JP2007020250A - Power converter - Google Patents

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JP2007020250A JP2005196404A JP2005196404A JP2007020250A JP 2007020250 A JP2007020250 A JP 2007020250A JP 2005196404 A JP2005196404 A JP 2005196404A JP 2005196404 A JP2005196404 A JP 2005196404A JP 2007020250 A JP2007020250 A JP 2007020250A
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Yasuhiko Kitajima
康彦 北島
Kantaro Yoshimoto
貫太郎 吉本
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power converter which can perform high-speed power distribution ratio control, while reducing sounds, vibrations or losses generated from the power converter or a motor. <P>SOLUTION: The power converter outputs a pulsating AC voltage generated from a multioutput DC power supply (10) that outputs a voltage of three or more potentials, including a common potential; and the output voltage from its multilevel power supply comprises a voltage distribution (power control) means (44) for controlling the power distribution ratio, i. e. the ratio of power extracted from the voltage of each potential outputted from the multilevel power supply to follow up a target value, and a means for outputting 100% of electrical amount outputted from a power converter from any potential voltage within the time of 1 PWM period as a target value of power distribution ratio, from a first power distribution ratio target value given to the power control means, and making the power outputted from other potential voltage to 0%, thus generating a second power distribution target value, such that the ratio of time average of each potential output power becomes equal to the first power distribution ratio target value within a predetermined time equatl to an integral times of PWM. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は電力変換装置に関するものであり、特に、電力変換器や電力供給先のモータから発生する音、振動、或いは損失を低減しつつ必要な場合には高速な電力分配比制御を可能とするような電力変換装置を提供することを目的とする。   The present invention relates to a power conversion device, and particularly enables high-speed power distribution ratio control when necessary while reducing sound, vibration, or loss generated from a power converter or a power supply destination motor. It aims at providing such a power converter device.

燃料電池を主電源として高効率に高応答にモータを駆動するための構成が、特開2002-118981号(特許文献1を参照されたい。)に示されている。この例は、図1に示すように蓄電器がDC-DCコンバータを介して燃料電池と並列に接続された構成になっており、DC-DCコンバータの出力電圧を制御することで電源としての出力効率を改善することを狙ったものである。
特開2002-118981号公報
A configuration for driving a motor with high efficiency and high response using a fuel cell as a main power source is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-118981 (see Patent Document 1). In this example, as shown in FIG. 1, a capacitor is connected in parallel with a fuel cell via a DC-DC converter, and the output efficiency as a power source is controlled by controlling the output voltage of the DC-DC converter. It aims to improve.
JP 2002-118981 A

しかしながら、この従来例は、DC-DCコンバータを使って、燃料電池とバッテリを並列に接続する構成となっていたため、以下の問題点がある。DC-DCコンバータを使用しているため、システムのサイズが大きくなるとともに、コストが高い。バッテリ電圧はDC-DCコンバータで変換したうえでさらにインバータで変換を行いモータに印加されるので損失が大きい。以上の点を鑑みて本発明人らは、複数電源を用いたモータ駆動システムをより低損失で、より小型に、より低コストにしつつ、各電源から供給する電力を任意の値に制御可能とする電力変換装置(本明細書ではMCIと称することがある。)を既に開発した(特願2004−316718号)。   However, since this conventional example has a configuration in which a fuel cell and a battery are connected in parallel using a DC-DC converter, there are the following problems. Since a DC-DC converter is used, the size of the system increases and the cost is high. Since the battery voltage is converted by the DC-DC converter and further converted by the inverter and applied to the motor, the loss is large. In view of the above points, the present inventors can control the power supplied from each power source to an arbitrary value while making the motor drive system using a plurality of power sources lower in loss, smaller in size and lower in cost. Has already been developed (Japanese Patent Application No. 2004-316718).

しかしながら、上述したような電力変換装置においては、電力目標値の変化に伴う、振動、音、損失などの問題については考慮されておらず、運転状況によっては音や振動の状況が大きく変化したり、音や振動が大きくなったり、損失が大きくなったりする恐れがある。特に、電力変換装置を乗用車などに搭載する電気自動車用途の場合には、このような音や振動は乗員の快適性に大きく影響し得る問題である。
そこで、本発明は、上述したような電力変換装置において電力変換器やモータから発生する音、振動、或いは損失を低減しつつ必要な場合には高速な電力分配比制御を可能とするような電力変換装置を提供することを目的とする。
However, in the power conversion device as described above, problems such as vibration, sound, loss due to the change in the power target value are not considered, and depending on the driving situation, the state of sound and vibration may change greatly. , There is a risk of increased sound and vibration and increased loss. In particular, in the case of an electric vehicle application in which the power conversion device is mounted on a passenger car or the like, such sound and vibration are problems that can greatly affect the comfort of passengers.
Therefore, the present invention provides power that enables high-speed power distribution ratio control when necessary while reducing sound, vibration, or loss generated from a power converter or motor in a power converter as described above. An object is to provide a conversion device.

