CN1412926A - 电力变换装置的控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电力变换装置的控制电路。本发明的目的在于得到能够选择开关次数少的最佳模式的电力变换装置的控制电路。该电路具备：对控制电力变换装置(1)的输出电流的电流回路提供电流指令值IAU*～IAW*的电流指令发生手段(801)、求电流指令值与反馈值的电流偏差矢量ΔiU～ΔiW的电流偏差矢量检测手段、求三相电压源5U～5W的电压矢量的电压检测手段(812)、以及选择对于电力变换装置(1)的PWM模式的PWM模式选择手段(811)；在电流偏差矢量ΔiU～ΔiW超出允许偏差区域时，从由电流偏差矢量和电压矢量值限定的开关模式中选择对所述电力变换装置(1)的模式，输出PWM模式。

Description

电力变换装置的控制电路
技术领域
本发明涉及由在一个周期内进行多次开关的开关元件构成，对输出电流的瞬时值进行控制的电力变换装置的(瞬时电流波形控制型)控制电路，特别是涉及具备电动机驱动用逆变器、高功率因数变换器、有源(active)滤波器及LC滤波器的正弦波电压输出型逆变器等电力变换装置的控制电路。
背景技术
图12是已有的电力变换装置的控制电路的方框图，是例如“电气学会论文志”Vol.12B，No.2(昭61)中的“使高次谐波抑制和高速电流响应成为可能的电流控制型PWM逆变器”(第9～16页)所述的逆变器控制电路改写为与本发明相关的电路形式的方框图。
图12所示的控制电路采用进行瞬时电流控制的电流控制回路结构。
在图12中，1是电力变换装置、即三相逆变器的主电路，如图13所示，由例如3对开关元件Tr1～Tr6的全电桥构成。
10U、10V、10W是插入三相逆变器1的各输出端子的电流传感器，对从三相逆变器1输出的逆变器电流IAU、IAV、IAW进行检测。
电流传感器10U～10W与反馈控制电路(下述)一起构成对三相逆变器1的输出电流IAU～IAW的瞬时值进行控制用的电流回路。
2是连接于三相逆变器1的输出侧的负载(例如三相电动机)，具备施加U相、V相、W相的交流电压VBU、VBV、VBW的内部电感21U、21V、21W和各内部电感21U～21W上连接的内部感应电压源22U、22V、22W。
内部感应电压源22U～22W对内部电感21U～21W生成反电动势VBOU、VBOV、VBOW作为三相的感应电压。
4是连接于三相逆变器1的直流电源，将直流电源电压VD提供给三相逆变器1。
801是三相正弦波电流指令发生电路，生成对在三相逆变器1的输出侧形成的电流回路(应该流过三相逆变器)的三相正弦波电流指令值IAU*、IAV*、IAW*。
802是求与内部感应电压源22U～22W关联的电压偏差矢量的电流偏差矢量检测电路，803是推定在负载2内发生的反电动势VBOU～VBOW的反电动势推定电路。
804是PWM模式表电路(PWM pattern table circuit)，根据电流偏差矢量检测电路802和反电动势推定电路803的输出信号决定对三相逆变器1的PWM脉冲的模式。
851U、851V、851W是插入三相正弦波电流指令发生电路801的输出侧的加减法器。
三相正弦波电流指令发生电路801和加减法器851U～851W预先构成电流指令发生手段，求电流指令值IAU*～IAW*与逆变器电流(电流反馈值)IAU～IAW的电流偏差(电流偏差矢量)ΔiU、ΔiV、ΔiW。
下面参照图14～图17对图12和图13所示的已有的电力变换装置的控制电路的动作进行说明。
图14和图15是用于说明已有的电力变换装置的控制电路的动作的矢量图。
在图14中，表示出相应于三相逆变器1内的开关元件Tr1～Tr6的状态输出的8种电压矢量V0～V7和由各电压矢量V0～V7分割的6个区域〔P1〕～〔P6〕。
在图15中表示出表示电流偏差矢量ΔI(ΔIa、ΔIb)是在容许范围内的区域〔Q7〕和表示它是在容许范围外的的区域〔Q1〕～〔Q6〕。
图16是表示8种电压矢量V0～V7对应的开关模式k0～k7的说明图，表示各开关模式中的三相逆变器1内的开关元件Tr1～Tr6的开关(ON/OFF)状态。
图17是表示用于选择开关模式k0～k7的矩阵(matrix)条件的说明图，矩阵的横向对应于电流偏差矢量ΔI，纵向对应于反电动势矢量VB。
首先，在图12中，构成电流指令发生手段的加减法器851U～851W求出三相正弦波电流指令发生电路801生成的电流指令值IAU*～IAW*与电流传感器10U～10W检测出的逆变器电流IAU～IAW的电流偏差ΔiU～ΔiW。
矩阵，反电动势矢量推定电路803根据电流偏差ΔiU～ΔiW推定负载2的输入端上发生的反电动势VBU～VBW，求反电动势矢量VB，同时检测反电动势矢量VB是处于〔P1〕～〔P6〕(参考图14)中的哪一个区域。
