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JP2006020384A - Control device for power converter - Google Patents

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JP2006020384A
JP2006020384A JP2004193248A JP2004193248A JP2006020384A JP 2006020384 A JP2006020384 A JP 2006020384A JP 2004193248 A JP2004193248 A JP 2004193248A JP 2004193248 A JP2004193248 A JP 2004193248A JP 2006020384 A JP2006020384 A JP 2006020384A
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Hideki Oguchi
英樹 大口
Junichi Ito
淳一 伊東
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Abstract

【課題】出力電圧誤差を低減して出力電圧の歪みや負荷への悪影響を防止するようにした電力変換器の制御装置を提供する。
【解決手段】PWM整流器1及びインバータ2からなる電力変換器の制御装置が、インバータ2を二相変調するための二相変調手段202と、二相変調時の出力電圧誤差を補償するための補償量を演算する補償量演算手段204と、インバータPWMパターン作成手段203と、整流器PWMパターン作成手段101と、PWM整流器1のスイッチング検出手段400と、各相入力電圧から最大相、中間相、最小相の電圧を検出する電圧大小検出手段500と、負荷電流の極性判別手段300とを備える。補償量演算手段204は、電圧大小検出手段500、極性判別手段300、スイッチング検出手段400の各出力、インバータ2のスイッチング周波数、デッドタイムを用いて、前記補償量を演算する。
【選択図】図1
A control device for a power converter is provided that reduces output voltage errors to prevent output voltage distortion and adverse effects on a load.
A power converter control device comprising a PWM rectifier 1 and an inverter 2 includes two-phase modulation means 202 for two-phase modulation of the inverter 2 and compensation for compensating an output voltage error during two-phase modulation. Compensation amount calculation means 204 for calculating the quantity, inverter PWM pattern creation means 203, rectifier PWM pattern creation means 101, switching detection means 400 of PWM rectifier 1, and maximum phase, intermediate phase, minimum phase from each phase input voltage The voltage magnitude detecting means 500 for detecting the voltage of the load current and the load current polarity discriminating means 300 are provided. Compensation amount calculation means 204 calculates the compensation amount using each output of voltage magnitude detection means 500, polarity determination means 300, switching detection means 400, switching frequency of inverter 2, and dead time.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は電力変換器の制御装置に関し、特に、PWM整流器及びインバータにより構成されて直流リンク部にフィルタを備えない電力変換器や、交流−交流直接変換を行うマトリクスコンバータにおける二相変調時の出力電圧誤差を補償する技術に関するものである。   The present invention relates to a control device for a power converter, and in particular, an output at the time of two-phase modulation in a power converter that includes a PWM rectifier and an inverter and does not include a filter in a DC link unit, or a matrix converter that performs AC-AC direct conversion. The present invention relates to a technique for compensating for a voltage error.

図6は、PWM整流器1及びインバータ2を備えた交流−交流電力変換器とその制御装置を示す従来技術であり、多相交流として一般的な三相の場合を表している。
図6の主回路において、PWM整流器1は半導体スイッチング素子11を三相ブリッジ接続して構成され、また、インバータ2は、IGBT等の半導体スイッチング素子Sup,Sunを直列に接続してこれらにそれぞれ還流ダイオードDup,Dunを逆並列接続することにより一相分の上下アームを構成し、この上下アームを三相分並列に接続して構成されている。
更に、PWM整流器1とインバータ2との間の直流リンク部には、リアクトル31及びコンデンサ32からなるフィルタ3が接続されている。
なお、R,S,Tは交流入力端子、U,V,Wは交流出力端子を示す。
FIG. 6 is a related art showing an AC-AC power converter including a PWM rectifier 1 and an inverter 2 and its control device, and shows a general three-phase case as a multiphase AC.
In the main circuit of FIG. 6, the PWM rectifier 1 is configured by connecting a semiconductor switching element 11 to a three-phase bridge, and the inverter 2 connects semiconductor switching elements Sup and Sun such as IGBTs in series and returns them to each of them. The upper and lower arms for one phase are configured by connecting the diodes Dup and Dun in reverse parallel, and the upper and lower arms are connected in parallel for three phases.
Further, a filter 3 including a reactor 31 and a capacitor 32 is connected to a DC link portion between the PWM rectifier 1 and the inverter 2.
R, S, and T are AC input terminals, and U, V, and W are AC output terminals.

一方、上記主回路の制御装置は、整流器制御手段100、インバータ制御手段200及び負荷電流極性判別手段300から構成されている。
整流器制御手段100は、入力電流指令iが入力されてPWM整流器1の各スイッチング素子に対するPWMパルスを作成する整流器PWMパターン作成手段101を備えている。
On the other hand, the control device of the main circuit includes a rectifier control means 100, an inverter control means 200, and a load current polarity determination means 300.
The rectifier control unit 100 includes a rectifier PWM pattern generation unit 101 that receives the input current command i * and generates a PWM pulse for each switching element of the PWM rectifier 1.

また、インバータ制御手段200は、デッドタイム誤差補償量演算手段201と、二相変調手段202と、インバータPWMパターン作成手段203とを備えている。
上記デッドタイム誤差補償量演算手段201は、負荷電流極性判別手段300により判別した各相負荷電流の極性と直流リンク電圧edc、デッドタイムT及びスイッチング周波数fを用いて、デッドタイムTに起因する出力電圧誤差の補償量v を演算するものである。
二相変調手段202は、出力電圧指令vと補償量v とを用いて誤差補償後の電圧指令v**を出力するもので、インバータ2の二相変調は電圧利用率を向上させる作用を果たしている。
インバータPWMパターン作成手段203は、電圧指令v**に基づいてインバータ2の各スイッチング素子に対するPWMパルスを作成するものである。
The inverter control unit 200 includes a dead time error compensation amount calculation unit 201, a two-phase modulation unit 202, and an inverter PWM pattern creation unit 203.
The dead time error compensation amount calculation means 201 uses the polarity of each phase load current determined by the load current polarity determination means 300, the DC link voltage e dc , the dead time T d, and the switching frequency f s to determine the dead time T d. The output voltage error compensation amount v c * due to the above is calculated.
The two-phase modulation means 202 outputs the voltage command v ** after error compensation using the output voltage command v * and the compensation amount v c *, and the two-phase modulation of the inverter 2 improves the voltage utilization rate. It plays an effect.
The inverter PWM pattern creating means 203 creates a PWM pulse for each switching element of the inverter 2 based on the voltage command v ** .

以下に、インバータの二相変調について説明する。
三相インバータを正弦波変調した場合、インバータの出力線間電圧の振幅Vfnは数式1で与えられることが知られている(社団法人電気学会 半導体電力変換方式調査専門委員会編集発行、「半導体電力変換回路」、第5版、p.118の式(6.3.21)参照)。ただし、直流リンク電圧をedc、インバータの変調度をλとする。
Hereinafter, the two-phase modulation of the inverter will be described.
When a three-phase inverter is sine-wave modulated, it is known that the amplitude V fn of the output line voltage of the inverter is given by Equation 1 (published by the Institute of Electrical Engineers, Semiconductor Power Conversion Method Research Special Committee, “Semiconductor Power conversion circuit ", fifth edition, p.118 formula (see 6.3.21)). Here, the DC link voltage is e dc , and the modulation degree of the inverter is λ.

