JP2004056882A - Multilevel pwm inverter controller - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ等の可変速駆動や系統連係をおこなうマルチレベルPWMインバータ制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図2に示すマルチレベルPWMインバータ制御装置において、5はコントローラ、6は直流電源、11と12は平滑コンデンサ、101〜112はスイッチ素子としてのIGBTトランジスタ、201〜212はフリーホイールダイオード、301から306は中間レベル出力用クランプダイオードを示している。
IGBTトランジスタと逆並列接続されたフリーホイールダイオードとからなるスイッチを4個直列接続してなる組を1相として、上側よりS1、S2、S3、S4とすると、上側2つのスイッチ、S1とS2がONしている状態を直流母線電圧の正母線電圧を出力する+E状態、真中2つのスイッチ、S2とS3がONしている状態を中性点電圧を出力する0状態、下側2つのスイッチ、S3、S4がONしている状態を直流母線の負母線電圧を出力する−E状態となり、それらを組み合わせる事によって、出力電圧を制御する。この際の各相のスイッチングパターンを示したものが図10である。各相の出力電圧をV1、V2、V3とし、この合計値を示したものがV123であるが、V123の電圧変動により出力ケーブルとアース間の浮遊容量を介してアースに流れる漏れ電流が発生する。
特に近年、PWMインバータ制御装置から放出されるノイズ低減の為に出力ケーブル線にシールドケーブル線を適用するケースが増加しており、その場合、前記理由で大きな漏れ電流が発生するという問題がある。
このような漏れ電流を抑制するためには、コモンモードチョークやアクティブフィルタを用いる必要が生じており、PWMインバータ制御装置を含む全体装置の小型化・低コスト化の妨げとなっていた。
【0003】
このような課題に対する従来技術例として、特開平10−23760に開示されているようなものが挙げられる。この従来技術の構成を示したものが図11および図12である。
前記従来技術は、3相正弦波電圧ベクトルの3相合計和が常に零であることに着目し、PWM変換出力電圧においても3相合計和を零、いいかえれば中性点電圧とすることが可能であることを示し、そのようなゲート信号を作り出す具体的方法を示したものである。これによって各相出力電圧の3相合計和を常に零、いいかえれば中性点電圧に固定し、漏れ電流の発生を抑制することを可能としている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来例のごとく各相出力電圧の3相合計和を零電圧、すなわち中性点電圧に固定した場合、PWMインバータ制御装置の最大出力電圧がAC入力電圧の√3/2に制限されるという課題がある。
一般的なPWMインバータ制御装置では、各相出力電圧に3倍高調波電圧を重畳して同相モードで3相出力電圧を変動させ、これによってAC入力電圧と同じ電圧出力を可能としている。しかし前記従来の構成ではPWM変換出力電圧の3相和を零とする為、前記同相モードで3相出力電圧を上下変動させることができず、従ってPWMインバータ制御装置の最大出力電圧が制限されてしまうのである。
またマルチレベルPWMインバータ制御装置では中性点を基準として上段側と下段側とに2つの直流電圧を備えているが、インバータ動作中に前記2つの直流電圧バランスがくずれることがあり、そのような場合にも3相出力電圧を同相モードで上下変動させ、くずれた電圧バランスの是正を図っている。
従って前記従来例では、このような電圧バランス是正動作を行うことができないという課題もある。
またスイッチング回数が増加し、スイッチロスが増加するという課題もある。
そこで本発明は、インバータ出力電圧に制限がなく、2つの直流電圧バランスの是正を行うこともでき、スイッチング回数の増加も伴なわずに、インバータ出力電圧の3相和の変動を抑えて漏れ電流を抑制することのできるマルチレベルPWMインバータ制御装置の提供を目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため請求項1記載の本発明では、正母線と負母線と中性線とを有し、スイッチング素子と逆並列接続した整流素子とからなるスイッチを前記正母線と前記負母線間に4個直列接続し、前記直列接続された4つのスイッチング素子のうち、上側から第1番目と第2番目のスイッチとの接続点と前記中性線との間に整流素子を電流が中性線から前記スイッチの接続点に流れる方向に接続し、前記直列接続された4つのスイッチのうち、上側から第3番目と第4番目のスイッチとの接続点と前記中性線との間に整流素子を電流が前記スイッチの接続点から中性線に流れる方向に接続し、前記上側から第2番目と第3番目のスイッチの接続点を出力端子とするスイッチ素子構成群であり、前記出力端子は前記直列接続された4つのスイッチのうち上側から第1番目と第2番目のスイッチをONして前記正母線の電圧を出力する第1の状態と、上側から第2番目と第3番目のスイッチをONして前記中性線の電圧を出力する第2の状態と、上側から第3番目と第4番目のスイッチをONして前記負母線の電圧を出力する第3の状態との3つの出力状態を備える前記スイッチ素子構成群を前記正母線と負母線と中性線とに第1、第2のスイッチ素子構成群として2個並列接続し、前記第1、第2のスイッチ素子構成群の前記各出力端子から負荷に電力供給するよう構成したマルチレベルPWMインバータ制御装置において、