上述した諸課題を解決すべく、第1の発明による電力変換装置は、
共通電位を含む3以上の電位の電圧を出力するマルチ出力直流電源と、そのマルチレベル電源の出力電圧からパルス状の交流電圧(交流出力電圧)を生成・出力する電力変換装置であって、
前記マルチレベル電源から出力される各電位の電圧から取り出す電力(各電位出力電力)の比率である電力分配比を目標値に追従するように制御する電力制御手段(例えば回路)と、
前記電力分配比の目標値として、前記電力制御手段に与えられる第1の電力分配目標値から、1PWM周期の時間内ではいずれかの電位電圧から電力変換器から出力される電量を100%出力し、他の電位電圧から出力される電力を0%とし、PWMの整数倍の所定時間内で各電位出力電力の時間平均の比率が第1の電力分配目標値と同じとなるような第2の電力分配目標値を生成し、この第2の電力分配目標値を前記電力分配比の目標値として前記電力制御手段に与える電力分配目標値前処理手段(回路)と、
を備えることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, the power conversion device according to the first invention provides:
A multi-output DC power source that outputs a voltage of three or more potentials including a common potential, and a power converter that generates and outputs a pulsed AC voltage (AC output voltage) from the output voltage of the multi-level power source,
Power control means (for example, a circuit) for controlling a power distribution ratio, which is a ratio of power (each potential output power) extracted from each potential voltage output from the multilevel power supply, to follow a target value;
As the target value of the power distribution ratio, 100% of the electric power output from the power converter from any potential voltage is output within the period of 1 PWM period from the first power distribution target value given to the power control means. The second output is such that the electric power output from other electric potential voltages is 0%, and the ratio of the time average of each electric potential output electric power is the same as the first electric power distribution target value within a predetermined time that is an integral multiple of PWM. A power distribution target value pre-processing unit (circuit) that generates a power distribution target value and gives the second power distribution target value to the power control unit as a target value of the power distribution ratio;
It is characterized by providing.

また、第2の発明による電力変換装置は、
前記電力分配目標値前処理手段が、
前記第1の電力分配目標値をPWM処理することで前記第2の電力分配目標値を生成する、
ことを特徴とする。
The power converter according to the second invention is
The power distribution target value pre-processing means is
Generating the second power distribution target value by performing PWM processing on the first power distribution target value;
It is characterized by that.

また、第3の発明による電力変換装置は、
前記電力分配目標値前処理手段が、
前記交流電圧の出力先である負荷(典型的にはモータ)の状態、及び/または、前記マルチ出力直流電源の状態に応じて、前記第1の電力分配目標値に処理を施して前記第2の電力分配目標値を生成せず、この第1の電力分配目標値をそのまま前記電力分配比の目標値として前記電力制御手段に与えるスルー状態と、前記第1の電力分配目標値に処理を施して前記第2の電力分配目標値を生成して、この第2の電力分配目標値を前記電力分配比の目標値として前記電力制御手段に与える前処理実施状態とを切りかえる機能を備える、
ことを特徴とする。
A power converter according to a third aspect of the invention is
The power distribution target value pre-processing means is
Depending on the state of a load (typically a motor) that is the output destination of the AC voltage and / or the state of the multi-output DC power source, the second power distribution target value is processed and the second power distribution target value is processed. The first power distribution target value is not generated, and the first power distribution target value is used as it is as the target value of the power distribution ratio. The through state and the first power distribution target value are processed. The second power distribution target value is generated and the pre-processing execution state in which the second power distribution target value is given to the power control unit as the target value of the power distribution ratio is provided.
It is characterized by that.

また、第4の発明による電力変換装置は、
前記電力分配目標値前処理手段が、
前記スルー状態の場合と前記前処理実施状態の場合とで前記負荷に印加するべきパルス状電圧を生成する際に用いるキャリアの周波数を異ならせる、
ことを特徴とする。
上述したように本発明の解決手段を装置として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する方法、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。
The power converter according to the fourth invention is
The power distribution target value pre-processing means is
The frequency of the carrier used when generating the pulse voltage to be applied to the load differs between the case of the through state and the case of the preprocessing implementation state,
It is characterized by that.
As described above, the solution of the present invention has been described as an apparatus. However, the present invention can be realized as a method, a program, and a storage medium that stores the program substantially corresponding to these, and the scope of the present invention. It should be understood that these are also included.

第1の発明では、電力分配目標値を前処理する電力分配目標値前処理手段を設け、1PWM周期内では電力分配の目標値を0%か100%のいずれかとなるようにした上で、PWM周期の整数倍の所定時間内での各電位出力電力の時間平均値が処理前と同じになるように0%の時間と100%の時間を決めた第2の電力分配目標値を求め、これを最終的な電力分配目標値として用いるようにした。このようにすることによって、1PWM周期内では共通電位と共通電位以外の一つの電位とで形成される直流電圧からPWMパルスを生成することになり、これら以外の電位電圧を使ってパルス生成を行わない。従って、1PWM周期におけるスイッチング回数が変化することがないため、スイッチング回数が変化することで音や振動が大きく変化することがない。また、スイッチング回数が一定なので、スイッチング回数が大きく変化することによる損失も防止できる。   In the first invention, power distribution target value preprocessing means for preprocessing the power distribution target value is provided, and the power distribution target value is set to either 0% or 100% within one PWM period. A second power distribution target value is determined by determining 0% time and 100% time so that the time average value of each potential output power within a predetermined time that is an integral multiple of the cycle is the same as before processing. Is used as the final power distribution target value. By doing so, a PWM pulse is generated from a DC voltage formed by a common potential and one potential other than the common potential within one PWM period, and pulse generation is performed using a potential voltage other than these. Absent. Accordingly, since the number of times of switching in one PWM cycle does not change, the sound and vibration do not change greatly due to the change of the number of times of switching. In addition, since the number of times of switching is constant, loss due to a large change in the number of times of switching can be prevented.

また、第2の発明では、上記電力分配目標値前処理手段は第1の電力分配目標値をPWM処理することで第2の電力分配目標値を生成するようにした。このようにすることによって、第1の発明で示した電力分配目標値前処理手段を容易かつ簡便に構成することができる。   In the second invention, the power distribution target value pre-processing means generates the second power distribution target value by performing PWM processing on the first power distribution target value. By doing so, the power distribution target value pre-processing means shown in the first invention can be configured easily and simply.

