JP2010017058A - Voltage controller of power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電力変換装置の電圧制御装置に関するものである。 The present invention relates to a voltage control device for a power converter.
電力変換装置として、コンバータやインバータが利用されている。即ち、コンバータにより、交流電力が直流電力に変換される。また、インバータにより、直流電力が交流電力に変換される。この電力により、様々な機器、モータ等が駆動される。そして、コンバータやインバータのスイッチング制御方式においては、短絡防止時間(以下、デッドタイムという)が設けられる。このデッドタイムにより、正側と負側のスイッチング素子が同時に導通しないようになっている。しかし、このデッドタイムの影響で、制御演算により求めた電圧指令値とコンバータあるいはインバータから実際に出力される電圧との間には、過不足電圧が発生する。この過不足電圧により、出力電圧が歪むと同時に、電流波形の脈動が発生する。 Converters and inverters are used as power converters. That is, the converter converts AC power into DC power. Further, the inverter converts DC power into AC power. Various devices, motors, etc. are driven by this electric power. And in the switching control system of a converter or an inverter, the short circuit prevention time (henceforth a dead time) is provided. This dead time prevents the positive and negative switching elements from conducting simultaneously. However, due to the effect of this dead time, an over / under voltage occurs between the voltage command value obtained by the control calculation and the voltage actually output from the converter or inverter. Due to this excess / deficiency voltage, the output voltage is distorted and at the same time, pulsation of the current waveform occurs.
この問題を解決する手段として、インバータの出力電流の検出極性あるいは電流指令の極性を用いて、デッドタイム補償の極性を決定し、さらに、電流の大きさに応じてデッドタイム補償の振幅を決定するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。これにより、直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換し、モータを可変速制御する場合でも、電流波形の脈動を抑制することができる。この手段は、コンバータにも適用可能である。 As a means to solve this problem, the polarity of dead time compensation is determined using the detection polarity of the output current of the inverter or the polarity of the current command, and further the amplitude of dead time compensation is determined according to the magnitude of the current. Those are known (for example, see Patent Document 1). As a result, even when the DC power is converted into AC power having a variable voltage and variable frequency and the motor is controlled at a variable speed, the pulsation of the current waveform can be suppressed. This means can also be applied to a converter.
上記構成のインバータやコンバータは、通常、デッドタイムによる過不足電圧を含んだ補正後電圧指令値が電圧リミッタ値を超えない範囲で利用される。しかし、近年、電力負荷の増大や機器の小型化の要求がある。この要求に対し、力行運転中のインバータや回生運転中のコンバータは、補正後電圧指令値が電圧リミッタ値を超えた飽和領域で、利用される場合が多くなってきた。この場合、特許文献1記載のものにおいても、出力電圧を制御する最終電圧指令値が、電圧リミッタ値に制限される。この制限により、出力電圧が不連続となり、電流波形の脈動が発生し、高調波が発生するという問題があった。
The inverter or converter having the above configuration is normally used in a range in which the corrected voltage command value including the excess / deficiency voltage due to dead time does not exceed the voltage limiter value. However, in recent years, there is a demand for an increase in power load and downsizing of devices. In response to this requirement, inverters in power running operation and converters in regenerative operation are often used in a saturation region where the corrected voltage command value exceeds the voltage limiter value. In this case, even in the device described in
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、補正後電圧指令値が電圧リミッタ値を超えた場合でも、電流波形の脈動を抑制することができる電力変換装置の電圧制御装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is to perform power conversion that can suppress pulsation of a current waveform even when a corrected voltage command value exceeds a voltage limiter value. It is to provide a voltage control device for the device.
この発明に係る電力変換装置の電圧制御装置は、電力変換装置の出力電圧の目標値となる電圧指令値を演算する電圧指令演算部と、前記電力変換装置の正側及び負側のスイッチング素子が同時に導通することを防止するために設けられたデッドタイムによって発生する過不足電圧値を演算するデッドタイム補正値演算部と、前記電圧指令値に前記過不足電圧値を合算し、補正後電圧指令値を演算するデッドタイム補正部と、前記補正後電圧指令値が電圧リミッタ値を超えているか否かを判定する電圧飽和判定部と、前記補正後電圧指令値が前記電圧リミッタ値を超えていない場合は、前記補正後電圧指令値に基づいて、前記電力変換装置の出力電圧を制御し、前記補正後電圧指令値が前記電圧リミッタ値を超えている場合は、前記電力変換装置の出力電圧の平均が前記電圧指令値に近接するように、前記電力変換装置の出力電圧を制御する最終電圧指令値を、前記電圧リミッタ値と前記電圧リミッタ値に前記過不足電圧値を合算した値とから選択する電圧飽和時指令値レベル補償部とを備えたものである。 A voltage control device for a power conversion device according to the present invention includes: a voltage command calculation unit that calculates a voltage command value that is a target value of an output voltage of the power conversion device; and positive and negative switching elements of the power conversion device. A dead time correction value calculation unit for calculating an excess / deficiency voltage value generated due to a dead time provided to prevent conduction at the same time, and adding the excess / deficiency voltage value to the voltage command value to obtain a corrected voltage command A dead time correction unit that calculates a value, a voltage saturation determination unit that determines whether or not the corrected voltage command value exceeds a voltage limiter value, and the corrected voltage command value does not exceed the voltage limiter value If the corrected voltage command value exceeds the voltage limiter value, the output voltage of the power converter is controlled based on the corrected voltage command value. The final voltage command value for controlling the output voltage of the power converter is added to the voltage limiter value and the voltage limiter value so that the average of the output voltages of the power supply device is close to the voltage command value. And a command value level compensation unit at the time of voltage saturation selected from the values.
