがオンとなった場合と同様の状態となり、図8(b)に示すように、出力電圧Vdcの値は−Vwuとなる。図8(a)の例ではこの期間内の出力電圧Vdcの値は−Vvuであったので、Vvu−Vwuだけ増加したことになる。 At the falling delay portion of the PWM signal Swp (circled number 2 shown in the drawing), both the PWM signal Svp and the PWM signal Swp are in the high state. Therefore, switching elements Vp and Wp shown in FIG. 1 are simultaneously turned on, but since AC voltage Vw is higher than AC voltage Vv in space III (see FIG. 2), current is supplied only to switching element Wp. And no current flows in the switching element Vp. Therefore, the state is substantially the same as when only the switching element Wp is turned on, and the value of the output voltage Vdc becomes -Vwu, as shown in FIG. 8B. In the example of FIG. 8A, since the value of the output voltage Vdc in this period is -Vvu, it is increased by Vvu-Vwu.
PWM信号Svpの立ち下がりの遅延部分(図示した丸囲み数字3)では、PWM信号SupとPWM信号Svpがともにオンの状態となる。したがって、図1に示したスイッチング素子Up,Vpが同時にオンの状態となるが、空間IIIでは交流電圧Vuが交流電圧Vvよりも高電圧である(図2参照)ため、スイッチング素子Unのみに電流が流れ、スイッチング素子Vnには電流が流れない。したがって、実質的にはスイッチング素子Unのみがオンとなった場合と同様の状態となり、図8(b)に示すように、出力電圧Vdcの値は0となる。図8(a)の例ではこの期間内の出力電圧Vdcの値は−Vvuであったので、Vvuだけ増加したことになる。 In the falling delay portion (circled number 3 in the figure) of the PWM signal Svp, both the PWM signal Sup and the PWM signal Svp are turned on. Therefore, switching elements Up and Vp shown in FIG. 1 are simultaneously turned on, but since AC voltage Vu is higher than AC voltage Vv in space III (see FIG. 2), current is supplied only to switching element Un And no current flows in the switching element Vn. Therefore, the state is substantially the same as when only the switching element Un is turned on, and the value of the output voltage Vdc becomes zero, as shown in FIG. 8 (b). In the example of FIG. 8A, since the value of the output voltage Vdc in this period is -Vvu, it is increased by Vvu.
このように、回生時には、PWM信号Sup,Swp,Svpのいずれについても、立ち下がりの遅延部分で出力電圧Vdcの値が変化する。しかしながら全体としてみると、出力電圧Vdcは、時間長T1にわたって−Vwuとなり、さらにその後の時間長T2−Toltにわたって−Vvuとなっていると言える。したがって、図8(a)との違いは−Vvuの継続時間が時間長Toltの分だけ短くなっていることであると言え、この違いにより図8(b)の例では、出力電圧Vdcの波形に歪みが生じ、電流Idcにリプルが生ずることになる。なお、図8(b)の例では、出力電圧Vdcが0から−Vwuに変化するタイミングが図8(a)の例に比べて時間長Toltの分だけ遅延しているが、この遅延による影響は無視して差し支えない。 As described above, at the time of regeneration, the value of the output voltage Vdc changes in the fall delay portion for any of the PWM signals Sup, Swp, and Svp. However, viewed as a whole, it can be said that the output voltage Vdc is −Vwu over the time length T1 and is further −Vvu over the subsequent time length T2-Tolt. Therefore, it can be said that the difference from FIG. 8A is that the duration of −Vvu is shortened by the time length Tolt, and the waveform of the output voltage Vdc in the example of FIG. And distortion occurs in the current Idc. In the example of FIG. 8B, the timing at which the output voltage Vdc changes from 0 to −Vwu is delayed by the time length Tolt as compared to the example of FIG. 8A, but the effect of the delay is Can be ignored.
