JP2011050159A - Method of controlling single phase/three phase direct conversion devices - Google Patents

Method of controlling single phase/three phase direct conversion devices Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of controlling single phase/three phase direct conversion devices wherein pulsation in an average DC voltage Vc can be reduced even with use of a non-linear capacitor circuit. <P>SOLUTION: The following processing is carried out in each predetermined period ts represented by the sum of first to third periods trec, tc, tz: in the first period trec, a current is passed through a single-phase diode rectifier 3 and in the third period tz, an inverter 5 is caused to carry out an operation using a zero-voltage vector as the voltage vector. In each of the predetermined periods, the following processing is carried out depending on single-phase AC voltage: when the absolute value of the single-phase AC voltage is lower than a predetermined value, capacitors C41, C42 are connected in parallel with each other in a second period tc; and when the absolute value of the single-phase AC voltage is higher than the predetermined value, a current is passed through the capacitors C41, C42 connected in series with each other in a second period tc. The maximum value in the second period tc obtained when the absolute value of the single-phase AC voltage is higher than the predetermined value is larger than the maximum value in the second period tc obtained when the absolute value of the single-phase AC voltage is lower than the predetermined value. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、単相/三相直接変換装置の制御方法に関する。   The present invention relates to a method for controlling a single-phase / three-phase direct conversion device.

非特許文献1には単相/三相直接変換装置の一例が示されている。かかる単相/三相直接変換装置では単相ダイオード整流器とインバータとを繋ぐ2本の直流電源線(直流リンク)にスナバ回路が設けられている。このスナバ回路は互いに直列接続されたダイオード及びコンデンサと、ダイオードと並列接続されたスイッチ素子とを有している。ダイオードはそのアノードを直流リンクの高電位側に、そのカソードを低電位側に向けて配置される。   Non-Patent Document 1 shows an example of a single-phase / three-phase direct conversion device. In such a single-phase / three-phase direct conversion device, a snubber circuit is provided on two DC power supply lines (DC links) that connect the single-phase diode rectifier and the inverter. This snubber circuit has a diode and a capacitor connected in series with each other, and a switch element connected in parallel with the diode. The diode is arranged with its anode facing the high potential side of the DC link and its cathode facing the low potential side.

非特許文献1では、かかるスイッチ素子とインバータとを制御することにより、単相ダイオード整流器による直流リンクの電力脈動を解消する技術が示されている。   Non-Patent Document 1 discloses a technique for eliminating the power pulsation of a DC link caused by a single-phase diode rectifier by controlling such a switch element and an inverter.

なお、本願に関連する技術として、特許文献1乃至4及び非特許文献2が開示されている。   Note that Patent Documents 1 to 4 and Non-Patent Document 2 are disclosed as techniques related to the present application.

特許第4049189号Patent No. 4049189 特許第4238935号Patent No. 4238935 特許第4135026号Japanese Patent No. 4135026 米国特許第6995992号明細書US Pat. No. 6,999,992

大沼喜也、伊東淳一、「新しい単相三相電力変換器によるコンデンサ容量の低減法とその基礎検証」、電気学会半導体電力変換研資,SPC-08-162(2008)Yoshiya Onuma and Shinichi Ito, “Capacitor Reduction Method and Basic Verification Using a New Single-Phase Three-Phase Power Converter”, IEEJ Semiconductor Power Conversion Research Institute, SPC-08-162 (2008) 山下陽太 他、「単相/三相マトリックスコンバータの鉄道車両への適用の検討」、平成20年電気学会産業応用部門大会、1-22Yota Yamashita et al., “Examination of application of single-phase / three-phase matrix converters to railway vehicles”, 2008 IEEJ Industrial Application Conference, 1-22

非特許文献1では直流リンクにスイッチ素子を有するスナバ回路を採用している。そして、スイッチ素子が導通してコンデンサが放電するときにはコンデンサの両端電圧がインバータの入力側に印加される。このとき、コンデンサの両端電圧に応じたスイッチング損がインバータに発生する。   Non-patent document 1 employs a snubber circuit having a switch element in a DC link. When the switch element becomes conductive and the capacitor is discharged, the voltage across the capacitor is applied to the input side of the inverter. At this time, a switching loss corresponding to the voltage across the capacitor occurs in the inverter.

そこでスイッチング損失を低減すべく、スナバ回路の代わりに非線形キャパシタ回路を採用することが考えられる。非線形キャパシタ回路は複数のコンデンサとスイッチ素子とを有し、高電位側の直流電源線から低電位側の直流電源線へと電流を互いに直列状態で複数のコンデンサに流し、スイッチ素子の導通によって低電位側の直流電源線から高電位側の直流電源線へと電流を互いに並列状態で複数のコンデンサに流す。   In order to reduce the switching loss, it is conceivable to employ a nonlinear capacitor circuit instead of the snubber circuit. The non-linear capacitor circuit has a plurality of capacitors and switch elements, and currents flow from the high potential side DC power supply line to the low potential side DC power supply line in series with each other through the plurality of capacitors. Current is passed through the plurality of capacitors in parallel with each other from the DC power supply line on the potential side to the DC power supply line on the high potential side.

