CN1222102C - 电力变换装置的控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明电力变换装置的控制电路要解决的是由于存在不能够用一次就选择最合适的开关模式的情况，就需要额外的开关动作，逆变器效率低下的课题。该控制电路具备检测逆变器电流的电流传感器(10)、发生电流指令值的三相电流指令发生电路(801)、求电流指令值及逆变器电流的电流偏差的加减法运算器(851)、检测三相电源(5)的电压的电压检测电路(812)、和对电流偏差矢量设定允许范围区域，在电流偏差矢量不在允许范围区域内时，根据三相电源电压矢量，对逆变器的多个输出电压矢量求电流偏差矢量的移动方向，将电流偏差矢量的移动方向向着允许范围区域的输出电压矢量输出的开关模式的选择用的PWM模式选择电路(811)。

Description

电力变换装置的控制电路
技术领域
本发明涉及具备例如电动机驱动用逆变器、大功率因素变换器、有源滤波器、LC滤波器的正弦波电压输出型逆变器等电力变换装置，即对输出电流的瞬时值进行控制的瞬时波形控制型的电力变换装置的控制电路。特别是涉及由在1周期内进行多次开关动作的开关元件构成的控制电路。
背景技术
下面参照附图对已有的电力变换装置的控制电路进行说明。图17是在例如“电气学会论文志Vol.12B、No.2(昭61)、P.9～16、‘能够抑制高次谐波和响应高速电流的电流控制型PWM逆变器’”所示的已有的电力变换装置的控制电路的结构图。还有，该图17是将上述文献上所示的已有的逆变器的控制电路改写为与本发明同样形式的图。
在图17中，1是三相逆变器主电路，2是电动机等的负载，4是直流电源，10U、V、W是检测逆变器电流的电流传感器，801是三相正弦波电流指令发生电路，802是电流偏差矢量检测电路，803是推定在负载端发生的反电动势VBOU、VBOV、VBOW的反电动势推定电路，804是PWM模式表电路，851U、V、W是加减法运算器。
又，在该图中21U、V、W是负载2的电感，22U、V、W是负载2的内部感应电动势。
图18是三相逆变器主电路1的结构图。
如图18所示，由例如开关元件S1～S6构成全电桥。
下面参照附图对已有的电力变换装置的控制电路的动作进行说明。
在图17中，控制电路构成为进行瞬时电流控制的电流控制回路。加减法运算器851U、V、M求作为三相正弦波电流指令发生电路801的输出的逆变器能够流出的电流指令值IAU*、V*、W*与电流传感器10U、V、W检测出的逆变器电流IAU、V、W的电流差ΔiU、V、W。反电动势推定电路803根据上述电流差ΔiU、V、W推定负载端的反电动势VBOU、V、W，求反电动势矢量VB，检测该反电动势矢量VB是处于图19所示的区域[I]～[VI]中的哪一个区域。
图19表示根据逆变器1的开关元件的状态输出的8种电压矢量V0～V7与利用电压矢量V0～V7区分的6个区域[I]～[VI]。
电流偏差矢量检测电路802根据上述电流偏差ΔiU、V、W求电流偏差矢量ΔI，检测该电流偏差矢量ΔI处于图20所示的区域(1)～(7)的哪一个区域。
在本说明书中，附图上的带圆圈的数字为了方便使用带刮号的(1)、(2)、(3)等记述。
对于电流偏差矢量ΔI，设定相应于电流控制的精度决定的规定允许范围，表示电流偏差矢量ΔI是在允许范围内的是区域(7)，表示电流偏差矢量ΔI是在允许范围外的是其周围的区域(1)～(6)。
PWM模式表电路804从上述反电动势矢量VB的区域与电流偏差矢量ΔI的区域，按照图22选择开关模式k0～k7，根据该开关模式k0～k7决定图21所示的三相逆变器1的6个开关元件的开关状态。
例如，假如反电动势矢量VB处于区域[I]，在这种情况下，电流偏差矢量ΔI处于区域(1)或区域(5)时选择k1，ΔI处于区域(2)或区域(3)时选择k3，ΔI处于区域(4)或区域(6)时选择k0或k7。又，在电流偏差矢量ΔI处于区域(7)时，选择开关模式以使其开关模式保持原样。
三相逆变器1依据上述PWM模式表电路804的开关指令使开关元件导通或截止，对逆变器电流IAU、V、W进行控制。
下面对利用上述控制使电流偏差矢量ΔI如何随着数据而变化进行说明。
例如，考虑在图19中反电动势矢量VB处于区域[I]内的VL，又，在图20中电流偏差矢量ΔI处于区域[I]内的ΔIa的情况。