前記正母線と負母線と中性線とに並列接続する第3のスイッチ素子構成群を備え、前記第3のスイッチ素子構成群の出力端子には負荷に接続しないケーブル線が接続され、かつ前記出力端子は前記第1、第2、第3の出力状態のうち、前記第1、第2のスイッチ素子構成群の出力端子電圧との合計平均値が前記中間線電圧に最も近くなる状態を選択して出力することを特徴としている。
前記第1の状態における出力電圧を+E、前記第2の状態における出力電圧を0、前記第3の状態における出力電圧を−Eとすると、前記第1、第2のスイッチ素子構成群の各出力端子電圧の組み合わせは、
(+E、 0)、(+E、−E)
( 0、+E)、( 0、−E)
(−E、+E)、(−E、 0)
という負荷に電力供給する状態と、電力供給のない還流モードである(+E、+E)、(0、0)、(−E、−E)となる。
前記第3のスイッチ素子構成群の出力端子には、負荷に接続されないケーブル線が接続されており、前記ケーブル線は負荷に接続された他の2つのケーブル線とともに束線され、負荷機器近傍において絶縁した上で設置されている。
前記第1、第2のスイッチ素子構成群の出力端子電圧の和の変動を抑制する為に、第3のスイッチ素子構成群の出力端子は前記第1、第2のスイッチ素子構成群の出力端子電圧との合計平均値が前記中間線電圧に最も近くなる状態を選択して出力する。例えば前記(+E、 0)では−E、(+E、−E)では0、( 0、+E)では−E、( 0、−E)では+E、(−E、+E)では0、(−E、0)では+E,(+E、+E)では−E、(0、0)では0、(−E、−E)では+Eを選択し出力する。
このようにすることで、出力電圧の合計を±Eの変動幅まで低減でき、漏れ電流の低減が図られる。
【0006】
また請求項2記載の本発明では請求項1記載のマルチレベルPWMインバータ制御装置において、前記第1のスイッチ素子構成群の出力端子と前記第2のスイッチ素子構成群の出力端子とが同時に前記第1の状態となること、および同時に前記第3の状態となることがないことを特徴としている。
請求項1記載の発明では還流モードでの出力状態(+E、+E)、(0、0)、(−E、−E)に特に制約を加えていないが、本発明では3つの還流モード出力のうち(+E、+E)、(−E、−E)の2つを禁止したものである。
これによって、前記第1、第2のスイッチ素子構成群の出力端子電圧との合計平均値が中性点電圧に固定されるような前記第3のスイッチ素子構成群の出力端子状態を選択することが可能となる。この結果、漏れ電流の発生を完全に抑制することが可能となる。
【0007】
また請求項3記載の本発明では、正母線と負母線と中性線とを有し、スイッチング素子と逆並列接続した整流素子とからなるスイッチを前記正母線と前記負母線間に4個直列接続し、前記直列接続された4つのスイッチのうち、上側から第1番目と第2番目のスイッチとの接続点と前記中性線との間に整流素子を電流が中性線から前記スイッチの接続点に流れる方向に接続し、前記直列接続された4つのスイッチのうち、上側から第3番目と第4番目のスイッチとの接続点と前記中性線との間に整流素子を電流が前記スイッチの接続点から中性線に流れる方向に接続し、前記上側から第2番目と第3番目のスイッチの接続点を出力端子とするスイッチ素子構成群であり、前記出力端子は前記直列接続された4つのスイッチのうち上側から第1番目と第2番目のスイッチをONして前記正母線の電圧を出力する第1の状態と、上側から第2番目と第3番目のスイッチをONして前記中性線の電圧を出力する第2の状態と、上側から第3番目と第4番目のスイッチをONして前記負母線の電圧を出力する第3の状態との3つの出力状態を備える前記スイッチ素子構成群を前記正母線と負母線と中性線とに第4、第5、第6のスイッチ素子構成群として3個並列接続し、前記第4、第5、第6のスイッチ素子構成群の前記出力端子から負荷に電力供給するよう構成したマルチレベルPWMインバータ制御装置において、
前記正母線と負母線と中性線とに並列接続する第7のスイッチ素子構成群を備え、前記第7のスイッチ素子構成群の出力端子には負荷に接続しないケーブル線が接続され、前記第7のスイッチ素子構成群の出力端子は前記第1、第2、第3の出力状態のうち、前記第4、第5、第6のスイッチ素子構成群の出力端子電圧との合計平均値が前記中間線電圧に最も近くなる状態を選択して出力することを特徴としている。
これは請求項1記載の発明に対して負荷に電力供給する出力相数を3相にしたものであるが、その動作原理は請求項1記載の場合と同様である。
【0008】
また請求項4記載の本発明は請求項3記載のマルチレベルPWMインバータ制御装置において、前記第4のスイッチ素子構成群の出力端子と前記第5のスイッチ素子構成群の出力端子と前記第6のスイッチ素子構成群の出力端子とが同時に前記第1の状態となること、および同時に前記第3の状態となることがないことを特徴としている。
これは請求項3記載の発明に対し、前記第4、第5、第6のスイッチ素子構成群の出力端子が全て還流モード出力になる(+E,+E,+E)、(0,0,0),(−E,−E,−E)の3つの状態のうち、(+E,+E,+E)、(−E,−E,−E)の2つの状態となることを禁止したものである。
このようにすることで、出力電圧の合計値を±Eの変動幅まで低減でき、漏れ電流の低減が図られる。
【0009】
【発明の実施形態】
本発明の第1の実施例を図1に示す。