この発明によれば、補正後電圧指令値が電圧リミッタ値を超えた場合でも、電流波形の脈動を抑制することができる。 According to this invention, even when the corrected voltage command value exceeds the voltage limiter value, the pulsation of the current waveform can be suppressed.
この発明を実施するための最良の形態について添付の図面に従って説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。 The best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the part which is the same or it corresponds, The duplication description is simplified or abbreviate | omitted suitably.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1における電力変換装置の電圧制御装置が利用されるエレベータシステムを示す図である。
1 is a diagram showing an elevator system in which a voltage control device of a power conversion device according to
図1において、1はかごである。2は釣合い錘である。かご1及び釣合い錘2は、主ロープ3に、吊り下げられる。主ロープ3は、駆動シーブ4に巻き掛けられる。駆動シーブ4は、巻上機のモータ5に設けられる。モータ5には、電力変換装置6から交流電力が供給される。この交流電力の供給により、モータ5が回転駆動する。この回転駆動により、駆動シーブ4と主ロープ3の間に、摩擦力が発生する。この摩擦力により、主ロープ3が駆動される。この駆動により、かご1及び釣合い錘2が昇降する。
In FIG. 1, 1 is a car. 2 is a counterweight. The
ここで、電力変換装置6を、より詳細に説明する。
電力変換装置6は、コンバータ7及びインバータ8からなる。コンバータ7及びインバータ8は、IGBT等のパワー半導体デバイス等からなる。コンバータ7には、3相交流電源9から交流電力が供給される。コンバータ7は、交流電力を整流して直流電力に変換する。そして、コンバータ7は、直流電力を直流母線10に出力する。直流母線10の正極側と負極側との間には、コンデンサ11が接続される。コンデンサ11は、一定の脈動電流等の影響を除去する。
Here, the
The
インバータ8には、直流母線10から直流電力が供給される。インバータ8は、直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換する。そして、インバータ8は、交流電力をモータ5に供給する。このとき、かご負荷検出装置12が、かご負荷を検出している。また、速度検出器13が、モータ5の回転速度を検出している。そして、かご負荷及びモータ5の回転速度に関する情報は、電圧制御装置14に入力される。電圧制御装置14は、これらの情報に基づいて、インバータ8を制御する。これにより、モータ5の出力トルク及び回転数が調整され、かご1の運転速度が制御される。
The
次に、電圧制御装置14を、より詳細に説明する。
電圧制御装置14は、コンバータ用電圧制御装置15、速度制御装置16からなる。コンバータ用電圧制御装置15は、電流指令演算部15a、電圧指令演算部15b、2相変調誤差分補正演算部15c、デッドタイム補正値演算部15d、デッドタイム補正部15eを備える。
Next, the
The
電流指令演算部15aには、直流母線10の母線電圧値と母線電圧指令値とが入力される。そして、電流指令演算部15aは、これらの値に基づいて、交流電源9とコンバータ7との間の電流指令値を演算する。電圧指令演算部15bには、電流指令値が入力される。また、電圧指令演算部15bには、交流電源9とコンバータ7との間の電流検出値も入力される。そして、電圧指令演算部15bは、これらの値に基づいて、電力変換装置6の出力電圧の目標値となる電圧指令値を演算する。この電圧指令値は、スイッチング理想状態のものである。
The bus command voltage value and the bus voltage command value of the
2相変調差分補正演算部15cには、電圧指令値が入力される。そして、2相変調差分補正演算部15cは、電圧指令値に対し、2相変調を適用する。デッドタイム補正値演算部15dには、電流検出値あるいは電流指令値が入力される。そして、デッドタイム補正値演算部15dは、電力変換装置6の正側及び負側のスイッチング素子が同時に導通することを防止するために設けられたデッドタイムによって発生する過不足電圧値を演算する。具体的には、過不足電圧値は、「過不足電圧値Vtd=母線電圧値Ed×デッドタイムTd×キャリア周波数fc」で演算される。この演算は、一般的に用いられるものである。具体的には、過不足電圧値の極性が電流検出値や電流指令値に基づいて決定される。また、過不足電圧値の振幅は、電流検出値の大きさに応じて変化する。
A voltage command value is input to the two-phase modulation difference
デッドタイム補正部15eには、2相変調後の電圧指令値と過不足電圧値とが入力される。そして、デッドタイム補正部15eは、2相変調後の電圧指令値に過不足電圧値を合算し、補正後電圧指令値を演算する。即ち、デッドタイム補正部15eは、過不足電圧値を、フィードフォワードで補正する。
The dead
速度制御装置16は、速度パターン生成部16a、速度制御部16bを備える。速度パターン生成部16aは、運転モード、かご負荷、モータ5の回転速度に応じて、かご速度パターンを生成する。速度制御部16bは、速度制御器、電流制御器を備える。また、詳細は図示しないが、速度制御部16bは、コンバータ7と同様のデッドタイム補正値演算部、デッドタイム補正部も備える。速度制御器は、速度パターン、モータ5の回転速度、かご位置情報に基づいて、電流指令値を演算する。電流制御器は、電流指令値と電流検出値とに基づいて、電圧指令値を演算する。その後の処理は、コンバータ用電圧制御装置15と同様である。
The
次に、図2を用いて、本実施の形態のコンバータ用電圧制御装置15等が適用する2相変調の原理を説明する。なお、2相変調の手段は公知である。このため、以下では、要点のみ示す。
図2はこの発明の実施の形態1における電力変換装置の電圧制御装置が行う2相変調の原理を説明するための図である。
Next, the principle of two-phase modulation applied by the converter
FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of two-phase modulation performed by the voltage control device of the power conversion device according to
図2(a)〜(c)において、横軸は電気角を表し、縦軸はそれぞれ各相の電圧指令値、2相変調後の電圧指令値、2相変調後の電圧指令値から演算した線間電圧を表す。図2には、電気角60(deg)毎に固定相を決定し、順次移動させる場合が示される。 2A to 2C, the horizontal axis represents an electrical angle, and the vertical axis represents a voltage command value for each phase, a voltage command value after two-phase modulation, and a voltage command value after two-phase modulation. Represents the line voltage. FIG. 2 shows a case where the stationary phase is determined for each electrical angle 60 (deg) and sequentially moved.
