JP7595166B2 - POWER CONVERSION APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING POWER CONVERSION APPARATUS - Google Patents
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Description
本発明は、半導体スイッチング素子を用いて直流電力を交流電力に変換あるいは交流電力を直流電力に変換する電力変換装置およびその制御方法に関する。The present invention relates to a power conversion device that converts DC power to AC power or AC power to DC power using semiconductor switching elements, and a control method thereof.
半導体スイッチング素子を用いて直流電力を交流電力に変換あるいは交流電力を直流電力に変換する、いわゆる電力変換装置は、直流電源に対して、上下2つの半導体スイッチング素子を直列接続した回路を負荷の相数分だけ並列接続し、上下の半導体スイッチング素子の接続点を負荷に接続したブリッジ回路を構成することが多い。 So-called power conversion devices, which use semiconductor switching elements to convert DC power to AC power or AC power to DC power, often form a bridge circuit in which two semiconductor switching elements, one above and one below, are connected in series to a DC power source, and the number of circuits connected in parallel corresponds to the number of load phases, with the junction point between the upper and lower semiconductor switching elements connected to the load.
一般的なブリッジ回路として、2レベル回路を例に挙げる。各相の出力電位は、直流電源電圧Edと0の2種類あり、上側の半導体スイッチング素子がオンかつ下側の半導体スイッチング素子がオフの場合の出力電位はEdとなり、下側の半導体スイッチング素子がオンかつ上側の半導体スイッチング素子がオフの場合は0となる。 As an example of a typical bridge circuit, a two-level circuit will be taken. There are two output potentials for each phase: DC power supply voltage Ed and 0. When the upper semiconductor switching element is on and the lower semiconductor switching element is off, the output potential is Ed, and when the lower semiconductor switching element is on and the upper semiconductor switching element is off, the output potential is 0.
このとき、上下の半導体スイッチング素子が同時にオン状態になると、半導体スイッチング素子の内部インピーダンスは負荷に比べて極めて小さいため、負荷には電流はほとんど流れず、上下の半導体スイッチング素子に膨大な短絡電流が流れ、半導体スイッチング素子の破壊を招くことになる。 At this time, if the upper and lower semiconductor switching elements are turned on at the same time, the internal impedance of the semiconductor switching elements is extremely small compared to the load, so almost no current flows in the load and a huge short-circuit current flows through the upper and lower semiconductor switching elements, resulting in the destruction of the semiconductor switching elements.
このような短絡破壊を避けるため、上下いずれかの半導体スイッチング素子がオンの状態から、もう一方の半導体スイッチング素子がオンの状態に遷移する間に、必ず上下両方の半導体スイッチング素子がオフになる期間を設けている。このオフ期間を、上下の半導体スイッチング素子のオン状態が“重ならない”という意味で「非ラップ期間」と呼ぶ。 To avoid such short circuit breakdown, a period is provided during which both the upper and lower semiconductor switching elements are off while one of the upper and lower semiconductor switching elements transitions from its on state to its on state. This off period is called the "non-overlapping period" because the on states of the upper and lower semiconductor switching elements do not "overlap."
非ラップ期間中の電力変換装置の動作を、図で説明する。図5から図8は、電力変換装置の一相(U相)のみを取り出し、非ラップ期間中の動作波形を示す図である。The operation of the power conversion device during the non-overlap period is explained using the figures. Figures 5 to 8 show the operating waveforms during the non-overlap period, taking only one phase (U-phase) of the power conversion device.
図5および図6のいずれも、U相上側半導体スイッチング素子Spuがオン状態から、上下の半導体スイッチング素子がいずれもオフの状態の非ラップ期間を経て、U相下側半導体スイッチング素子Snuがオン状態になるまでの、ゲート信号GpuとGnu、各素子の印加電圧EpuとEnuおよび出力電位vuの各波形を示す。図5は、負荷電流iu>0の場合で、非ラップ期間の出力電位vu=0となる。図6は、負荷電流iu<0の場合で、非ラップ期間の出力電位vu=Edとなる。 Both Figures 5 and 6 show the waveforms of the gate signals Gpu and Gnu, the applied voltages Epu and Enu to each element, and the output potential vu from when the U-phase upper semiconductor switching element Spu is on, through the non-overlapping period when both the upper and lower semiconductor switching elements are off, until the U-phase lower semiconductor switching element Snu is on. In Figure 5, the load current iu>0, and the output potential vu=0 during the non-overlapping period. In Figure 6, the load current iu<0, and the output potential vu=Ed during the non-overlapping period.
一方、図7および図8のいずれも、U相下側半導体スイッチング素子Snuがオン状態から、上下の半導体スイッチング素子がいずれもオフの状態の非ラップ期間を経て、U相上側半導体スイッチング素子Spuがオン状態になるまでの、ゲート信号GpuとGnu、各素子の印加電圧EpuとEnuおよび出力電位vuの各波形を示す。図7は、負荷電流iu>0の場合で、非ラップ期間の出力電位はvu=0となる。図8は、負荷電流iu<0の場合で、非ラップ期間の出力電位はvu=Edとなる。 On the other hand, both Figures 7 and 8 show the waveforms of the gate signals Gpu and Gnu, the applied voltages Epu and Enu to each element, and the output potential vu from when the U-phase lower semiconductor switching element Snu is on, through the non-overlapping period when both the upper and lower semiconductor switching elements are off, until the U-phase upper semiconductor switching element Spu is on. In Figure 7, the load current iu>0, and the output potential during the non-overlapping period is vu=0. In Figure 8, the load current iu<0, and the output potential during the non-overlapping period is vu=Ed.
以上より、非ラップ期間の出力電位vuは、負荷電流iuの極性によって決まることが分かり、非ラップ期間における電力変換装置の出力電位は不定になる。このため、電力変換装置の出力電圧精度を高めるためには、出力電位不定の期間、すなわち非ラップ期間をできるだけ短くすることが好ましい。From the above, it can be seen that the output potential vu during the non-overlap period is determined by the polarity of the load current iu, and the output potential of the power conversion device during the non-overlap period is unstable. Therefore, in order to increase the output voltage accuracy of the power conversion device, it is preferable to make the period during which the output potential is unstable, i.e., the non-overlap period, as short as possible.
ところが、半導体スイッチング素子はゲート信号の印加から僅かに遅れて動作し、ターンオン時の遅延とターンオフ時の遅延とは一般的には異なること、また、これらの遅延時間は、印加電圧、通流電流、動作温度、そして半導体スイッチング素子の個体差によって変動やばらつきを生じることから、これらの変動量やばらつきに対して十分なマージンを確保して非ラップ期間を設定する必要がある。However, semiconductor switching elements operate with a slight delay after the gate signal is applied, and the turn-on delay and turn-off delay are generally different. In addition, these delay times fluctuate and vary depending on the applied voltage, current flow, operating temperature, and individual differences in the semiconductor switching elements. Therefore, it is necessary to set the non-overlap period by ensuring a sufficient margin for these fluctuations and variations.
このように状況に応じて、好適な非ラップ期間を確保する技術としては、特許文献1あるいは特許文献2に記載の技術が知られている。
Technologies for ensuring an appropriate non-overlapping period depending on the situation are known, such as those described in
また、非ラップ期間中の負荷電流の極性を予想して出力電位を予測し、この出力電位の予測値に基づいて電圧補償を行う技術(一般的に、「非ラップ補償」と呼ぶ)としては、特許文献3あるいは特許文献4に記載の技術が知られている。In addition, the technology described in
特許文献1および特許文献2に記載の技術は、半導体スイッチング素子の動作条件、印加電圧、通流電流および動作温度などに応じて、非ラップ期間をできるだけ短く保つことによって、出力電位不定の期間を短くして出力電圧精度を向上させるものである。ただし、非ラップ期間そのものを無くすことはできず、出力電圧精度の向上には限界がある。The technologies described in
また、特許文献3および特許文献に4記載の技術は、電流極性に応じて非ラップ期間中の出力電位を推定し、これを補償することによって出力電圧精度の向上を図るものである。しかし、半導体スイッチング素子はゲート信号の印加から僅かに遅れて動作し、ターンオン時の遅延とターンオフ時の遅延とは一般的には異なること、また、これらの遅延時間は、印加電圧、通流電流、動作温度、そして半導体スイッチング素子の個体差によって変動やばらつきを生じることから、補償量が不足あるいは過剰になる場合がある。
The technology described in
そこで、本発明では、半導体スイッチング素子のターンオン時およびターンオフ時の遅延に最も支配的な要因である通流電流の大きさによる遅延時間の変動に対して、電力変換装置の出力電圧の精度を改善する技術を提供することを目的とする。Therefore, the present invention aims to provide a technology that improves the accuracy of the output voltage of a power conversion device against fluctuations in delay time due to the magnitude of the current flowing through it, which is the most dominant factor in delays when turning on and off a semiconductor switching element.