从图22，在该状态下选择k1，电流偏差矢量ΔI向图19所示的VL与V1的差即VL1的方向移动，从图20的ΔIa进入允许范围内即区域(7)。
但是，在电流偏差矢量ΔI处于图20的ΔIb的情况下，同样选择开关模式k1，但是，电流偏差矢量ΔI不进入允许范围内，一旦向区域(3)移动，接着就根据区域[I]与区域(3)的条件选择开关模式k3，以此使电流偏差矢量ΔI向VL3的方向移动，进入作为允许范围的区域(7)。
在这种情况下，在电流偏差矢量ΔI处于ΔIb的时刻，如果选择开关模式k3，则电流偏差矢量ΔI沿着图20的虚线移动，因此利用一次开关模式变更，理应能够使电流偏差矢量ΔI进入允许范围内即区域(7)。
在上面所述的已有的电力变换装置的控制电路中，由于有时候不能够用一次选择好电流偏差矢量ΔI进入允许范围内的最佳输出电压，因此就需要额外的开关动作，其结果是，产生了开关元件的损失增加，电力变换装置的效率低下的问题。
本发明为解决上述问题而作，其目的在于获得开关次数少的能够选择最佳输出电压矢量的电力变换装置的控制电路。
发明内容
本发明第1方面的电力变换装置的控制电路，具备检测由多个开关元件构成的电力变换装置的输出电流的电流传感器、发生电流指令值的三相电流指令发生电路、求所述电流指令值及所述输出电流的电流偏差的加减法运算器、检测通过电抗器连接于所述电力变换装置的三相电源的电压的电压检测电路、以及PWM模式选择电路，所述PWM模式选择电路根据所述电流偏差求得电流偏差矢量，在所述电流偏差矢量不处于相应于电流控制精度的预定允许范围区域的情况下，根据对应于所述电压检测电路检测出的所述三相电源电压的电源电压矢量与对应于响应所述电力变换装置的多个开关元件的状态输出的电压的多个输出电压矢量之间的差矢量，所述PWM模式选择电路求得所述电流偏差矢量的多个移动方向，在所述电流偏差矢量的多个移动方向中，所述PWM模式选择电路选择使得所述电流偏差矢量朝所述允许范围区域的方向移动的开关模式，所述PWM模式选择电路生成对应于所选择的开关模式的各开关元件的开/关指令，并将所述指令输出给所述电力变换装置。
本发明第2方面的电力变换装置的控制电路，所述PWM模式选择电路在所述求得的多个移动方向中，选择所述电流偏差矢量的移动方向向着所述允许范围区域，并且所述电流偏差矢量通过所述允许范围区域所需要的时间最长的开关模式。
本发明第3方面的电力变换装置的控制电路，所述电力变换装置是由多个开关元件构成的三相逆变器，所述PWM模式选择电路在所述求得的多个移动方向中，选择所述电流偏差矢量的移动方向向着所述允许范围区域，并且开关模式变更需要的所述多个开关元件的开关次数所相当的权重系数乘以所述电流偏差矢量通过所述允许范围区域所需要的时间得到的值最大的开关模式。
本发明第4方面的电力变换装置的控制电路，所述PWM模式选择电路在输出零电压矢量时，求所述电流偏差矢量通过所述允许范围区域所需要的时间乘以根据所述开关模式变更需要的开关次数决定的权重系数得到的评价函数，选择该评价函数的值最长的开关模式。
本发明第5方面的电力变换装置的控制电路，所述允许范围区域是正六边形。
本发明第6方面的电力变换装置的控制电路，所述正六边形的各边配置为与所述电力变换装置输出的、具有一定大小的有电压矢量垂直相交。
本发明第7方面的电力变换装置的控制电路，所述正六边形的各边配置为与所述电力变换装置输出的、具有一定大小的有电压矢量以60度相交。
本发明第8方面的电力变换装置的控制电路，所述PWM模式选择电路在所述求得的电流偏差矢量不在所述允许范围区域的情况下如果当前正在输出的开关指令是使所述电流偏差矢量向所述允许范围区域的方向移动的指令，就不使输出的开关指令改变。
本发明第9方面的电力变换装置的控制电路，所述PWM模式选择电路在输出零电压矢量时，求所述电流偏差矢量通过所述允许范围区域所需要的时间乘以根据所述开关模式变更需要的各相的开关次数的偏差决定的权重系数得到的评价函数，选择该评价函数的值最长的开关模式。
本发明第10方面的电力变换装置的控制电路，所述PWM模式选择电路根据三相电源的电压和电流指令值的微分分量以及电力变换装置的输出电压求得所述电流偏差矢量的移动方向。
附图说明
图1是本发明实施形态1的电力变换装置的控制电路的结构图。
图2是本发明实施形态1的电力变换装置的控制电路的PWM模式选择电路的结构图。
图3是本发明实施形态1的电力变换装置的控制电路的动作流程图。