図1中のマルチレベルPWMインバータ制御装置1は、図2に示す構成になっており、マルチレベルPWMインバータ制御装置1の2つの出力端子をモータ2に接続し、残り1つの出力端子には負荷に接続しない出力線4が接続され、出力線4はモータ2に接続した他の2つの出力線とともに束線され、モータ2の近くで絶縁された上で設置固定されている。
図2において、IGBTトランジスタと逆並列接続されたフリーホイールダイオードとからなるスイッチを4個直列接続してなる組を1相として、上側スイッチよりS1、S2、S3、S4とすると、上側2つのS1とS2のONしている状態が直流母線電圧の正母線電圧を出力する+E状態、真中2つのS2とS3のONしている状態が中性点電圧を出力する0状態、下側2つのS3、S4のONしている状態が直流母線の負母線電圧を出力する−E状態となり、それらを組み合わせる事によって、出力電圧を制御する。3相出力を得る場合は、前記3つの組の出力を制御し任意の出力電圧を得るが、ここでは単相出力電圧を得るため、図1に示すように第1、第2組の相出力端子を負荷であるモータ2に接続している。
そしてモータ2に接続されない第3の組は、第1、第2組の電圧を打ち消すようスイッチング動作を行い、出力線4を他の2つの出力線と束線して接続機器近傍まで設置する事によって、接続線の電圧和の平均値を中性点電圧に近づけ、もしくは中性点電圧と一致させ、漏れ電流を抑制している。
図3は、前記第1、第2、第3の各組相出力端子のスイッチングパターンを示したものである。
図3においてV1、V2,V3は前記第1、第2、第3の各組相出力端子電圧を示したものであり、V12は第2の出力端子から見た第1の出力端子電圧、V123は
前記3つの出力端子電圧の合計値を示したものである。
【0010】
次に本発明の第2の実施例について説明する。第2の実施例の構成は前記第1の実施例で示した図1の構成と同じであるが、第2の実施例では前記第1、第2の各組出力端子に関し、同時に+E状態や−E状態になることがないという制約が加わっている。
この制約が加わった状態での前記第1、第2、第3の各組相出力端子のスイッチングパターンを示したものが図4である。
前記制約が加わることで前記第3の組の出力端子のスイッチング動作により、前記第1、第2の組の電圧を完全に打ち消すことができ、接続線の電圧和の平均値を中性点電圧と一致させ、漏れ電流をさらに抑制している。
【0011】
次に本発明の第3の実施例について説明する。図5は第3の実施例での全体構成を示したものであり、図6は第3の実施例におけるマルチレベルPWMインバータ制御装置を示したものである。
第3の実施例では3相モータ12を負荷とする為、マルチレベルPMWインバータ制御装置11の出力端子は4個となる。
前記4個の出力端子のうち3個はモータ12に接続され、モータ12に接続されない出力端子がモータ12に接続された3つの出力端子電圧を打ち消すようスイッチングを行い、出力線の電圧和の平均値を中性点電圧に近づけ、もしくは中性点電圧と一致させ、漏れ電流を抑制している。
図7は、前記4組の出力端子のスイッチングパターンを示したものある。図7においてV1、V2,V3はモータに接続された3つの出力端子電圧を示したもの、V4はモータに接続されない出力端子電圧を示したもの、V1234で示した実線波形は前記4つの出力端子電圧の合計値を示したもの、V1234で示した点線波形はV1、V2,V3との合計値を示したものである。
【0012】
次に本発明の第4の実施例について説明する。第4の実施例は前記第3の実施例で示した図5の構成と同じであるが、モータ12に接続された3つの各相出力端子に関し、同時に+E状態や−E状態になることがないという制約が加わっている。
この制約が加わった状態での各組出力端子のスイッチングパターンを示したものが図8である。
モータ12に接続された3つの各相出力端子が同時に+E状態や−E状態になることがないという制約は、この第4の実施例では3つの出力端子の出力電圧を同相モードで同時変動させることで実現している。図8の各スイッチングパターンは、図7に示すV1,V2,V3の出力電圧を同相モードで−E側に所定電圧分移動させて得ているが、線間電圧では図7と図8とは同じとなっている。
前記制約が加わることでモータ12に接続されない出力端子のスイッチング動作により、前記第3の実施例に比べて出力線の電圧和の平均値を中性点電圧にさらに近づけることができ、漏れ電流をさらに抑制できることとなる。
【0013】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、マルチレベルPWMインバータ制御装置において、制御装置動作に伴う漏れ電流の発生を抑制して機器の動作を安全に行い、他の機器へも悪影響を及ぼさない様に安全な電力供給を行うことができ、またその為にコモンモードチョークコイルやアクティブフィルタ等の高価かつ大形の装置を必要とせず、さらにはインバータ出力電圧に制限がなく、2つの直流電圧バランスの是正を行うこともでき、スイッチング回数の増加も伴なわないという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1、第2の実施例の全体構成を示したもの。
【図2】本発明の第1、第2の実施例におけるマルチレベルPWMインバータ制御装置の構成を示したもの。
【図3】本発明の第1の実施例における各出力端子のスイッチングパターン動作を示したもの。
【図4】本発明の第2の実施例における各出力端子のスイッチングパターン動作を示したもの。
【図5】本発明の第3、第4の実施例の全体構成を示したもの。
【図6】本発明の第3、第4の実施例におけるマルチレベルPWMインバータ制御装置の構成を示したもの。