かかる非線形キャパシタ回路を採用することにより、コンデンサが並列状態でインバータと接続されるときにはインバータに印加される電圧を低減できるので、インバータで生じるスイッチング損失を低減できる。   By employing such a non-linear capacitor circuit, the voltage applied to the inverter can be reduced when the capacitor is connected to the inverter in a parallel state, so that the switching loss generated in the inverter can be reduced.

かかる構成の単相/三相直接変換装置に対して、非特許文献1で示された制御を実行する場合を考察する。しかしながら非線形キャパシタ回路は放電時と充電時とで、その両端電圧が大きく変動する。そのため、非特許文献1で示された制御を単純に適用して実行すると、直流リンク間の電圧の、電源周期についての平均は、一定ではなく脈動する。かかる脈動は好ましくなく、脈動による直流電圧の平均の変動、中でも当該平均の低下を抑制することが望まれていた。   Consider a case where the control shown in Non-Patent Document 1 is executed for a single-phase / three-phase direct conversion device having such a configuration. However, the voltage across the nonlinear capacitor circuit varies greatly between discharging and charging. Therefore, when the control shown in Non-Patent Document 1 is simply applied and executed, the average of the voltage between the DC links with respect to the power supply cycle is not constant but pulsates. Such pulsation is not preferable, and it has been desired to suppress the average fluctuation of the DC voltage caused by the pulsation, especially the decrease in the average.

そこで本発明は、非線形キャパシタ回路を直流リンクに設けつつも、脈動による直流電圧の平均の低下を抑制できる単相/三相直接変換装置の制御方法を提供する。   Therefore, the present invention provides a control method for a single-phase / three-phase direct conversion device that can suppress a decrease in the average of DC voltage due to pulsation while providing a nonlinear capacitor circuit in the DC link.

本発明にかかる単相/三相直接変換装置の制御方法の第1の態様は、単相交流電圧が入力される単相ダイオード整流器(3)と、前記単相ダイオード整流器の出力側に接続された第1の電源線(LH)と、記単相ダイオード整流器の出力側に接続され、前記第1の電源線よりも低い電位が印加される第2の電源線(LL)と、前記第1及び前記第2の電源線の間に設けられたN(Nは2以上の自然数)個のコンデンサ(C41〜C43)を有し、前記第1の電源線から前記第2の電源線へと前記N個のコンデンサを流れる電流は互いに直列接続された前記N個のコンデンサを流れ、前記第2の電源線から前記第1の電源線へと流れる電流は互いに並列接続された前記N個のコンデンサを流れる非線形キャパシタ回路(4)と、前記第1及び前記第2の電源線の間の電圧が入力され、電圧ベクトルに基づいて動作するインバータ(5)とを備える単相/三相直接変換装置を制御する方法であって、第1乃至第3の期間(trec,tc,tz)の和で表される一定の所定期間(ts)の各々において、前記第1期間に前記単相ダイオード整流器に電流を流し、前記第3期間に前記インバータに前記電圧ベクトルとして零電圧ベクトルを採用した動作を行わせ、前記所定期間の各々において、前記単相交流電圧の絶対値が所定値よりも低いときには前記第2期間において前記N個のコンデンサを互いに並列接続し、前記単相交流電圧の絶対値が前記所定値よりも高いときには前記第2期間において互いに直列接続された前記N個のコンデンサに電流を流し、前記単相交流電圧の絶対値が前記所定値よりも低いときの前記第2期間の最大値は前記単相交流電圧の絶対値が前記所定値よりも高いときの前記第2期間の最大値よりも大きい。   A first aspect of the control method of the single-phase / three-phase direct conversion device according to the present invention is connected to a single-phase diode rectifier (3) to which a single-phase AC voltage is input and an output side of the single-phase diode rectifier. A first power supply line (LH), a second power supply line (LL) connected to the output side of the single-phase diode rectifier and applied with a potential lower than that of the first power supply line, and the first power supply line (LL). And N (N is a natural number of 2 or more) capacitors (C41 to C43) provided between the second power supply lines, and the first power supply line to the second power supply line. The current flowing through the N capacitors flows through the N capacitors connected in series with each other, and the current flowing from the second power supply line to the first power supply line passes through the N capacitors connected in parallel with each other. A flowing non-linear capacitor circuit (4) and said first and front A method for controlling a single-phase / three-phase direct conversion device including an inverter (5) that receives a voltage between second power supply lines and operates based on a voltage vector, the first to third periods In each of the predetermined predetermined periods (ts) represented by the sum of (trec, tc, tz), a current is passed through the single-phase diode rectifier during the first period, and the voltage vector is supplied to the inverter during the third period. In the second period, the N capacitors are connected in parallel when the absolute value of the single-phase AC voltage is lower than a predetermined value in each of the predetermined periods. When the absolute value of the single-phase AC voltage is higher than the predetermined value, a current is passed through the N capacitors connected in series in the second period, and the absolute value of the single-phase AC voltage is Maximum value of the second period of time serial lower than a predetermined value is larger than the maximum value of the second period when the absolute value of the single-phase AC voltage is higher than the predetermined value.