图4是本发明实施形态1的电力变换装置的控制电路的三相电源电压矢量图。
图5是本发明实施形态1的电力变换装置的控制电路的电流偏差矢量图。
图6是本发明实施形态2的电力变换装置的控制电路的动作流程图。
图7是本发明实施形态3的电力变换装置的控制电路的电流偏差矢量图。
图8是本发明实施形态3的电力变换装置的控制电路的权重系数图。
图9是本发明实施形态3的电力变换装置的控制电路的动作流程图。
图10是本发明实施形态4的电力变换装置的控制电路的权重系数图。
图11是本发明实施形态5的电力变换装置的控制电路的电流偏差矢量说明图。
图12是本发明实施形态5的电力变换装置的控制电路的电流偏差矢量图。
图13是本发明实施形态6的电力变换装置的控制电路的动作流程图。
图14是本发明实施形态7的电力变换装置的控制电路的权重系数图。
图15是本发明实施形态7的电力变换装置的控制电路的权重系数图。
图16是本发明实施形态7的电力变换装置的控制电路的权重系数图。
图17是已有的电力变换装置的控制电路的结构图。
图18是已有的电力变换装置的控制电路的三相逆变器结构图。
图19是已有的电力变换装置的控制电路的反电动势矢量图。
图20是已有的电力变换装置的控制电路的电流偏差矢量图。
图21是已有的电力变换装置的控制电路的模式与开关状态的关系图。
图22是已有的电力变换装置的控制电路的反电动势的区域与电流偏差的区域的关系图。
具体实施形态
实施形态1
下面参照附图对于本发明实施形态1的电力变换装置的控制电路进行说明。图1是本发明实施形态1的电力变换装置的控制电路的结构图。各图中相同的符号表示相同或相当的部分。
在图1中，对与上述图17对应的功能标以相同的符号，省略其详细说明。
在图1中，3U、V、W是电抗器，5U、V、W是市电等三相电源，812是检测三相电源5U、V、W的电压VRU、VRV、VRW的电压检测电路，811是根据电流偏差与电压检测电路812检测出的三相电源的电压VRU、V、W选择开关模式，将与该开关模式相当的导通截止信号输出到三相逆变器主电路1的各开关元件的，作为开关指令发生手段的PWM模式选择电路。
三相电源5U、V、W作为利用三相逆变器1、电抗器3U、V、W，将流入电抗器3U、V、W的电流控制为相当于三相电源功率因数为1的正弦波电流的高功率因数变换器、或发生高次谐波电流的有源滤波器等系统连接逆变器工作。又，在具备由电抗器与电容器构成的滤波器的无停电电源装置的逆变器中，也可以把电容器电压看作三相电源5U、V、W。
也可以不利用电压检测电路812对电压进行检测，而代之以像已有例那样根据电流偏差等推定实际电压。
又，在图1中，4是直流电源，10U、V、W是检测逆变器电流的电流传感器，801是三相电流指令发生器，851U、V、W是加减运算器。三相电流指令发生电路801如果是高功率因数变换器就发生正弦波状的电流指令，如果是有源滤波器就发生含有高次谐波的电流指令，又，如果是无停电电源装置的逆变器，就发生将电容器电压控制为正弦波用的电流指令。
下面参照附图对本实施形态1的电力变换装置的控制电路的动作进行说明。
以使三相逆变器主电路1的上下臂(参照图18)的开关元件的一个导通而使另一个截止的条件取得的电压矢量有8个，图19以U、V、W坐标表示该电压矢量。
对于输出电压矢量V0～V7，将开关模式定义为k0～k7，则各开关元件的状态如图21所示。在这里，图21中的U、V、W、X、Y、Z分别对应于图18的S1、S2、S3、S4、S5、S6。
如图19所示，开关模式k1～k6对应于具有一定的大小的有电压矢量。但是，开关模式k0是上臂的三个相U、V、W全部截止，下臂的三个相X、Y、Z全部导通的开关状态。又，开关模式k7是上臂的三个相U、V、W全部导通，下臂的三个相X、Y、Z全部截止的开关状态。开关模式k0和k7都是大小为0的零电压矢量。
PWM模式选择电路811是以电流偏差Δiu、V、W及三相电源的电压VRU、V、W为输入，选择将电流偏差控制于允许范围以内的开关模式进行输出的电路，用例如图2所示的数字控制电路构成。
在图2中，811a是闸门电路阵列，811b是发生闸门阵列的动作时刻的基准信号的石英振荡器，811c～811h是将模拟信号变换为数字信号的AD变换电路。
闸门阵列811a以1～100微秒左右的间隔通过AD变换电路811c～811h将电流偏差ΔiU、V、W及三相电源的电压VRU、V、W取入，求将电流偏差控制于允许范围(区域(7))以内的开关模式。