【図7】本発明の第3の実施例における各出力端子のスイッチングパターン動作を示したもの。
【図8】本発明の第4の実施例における各出力端子のスイッチングパターン動作を示したもの。
【図9】従来における一般実施例の全体構成を示したもの。
【図10】従来における一般実施例の各出力端子のスイッチングパターン動作を示したもの。
【図11】従来技術としての特開平10−23760による構成例を示したもの
【図12】図11に示す構成例での実施フローを示したもの
【符号の説明】
1、11 マルチレベルPWMインバータ制御装置
2、12 モータ
3 浮遊容量
4 負荷に接続しない出力線
5 コントローラ
6 直流電源
101〜116 IGBTトランジスタ
201〜216 フリーホイールダイオード
301〜308 クランプダイオード
401 商用電源
402 整流ダイオードモジュール
403、404 平滑コンデンサ
405 電圧型PWM変換器
406 誘導電動機
407 PWM制御回路
501〜504 IGBTトランジスタ
505〜508 フリーホイールダイオード
509,510 クランプダイオード[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a multi-level PWM inverter control device that performs variable-speed driving of a motor or the like and system linking.
[0002]
[Prior art]
In the multilevel PWM inverter control device shown in FIG. 2, 5 is a controller, 6 is a DC power supply, 11 and 12 are smoothing capacitors, 101 to 112 are IGBT transistors as switch elements, 201 to 212 are freewheel diodes, and 301 to 306. Indicates an intermediate level output clamp diode.
Assuming that a set of four switches each composed of an IGBT transistor and a freewheel diode connected in anti-parallel are connected in series as one phase and S1, S2, S3, and S4 from the upper side, the upper two switches, S1 and S2, The ON state is a + E state that outputs the positive bus voltage of the DC bus voltage, the middle two switches, the S2 and S3 ON states are the 0 state that outputs the neutral point voltage, the lower two switches, The state in which S3 and S4 are ON is the −E state in which the negative bus voltage of the DC bus is output, and the output voltage is controlled by combining them. FIG. 10 shows the switching pattern of each phase at this time. The phases of the output voltage is V1, V2, V3, but shows this total value is V 123, leakage current flowing to ground via the stray capacitance between the output cable and the ground by the voltage variation of the V 123 is appear.
In particular, in recent years, the use of shielded cable lines as output cable lines has been increasing in order to reduce noise emitted from the PWM inverter control device. In this case, there is a problem that a large leakage current is generated for the above-described reason.
In order to suppress such a leakage current, it is necessary to use a common mode choke or an active filter, which has hindered downsizing and cost reduction of the entire device including the PWM inverter control device.