又，电流偏差矢量检测电路802根据电流偏差ΔiU～ΔiW求电流偏差矢量ΔI，检测电流偏差矢量ΔI是处于〔Q1〕～〔Q7〕(参考图15)中的哪一个区域。
在图15中的区域〔Q7〕在对电流偏差矢量ΔI设定根据电流控制精度决定的规定容许范围的情况下显示电流偏差矢量ΔI在容许范围内。
又，区域〔Q7〕外围的区域〔Q1〕～〔Q6〕表示电流偏差矢量ΔI(ΔIa、ΔIb)处于容许范围外。
PWM模式表电路804根据图17的二维图从反电动势矢量VB的区域〔P1〕～〔P6〕和电路偏差矢量ΔI的区域〔Q1〕～〔Q6〕选择开关模式k0～k7。
又，PWM模式表电路804根据开关模式k0～k7决定三相逆变器1内的开关元件Tr1～Tr6的开关状态(参考图16)。
在图17中，例如反电动势矢量VB处于区域〔P1〕的情况下，如果电流偏差矢量ΔI处于区域〔Q1〕或〔Q5〕，则选择开关模式k1，如果处于区域〔Q2〕或〔Q3〕，则选择开关模式k3。
又，在反电动势矢量VB处于区域〔P1〕的情况下，如果电流偏差矢量ΔI处于区域〔Q4〕或〔Q6〕，则选择开关模式k0或k7，如果处于区域〔Q7〕，则保持那时的开关模式不变。
对三相逆变器1内的各开关元件Tr1～Tr6根据来自PWM模式表电路804的开关指令进行导通/截止控制。
其结果是，逆变器电流IAU～IAW被控制为与电流指令值IAU*～IAW*一致。
下面对由于上述控制电流偏差矢量ΔI如何推移加以说明。
例如考虑在图14中，反电动势矢量VB处于区域〔P1〕内，而在图15中，电流偏差矢量ΔI以ΔIa表示，处于区域〔Q1〕内的情况。
在这种状态下，根据图17的图(map)选择开关模式k1，电流偏差矢量ΔI1向反电动势矢量VB与电压矢量V1的差矢量VL1(参考图14)的方向移动。
这时，如图15内的箭头所示，从处于容许范围外的区域〔Q1〕的电流偏差矢量ΔIa进入容许范围内的区域〔Q7〕。
但是，在电流偏差矢量ΔI为图15内的ΔIb的情况下，和上面所述相同，即使选择开关模式k1也不进入区域〔Q7〕，一旦向区域〔Q3〕移动后，根据区域〔P1〕和区域〔Q3〕的条件选择开关模式k3，因此电流偏差矢量ΔI向VL3(参考图14)的方向移动，进入容许范围内的区域〔Q7〕。
在这种情况下，在电流偏差矢量ΔI处于ΔIb的时刻，如果立即选择开关模式k3，就从电流偏差矢量ΔIb沿着图15内的虚线移动，因此能够利用一次开关模式变更将电流偏差矢量ΔI纳入容许范围内的区域〔Q7〕，但是这种事情在上述已有的控制电路中完全没有得到考虑。
已有的电力变换装置的控制电路如上所述有时不能够以1次选择选择出用于使电流偏差矢量ΔI进入容许范围内的最佳开关模式，因此就要求多次开关，其结果是，存在开关元件Tr1～Tr6的损失增加，三相逆变器1(电力变换装置)的效率下降的问题。
本发明是为解决上述存在问题而作出的，其目的是得到能够选择开关次数少的最佳开关模式的电力变换装置的控制电路。
发明内容
本发明的电力变换装置的控制电路是由在一个周期内进行多次开关的开关元件构成，通过电抗器连接于三相电压源的电力变换装置，所述电力变换装置的控制电路具备：包含插入电力变换装置的输出端子的电流传感器，用于控制电力变换装置的输出电流的瞬时值的电流回路、对电流回路提供电流指令值的电流指令发生手段、求电流指令值与来自电流传感器的电流反馈值的电流偏差矢量的电流偏差矢量检测手段、求三相电压源的电压矢量的电压检测手段、以及根据电流偏差矢量和电压矢量选择对电力变换装置的PWM模式的PWM模式选择手段；PWM模式选择手段对电流偏差矢量设定容许偏差区域，同时在电流偏差矢量脱出容许偏差区域时从由电流偏差矢量和电压矢量的值限定的开关模式中选择对于电力变换装置的开关模式，输出PWM模式。
又，本发明的电力变换装置的控制电路的PWM模式选择手段求电流偏差矢量在允许偏差区域推移的推移时间，根据所述推移时间选择所述开关模式。
又，本发明的电力变换装置的控制电路的PWM模式选择手段根据推移时间，对由电压矢量值决定的特定开关模式加权，将特定开关模式优先对电力变换装置输出。
又，本发明的电力变换装置的控制电路的电压检测手段在电流指令值的时间变化量大于规定量的情况下利用电流指令值的时间微分值与电抗器的电感值的乘积对电压矢量进行修正。
又，本发明的电力变换装置的控制电路，由在一个周期内进行多次开关的开关元件构成，通过由电抗器和电容器构成的滤波电路向三相负载提供一定的三相交流电压，所述电力变换装置的控制电路具备：包含插入所述电力变换装置的输出端子的电流传感器，控制所述电力变换装置的输出电流的瞬时值用的电流回路、用于控制电力变换装置的输出电压的瞬时值的电压回路、向电压回路提供电压指令值的电压指令发生手段、求电压指令值与电压反馈值的电压偏差的电压偏差检测手段、根据电压偏差输出对电流回路的电流指令值的电压控制手段、求电流指令值与来自电流传感器的电流反馈值的电流偏差矢量的电流偏差矢量检测手段、以及根据电流偏差矢量和电压指令值，选择对于电力变换装置的PWM模式的PWM模式选择手段；PWM模式选择手段对电流偏差矢量设定允许偏差区域，同时在电流偏差矢量超出所述允许偏差区域时，从由电流偏差矢量和电压指令值限定的开关模式中选择对电力变换装置的开关模式，输出PWM模式；电压控制手段输出电流指令值，以使电压偏差矢量减小。