图3是表示在闸门阵列进行的处理的流程图。
在步骤10根据电流偏差ΔiU、V、W求电流偏差矢量ΔI。
接着，在步骤20判断该电流偏差矢量ΔI是否处于图20所示的区域(7)，如果是处于区域(7)，就不使输出的开关模式改变(步骤30)。
另一方面，在不处于区域(7)时，在步骤40，对于三相逆变器主电路1输出电压矢量V0～V7的各种情况求电流偏差矢量ΔI是向哪一个方向移动的。电流偏差矢量ΔI的移动方向如下所述，是三相电源电压与三相逆变器主电路1的输出电压的差的矢量的方向。
接着，在步骤50，选择输出对于电压矢量V0～V7的电流偏差ΔI的移动方向向着图20所示的区域(7)的电压矢量的开关模式。
接着，在步骤60，作成与所选择的开关模式对应的PWM模式、即各开关元件的导通/截止指令，从闸门阵列811a输出。在这里，区域(7)的大小与电流偏差矢量ΔI的允许范围对应，电流指令值与逆变器电流的偏差正比与区域(7)的六边形的一边的大小。又，区域(7)以各相的电流偏差为对象形成六边形，但是只要能够满足允许范围，则也可以形成圆或四边形等。
接着说明电流偏差矢量ΔI的移动方向为三相电源电压与逆变器输出电压的差矢量的方向的情况。逆变器电压矢量VA和三相电源电压矢量VR与施加于电抗器上的电压矢量VL的关系如下式所示：
VL＝L×di/dt＝VA-VR                                   ……(1)
L是电抗器的电感值。现在在这里，T1时间的电流IA(T1)，取在施加VL于电抗器经过ΔT的时间之后的电流，在从T1到T1+ΔT这一段时间，考虑三相电源VR为一定值，则下式(2)成立。
IA(T1+ΔT)-IA(T1)＝(ΔT/L)×(VA-VR)                   ……(2)
又，这时的电流偏差Δi(T1+ΔT)如下式(3)所示：
Δi(T1+ΔT)＝IA*(T1+ΔT)-IA(T1+ΔT)                   ……(3)
在从T1到T1+ΔT这一段时间，考虑逆变器电流指令值IA*为一定值，则根据式(2)、(3)可以证明下式(4)成立。
Δi(T1+ΔT)-Δi(ΔT)＝(ΔT/L)×(VR-VA)                ……(4)
根据该式(4)可以了解到，如果三相电源VR与逆变器电流指令值IA*在ΔT这一段时间可以看作一定值，则可以根据三相电源VR与逆变器输出电压VA的差决定电流偏差每隔时间ΔT的变化。上述公式是以纯量表示的，但是如果把这些在UVW坐标上扩展考虑，则电流偏差矢量ΔI就向三相电源电压矢量与逆变器输出电压矢量的差矢量的方向移动。
例如，如图4所示，在区域[I]有三相电源电压矢量时，在上述步骤40，三相电源电压与三相逆变器主电路1的输出电压矢量V0～V7的差矢量求得为图中的VL0～VL6。在这里，VL0是对应于零矢量V0、V7的差矢量。如果由于电流偏差矢量ΔI向差矢量VL方向移动使电流偏差矢量ΔI处于图5所示的位置，差矢量为VL0、VL2、VL4、VL6，则电流偏差矢量ΔI向区域(7)的方向移动。因此，在这个例子的情况下在上述步骤50选择开关模式k0、k2、k4、k6、k7中的某一个即可。
这样做，能够选择电流偏差矢量ΔI进入允许范围内用的合适的开关模式，因此可以免去不需要的开关动作。
实施形态2
下面参照附图对本发明实施形态2的电力变换装置的控制电路进行说明。
上述实施形态1中，只是求电流偏差矢量ΔI向区域(7)的方向移动的开关模式，但是在本实施形态2中，在电流偏差矢量ΔI向区域(7)的方向移动的开关模式存在多个的情况下，采用能够选择开关模式的变更间隔变长的开关模式的结构。
图6是表示在本发明实施形态2的闸门电路阵列进行的处理的的流程图。与上述实施形态1不同的是改变步骤50的处理内容，采用步骤51，其他与实施形态1相同。
在电流偏差矢量ΔI向区域(7)的方向移动的开关模式存在多个的情况下，考虑选择哪一个开关模式，开关模式的变更间隔会变长。
在图5中，例如，如果使电流偏差矢量ΔI处于图5所示的位置，则差矢量如果是VL0、VL2、VL4、VL6，电流偏差矢量ΔI就向区域(7)的方向移动。