[0003]
As a prior art example for such a problem, there is one disclosed in JP-A-10-23760. FIGS. 11 and 12 show the configuration of this conventional technique.
The prior art focuses on the fact that the three-phase sum of the three-phase sine wave voltage vector is always zero, and the three-phase sum of the PWM converted output voltage can be zero, in other words, the neutral point voltage. And a specific method of generating such a gate signal. Thus, the three-phase sum of the output voltages of the respective phases is always fixed to zero, in other words, to the neutral point voltage, thereby making it possible to suppress the occurrence of leakage current.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
When the three-phase sum of the output voltages of the respective phases is fixed to zero voltage, that is, the neutral point voltage as in the conventional example, the maximum output voltage of the PWM inverter control device is limited to √3 / 2 of the AC input voltage. Problem.
In a general PWM inverter control device, a three-harmonic voltage is superimposed on each phase output voltage to fluctuate the three-phase output voltage in the in-phase mode, thereby enabling the same voltage output as the AC input voltage. However, in the conventional configuration, since the three-phase sum of the PWM conversion output voltage is set to zero, the three-phase output voltage cannot be changed up and down in the in-phase mode. Therefore, the maximum output voltage of the PWM inverter control device is limited. It will be lost.
Further, in the multi-level PWM inverter control device, two DC voltages are provided on the upper side and the lower side on the basis of the neutral point. However, during the operation of the inverter, the two DC voltage balances may be lost. Also in this case, the three-phase output voltage is fluctuated up and down in the in-phase mode to correct the distorted voltage balance.
Therefore, the conventional example has a problem that such a voltage balance correction operation cannot be performed.
There is also a problem that the number of times of switching increases and switch loss increases.
Therefore, the present invention has no limitation on the inverter output voltage, can correct two DC voltage balances, suppresses the fluctuation of the three-phase sum of the inverter output voltage without increasing the number of switching times, and reduces the leakage current. It is an object of the present invention to provide a multi-level PWM inverter control device capable of suppressing the above.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, according to the present invention, a switch having a positive bus, a negative bus, and a neutral wire, and comprising a rectifying element connected in anti-parallel with a switching element is connected to the positive bus and the negative bus. And a rectifying element is connected between the neutral point and the connection point between the first and second switches from the upper side of the four switching elements connected in series. Connected in the direction from the neutral line to the connection point of the switch, and among the four switches connected in series, between the connection point of the third and fourth switches from the top and the neutral line A switch element configuration group having a rectifying element connected in a direction in which a current flows from a connection point of the switch to a neutral line, and having a connection point of the second and third switches from the upper side as an output terminal; The terminals are the four series-connected The first state in which the first and second switches are turned on from the upper side to output the voltage of the positive bus, and the neutral state in which the second and third switches are turned on from the upper side. The switch element having three output states: a second state in which the voltage of the line is output, and a third state in which the third and fourth switches from the upper side are turned on to output the voltage of the negative bus. Two configuration groups are connected in parallel to the positive bus, the negative bus, and the neutral wire as first and second switch element configuration groups, and a load is applied from each of the output terminals of the first and second switch element configuration groups. A multi-level PWM inverter control device configured to supply power to
A third switch element group connected in parallel with the positive bus, the negative bus, and the neutral line; a cable line not connected to a load is connected to an output terminal of the third switch element group; The output terminal selects, from among the first, second, and third output states, a state in which the total average value of the output terminal voltages of the first and second switch element configuration groups is closest to the intermediate line voltage. And output it.
Assuming that the output voltage in the first state is + E, the output voltage in the second state is 0, and the output voltage in the third state is −E, each output of the first and second switch element configuration groups is provided. The combination of terminal voltages is
(+ E, 0), (+ E, -E)
(0, + E), (0, -E)
(-E, + E), (-E, 0)
, And the return mode without power supply is (+ E, + E), (0, 0), (−E, −E).
A cable line not connected to a load is connected to the output terminal of the third switch element configuration group, and the cable line is bundled together with the other two cable lines connected to the load. It is installed after being insulated.
In order to suppress the fluctuation of the sum of the output terminal voltages of the first and second switch element groups, the output terminal of the third switch element group is the output terminal of the first and second switch element groups. A state in which the total average value with the voltage is closest to the intermediate line voltage is selected and output. For example, -E for (+ E, 0), 0 for (+ E, -E), -E for (0, + E), + E for (0, -E), 0 for (-E, + E), (-E , 0), + E for (+ E, + E), 0 for (0, 0), and + E for (-E, -E).
By doing so, the total output voltage can be reduced to the fluctuation range of ± E, and the leakage current can be reduced.