また、第3の発明では、記電力分配目標値前処理手段は、モータの状態・電源の状態に応じて第1の電力分配目標値に処理を施さずに出力する状態(スルー状態)と処理を施す状態(前処理実施状態)とを切りかえる機能を備えた。このようにすることによって、通常は前処理実施済みの電力分配目標値を使用し、電力分配比を高速に変化させたい場合にはスルー状態の電力分配目標値を使用することができるので、通常は、音や振動の発生を防止しつつ且つ低損失な動作を行い、必要な場合には高速な電力分配制御を行うことができる。   In the third aspect of the invention, the power distribution target value preprocessing means outputs the first power distribution target value without performing processing (through state) and processing according to the state of the motor and the state of the power supply. The function to switch the state of applying (pre-processing implementation state). In this way, the power distribution target value that has been pre-processed is normally used, and the power distribution target value in the through state can be used when changing the power distribution ratio at high speed. Is capable of performing low-loss operation while preventing generation of sound and vibration, and performing high-speed power distribution control when necessary.

また、第4の発明では、上記電力分配目標値前処理手段がスルー状態の場合と前処理状態の場合とでモータに印加するパルス状電圧を生成する際に用いるキャリアの周波数を異ならせるようにした。このようにすることによって、高速な電力分配制御を行う場合とそれ以外の場合とでキャリア周波数を変化させることで単位時間あたりの電力変換器総スイッチング回数を一定とすることができる。つまり、高速な電力分配制御を行う場合もそうでない場合とで、大きな音の変化、損失の変化が発生することを防止できる。   In the fourth invention, the carrier frequency used when generating the pulse voltage applied to the motor is different depending on whether the power distribution target value preprocessing means is in the through state or in the preprocessing state. did. By doing in this way, the total frequency | count of power converter switching per unit time can be made constant by changing a carrier frequency by the case where high-speed power distribution control is performed, and the case other than that. That is, it is possible to prevent a large change in sound and loss from occurring when high-speed power distribution control is performed and when it is not.

以降、諸図面を参照しつつ、本発明の実施態様を詳細に説明する。
第1の実施例(第1、2の発明に相当)
本発明の第1の実施例の構成を図2に示す。本実施例は、第1の直流電源10aと第2の直流電源10bとで構成されるマルチ出力直流電源10と、この電源の電圧を用いてモータに印加する電圧を生成する電力変換器30と、モータ20と、電力変換器30を駆動することでモータ20のトルクを制御しつつ、直流電源10a、10b夫々から供給される電力の分配比率を制御する制御装置40とで構成される。マルチ出力直流電源10は、直流電源10aの低電位側端子と10bの低電位側端子が接続されて共通電位(以降、GND電位と記す)が構成されている。この電源は、3つの電位、つまり、GND電位、直流電源10aの電位Vdc_a、直流電源10bの電位Vdc_bを出力する電源である。モータ20は3相交流モータである。このモータは、後ほど説明する電力変換器30から出力される交流電圧により駆動される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First embodiment (equivalent to the first and second inventions)
The configuration of the first embodiment of the present invention is shown in FIG. In this embodiment, a multi-output DC power supply 10 composed of a first DC power supply 10a and a second DC power supply 10b, and a power converter 30 for generating a voltage to be applied to a motor using the voltage of the power supply, The motor 20 and the controller 40 that controls the torque of the motor 20 by driving the power converter 30 and controls the distribution ratio of the power supplied from each of the DC power supplies 10a and 10b. In the multi-output DC power source 10, a low potential side terminal of the DC power source 10a and a low potential side terminal of 10b are connected to form a common potential (hereinafter referred to as GND potential). This power supply is a power supply that outputs three potentials, that is, a GND potential, a potential Vdc_a of the DC power supply 10a, and a potential Vdc_b of the DC power supply 10b. The motor 20 is a three-phase AC motor. This motor is driven by an AC voltage output from a power converter 30 described later.

電力変換器30は、マルチ出力直流電源10から出力される3つの電位の電圧をもとに、モータに印加する電圧を生成する直流-交流電力変換器である。この電力変換器は、図4に示すように各相同じ構成のスイッチ手段で構成されている。U相のスイッチ手段30Uを使って説明する。このスイッチは、モータ20のU相に出力する電圧を生成するスイッチ手段である。GND電位、Vdc_a、Vdc_bのなかから択一的に接続するスイッチであり、各電位に接続する時間の割合を変化させることで、モータに必要な電圧を供給する。V相のスイッチ手段30V、W相のスイッチ手段30Wも同様である。   The power converter 30 is a DC-AC power converter that generates a voltage to be applied to the motor based on three potential voltages output from the multi-output DC power supply 10. As shown in FIG. 4, this power converter is composed of switch means having the same configuration for each phase. This will be described using the U-phase switch means 30U. This switch is switch means for generating a voltage to be output to the U phase of the motor 20. It is a switch that is alternatively connected from among the GND potential, Vdc_a, and Vdc_b, and supplies the necessary voltage to the motor by changing the proportion of time to connect to each potential. The same applies to the V-phase switch means 30V and the W-phase switch means 30W.