在这里，对这些差矢量着眼于区域(7)的通过时间进行比较。根据上式(4)，电流偏差每单位时间的变化正比于三相电源电压与逆变器输出电压的差，因此电流偏差矢量的移动速度与差矢量的大小成比例。对于差矢量VL0、VL2、VL4、VL6中的每一个求通过区域(7)的通过时间TVL0、TVL2、TVL4、TVL6。
TVL0＝1/L×(线段AB的长度)/|VL0|                   ……(5)
TVL2＝1/L×(线段AC的长度)/|VL2|                   ……(6)
TVL4＝1/L×(线段AD的长度)/|VL4|                   ……(7)
TVL6＝1/L×(线段AE的长度)/|VL6|                   ……(8)
如果选择与通过时间最长的差矢量对应的开关模式，则电流偏差矢量ΔI停留于区域(7)中的时间最长，接着变成区域(7)的范围外，到重新改变开关模式的时间间隔也最长。
在图5的情况下，TVL0最长，可以选择k0或k7。在图6的步骤51，这样，电流偏差矢量ΔI向区域(7)的方向移动，并且选择电流偏差矢量ΔI通过区域(7)所需要的时间最长的开关模式。
由于采用如上所述的结构，可以选择电流偏差矢量ΔI进入允许范围内用的开关模式，因此可以免去不需要的开关动作，而且由于变更开关模式的间隔变长，可以减少开关次数。
实施形态3
下面参照附图对本发明实施形态3的电力变换装置的控制电路进行说明。
上述实施形态2中，着眼于电流偏差矢量ΔI通过区域(7)的时间对开关模式进行选择，而在本实施形态3中，在从当前的开关模式变更为新选择的开关模式时，也考虑三相逆变器主电路1的3个臂中有几个臂要开关，采用能够根据通过时间与开关模式变更时的开关次数选择开关模式的结构。
如图4所示，在例如区域[I]有三相电源电压矢量时，在步骤40，三相电源电压与三相逆变器主电路1的输出电压矢量V0～V7的差矢量求得为图中的VL0～VL6。在这里，VL0是对应于零矢量V0、V7的差矢量。
由于电流偏差矢量ΔI向差矢量VL的方向移动，如果使电流偏差矢量ΔI处于图5所示的位置，则差矢量如果是VL2、VL3、VL6，电流偏差矢量ΔI就向区域(7)的方向移动。对差矢量VL2、VL3、VL6中的每一个求通过区域(7)的通过时间TVL2、TVL3、TVL6。
TVL2＝1/L×(线段AB的长度)/|VL2|                    ……(9)
TVL3＝1/L×(线段AC的长度)/|VL3|                    ……(10)
TVL6＝1/L×(线段AD的长度)/|VL6|                    ……(11)
上述实施形态2的结构中，在图7的情况下TVL3最长，选择了开关模式k3。
在本实施形态3中，不但对通过区域(7)的时间进行评价，而且还要考虑从当前的开关模式变更为新选择的开关模式时三相逆变器主电路1的3个臂中几个臂需要进行开关。
在图7中，前一次选择的开关模式为k0的情况下，在选择开关模式k2、k3、k6时进行开关的臂的数目分别为、1、2、2。在有通过区域(7)的时间相同的开关模式的情况下，从当前的开关状态变更为下一个开关模式时，选择进行开关的臂的数目少的开关模式能够降低逆变器的开关频率。
因此，对于通过区域(7)的时间TVL，使用图8中提供的加权的新的评价函数WTVL。
在图7的情况下，与差矢量VL2、VL3、VL6对应的评价函数WTVL如下式所示。
WTVL2＝1/L×(线段AB的长度)/(|VL2|×W02)     ……(12)
WTVL3＝1/L×(线段AC的长度)/(|VL3|×W03)     ……(13)
WTVL6＝1/L×(线段AD的长度)/(|VL6|×W06)     ……(14)
W02、W03、W06相当于要开关的臂的数目，在前一次被选择，根据三相逆变器1当前正在输出的开关模式与作为评价函数WTVL的计算对象的开关模式由图8提供。
W02＝1                                      ……(15)
W03＝2                                      ……(16)
W06＝2                                      ……(17)
权重W与等效地把差矢量的大小乘以权重数，对通过区域(7)的时间进行评价的情况相同。在图7的情况下，以VL3为VL3′，以VL6为VL6′，选择通过区域(7)所需要的时间最长的开关模式。在图7的情况下，WTVL2最长，选择开关模式k2。