図2(a)において、17a〜17cはそれぞれU相、V相、W相の電圧指令値である。図2(a)に示すように、電圧指令値の絶対値が最大となる相は、電気角60(deg)毎に入れ替わる。図2(b)において、太線18a〜18cは、2相変調後の各相の電圧指令値である。図2(b)に示すように、2相変調では、各相が、電気角60(deg)毎に入れ替わって固定相となる。具体的には、固定相の電圧指令値が、+側電圧リミッタ値あるいは−側電圧リミッタ値に固定される。一方、固定相以外の相の電圧指令値は、電圧リミッタ値と元の電圧指令値との差分の補正が行われる。
In FIG. 2A, 17a to 17c are voltage command values for the U phase, the V phase, and the W phase, respectively. As shown in FIG. 2A, the phase in which the absolute value of the voltage command value is maximum is switched every electrical angle 60 (deg). In FIG. 2B,
図2(c)において、19a〜19cは、それぞれU相とV相との間の線間電圧、V相とW相との間の線間電圧、W相とU相との間の線間電圧である。図2(c)に示すように、線間電圧は正弦波となる。このため、原理的に、電流波形の脈動の発生が抑制される。即ち、電圧利用率が改善される。また、固定相の電圧指令値は、電圧リミッタ値に固定される。このため、固定相の半導体素子(スイッチング素子)は、連続ONあるいは連続OFF状態となる。即ち、固定相のPWMスイッチングは、不要である。このため、固定相には、デッドタイムによる過不足電圧が発生しない。即ち、固定相のスイッチングロスが低減される。 In FIG.2 (c), 19a-19c is the line voltage between U phase and V phase, the line voltage between V phase and W phase, and the line space between W phase and U phase, respectively. Voltage. As shown in FIG. 2C, the line voltage is a sine wave. Therefore, in principle, the occurrence of pulsation of the current waveform is suppressed. That is, the voltage utilization rate is improved. The fixed phase voltage command value is fixed to the voltage limiter value. For this reason, the semiconductor element (switching element) of a stationary phase will be in a continuous ON state or a continuous OFF state. That is, no fixed-phase PWM switching is required. For this reason, an over / under voltage due to dead time does not occur in the stationary phase. That is, the switching loss of the stationary phase is reduced.
次に、コンバータ7の力行運転を考える。
図3はコンバータの力行運転時の電圧指令値と補正後電圧指令値の関係を模式的に示した図である。
図3において、横軸は電圧指令値を表し、縦軸は補正後電圧指令値を表す。
Next, consider the power running operation of the converter 7.
FIG. 3 is a diagram schematically showing the relationship between the voltage command value and the corrected voltage command value during powering operation of the converter.
In FIG. 3, the horizontal axis represents the voltage command value, and the vertical axis represents the corrected voltage command value.
図3(a)には、補正後電圧指令値の概念図が示される。図3(a)において、20は電圧指令値である。21aは電圧指令値に対し、デッドタイムによる過電圧を含んだ場合の出力電圧である。22は補正後電圧指令値である。図3(a)に示すように、コンバータ7の力行運転時において、出力電圧21aには、デッドタイムの影響で、過電圧分が含まれる。コンバータ用電圧制御装置15は、この過電圧値を演算する。コンバータ用電圧制御装置15は、電圧指令値20から過電圧値を減算し、補正後電圧指令値22を演算する。コンバータ用電圧制御装置15は、この補正後電圧指令値22に基づいて、各相のスイッチング素子をフィードフォワードで制御する。
FIG. 3A shows a conceptual diagram of the corrected voltage command value. In FIG. 3A, 20 is a voltage command value. 21a is an output voltage when an overvoltage due to dead time is included with respect to the voltage command value.