Figure 2006020384
Figure 2006020384

数式1から、出力線間電圧の振幅Vfnは、インバータの変調度を1としても、直流リンク電圧edcの√3/2≒0.866倍が限界となる。
ところが、二相変調を用いると、出力線間電圧の振幅を直流リンク電圧の1.0倍まで増加させることができる。すなわち、二相変調では、相電圧指令にゼロ相分(上アームまたは下アームのスイッチング素子を所定期間オンさせた場合の出力電圧分)を加算することで、電圧利用率を改善することができる。
このゼロ相分電圧指令をv 、二相変調前の出力電圧指令をv、二相変調後の出力電圧指令をv とすると、v ,v はそれぞれ数式2,3によって表される。
From Equation 1, the amplitude V fn of the output line voltage is limited to √3 / 2≈0.866 times the DC link voltage e dc even if the modulation degree of the inverter is 1.
However, if two-phase modulation is used, the amplitude of the output line voltage can be increased to 1.0 times the DC link voltage. That is, in the two-phase modulation, the voltage utilization factor can be improved by adding the zero phase component (the output voltage when the upper arm or lower arm switching element is turned on for a predetermined period) to the phase voltage command. .
Assuming that the zero-phase voltage command is v 0 * , the output voltage command before the two-phase modulation is v * , and the output voltage command after the two-phase modulation is v 2 * , v 2 * and v 0 * are respectively expressed by Equation 2, Represented by 3.

Figure 2006020384
Figure 2006020384

Figure 2006020384
Figure 2006020384

ところで、一般的にインバータでは、上下アームの短絡を防止するために前記デッドタイムを設ける必要があるが、このデッドタイムの影響によってインバータの出力電圧に誤差を生じる。従来のインバータにおけるデッドタイムに起因した出力電圧誤差とその補償方法について、以下に説明する。   By the way, in general, in an inverter, it is necessary to provide the dead time in order to prevent a short circuit between the upper and lower arms, but an error occurs in the output voltage of the inverter due to the influence of the dead time. An output voltage error caused by dead time in a conventional inverter and a compensation method thereof will be described below.

図7は、図6のように直流リンク部にフィルタ3を備えるインバータのU相のスイッチング素子Sup,Sunに対する指令値TSup,TSunと、デッドタイムを設けた指令値TSup,TSun、負荷電流iが正及び負の場合のU相出力端子の電位vを示している。
なお、直流リンク部のフィルタにより、直流リンク電圧edcは一定とみなすことができる。
FIG. 7 shows the command values TSup * and TSun * for the U-phase switching elements Sup and Sun of the inverter having the filter 3 in the DC link portion as shown in FIG. 6, the command values TSup and TSun with dead time, and the load current. The potential v u of the U-phase output terminal when i u is positive and negative is shown.
Note that the DC link voltage e dc can be regarded as constant by the filter of the DC link unit.

この図7に示すように、負荷電流iが正のときは、出力電圧の立ち上がり時にデッドタイムTだけ遅れて出力電圧vが変化する。一方、負荷電流iが負のときは、出力電圧の立ち下がり時にデッドタイムTだけ遅れて出力電圧vが変化する。
このため、負荷電流iが正のときは出力電圧指令v に対して出力電圧vは減少し、負荷電流iが負のときは増加することになり、これらが電圧誤差の原因となる。
As shown in FIG. 7, when the load current i u is positive, the output voltage v u changes with a delay by the dead time T d when the output voltage rises. On the other hand, when the load current i u is negative, the output voltage v u changes with a delay of the dead time T d when the output voltage falls.
Therefore, when the load current i u is positive, the output voltage v u decreases with respect to the output voltage command v u * , and increases when the load current i u is negative. It becomes.

一方、二相変調時は上アームの全てのスイッチング素子または下アームの全てのスイッチング素子の常時オン期間が存在する。これらの常時オン期間では、上下アームのスイッチング素子が切り替わらないため、上述した電圧誤差は発生しない。
従って、二相変調時の常時オン期間以外の期間について、デッドタイムによる出力電圧誤差を補償すればよいことになる。
On the other hand, during two-phase modulation, there are always on periods of all switching elements in the upper arm or all switching elements in the lower arm. In these always-on periods, the switching elements of the upper and lower arms are not switched, so that the voltage error described above does not occur.
Therefore, the output voltage error due to the dead time may be compensated for a period other than the always-on period during the two-phase modulation.

以上により、デッドタイムに起因した出力電圧誤差補償後の各相出力電圧指令v **,v **,v **(図6におけるインバータPWMパターン作成手段203に入力される出力電圧指令v**に相当)は、図6の二相変調手段202の内部で生成される二相変調後のインバータ出力電圧指令値v2u ,v2v ,v2w (数式2に相当)と、デッドタイム誤差補償量演算手段201により演算される補償量vcu ,vcv ,vcw とを用いて、数式4で表すことができる。 As described above, each phase output voltage command v u ** , v v ** , v w ** after output voltage error compensation due to dead time (output voltage command input to the inverter PWM pattern creation means 203 in FIG. 6). v corresponds to **), the inverter output voltage command value after the two-phase modulation generated in the interior of the two-phase modulation means 202 of FIG. 6 v 2u *, v 2v * , v 2w * (corresponding to formula 2) Using the compensation amounts v cu * , v cv * , and v cw * calculated by the dead time error compensation amount calculation means 201, it can be expressed by Equation 4.

Figure 2006020384
Figure 2006020384

また、負荷電流をiloadとすると、各相ごとの電圧誤差の補償量ΔVicは数式5で表される。ここで、補償量ΔVicは負荷電流の極性判別信号sign(iload)(すなわち、1または−1もしくは0)を含んでいるため、前記補償量vcu ,vcv ,vcw はedcまたは−edcもしくは0の値をとる。
なお、数式5におけるインバータ出力電圧指令値v (v2u ,v2v ,v2w )は、−1〜1の間を変化するものとする。
When the load current is i load , the voltage error compensation amount ΔV ic for each phase is expressed by Equation 5. Here, since the compensation amount ΔV ic includes the polarity determination signal sign (i load ) (that is, 1 or −1 or 0) of the load current, the compensation amounts v cu * , v cv * , and v cw * are It takes the value of e dc T d f s or -e dc T d f s or 0.
The inverter output voltage command value v 2 * in equation 5 (v 2u *, v 2v *, v 2w *) shall varies between -1 and 1.

Figure 2006020384
Figure 2006020384

次に、図8は、装置の小形、長寿命化を目的として、直流リンク部にフィルタを備えない従来の電力変換器の回路構成である。図8において、210はインバータ制御手段であり、その他の構成要素には図6と同一の番号を付してある。なお、この種の電力変換器は、後述の非特許文献1に記載されている。
図8のように、直流リンク部にフィルタを備えずPWM整流器1及びインバータ2のみからなる電力変換器では、出力端子に入力電圧v,v,vの何れかの電位が発生する。すなわち、インバータ2の出力端子U,V,Wには、各相入力電圧のうちの最大相の電圧vmax、中間相の電圧vmid、最小相の電圧vmin(以下、単にそれぞれ最大電圧、中間電圧、最小電圧ともいう)の何れかが出力される。
Next, FIG. 8 shows a circuit configuration of a conventional power converter that does not include a filter in the DC link portion for the purpose of reducing the size and extending the life of the apparatus. In FIG. 8, 210 is an inverter control means, and the other components are given the same numbers as in FIG. This type of power converter is described in Non-Patent Document 1 described later.
As shown in FIG. 8, in the power converter including only the PWM rectifier 1 and the inverter 2 without a filter in the DC link portion, any potential of the input voltages v r , v s , and v t is generated at the output terminal. That is, the output terminals U, V, and W of the inverter 2 have a maximum phase voltage v max , an intermediate phase voltage v mid , and a minimum phase voltage v min (hereinafter simply referred to as a maximum voltage, Any of intermediate voltage and minimum voltage) is output.