図2に戻って、制御装置40の構成を説明する。41は、外部より与えられるトルク指令とモータの回転速度とからモータのd軸電流の指令値id*とq軸電流の指令値iq*とを演算するトルク制御手段である。42は、dq軸電流指令値id*、iq*とdq軸電流値id、iqとから、これらを一致させるための電圧指令値vd*、vq*を演算する電流制御手段である。id、iqは3相/dq変換手段48により3相電流iu、ivから求められる。43は、dq軸電圧指令値vd*、vq*を3相電圧指令vu*、vq*、vw*に変換するdq/3相電圧変換手段である。44は、3相電圧指令を電源10aから供給する電力Paと、電源10bから供給する電力Pbの分配目標値(rto_pa*、rto_pb*)に応じて、それぞれの電源の電圧から生成するU相電圧指令vu_a*、vu_b*、V相電圧指令vv_a*、vv_b*、W相電圧指令vw_a*、vw_b*を生成する電圧分配(電力制御)手段である(以下、電源10aから生成する電圧の指令を電源10a分電圧指令、電源10bから生成する電圧の指令を電源10b分電圧指令と記す)。45は、電源10aの電圧Vdc_a、電源10bの電圧Vdc_bを入力し、vu_a*、vu_b*、vv_a*、vv_b*、vw_a*、vw_b*正規格化した電圧指令である瞬時変調率指令mu_a*、mu_b*、mv_a*、mv_b*、mw_a*、mw_b*を生成する変調率演算手段である。46は、瞬時変調率指令にPWMを行う前の処理を行い最終的な瞬時変調率指令mu_a_c*、mu_b_c *、mv_a_c *、mv_b_c *、mw_a_c *、mw_b_c *を生成する変調率補正手段である。47は、最終的な瞬時変調率指令に基づいて電力変換器30の各スイッチをオン/オフするPWMパルスを生成するPWMパルス生成手段である。49は本発明の中心をなす電力分配前処理手段である。外部より与えられる電力分配目標値rto_pa1*に処理を行い、44の電圧分配手段に与える電力分配目標値rto_pa*、rto_pb*を生成する。   Returning to FIG. 2, the configuration of the control device 40 will be described. Reference numeral 41 denotes torque control means for calculating a command value id * of the motor d-axis current and a command value iq * of the q-axis current from a torque command given from the outside and the rotational speed of the motor. Reference numeral 42 denotes current control means for calculating voltage command values vd * and vq * for matching the dq-axis current command values id * and iq * and the dq-axis current values id and iq. id and iq are obtained from the three-phase currents iu and iv by the three-phase / dq conversion means 48. Reference numeral 43 denotes dq / 3-phase voltage conversion means for converting the dq-axis voltage command values vd * and vq * into three-phase voltage commands vu *, vq * and vw *. 44 is a U-phase voltage generated from the voltage of each power supply in accordance with the distribution target value (rto_pa *, rto_pb *) of the power Pa supplied from the power supply 10a and the power Pb supplied from the power supply 10b. Voltage distribution (power control) means for generating commands vu_a *, vu_b *, V-phase voltage commands vv_a *, vv_b *, W-phase voltage commands vw_a *, vw_b * (hereinafter referred to as voltage commands generated from the power supply 10a) The power supply 10a voltage command and the voltage command generated from the power supply 10b are referred to as the power supply 10b voltage command). 45, the voltage Vdc_a of the power source 10a and the voltage Vdc_b of the power source 10b are input, and the instantaneous modulation rate command mu_a *, which is a standardized voltage command, vu_a *, vu_b *, vv_a *, vv_b *, vw_a *, vw_b *, Modulation rate calculation means for generating mu_b *, mv_a *, mv_b *, mw_a *, mw_b *. Reference numeral 46 denotes a modulation rate correction unit that performs processing before performing PWM on the instantaneous modulation rate command and generates final instantaneous modulation rate commands mu_a_c *, mu_b_c *, mv_a_c *, mv_b_c *, mw_a_c *, and mw_b_c *. 47 is PWM pulse generation means for generating a PWM pulse for turning on / off each switch of the power converter 30 based on the final instantaneous modulation rate command. Reference numeral 49 denotes power distribution preprocessing means that is the center of the present invention. The power distribution target value rto_pa1 * given from the outside is processed to generate power distribution target values rto_pa * and rto_pb * to be given to the 44 voltage distribution means.

次に作用を説明する。電力変換器30は図4に示すような1相あたり3アームで構成された電力変換器である。本制御装置40は、モータのトルクを制御しつつ、2つの電源10a、10bから供給する電力の割合を指令値に応じて自由に変更できるものであるが、電力分配目標値に前処理を行うことで、音が大きく変化することを防止する。また、単位時間あたりの総スイッチング回数が変化しないよう構成させるので、損失が大きく変化することも防止できる。つまり、常時最適なスイッチング周波数で駆動することができる。   Next, the operation will be described. The power converter 30 is a power converter configured with three arms per phase as shown in FIG. The control device 40 can freely change the proportion of power supplied from the two power sources 10a and 10b according to the command value while controlling the torque of the motor, but performs preprocessing on the power distribution target value. This prevents the sound from changing greatly. In addition, since the total number of switching times per unit time is not changed, the loss can be prevented from changing greatly. That is, it is possible to always drive at the optimum switching frequency.