上記の課題を解決するために、代表的な本発明に係る電力変換装置の一つは、半導体素子により構成され直流電力を交流電力に変換または交流電力を直流電力に変換する電力変換部と、電力変換部に対する直流電流指令値および電力変換部の駆動周波数を基に求めた当該電力変換部の基本波位相を用いて電力変換部の電流検出値を変換して求めた直流電流検出値に基づいて電力変換部の交流電流を制御する電流制御部と、電流制御部の出力に基づいて生成した電圧指令値を補正し当該補正後の電圧指令値を用いて半導体素子を駆動するためのゲート信号を生成する駆動制御部とを備え、駆動制御部は、電力変換部の次サイクルの基本波位相を、駆動周波数と電力変換部をPWM制御する際のサンプリング周期との積から求めた基本波位相の増分を基本波位相に加算することにより生成し、直流電流指令値および次サイクルの基本波位相に基づいて交流電流指令値を求め、交流電流指令値および電力変換部の直流ステージ検出電圧に基づいて電圧指令値に対する補正量を算出し、電圧指令値に補正量を加算して補正後の電圧指令値とすることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, one representative power conversion device according to the present invention includes a power conversion unit constituted by semiconductor elements and converts DC power to AC power or converts AC power to DC power, a current control unit that controls the AC current of the power conversion unit based on a DC current detection value obtained by converting a current detection value of the power conversion unit using a fundamental wave phase of the power conversion unit obtained based on a DC current command value for the power conversion unit and a drive frequency of the power conversion unit, and a drive control unit that corrects the voltage command value generated based on an output of the current control unit and generates a gate signal for driving the semiconductor element using the corrected voltage command value, wherein the drive control unit generates a fundamental wave phase of the next cycle of the power conversion unit by adding an increment of the fundamental wave phase obtained from the product of the drive frequency and a sampling period when PWM controlling the power conversion unit to the fundamental wave phase , calculates an AC current command value based on the DC current command value and the fundamental wave phase of the next cycle, calculates a correction amount for the voltage command value based on the AC current command value and a DC stage detection voltage of the power conversion unit, and adds the correction amount to the voltage command value to obtain a corrected voltage command value.
本発明によれば、半導体スイッチング素子の通流電流によるターンオン遅延およびターンオフ遅延に応じた最適な電圧補償を行うことにより、電力変換装置の出力電圧の精度を向上させることができる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施をするための形態における説明により明らかにされる。
According to the present invention, the accuracy of the output voltage of a power conversion device can be improved by performing optimal voltage compensation according to the turn-on delay and turn-off delay caused by the current flowing through a semiconductor switching element.
Problems, configurations and effects other than those described above will become apparent from the description of the following embodiments.
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態として、実施例1および2について説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。Hereinafter, with reference to the drawings, examples 1 and 2 will be described as a form for carrying out the present invention. Note that the present invention is not limited to these examples. In addition, in the description of the drawings, the same parts are denoted by the same reference numerals.
図1は、本発明の実施例1に係る電力変換装置の構成とそれに含まれる駆動制御系のブロックとを示す図である。
電力変換装置として、図示しない直流電圧源に並列接続した平滑化コンデンサ10を介して、U相上側半導体スイッチング素子11とU相下側半導体スイッチング素子12とを直列接続したもの、V相上側半導体スイッチング素子13とV相下側半導体スイッチング素子14を直列接続したものおよびW相上側半導体スイッチング素子15とW相下側半導体スイッチング素子16を直列接続したものがそれぞれ直流ステージの線路間に接続される。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a power conversion device according to a first embodiment of the present invention and blocks of a drive control system included therein.
As a power conversion device, a series connection of U-phase upper
また、U相上側半導体スイッチング素子11とU相下側半導体スイッチング素子12との接続点、V相上側半導体スイッチング素子13とV相下側半導体スイッチング素子14との接続点およびW相上側半導体スイッチング素子15とW相下側半導体スイッチング素子16との接続点が、順に交流電動機17のU相端子、V相端子およびW相端子に接続される。
In addition, the connection point between the U-phase upper
検出器としては、平滑化コンデンサ10の電圧を検出する電圧センサ(PT)18および交流電動機17への出力電流を検出する電流センサ(CT)19を備える。The detector is equipped with a voltage sensor (PT) 18 that detects the voltage of the
駆動制御系のブロックは、以下の構成要素から構成される。
・電流センサ(CT)19の検出したU/V/W相電流(検出値)iu、ivおよびiwを量子化するA/D変換器20
・電圧センサ(PT)18の検出した直流ステージ電圧(検出値)Edを量子化するA/D変換器36
・交流電動機17を駆動する基本波角周波数ωを積分して基本波位相θを求める積分器23
・A/D変換器20の出力より基本波位相θを用いてd/q軸電流(検出値)IdおよびIqを求める回転座標変換手段21
・与えられたd/q軸電流指令Id*およびIq*とd/q軸電流(検出値)IdおよびIqとの差分を求める減算器25および26
・減算器25および26の出力(偏差)を用いて偏差が0になるような操作量を出力する電流制御手段(ACR)27
・電流制御手段(ACR)27の出力を用いてd/q軸電圧指令値Vd*およびVq*を求める電圧ベクトル生成手段28
・基本波角周波数ωとサンプリング周期Tcの積より基本波位相の増分Δθを求める乗算器22
・基本波位相の増分Δθと基本波位相θの和より次サイクルの基本波位相θ′を求める加算器24
・d/q軸電圧指令値Vd*およびVq*より次サイクルの基本波位相θ′を用いて、U/V/W相電圧指令値vu*、vv*およびvw*を求める静止座標変換手段29
・与えられたd/q軸電流指令Id*およびIq*より次サイクルの基本波位相θ′を用いてU/V/W相電流指令値iu*、iv*およびiw*を求める静止座標変換手段40
・U/V/W相電流指令値iu*、iv*およびiw*とA/D変換器26の出力を用いてU/V/W相電圧補償量Δvu、ΔvvおよびΔvwを求める電圧補償手段41、42および43
・U/V/W相電圧指令値vu*、vv*およびvw*にU/V/W相電圧補償量Δvu、ΔvvおよびΔvwを加算する加算器30、31および32
・加算器30、31および32の出力であるU/V/W相電圧補償後指令値vu**、vv**およびvw**並びにA/D変換器36の出力を用いて半導体スイッチング素子11~16を駆動するゲート信号Gpu、Gnu、Gpv、Gnv、GpwおよびGnwを出力するPWM生成手段33、34および35
The drive control system block consists of the following components:
An A/
An A/
An
Rotating coordinate conversion means 21 for determining d-axis and q-axis currents (detected values) Id and Iq using the fundamental wave phase θ from the output of the A/
A current control means (ACR) 27 that uses the outputs (deviations) of the
A voltage vector generating means 28 that determines d-axis/q-axis voltage command values Vd* and Vq* using the output of the current control means (ACR) 27.
A
An
A stationary coordinate conversion means 29 for determining U/V/W phase voltage command values vu*, vv* and vw* using the fundamental wave phase θ' of the next cycle from the d/q axis voltage command values Vd* and Vq*
A stationary coordinate conversion means 40 for determining U/V/W phase current command values iu*, iv* and iw* using the fundamental wave phase θ' of the next cycle from the given d/q axis current commands Id* and Iq*
Voltage compensation means 41, 42 and 43 for determining U/V/W phase voltage compensation amounts Δvu, Δvv and Δvw using U/V/W phase current command values iu*, iv* and iw* and the output of the A/
PWM generation means 33, 34 and 35 for outputting gate signals Gpu, Gnu, Gpv, Gnv, Gpw and Gnw for driving the
図2は、実施例1における電流波形をU相電流を例にして示す図である。
図2からは、U相電流iuに対して、U相電流指令値iu*は基本波位相の増分Δθだけ先読みしていることが分かる。これは、半導体スイッチング素子の動作遅延時間に電流依存性があり、これを補償すべく電圧補償量にも当然ながら電流依存性があるため、電流検出値を用いると、電流の変化率di/dtとサンプリング周期Tcとの積、Tc×di/dtだけ電流誤差が生じてしまうためである。
FIG. 2 is a diagram showing a current waveform in the first embodiment, taking a U-phase current as an example.
2, it can be seen that the U-phase current command value iu* is read ahead by the increment Δθ of the fundamental wave phase with respect to the U-phase current iu. This is because the operation delay time of the semiconductor switching element has current dependency, and the voltage compensation amount to compensate for this naturally also has current dependency, so if the current detection value is used, a current error occurs by the product of the current change rate di/dt and the sampling period Tc, Tc×di/dt.
実施例1では、時間tではなく位相θを基準軸にとり、U相電流の周波数(基本波角周波数ω)が分かっていることを利用して、Δθ=ω・Tcとし、サンプリング周期Tc分の位相遅れを補償している。In Example 1, the phase θ rather than time t is taken as the reference axis, and by utilizing the fact that the frequency of the U-phase current (fundamental wave angular frequency ω) is known, Δθ = ω · Tc is set, and the phase delay of the sampling period Tc is compensated for.
この結果、実施例1では、次サイクルの基本波位相θ′におけるU/V/W相電流指令値iu*、iv*およびiw*を予測し、この予測値を用いて電圧補償量Δvu、ΔvvおよびΔvwを求めている。As a result, in Example 1, the U/V/W phase current command values iu*, iv* and iw* at the fundamental wave phase θ' of the next cycle are predicted, and the predicted values are used to determine the voltage compensation amounts Δvu, Δvv and Δvw.
次に、実施例1の動作原理を図で説明する。
図5は、実施例1が対象とする2レべルインバータ回路一相分の一時点の動作波形を示す図である。ここでは、U相部分を例として取り出し、U相上側半導体スイッチング素子Spuがターンオフし、非ラップ期間Tlap経過後、U相下側半導体スイッチング素子Snuがターンオンしたときの動作波形を示す。図5では、U相電流iuは正とする。なお、電流極性は、回路から出ていく方向を正とする。
Next, the operating principle of the first embodiment will be described with reference to the drawings.
5 is a diagram showing the operation waveforms at one point in time for one phase of the two-level inverter circuit targeted in the first embodiment. Here, the U-phase portion is taken as an example, and the operation waveforms are shown when the U-phase upper semiconductor switching element Spu is turned off, and after the non-lap period Tlap has elapsed, the U-phase lower semiconductor switching element Snu is turned on. In FIG. 5, the U-phase current iu is positive. The current polarity is positive in the direction going out of the circuit.