図9は、図8の従来技術において、例えば1キャリア中に出力電圧が最大→中間→最小→中間→最大の順番で変化する場合のU相出力電圧指令v と、U相負荷電流iが正及び負のときのU相出力電圧vを示している。但し、この図は、インバータ2の出力電圧指令値が上アームまたは下アームの常時オン期間以外のものである。
直流リンク部にフィルタを備える場合(図7)と同様に、図9でも、インバータ2のデッドタイム及びPWM整流器1のスイッチングによりハッチング部分で電圧誤差が生じており、負荷電流iが正のときは出力電圧vの立ち上がり時に電圧が削られるため出力電圧vが減少し、負荷電流iが負のときは立ち下がり時に出力電圧vが増加している。
FIG. 9 shows the U-phase output voltage command v u * and the U-phase load current i when the output voltage changes in the order of maximum → intermediate → minimum → intermediate → maximum in one carrier in the prior art of FIG. The U-phase output voltage v u is shown when u is positive and negative. However, in this figure, the output voltage command value of the inverter 2 is other than the always-on period of the upper arm or the lower arm.
As in the case where a filter is provided in the DC link section (FIG. 7), in FIG. 9, a voltage error occurs in the hatched portion due to the dead time of the inverter 2 and the switching of the PWM rectifier 1, and the load current iu is positive. The output voltage v u decreases when the output voltage v u rises, and the output voltage v u decreases. When the load current i u is negative, the output voltage v u increases when the output voltage v u falls.

図10は、図8の如く直流リンク部にフィルタを備えない電力変換器におけるインバータの二相変調時のシミュレーション結果を示す波形図である。図10の波形は、上から入力電圧v,v,vと、電圧指令v と、二相変調した電圧指令vu2 、及びU相出力電圧vである。
この図10から、インバータの上アームまたは下アームのスイッチング素子の常時オン期間T1,T2において、出力電圧vが変化していることがわかる。これは、インバータの上アームまたは下アームのスイッチング素子が常時オンであるにもかかわらず、入力電流を正弦波状とするためにPWM整流器がスイッチングを行い、出力電圧が変化することに起因している。すなわち、インバータのスイッチング素子の常時オン期間でも出力電圧に電圧誤差が発生するため、従来のデッドタイムによる出力電圧の誤差補償だけでは出力電圧の歪みを低減することができない。
FIG. 10 is a waveform diagram showing a simulation result at the time of two-phase modulation of the inverter in the power converter that does not include a filter in the DC link portion as shown in FIG. The waveforms in FIG. 10 are the input voltages v r , v s , v t , voltage command v u * , two-phase modulated voltage command v u2 * , and U-phase output voltage v u from the top.
From FIG. 10, it can be seen that the output voltage v u changes during the normally on periods T1 and T2 of the switching elements of the upper arm or the lower arm of the inverter. This is due to the fact that the PWM rectifier performs switching to change the output voltage in order to make the input current sinusoidal even though the switching element of the upper arm or lower arm of the inverter is always on. . That is, since a voltage error occurs in the output voltage even during the normally-on period of the switching element of the inverter, distortion of the output voltage cannot be reduced only by the output voltage error compensation by the conventional dead time.

次に、図11は、図10における出力線間電圧vuvの高調波解析結果を示している。
図11から、出力線間電圧vuvには5次高調波が約2.8%、7次高調波が約1.5%含まれることがわかる。このように出力電圧に高調波が多く含まれると、例えば負荷に電動機が接続された場合、出力電圧歪みによって回転ムラやトルクリプルを生じる。
Next, FIG. 11 shows a harmonic analysis result of the output line voltage v uv in FIG.
FIG. 11 shows that the output line voltage v uv includes about 2.8% of the fifth harmonic and about 1.5% of the seventh harmonic. When the output voltage includes many harmonics, for example, when an electric motor is connected to the load, rotation unevenness and torque ripple are caused by output voltage distortion.

以上に述べたことは、直流リンク部を持たないマトリクスコンバータにおいても同様である。マトリクスコンバータでは、入力端の短絡と出力端の開放を防止するために転流期間を設けるが、この転流期間の影響で出力電圧に誤差が生じる。また、マトリクスコンバータにおいても、二相変調時に図10の区間T1,T2において、入力電流を正弦波状とするためにスイッチングを行う期間が存在し、これによって出力電圧に誤差が生じる。   What has been described above also applies to a matrix converter having no DC link section. In the matrix converter, a commutation period is provided in order to prevent a short circuit at the input end and an opening at the output end, but an error occurs in the output voltage due to the influence of the commutation period. Also in the matrix converter, there is a switching period in order to make the input current sinusoidal in the sections T1 and T2 in FIG. 10 during two-phase modulation, which causes an error in the output voltage.

ここで、下記の特許文献1には、マトリクスコンバータにおいて、転流期間に発生する出力電圧誤差を補正する方法が開示されている。この特許文献1の請求項8には電圧誤差補償量の式が記載されているが、この方法は二相変調時には適用することができない。   Here, Patent Document 1 below discloses a method of correcting an output voltage error that occurs in a commutation period in a matrix converter. Claim 8 of Patent Document 1 describes a voltage error compensation amount equation, but this method cannot be applied during two-phase modulation.

樽見治、飯盛憲一、篠原勝次、「平滑回路なし電圧形インバータのコンバータ部制御時の特性」、平成8年電気学会産業応用部門全国大会T−23Osamu Tarumi, Kenichi Iimori, Katsuji Shinohara, “Characteristics of voltage-type inverter without smoothing circuit during control”, 1996 IEEJ National Conference T-23 特開2003−309975号公報(請求項4,5,8、[0008]〜[0010]、図6、図7等)Japanese Patent Laying-Open No. 2003-309975 (claims 4, 5, 8, [0008] to [0010], FIG. 6, FIG. 7, etc.)

上述したように、PWM整流器及びインバータを組み合わせ、かつ直流リンク部にフィルタを備えない電力変換器では、インバータのデッドタイムやPWM整流器のスイッチングにより出力電圧に誤差が生じ、また、マトリクスコンバータにおいても転流期間の影響によって出力電圧に誤差が生じる。その結果、出力電圧に歪みが生じ、例えば負荷として電動機が接続された場合に、電動機の回転ムラやトルクリプルの原因となる。
そこで本発明の解決課題は、これらの電力変換器における出力電圧誤差を低減して出力電圧の歪みや負荷への悪影響を防止するようにした電力変換器の制御装置を提供することにある。
As described above, in a power converter that combines a PWM rectifier and an inverter and does not include a filter in the DC link unit, an error occurs in the output voltage due to the inverter dead time or the PWM rectifier switching, and also in the matrix converter. An error occurs in the output voltage due to the influence of the current period. As a result, the output voltage is distorted. For example, when an electric motor is connected as a load, it causes rotation unevenness and torque ripple of the electric motor.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a power converter control device that reduces output voltage errors in these power converters to prevent distortion of the output voltage and adverse effects on the load.