図9は、図8(b)においてさらに、指令値の変更を実施した場合(指令値変更部21を動作させた場合)を示す信号波形図である。
FIG. 9 is a signal waveform diagram showing a case where the command value is further changed in FIG. 8B (when the command
回生時の指令値変更部21は、指令値|du*|,|dv*|,|dw*|の中の最大のもの及び中間の値を取るもののいずれか少なくとも一方を上昇させる。図9の例では指令値|du*|が最大のものであり、指令値|dv*|が中間の値を取るものであるから、指令値変更部21は、指令値|du*|,|dv*|のいずれか少なくとも一方を上昇させる。具体的には、上述した式(2)(3)のように指令値|du*|,|dv*|,|dw*|の中の最大のものと最小のものとに基づいて時間長T1,T2を算出する場合には、少なくとも指令値|du*|,|dv*|,|dw*|の中の最大のものである指令値|du*|を上昇させる。また、上述した式(2)(8)のように指令値|du*|,|dv*|,|dw*|の中の中間の値のものと最小のものとに基づいて時間長T1,T2を算出する場合には、少なくとも指令値|du*|,|dv*|,|dw*|の中の中間の値を取るものである指令値|dv*|を上昇させる。
The command
指令値変更部21が指令値を上昇させる具体的な量は、オーバーラップタイムの設置によって移動したPWM信号Svnの立ち下がり位置が、オーバーラップタイム分(時間長Tolt)だけ同じ方向にさらに移動するように決定される(図示した丸囲み数字4)。具体的には、図7を参照して説明した下降量の場合と同様、(H・Tolt)/Tが指令値の上昇量となる。
A specific amount by which the command
このように、指令値|du*|(又は指令値|dv*|)を(H・Tolt)/Tだけ上昇させることによって、図9に示すように、PWM信号Svpの立ち下がり位置はもちろん、PWM信号Supの立ち上がり位置も同様に移動する。これにより、図8(b)の例と同様にオーバーラップタイムを維持しつつも、オーバーラップタイムの設置によって短くなった−Vvuの継続時間を、オーバーラップタイムを設置しない図8(a)と同じ時間長T2に戻すことが可能になる。したがって、オーバーラップタイムを設けることによって生ずる電圧波形の歪みや電流のリプルを低減することが実現される。 Thus, by raising the command value | du * | (or the command value | dv * |) by (H · Tolt) / T, as shown in FIG. 9, the falling position of the PWM signal Svp is, of course, The rising position of the PWM signal Sup also moves in the same manner. As a result, while maintaining the overlap time as in the example of FIG. 8 (b), the duration of -Vvu shortened by the setting of the overlap time is the same as the time length as FIG. 8 (a) without the overlap time. It is possible to return to T2. Therefore, it is realized to reduce the distortion of the voltage waveform and the ripple of the current caused by providing the overlap time.
以上、力行時と回生時のそれぞれについて、制御装置10の各部が行う処理を詳しく説明した。最後に、各指令値の変化の全体像について、以下で説明する。
In the above, the process which each part of the
図10は、指令値変更部21による指令値の変更を実施した場合の各指令値の変化を示す信号波形図であり、(a)は力行の場合、(b)は回生の場合を示している。同図には、図6や図9の例と同様、指令値|du*|,|dv*|,|dw*|の中の最大のものと中間の値を取るものの両方を変更した場合の例を示している。力行時には、図10(a)に示すように、指令値変更部21による処理の結果、空間I〜XIIのそれぞれにおいて、指令値|du*|,|dv*|,|dw*|の中の最大のもの及び中間の値を取るものが下降する。一方、回生時には、図10(b)に示すように、空間I〜XIIのそれぞれにおいて、指令値|du*|,|dv*|,|dw*|の中の最大のもの及び中間の値を取るものが上昇する。これにより、力行時及び回生時のいずれにおいても、空間I〜XIIのそれぞれにおいて、オーバーラップタイムを設けることによって生ずる電圧波形の歪みや電流のリプルを低減することが実現される。
FIG. 10 is a signal waveform diagram showing the change of each command value when the command
次の表4は、指令値変更部21による変更の対象となる指令値を空間ごとにまとめたものである。指令値変更部21は、空間ごとに、この表4に示される指令値を上昇又は下降させる。
Table 4 below summarizes the command values to be changed by the command
以上説明したように、本実施の形態による電流形電力変換装置11の制御装置10によれば、指令値の変更によってPWM信号の立ち上がり位置又は立ち下がり位置を調整することができるので、オーバーラップタイムを設けたとしても、オーバーラップタイムを設けない場合と同様の電圧波形を得ることが可能になる。したがって、オーバーラップタイムを設けることによって生ずる電圧波形の歪みや電流のリプルを低減することが可能になる。
As described above, according to the
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明が、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施され得ることは勿論である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments in any way, and the present invention can be implemented in various aspects without departing from the scope of the present invention. Of course.