図3(b)には、図3(a)の補正後電圧指令値と出力電圧の関係の模式図が示される。図3(b)に示すように、補正後電圧指令値22で制御した出力電圧21bは、電圧指令値20と同等となる。即ち、丸枠で囲んだ電圧リミッタ値近傍でも、電圧不連続点は発生しない。
FIG. 3B shows a schematic diagram of the relationship between the corrected voltage command value and the output voltage in FIG. As shown in FIG. 3B, the
次に、コンバータ7の回生運転を考える。
図4はコンバータの回生運転時の電圧指令値と補正後電圧指令値の関係を模式的に示した図である。
Next, consider the regenerative operation of the converter 7.
FIG. 4 is a diagram schematically showing the relationship between the voltage command value and the corrected voltage command value during the regenerative operation of the converter.
図4は図3相当図である。図4(a)には、補正後電圧指令値の概念図が示される。図4(a)に示すように、コンバータ7の回生運転時において、出力電圧21aには、デッドタイムの影響で、不足電圧分が含まれる。コンバータ用電圧制御装置15は、この不足電圧値を演算する。そして、コンバータ用電圧制御装置15は、電圧指令値20に不足電圧値を加算し、補正後電圧指令値22を演算する。コンバータ用電圧制御装置15は、この補正後電圧指令値22に基づいて、各相のスイッチング素子をフィードフォワードで制御する。
FIG. 4 is a view corresponding to FIG. FIG. 4A shows a conceptual diagram of the corrected voltage command value. As shown in FIG. 4A, during the regenerative operation of the converter 7, the
図4(b)には、図4(a)の補正後電圧指令値と出力電圧の関係の模式図が示される。
図4(b)に示すように、補正後電圧指令値22が電圧リミッタ値を超えた場合は、電力変換装置6の出力電圧を制御する最終電圧指令値が電圧リミッタ値に制限される。このため、電圧リミッタ値近傍では、出力電圧21bは、電圧指令値20と同等とならない。即ち、丸枠で囲んだ電圧リミッタ値近傍で、電圧不連続点が発生する。
FIG. 4B shows a schematic diagram of the relationship between the corrected voltage command value and the output voltage in FIG.
As shown in FIG. 4B, when the corrected
図5はコンバータの回生運転時の電圧指令値が電圧リミッタ値近傍にある場合を説明するための第1の例を示す図である。
図5には、電気角60(deg)毎の固定相以外で、補正後電圧指令値が電圧リミッタ値を超えたときに、最終電圧指令値が電圧リミッタ値に制限される場合が示される。
図5(a)〜(d)において、横軸は電気角を表し、縦軸はそれぞれ各相の2相変調後の補正後電圧指令値、最終電圧指令値、実際の出力電圧、実際の線間電圧を表す。
FIG. 5 is a diagram illustrating a first example for explaining a case where the voltage command value during the regenerative operation of the converter is in the vicinity of the voltage limiter value.
FIG. 5 shows a case where the final voltage command value is limited to the voltage limiter value when the corrected voltage command value exceeds the voltage limiter value except for the fixed phase every electrical angle 60 (deg).
5A to 5D, the horizontal axis represents the electrical angle, and the vertical axis represents the corrected voltage command value, the final voltage command value, the actual output voltage, and the actual line after the two-phase modulation of each phase. Expresses the voltage between the two.
図5(a)には、補正後電圧指令値が示される。図5(a)において、23a〜23cは、それぞれU相、V相、W相の補正後電圧指令値である。図5(a)に示すように、A部(U相)、B部(V相)、C部(W相)では、補正後電圧指令値23a等が、電圧リミッタ値を超えている。
FIG. 5A shows the corrected voltage command value. In FIG. 5A,
図5(b)には、A〜C部等において、最終電圧指令値が、電圧リミッタ値に制限される場合が示される。図5(b)において、24a〜24cは、それぞれU相、V相、W相の最終電圧指令値である。このとき、例えば、240〜300(deg)の期間において、U相電圧は、固定相となっている。しかし、その前後の210〜240(deg)や300〜330(deg)の期間において、U相は、固定相ではない。このため、実際には、U相のスイッチング素子は、スイッチングを行う。 FIG. 5B shows a case where the final voltage command value is limited to the voltage limiter value in the parts A to C and the like. In FIG. 5B, 24a to 24c are final voltage command values of the U phase, the V phase, and the W phase, respectively. At this time, for example, in the period of 240 to 300 (deg), the U-phase voltage is a fixed phase. However, the U phase is not a stationary phase in the period before and after 210 to 240 (deg) and 300 to 330 (deg). Therefore, in practice, the U-phase switching element performs switching.