又，本发明的电力变换装置的控制电路的电压指令发生手段在电流指令值的时间变化量大的情况下利用电流指令值的时间微分值与电抗器的电感值的乘积对电压指令值进行修正。
附图概述
图1是本发明实施形态1的方框图。
图2是详细表示图1内的PWM模式选择电路的结构的方框图。
图3是表示本发明实施形态1的处理动作的流程图。
图4是利用本发明实施形态1选择的电压矢量的说明图。
图5是利用本发明实施形态1选择的开关模式说明用的矢量图。
图6是利用本发明实施形态2选择的开关模式说明用的矢量图。
图7是表示本发明实施形态2的处理动作的流程图。
图8是利用本发明实施形态3选择的开关模式说明用的矢量图。
图9是表示本发明实施形态3的处理动作的流程图。
图10是本发明实施形态4的方框图。
图11是利用本发明实施形态5选择的开关模式说明用的矢量图。
图12是已有的电力变换装置的控制电路的方框图。
图13是表示图12内的三相逆变器的具体结构例的电路图。
图14是利用已有的电力变换装置的控制电路选择的开关模式说明用的矢量图。
图15是利用已有的电力变换装置的控制电路选择的开关模式说明用的矢量图。
图16是利用已有的电力变换装置的控制电路选择的开关模式的说明图。
图17是利用已有的电力变换装置的控制电路选择的开关模式的说明图。
具体实施形态
实施形态1
下面参照附图对本发明的实施形态1进行详细说明。
图1是本发明实施形态1的方框图。
在图1中，对与上面所述(参考图12)相同的部件标以相同的符号，省略其详细说明。
3U、3V、3W是插入三相逆变器的输出侧的电抗器，通过电流传感器10U～10W连接于三相逆变器1的输出端子上。
5U、5V、5W是三相电压源即市电电源，与上述内部感应电压源22U～22W对应，通过电抗器3U～3W连接于三相逆变器1的输出端子上。
三相逆变器1作为系统联系逆变器(高功率因数变换器等)工作，例如将流入电抗器3U～3W的电流控制为对市电电源5U～5W功率因数为「1」的正弦波状电流。
811是与上述PWM模式表电路804对应的PWM模式选择电路，作为开关模式选择手段起作用。
812是将市电电源5U～5W的电压VRU、VRV、VRW作为电压矢量VR检测出的电压检测电路。
电压检测电路812也可以像已有的电路(图12内的电路802、803)那样，根据电流偏差ΔiU～ΔiW等推定实际电压值。
PWM模式选择电路811根据加减法器851U～851W计算出的电流偏差ΔiU～ΔiW和电压检测电路812检测出的市电电源5U～5W的各电压VRU～VRW选择开关模式。
又，PWM模式选择电路811将与所选择的开关模式相当的导通截止信号(PWM模式)输出到三相逆变器1内的各开关元件Tr1～Tr6(参考图13)。
而且PWM模式选择电路811如下所述对电流偏差矢量ΔI(ΔiU～ΔiW)设定容许偏差区域，同时在电流偏差矢量ΔI脱出容许偏差区域时从由电流偏差矢量ΔI和市电电源的电压矢量VR(VRU～VRW)的值限定的开关模式中选择对三相逆变器1的开关模式，输出PWM模式。
如上所述，在三相逆变器1内的开关元件Tr1～Tr6中，在使3对上下臂的一条导通，其他则截止的条件下取得的电压矢量有8个，各电压矢量如图14所示，可以以UVW坐标表示。
又，对图14内的输出电压矢量V0～V7定义开关模式k0～k7，则各开关元件Tr1～Tr6的导通/截止状态如图16所示。
在图16中，U、V、W、X、Y、Z分别与图13内的开关元件Tr1、Tr3、Tr5、Tr2、Tr4、Tr6对应。
又，开关模式k1～k6对应于具有一定的大小的有电压矢量。
另一方面，开关模式k0是上臂的3个相U、V、W全部截止，而下臂的3个相X、Y、Z全部导通的开关状态。开关模式k7是上臂的3个相U、V、W全部导通，而下臂的3个相X、Y、Z全部截止的开关状态。
因此，开关模式k0和k7都与大小为「0」的零电压矢量对应。
PWM模式选择电路811为了选择以电流偏差ΔiU～ΔiW及市电电源电压VRU～VRW为输入信息、将电流偏差ΔiU～ΔiW控制于容许值以内的开关模式并将其输出，采用例如图2所示的数字控制电路构成。
图2是表示PWM模式选择电路811的结构例的方框图。
在图2中，811a是门阵列，811b是发生作为门阵列811a的动作定时的基准信号的石英振荡器。
811c～811h是并联插入门阵列811a的输入侧的AD变换器，将由模拟信号构成的电流偏差ΔiU～ΔiW和市电电源电压VRU～VRW分别变换为数字信号输入到门阵列811a。