上記課題を解決するため、請求項1に記載した発明は、交流−直流変換を行うPWM整流器と、このPWM整流器に接続されて直流−交流変換を行うインバータと、からなる電力変換器を制御する制御装置において、
前記制御装置は、
インバータを二相変調するための出力電圧指令を生成する二相変調手段と、インバータの二相変調時に発生する出力電圧誤差を補償するために出力電圧指令を補正する補償量を演算する第1の補償量演算手段と、補正後の出力電圧指令に基づいてインバータの半導体スイッチング素子に対するPWMパルスを作成するインバータPWMパターン作成手段と、入力電流指令に基づいてPWM整流器の半導体スイッチング素子に対するPWMパルスを作成する整流器PWMパターン作成手段と、PWM整流器のスイッチングの有無を検出するスイッチング検出手段と、各相の入力電圧から最大相の電圧、中間相の電圧、最小相の電圧を検出する電圧大小検出手段と、負荷電流の極性判別手段と、を備え、
第1の補償量演算手段は、前記電圧大小検出手段の出力、前記極性判別手段の出力、前記スイッチング検出手段の出力、インバータのスイッチング周波数及びデッドタイムを用いて、出力電圧指令を補正する補償量を演算するものである。
In order to solve the above problems, the invention described in claim 1 controls a power converter comprising a PWM rectifier that performs AC-DC conversion and an inverter that is connected to the PWM rectifier and performs DC-AC conversion. In the control device,
The controller is
Two-phase modulation means for generating an output voltage command for performing two-phase modulation of the inverter, and a first amount for calculating a compensation amount for correcting the output voltage command to compensate for an output voltage error that occurs during two-phase modulation of the inverter Compensation amount calculation means, inverter PWM pattern creation means for creating a PWM pulse for the semiconductor switching element of the inverter based on the corrected output voltage command, and PWM pulse creation for the semiconductor switching element of the PWM rectifier based on the input current command Rectifier PWM pattern creating means for performing switching detection means for detecting the presence or absence of switching of the PWM rectifier, and voltage magnitude detecting means for detecting the maximum phase voltage, the intermediate phase voltage, and the minimum phase voltage from the input voltage of each phase. And a load current polarity discriminating means,
The first compensation amount calculating means corrects the output voltage command using the output of the voltage magnitude detecting means, the output of the polarity determining means, the output of the switching detecting means, the switching frequency and dead time of the inverter. Is calculated.

請求項2に記載した発明は、交流−直流変換を行うPWM整流器と、このPWM整流器に接続されて直流−交流変換を行うインバータと、からなる電力変換器を制御する制御装置において、
前記制御装置は、
インバータを二相変調するための出力電圧指令を生成する二相変調手段と、インバータの二相変調時にインバータのデッドタイムに起因して発生する出力電圧誤差を補償するために出力電圧指令を補正する補償量を演算する第1の補償量演算手段と、補正後の出力電圧指令に基づいてインバータの半導体スイッチング素子に対するPWMパルスを作成するインバータPWMパターン作成手段と、PWM整流器のスイッチングに起因して発生する出力電圧誤差を補償するために入力電流指令を補正する補償量を演算する第2の補償量演算手段と、補正後の入力電流指令に基づいてPWM整流器の半導体スイッチング素子に対するPWMパルスを作成する整流器PWMパターン作成手段と、各相の入力電圧から最大相の電圧、中間相の電圧、最小相の電圧を検出する電圧大小検出手段と、負荷電流の極性判別手段と、を備え、
第1の補償量演算手段は、前記電圧大小検出手段の出力、前記極性判別手段の出力、インバータのスイッチング周波数及びデッドタイムを用いて出力電圧指令を補正する補償量を演算し、
第2の補償量演算手段は、前記電圧大小検出手段の出力、前記極性判別手段の出力、PWM整流器のスイッチング周波数及びデッドタイムを用いて、入力電流指令を補正する補償量を演算するものである。
The invention described in claim 2 is a control device for controlling a power converter comprising a PWM rectifier that performs AC-DC conversion, and an inverter that is connected to the PWM rectifier and performs DC-AC conversion.
The controller is
Two-phase modulation means for generating an output voltage command for two-phase modulation of the inverter, and correction of the output voltage command to compensate for an output voltage error caused by the inverter dead time during the two-phase modulation of the inverter Generated due to the first compensation amount computing means for computing the compensation amount, the inverter PWM pattern creating means for creating the PWM pulse for the semiconductor switching element of the inverter based on the corrected output voltage command, and the switching of the PWM rectifier A second compensation amount computing means for computing a compensation amount for correcting the input current command in order to compensate for an output voltage error, and a PWM pulse for the semiconductor switching element of the PWM rectifier based on the corrected input current command Rectifier PWM pattern creation means and input voltage of each phase to maximum phase voltage, intermediate phase voltage, minimum Comprising of a voltage magnitude detection means for detecting a voltage, a polarity discrimination means of the load current, and
The first compensation amount calculation means calculates a compensation amount for correcting the output voltage command using the output of the voltage magnitude detection means, the output of the polarity determination means, the switching frequency and dead time of the inverter,
The second compensation amount calculation means calculates a compensation amount for correcting the input current command using the output of the voltage magnitude detection means, the output of the polarity determination means, the switching frequency of the PWM rectifier, and the dead time. .

請求項3に記載した発明は、交流−交流直接変換により任意の大きさ及び周波数の交流電圧を得るようにしたマトリクスコンバータ等の電力変換器を制御する制御装置において、
前記制御装置は、
電力変換器を二相変調するための出力電圧指令を生成する二相変調手段と、電力変換器の二相変調時に発生する出力電圧誤差を補償するために出力電圧指令を補正する補償量を演算する第1の補償量演算手段と、補正後の出力電圧指令に基づいて電力変換器の半導体スイッチング素子に対するPWMパルスを作成するPWMパターン作成手段と、電力変換器のスイッチングの有無を入力電流指令等に基づいて検出するスイッチング検出手段と、
各相の入力電圧から最大相の電圧、中間相の電圧、最小相の電圧を検出する電圧大小検出手段と、負荷電流の極性判別手段と、を備え、
第1の補償量演算手段は、前記電圧大小検出手段の出力、前記極性判別手段の出力、前記スイッチング検出手段の出力(入力電流指令)、電力変換器のスイッチング周波数及び転流期間を用いて出力電圧指令を補正する補償量を演算するものである。
The invention described in claim 3 is a control device for controlling a power converter such as a matrix converter that obtains an AC voltage of an arbitrary magnitude and frequency by AC-AC direct conversion.
The controller is
Two-phase modulation means for generating an output voltage command for two-phase modulation of the power converter, and a compensation amount for correcting the output voltage command to compensate for an output voltage error generated during the two-phase modulation of the power converter A first compensation amount calculating means, a PWM pattern creating means for creating a PWM pulse for the semiconductor switching element of the power converter based on the corrected output voltage command, an input current command indicating whether or not the power converter is switched, etc. Switching detection means for detecting based on
A voltage magnitude detecting means for detecting a maximum phase voltage, an intermediate phase voltage, and a minimum phase voltage from an input voltage of each phase; and a load current polarity determination means,
The first compensation amount calculation means outputs using the output of the voltage magnitude detection means, the output of the polarity discrimination means, the output of the switching detection means (input current command), the switching frequency and the commutation period of the power converter. The compensation amount for correcting the voltage command is calculated.

本発明によれば、PWM整流器及びインバータにより構成され、かつ直流リンク部にフィルタを備えない電力変換器や、マトリクスコンバータ等の直接形電力変換器において、二相変調時にインバータのデッドタイムやPWM整流器のスイッチング、転流期間等に起因して発生する電圧誤差を的確に補償することにより、出力電圧指令値と出力電圧とを一致させることができる。その結果、出力電圧の歪みを低減させ、負荷に電動機が接続された場合でも回転ムラやトルクリプルを生じることなく運転することができる。   According to the present invention, in a power converter that includes a PWM rectifier and an inverter and does not include a filter in a DC link section, or a direct power converter such as a matrix converter, the dead time of the inverter or the PWM rectifier during two-phase modulation The output voltage command value and the output voltage can be matched by accurately compensating for the voltage error caused by the switching, commutation period, and the like. As a result, distortion of the output voltage can be reduced, and operation can be performed without causing uneven rotation and torque ripple even when an electric motor is connected to the load.