図5(c)には、図5(b)の電圧指令値に対する実際の出力電圧25a〜25cが示される。図5(c)に示すように、D部では、出力電圧25aが、レベル1とレベル2との間で急峻に変化する。この変化量は、デッドタイムによる不足電圧分に相当する。図5(d)には、図5(c)の実際の出力電圧を変換した線間電圧26a〜26cが示される。図5(d)に示すように、E部では、線間電圧26aが、急峻に変化する。この変化は、図5(c)のD部の変化に対応して発生する。そして、E部に対応する位相で、電流波形の脈動が発生する。
FIG. 5C shows
図6はコンバータの回生運転時の電圧指令値が電圧リミッタ値近傍にある場合を説明するための第2の例を示す図である。
図6は図5相当図である。図6には、電気角60(deg)毎の固定相以外で、補正後電圧指令値が電圧リミッタ値を超えたときに、固定相と同様に、スイッチングをしないように設定された場合が示される。即ち、図6においては、図5の場合と異なり、電気角60(deg)毎の両端部の電圧リミッタ値が超えた部分も固定相と考えることができる。即ち、変調モードが、2相変調から1相変調に変更される。
FIG. 6 is a diagram showing a second example for explaining the case where the voltage command value during the regenerative operation of the converter is in the vicinity of the voltage limiter value.
FIG. 6 corresponds to FIG. FIG. 6 shows a case in which switching is not performed when the corrected voltage command value exceeds the voltage limiter value except for the fixed phase every electrical angle 60 (deg), as in the fixed phase. It is. That is, in FIG. 6, unlike the case of FIG. 5, the portion where the voltage limiter value at both ends for each electrical angle 60 (deg) is exceeded can be considered as a stationary phase. That is, the modulation mode is changed from two-phase modulation to one-phase modulation.
図6(a)には、補正後電圧指令値が示される。図6(a)に示すように、A部(U相)、B部(V相)、C部(W相)では、補正後電圧指令値23a等が、電圧リミッタ値を超えている。図6(b)には、A〜C部等の補正後電圧指令値が、電圧リミッタ値で制限される場合が示される。このとき、例えば、240〜300(deg)の期間において、U相電圧は、固定相となっている。また、その前後の210〜240(deg)や300〜330(deg)の期間も、U相は、固定相となる。このため、U相のスイッチング素子は、スイッチングを行わない。
FIG. 6A shows the corrected voltage command value. As shown in FIG. 6A, in the A part (U phase), B part (V phase), and C part (W phase), the corrected
図6(c)には、図6(b)の電圧指令値に対する実際の出力電圧が示される。図6(c)に示すように、図5(c)のD部に相当する位相では、実電圧の急峻な変化はない。このため、デッドタイムによる不足電圧は解消される。しかし、図5(c)のD部とずれた位相のF部において、出力電圧25aが、急峻に変化する。
FIG. 6C shows an actual output voltage with respect to the voltage command value shown in FIG. As shown in FIG. 6 (c), there is no steep change in the actual voltage at the phase corresponding to the D portion in FIG. 5 (c). For this reason, the undervoltage due to the dead time is eliminated. However, the
図6(d)には、図6(c)の実際の出力電圧を変換した線間電圧26a〜26cが示される。図6(d)に示すように、G部では、線間電圧26aが、急峻に変化する。この変化は、図6(c)のF部の変化に対応して発生する。そして、G部に対応する位相で、電流波形の脈動が発生する。
FIG. 6D shows
本実施の形態のコンバータ用電圧制御装置15は、上記電流脈動の発生を抑制するように、コンバータ7の出力電圧を制御することに特徴を有する。以下、図1、図7〜図10を用いて、本実施の形態のコンバータ用電圧制御装置15を詳細に説明する。
The converter
図1において、コンバータ用電圧制御部15は、電圧飽和時指令値レベル補償部15fを備える。電圧飽和時指令値レベル補償部15fは、電圧飽和判定部15g、電圧出力レベル選択部15hを備える。電圧飽和判定部15gは、補正後電圧指令値が電圧リミッタ値を超えているか否かを判定する。電圧出力レベル選択部15hは、電圧飽和時に、適宜、電圧レベルを選択し、電力変換装置6の出力電圧を制御する最終電圧指令値を決定する。
In FIG. 1, the converter
即ち、補正後電圧指令値が電圧リミッタ値を超えていない場合、電圧飽和時指令値レベル補償部15fは、補正後電圧指令値に基づいて、コンバータ7の相の出力電圧を制御する。一方、補正後電圧指令値が電圧リミッタを超えている場合、電圧飽和時指令値レベル補償部15fは、最終電圧指令値に基づいて、コンバータ7の相の出力電圧を制御する。
That is, when the corrected voltage command value does not exceed the voltage limiter value, the voltage saturation time command value
次に、図7〜図10を用いて、コンバータ用電圧制御装置15の動作をより詳細に説明する。
図7は図5のU相の電圧指令値が電圧リミッタ値を超えるA部周辺の状態を示した図である。なお、簡略化のため、U相の電圧指令値は直線と仮定する。
図7において、横軸は時間を表し、縦軸は電圧指令値及び出力電圧を示す。図7(a)には、本実施の形態特有の電圧制御を行わない場合が示される。一方、図7(b)には、本実施の形態特有の電圧制御が行われる場合が示される。
Next, the operation of the converter
FIG. 7 is a view showing a state around the A portion where the U-phase voltage command value in FIG. 5 exceeds the voltage limiter value. For simplification, the U-phase voltage command value is assumed to be a straight line.
In FIG. 7, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the voltage command value and the output voltage. FIG. 7A shows a case where voltage control peculiar to the present embodiment is not performed. On the other hand, FIG. 7B shows a case where voltage control peculiar to the present embodiment is performed.