门阵列811a通过AD变换器811c～811h，以1微秒～100微秒的时间间隔取入电流偏差ΔiU～ΔiW和市电电源电压VRU～VRW，求将电流偏差ΔiU～ΔiW控制于容许值以内的开关模式。
下面参照上述图11～图16，同时参照图3的流程图和图4的说明图对本发明实施形态1的门阵列811a的处理动作进行说明。
图4表示相应于市电电源电压矢量VR的区域〔P1〕～〔P6〕选择的三相逆变器1的输出电压矢量，在这种情况下，表示从8个电压矢量V0～V7中选择的4个电压矢量的各种组合。
各电压矢量V0～V7是各开关模式k0～k7选择的值，分别对应于开关模式k0～k7。
在图3中，首先从电流偏差ΔiU～ΔiW求电流偏差矢量ΔI(步骤S10)，判断电流偏差ΔI是否处于区域〔Q7〕(参照图15)  (步骤S20)。
在步骤S20，如果判定为电流偏差矢量ΔI处于区域〔Q7〕(即判定为YES)，就选择相同的开关模式(步骤S30)，不改变当前正在输出的开关模式，进入步骤S70。
另一方面，在步骤S20，如果判定为电流偏差矢量ΔI不处于区域〔Q7〕(即判定为NO)，则检测从市电电源电压VRU～VRW求出的市电电源电压矢量VR处于区域〔P1〕～(P6〕(参考图14)中的哪一个区域(步骤S40)。
接着，根据市电电源电压矢量VR所处的区域，三相逆变器1输出按照图4选择的4个电压矢量的各情况，求电流偏差矢量ΔI向哪一个方向移动。(步骤S50)。
在这里，电流偏差矢量ΔI的移动方向如下所述，是市电电源电压VRU～VRU与三相逆变器1的输出电压VI的差矢量的方向。
接着，从根据图4选择的三相逆变器1的输出电压矢量中，选择输出电流偏差矢量ΔI的移动方向指向区域〔Q7〕的电压矢量的开关模式(步骤S60)，进入步骤S70。
最后，在步骤S70，作成与选择的开关模式对应的PWM模式(即各开关元件Tr1～Tr6的导通/截止指令)并输出。
在这里，区域〔Q7〕的大小与电流偏差矢量ΔI的容许范围对应，电流指令值IAU*～IAW*与逆变器电流IAU～IAW的偏差ΔiU～ΔiW正比于区域〔Q7〕的六角形的一边的大小。
还有，在这里，区域〔Q7〕以各相的电流偏差ΔiU～ΔiW为对象，设定为六角形，但是只要能够满足容许偏差，也可以设定为圆形、四边形等形状。
下面对电流偏差矢量ΔI的移动方向为市电电源电压VRU～VRU与逆变器输出电压的差矢量的方向加以说明。
通常，逆变器输出电压(矢量)VA、市电电源电压(矢量)VR和电抗器3U～3W上施加的电压矢量VL的关系如下述式(1)所示。
VL＝L×di/dt＝VA-VR                          ……(1)其中，在式(1)中L为电抗器3U～3W的电感值。
在这里，电压矢量VL施加于电抗器3U～3W，在T1时刻的电流记为IA(T1)，从T1时刻经过规定的时间ΔT后的电流记为IA(T1+T)，在从时刻T1到时刻T1+ΔT期间市电电源电压(矢量)VR可以认为是一定值的情况下，在规定的时间ΔT的电流变化量如下述式(2)所示。
IA(T1+ΔT)-IA(T1)＝(ΔT/L)×VL
                 ＝(ΔT/L)×(VA-VR)       ……(2)
又，时刻T1+ΔT的电流IA(T1+ΔT)与逆变器电流指令值IA*(T1+ΔT)的电流偏差Δi(T1+ΔT)如下式(3)所示。
Δi(T1+ΔT)＝IA*(T1+ΔT)-IA(T1+ΔT)             ……(3)
还有，在这里，从时刻T1到时刻T1+ΔT期间逆变器电流指令值IA*如果可以认为是一定值，根据上述式(2)和式(3)，下述式(4)成立。
Δi(T1+ΔT)-Δi(T1)＝(ΔT/L)×(VR-VA)           ……(4)
从式(4)可知，如果市电电源电压(矢量)VR和逆变器电流指令值IA*在规定时间ΔT期间可以视为一定值，则根据市电电源电压(矢量)VR与逆变器输出电压(矢量)VA的差可以决定在每一规定的时间ΔT期间电流偏差Δi的变化。
的上述各式中，电流偏差Δi以标量表示，但是如果把这些量扩展为UVW坐标上的矢量考虑，则电流偏差矢量ΔI在市电电源电压矢量VR与逆变器输出电压矢量VA的差矢量的方向上移动。
这里参照图5和图6的矢量图进行说明。
如图5所示，在市电电源电压矢量VR处于区域〔P1〕的情况下，在图3内的步骤S40，从图4所示的表中选择三相逆变器1的输出电压矢量V0、V1、V3、V7。
在这种情况下，市电电源电压矢量VR与所选择的电压矢量V0、V1、V3、V7的差矢量为图5内的VL0、VL1、VL3。在这里，VL0是与零矢量V0及V7对应的差矢量。
如上所述，电流偏差矢量ΔI向差矢量的方向移动，因此，如例如图6所示，在电流偏差矢量ΔI处于区域〔Q6〕内的位置“ァ”的情况下，差矢量如果是VL0或VL3，则电流偏差矢量ΔI向区域〔Q7〕的方向移动。
因此可知，在这种情况下，只要选择与电压矢量VL0(VL7)或VL3对应的开关模式k0、k3、k7中的某一个即可。