例えば、上記実施の形態は、各スイッチング素子が対応するPWM信号の変化に応じて瞬間的にオンオフすることを前提として説明したが、実際には、PWM信号が変化してから対応するスイッチング素子のオンオフ状態が切り替わるまでに無視できない程度の遅延が生ずる場合がある。そして、一般的に言って、スイッチング素子がオフからオンに切り替わる場合の遅延の大きさとスイッチング素子がオンからオフに切り替わる場合の遅延の大きさとは同一ではなく、後者の方が大きくなるため、この遅延によってもオーバーラップタイムが生ずることになる。そうすると、オーバーラップタイムの全時間長は、図4に示した遅延付与部23によって実現されるオーバーラップタイムの時間長Toltに、この遅延によって生ずるオーバーラップタイムの時間長Toffを加えた時間長Tolt+Toffとなる。
For example, although the above embodiment has been described on the premise that each switching element turns on and off momentarily according to a change in the corresponding PWM signal, in actuality, after the PWM signal changes, the corresponding switching element There may be a non-negligible delay before the on / off state switches. And generally speaking, the magnitude of the delay when the switching element is switched from off to on and the magnitude of the delay when the switching element is switched from on to off are not the same, and the latter becomes larger. The delay also causes an overlap time. Then, the total time length of the overlap time is a time length Tolt + Toff obtained by adding the time length Toff of the overlap time generated by this delay to the time length Tolt of the overlap time realized by the
以上を踏まえると、時間長Toffが無視できない場合における指令値変更部21による指令値の変更量は、遅延付与部23によって付与される遅延の時間長(=Tolt)と、キャリア信号Caの一周期の時間長及び振幅に応じた値とに加え、さらにスイッチング素子の動作遅延によって生ずる遅延の時間長Toffにも応じた値とすることが好ましいと言える。具体的には、{H・(Tolt+Toff)}/T(すなわち、遅延付与部23によって付与される遅延の時間長Toltとスイッチング素子の動作遅延によって生ずる遅延の時間長Toffの合計値にキャリア信号Caの振幅Hを乗じてなる値を、キャリア信号Caの一周期の時間長Tで除してなる値)とすることが好ましい。こうすることで、オーバーラップタイムを設けることによって生ずる電圧波形の歪みや電流のリプルに加え、スイッチング素子の動作遅延によって生ずる電圧波形の歪みや電流のリプルについても、指令値変更部21の処理によって低減することが可能になる。
Based on the above, the change amount of the command value by the command
10 制御装置
11 電流形電力変換装置
12 系統電源
13 負荷
20 指令値生成部
21 指令値変更部
22 信号生成部
23 遅延付与部
ACL 交流リアクトル
C 入力キャパシタ
Ca キャリア信号
DCL 直流リアクトル
H キャリア信号Caの振幅
I〜XII 空間
Idc 負荷13に流れる電流
U,V,W,P,N 電流形電力変換装置11の端子
Np,Nn 直流側ノード
Nu,Nv,Nw 交流側ノード
Sup,Svp,Swp,Sun,Svn,Swn PWM信号
T キャリア信号Caの一周期の時間長
T1 指令値変更部21による指令値の変更が行われていない状態で、キャリア信号Caが指令値|du*|,|dv*|,|dw*|の中の最小のものに等しくなるまでに要する時間長
T2 指令値変更部21による指令値の変更が行われていない状態で、キャリア信号Caが指令値|du*|,|dv*|,|dw*|の中の最大のものに等しくなるまでに要する時間長
Tolt オーバーラップタイムの時間長
Up,Vp,Wp,Un,Vn,Wn スイッチング素子
Upd,Vpd,Wpd,Und,Vnd,Wnd ダイオード
Vdc 電流形電力変換装置11の出力電圧
Vout 負荷13の両端の電位差
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 control apparatus 11 current source power converter 12 system power supply 13 load 20 command value generation part 21 command value change part 22 signal generation part 23 delay provision part ACL AC reactor C input capacitor Ca carrier signal DCL DC reactor H carrier signal Ca amplitude I to XII Space Idc Currents U, V, W, P, N flowing through the load 13 Terminals Np, Nn of the current source power converter 11 DC side nodes Nu, Nv, Nw AC side nodes Sup, Svp, Swp, Sun, Svn , Swn PWM signal T Carrier signal Ca One cycle time length T1 In a state where the command value changing unit 21 does not change the command value, the carrier signal Ca has a command value | du * |, | dv * |, | The time length T2 required to be equal to the smallest one of dw * | The change of the command value by the command value change unit 21 is performed The length of time required for the carrier signal Ca to become equal to the largest one among the command values | du * |, | dv * |, | dw * | , Un, Vn, Wn Switching elements Upd, Vpd, Wpd, Und, Vnd, Wnd Diode Vdc Output voltage Vout of current source power conversion device 11 Potential difference between both ends of load 13
Claims (7)
第1及び第2の直流側ノードと、
それぞれ前記第1乃至第3の交流側ノードと前記第1の直流側ノードとの間に接続される第1乃至第3のスイッチング素子と、
それぞれ前記第1乃至第3の交流側ノードと前記第2の直流側ノードとの間に接続される第4乃至第6のスイッチング素子とを備える電流形電力変換装置の制御装置であって、
それぞれ前記第1乃至第3相に対応する第1乃至第3の交流電圧のそれぞれと同じ位相を有する第1乃至第3の指令値を生成する指令値生成部と、
前記指令値生成部から前記第1乃至第3の指令値を受け取り、受け取った前記第1乃至第3の指令値のうち、前記第1乃至第3の交流電圧の位相に応じて決定される複数の空間ごとに選択される少なくとも1つの指令値を変更したうえで、前記第1乃至第3の指令値を出力する指令値変更部と、
前記指令値変更部から出力される前記第1乃至第3の指令値と、所与のキャリア信号とに基づき、前記第1乃至第6のスイッチング素子それぞれのオンオフを制御するための第1乃至第6の制御信号からなるPWM信号を生成するPWM信号生成部と、
前記PWM信号生成部により生成された前記第1乃至第6の制御信号の立ち下がり位置を遅らせる遅延付与部とを備え、
前記指令値変更部は、前記遅延付与部によって付与される遅延の時間長と、前記キャリア信号の一周期の時間長及び振幅とに応じた変更量で、前記少なくとも1つの指令値を変更する
ことを特徴とする制御装置。 First to third AC side nodes respectively corresponding to the first to third phases of three-phase AC;
First and second DC side nodes;
First to third switching elements respectively connected between the first to third AC side nodes and the first DC side node;