ここで、非ラップ期間Tlapは、U相上側半導体スイッチング素子Spuを駆動するゲート信号Gpuの立ち下がりからU相下側半導体スイッチング素子Snuを駆動するゲート信号Gnuの立ち上がりまでと規定する。Here, the non-overlap period Tlap is defined as the period from the falling edge of the gate signal Gpu that drives the U-phase upper semiconductor switching element Spu to the rising edge of the gate signal Gnu that drives the U-phase lower semiconductor switching element Snu.
このとき、U相上側半導体スイッチング素子Spuは、ゲート信号Gpuの立ち下がりからターンオフ遅延時間Tdoffだけ遅れて遮断状態に遷移し、直流電源電圧Edが印加されるようになる。同時に、U相下側半導体スイッチング素子Snuの印加電圧は0になり、U相下側半導体スイッチング素子Snuのダイオード側に電流が流れるようになる(図5の上中央の図)。At this time, the U-phase upper semiconductor switching element Spu transitions to a cutoff state with a delay of the turn-off delay time Tdoff from the falling edge of the gate signal Gpu, and the DC power supply voltage Ed is applied. At the same time, the applied voltage of the U-phase lower semiconductor switching element Snu becomes 0, and current flows to the diode side of the U-phase lower semiconductor switching element Snu (upper center diagram in Figure 5).
一方、ゲート信号Gnuの立ち上がり時にはこの立ち上がり前の状態から変化はなく何も起こらない(図5の上の図の中央から右側への推移)。U相電位vuは、U相下側半導体スイッチング素子Snuの印加電圧Enuに等しい。On the other hand, when the gate signal Gnu rises, there is no change from the state before the rise and nothing happens (a transition from the center to the right in the upper diagram of Figure 5). The U-phase potential vu is equal to the applied voltage Enu of the U-phase lower semiconductor switching element Snu.
ここで、非ラップ期間における出力電圧誤差を求める。本来、非ラップ期間の出力電位は、出力電流の極性によって決まり、直流電源電圧Edもしくは0のいずれかとなるが、その期待値として、非ラップ期間の半分は直流電源電圧Edとし、残りの半分は0として考える。Here, we calculate the output voltage error during the non-overlapping period. The output potential during the non-overlapping period is determined by the polarity of the output current and is either the DC power supply voltage Ed or 0. However, as an expected value, we consider half of the non-overlapping period to be the DC power supply voltage Ed and the other half to be 0.
U相電位vuの期待値は、ゲート信号Gpuの立ち下がりから非ラップ期間の半分、すなわちTlap/2に対してターンオン遅延時間とターンオフ遅延時間の平均値を加えた(Tlap+Tdon+Tdoff)/2だけ遅れて立ち下がると考えられる。The expected value of the U-phase potential vu is considered to fall half the non-lap period from the falling edge of the gate signal Gpu, that is, (Tlap + Tdon + Tdoff)/2, which is the sum of Tlap/2 and the average value of the turn-on delay time and the turn-off delay time.
しかし、実際のU相電位vuは、ゲート信号Gpuの立ち下がりからターンオフ遅延時間Tdoffだけ遅れて立ち下がっているため、双方の差し引きから、(Tlap+Tdon-Tdoff)/2だけ早めに立ち下がっていることになる。つまり、この時間だけ出力電圧が不足していることになる。However, the actual U-phase potential vu falls with a delay of the turn-off delay time Tdoff from the falling edge of the gate signal Gpu, so that the difference between the two means that it falls earlier by (Tlap + Tdon - Tdoff)/2. In other words, the output voltage is insufficient for this time.
図6は、図5と同じ一相分の同じ時点で、U相電流iuが負の場合の動作波形を示す図である。非ラップ期間Tlapの規定も図5の場合と同様である。
このとき、U相上側半導体スイッチング素子Spuのゲート信号Gpuの立ち下がり時には、この立下り前の状態から変化はなく何も起こらない(図6の上の図の左側から中央への推移)。
6 is a diagram showing operational waveforms in the case where the U-phase current iu is negative at the same time point for the same phase as in FIG. 5. The definition of the non-overlap period Tlap is also the same as in FIG.
At this time, when the gate signal Gpu of the U-phase upper semiconductor switching element Spu falls, there is no change from the state before the fall and nothing happens (a transition from the left side to the center in the upper diagram of FIG. 6).
一方、U相下側半導体スイッチング素子Snuは、ゲート信号Gnuの立ち上がりからターンオン遅延時間Tdonだけ遅れて導通状態に遷移し、印加電圧は0になり、U相下側スイッチング素子Snuに電流が流れるようになる(図6の上右側の図)。同時に、U相上側半導体スイッチング素子Spuの印加電圧は直流電源電圧Edになる。
U相電位vuは、U相下側半導体スイッチング素子Snuの印加電圧Enuに等しい。
On the other hand, the U-phase lower semiconductor switching element Snu transitions to a conductive state with a delay of turn-on delay time Tdon from the rising edge of the gate signal Gnu, the applied voltage becomes 0, and a current flows through the U-phase lower switching element Snu (the diagram on the upper right side of FIG. 6). At the same time, the applied voltage to the U-phase upper semiconductor switching element Spu becomes the DC power supply voltage Ed.
The U-phase potential vu is equal to the applied voltage Enu to the U-phase lower semiconductor switching element Snu.
ここで、非ラップ期間における出力電圧誤差を求める。図5の場合と同様に、非ラップ期間の出力電位の期待値として、非ラップ期間の半分は直流電源電圧Edとし、残りの半分は0として考える。Here, we calculate the output voltage error during the non-overlap period. As in the case of Figure 5, the expected value of the output potential during the non-overlap period is considered to be the DC power supply voltage Ed for half of the non-overlap period and 0 for the other half.
U相電位vuの期待値は、図5の場合と同様に、(Tlap+Tdon+Tdoff)/2だけ遅れて立ち下がると考えられるが、実際のU相電位vuは、ゲート信号Gnuの立ち上がりからターンオン遅延時間Tdonだけ遅れて立ち下がっているため、双方の差し引きから、(Tlap+Tdon-Tdoff)/2だけ遅れて立ち下がっていることになる。つまり、この時間だけ出力電圧が過剰になっていることになる。 The expected value of the U-phase potential vu is thought to fall with a delay of (Tlap + Tdon + Tdoff)/2, as in the case of Figure 5, but the actual U-phase potential vu falls with a delay of the turn-on delay time Tdon from the rising edge of the gate signal Gnu, so the net result is that it falls with a delay of (Tlap + Tdon - Tdoff)/2. In other words, the output voltage is excessive for this period of time.
図7は、図5と同じ一相分で別の一時点の動作波形を示す図である。すなわち、U相下側半導体スイッチング素子Snuがターンオフし、非ラップ期間Tlap経過後、U相上側半導体スイッチング素子Spuがターンオンしたときの動作波形を示す。図7では、U相電流iuは正とする。なお、電流極性は、回路から出ていく方向を正とする。 Figure 7 shows the operating waveforms at a different point in time for the same phase as in Figure 5. That is, it shows the operating waveforms when the U-phase lower semiconductor switching element Snu is turned off, and after the non-lap period Tlap has elapsed, the U-phase upper semiconductor switching element Spu is turned on. In Figure 7, the U-phase current iu is positive. Note that the current polarity is positive in the direction out of the circuit.
ここで、非ラップ期間Tlapは、U相下側半導体スイッチング素子Snuを駆動するゲート信号Gnuの立ち下がりからU相上側半導体スイッチング素子Spuを駆動するゲート信号Gpuの立ち上がりまでと規定する。Here, the non-overlap period Tlap is defined as the period from the falling edge of the gate signal Gnu that drives the U-phase lower semiconductor switching element Snu to the rising edge of the gate signal Gpu that drives the U-phase upper semiconductor switching element Spu.
このとき、U相下側半導体スイッチング素子Snuのゲート信号Gnuの立ち下がり時には、この立下り前の状態から変化はなく何も起こらない(図7の上の図の左側から中央への推移)。At this time, when the gate signal Gnu of the U-phase lower semiconductor switching element Snu falls, there is no change from the state before the fall and nothing happens (transition from the left side to the center in the upper diagram of Figure 7).
一方、U相上側半導体スイッチング素子Spuは、ゲート信号Gpuの立ち上がりからターンオン遅延時間Tdonだけ遅れて導通状態に遷移し、印加電圧は0になり、U相上側スイッチング素子Spuに電流が流れるようになる(図7の上右側の図)。同時に、U相下側半導体スイッチング素子Snuの印加電圧は直流電源電圧Edになる。
U相電位vuは、U相下側半導体スイッチング素子Snuの印加電圧Enuに等しい。
On the other hand, the U-phase upper semiconductor switching element Spu transitions to a conductive state with a delay of turn-on delay time Tdon from the rising edge of the gate signal Gpu, the applied voltage becomes 0, and a current flows through the U-phase upper switching element Spu (the diagram on the upper right side of FIG. 7). At the same time, the applied voltage to the U-phase lower semiconductor switching element Snu becomes the DC power supply voltage Ed.
The U-phase potential vu is equal to the applied voltage Enu to the U-phase lower semiconductor switching element Snu.
ここで、非ラップ期間における出力電圧誤差を求める。図5や図6の場合と同様に、非ラップ期間の出力電位の期待値として、非ラップ期間の半分は直流電源電圧Edとし、残りの半分は0として考える。Here, we calculate the output voltage error during the non-overlap period. As in the cases of Figures 5 and 6, the expected value of the output potential during the non-overlap period is considered to be the DC power supply voltage Ed for half of the non-overlap period and 0 for the other half.