[0006]
According to a second aspect of the present invention, in the multilevel PWM inverter control device according to the first aspect, an output terminal of the first switch element group and an output terminal of the second switch element group are simultaneously connected to the second terminal. It is characterized in that the state is No. 1 and that the state is not simultaneously in the third state.
According to the first aspect of the present invention, the output states (+ E, + E), (0, 0), and (-E, -E) in the reflux mode are not particularly limited. Among them, (+ E, + E) and (-E, -E) are prohibited.
Thereby, the output terminal state of the third switch element configuration group is selected such that the total average value of the output terminal voltages of the first and second switch element configuration groups is fixed to the neutral point voltage. Becomes possible. As a result, it is possible to completely suppress the occurrence of leakage current.
[0007]
According to the third aspect of the present invention, four switches each having a positive bus, a negative bus, and a neutral wire, each including a switching element and a rectifying element connected in anti-parallel are connected in series between the positive bus and the negative bus. Connected, and among the four switches connected in series, a rectifying element is provided between the neutral point and the connection point between the first and second switches from the upper side, and the current flows from the neutral line to the switch of the switch. The rectifying element is connected between the neutral point and the connection point between the third and fourth switches from the upper side of the four switches connected in series in the direction in which the current flows to the connection point. A switch element configuration group connected in a direction from the connection point of the switch to the neutral line and having a connection point of the second and third switches from the upper side as an output terminal, wherein the output terminals are connected in series. Of the four switches A first state in which the first and second switches are turned on to output the voltage of the positive bus, and a second state in which the second and third switches are turned on from the upper side to output the voltage of the neutral line. The switch element configuration group having three output states, namely, a second state and a third state in which the third and fourth switches from the upper side are turned on to output the voltage of the negative bus, are referred to as the positive bus. Fourth, fifth, and sixth switch element groups are connected in parallel to the negative bus and the neutral line, and power is supplied from the output terminals of the fourth, fifth, and sixth switch element groups to the load. In a multi-level PWM inverter control device configured to supply
A seventh switch element group connected in parallel to the positive bus, the negative bus, and the neutral line; a cable line not connected to a load is connected to an output terminal of the seventh switch element group; In the first, second, and third output states, the output terminal of the seventh switch element group has a total average value of the output terminal voltages of the fourth, fifth, and sixth switch element groups. It is characterized in that the state closest to the intermediate line voltage is selected and output.
This embodiment is different from the first embodiment in that the number of output phases for supplying power to the load is set to three, and the operation principle is the same as that of the first embodiment.
[0008]
According to a fourth aspect of the present invention, in the multilevel PWM inverter control device according to the third aspect, an output terminal of the fourth switch element group, an output terminal of the fifth switch element group, and the sixth terminal are connected to each other. It is characterized in that the output terminals of the switch element configuration group are simultaneously in the first state, and are not simultaneously in the third state.
This means that the output terminals of the fourth, fifth, and sixth switch element configuration groups all have a reflux mode output (+ E, + E, + E), (0, 0, 0). , (-E, -E, -E), the two states of (+ E, + E, + E) and (-E, -E, -E) are prohibited.
By doing so, the total value of the output voltages can be reduced to the fluctuation range of ± E, and the leakage current can be reduced.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
The multi-level PWM inverter control device 1 in FIG. 1 has a configuration shown in FIG. 2, in which two output terminals of the multi-level PWM inverter control device 1 are connected to the
In FIG. 2, when a set of four switches each including an IGBT transistor and an anti-parallel-connected freewheel diode connected in series is defined as one phase, and S1, S2, S3, and S4 are determined from the upper switch, the upper two S1 ON state of S2 and S2 is a + E state in which the positive bus voltage of the DC bus voltage is output, middle two S2 and S3 are ON states in which the neutral point voltage is output, and two lower S3 states. , S4 are in the -E state in which the negative bus voltage of the DC bus is output, and the output voltage is controlled by combining them. When a three-phase output is obtained, the three sets of outputs are controlled to obtain an arbitrary output voltage. Here, in order to obtain a single-phase output voltage, as shown in FIG. The terminal is connected to the
The third set not connected to the
FIG. 3 shows the switching patterns of the first, second, and third combined phase output terminals.
In FIG. 3, V1, V2, and V3 indicate the first, second, and third combined phase output terminal voltages, and V12 is the first output terminal voltage as viewed from the second output terminal. Numeral 123 indicates the total value of the three output terminal voltages.
[0010]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The configuration of the second embodiment is the same as the configuration of FIG. 1 shown in the first embodiment, but in the second embodiment, the + E state and the + E state are simultaneously applied to the first and second set output terminals. There is a constraint that the state will not be -E.