図7(a)に示すように、本実施の形態特有の電圧制御を行わない場合、2相変調変動A区間においては、補正後電圧指令値27が電圧リミッタ値を超えていない。この場合、補正後電圧指令値27に基づいて、出力電圧が制御される。2相変調変動B区間においては、補正後電圧指令値27が電圧リミッタ値を超えている。この場合、最終電圧指令値28は、電圧リミッタ値に制限される。このため、出力電圧は、一定値となる。
As shown in FIG. 7A, in the case where the voltage control peculiar to the present embodiment is not performed, the corrected
即ち、2相変調変動B区間においては、斜線部に相当する電圧分が不足する。2相変調固定相区間では、該当相のスイッチング素子のスイッチングが停止する。このため、デッドタイムによる過電圧は発生しない。即ち、電圧リミッタ値が、そのまま出力される。その結果、2相変調変動B区間と2相変調固定相区間との間で、電圧不連続点が発生する。 That is, in the two-phase modulation fluctuation B section, the voltage corresponding to the hatched portion is insufficient. In the two-phase modulation fixed phase section, switching of the switching element of the corresponding phase stops. For this reason, an overvoltage due to dead time does not occur. That is, the voltage limiter value is output as it is. As a result, a voltage discontinuity occurs between the two-phase modulation fluctuation B section and the two-phase modulation fixed phase section.
一方、図7(b)に示すように、本実施の形態特有の電圧制御を行う場合、2相変調変動A区間においては、補正後電圧指令値27が電圧リミッタ値を超えていない。この場合、補正後電圧指令値27に基づいて、出力電圧が制御される。2相変調変動B区間においては、補正後電圧指令値27が電圧リミッタ値を超えている。この場合、出力電圧の平均が電圧指令値に近接するように、最終電圧指令値(図7(b)においては図示せず)が、電圧リミッタ値と電圧リミッタ値に過不足電圧値を合算した値とから選択される。
On the other hand, as shown in FIG. 7B, when performing voltage control peculiar to the present embodiment, the corrected
図8はこの発明の実施の形態1における電力変換装置の電圧制御装置が行う電圧制御をより詳細に説明するための図である。
図8において、横軸は時間を表し、縦軸は電圧指令値及び出力電圧を示す。図8では、2相変調変動B区間は、複数の区間に分割される。具体的には、B区間は、制御演算周期Ts毎に分割される。
FIG. 8 is a diagram for explaining in more detail the voltage control performed by the voltage control device of the power conversion device according to
In FIG. 8, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the voltage command value and the output voltage. In FIG. 8, the two-phase modulation fluctuation B section is divided into a plurality of sections. Specifically, the B section is divided every control calculation cycle Ts.
そして、制御演算周期Ts毎に、最終電圧指令値が選択される。具体的には、(c)区間では、最終電圧指令値として、電圧リミッタ値が選択される。一方、(d)区間では、最終電圧指令値として、電圧リミッタ値に過不足電圧値を合算した電圧指令値が選択される。その結果、(c)区間では、出力電圧29の値は、レベル1となる。一方、(d)区間では、出力電圧29の値は、レベル2となる。この出力電圧29の平均は、電圧指令値30に近接する。
Then, a final voltage command value is selected every control calculation cycle Ts. Specifically, in the interval (c), the voltage limiter value is selected as the final voltage command value. On the other hand, in the section (d), the voltage command value obtained by adding the excess / deficiency voltage value to the voltage limiter value is selected as the final voltage command value. As a result, in the interval (c), the value of the
最終電圧指令値の選択アルゴリズムは、様々なものが考えられる。以下では、その一例を説明する。
図9はこの発明の実施の形態1における電力変換装置の電圧制御装置の電圧選択アルゴリズムを説明するためのタイミングチャートである。
図10はこの発明の実施の形態1における電力変換装置の電圧制御装置の電圧選択アルゴリズムを説明するためのブロック図である。
ここで、図10は、図9を別表現したものである。このため、以下では、図9のみの説明を行う。
Various algorithms for selecting the final voltage command value can be considered. Below, the example is demonstrated.
FIG. 9 is a timing chart for illustrating a voltage selection algorithm of the voltage control device of the power conversion device according to
FIG. 10 is a block diagram for illustrating a voltage selection algorithm of the voltage control device of the power conversion device according to
Here, FIG. 10 is another representation of FIG. For this reason, only FIG. 9 will be described below.