図2において、電圧分配手段44、規格化電圧指令生成手段45で電力の分配を所望の値にするための電圧指令値を生成する。電力分配手段44では、以下のような原理に基づいて演算を行なう。モータのトルクを指令値どおりに制御しつつ、電源10aから供給される電力Paと電源10bから供給される電力Pbの割合を変更するには以下の2つの条件を満たせば良い。
電圧条件
Vu*=Vu_a*+Vu_b*
Vv*=Vv_a*+Vv_b*
Vu*=Vw_a*+Vw_b*
電力条件
Pa:Pb=Vu_a*:Vu_b*
Pa:Pb=Vv_a*:Vv_b*
Pa:Pb=Vw_a*:Vw_b*
In FIG. 2, the voltage distribution unit 44 and the standardized voltage command generation unit 45 generate a voltage command value for setting the power distribution to a desired value. The power distribution means 44 performs calculations based on the following principle. In order to change the ratio of the electric power Pa supplied from the power source 10a and the electric power Pb supplied from the power source 10b while controlling the motor torque in accordance with the command value, the following two conditions may be satisfied.
Voltage condition Vu * = Vu_a * + Vu_b *
Vv * = Vv_a * + Vv_b *
Vu * = Vw_a * + Vw_b *
Power condition Pa: Pb = Vu_a *: Vu_b *
Pa: Pb = Vv_a *: Vv_b *
Pa: Pb = Vw_a *: Vw_b *

図8にU相電圧指令Vu*と電源10a分電圧指令Vu_a*・電源10b分電圧指令Vu_b*を示す。上の2条件を電圧ベクトル表示すると、次のようになる。
電圧条件
V*=Va*(Vu_a*、Vv_a*、Vw_a*)+Vb*(Vu_b*、Vv_b*、Vw_b*)
電力条件
Pa:Pb=sgn(Va*)|Va*(Vu_a*、Vv_a*、Vw_a*)|
:sgn(Vb*)(|Vb*(Vu_b*、Vv_b*、Vw_b*)|
ただし、sgn(Va*)、sgn(Vb*)は、電圧ベクトルVと同じ方向を1、反対方向を−1と定義する。
これを電圧ベクトルで表記すると、図9のようになる。
FIG. 8 shows a U-phase voltage command Vu *, a power supply 10a divided voltage command Vu_a *, and a power supply 10b divided voltage command Vu_b *. When the above two conditions are represented by voltage vectors, the result is as follows.
Voltage condition V * = Va * (Vu_a *, Vv_a *, Vw_a *) + Vb * (Vu_b *, Vv_b *, Vw_b *)
Power condition Pa: Pb = sgn (Va *) | Va * (Vu_a *, Vv_a *, Vw_a *) |
: Sgn (Vb *) (| Vb * (Vu_b *, Vv_b *, Vw_b *) |
However, sgn (Va *) and sgn (Vb *) define the same direction as the voltage vector V as 1 and the opposite direction as -1.
This is expressed as a voltage vector as shown in FIG.

さて、図2に戻って電圧分配手段44の動作を説明する。ふたつの電源から供給される電力の和をPとすると、
P=Pa+Pbである。
ここで、Pa=rto_pa*・P、Pb=rto_pb*・Pと定義する。
電圧分配手段44には、電圧指令vu*、vv*、vw*と分配電力指令値rto_pa2*(=1-rto_pb2*)が入力される。これらから、以下の計算により電源10a分電圧指令、電源10b分電圧指令を求める。
vu_a*=rto_pa*・vu*
vu_b*=rto_pb*・vu*
vv_a*=rto_pa*・vv*
vv_b*=rto_pb*・vv*
vw_a*=rto_pa*・vw*
vw_b*=rto_pb*・vu*
Now, returning to FIG. 2, the operation of the voltage distribution means 44 will be described. If the sum of the power supplied from the two power sources is P,
P = Pa + Pb.
Here, Pa = rto_pa * · P and Pb = rto_pb * · P are defined.
Voltage command vu *, vv *, vw * and distributed power command value rto_pa2 * (= 1−rto_pb2 *) are input to the voltage distribution means 44. From these, the power supply 10a voltage command and the power supply 10b voltage command are obtained by the following calculation.
vu_a * = rto_pa * ・ vu *
vu_b * = rto_pb * ・ vu *
vv_a * = rto_pa * ・ vv *
vv_b * = rto_pb * ・ vv *
vw_a * = rto_pa * ・ vw *
vw_b * = rto_pb * ・ vu *

以下、変調率演算手段45、変調率補正手段46、PWMパルス生成手段47を図10、図11、図12を用いて詳細に説明する。図10は、図2の45〜47の手段で構成される部分の1相分を抜き出した図である。図11は、図2の各手段で行う演算をフローチャートで示したものである。図12は、PWMパルスの生成方法を示したものである。以下の説明は、U相についてのみ行うが、V相、W相についても全く同様の操作を行う。   Hereinafter, the modulation factor calculating unit 45, the modulation factor correcting unit 46, and the PWM pulse generating unit 47 will be described in detail with reference to FIG. 10, FIG. 11, and FIG. FIG. 10 is a diagram in which one phase portion extracted from the means 45 to 47 in FIG. 2 is extracted. FIG. 11 is a flowchart showing the calculation performed by each means of FIG. FIG. 12 shows a method for generating a PWM pulse. The following description is performed only for the U phase, but the same operation is performed for the V phase and the W phase.