U相電位vuの期待値は、ゲート信号Gnuの立ち下がりから非ラップ期間の半分、すなわちTlap/2に対してターンオン遅延時間とターンオフ遅延時間の平均値を加えた(Tlap+Tdon+Tdoff)/2だけ遅れて立ち上がると考えられる。The expected value of the U-phase potential vu is considered to rise half the non-lap period from the falling edge of the gate signal Gnu, that is, (Tlap + Tdon + Tdoff)/2, which is the sum of Tlap/2 and the average value of the turn-on delay time and the turn-off delay time.
しかし、実際のU相電位vuは、ゲート信号Gpuの立ち上がりからターンオン遅延時間Tdonだけ遅れて立ち上がっているため、双方の差し引きから、(Tlap+Tdon-Tdoff)/2だけ遅れて立ち上がっていることになる。つまり、この時間だけ出力電圧が不足していることになる。However, the actual U-phase potential vu rises with a delay of the turn-on delay time Tdon from the rising edge of the gate signal Gpu, so the net result is that it rises with a delay of (Tlap + Tdon - Tdoff)/2. In other words, the output voltage is insufficient for this time.
図8は、図7と同じ一相分の同じ時点で、U相電流iuが負の場合の動作波形を示す図である。非ラップ期間Tlapの規定も図7の場合と同様である。
このとき、U相下側半導体スイッチング素子Snuは、ゲート信号Gnuの立ち下がりからターンオフ遅延時間Tdoffだけ遅れて遮断状態に遷移し、直流電源電圧Edが印加されるようになる。同時に、U相上側半導体スイッチング素子Spuの印加電圧は0になり、U相上側半導体スイッチング素子Spuのダイオード側に電流が流れるようになる(図8の上中央の図)。
8 is a diagram showing operational waveforms when the U-phase current iu is negative at the same time point for the same phase as in FIG. 7. The definition of the non-overlap period Tlap is also the same as in FIG.
At this time, the U-phase lower semiconductor switching element Snu transitions to a cutoff state with a delay of the turn-off delay time Tdoff from the falling edge of the gate signal Gnu, and the DC power supply voltage Ed is applied to it. At the same time, the applied voltage to the U-phase upper semiconductor switching element Spu becomes 0, and a current flows to the diode side of the U-phase upper semiconductor switching element Spu (the diagram in the upper center of FIG. 8).
一方、ゲート信号Gpuの立ち上がり時にはこの立ち上がり前の状態から変化はなく何も起こらない(図5の上の図の中央から右側への推移)。U相電位vuは、U相下側半導体スイッチング素子Snuの印加電圧Enuに等しい。On the other hand, when the gate signal Gpu rises, there is no change from the state before the rise and nothing happens (a transition from the center to the right in the upper diagram of Figure 5). The U-phase potential vu is equal to the applied voltage Enu of the U-phase lower semiconductor switching element Snu.
ここで、非ラップ期間における出力電圧誤差を求める。図5から図7の場合と同様に、非ラップ期間の出力電位の期待値として、非ラップ期間の半分は直流電源電圧Edとし、残りの半分は0として考える。Here, we calculate the output voltage error during the non-overlap period. As in the cases of Figures 5 to 7, the expected value of the output potential during the non-overlap period is considered to be the DC power supply voltage Ed for half of the non-overlap period and 0 for the other half.
U相電位vuの期待値は、図7の場合と同様に、(Tlap+Tdon+Tdoff)/2だけ遅れて立ち上がると考えられるが、実際のU相電位vuは、ゲート信号Gnuの立ち下がりからターンオフ遅延時間Tdoffだけ遅れて立ち下がっているため、双方の差し引きから、(Tlap+Tdon-Tdoff)/2だけ早めに立ち上がっていることになる。つまり、この時間だけ出力電圧が過剰になっていることになる。 The expected value of the U-phase potential vu is thought to rise with a delay of (Tlap + Tdon + Tdoff)/2, as in the case of Figure 7, but the actual U-phase potential vu falls with a delay of the turn-off delay time Tdoff from the falling edge of the gate signal Gnu, so the net result is that it rises earlier by (Tlap + Tdon - Tdoff)/2. In other words, the output voltage is excessive for this period of time.
以上の図5から図8により求めた出力電圧誤差についてまとめると、以下のことが分かる。すなわち、U相に関して示すと、
・U相電流iuが正のとき、ΔT=(Tlap+Tdon-Tdoff)/2だけ出力電圧が不足する。
・U相電流iuが負のとき、ΔT=(Tlap+Tdon-Tdoff)/2だけ出力電圧が過剰になる。
The output voltage error obtained from Figs. 5 to 8 can be summarized as follows. That is, in terms of the U phase,
When the U-phase current iu is positive, the output voltage is insufficient by ΔT=(Tlap+Tdon-Tdoff)/2.
When the U-phase current iu is negative, the output voltage becomes excessive by ΔT=(Tlap+Tdon-Tdoff)/2.
そこで、図1に示すPWM生成手段33~35において、直接ΔTだけパルス幅を補正しても構わない。ただし、実施例1では、電圧補償手段41~43によって、直流電源電圧Ed、サンプリング周期Tcとして、各相の電圧補正量ΔVをΔV=±ΔT/Tc×Edとして求めている。Therefore, the pulse width may be directly corrected by ΔT in the PWM generating means 33 to 35 shown in Figure 1. However, in the first embodiment, the voltage compensation means 41 to 43 calculate the voltage correction amount ΔV for each phase as ΔV = ±ΔT/Tc × Ed, where Ed is the DC power supply voltage and Tc is the sampling period.
さらに、半導体スイッチング素子のターンオン遅延時間Tdonおよびターンオフ遅延時間Tdoffには電流依存性があることが分かっているので(後述する図3および図4の下側のグラフ、参照)、電圧補償手段41~43において、各相毎に通流電流の大きさおよび極性に応じたΔTのテーブルを用意しておけばよい。 Furthermore, since it is known that the turn-on delay time Tdon and turn-off delay time Tdoff of the semiconductor switching elements have a current dependency (see the lower graphs of Figures 3 and 4 described below), it is sufficient to prepare a table of ΔT corresponding to the magnitude and polarity of the current flowing through each phase in the voltage compensation means 41 to 43.
図3は、実施例1の電圧補償手段41~43による電圧補償の第一の態様を示す図である。
図3の下側のグラフでは、IGBTのようなバイポーラ素子におけるターンオン遅延時間Tdonとターンオフ遅延時間Tdoffの電流依存性の一例を示す。
FIG. 3 is a diagram showing a first mode of voltage compensation by the voltage compensation means 41 to 43 of the first embodiment.
The lower graph in FIG. 3 shows an example of the current dependency of the turn-on delay time Tdon and the turn-off delay time Tdoff in a bipolar element such as an IGBT.
IGBTのようなバイポーラ素子においては、ターンオン遅延時間Tdonは通流電流が増加するにつれて増大していく傾向があり、一方、ターンオフ遅延時間Tdoffは遮断電流が減少するにつれて急激に増大する傾向がある。In bipolar elements such as IGBTs, the turn-on delay time Tdon tends to increase as the flow current increases, while the turn-off delay time Tdoff tends to increase rapidly as the interruption current decreases.
図3の上側のグラフでは、このような傾向を持つ半導体スイッチング素子に対する電圧補償手段41、42および43の特性を示す。この特性においては、非ラップ補償電流下限値Iminを設け、電流指令値iu*、iv*およびiw*の絶対値がImin以下の場合、電流指令値が0のときに補償量を0にするよう直線的な補間を行う。The upper graph in Figure 3 shows the characteristics of the voltage compensation means 41, 42, and 43 for semiconductor switching elements with such a tendency. In this characteristic, a non-lap compensation current lower limit Imin is set, and when the absolute values of the current command values iu*, iv*, and iw* are equal to or less than Imin, linear interpolation is performed so that the compensation amount becomes 0 when the current command value is 0.
ここで、直線的な補間を行う理由について説明する。実施例1の電圧補償手段41、42および43は、電流検出値を用いず電流指令値を用いているが、図2に示すように、電流指令値は、基本波成分のみで高調波成分(スイッチングリップル)が重畳されていないという差異がある。通常、高調波成分であるスイッチングリップルは、基本波成分に対して正負対称に表れると考えられるので、補償量の誤差としては平均0になると考えられる。しかし、電流値がゼロクロスする近傍では、スイッチングリップルの影響により極性判別を誤ると誤差が大きくなるため、電流値がゼロクロスする近傍では補償量も小さくした方が好ましいため、上記した直線的な補間を行うのである。Here, the reason for performing linear interpolation will be explained. The voltage compensation means 41, 42, and 43 of the first embodiment use a current command value without using a current detection value, but as shown in FIG. 2, the difference is that the current command value is only a fundamental wave component and no harmonic components (switching ripple) are superimposed. Normally, switching ripple, which is a harmonic component, is considered to appear symmetrically in positive and negative with respect to the fundamental wave component, so the error in the compensation amount is considered to be 0 on average. However, in the vicinity of the zero crossing of the current value, if the polarity discrimination is incorrect due to the influence of the switching ripple, the error becomes large, so it is preferable to reduce the compensation amount in the vicinity of the zero crossing of the current value, and therefore the linear interpolation described above is performed.
図4は、実施例1の電圧補償手段41~43による電圧補償の第二の態様を示す図である。
図4の下側のグラフでは、MOS-FETのようなユニポーラ素子におけるターンオン遅延時間Tdonとターンオフ遅延時間Tdoffの電流依存性の一例を示す。
FIG. 4 is a diagram showing a second mode of voltage compensation by the voltage compensation means 41 to 43 of the first embodiment.
The lower graph in FIG. 4 shows an example of the current dependency of the turn-on delay time Tdon and the turn-off delay time Tdoff in a unipolar element such as a MOS-FET.