FIG. 4 shows a switching pattern of each of the first, second, and third combined phase output terminals in a state where this restriction is applied.
The switching operation of the third set of output terminals can completely cancel the voltages of the first and second sets due to the addition of the constraint, and can reduce the average value of the voltage sum of the connection lines to the neutral point voltage. And the leakage current is further suppressed.
[0011]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 shows the overall configuration of the third embodiment, and FIG. 6 shows a multi-level PWM inverter control device in the third embodiment.
In the third embodiment, since the three-
Three of the four output terminals are connected to the
FIG. 7 shows switching patterns of the four sets of output terminals. In FIG. 7 V1, V2, V3 is shows the three output terminal voltage connected to the motor, V4 is shows the output terminal voltage which is not connected to the motor, the solid line waveform indicated by V 1234 wherein four output The dotted line waveform indicated by V1234 indicates the total value of terminal voltages, and indicates the total value of V1, V2, and V3.
[0012]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. The fourth embodiment is the same as the configuration of FIG. 5 shown in the third embodiment, except that the three phase output terminals connected to the
FIG. 8 shows a switching pattern of each set output terminal in a state where this restriction is added.
The restriction that the three phase output terminals connected to the
By the switching operation of the output terminal not connected to the
[0013]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in a multi-level PWM inverter control device, the generation of leakage current accompanying the operation of the control device is suppressed, the operation of the device is performed safely, and other devices are not adversely affected. Power supply, and does not require expensive and large-sized devices such as a common mode choke coil and an active filter. Can be corrected, and there is an effect that the number of times of switching is not increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an overall configuration of first and second embodiments of the present invention.
FIG. 2 shows a configuration of a multilevel PWM inverter control device according to first and second embodiments of the present invention.
FIG. 3 shows a switching pattern operation of each output terminal according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 shows a switching pattern operation of each output terminal in a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 shows the overall configuration of the third and fourth embodiments of the present invention.
FIG. 6 shows a configuration of a multi-level PWM inverter control device according to third and fourth embodiments of the present invention.
FIG. 7 shows a switching pattern operation of each output terminal according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 shows a switching pattern operation of each output terminal according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 shows the entire configuration of a conventional general example.
FIG. 10 shows a switching pattern operation of each output terminal of a general example in the related art.
11 shows a configuration example according to JP-A-10-23760 as a conventional technique. [FIG. 12] shows an implementation flow in the configuration example shown in FIG.
1, 11 Multi-level PWM
Claims (4)
スイッチング素子と逆並列接続した整流素子とからなるスイッチを前記正母線と前記負母線間に4個直列接続し、前記直列接続された4つのスイッチのうち、上側から第1番目と第2番目のスイッチとの接続点と前記中性線との間に整流素子を電流が中性線から前記スイッチの接続点に流れる方向に接続し、前記直列接続された4つのスイッチのうち、上側から第3番目と第4番目とのスイッチの接続点と前記中性線との間に整流素子を電流が前記スイッチの接続点から中性線に流れる方向に接続し、前記上側から第2番目と第3番目のスイッチの接続点を出力端子とするスイッチ素子構成群であり、前記出力端子は前記直列接続された4つのスイッチのうち上側から第1番目と第2番目のスイッチをONして前記正母線の電圧を出力する第1の状態と、上側から第2番目と第3番目のスイッチをONして前記中性線の電圧を出力する第2の状態と、上側から第3番目と第4番目のスイッチをONして前記負母線の電圧を出力する第3の状態との3つの出力状態を備える前記スイッチ素子構成群を前記正母線と負母線と中性線とに第1、第2のスイッチ素子構成群として2個並列接続し、前記第1、第2のスイッチ素子構成群の前記各出力端子から負荷に電力供給するよう構成したマルチレベルPWMインバータ制御装置において、
前記正母線と負母線と中性線とに並列接続する第3のスイッチ素子構成群を備え、前記第3のスイッチ素子構成群の出力端子には負荷に接続しないケーブル線が接続され、かつ前記出力端子は前記第1、第2、第3の出力状態のうち、前記第1、第2のスイッチ素子構成群の出力端子電圧との合計平均値が前記中間線電圧に最も近くなる状態を選択して出力することを特徴とするマルチレベルPWMインバータ制御装置。A positive bus, a negative bus, and a neutral wire,
Four switches each including a switching element and a rectifying element connected in anti-parallel are connected in series between the positive bus and the negative bus, and among the four switches connected in series, the first and second switches from the upper side A rectifying element is connected between a connection point with a switch and the neutral line in a direction in which a current flows from the neutral line to the connection point of the switch, and a third one of the four switches connected in series from the upper side A rectifying element is connected between the connection point of the fourth and fourth switches and the neutral line in a direction in which a current flows from the connection point of the switch to the neutral line, and the second and third rectifiers are connected from the upper side. A switch element configuration group having a connection point of a third switch as an output terminal, wherein the output terminal turns on a first switch and a second switch from the upper side of the four switches connected in series, and Output the voltage of And a second state in which the second and third switches are turned on from the upper side to output the voltage of the neutral line, and a third state and the fourth switch are turned on from the upper side and the Two switch element configuration groups each having three output states, ie, a third state for outputting a voltage of the negative bus, are provided as the first and second switch element configuration groups for the positive bus, the negative bus, and the neutral wire. A multi-level PWM inverter control device connected in parallel and configured to supply power to a load from the output terminals of the first and second switch element configuration groups,
A third switch element group connected in parallel with the positive bus, the negative bus, and the neutral line; a cable line not connected to a load is connected to an output terminal of the third switch element group; The output terminal selects, from among the first, second, and third output states, a state in which the total average value of the output terminal voltages of the first and second switch element configuration groups is closest to the intermediate line voltage. A multi-level PWM inverter control device, characterized in that it outputs the output.