图9是表示本发明实施形态3的闸门阵列进行的处理流程图。与上述实施形态2不同的是变更了步骤51的处理内容，采用步骤52，其他与实施形态2相同。
在步骤52，电流偏差矢量ΔI向区域(7)的方向移动，并且对电流偏差矢量ΔI通过区域(7)所需要的时间加以与进行开关的臂的数目相当的权重进行评价，选择对于降低开关频率最合适的开关模式。
由于具有上述结构，可以选择对于电流偏差矢量ΔI进入允许范围内最合适的开关模式，因此，可以免去不需要的开关，而且为了降低开关频率，可以选择最合适的开关模式。
实施形态4
下面参照附图对本发明实施形态4的电力变换装置的控制电路进行说明。
开关模式k0和k7都是大小为0的零电压矢量，从电流控制性能的观点看来，选择哪一种都是一样的。在本实施形态4，说明在上述实施形态3的基础上，在输出零电压矢量时选择开关模式k0和k7，以减少开关次数的方法。
实施形态4与实施形态3的不同点在于，在上述实施形态3中，对开关模式k0和k7不加以区别地根据图8决定权重，而在本实施形态4中，根据以要进行开关的臂的数目表示变更为开关模式k0时的权重和变更为开关模式k7时的权重的图10决定权重，其他都与实施形态3相同。
利用上面所述的结构，可以选择对于电流偏差矢量ΔI进入允许范围内最合适的开关模式，因此，可以免去不需要的开关，而且为了降低开关频率，可以选择最合适的开关模式，包括两个零电压矢量的灵活使用。
实施形态5
下面参照附图对本发明实施形态5的电力变换装置的控制电路进行说明。
在上述实施形态1中正六边形的区域(7)的位置配置为使正六边形各边与UVW坐标的轴U、V、W垂直相交。在本实施形态5与实施形态1的不同在于，其正六边形的配置是相对于上述实施形态1的配置旋转30度进行配置，其他与实施形态1相同。
如图4所示，例如在区域[I]有三相电源电压矢量时，三相电源电压与三相逆变器主电路1的输出电压矢量V0～V7的差矢量为图中的VL0～VL6。由于电流偏差矢量ΔI向差矢量VL的方向移动，假如电流偏差矢量ΔI位于图11所示的位置，则用任何差矢量都不能够使电流偏差矢量ΔI向区域(7)的方向移动。
与其相反，图12表示本实施形态5的六边形的区域(7)的位置。即使是与图11相同实施形态，使电流偏差矢量ΔI向区域(7)的方向移动的差矢量有VL1、VL3，可知是能够进行电流控制的。这是因为将正六边形的区域(7)的位置配置为正六边形的各边与开关模式k1～k6的有电压矢量以60°角相交的缘故。
利用这样的结构，可以可靠地选择对于电流偏差矢量ΔI进入允许范围内最合适的开关模式，可以免去不需要的开关。
实施形态6
下面参照附图对本发明实施形态6的电力变换装置的控制电路进行说明。
即使是利用逆变器的开关元件的延迟时间、电流传感器的延迟时间等的影响，改变开关模式，也有电流偏差矢量ΔI进入区域(7)需要时间的情况(下面称为“响应白费的时间”)。
在图3所示的上述实施形态1的流程图的处理中，如果电流偏差矢量ΔI是在区域(7)的范围外，则通常选定了开关模式，因此由于响应白费的时间内的三相电源电压的变化、电流指令值的变化，有时当前选定，正在输出的开关模式变成并非最佳模式，这种情况下就再度选定开关模式，进行不需要的开关。
本实施形态6中，为了解决上述存在问题，根据图13的流程图进行处理。其他与实施形态1相同。
图13的流程图是相对于图3的流程图再增加步骤21。
在步骤20，即使是判定电流偏差矢量ΔI在区域(7)的范围外，在接着的步骤21，如果当前正在输出的开关模式是使电流偏差矢量ΔI向区域(7)的方向移动的开关模式，就不改变输出的开关模式(步骤30)。
利用这样的结构，可以选择对于电流偏差矢量ΔI进入允许范围内合适的开关模式，可以免去逆变器的开关元件的延迟时间、电流传感器的延迟时间等的影响造成的不需要的开关。
实施形态7
下面参照附图对本发明实施形态7的电力变换装置的控制电路进行说明。
开关模式k0和k7都是大小为0的零电压矢量，从电流控制性能的观点看来，选择哪一种都是一样的。在本实施形态7，说明在上述实施形态3的基础上，在输出零电压矢量时选择开关模式k0和k7，以减少由电抗器的偏差等产生的各相的开关频率的偏差的方法。
在上述实施形态3，对开关模式k0和k7不加以区别地根据图8决定权重，而在本实施形态7中，根据下述规则改变变更为开关模式k0时的权重和变更为开关模式k7时的权重。