MOS-FETのようなユニポーラ素子においては、ターンオン遅延時間Tdonは通流電流が増加するにつれてほぼ一定あるいは緩やかに減少する傾向があり、一方、ターンオフ遅延時間Tdoffは遮断電流が増加するにつれて緩やかに増加していく傾向がある。 In unipolar elements such as MOS-FETs, the turn-on delay time Tdon tends to remain almost constant or decrease slowly as the flow current increases, while the turn-off delay time Tdoff tends to increase slowly as the blocking current increases.
図4の上側のグラフでは、このような傾向を持つ半導体スイッチング素子に対する電圧補償手段41、42および43の特性を示す。この特性においても、図3に示す特性と同様に、非ラップ補償電流下限値Iminを設け、電流指令値iu*、iv*およびiw*の絶対値がImin以下の場合、電流指令値が0のときに補償量を0にするよう直線的な補間を行う。The upper graph in Figure 4 shows the characteristics of the voltage compensation means 41, 42, and 43 for semiconductor switching elements having such a tendency. In this characteristic, as in the characteristic shown in Figure 3, a non-lap compensation current lower limit Imin is set, and when the absolute values of the current command values iu*, iv*, and iw* are equal to or less than Imin, linear interpolation is performed so that the compensation amount becomes 0 when the current command value is 0.
ここで、本発明におけるターンオン遅延時間Tdonおよびターンオフ遅延時間Tdoffの定義について説明する。
図15は、スイッチング素子のターンオン遅延時間Tdonの定義を説明するための図である。
Here, the definitions of the turn-on delay time Tdon and the turn-off delay time Tdoff in the present invention will be explained.
FIG. 15 is a diagram for explaining the definition of the turn-on delay time Tdon of a switching element.
U相上側半導体スイッチング素子Spuのゲート信号Gpuの立ち上がりに対して(図15の上段)、U相上側半導体スイッチング素子Spuの印加電圧Epuは、直流電源電圧Edから0に遷移するまでのdv/dtは一定ではない(図15の中段)。このため、印加電圧Epuを矩形波近似したEpu′を考え(図15の下段)、Gpuの立ち下がりからEpuが定常状態に収束するまでの時間をT1とし、時間T1までのEpuの面積Sと矩形波Epu′の面積が等しくなる時間T0をターンオン遅延時間Tdonと定義する(式1、参照)。
図16は、スイッチング素子のターンオフ遅延時間Tdoffの定義を説明するための図である。
U相上側半導体スイッチング素子Spuのゲート信号Gpuの立ち下がりに対して(図16の上段)、U相上側半導体スイッチング素子Spuの印加電圧Epuは、0から直流電源電圧Edに遷移するまでのdv/dtは一定ではないし、直流電源電圧Edを超えてオーバーシュートする場合もある(図16の中段)。このため、印加電圧Epuを矩形波近似したEpu′を考え(図16の下段)、Gpuの立ち下がりからEpuが定常状態に収束するまでの時間をT1とし、時間T1までのEpuの面積Sと矩形波Epu′の面積が等しくなる時間T0をターンオフ遅延時間Tdoffと定義する(式2、参照)。
With respect to the falling edge of the gate signal Gpu of the U-phase upper semiconductor switching element Spu (upper part of FIG. 16), the dv/dt of the applied voltage Epu of the U-phase upper semiconductor switching element Spu is not constant until it transitions from 0 to the DC power supply voltage Ed, and it may overshoot beyond the DC power supply voltage Ed (middle part of FIG. 16). For this reason, considering Epu' which approximates the applied voltage Epu to a square wave (lower part of FIG. 16), the time from the falling edge of Gpu until Epu converges to a steady state is defined as T1, and the time T0 at which the area S of Epu up to time T1 and the area of the square wave Epu' become equal is defined as the turn-off delay time Tdoff (see equation 2).
図15および図16のように、ターンオン遅延時間Tdonおよびターンオフ遅延時間Tdoffを定義することにより、立ち上がり時および立ち下がり時のdv/dtが一定でない場合においても、正確な遅延時間を把握し、正確な電圧補償量を求めることができる。 By defining the turn-on delay time Tdon and the turn-off delay time Tdoff as shown in Figures 15 and 16, the exact delay time can be grasped and an accurate voltage compensation amount can be obtained even if the dv/dt at the rise and fall times is not constant.
これは、電力変換器が駆動する交流電動機は、いわゆる誘導負荷(インダクタンス負荷)であり、電力変換器の出力電圧を積分した磁束をインダクタンスで除算したものが電流値になるので、立ち上がり時および立ち下がり時のdv/dtが一定でない電圧波形であっても、積分して等面積になる矩形波で近似することができるからである。 This is because the AC motor driven by the power converter is a so-called inductive load (inductance load), and the current value is the magnetic flux integrated from the output voltage of the power converter divided by the inductance, so even if the voltage waveform has an inconstant dv/dt when rising and falling, it can be approximated by a square wave that can be integrated to have an equal area.
図9は、本発明の実施例2に係る電力変換装置の構成とそれに含まれる駆動制御系のブロックとを示す図である。
電力変換装置として、本体部分は以下のように構成される。
・図示しない直流負荷に対して、平滑化コンデンサ62および63を直列接続したものが並列接続される。
・U相の第1および第2の半導体スイッチング素子50および51を直列接続したものが平滑化コンデンサ62に並列接続され、U相の第3および第4の半導体スイッチング素子52および53を直列接続したものが平滑化コンデンサ63に並列接続される。
・U相の第1および第2のクランプダイオード54および55を直列接続したものが、U相の第1および第2の半導体スイッチング素子50および51の接続点とU相の第3および第4の半導体スイッチング素子52および53の接続点を結ぶように接続され、U相の第1および第2のクランプダイオード54および55の接続点が平滑化コンデンサ62および63の接続点に接続される。
・V相の第1および第2の半導体スイッチング素子56および57を直列接続したものが平滑化コンデンサ62に並列接続され、V相の第3および第4の半導体スイッチング素子58および59を直列接続したものが平滑化コンデンサ63に並列接続される。
・V相の第1および第2のクランプダイオード60および61を直列接続したものが、V相の第1および第2の半導体スイッチング素子56および57の接続点とV相の第3および第4の半導体スイッチング素子58および59の接続点を結ぶように接続され、V相の第1および第2のクランプダイオード60および61の接続点が平滑化コンデンサ62および63の接続点に接続される。
FIG. 9 is a diagram showing the configuration of a power conversion device according to a second embodiment of the present invention and blocks of a drive control system included therein.
As a power conversion device, the main body portion is configured as follows.
The first and second
The first and
The first and second
The first and
入力電圧は、交流電圧源64から、一次側端子を交流電圧源64に接続し二次側端子をU相の第2および第3の半導体スイッチング素子51および52の接続点とV相の第2および第3の半導体スイッチング素子57および58の接続点に接続した変圧器65を介して供給される。
The input voltage is supplied from an
検出器としては、交流電圧源64の電圧esを検出する電圧センサ(PT)66、変圧器65の二次側端子からU相の第2および第3の半導体スイッチング素子51および52の接続点へ流れる二次電流isを検出する電流センサ(CT)67並びに平滑化コンデンサ62および63の電圧EdpおよびEdnを検出する電圧センサ(PT)68および69を備える。The detectors include a voltage sensor (PT) 66 that detects the voltage es of the
駆動制御系のブロックは、以下の構成要素から構成される。
・電圧センサ(PT)66が検出した交流電源電圧検出値esを量子化するA/D変換器70
・電流センサ(CT)67が検出した二次電流isを量子化するA/D変換器71
・電圧センサ(PT)68および69が検出した直流ステージ電圧(上)の検出値Edpおよび直流ステージ電圧(下)の検出値Ednを量子化するA/D変換器72
・交流電圧源64の角周波数ωを積分して基本波位相θを求める積分器73
・基本波位相θより基準正弦波sinθを生成する正弦関数テーブル74
・与えられた二次電流実効値指令Ispと基準正弦波sinθとの積より第1の二次電流瞬時値指令is1*を求める乗算器75
・二次電流瞬時値指令is1*とA/D変換器71の出力との偏差を求める減算器76
・減算器76の出力(偏差)が0になるような操作量を出力する電流制御手段(ACR)77
・A/D変換器70の出力と電流制御手段(ACR)77の出力との差分によりコンバータ出力電圧指令値ec*を求める減算器78
・交流電圧源64の角周波数ωとサンプリング周期Tcとの積より基本波位相の増分Δθを求める乗算器80
・基本波位相の増分Δθと基本波位相θとの和より次サイクルの基本波位相θ′を求める加算器81
・次サイクル基本波位相θ′より次サイクルの基準正弦波sinθ′を生成する正弦関数テーブル82
・与えられた二次電流実効値指令Ispと次サイクルの基準正弦波sinθ′との積より第2の二次電流瞬時値指令is2*を求める乗算器83
・第2の二次電流瞬時値指令is2*とA/D変換器72の出力を用いてコンバータ出力電圧補償量Δecを求める電圧補償手段84
・コンバータ出力電圧指令値ec*にコンバータ出力電圧補償量Δecを加算する加算器85
・加算器85の出力とA/D変換器72の出力を用いて半導体スイッチング素子50~53および56~59を駆動するゲート信号Gu1~4およびGv1~4を出力するPWM生成手段79
The drive control system block consists of the following components:
An A/
An A/
An A/
An
A sine function table 74 that generates a reference sine wave sin θ from a fundamental wave phase θ
A
A
Current control means (ACR) 77 that outputs a manipulated variable that makes the output (deviation) of the
A
A
An
A sine function table 82 for generating a reference sine wave sin θ' for the next cycle from the fundamental wave phase θ' for the next cycle
A
Voltage compensation means 84 for determining the converter output voltage compensation amount Δec using the second secondary current instantaneous value command is2* and the output of the A/
An
A PWM generating means 79 that uses the output of the
図10は、実施例2における電流波形をU相電流となる二次電流isを例にして示す図である。
図10からは、二次電流isに対して、第2の二次電流瞬時値指令is2*は基本波位相の増分Δθだけ先読みしていることが分かる。これは、半導体スイッチング素子の動作遅延時間に電流依存性があり、これを補償すべく電圧補償量にも当然ながら電流依存性があるため、電流検出値を用いると、電流の変化率di/dtとサンプリング周期Tcの積Tc×di/dtだけ電流誤差が生じてしまうためである。
FIG. 10 is a diagram showing a current waveform in the second embodiment, taking as an example a secondary current is that is a U-phase current.