変調率演算手段45
変調率演算手段45は図11に示す演算2を行う。U相の電源10a分電圧指令vu_a*、電源10b分電圧指令vu_b*をそれぞれの直流電圧の半分の値で正規化することで電源10a分瞬時変調率指令mu_a*、電源10b分瞬時変調率指令mu_b*を求める。
mu_a*=vu_a*/(Vdc_a/2)
mu_b*=vu_b*/(Vdc_b/2)
Modulation rate calculation means 45
The modulation factor calculation means 45 performs calculation 2 shown in FIG. By normalizing the U-phase power supply 10a voltage command vu_a * and the power supply 10b voltage command vu_b * with half of each DC voltage, the power supply 10a instantaneous modulation rate command mu_a * and the power supply 10b instantaneous modulation rate command Find mu_b *.
mu_a * = vu_a * / (Vdc_a / 2)
mu_b * = vu_b * / (Vdc_b / 2)

変調率補正手段46
変調率補正手段46は、図5に示す演算3を行う。電源10a分瞬時変調率指令mu_a*、電源10b分瞬時変調率指令mu*_bから電力分配比と各電源電圧に応じたオフセットを減算することで最終的な瞬時変調率指令mu_a_c*、mu_b_c*を求める。
mu_a_c*=mu_a*―|rto_pb*/Vdc_b|/(|rto_pa*/Vdc_a|・|rto_pb*/Vdc_b|)
mu_b_c*=mu_b*―|rto_pb*/Vdc_b|/(|rto_pa*/Vdc_a|・|rto_pb*/Vdc_b|)
Modulation rate correction means 46
The modulation factor correction means 46 performs calculation 3 shown in FIG. The final instantaneous modulation rate commands mu_a_c * and mu_b_c * are obtained by subtracting the power distribution ratio and the offset corresponding to each power supply voltage from the instantaneous modulation rate command mu_a * for the power supply 10a and the instantaneous modulation rate command mu * _b for the power supply 10b. Ask.
mu_a_c * = mu_a *-| rto_pb * / Vdc_b | / (| rto_pa * / Vdc_a | ・ | rto_pb * / Vdc_b |)
mu_b_c * = mu_b *-| rto_pb * / Vdc_b | / (| rto_pa * / Vdc_a | ・ | rto_pb * / Vdc_b |)

PWMパルス生成手段47
PWMパルス生成手段47は図11に示す演算4(図12)を行う。図12を用いてその動作を説明する。まず、電源10aの電圧Vdc_aから最終的な電源10a分瞬時変調率指令mu_a_c*に基づいてPWMパルスを生成する際に用いる電源10a用キャリアと、最終的な電源10b分瞬時変調率指令mu_b_c*から電源10b分電圧指令に基づいてPWMパルスを生成する際に用いる電源10a用キャリアがあり、これらの位相は反転している。mu_a_c*と電源10a用キャリアが比較されvu_pwm1が生成される。また、mu_b_c*と電源10b用キャリアが比較されvu_pwm2が生成される。vu_pwm1、vu_pwm2、vu_pwm3(vu_pwm1とvu_pwm2のNOR)が生成される。これらの信号が図4におけるSW1、SW2、SW3に加えられる。
PWM pulse generation means 47
The PWM pulse generation means 47 performs calculation 4 (FIG. 12) shown in FIG. The operation will be described with reference to FIG. First, from the voltage Vdc_a of the power source 10a, the carrier for the power source 10a used when generating the PWM pulse based on the final instantaneous power source modulation factor command mu_a_c * for the power source 10a, and the final instantaneous power source modulation factor command mu_b_c * for 10b. There is a power supply 10a carrier used when generating a PWM pulse based on a power supply 10b voltage command, and these phases are inverted. The mu_a_c * and the carrier for the power source 10a are compared to generate vu_pwm1. Also, mu_b_c * and the power supply 10b carrier are compared to generate vu_pwm2. vu_pwm1, vu_pwm2, and vu_pwm3 (NO of vu_pwm1 and vu_pwm2) are generated. These signals are applied to SW1, SW2, and SW3 in FIG.

本実施例では電源10a分瞬時変調率に基づいたパルスを生成する時間Tp1と電源10b分瞬時変調率に基づいたパルスを生成する時間Tp2がそれぞれ電力分配比に応じて変化するようにした。このようにすることで、大きな電力を取り出す電源から生成するパルスのオン時間を最大1PWM周期時間まで大きくし、小さな電力を取り出す電源から生成するパルスのオン時間を0まで小さくすることができるので、2つの分配出力電力目標値の大きさの比が大きく異なる場合にも電源電圧を有効に利用することができる。   In this embodiment, the time Tp1 for generating a pulse based on the instantaneous modulation factor for the power source 10a and the time Tp2 for generating a pulse based on the instantaneous modulation factor for the power source 10b are changed in accordance with the power distribution ratio. By doing so, it is possible to increase the ON time of the pulse generated from the power supply that extracts the large power up to 1 PWM cycle time and to decrease the ON time of the pulse generated from the power supply that extracts the small power to 0. Even when the ratio of the magnitudes of the two distributed output power target values differs greatly, the power supply voltage can be used effectively.

しかしながら、電力分配目標値rto_pa*=0、1の場合(或いはrto_pb*=1、0の場合)、つまり一方の電源電圧から全ての電力を取り出す場合、vu_pwm1、vu_pwm2のうち一方のパルスが消滅してしまう(図5)。この場合を電力分配目標値がこの値以外の場合(図6)とを比較するとSW1,SW2、SW3の合計スイチング回数が半分になる。キャリア周波数を後者の場合で可聴音が問題とならないレベルの下限近傍の周波数に設定すると、前者の場合では周波数が半分となるため可聴域の音が生じてしまう。キャリア周波数を前者の場合で可聴音が問題とならないレベルの加減の周波数に設定すると、後者の場合ではスイッチング周波数が倍となるため、スイッチング素子の損失が大きくなってしまう。また、電流の応答性も両者で大きく異なる。   However, when the power distribution target value rto_pa * = 0, 1 (or rto_pb * = 1, 0), that is, when all power is extracted from one power supply voltage, one of the pulses of vu_pwm1 and vu_pwm2 disappears. (FIG. 5). When this case is compared with the case where the power distribution target value is other than this value (FIG. 6), the total number of times of switching of SW1, SW2, and SW3 is halved. If the carrier frequency is set to a frequency in the vicinity of the lower limit of the level at which the audible sound does not cause a problem in the latter case, the frequency is halved in the former case, and an audible sound is generated. If the carrier frequency is set to a frequency that does not cause an audible sound problem in the former case, the switching frequency is doubled in the latter case, so that the loss of the switching element increases. Also, the current response is greatly different between the two.