A control device of a current source power conversion device, comprising: fourth to sixth switching elements respectively connected between the first to third alternating current side nodes and the second direct current side node;
A command value generation unit that generates first to third command values having the same phase as the first to third AC voltages respectively corresponding to the first to third phases;
Among the first to third command values received from the command value generation unit, the plurality of command values determined according to the phases of the first to third AC voltages. A command value changing unit that outputs the first to third command values after changing at least one command value selected for each space of
First to sixth for controlling on / off of each of the first to sixth switching elements based on the first to third command values output from the command value changing unit and a given carrier signal A PWM signal generation unit that generates a PWM signal including six control signals ;
And a delay application unit for delaying a falling position of the first to sixth control signals generated by the PWM signal generation unit ,
The command value changing unit, time and length of the delay applied by the delay imparting section, at the changing amount corresponding to the time length and amplitude of one cycle of the carrier signal, to change said at least one command value A control device characterized by
ことを特徴とする請求項1に記載の制御装置。 The control device according to claim 1, wherein the command value changing unit selects, for each of the plurality of spaces, the largest one of at least the first to third command values as a change target. .
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の制御装置。 3. The apparatus according to claim 1, wherein the command value changing unit selects, for each of the plurality of spaces, an intermediate value among at least the first to third command values as a change target. Control device as described.
前記第1及び第2の直流側ノードの間に接続される負荷の両端電圧に基づいて、前記電流形電力変換装置の直流側の出力電圧が正となるように前記PWM信号が生成される力行時の動作を行うか、前記出力電圧が負となるように前記PWM信号が生成される回生時の動作を行うかを決定し、
力行時の動作を行うと決定した場合には、前記少なくとも1つの指令値を下降させ、
回生時の動作を行うと決定した場合には、前記少なくとも1つの指令値を上昇させる
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制御装置。 The command value change unit is
Power running is performed such that the PWM signal is generated such that the DC-side output voltage of the current source power converter becomes positive based on the voltage across the load connected between the first and second DC-side nodes whether to perform the operation at the time, it determines whether to perform the operation at the time of regeneration of the output voltage is the PWM signal such that the negative is produced,
If it is determined that performing the operation during power running, the lowers the at least one command value,
The control device according to any one of claims 1 to 3, wherein, when it is determined that the operation at the time of regeneration is performed, the at least one command value is increased.
ことを特徴とする請求項1に記載の制御装置。 The change amount is equal to a value obtained by dividing the product of the delay time length given by the delay giving unit and the amplitude of the carrier signal by the time length of one period of the carrier signal. The control apparatus of claim 1 .
ことを特徴とする請求項1に記載の制御装置。 The command value changing unit includes a delay time length given by the delay giving unit, a time length and amplitude of one period of the carrier signal, and a delay caused by an operation delay of the first to sixth switching elements. at the changing amount corresponding to the time length, the control device according to claim 1, characterized in that to change the at least one command value.
ことを特徴とする請求項6に記載の制御装置。 The amount of change is a value obtained by multiplying the sum of the time length of the delay given by the delay giving unit and the time length of the delay caused by the operation delay of the first to sixth switching elements by the amplitude of the carrier signal. The control device according to claim 6 , wherein the control signal is equal to a value obtained by dividing the time length of one period of the carrier signal.
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