10, it can be seen that the second secondary current instantaneous value command is2* reads ahead by the increment Δθ of the fundamental wave phase with respect to the secondary current is. This is because the operation delay time of the semiconductor switching element has current dependency, and the voltage compensation amount to compensate for this naturally also has current dependency, so if the current detection value is used, a current error occurs by the product Tc×di/dt of the current change rate di/dt and the sampling period Tc.
実施例2では、時間tではなく位相θを基準軸にとり、二次電流isの周波数(基本波角周波数ω)が分かっていることを利用して、Δθ=ω・Tcとし、サンプリング周期Tc分の位相遅れを補償している。In Example 2, the phase θ rather than time t is taken as the reference axis, and by utilizing the fact that the frequency of the secondary current is (fundamental wave angular frequency ω) is known, Δθ = ω · Tc is set, and the phase delay of the sampling period Tc is compensated for.
この結果、実施例2では、次サイクルの基本波位相θ′における第2の二次電流指令値is2*を予測し、この予測値を用いて電圧補償量Δecを求めている。As a result, in Example 2, the second secondary current command value is2* at the fundamental wave phase θ' of the next cycle is predicted, and this predicted value is used to calculate the voltage compensation amount Δec.
次に、実施例2の動作原理を図で説明する。
図13は、実施例2が対象とする3レべルコンバータ回路一相分の一時点の動作波形を示す図である。ここでは、U相部分を取り出し、U相第1半導体スイッチング素子Su1がターンオフし、非ラップ期間Tlap経過後、U相第3半導体スイッチング素子Su3がターンオンしたときの動作波形を示す。図13では、二次電流isは正とする。なお、電流極性は、回路に入ってくる方向を正とする。
Next, the operating principle of the second embodiment will be described with reference to the drawings.
13 is a diagram showing the operation waveforms at one point in time for one phase of the three-level converter circuit targeted in the second embodiment. Here, the U-phase portion is taken out, and the operation waveforms are shown when the U-phase first semiconductor switching element Su1 is turned off, and after the non-lap period Tlap has elapsed, the U-phase third semiconductor switching element Su3 is turned on. In FIG. 13, the secondary current is is positive. The current polarity is positive in the direction entering the circuit.
ここで、非ラップ期間Tlapは、U相第1半導体スイッチング素子Su1を駆動するゲート信号Gu1の立ち下がりからU相第3半導体スイッチング素子Su3を駆動するゲート信号Gu3の立ち上がりまでと規定する。Here, the non-overlap period Tlap is defined as the period from the falling edge of the gate signal Gu1 that drives the U-phase first semiconductor switching element Su1 to the rising edge of the gate signal Gu3 that drives the U-phase third semiconductor switching element Su3.
このとき、U相第1半導体スイッチング素子Su1のゲート信号Gu1の立ち下がり時にはこの立ち下がり前の状態から変化はなく何も起こらない(図13の上の図の左側から中央への推移)。一方、U相第3半導体スイッチング素子Su3は、ゲート信号Gu3の立ち上がりからターンオン遅延時間Tdonだけ遅れて導通状態に遷移し、印加電圧は0になり、U相第3スイッチング素子Su3とU相第2クランプダイオードDu2に電流が流れるようになる(図13の上右側の図)。同時に、U相第1半導体スイッチング素子Su1の印加電圧は、直流電源電圧(上)Edpになる。
U相電位ecuは、U相第3半導体スイッチング素子Su3の印加電圧Eu3に等しい。
At this time, when the gate signal Gu1 of the U-phase first semiconductor switching element Su1 falls, there is no change from the state before the fall and nothing happens (a transition from the left side to the center in the upper diagram of FIG. 13). Meanwhile, the U-phase third semiconductor switching element Su3 transitions to a conductive state with a delay of turn-on delay time Tdon from the rising edge of the gate signal Gu3, the applied voltage becomes 0, and a current flows through the U-phase third switching element Su3 and the U-phase second clamp diode Du2 (the diagram on the upper right side of FIG. 13). At the same time, the applied voltage of the U-phase first semiconductor switching element Su1 becomes the DC power supply voltage (upper) Edp.
The U-phase potential ecu is equal to the applied voltage Eu3 to the U-phase third semiconductor switching element Su3.
ここで、非ラップ期間における出力電圧誤差を求める。本来、非ラップ期間の出力電位は、入力電流の極性によって決まり、直流電源電圧(上)Edpもしくは0のいずれかとなるが、その期待値として、非ラップ期間の半分は直流電源電圧(上)Edpとし、残りの半分は0として考える。Here, we calculate the output voltage error during the non-overlapping period. The output potential during the non-overlapping period is determined by the polarity of the input current and is either the DC power supply voltage (upper) Edp or 0. However, as an expected value, we consider half of the non-overlapping period to be the DC power supply voltage (upper) Edp, and the other half to be 0.
U相電位ecuの期待値は、ゲート信号Gpuの立ち下がりから非ラップ期間の半分、すなわちTlap/2に対してターンオン遅延時間とターンオフ遅延時間の平均値を加えた(Tlap+Tdon+Tdoff)/2だけ遅れて立ち下がると考えられる。The expected value of the U-phase potential ecu is considered to fall half the non-lap period from the falling edge of the gate signal Gpu, that is, (Tlap + Tdon + Tdoff)/2, which is the sum of Tlap/2 and the average value of the turn-on delay time and the turn-off delay time.
しかし、実際のU相電位ecuは、ゲート信号Gu3の立ち上がりからターンオン遅延時間Tdonだけ遅れて立ち下がっているため、双方の差し引きから、(Tlap+Tdon-Tdoff)/2だけ遅れて立ち下がっていることになる。つまり、この時間だけ出力電圧が過剰になっていることになる。However, the actual U-phase potential ecu falls with a delay of the turn-on delay time Tdon from the rising edge of the gate signal Gu3, so that the difference between the two is (Tlap + Tdon - Tdoff)/2. In other words, the output voltage is excessive for this period.
図14は、図13と同じ一相分の同じ時点で、二次電流isが負の場合の動作波形を示す図である。非ラップ期間Tlapの規定も図13の場合と同様である。
このとき、U相第1半導体スイッチング素子Su1は、ゲート信号Gu1の立ち下がりからターンオフ遅延時間Tdoffだけ遅れて遮断状態に遷移し、直流電源電圧(上)Edpが印加されるようになる。同時に、U相第3半導体スイッチング素子Su3の印加電圧は0になり、U相第1クランプダイオードDu1と半導体スイッチング素子Su2に電流が流れるようになる(図14の上中央の図)。
Fig. 14 is a diagram showing operational waveforms when the secondary current is negative at the same time point for the same phase as in Fig. 13. The definition of the non-overlap period Tlap is also the same as in Fig. 13.
At this time, the U-phase first semiconductor switching element Su1 transitions to a cutoff state with a delay of the turn-off delay time Tdoff from the falling edge of the gate signal Gu1, and the DC power supply voltage (upper) Edp is applied to it. At the same time, the voltage applied to the U-phase third semiconductor switching element Su3 becomes 0, and a current flows through the U-phase first clamp diode Du1 and the semiconductor switching element Su2 (the diagram in the upper center of FIG. 14).
一方、ゲート信号Gu3の立ち上がり時にはこの立ちあがり前の状態から変化はなく何も起こらない(図14の上の図の中央から右側への推移)。U相電位ecuは、U相第3半導体スイッチング素子Su3の印加電圧Eu3に等しい。On the other hand, when the gate signal Gu3 rises, there is no change from the state before the rise and nothing happens (a transition from the center to the right in the upper diagram of Figure 14). The U-phase potential ecu is equal to the applied voltage Eu3 of the U-phase third semiconductor switching element Su3.
ここで、非ラップ期間における出力電圧誤差を求める。本来、非ラップ期間の出力電位は、入力電流の極性によって決まり、直流電源電圧(上)Edpもしくは0のいずれかとなるが、その期待値として、非ラップ期間の半分は直流電源電圧(上)Edpとし、残りの半分は0として考える。Here, we calculate the output voltage error during the non-overlapping period. The output potential during the non-overlapping period is determined by the polarity of the input current and is either the DC power supply voltage (upper) Edp or 0. However, as an expected value, we consider half of the non-overlapping period to be the DC power supply voltage (upper) Edp, and the other half to be 0.
U相電位ecuの期待値は、ゲート信号Gu1の立ち下がりから非ラップ期間の半分、すなわちTlap/2に対してターンオン遅延時間とターンオフ遅延時間の平均値を加えた(Tlap+Tdon+Tdoff)/2だけ遅れて立ち下がると考えられる。The expected value of the U-phase potential ecu is considered to fall half the non-lap period from the falling edge of the gate signal Gu1, that is, (Tlap + Tdon + Tdoff)/2, which is the sum of Tlap/2 and the average value of the turn-on delay time and the turn-off delay time.