スイッチング素子と逆並列接続した整流素子とからなるスイッチを前記正母線と前記負母線間に4個直列接続し、前記直列接続された4つのスイッチのうち、上側から第1番目と第2番目とのスイッチの接続点と前記中性線との間に整流素子を電流が中性線から前記スイッチの接続点に流れる方向に接続し、前記直列接続された4つのスイッチのうち、上側から第3番目と第4番目とのスイッチの接続点と前記中性線との間に整流素子を電流が前記スイッチの接続点から中性線に流れる方向に接続し、前記上側から第2番目と第3番目のスイッチの接続点を出力端子とするスイッチ素子構成群であり、前記出力端子は前記直列接続された4つのスイッチのうち上側から第1番目と第2番目のスイッチをONして前記正母線の電圧を出力する第1の状態と、上側から第2番目と第3番目のスイッチをONして前記中性線の電圧を出力する第2の状態と、上側から第3番目と第4番目のスイッチをONして前記負母線の電圧を出力する第3の状態との3つの出力状態を備える前記スイッチ素子構成群を前記正母線と負母線と中性線とに第4、第5、第6のスイッチ素子構成群として3個並列接続し、前記第4、第5、第6のスイッチ素子構成群の前記出力端子から負荷に電力供給するよう構成したマルチレベルPWMインバータ制御装置において、
前記正母線と負母線と中性線とに並列接続する第7のスイッチ素子構成群を備え、前記第7のスイッチ素子構成群の出力端子には負荷に接続しないケーブル線が接続され、前記第7のスイッチ素子構成群の出力端子は前記第1、第2、第3の出力状態のうち、前記第4、第5、第6のスイッチ素子構成群の出力端子電圧との合計平均値が前記中間線電圧に最も近くなる状態を選択して出力することを特徴とするマルチレベルPWMインバータ制御装置。A positive bus, a negative bus, and a neutral wire,
Four switches each including a switching element and a rectifying element connected in anti-parallel are connected in series between the positive bus and the negative bus, and among the four switches connected in series, the first and second switches are arranged from the upper side. A rectifying element is connected between the connection point of the switch and the neutral line in a direction in which a current flows from the neutral line to the connection point of the switch. A rectifying element is connected between the connection point of the fourth and fourth switches and the neutral line in a direction in which a current flows from the connection point of the switch to the neutral line, and the second and third rectifiers are connected from the upper side. A switch element configuration group having a connection point of a third switch as an output terminal, wherein the output terminal turns on a first switch and a second switch from the upper side of the four switches connected in series, and Output the voltage of And a second state in which the second and third switches are turned on from the upper side to output the voltage of the neutral line, and a third state and the fourth switch are turned on from the upper side and the The switch element configuration group having three output states, that is, a third state for outputting the voltage of the negative bus, and fourth, fifth, and sixth switch element configuration groups for the positive bus, the negative bus, and the neutral line. In a multilevel PWM inverter control device, three of which are connected in parallel and configured to supply power to a load from the output terminals of the fourth, fifth, and sixth switch element configuration groups,
A seventh switch element group connected in parallel to the positive bus, the negative bus, and the neutral line; a cable line not connected to a load is connected to an output terminal of the seventh switch element group; In the first, second, and third output states, the output terminal of the seventh switch element group has a total average value of the output terminal voltages of the fourth, fifth, and sixth switch element groups. A multi-level PWM inverter control device for selecting and outputting a state closest to an intermediate line voltage.
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