このような点を改善する手段として電力分配前処理手段49を設けている。49の構成を図6に示す。図に示すように、外部より与えられる電力分配目標値rto_pa*をPWM周期より長い電力制御周期Ts_pwmのキャリアを使ったPWMにより0/1のパルス状信号rto_pa*をPWM周期毎に生成する。このようにして処理された電力分配目標指令は0か1のいずれかの値しかとならないため、スイッチング周波数は常に一定である。したがって、キャリア周波数を適切な値に設定しておけば、外部より与えられる電力分配目標値が0/1であっても、0/1以外の値であっても可聴音の問題が生じることはない。また、スイッチング周波数の変化に伴う損失の変化、電流の応答性の変化が生じることを防止できる。   As means for improving this point, power distribution preprocessing means 49 is provided. The configuration of 49 is shown in FIG. As shown in the figure, a pulse distribution signal rto_pa * of 0/1 is generated for each PWM cycle by PWM using a power distribution target value rto_pa * given from the outside and a carrier having a power control cycle Ts_pwm longer than the PWM cycle. Since the power distribution target command processed in this way can only have a value of 0 or 1, the switching frequency is always constant. Therefore, if the carrier frequency is set to an appropriate value, the problem of audible sound will occur regardless of whether the power distribution target value given from the outside is 0/1 or a value other than 0/1. Absent. In addition, it is possible to prevent a change in loss and a change in current response due to a change in switching frequency.

第2の実施例(第1〜4の発明に相当)
本実施例で第1の実施例と異なるのは、図2の電力分配前処理手段49の構成である。他の部分は第1の実施例と同じである。電力分配前処理手段49の構成を図7に示す。第2実施例の電力分配前処理手段(図7)と第1の実施例のそれ(図6)とを比較するとわかるように、本実施例は、最終的な電力分配目標値rto_pa*は、外部より与えられる電力分配目標値rto_pa1*に実施例1と同様な処理を行う場合と、処理を行わない場合とを切り替える構成になっている。通常は前者の場合(前処理実施)の信号を何らかのスイッチによって経路Rt1を介して出力し、電力制御を高速に行いたい場合には後者の信号(前処理を未実施)の信号をスイッチによって経路Rt2を介して出力する。後者の場合にキャリア周波数を半分にすることで、損失の増加を防ぐ構成にするとなお良い。以上のようにすることで、音、損失、電流応答性の問題を防止しながら必要な場合には高速な電力制御をすることが可能である。
Second embodiment (equivalent to the first to fourth inventions)
This embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the power distribution preprocessing means 49 in FIG. The other parts are the same as in the first embodiment. The configuration of the power distribution preprocessing means 49 is shown in FIG. As can be seen by comparing the power distribution preprocessing means of the second embodiment (FIG. 7) with that of the first embodiment (FIG. 6), the final power distribution target value rto_pa * The power distribution target value rto_pa1 * given from the outside is configured to switch between a case where processing similar to that in the first embodiment is performed and a case where processing is not performed. Normally, the signal in the former case (execution of preprocessing) is output via a path Rt1 by some switch, and if the power control is to be performed at high speed, the signal of the latter signal (no preprocessing is performed) is routed by the switch. Output via Rt2. In the latter case, the carrier frequency is preferably halved to prevent the loss from increasing. By doing as described above, it is possible to perform high-speed power control when necessary while preventing problems of sound, loss, and current responsiveness.

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各部材、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の部材、手段、ステップなどを1つに組み合わたり或いは分割したりすることが可能である。   Although the present invention has been described based on the drawings and examples, it should be noted that those skilled in the art can easily make various modifications and corrections based on the present disclosure. Therefore, it should be noted that these variations and modifications are included in the scope of the present invention. For example, the functions included in each member, each means, each step, etc. can be rearranged so that there is no logical contradiction, and a plurality of members, means, steps, etc. can be combined or divided into one. Is possible.

従来のモータ制御システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional motor control system. 第1の実施例の制御システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the control system of a 1st Example. 電力分配指令値が0/1以外の場合のスイッチングパルスを示す図である。It is a figure which shows a switching pulse in case electric power distribution command value is other than 0/1. 電力変換器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a power converter. 電力分配指令値が0/1の場合のスイッチングパルスを示す図である。It is a figure which shows a switching pulse in case an electric power distribution command value is 0/1. 第1の実施例の電力分配前処理手段の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the power distribution pre-processing means of a 1st Example. 第2の実施例の電力分配前処理手段の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the power distribution pre-processing means of a 2nd Example. 相電圧波形で電圧分配を説明する図である。It is a figure explaining voltage distribution with a phase voltage waveform. 電圧ベクトルで電圧分配を説明する図である。It is a figure explaining voltage distribution by a voltage vector. 第1の実施例の構成(1相分)を示す図である。It is a figure which shows the structure (for 1 phase) of a 1st Example. 図10の各ブロックの演算を示すフローを示す図である。It is a figure which shows the flow which shows the calculation of each block of FIG. 第1の実施例のPWMパルス生成手段での演算を示す図である。It is a figure which shows the calculation in the PWM pulse production | generation means of 1st Example.