電圧飽和時によるレベル1及び2の切り替えは、図8の2相変調変動B区間で実施される。このため、ステップS1で、当該相が固定相であれば、ステップS2に進まず、次回サンプリング時に、ステップS1から再度開始する。一方、当該相が固定相でなければ、ステップS2に進む。ステップS2では、「電圧指令値>電圧リミッタ値」が真であるか否かが判断される。当該判断が真であれば、電圧飽和状態と判定され、ステップS3に進む。
Switching between
ステップS3から、電圧選択レベルアルゴリズムが開始される。まず、「電圧差異=電圧指令値−電圧リミッタ値」が演算され、ステップS4に進む。ステップS4では、「電圧差異>過不足電圧値の1/2」が真であるか否かが判断される。当該判断が真であれば、ステップS5に進む。ステップS5では、次回電圧指令値としてレベル2を選択し、2相変調の固定相としての動作をさせ、ステップS6に進む。ステップS6では、次回制御演算周期Tsにおいて、電圧差異の判断を実施するため、「新電圧差異積分値=旧電圧差異積分値−過不足電圧値」が演算され、ステップS1に戻る。
From step S3, the voltage selection level algorithm is started. First, “voltage difference = voltage command value−voltage limiter value” is calculated, and the process proceeds to step S4. In step S4, it is determined whether or not “voltage difference> ½ of excess / deficiency voltage value” is true. If the determination is true, the process proceeds to step S5. In step S5,
一方、ステップS4で、当該判断が真でなければ、ステップS7に進む。ステップS7では、次回電圧指令値に電圧レベル1を選択し、ステップS1に戻る。なお、ステップS2で、当該判断が真でなければ、電圧飽和状態にないと判定される。このため、電圧差異積分値を0にリセットして、ステップS1に戻る。上記演算は、制御演算周期Ts毎に実施される。また、これらの演算は、各相に対して行われる。
On the other hand, if the determination is not true in step S4, the process proceeds to step S7. In step S7,
以上で説明した実施の形態1によれば、補正後電圧指令値が電圧リミッタ値を超えている場合は、電力変換装置6の出力電圧を制御する最終電圧指令値が、電圧リミッタ値と電圧リミッタ値に前記過不足電圧値を合算した値とから選択される。これにより、コンバータ7の出力電圧平均が、電圧指令値に近接する。このため、出力電圧の急峻な変化が抑制される。即ち、電流波形の脈動を抑制することができる。また、これにより、小型の電力変換装置6が利用可能となる。さらに、電力変換装置6の電力消費量も削減される。
According to the first embodiment described above, when the corrected voltage command value exceeds the voltage limiter value, the final voltage command value for controlling the output voltage of the
また、最終電圧指令値の選択は、図9で示したアルゴリズムで行われる。即ち、不足電圧値に基づいて、最終電圧指令値が選択される。このため、より、確実な出力電圧の制御が可能となる。なお、実施の形態1では、コンバータ7の出力電圧を制御する場合を説明した。しかし、インバータ8の出力電圧を制御する場合でも同様の効果が得られる。また、かかる制御が行われた電圧を利用すれば、エレベータのモータ5が円滑に駆動される。
The final voltage command value is selected using the algorithm shown in FIG. That is, the final voltage command value is selected based on the undervoltage value. For this reason, more reliable control of the output voltage becomes possible. In the first embodiment, the case where the output voltage of converter 7 is controlled has been described. However, the same effect can be obtained even when the output voltage of the
なお、実施の形態1では、コンバータ7の回生運転の場合で説明した。しかし、インバータ8の力行運転の場合でも同様の効果が得られる。また、実施の形態1では、2相変調方式として、電気角60(deg)毎に固定相を決定する場合を説明した。しかし、電気角120(deg)毎に固定相を決定する場合でも同様の効果が得られる。また、3次高調波重畳方式の場合でも、同様の効果が得られる。さらに、電圧利用率改善手法を使わない通常の正弦波変調方式でも、同様の効果が得られる。
In the first embodiment, the case of the regenerative operation of converter 7 has been described. However, the same effect can be obtained even in the case of the power running operation of the
また、実施の形態1では、電圧指令値に対して、図9に示したアルゴリズムで電圧飽和有無及び電圧レベルの設定を行った。しかし、電圧飽和を検出した時点で、力行運転又回生運転の判定、かご負荷、速度指令値等の情報に基づいて、予め用意されたテーブルを利用して、電圧レベルを確定させる簡易的な手法も適用できる。特に、周波数一定であるコンバータ7等においては、構成しやすく、電圧飽和判定及び電圧レベル確定のシーケンスの演算時間確保が困難な場合に有効である。 In the first embodiment, the presence or absence of voltage saturation and the voltage level are set for the voltage command value using the algorithm shown in FIG. However, when voltage saturation is detected, a simple method for determining the voltage level using a table prepared in advance based on information such as determination of powering operation or regenerative operation, car load, speed command value, etc. Is also applicable. In particular, the converter 7 or the like having a constant frequency is easy to configure, and is effective when it is difficult to secure the calculation time for the sequence of voltage saturation determination and voltage level determination.