这样，能够迅速选择电流偏差矢量ΔI进入容许范围(区域〔Q7〕)内用的合适的开关模式，因此可以减掉不必要的开关动作。
实施形态2
还有，在上述实施形态1中，只是求电流偏差矢量ΔI向区域〔Q7〕的方向移动的开关模式，但是在电流偏差矢量ΔI向区域〔Q7〕的方向移动的开关模式有多个的情况下，可以选择开关模式的变更间隔长的开关模式。
图7是在本发明实施形态2的门阵列的情况下进行的处理动作的流程图。
表示按照变更间隔长的要求选择开关模式的情况下的处理。
在图7中，与上述实施形态1的处理动作(参考图3)不同的地方只是将步骤S60的处理内容的一部分加以变更，记为步骤S61，其他处理步骤S10～S50和S70与上面所述相同。
首先，和上面所述一样，在市电电源电流偏差矢量VR不处于区域〔Q7〕内的情况下，在步骤S50求电流偏差矢量ΔI。
接着，从向区域〔Q7〕的方向移动的开关模式中，选择开关模式的变更间隔(电流偏差矢量ΔI通过区域〔Q7〕所需要的时间)最长的开关模式(步骤S61)。
其原因是，如果选择与对于区域〔Q7〕电流偏差矢量ΔI通过的时间最长的差矢量对应的开关模式，则电流偏差矢量ΔI在区域〔Q7〕内停留的时间为最长，因此，直到超出区域〔Q7〕的范围新变更开关模式为止的间隔最长。
在这里，参照图6考虑在存在多个电流偏差矢量ΔI向区域〔Q7〕的方向移动的开关模式的情况下选择哪一个开关模式开关模式的变更间隔会变长。
如上所述，在电流偏差矢量ΔI处于图6内的位置“ァ”的情况下，差矢量如果是VL0或VL3，则电流偏差矢量ΔI向区域〔Q7〕的方向移动，但是对这些差矢量VL0、VL3将着眼于区域〔Q7〕的通过时间进行比较。
从上述式(4)可知，在每一单位时间电流偏差Δi的变化正比于市电电源电压(矢量)VR与逆变器输出电压(矢量)VA的差矢量，因此电流偏差矢量ΔI的移动速度与差矢量VL0、VL3的大小成正比。
因此，就差矢量VL0、VL3，按下式(5)、(6)求区域〔Q7〕的通过时间，TVL0、TVL3。
TVL0＝1/L×(线段ァィ的长度)/|VL0|      ……(5)
TVL3＝1/L×(线段ァゥ的长度)/|VL3|      ……(6)
从式(5)、式(6)可知，在图6的情况下，差矢量VL0的通过时间TVL0比差矢量VL3的通过时间TVL3长，因此只要选择与差矢量VL0对应的开关模式k0或k7即可。
因此，在图7内的步骤S61，选择电流偏差矢量ΔI向区域〔Q7〕的方向移动，而且电流偏差矢量ΔI通过区域〔Q7〕所需要的时间最长的开关模式。
这样选择对于电流偏差矢量ΔI进入容许范围(区域〔Q7〕)内最合适的开关模式，可以减少不必要的开关动作，而且变更开关模式的间隔变长，因此可以进一步减少开关次数。
实施形态3
还有，上述实施形态2根据市电电源电压矢量VR的区域对三相逆变器1的输出电压矢量VA进行限定，但是在电流偏差矢量ΔI大时，也可能有不能够从限定的电压矢量中选择三相逆变器1的输出电压矢量VA的情况。
因此，也可以形成这样的结构，即对三相逆变器1的输出电压矢量VA不是仅根据市电电源电压矢量VR的区域进行限定，而是也可以根据市电电源电压矢量VR的区域优先进行选择，同时也可以选择未被选择的电压矢量。
这样，即使是电流偏差矢量ΔI极大的情况下也能够输出最合适的电压矢量。
下面参照附图对根据市电电源电压矢量VR的区域优先选择逆变器输出电压矢量VA的本发明实施形态3进行说明。
首先参照图8对利用上述(参照图7)步骤S61也不能够选择开关模式的情况进行说明。
图8是表示电流偏差矢量ΔI处于偏离区域〔Q7〕较远的位置ァ’上的状态的矢量图。
例如市电电源电压矢量VR位于图5所示的区域〔P1〕内，而且在电流偏差矢量ΔI位于图8内的位置ァ’的情况下，即使是输出由图4限定的电压矢量V0、V1、V3、V7中的任何一个，也由于电流偏差矢量ΔI没有向区域〔Q7〕的方向移动，在图7内的步骤S61不能够对开关模式进行选择。
从图8可知，电流偏差矢量ΔI处于位置ァ’的情况下，有必要选择位置ゥ’方向的电压矢量V4或位置ィ’方向的电压矢量V5。
因此，不是根据市电电源电压矢量VR的区域〔P1〕对电压矢量进行限定，而是利用下述处理优先输出图4的电压矢量。
图9是在本发明实施形态3的门阵列的情况下进行的处理动作的流程图。
在图9中，与上面所述(参考图7)不同之处在于，仅部分改变了步骤S50、步骤S61的处理内容，将其改为步骤S52、S62，其他处理步骤S10～S40和S70与上面所述相同。
在这种情况下，在步骤S40，在检测出市电电源电压矢量VR的区域之后，对三相逆变器1输出全部电压矢量V0～V7的各种情况，求电流偏差矢量ΔI向哪一个方向移动(步骤S52)。
接着，在步骤S62，对于向区域〔Q7〕的方向移动的电压矢量，和上面所述(步骤S61)一样求通过区域〔Q7〕的通过时间，但是这时进行加权处理。