符号の説明Explanation of symbols

10 マルチ出力直流電源
10a 第1の直流電源
10b 第2の直流電源
20 モータ
30 電力変換器
30U スイッチ手段
30V スイッチ手段
30W スイッチ手段
40 制御装置
41 トルク制御手段
42 電流制御手段
43 dq/3相変換手段
44 電圧分配手段
44 電力分配手段
45 規格化電圧指令生成手段
45 変調率演算手段
46 変調率補正手段
47 パルス生成手段
48 3相/dq変換手段
49 電力分配前処理手段
10 Multi-output DC power supply
10a First DC power supply
10b Second DC power supply
20 Motor
30 Power converter
30U switch means
30V switch means
30W switch means
40 Control unit
41 Torque control means
42 Current control means
43 dq / 3-phase conversion means
44 Voltage distribution means
44 Power distribution means
45 Standardized voltage command generation means
45 Modulation rate calculation means
46 Modulation rate correction means
47 Pulse generation means
48 Three-phase / dq conversion means
49 Power distribution pre-processing means

Claims (4)

共通電位を含む3以上の電位の電圧を出力するマルチ出力直流電源と、そのマルチレベル電源の出力電圧からパルス状の交流電圧を生成・出力する電力変換装置であって、
前記マルチレベル電源から出力される各電位の電圧から取り出す電力の比率である電力分配比を目標値に追従するように制御する電力制御手段と、
前記電力分配比の目標値として、前記電力制御手段に与えられる第1の電力分配目標値から、1PWM周期の時間内ではいずれかの電位電圧から電力変換器から出力される電量を100%出力し、他の電位電圧から出力される電力を0%とし、PWMの整数倍の所定時間内で各電位出力電力の時間平均の比率が第1の電力分配目標値と同じとなるような第2の電力分配目標値を生成し、この第2の電力分配目標値を前記電力分配比の目標値として前記電力制御手段に与える電力分配目標値前処理手段と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。
A multi-output DC power source that outputs a voltage of three or more potentials including a common potential, and a power converter that generates and outputs a pulsed AC voltage from the output voltage of the multi-level power source,
Power control means for controlling a power distribution ratio, which is a ratio of power extracted from each potential voltage output from the multi-level power supply, to follow a target value;
As the target value of the power distribution ratio, 100% of the electric power output from the power converter from any potential voltage is output within the period of 1 PWM period from the first power distribution target value given to the power control means. The second output is such that the electric power output from other electric potential voltages is 0%, and the ratio of the time average of each electric potential output electric power is the same as the first electric power distribution target value within a predetermined time that is an integral multiple of PWM. A power distribution target value pre-processing unit that generates a power distribution target value and gives the second power distribution target value to the power control unit as a target value of the power distribution ratio;
A power conversion device comprising:
請求項1に記載の電力変換装置において、
前記電力分配目標値前処理手段が、
前記第1の電力分配目標値をPWM処理することで前記第2の電力分配目標値を生成する、
ことを特徴とする電力変換装置。
The power conversion device according to claim 1,
The power distribution target value pre-processing means is
Generating the second power distribution target value by performing PWM processing on the first power distribution target value;
The power converter characterized by the above-mentioned.
請求項1または2に記載の電力変換装置において、
前記電力分配目標値前処理手段が、
前記交流電圧の出力先である負荷の状態、及び/または、前記マルチ出力直流電源の状態に応じて、前記第1の電力分配目標値に処理を施して前記第2の電力分配目標値を生成せず、この第1の電力分配目標値をそのまま前記電力分配比の目標値として前記電力制御手段に与えるスルー状態と、前記第1の電力分配目標値に処理を施して前記第2の電力分配目標値を生成して、この第2の電力分配目標値を前記電力分配比の目標値として前記電力制御手段に与える前処理実施状態とを切りかえる機能を備える、
ことを特徴とする電力変換装置。
In the power converter device according to claim 1 or 2,
The power distribution target value pre-processing means is
The second power distribution target value is generated by processing the first power distribution target value according to the state of the load that is the output destination of the AC voltage and / or the state of the multi-output DC power supply. Without processing, the first power distribution target value is directly applied to the power control means as the target value of the power distribution ratio, and the second power distribution is performed by processing the first power distribution target value. A function of generating a target value and switching a pre-processing execution state in which the second power distribution target value is given to the power control means as a target value of the power distribution ratio;
The power converter characterized by the above-mentioned.
請求項3に記載の電力変換装置において、
前記電力分配目標値前処理手段が、
前記スルー状態の場合と前記前処理実施状態の場合とで前記負荷に印加するべきパルス状電圧を生成する際に用いるキャリアの周波数を異ならせる、
ことを特徴とする電力変換装置。
The power conversion device according to claim 3,
The power distribution target value pre-processing means is
The frequency of the carrier used when generating the pulse voltage to be applied to the load differs between the case of the through state and the case of the preprocessing implementation state,
The power converter characterized by the above-mentioned.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010183719A (en) * 2009-02-05 2010-08-19 Nissan Motor Co Ltd Control method for power converting apparatus
CN112248821A (en) * 2020-09-28 2021-01-22 中车青岛四方车辆研究所有限公司 Power distribution method of non-contact traction power supply system of energy storage type rail train

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010183719A (en) * 2009-02-05 2010-08-19 Nissan Motor Co Ltd Control method for power converting apparatus
CN112248821A (en) * 2020-09-28 2021-01-22 中车青岛四方车辆研究所有限公司 Power distribution method of non-contact traction power supply system of energy storage type rail train
CN112248821B (en) * 2020-09-28 2021-11-09 中车青岛四方车辆研究所有限公司 Power distribution method of non-contact traction power supply system of energy storage type rail train

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