规则1
在U相臂的开关频率比其他相大的情况下，在选择零电压矢量时根据图14决定权重，以选择U相不需要开关的开关模式。
规则2
在V相臂的开关频率比其他相大的情况下，在选择零电压矢量时根据图15决定权重，以选择V相不需要开关的开关模式。
规则3
在W相臂的开关频率比其他相大的情况下，在选择零电压矢量时根据图16决定权重，以选择W相不需要开关的开关模式。
根据上述规则，将上述权重灵活应用于分时，以此可以减小各相的开关频率的偏差。又，当然也可以增加以减少开关次数为目的的图10所示的权重，将4种权重使用于分时。而且也可以着眼于开关频率小的相，选择零电压矢量使该相的开关频率增加。
利用这样的结构，可以选择对于电流偏差矢量ΔI进入允许范围内合适的开关模式，因此可以免去不需要的开关，而且能够减小各相的开关频率的偏差。
又，在上述说明中，对式(3)中逆变器电流指令值IA*在ΔT的时间内看作一定值的情况进行了叙述，但是实际上是在变化着，因此下式(18)成立：
Δi(T1+ΔT)-Δi(ΔT)＝(ΔT/L)×(VR-VA)+IA*(T1+ΔT)-IA*(T1)                                         ……(18)
用微分式表示式(18)，得到式(19)：
d/dt(Δi)＝(1/L){VR+Ld/dt(IA*)-VA}          ……(19)
利用该式(19)，根据三相电源VR和电流指令值的微分分量及逆变器输出电压VA，可以决定电流偏差Δi的变化。从而，在电抗器的电感值大或电流指令值的变化率大的情况下，求下式(20)的VR’
VR’＝VR+Ld/dt(IA*)                          ……(20)
将其与在实施形态1～实施形态7使用的三相电源VR置换，可以更高精度地控制电流偏差。
本发明第1方面的电力变换装置的控制电路，如上所述具备检测电力变换装置的输出电流的电流检测手段、发生电流指令值的三相电流指令发生手段、求所述电流指令值及所述输出电流的电流偏差的加减法运算手段、检测通过电抗器连接于所述电流变换装置的三相电源的电压，求电源电压矢量的电压检测手段、以及根据所述电流偏差求电流偏差矢量，对电流偏差矢量设定允许范围区域，在所述求得的电流偏差矢量不在所述允许范围区域内的情况下，根据所述求得的电源电压矢量，对于所述电力变换装置的多个输出电压矢量求所述电流偏差矢量的移动方向，在所述求得的多个移动方向中，将所述电流偏差的移动方向向着所述允许范围区域的输出电压矢量输出的开关指令发生手段，因此具有可以免去不需要的开关的效果。
本发明第2方面的电力变换装置的控制电路，如上所述，所述开关指令发生手段在所述求得的多个移动方向中，选择所述电流偏差矢量的移动方向向着所述允许范围区域，并且所述电流偏差矢量通过所述允许范围区域所需要的时间最长的输出电压矢量，因此具有可以使开关次数减少的效果。
本发明第3方面的电力变换装置的控制电路，如上所述，所述电力变换装置是由多个开关元件构成的三相逆变器，所述开关指令发生手段在所述求得的多个移动方向中，选择所述电流偏差矢量的移动方向向着所述允许范围区域，并且开关模式变更需要的所述多个开关元件的开关次数所相当的权重系数乘以所述电流偏差矢量通过所述允许范围区域所需要的时间得到的值最大的输出电压矢量，因此具有可以免去不需要的开关，而且可以选择最适于减少开关频率的开关模式的效果。
本发明第4方面的电力变换装置的控制电路，如上所述，所述开关指令发生手段在输出零电压矢量时，求所述电流偏差矢量通过所述允许范围区域所需要的时间乘以根据所述开关模式变更需要的开关次数决定的权重系数得到的评价函数，根据该评价函数选择输出电压矢量，因此具有可以免去不需要的开关，而且可以选择最适于减少开关频率的开关模式，包括灵活使用两个零电压矢量的效果。
本发明第5方面的电力变换装置的控制电路，如上所述，所述允许范围区域采用正六边形，因此具有可以免去不需要的开关的效果。
本发明第6方面的电力变换装置的控制电路，如上所述，所述正六边形的各边配置为与所述电力变换装置输出的有电压矢量垂直相交，因此具有可以免去不需要的开关的效果。
本发明第7方面的电力变换装置的控制电路，如上所述，所述正六边形的各边配置为与所述电力变换装置输出的有电压矢量以60度相交，因此具有可以免去不需要的开关的效果。