しかし、実際のU相電位ecuは、ゲート信号Gu1の立ち下がりからターンオフ遅延時間Tdoffだけ遅れて立ち下がっているため、双方の差し引きから、(Tlap+Tdon-Tdoff)/2だけ早めに立ち下がっていることになる。つまり、この時間だけ出力電圧が不足していることになる。However, the actual U-phase potential ecu falls with a delay of the turn-off delay time Tdoff from the falling edge of the gate signal Gu1, so that the net result is that it falls (Tlap + Tdon - Tdoff)/2 earlier than the falling edge of the gate signal Gu1. In other words, the output voltage is insufficient for this period of time.
以上の図13および図14により求めた出力電圧誤差についてまとめると、以下のことが分かる。すなわち、
・二次電流が正のとき、ΔT=(Tlap+Tdon-Tdoff)/2だけ出力電圧が過剰になる。
・二次電流が負のとき、ΔT=(Tlap+Tdon-Tdoff)/2だけ出力電圧が不足する。
The output voltage error obtained from FIGS. 13 and 14 can be summarized as follows. That is,
When the secondary current is positive, the output voltage becomes excessive by ΔT=(Tlap+Tdon-Tdoff)/2.
When the secondary current is negative, the output voltage is insufficient by ΔT=(Tlap+Tdon-Tdoff)/2.
そこで、図9に示すPWM生成手段79において、直接ΔTだけパルス幅を補正しても構わない。ただし、実施例2では、電圧補償手段84により、直流電源電圧(上)Edp、直流電源電圧(下)Ednおよびサンプリング周期Tcとして、電圧補償量ΔecをΔec=±ΔT/Tc×(Edp+Edn)/2として求めている。Therefore, the pulse width may be directly corrected by ΔT in the PWM generating means 79 shown in Fig. 9. However, in the second embodiment, the voltage compensation amount Δec is calculated by the voltage compensation means 84 as Δec = ±ΔT/Tc × (Edp + Edn)/2, where Edp is the DC power supply voltage (upper), Edn is the DC power supply voltage (lower), and Tc is the sampling period.
さらに、半導体スイッチング素子のターンオン遅延時間Tdonおよびターンオフ遅延時間Tdoffには電流依存性があることが分かっているので(後述する図11および図12の下側のグラフ、参照)、電圧補償手段84において、通流電流の大きさおよび極性に応じたΔTのテーブルを用意しておけばよい。 Furthermore, since it is known that the turn-on delay time Tdon and turn-off delay time Tdoff of the semiconductor switching element have a current dependency (see the lower graphs of Figures 11 and 12 described below), it is sufficient to prepare a table of ΔT according to the magnitude and polarity of the current flowing in the voltage compensation means 84.
図11は、実施例2の電圧補償手段84による電圧補償の第一の態様を示す図である。
図11の下側のグラフには、図3の下側のグラフと同様に、IGBTのようなバイポーラ素子におけるターンオン遅延時間Tdonとターンオフ遅延時間Tdoffの電流依存性の一例を示す。
FIG. 11 is a diagram showing a first mode of voltage compensation by the voltage compensation means 84 of the second embodiment.
The lower graph of FIG. 11, like the lower graph of FIG. 3, shows an example of the current dependency of the turn-on delay time Tdon and the turn-off delay time Tdoff in a bipolar element such as an IGBT.
IGBTのようなバイポーラ素子においては、ターンオン遅延時間Tdonは通流電流が増加するにつれて増大していく傾向があり、一方、ターンオフ遅延時間Tdoffは遮断電流が減少するにつれて急激に増大する傾向がある。In bipolar elements such as IGBTs, the turn-on delay time Tdon tends to increase as the flow current increases, while the turn-off delay time Tdoff tends to increase rapidly as the interruption current decreases.
図11の上側のグラフでは、このような傾向を持つ半導体スイッチング素子に対する電圧補償手段84の特性を示す。この特性においては、非ラップ補償電流下限値Iminを設け、電流指令値iu*、iv*およびiw*の絶対値がImin以下の場合、電流指令値が0のときに補償量を0にするよう直線的な補間を行う。ここで、直線的な補間を行う理由は、図3を用いた実施例1の電圧補償手段41、42および43の特性についての説明で示した理由(段落[0056])と同様である。The upper graph in Figure 11 shows the characteristics of the voltage compensation means 84 for a semiconductor switching element having such a tendency. In this characteristic, a non-lap compensation current lower limit Imin is set, and when the absolute values of the current command values iu*, iv* and iw* are equal to or less than Imin, linear interpolation is performed so that the compensation amount is 0 when the current command value is 0. The reason for linear interpolation here is the same as that given in the explanation of the characteristics of the voltage compensation means 41, 42 and 43 in Example 1 using Figure 3 (paragraph [0056]).
図12は、実施例2の電圧補償手段84による電圧補償の第二の態様を示す図である。
図12の下側のグラフには、図4の下側のグラフと同様に、MOS-FETのようなユニポーラ素子におけるターンオン遅延時間Tdonとターンオフ遅延時間Tdoffの電流依存性の一例を示す。
FIG. 12 is a diagram showing a second mode of voltage compensation by the voltage compensation means 84 of the second embodiment.
The lower graph of FIG. 12, like the lower graph of FIG. 4, shows an example of the current dependency of the turn-on delay time Tdon and the turn-off delay time Tdoff in a unipolar element such as a MOS-FET.
MOS-FETのようなユニポーラ素子においては、ターンオン遅延時間Tdonは通流電流が増加するにつれてほぼ一定あるいは緩やかに減少する傾向があり、一方、ターンオフ遅延時間Tdoffは遮断電流が増加するにつれて緩やかに増加していく傾向がある。 In unipolar elements such as MOS-FETs, the turn-on delay time Tdon tends to remain almost constant or decrease slowly as the flow current increases, while the turn-off delay time Tdoff tends to increase slowly as the blocking current increases.
図12の上側のグラフでは、このような傾向を持つ半導体スイッチング素子に対する電圧補償手段84の特性を示す。この特性においても、図11に示す特性と同様に、非ラップ補償電流下限値Iminを設け、電流指令値iu*、iv*およびiw*の絶対値がImin以下の場合、電流指令値が0のときに補償量を0にするよう直線的な補間を行う。The upper graph in Figure 12 shows the characteristics of the voltage compensation means 84 for a semiconductor switching element having such a tendency. In this characteristic, as in the characteristic shown in Figure 11, a non-lap compensation current lower limit Imin is set, and when the absolute values of the current command values iu*, iv*, and iw* are equal to or less than Imin, linear interpolation is performed so that the compensation amount becomes 0 when the current command value is 0.
以上、本発明に係る実施例1では、2レベル回路による三相インバータ回路、また、実施例2では、3レベル回路による単相コンバータ回路を、構成の一例として挙げたが、これらの構成により、3レベル回路による三相インバータ回路も、2レベル回路による単相コンバータ回路も、同様に実現が可能である。このように、本発明は、上述した2つの実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。 In the above, in the first embodiment of the present invention, a three-phase inverter circuit using a two-level circuit is given as an example of a configuration, and in the second embodiment, a single-phase converter circuit using a three-level circuit is given as an example of a configuration, but with these configurations, a three-phase inverter circuit using a three-level circuit and a single-phase converter circuit using a two-level circuit can be similarly realized. In this way, the present invention is not limited to the above two embodiments, and various modifications are possible within the scope of the gist of the present invention.