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図1は請求項1に相当する本発明の第1実施形態を示す構成図であり、主回路の構成は図8と同一である。すなわち、この実施形態の電力変換器は、半導体スイッチング素子11が三相ブリッジ接続されて交流−直流変換を行うPWM整流器1と、IGBT等の半導体スイッチング素子Sup,Sunを直列に接続してこれらにそれぞれ還流ダイオードDup,Dunを逆並列接続することにより一相分の上下アームを構成し、この上下アームを三相分並列に接続してなる直流−交流変換用のインバータ2とからなっており、直流リンク部には、図6に示したようなフィルタ3を備えていない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention corresponding to claim 1, and the configuration of the main circuit is the same as FIG. That is, the power converter according to this embodiment includes a PWM rectifier 1 in which a semiconductor switching element 11 is connected in a three-phase bridge to perform AC-DC conversion, and semiconductor switching elements Sup and Sun such as IGBTs connected in series. Each of the free-wheeling diodes Dup and Dun is connected in reverse parallel to form an upper and lower arm for one phase, and the upper and lower arms are connected in parallel for three phases, and is composed of an inverter 2 for DC-AC conversion. The DC link portion does not include the filter 3 as shown in FIG.

一方、上記主回路の制御装置は、整流器制御手段100、インバータ制御手段200A、負荷電流極性判別手段300、整流器スイッチング検出手段400、電圧大小検出手段500から構成されている。
ここで、整流器制御手段100及び負荷電流極性判別手段300の作用は、図6と同様である。
On the other hand, the control device for the main circuit includes rectifier control means 100, inverter control means 200A, load current polarity determination means 300, rectifier switching detection means 400, and voltage magnitude detection means 500.
Here, the operations of the rectifier control means 100 and the load current polarity determination means 300 are the same as those in FIG.

また、整流器スイッチング検出手段400は、整流器PWMパターンに基づいて、PWM整流器1がスイッチングを行っているか否かを検出し、スイッチング検出信号dprを出力する。
電圧大小検出手段500は、最大電圧検出手段501、中間電圧検出手段502及び最小電圧検出手段503からなり、それぞれがPWM整流器1の各相入力電圧のうち最大電圧vmax、中間電圧vmid、最小電圧vminを検出して出力する。
Further, the rectifier switching detection means 400 detects whether or not the PWM rectifier 1 is switching based on the rectifier PWM pattern, and outputs a switching detection signal dpr .
The voltage magnitude detection unit 500 includes a maximum voltage detection unit 501, an intermediate voltage detection unit 502, and a minimum voltage detection unit 503, each of which includes a maximum voltage v max , an intermediate voltage v mid , and a minimum among the phase input voltages of the PWM rectifier 1. The voltage vmin is detected and output.

インバータ制御手段200Aは、第1の補償量演算手段204、二相変調手段202、及びインバータPWMパターン作成手段203により構成されている。
補償量演算手段204は、前記スイッチング検出信号dprと、上記各電圧vmax,vmid,vminと、各相ごとの負荷電流の極性判別信号sign(iload)と、デッドタイムT及びスイッチング周波数fとを用いて、出力電圧誤差の補償量v を演算する。
二相変調手段202は、前記数式2により出力電圧指令v及びゼロ相分電圧指令v を用いて二相変調後の出力電圧指令v を演算すると共に、この出力電圧指令v と補償量演算手段204からの補償量v とを用いて前記数式4により出力電圧指令v**(v **,v **,v **)を生成する。
インバータPWMパターン作成手段203は、図6,図8と同様に、出力電圧指令v**に基づいてインバータ2の各スイッチング素子に対するPWMパルスを作成する。
The inverter control unit 200A includes a first compensation amount calculation unit 204, a two-phase modulation unit 202, and an inverter PWM pattern creation unit 203.
The compensation amount calculation means 204 includes the switching detection signal d pr , the voltages v max , v mid , v min , the load current polarity determination signal sign (i load ) for each phase, the dead time T d, The compensation amount v c * of the output voltage error is calculated using the switching frequency f s .
The two-phase modulation means 202 calculates the output voltage command v 2 * after the two-phase modulation using the output voltage command v * and the zero-phase divided voltage command v 0 * according to the equation 2, and outputs the output voltage command v 2. An output voltage command v ** (v u ** , v v ** , v w ** ) is generated by the above equation 4 using * and the compensation amount v c * from the compensation amount calculation means 204.
Inverter PWM pattern creating means 203 creates PWM pulses for each switching element of inverter 2 based on output voltage command v ** , as in FIGS.

次に、この実施形態における出力電圧誤差の補償量v の演算方法を説明する。
出力電圧指令v が常時オン期間以外では、出力電圧vは前述した図9のように変化する。従って、出力電圧誤差をΔVとすれば、この誤差ΔVは数式6となる。
Next, a method of calculating the output voltage error compensation amount v c * in this embodiment will be described.
When the output voltage command v u * is not always in the on-period, the output voltage v u changes as shown in FIG. Therefore, if the output voltage error is ΔV, the error ΔV is expressed by Equation 6.

Figure 2006020384
Figure 2006020384

一方、インバータ2の出力電圧指令v が常時オン期間では、PWM整流器1がスイッチングを行わない場合に電圧誤差はゼロであるが、入力電流を正弦波状にするためにPWM整流器1がスイッチングを行う場合には、出力電圧誤差を、上アーム常時オンの期間と下アーム常時オンの期間とに分けて考えることができる。
すなわち、上アームが常時オンの期間では、出力端子に入力電圧の最大電圧及び中間電圧が出力され、下アームが常時オンの期間では、出力端子に入力電圧の中間電圧及び最小電圧が出力される。従って、上アーム及び下アームが常時オンの期間の電圧誤差ΔV,ΔVは、それぞれ数式7,8となる。
On the other hand, when the output voltage command v u * of the inverter 2 is always on, the voltage error is zero when the PWM rectifier 1 is not switched, but the PWM rectifier 1 is switched to make the input current sinusoidal. When performing, the output voltage error can be divided into the upper arm always-on period and the lower arm always-on period.
That is, when the upper arm is always on, the maximum voltage and the intermediate voltage of the input voltage are output to the output terminal, and when the lower arm is always on, the intermediate voltage and the minimum voltage of the input voltage are output to the output terminal. . Therefore, the voltage errors ΔV p and ΔV n during the period in which the upper arm and the lower arm are always on are expressed by Equations 7 and 8, respectively.