本发明第8方面的电力变换装置的控制电路，如上所述，所述开关指令发生手段在所述求得的电流偏差矢量不在所述允许范围区域的情况下如果当前正在输出的开关指令是使所述电流偏差矢量向所述允许范围区域的方向移动的指令，就不使输出的开关指令改变，因此具有可以免去因电流检测手段的延迟时间等的影响产生的不需要的开关的效果。
本发明第9方面的电力变换装置的控制电路，如上所述，所述开关指令发生手段在输出零电压矢量时，求所述电流偏差矢量通过所述允许范围区域所需要的时间乘以根据所述开关模式变更需要的各相的开关次数的偏差决定的权重系数得到的评价函数，根据该评价函数选择开关模式，因此具有可以免去不需要的开关，而且可以减小各相的开关频率的偏差的效果。
本发明第10方面的电力变换装置的控制电路，如上所述，所述开关指令发生手段根据电流指令的变化率求所述电流偏差矢量的移动方向，因此具有可以更高精度地控制电流偏差的效果。

Claims (10)

1.一种电力变换装置的控制电路，其特征在于，具备
检测由多个开关元件构成的电力变换装置的输出电流的电流传感器、
发生电流指令值的三相电流指令发生电路、
求所述电流指令值及所述输出电流的电流偏差的加减法运算器、
检测通过电抗器连接于所述电力变换装置的三相电源的电压的电压检测电路、以及
PWM模式选择电路，所述PWM模式选择电路根据所述电流偏差求得电流偏差矢量，在所述电流偏差矢量不处于相应于电流控制精度的预定允许范围区域的情况下，根据对应于所述电压检测电路检测出的所述三相电源电压的电源电压矢量与对应于响应所述电力变换装置的多个开关元件的状态输出的电压的多个输出电压矢量之间的差矢量，所述PWM模式选择电路求得所述电流偏差矢量的多个移动方向，在所述电流偏差矢量的多个移动方向中，所述PWM模式选择电路选择使得所述电流偏差矢量朝所述允许范围区域的方向移动的开关模式，所述PWM模式选择电路生成对应于所选择的开关模式的各开关元件的开/关指令，并将所述指令输出给所述电力变换装置。
2.根据权利要求1所述的电力变换装置的控制电路，其特征在于，所述PWM模式选择电路在所述求得的多个移动方向中，选择所述电流偏差矢量的移动方向向着所述允许范围区域，并且所述电流偏差矢量通过所述允许范围区域所需要的时间最长的开关模式。
3.根据权利要求2所述的电力变换装置的控制电路，其特征在于，所述电力变换装置是由多个开关元件构成的三相逆变器，
所述PWM模式选择电路在所述求得的多个移动方向中，选择所述电流偏差矢量的移动方向向着所述允许范围区域，并且开关模式变更需要的所述多个开关元件的开关次数所相当的权重系数乘以所述电流偏差矢量通过所述允许范围区域所需要的时间得到的值最大的开关模式。
4.根据权利要求1所述的电力变换装置的控制电路，其特征在于，所述PWM模式选择电路在输出零电压矢量时，求所述电流偏差矢量通过所述允许范围区域所需要的时间乘以根据所述开关模式变更需要的开关次数决定的权重系数得到的评价函数，选择该评价函数的值最长的开关模式。
5.根据权利要求1所述的电力变换装置的控制电路，其特征在于，所述允许范围区域是正六边形。
6.根据权利要求5所述的电力变换装置的控制电路，其特征在于，所述正六边形的各边配置为与所述电力变换装置输出的、具有一定大小的有电压矢量垂直相交。
7.根据权利要求5所述的电力变换装置的控制电路，其特征在于，所述正六边形的各边配置为与所述电力变换装置输出的、具有一定大小的有电压矢量以60度相交。
8.根据权利要求1所述的电力变换装置的控制电路，其特征在于，所述PWM模式选择电路在所述求得的电流偏差矢量不在所述允许范围区域的情况下如果当前正在输出的开关指令是使所述电流偏差矢量向所述允许范围区域的方向移动的指令，就不使输出的开关指令改变。
9.根据权利要求1所述的电力变换装置的控制电路，其特征在于，所述PWM模式选择电路在输出零电压矢量时，求所述电流偏差矢量通过所述允许范围区域所需要的时间乘以根据所述开关模式变更需要的各相的开关次数的偏差决定的权重系数得到的评价函数，选择该评价函数的值最长的开关模式。
10.根据权利要求1～9中的任一项所述的电力变换装置的控制电路，其特征在于，所述PWM模式选择电路根据三相电源的电压和电流指令值的微分分量以及电力变换装置的输出电压求得所述电流偏差矢量的移动方向。
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