也就是说，根据市电电源电压矢量VR的区域，将输出在图4选择的电压矢量时的通过时间乘以10进行加权。
又，在未被选择的电压矢量的情况下，保持1倍的加权。
下面选择加权处理之后的通过时间变为最长的电压矢量将其输出。
借助于此，在图4选择的电压矢量利用10倍加权优先输出，而对于只是选择的电压矢量，在电流偏差矢量ΔI没有进入区域〔Q7〕的情况下，则输出所选择以外的1倍加权的电压矢量。
例如像图8那样，电流偏差矢量ΔI大大脱出区域〔Q7〕的情况下，选择向区域〔Q7〕移动的电压矢量VL4、VL5，又进一步选择通过时间变得最长的电压矢量VL5。
其结果是，可以减掉不必要的开关动作，同时即使是电流偏差ΔI较大的情况下，也能够选择对于电流偏差矢量ΔI进入容许范围(区域〔Q7〕)内合适的开关模式。
实施形态4
还有，在上述实施形态1～3，使用三相正弦波电流指令发生电路801(参考图1)，但是也可以使用三相正弦波电压指令发生电路，在与PWM模式选择电路811之间介入电压控制电路。
下面对使用三相正弦波电压指令发生电路的本发明实施形态4加以说明。
图10是本发明实施形态4的电路结构的方框图。
在图10中，对与上面所述(参考图1)相同的部分标以相同的符号并省略其详细说明。
20是连接于三相逆变器1的输出侧的三相滤波电容器，用于从三相逆变器1输出的方波电压中消除高次谐波分量。
30是连接于三相滤波电容器20的输出侧的任意负载，消耗从三相逆变器1输出的三相交流电力。
831是三相正弦波电压指令发生电路，生成电压指令VIU*、VIV*、VIW*。
821是电压控制电路，插入于所在三相正弦波电压指令发生电路831与PWM模式选择电路811之间，生成电流指令值IAU*～IAW*。
861U、861V、861W是加减法器，插入于三相正弦波电压指令发生电路831与电压控制电路821之间。
电压控制电路821与加减法器861U～861W相关，构成控制三相逆变器1的输出电压的瞬时值用的电压回路。
又，加减法器861U～861W与三相正弦波电压指令发生电路S31相关，构成求对电压回路的电压指令值VIU*～VIW*与电压反馈值VIW～VIW的电压偏差(电压偏差矢量)的电压偏差检测手段。
这时，电压控制手段821输出电流指令值IAU*～IAW*，使电压偏差矢量减小。
又，电压控制电路821作为根据电压偏差矢量输出对电流回路的电流指令值IAU*～IAW*的电压控制手段起作用。
还有，加减法器851U～851W与电压控制电路821相关，作为求电流指令值IAU*～IAW*与来自电流传感器10U～10W的电流反馈值IAU～IAW的电流偏差矢量ΔiU～ΔiW的电流偏差矢量检测手段起作用。
PWM模式选择手段811根据电流偏差矢量ΔiU～ΔiW及电压指令值VIU*～VIW*，选择对三相逆变器1的PWM模式。
也就是说，PWM模式选择手段811如上所述设定对于电流偏差矢量ΔI的容许偏差区域，根据电流偏差矢量ΔI及电压指令值VIU*～VIW*选择开关模式后输出PWM模式。
接着，对图10所示的本发明实施形态4的控制动作加以说明。
首先，电压回路内的加减法器861U～861W求三相正弦波电压指令发生电路831生成的电压指令值VIU*～VIW*与三相逆变器1的输出电压VIU～VIW的电压偏差矢量。
电压控制电路821将电流指令值IAU*～IAW*输出到PWM模式选择电路811，以使求得的电压偏差矢量变小。
另一方面，将来自三相正弦波电压指令发生电路的电压指令值VIU*～VIW*射入到PWM模式选择电路811的市电电源电压输入部。
还有，PWM模式选择电路811和三相逆变器1的基本动作由于与上面所述相同，故在这里省略其说明。
这样使用三相正弦波电压指令发生电路831同时使用电压控制电路821和加减法器861U～861W构成电压回路，能够对负载30提供一定的三相正弦波电压。
实施形态5
还有，在上述实施形态1～4中，以对三相逆变器1的电流指令值IAU*～IAW*为一定的情况为前提进行说明，但是实际上电流指令值IAU*～IAW*是随着时间变化的，并不是一定的。
因此，考虑到电流指令值IAU*～IAW*的变化，在电流指令值IAU*～IAW*随时间的变化量大的情况下，也可以利用电流指令值IAU*～IAW*的时间微分值与电抗器3U～3W的电感值L相乘的积对图1内的市电电源电压(电压反馈值)VRU～VRW或图10内的电压指令值VIU*～VIW*进行修正。
下面参考上述图1～图10同时参考图11的矢量图，对考虑到电流指令值IAU*～IAW*的变化的本发明实施形态5的处理动作加以说明。
首先，对电流指令值IAU*～IAW*随时间的变化量加以说明。
例如，一旦电抗器3U～3W的电感值L变大，则实际逆变器电流IA随时间的变化量变小，逆变器电流指令值IAU*～IAW*随时间的变化量相对变大，因此，电流指令值IAU*～IAW*随时间的变化量不能够忽略。