Figure 2006020384
Figure 2006020384

Figure 2006020384
Figure 2006020384

以上の電圧誤差は、何れもスイッチング1周期内に生じるので、補償量は電圧誤差にスイッチング周波数を乗じ、更に負荷電流の極性判別信号sign(iload)を考慮すればよい。また、PWM整流器1のスイッチング検出信号dprを、スイッチング時はdpr=1、スイッチングを行っていない時はdpr=0として場合分けすると、補償量ΔVmcは数式9となる。
なお、補償量ΔVmcは各相ごとの負荷電流の極性判別信号sign(iload)(すなわち、1または−1もしくは0)を含んでいるため、二相変調手段202に入力される補償量vc は、±(vmax−vmin)f,±(vmax−vmid)f,±(vmid−vmin)fもしくは0の値をとる。
Any of the voltage errors described above occurs within one switching cycle. Therefore, the compensation amount is obtained by multiplying the voltage error by the switching frequency and further considering the load current polarity determination signal sign (i load ). Further, when the switching detection signal d pr of the PWM rectifier 1 is divided into cases where d pr = 1 at the time of switching and d pr = 0 at the time of not switching, the compensation amount ΔV mc is expressed by Equation 9.
Since the compensation amount ΔV mc includes the load current polarity determination signal sign (i load ) (that is, 1 or −1 or 0) for each phase, the compensation amount v input to the two-phase modulation unit 202. c * takes a value of ± (v max −v min ) f s T d , ± (v max −v mid ) f s T d , ± (v mid −v min ) f s T d, or 0.

Figure 2006020384
Figure 2006020384

従って、図1の補償量演算手段204は数式9の演算によりすべての場合(4種類)の補償量ΔVmcを演算し、これらを補償量v として二相変調手段202に出力する。
二相変調手段202では、その内部で生成される二相変調後の出力電圧指令v と前記スイッチング検出信号dprの値に応じて数式9の4種類の中から所定の補償量ΔVmc(v )を選択し、この補償量と二相変調後の出力電圧指令v とを用いて前記数式4により各相出力電圧指令v**を生成する。
Accordingly, the compensation amount calculation unit 204 of FIG. 1 calculates the compensation amount ΔV mc in all cases (four types) by the calculation of Equation 9, and outputs these to the two-phase modulation unit 202 as the compensation amount v c * .
In the two-phase modulation means 202, a predetermined compensation amount ΔV mc among the four types of Equation 9 according to the output voltage command v 2 * after two-phase modulation generated inside and the value of the switching detection signal d pr. (V c * ) is selected, and each phase output voltage command v ** is generated by Equation 4 using this compensation amount and the output voltage command v 2 * after two-phase modulation.

ここで、図2は、上記第1実施形態における補償量の演算処理を示すフローチャートである。
まず、出力電圧指令が常時オン期間であるかどうかを判別する(S1)。常時オン期間以外では、数式6及び数式9によって補償量が決定される(S5)。常時オン期間の場合、PWM整流器1がスイッチング動作を行っているか否かを判別する(S2)。PWM整流器1がスイッチングを行っていない場合、数式9により補償量はゼロとなる(S6)。PWM整流器1がスイッチングを行っている場合、インバータ2の上アームと下アームとのどちらが常時オン期間であるかを判別し(S3)、上アームのオン時には数式7及び数式9により補償量を決定し(S4)、下アームのオン時には数式8及び数式9により補償量を決定する(S7)。
Here, FIG. 2 is a flowchart showing a compensation amount calculation process in the first embodiment.
First, it is determined whether or not the output voltage command is always on (S1). Except for the always-on period, the compensation amount is determined by Equation 6 and Equation 9 (S5). In the always-on period, it is determined whether the PWM rectifier 1 is performing a switching operation (S2). When the PWM rectifier 1 is not switching, the compensation amount is zero according to Equation 9 (S6). When the PWM rectifier 1 is switching, it is determined which of the upper arm and the lower arm of the inverter 2 is always on (S3), and the compensation amount is determined by Equation 7 and Equation 9 when the upper arm is on. (S4) When the lower arm is turned on, the compensation amount is determined by Equations 8 and 9 (S7).

なお、二相変調時に出力電圧の誤差補償を行う場合、その順番には以下の二通りがある。
(1)出力電圧誤差補償を行った後に二相変調を行う
(2)二相変調を行った後に出力電圧誤差補償を行う
(1)の場合、出力電圧指令が常時オン期間であるか否かは、出力電圧指令の角度によって決定できる。この場合、例えばU相の補償量はU相電圧指令に加算する。
一方、(2)の場合、出力電圧指令の振幅によりインバータ2の上アームまたは下アームが常時オン期間であるか、それ以外かを判別することができる。この場合、U相が常時オン期間では、補償量をV,W相の電圧指令から減算する。
Note that when the output voltage error compensation is performed during two-phase modulation, there are the following two orders.
(1) Perform two-phase modulation after performing output voltage error compensation (2) Perform output voltage error compensation after performing two-phase modulation (1) Whether or not the output voltage command is always on Can be determined by the angle of the output voltage command. In this case, for example, the U-phase compensation amount is added to the U-phase voltage command.
On the other hand, in the case of (2), it is possible to determine whether the upper arm or the lower arm of the inverter 2 is always in the ON period or not based on the amplitude of the output voltage command. In this case, when the U phase is always on, the compensation amount is subtracted from the V and W phase voltage commands.

図3は、本実施形態により出力電圧の誤差補償を行った場合の出力線間電圧vuvの高調波解析結果を示している。この図3によれば、出力線間電圧vuvに含まれる低次高調波は1%未満であることがわかる。すなわち、出力電圧の歪みは十分に低減されている。 FIG. 3 shows a harmonic analysis result of the output line voltage v uv when the output voltage error compensation is performed according to this embodiment. According to FIG. 3, it can be seen that the lower harmonics included in the output line voltage v uv are less than 1%. That is, the distortion of the output voltage is sufficiently reduced.

次に、図4は請求項2に相当する本発明の第2実施形態を示す構成図である。
この実施形態は、インバータ2のデッドタイムに起因する出力電圧誤差をインバータ制御手段200Aにより補償し、PWM整流器1のスイッチングに起因する出力電圧誤差を整流器制御手段100Aにより補償するものである。
Next, FIG. 4 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention corresponding to claim 2.
In this embodiment, the output voltage error caused by the dead time of the inverter 2 is compensated by the inverter control means 200A, and the output voltage error caused by the switching of the PWM rectifier 1 is compensated by the rectifier control means 100A.

すなわち、整流器制御手段100A内の第2の補償量演算手段102は、最大電圧検出手段501、中間電圧検出手段502、最小電圧検出手段503の出力と負荷電流極性判別手段300からの極性判別信号とPWM整流器1のデッドタイムTdr及びスイッチング周波数fsrとを用いて出力電圧誤差の補償量を演算し、この補償量を用いて入力電流指令iを補正する。そして、この補正後の入力電流指令を整流器PWMパターン作成手段101に与えてPWM整流器1に対するPWMパルスを作成する。 That is, the second compensation amount calculation means 102 in the rectifier control means 100A includes the maximum voltage detection means 501, the intermediate voltage detection means 502, the output of the minimum voltage detection means 503, and the polarity determination signal from the load current polarity determination means 300. The compensation amount of the output voltage error is calculated using the dead time T dr and the switching frequency f sr of the PWM rectifier 1, and the input current command i * is corrected using the compensation amount. Then, the corrected input current command is given to the rectifier PWM pattern creating means 101 to create a PWM pulse for the PWM rectifier 1.

出力電圧誤差の補償量演算は、PWM整流器1側では補償量演算手段102が数式9に基づいて演算すれば良く、その場合には数式9におけるT,fをそれぞれTdr,fsrに置き換える。また、数式9の場合分けにおける二相変調後の出力電圧指令v は、図示されていないが二相変調手段202から得るものとし、スイッチング検出信号dprは自身のPWMパターン作成手段101から得る。
一方、インバータ2側では、補償量演算手段204が数式5により補償量を演算し、二相変調手段202が数式4によりインバータ1の各相出力電圧指令を演算すれば良い。
The compensation amount calculation of the output voltage error may be performed by the compensation amount computing means 102 on the PWM rectifier 1 side based on Equation 9, in which case T d and f s in Equation 9 are respectively changed to T dr and f sr . replace. Further, although not shown, the output voltage command v 2 * after the two-phase modulation in the case classification of Expression 9 is obtained from the two-phase modulation means 202, and the switching detection signal d pr is obtained from its own PWM pattern creation means 101. obtain.
On the other hand, on the inverter 2 side, the compensation amount computing means 204 computes the compensation amount using Equation 5, and the two-phase modulation means 202 computes each phase output voltage command of the inverter 1 using Equation 4.