さらに、本発明の電圧制御装置14の利用は、モータ5を駆動する電力変換装置6の電圧制御に限定されるものではない。即ち、補正後電圧指令値が電圧リミッタ値を超える場合であれば、本発明の電圧制御装置14の利用が可能である。
Further, the use of the
1 かご、 2 釣合い錘、 3 主ロープ、 4 駆動シーブ、 5 モータ、
6 電力変換装置、 7 コンバータ、 8 インバータ、 9 交流電源、
10 直流母線、 11 コンデンサ、 12 かご負荷検出装置、
13 速度検出器、 14 電圧制御装置、 15 コンバータ用電圧制御装置、
15a 電流指令演算部、 15b 電圧指令演算部、
15c 2相変調差分補正演算部、 15d デッドタイム補正値演算部、
15e デッドタイム補正部、 15f 電圧飽和時指令値レベル補償部、
15g 電圧飽和判定部、 15h 電圧出力レベル選択部、16 速度制御装置、 16a 速度パターン生成部、 16b 速度制御部、 17a〜17c 電圧指令値、 18a〜18c 電圧指令値、 19a〜19c 線間電圧、 20 電圧指令値、
21a、21b 出力電圧、 22 補正後電圧指令値、
23a〜23c 補正後電圧指令値、 24a〜24c 最終電圧指令値、
25a〜25c 出力電圧、 26a〜26c 線間電圧、 27 補正後電圧指令値、28 最終電圧指令値、 29 出力電圧、 30 電圧指令値
1 car, 2 counterweight, 3 main rope, 4 drive sheave, 5 motor,
6 power converter, 7 converter, 8 inverter, 9 AC power supply,
10 DC bus, 11 capacitor, 12 car load detector,
13 speed detector, 14 voltage control device, 15 voltage control device for converter,
15a current command calculation unit, 15b voltage command calculation unit,
15c two-phase modulation difference correction calculation unit, 15d dead time correction value calculation unit,
15e dead time correction unit, 15f voltage saturation command value level compensation unit,
15 g voltage saturation determination unit, 15 h voltage output level selection unit, 16 speed control device, 16 a speed pattern generation unit, 16 b speed control unit, 17 a to 17 c voltage command value, 18 a to 18 c voltage command value, 19 a to 19 c line voltage, 20 Voltage command value,
21a, 21b output voltage, 22 corrected voltage command value,
23a-23c corrected voltage command value, 24a-24c final voltage command value,
25a to 25c output voltage, 26a to 26c line voltage, 27 corrected voltage command value, 28 final voltage command value, 29 output voltage, 30 voltage command value
Claims (5)
前記電力変換装置の正側及び負側のスイッチング素子が同時に導通することを防止するために設けられたデッドタイムによって発生する過不足電圧値を演算するデッドタイム補正値演算部と、
前記電圧指令値に前記過不足電圧値を合算し、補正後電圧指令値を演算するデッドタイム補正部と、
前記補正後電圧指令値が電圧リミッタ値を超えているか否かを判定する電圧飽和判定部と、
前記補正後電圧指令値が前記電圧リミッタ値を超えていない場合は、前記補正後電圧指令値に基づいて、前記電力変換装置の出力電圧を制御し、
前記補正後電圧指令値が前記電圧リミッタ値を超えている場合は、前記電力変換装置の出力電圧の平均が前記電圧指令値に近接するように、前記電力変換装置の出力電圧を制御する最終電圧指令値を、前記電圧リミッタ値と前記電圧リミッタ値に前記過不足電圧値を合算した値とから選択する電圧飽和時指令値レベル補償部と、
を備えたことを特徴とする電力変換装置の電圧制御装置。 A voltage command calculation unit that calculates a voltage command value that is a target value of the output voltage of the power converter,
A dead time correction value calculation unit for calculating an excess / deficiency voltage value generated by a dead time provided to prevent the positive and negative switching elements of the power converter from being conducted simultaneously;
A dead time correction unit that adds the over / under voltage value to the voltage command value and calculates a corrected voltage command value;
A voltage saturation determination unit that determines whether or not the corrected voltage command value exceeds a voltage limiter value;
When the corrected voltage command value does not exceed the voltage limiter value, based on the corrected voltage command value, control the output voltage of the power converter,
When the corrected voltage command value exceeds the voltage limiter value, the final voltage for controlling the output voltage of the power converter so that the average of the output voltages of the power converter is close to the voltage command value A command value level compensation unit at the time of voltage saturation for selecting a command value from the voltage limiter value and a value obtained by adding the over / undervoltage value to the voltage limiter value;
A voltage control device for a power converter, comprising:
前記補正後電圧指令値が前記電圧リミッタ値を超えた場合に、前記補正後電圧指令値から前記電圧リミッタ値を減算して電圧差異を演算し、
前記電圧差異が前記過不足電圧値の半分よりも小さい場合は、前記電圧リミッタ値を、前記最終電圧指令値として選択するとともに、前記電圧差異の値を維持して新たな電圧差異とし、
前記電圧差異が前記過不足電圧値の半分よりも大きい場合は、前記電圧リミッタ値に前記過不足電圧値を合算した値を前記最終電圧指令値として選択するとともに、前記電圧差異の値から前記過不足電圧値を減算して新たな電圧差異とし、
前記新たな電圧差異と前記過不足電圧値の半分とを比較して、前記最終電圧指令値の選択を繰り返すことを特徴とする請求項1記載の電力変換装置の電圧制御装置。 The voltage saturation command value level compensation unit is
When the corrected voltage command value exceeds the voltage limiter value, the voltage difference value is calculated by subtracting the voltage limiter value from the corrected voltage command value,
When the voltage difference is smaller than half of the over / under voltage value, the voltage limiter value is selected as the final voltage command value, and the voltage difference value is maintained to be a new voltage difference,
When the voltage difference is larger than half of the over / undervoltage value, a value obtained by adding the over / under voltage value to the voltage limiter value is selected as the final voltage command value, and the overvoltage is calculated from the voltage difference value. Subtract the undervoltage value to make a new voltage difference,
The voltage control device for a power converter according to claim 1, wherein the new voltage difference is compared with half of the excess / deficiency voltage value, and the selection of the final voltage command value is repeated.
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