又，在上面所述的实施形态4中，在负载30(参考图10)的消耗电流变化大的情况下电流指令值IAU*～IAW*也随时间的变化量变大。
例如在关注上述实施形态1的情况下，在电流指令值IAU*～IAW*随时间的变化不能够忽略时，根据式(2)、(3)，可以证明下述式(7)成立。{Δi(T1+ΔT)一Δi(T1)}-{IA*(T1+ΔT)-IA*(T1)}＝(ΔT/L)×(VR-VA)  …(7)用ΔT除上述式(7)两边，即得出下式(8)。〔{Δi(T1+ΔT)-Δi(T1)}/ΔT〕-({IA*(T1+ΔT)-IA*(T1)}/ΔT〕＝(VR-VA)/L                                                       …(8)
将上述式(8)左边的规定的时间ΔT作为微分时间dt「limΔT→0」，求极限(导数的定义)，则式(8)表示为式(9)。
  d(Δi)/dt-d(IA*)/dt＝(VR-VA)/L                            …(9)
再对两侧乘以电感L，即得到下式(10)。
  L×d(Δi)/dt-L×d(IA*)/dt＝(VR-VA)                        …(10)
因此，如果将上述式(10)变换，则下述式(11)成立。
  L×d(Δi)/dt＝{VR+L×d(IA*)/dt}-VA)                       …(11)
又，将上述式(4)以微分的形式表达，则下述式(12)成立。
  L×d(Δi)/dt＝VR-VA                                       …(12)
从上述式(11)、式(12)可知，将式(12)内的市电电源电压矢量VR置换为式(11)内的「VR+L×dIA*/dt」相当于考虑到电流指令值IA*的变化量。
也就是说，利用把市电电源电压矢量VR变换为「VR+L×dIA*/dt」，可以考虑到电流指令值IA*的变化量。
这一件事等价于使其图11内的市电电源电压矢量VR移动「L×dIA*/dt」。
因此，从图4所示的表选择电压矢量V0～V7中的某一个时以该移动的市电电源电压矢量VR为基准。
又，电流偏差矢量ΔI处于图6内的位置“ァ”时，就差矢量VL0’、VL3’，根据下述式(13)、(14)，与上述式(5)、(6)一样求对于电流偏差矢量ΔI的区域〔Q7〕的通过时间TVL0’、TVL3’。
TVL0’＝1/L×(线段ァィ的长度)/|VL0’|                 …(13)
TVL3’＝1/L×(线段ァゥ的长度)/|VL3’|                 …(14)
求出这些通过时间TVL0’、TVL3’之后的处理动作与上述实施形态1相同。
这样在电流指令值IA*随时间的变化量大时以电流指令值IA*的时间微分值乘以电抗器3U～3W的电感值L的乘积修正三相电压源(市电电源)的电压矢量VR，可以减小电流指令值IA*随时间变化的影响。
也就是说，即使是逆变器电流指令值IA*随时间的变化量比逆变器电流IA随时间的变化量大的情况下，也能够选择对于电流偏差矢量ΔI进入容许范围(区域〔Q7〕)内合适的开关模式，可以免除不需要的开关动作。
同样，在适用于上述实施形态4(参考图10)的情况下，也是以电流指令值IAU*～IAW*的时间微分值乘以电抗器3U～3W的电感值L的乘积修正电压指令值VIU*～VIW*，可以减小电流指令值IAU*～IAW*随时间变化的影响。
如上所述，采用本发明，在由在一个周期内进行多次开关的开关元件构成，通过电抗器连接于三相电压源的电力变换装置的控制电路中，具备：包含插入电力变换装置的输出端子的电流传感器，控制电力变换装置的输出电流的瞬时值用的电流回路、向所述电流回路提供电流指令值的电流指令发生手段、求所述电流指令值与来自所述电流传感器的电流反馈值的电流偏差矢量的电流偏差矢量检测手段、求三相电压源的电压矢量的电压检测手段、以及根据电流偏差矢量和电压矢量，选择对于电力变换装置的PWM模式的PWM模式选择手段，PWM模式选择手段对电流偏差矢量设定允许偏差区域，同时在电流偏差矢量超出允许偏差区域时，从由电流偏差矢量和电压矢量值限定的开关模式中选择对电力变换装置的开关模式，输出PWM模式，因此能够得到能选择开关次数少的最佳的开关模式的电力变换装置的控制电路。
又，采用本发明，PWM模式选择手段求出电流偏差矢量在允许偏差区域内推移的推移时间，根据推移时间选择开关模式，因此能够得到能选择开关次数进一步减少的最佳的开关模式的电力变换装置的控制电路。
又，采用本发明，PWM模式选择手段根据推移时间，对由电压矢量值决定的特定开关模式加权，将特定开关模式优先对电力变换装置输出，因此即使是不进行根据市电电源电压矢量的对电压矢量的选择的情况下，也能够得到能选择开关次数少的最佳的开关模式的电力变换装置的控制电路。