次いで、図5は請求項3に相当する本発明の第3実施形態を示す構成図である。
この実施形態は、電力変換器として直流リンク部を備えないマトリクスコンバータ4を対象としている。なお、このマトリクスコンバータ4は、単方向に電流を制御可能な半導体スイッチング素子を例えば逆並列に接続して双方向スイッチSを構成し、この双方向スイッチSを、三相交流入力端子R,S,Tと出力端子U,V,Wとの間に9個接続して構成されており、交流−交流直接により任意の大きさ及び周波数の交流電圧を得るものである。
FIG. 5 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention corresponding to the third aspect.
This embodiment is intended for a matrix converter 4 that does not include a DC link unit as a power converter. The matrix converter 4 includes, for example, an antiparallel connection of semiconductor switching elements capable of controlling current in a single direction to form a bidirectional switch S. The bidirectional switch S is connected to the three-phase AC input terminals R and S. , T and the output terminals U, V, W are connected to each other, and an AC voltage having an arbitrary magnitude and frequency is obtained by AC-AC direct.

図5において、200Bはマトリクスコンバータ制御手段であり、最大電圧vmax、中間電圧vmid、最小電圧vmin、入力電流指令i、負荷電流の極性判別信号、転流期間Tcomm及びスイッチング周波数fが入力されて出力電圧誤差の補償量v を演算する第1の補償量演算手段204Bと、補償量v 及び出力電圧指令vに基づいて各相出力電圧指令v**を生成する二相変調手段202Bと、マトリクスコンバータ4の双方向スイッチSに対するPWMパルスを作成するPWMパターン作成手段203Bとを備えている。なお、PWMパターン作成手段203Bは、例えば、マトリクスコンバータ4内に想定した仮想PWM整流器及び仮想インバータに対する各PWMパルスを合成して出力するものである。 In FIG. 5, reference numeral 200B denotes a matrix converter control means, which is a maximum voltage v max , an intermediate voltage v mid , a minimum voltage v min , an input current command i * , a load current polarity determination signal, a commutation period T comm, and a switching frequency f. s is inputted, the first compensation amount calculation means 204B for calculating the compensation amount v c * of the output voltage error, and each phase output voltage command v ** based on the compensation amount v c * and the output voltage command v * Two-phase modulation means 202B to be generated and PWM pattern creation means 203B to create a PWM pulse for the bidirectional switch S of the matrix converter 4 are provided. Note that the PWM pattern creating unit 203B, for example, synthesizes and outputs each PWM pulse for the virtual PWM rectifier and virtual inverter assumed in the matrix converter 4.

マトリクスコンバータ4の二相変調においても、図10に示すインバータの上アームまたは下アームの常時オン期間に相当する期間が存在し、この期間によって出力電圧に誤差が生じるため、この出力電圧誤差を補償する必要がある。
上記二相変調時の出力電圧誤差補償は、第1実施形態と同様に行えば良いが、入力電流を正弦波状に制御するためにスイッチングを行うか否かの検出には、第1実施形態におけるスイッチング検出信号dprの代わりに入力電流指令iを用いている。つまり、この実施形態では、入力電流指令iがスイッチング検出信号となっている。
また、出力電圧誤差及び補償量の演算は、数式6〜9におけるデッドタイムTの代わりに転流期間Tcommを用いて行えばよい。
Also in the two-phase modulation of the matrix converter 4, there is a period corresponding to the always-on period of the upper arm or lower arm of the inverter shown in FIG. 10, and an error occurs in the output voltage due to this period. There is a need to.
The output voltage error compensation at the time of the two-phase modulation may be performed in the same manner as in the first embodiment. However, in order to detect whether or not switching is performed in order to control the input current in a sine wave shape, the output voltage error compensation in the first embodiment is performed. The input current command i * is used instead of the switching detection signal dpr . That is, in this embodiment, the input current command i * is a switching detection signal.
Further, the calculation of the output voltage error and the compensation amount may be performed using the commutation period T comm instead of the dead time T d in Expressions 6 to 9.

上述した各実施形態によれば、PWM整流器1及びインバータ2からなる電力変換器やマトリクスコンバータ4等の電力変換器において、二相変調時におけるインバータ2のデッドタイムやPWM整流器1のスイッチング、マトリクスコンバータ4の転流期間等に起因する出力電圧誤差を的確に補償することができる。   According to each of the embodiments described above, in a power converter such as the power converter formed of the PWM rectifier 1 and the inverter 2 and the matrix converter 4, the dead time of the inverter 2 during two-phase modulation, the switching of the PWM rectifier 1, the matrix converter The output voltage error caused by the commutation period 4 can be compensated accurately.

本発明の第1実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows 1st Embodiment of this invention. 第1実施形態における補償量の演算処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calculation process of the compensation amount in 1st Embodiment. 第1実施形態により出力電圧の誤差補償を行った場合の出力線間電圧の高調波解析結果を示す図である。It is a figure which shows the harmonic analysis result of the output line voltage at the time of performing error compensation of the output voltage by 1st Embodiment. 本発明の第2実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows 3rd Embodiment of this invention. 従来技術の構成図である。It is a block diagram of a prior art. 直流リンク部にフィルタを備えた電力変換器のスイッチング素子に対する指令値及び出力端電位を示す図である。It is a figure which shows the command value and output terminal electric potential with respect to the switching element of the power converter provided with the filter in the direct-current link part. 他の従来技術の構成図である。It is a block diagram of another prior art. 図8における出力電圧誤差の説明図である。It is explanatory drawing of the output voltage error in FIG. 直流リンク部にフィルタを備えない電力変換器の二相変調時のシミュレーション結果を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the simulation result at the time of the two-phase modulation of the power converter which does not provide a filter in a direct-current link part. 図10における出力線間電圧の高調波解析結果を示す図である。It is a figure which shows the harmonic analysis result of the output line voltage in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1:PWM整流器
2:インバータ
4:マトリクスコンバータ
11:半導体スイッチング素子
100,100A:整流器制御手段
101:整流器PWMパターン作成手段
102:第2の補償量演算手段
200A:インバータ制御手段
200B:マトリクスコンバータ制御手段
202,202B:二相変調手段
203:インバータPWMパターン作成手段
203B:PWMパターン作成手段
204,204B:第1の補償量演算手段
300:負荷電流極性判別手段
400:整流器スイッチング検出手段
500:電圧大小検出手段
501:最大電圧検出手段
502:中間電圧検出手段
503:最小電圧検出手段
Sup,Sun:半導体スイッチング素子
S:双方向スイッチ
Dup,Dun:還流ダイオード
1: PWM rectifier 2: Inverter 4: Matrix converter 11: Semiconductor switching element 100, 100A: Rectifier control means 101: Rectifier PWM pattern creation means 102: Second compensation amount calculation means 200A: Inverter control means 200B: Matrix converter control means 202, 202B: Two-phase modulation means 203: Inverter PWM pattern creation means 203B: PWM pattern creation means 204, 204B: First compensation amount calculation means 300: Load current polarity determination means 400: Rectifier switching detection means 500: Voltage magnitude detection Means 501: Maximum voltage detection means 502: Intermediate voltage detection means 503: Minimum voltage detection means Sup, Sun: Semiconductor switching element S: Bidirectional switch Dup, Dun: Free-wheeling diode