10、62、63 平滑化コンデンサ
11~16、50~53、56~59 半導体スイッチング素子
17 交流電動機
18、66、68,69 電圧センサ(PT)
19、67 電流センサ(CT)
20、36、70、71、72 A/D変換器
21 回転座標変換手段
22、75、80、83 乗算器
23、73 積分器
24、30~32、81 加算器
25、26、76、78 減算器
27、77 電流制御手段(ACR)
28 電圧ベクトル生成手段
29、40 静止座標変換手段
33~35、79 PWM生成手段
41~43、84 電圧補償手段
54、55、60、61 クランプダイオード
64 交流電圧源
65 変圧器
74、82 正弦関数テーブル
Du1、2、Dv1、2 U/V相第1、2クランプダイオード
Ed 直流ステージ電圧検出値
Edp 直流ステージ電圧(上)(検出値)
Edn 直流ステージ電圧(下)(検出値)
Epu、Enu U相上/下側素子印加電圧
Epu’ U相上側素子印加電圧(矩形波近似)
Eu1~4 U相第1~4素子印加電圧
es 交流電源電圧検出値
ec コンバータ出力電圧(U-V線間電圧)
ecu、ecv U/V相電圧
ec* コンバータ出力電圧指令値
ec** コンバータ出力電圧補償後指令値
Δec コンバータ出力電圧補償量
Gpu、Gpv、Gpw U/V/W相上側スイッチング素子ゲート信号
Gnu、Gnv、Gnw U/V/W相下側スイッチング素子ゲート信号
Gu1~4、Gv1~4 U/V相第1~4スイッチング素子ゲート信号
iu*、iv*、iw* U/V/W相電流指令値
iu、iv、iw U/V/W相電流検出値
Id*、Iq* d/q軸電流指令値
Id、Iq d/q軸電流検出値
Imin 非ラップ補償電流下限値
Isp 二次電流実効値指令
is 二次電流検出値
is1* 第1の二次電流瞬時値指令
is2* 第2の二次電流瞬時値指令
Spu、Spv、Spw U/V/W相上側スイッチング素子
Snu、Snv、Snw U/V/W相下側スイッチング素子
Su1~4 U相第1~4素子
Sv1~4 U相第1~4素子
Tc サンプリング周期
Tdon ターンオン遅延時間
Tdoff ターンオフ遅延時間
Tlap 非ラップ期間
Vd*、Vq* d/q軸電圧指令値
vu、vv、vw U/V/W相電圧
vu*、vv*、vw* U/V/W相電圧指令値
vu**、vv**、vw** U/V/W相電圧補償後指令値
Δvu、Δvv、Δvw U/V/W相電圧補償量
ω 基本波角周波数
θ 基本波位相
θ′ 次サイクルの基本波位相
Δθ 基本波位相の増分
10, 62, 63
19, 67 Current sensor (CT)
20, 36, 70, 71, 72 A/
28 Voltage vector generating means 29, 40 Stationary coordinate conversion means 33 to 35, 79 PWM generating means 41 to 43, 84 Voltage compensation means 54, 55, 60, 61
Edn DC stage voltage (lower) (detected value)
Epu, Enu U-phase upper/lower element applied voltage Epu' U-phase upper element applied voltage (approximately square wave)
Eu1-4 U phase 1st to 4th element applied voltage es AC power supply voltage detection value ec Converter output voltage (UV line voltage)
ecu, ecv U/V phase voltage ec* Converter output voltage command value ec** Compensated converter output voltage command value Δec Converter output voltage compensation amount Gpu, Gpv, Gpw U/V/W phase upper switching element gate signal Gnu, Gnv, Gnw U/V/W phase lower switching element gate signal Gu1 to 4, Gv1 to 4 U/V phase 1st to 4th switching element gate signals iu*, iv*, iw* U/V/W phase current command value iu, iv, iw U/V/W phase current detection value Id*, Iq* d/q-axis current command value Id, Iq d/q-axis current detection value Imin Non-lap compensation current lower limit Isp Secondary current effective value command is Secondary current detection value is1* First secondary current instantaneous value command is2* Second secondary current instantaneous value command Spu, Spv, Spw U/V/W phase upper switching element Snu, Snv, Snw U/V/W phase lower switching element Su1 to 4 U phase 1st to 4 elements Sv1 to 4 U phase 1st to 4 elements Tc Sampling period Tdon Turn-on delay time Tdoff Turn-off delay time Tlap Non-lap period Vd*, Vq* d/q-axis voltage command value vu, vv, vw U/V/W phase voltage vu*, vv*, vw* U/V/W phase voltage command value vu**, vv**, vw** U/V/W phase voltage compensated command value Δvu, Δvv, Δvw U/V/W phase voltage compensation amount ω Fundamental wave angular frequency θ Fundamental wave phase θ' Fundamental wave phase of next cycle Δθ Fundamental wave phase increment
Claims (8)
前記電力変換部に対する直流電流指令値および前記電力変換部の駆動周波数を基に求めた当該電力変換部の基本波位相を用いて前記電力変換部の電流検出値を変換して求めた直流電流検出値に基づいて、前記電力変換部の交流電流を制御する電流制御部と、
前記電流制御部の出力に基づいて生成した電圧指令値を補正し、当該補正後の電圧指令値を用いて前記半導体素子を駆動するためのゲート信号を生成する駆動制御部と
を備え、
前記駆動制御部は、
前記電力変換部の次サイクルの基本波位相を、前記駆動周波数と前記電力変換部をPWM制御する際のサンプリング周期との積から求めた前記基本波位相の増分を前記基本波位相に加算することにより生成し、
前記直流電流指令値および前記次サイクルの基本波位相に基づいて交流電流指令値を求め、
前記交流電流指令値および前記電力変換部の直流ステージ検出電圧に基づいて前記電圧指令値に対する補正量を算出し、
前記電圧指令値に前記補正量を加算して前記補正後の電圧指令値とする
ことを特徴とする電力変換装置。 a power conversion unit that is configured by semiconductor elements and that converts DC power into AC power or converts AC power into DC power;
a current control unit that controls the AC current of the power conversion unit based on a DC current detection value obtained by converting a current detection value of the power conversion unit using a DC current command value for the power conversion unit and a fundamental wave phase of the power conversion unit obtained based on a drive frequency of the power conversion unit; and
a drive control unit that corrects a voltage command value generated based on an output of the current control unit, and generates a gate signal for driving the semiconductor element using the corrected voltage command value,
The drive control unit is
generating a fundamental wave phase of the next cycle of the power conversion unit by adding an increment of the fundamental wave phase, the increment being calculated from the product of the drive frequency and a sampling period when PWM controlling the power conversion unit, to the fundamental wave phase;
determining an AC current command value based on the DC current command value and the fundamental wave phase of the next cycle;
calculating a correction amount for the voltage command value based on the AC current command value and a DC stage detection voltage of the power conversion unit;
a power conversion device that adds the correction amount to the voltage command value to obtain the corrected voltage command value.
前記電力変換部が、直流電力を交流電力に変換する場合、
前記電流検出値は、前記電力変換部の交流側出力電流の検出値である
ことを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1,
When the power conversion unit converts DC power into AC power,
The power conversion device, wherein the current detection value is a detection value of an AC output current of the power conversion unit.
前記電力変換部が、交流電力を直流電力に変換する場合、
前記電流検出値は、前記電力変換部の入力交流電流の検出値であり、
前記駆動制御部は、前記電圧指令値を前記電流制御部の出力と交流電源電圧検出値との差分により生成する
ことを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1,
When the power conversion unit converts AC power into DC power,
the current detection value is a detection value of an input AC current of the power conversion unit,
The power conversion device according to claim 1, wherein the drive control unit generates the voltage command value based on a difference between an output of the current control unit and a detected AC power supply voltage value.
前記駆動制御部は、前記補正量を、前記交流電流指令値に応じた前記半導体素子のターンオン遅延時間から前記交流電流指令値に応じた前記半導体素子のターンオフ遅延時間を減算した値を前記電力変換部に対して固定された非ラップ期間に加算した値および前記直流ステージ検出電圧に基づいて算出する
ことを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to any one of claims 1 to 3,
the drive control unit calculates the correction amount based on a value obtained by subtracting a turn-on delay time of the semiconductor element corresponding to the AC current command value from a turn-off delay time of the semiconductor element corresponding to the AC current command value, and adding the result to a non-overlap period fixed for the power conversion unit, and the DC stage detection voltage.
前記駆動制御部は、前記補正量を、前記交流電流指令値が所定の閾値以下では、前記交流電流指令値がゼロの時に当該補正量もゼロとなる直線的な補間により求める
ことを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 4,
The power conversion device, wherein the drive control unit determines the correction amount by linear interpolation such that the correction amount becomes zero when the AC current command value is zero when the AC current command value is equal to or lower than a predetermined threshold value.
前記電力変換装置の駆動周波数を積分して当該電力変換装置の基本波位相を求め、
前記基本波位相を用いて前記電力変換装置の電流検出値を変換して直流電流検出値を求め、
前記電力変換装置の次サイクルの基本波位相を、前記駆動周波数と前記電力変換装置をPWM制御する際のサンプリング周期との積から求めた前記基本波位相の増分を前記基本波位相に加算することにより演算し、
前記電力変換装置に対する直流電流指令値および前記直流電流検出値に基づいて、前記電力変換装置の交流電流を制御するための電圧指令値を生成し、
前記直流電流指令値および前記次サイクルの基本波位相に基づいて交流電流指令値を求め、
前記交流電流指令値および前記電力変換装置の直流ステージ検出電圧に基づいて前記電圧指令値に対する補正量を算出し、
前記電圧指令値に前記補正量を加算した補正後の電圧指令値に基づいて前記半導体素子を駆動するためのゲート信号を生成する
ことを特徴とする電力変換装置の制御方法。 A method for controlling a power conversion device that is configured with semiconductor elements and converts DC power to AC power or AC power to DC power, comprising the steps of:
integrating a drive frequency of the power conversion device to obtain a fundamental wave phase of the power conversion device;
converting a current detection value of the power conversion device using the fundamental wave phase to obtain a DC current detection value;
Calculating a fundamental wave phase of the next cycle of the power conversion device by adding an increment of the fundamental wave phase obtained from the product of the drive frequency and a sampling period when PWM controlling the power conversion device to the fundamental wave phase;
generating a voltage command value for controlling an AC current of the power conversion device based on a DC current command value for the power conversion device and the DC current detection value;
determining an AC current command value based on the DC current command value and the fundamental wave phase of the next cycle;
calculating a correction amount for the voltage command value based on the AC current command value and a DC stage detection voltage of the power conversion device ;
A control method for a power conversion device, comprising: generating a gate signal for driving the semiconductor element based on a corrected voltage command value obtained by adding the correction amount to the voltage command value.
前記補正量を、前記交流電流指令値に応じた前記半導体素子のターンオン遅延時間から前記交流電流指令値に応じた前記半導体素子のターンオフ遅延時間を減算した値を前記電力変換装置に対して固定された非ラップ期間に加算した値および前記直流ステージ検出電圧に基づいて算出する
ことを特徴とする電力変換装置の制御方法。 A method for controlling a power conversion device according to claim 6, comprising:
a turn-on delay time of the semiconductor element corresponding to the AC current command value minus a turn-off delay time of the semiconductor element corresponding to the AC current command value, and a value obtained by adding the result to a non-overlap period fixed for the power conversion device, and the DC stage detection voltage, the correction amount being calculated based on the DC stage detection voltage and the turn-on delay time of the semiconductor element corresponding to the AC current command value.
前記補正量を、前記交流電流指令値が所定の閾値以下では、前記交流電流指令値がゼロの時に当該補正量もゼロとなる直線的な補間により求める
ことを特徴とする電力変換装置の制御方法。
A method for controlling a power conversion device according to claim 7,
a control method for a power conversion device, characterized in that the correction amount is determined by linear interpolation such that the correction amount becomes zero when the AC current command value is zero when the AC current command value is equal to or lower than a predetermined threshold value.
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| WO2022264916A1 (en) | 2022-12-22 |
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