又，采用本发明，电压检测手段在电流指令值的时间变化量大于规定量的情况下利用电流指令值的时间微分值与电抗器的电感值的乘积对电压矢量进行修正，因此即使是在电力指令值发生变动的情况下，也能够得到能选择开关次数少的最佳的开关模式的电力变换装置的控制电路。
又，采用本发明，在由在一个周期内进行多次开关的开关元件构成，通过由电抗器和电容器构成的滤波电路向三相负载提供一定的三相交流电压的电力变换装置的控制电路中，具备：包含插入电力变换装置的输出端子的电流传感器，控制电力变换装置的输出电流的瞬时值用的电流回路、用于控制电力变换装置的输出电压的瞬时值的电压回路、向电压回路提供电压指令值的电压指令发生手段、求电压指令值与电压反馈值的电压偏差的电压偏差检测手段、根据电压偏差输出对电流回路的电流指令值的电压控制手段、求电流指令值与来自电流传感器的电流反馈值的电流偏差矢量的电流偏差矢量检测手段、以及根据电流偏差矢量和电压指令值，选择对于电力变换装置的PWM模式的PWM模式选择手段，PWM模式选择手段对电流偏差矢量设定允许偏差区域，同时在电流偏差矢量超出允许偏差区域时，从由电流偏差矢量和电压指令值限定的开关模式中选择对电力变换装置的开关模式，输出所述PWM模式，电压控制手段输出电流指令值，以使电压偏差矢量减小，因此能够得到能选择开关次数少的最佳的开关模式的电力变换装置的控制电路。
又，采用本发明，电压指令发生手段在电流指令值的时间变化量大的情况下利用电流指令值的时间微分值与电抗器的电感值的乘积对电压指令值进行修正，因此即使是电力指令值发生变动的情况下，也能够得到能选择开关次数少的最佳的开关模式的电力变换装置的控制电路。

Claims (6)

1.一种电力变换装置的控制电路，由在一个周期内进行多次开关的开关元件构成，通过电抗器连接于三相电压源，其特征在于，具备
包含插入所述电力变换装置的输出端子的电流传感器，控制所述电力变换装置的输出电流的瞬时值用的电流回路、
向所述电流回路提供电流指令值的电流指令发生手段、
求所述电流指令值与来自所述电流传感器的电流反馈值的电流偏差矢量的电流偏差矢量检测手段、
求所述三相电压源的电压矢量的电压检测手段、以及
根据所述电流偏差矢量和所述电压矢量，选择对于所述电力变换装置的PWM模式的PWM模式选择手段，
所述PWM模式选择手段对所述电流偏差矢量设定允许偏差区域，同时在所述电流偏差矢量超出所述允许偏差区域时，从由所述电流偏差矢量和所述电压矢量值限定的开关模式中选择对所述电力变换装置的开关模式，输出所述PWM模式。
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模式选择手段求所述电流偏差矢量在允许偏差区域内推移的推移时间，根据所述推移时间选择所述开关模式。
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PWM模式选择手段根据所述推移时间，对由所述电压矢量值决定的特定开关模式加权，将所述特定开关模式优先对所述电力变换装置输出。
4.根据权利要求1或2或3所述的电力变换装置的控制电路，其特征在于，所述电压检测手段在所述电流指令值的时间变化量大于规定量的情况下利用所述电流指令值的时间微分值与所述电抗器的电感值的乘积对所述电压矢量进行修正。
5.一种电力变换装置的控制电路，由在一个周期内进行多次开关的开关元件构成，通过由电抗器和电容器构成的滤波电路向三相负载提供一定的三相交流电压，其特征在于，具备
包含插入所述电力变换装置的输出端子的电流传感器，控制所述电力变换装置的输出电流的瞬时值用的电流回路、
用于控制所述电力变换装置的输出电压的瞬时值的电压回路、
向所述电压回路提供电压指令值的电压指令发生手段、
求所述电压指令值与电压反馈值的电压偏差的电压偏差检测手段、
根据所述电压偏差输出对所述电流回路的电流指令值的电压控制手段、
求所述电流指令值与来自所述电流传感器的电流反馈值的电流偏差矢量的电流偏差矢量检测手段、以及
根据所述电流偏差矢量和所述电压指令值，选择对于所述电力变换装置的PWM模式的PWM模式选择手段，
所述PWM模式选择手段对所述电流偏差矢量设定允许偏差区域，同时在所述电流偏差矢量超出所述允许偏差区域时，从由所述电流偏差矢量和所述电压指令值限定的开关模式中选择对所述电力变换装置的开关模式，输出所述PWM模式，
所述电压控制手段输出所述电流指令值，以使所述电压偏差矢量减小。
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，所述电压指令发生手段在所述电流指令值的时间变化量大的情况下利用所述电流指令值的时间微分值与所述电抗器的电感值的乘积对所述电压指令值进行修正。
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