Claims (3)

交流−直流変換を行うPWM整流器と、このPWM整流器に接続されて直流−交流変換を行うインバータと、からなる電力変換器を制御する制御装置において、
前記制御装置は、
インバータを二相変調するための出力電圧指令を生成する二相変調手段と、
インバータの二相変調時に発生する出力電圧誤差を補償するために出力電圧指令を補正する補償量を演算する第1の補償量演算手段と、
補正後の出力電圧指令に基づいてインバータの半導体スイッチング素子に対するPWMパルスを作成するインバータPWMパターン作成手段と、
入力電流指令に基づいてPWM整流器の半導体スイッチング素子に対するPWMパルスを作成する整流器PWMパターン作成手段と、
PWM整流器のスイッチングの有無を検出するスイッチング検出手段と、
各相の入力電圧から最大相の電圧、中間相の電圧、最小相の電圧を検出する電圧大小検出手段と、
負荷電流の極性判別手段と、を備え、
第1の補償量演算手段は、前記電圧大小検出手段の出力、前記極性判別手段の出力、前記スイッチング検出手段の出力、インバータのスイッチング周波数及びデッドタイムを用いて、出力電圧指令を補正する補償量を演算することを特徴とする電力変換器の制御装置。
In a control device for controlling a power converter comprising a PWM rectifier that performs AC-DC conversion and an inverter that is connected to the PWM rectifier and performs DC-AC conversion,
The controller is
Two-phase modulation means for generating an output voltage command for two-phase modulating the inverter;
First compensation amount computing means for computing a compensation amount for correcting the output voltage command in order to compensate for an output voltage error that occurs during two-phase modulation of the inverter;
Inverter PWM pattern creating means for creating a PWM pulse for the semiconductor switching element of the inverter based on the corrected output voltage command;
Rectifier PWM pattern creation means for creating a PWM pulse for the semiconductor switching element of the PWM rectifier based on the input current command;
Switching detection means for detecting the presence or absence of switching of the PWM rectifier;
Voltage magnitude detection means for detecting the maximum phase voltage, intermediate phase voltage, minimum phase voltage from the input voltage of each phase;
Load polarity determination means,
The first compensation amount calculating means corrects the output voltage command using the output of the voltage magnitude detecting means, the output of the polarity determining means, the output of the switching detecting means, the switching frequency and dead time of the inverter. A control device for a power converter, wherein
交流−直流変換を行うPWM整流器と、このPWM整流器に接続されて直流−交流変換を行うインバータと、からなる電力変換器を制御する制御装置において、
前記制御装置は、
インバータを二相変調するための出力電圧指令を生成する二相変調手段と、
インバータの二相変調時にインバータのデッドタイムに起因して発生する出力電圧誤差を補償するために出力電圧指令を補正する補償量を演算する第1の補償量演算手段と、
補正後の出力電圧指令に基づいてインバータの半導体スイッチング素子に対するPWMパルスを作成するインバータPWMパターン作成手段と、
PWM整流器のスイッチングに起因して発生する出力電圧誤差を補償するために入力電流指令を補正する補償量を演算する第2の補償量演算手段と、
補正後の入力電流指令に基づいてPWM整流器の半導体スイッチング素子に対するPWMパルスを作成する整流器PWMパターン作成手段と、
各相の入力電圧から最大相の電圧、中間相の電圧、最小相の電圧を検出する電圧大小検出手段と、
負荷電流の極性判別手段と、を備え、
第1の補償量演算手段は、前記電圧大小検出手段の出力、前記極性判別手段の出力、インバータのスイッチング周波数及びデッドタイムを用いて出力電圧指令を補正する補償量を演算し、
第2の補償量演算手段は、前記電圧大小検出手段の出力、前記極性判別手段の出力、PWM整流器のスイッチング周波数及びデッドタイムを用いて、入力電流指令を補正する補償量を演算することを特徴とする電力変換器の制御装置。
In a control device for controlling a power converter comprising a PWM rectifier that performs AC-DC conversion and an inverter that is connected to the PWM rectifier and performs DC-AC conversion,
The controller is
Two-phase modulation means for generating an output voltage command for two-phase modulating the inverter;
First compensation amount computing means for computing a compensation amount for correcting the output voltage command in order to compensate for an output voltage error caused by inverter dead time during two-phase modulation of the inverter;
Inverter PWM pattern creating means for creating a PWM pulse for the semiconductor switching element of the inverter based on the corrected output voltage command;
Second compensation amount computing means for computing a compensation amount for correcting the input current command in order to compensate for an output voltage error caused by switching of the PWM rectifier;
Rectifier PWM pattern creating means for creating a PWM pulse for the semiconductor switching element of the PWM rectifier based on the corrected input current command;
Voltage magnitude detection means for detecting the maximum phase voltage, intermediate phase voltage, minimum phase voltage from the input voltage of each phase;
Load polarity determination means,
The first compensation amount calculation means calculates a compensation amount for correcting the output voltage command using the output of the voltage magnitude detection means, the output of the polarity determination means, the switching frequency and dead time of the inverter,
The second compensation amount calculation means calculates a compensation amount for correcting the input current command using the output of the voltage magnitude detection means, the output of the polarity determination means, the switching frequency of the PWM rectifier, and the dead time. A power converter control device.
交流−交流直接変換により任意の大きさ及び周波数の交流電圧を得るようにした電力変換器を制御する制御装置において、
前記制御装置は、
電力変換器を二相変調するための出力電圧指令を生成する二相変調手段と、
電力変換器の二相変調時に発生する出力電圧誤差を補償するために出力電圧指令を補正する補償量を演算する第1の補償量演算手段と、
補正後の出力電圧指令に基づいて電力変換器の半導体スイッチング素子に対するPWMパルスを作成するPWMパターン作成手段と、
電力変換器のスイッチングの有無を検出するスイッチング検出手段と、
各相の入力電圧から最大相の電圧、中間相の電圧、最小相の電圧を検出する電圧大小検出手段と、
負荷電流の極性判別手段と、を備え、
第1の補償量演算手段は、前記電圧大小検出手段の出力、前記極性判別手段の出力、前記スイッチング検出手段の出力、電力変換器のスイッチング周波数及び転流期間を用いて出力電圧指令を補正する補償量を演算することを特徴とする電力変換器の制御装置。
In a control device for controlling a power converter configured to obtain an AC voltage having an arbitrary magnitude and frequency by AC-AC direct conversion,
The controller is
Two-phase modulation means for generating an output voltage command for two-phase modulating the power converter;
First compensation amount computing means for computing a compensation amount for correcting the output voltage command in order to compensate for an output voltage error that occurs during two-phase modulation of the power converter;
PWM pattern creating means for creating a PWM pulse for the semiconductor switching element of the power converter based on the corrected output voltage command;
Switching detection means for detecting the presence or absence of switching of the power converter;
Voltage magnitude detection means for detecting the maximum phase voltage, intermediate phase voltage, minimum phase voltage from the input voltage of each phase;
Load polarity determination means,
The first compensation amount calculation means corrects the output voltage command using the output of the voltage magnitude detection means, the output of the polarity determination means, the output of the switching detection means, the switching frequency and the commutation period of the power converter. A control device for a power converter, wherein a compensation amount is calculated.
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