本発明にかかる単相/三相直接変換装置の制御方法の第2の態様は、第1の態様にかかる単相/三相直接変換装置の制御方法であって、前記単相交流電圧の絶対値が前記所定値よりも低いときの前記第2期間(tc)の最大値は前記単相交流電圧の絶対値が前記所定値よりも高いときの前記第2期間の最大値の(2N−1)倍よりも小さい。   A second aspect of the method for controlling a single-phase / three-phase direct conversion apparatus according to the present invention is a method for controlling a single-phase / three-phase direct conversion apparatus according to the first aspect, wherein the absolute value of the single-phase AC voltage is The maximum value of the second period (tc) when the value is lower than the predetermined value is (2N−1) of the maximum value of the second period when the absolute value of the single-phase AC voltage is higher than the predetermined value. ) Smaller than twice.

本発明にかかる単相/三相直接変換装置の制御方法の第3の態様は、第1の態様にかかる単相/三相直接変換装置の制御方法であって、前記単相交流電圧の絶対値が前記所定値よりも低いときの前記第2期間(tc)の最大値は前記単相交流電圧の絶対値が前記所定値よりも高いときの前記第2期間の最大値のN倍である。   A third aspect of the method for controlling a single-phase / three-phase direct conversion apparatus according to the present invention is a method for controlling a single-phase / three-phase direct conversion apparatus according to the first aspect, wherein the absolute value of the single-phase AC voltage is The maximum value of the second period (tc) when the value is lower than the predetermined value is N times the maximum value of the second period when the absolute value of the single-phase AC voltage is higher than the predetermined value. .

本発明にかかる単相/三相直接変換装置の制御方法の第4の態様は、第1乃至第3の何れか一つの態様にかかる単相/三相直接変換装置の制御方法であって、前記N個のコンデンサ(C41〜C43)の各々の両端電圧が前記所定値以上となるように予め前記N個のコンデンサを充電する。   A fourth aspect of the method for controlling a single-phase / three-phase direct conversion apparatus according to the present invention is a method for controlling a single-phase / three-phase direct conversion apparatus according to any one of the first to third aspects, The N capacitors are charged in advance so that the voltage across each of the N capacitors (C41 to C43) is equal to or higher than the predetermined value.

本発明にかかる単相/三相直接変換装置の制御方法の第5の態様は、第1乃至第4の何れか一つの態様にかかる単相/三相直接変換装置の制御方法であって、前記非線形キャパシタ回路(4)は、前記N個のコンデンサ(C41〜C43)の相互間に設けられ、アノードを前記第1の電源線(LH)にカソードを前記第2の電源線(LL)にそれぞれ向けて前記第Nのコンデンサと共に互いに直列接続される第1乃至第(N−1)の充電用ダイオード(D41,D44)と、前記第1乃至第(N−1)の充電用ダイオードの各々のアノードと前記アノードと隣り合って設けられる前記コンデンサとの間と、前記第2の電源線との間に設けられ、アノードを前記第2の電源線側にカソードを前記第1の電源線側にそれぞれ向けて配置される(N−1)個の第1の放電用ダイオード(D43,D46)と、前記第1乃至第(N−1)の充電用ダイオードの各々のカソードと前記カソードと隣り合って設けられる前記コンデンサとの間と、前記第1の電源線との間に設けられ、アノードを前記第2の電源線側にカソードを前記第1の電源線側にそれぞれ向けて配置される(N−1)個の第2の放電用ダイオード(D42,D45)と、前記(N−1)個の第1の放電用ダイオードと前記(N−1)個の第2の放電用ダイオードとそれぞれ直接接続される2(N−1)個のスイッチ(S41〜S44)とを備える。   A fifth aspect of the method for controlling a single-phase / three-phase direct conversion apparatus according to the present invention is a method for controlling a single-phase / three-phase direct conversion apparatus according to any one of the first to fourth aspects, The nonlinear capacitor circuit (4) is provided between the N capacitors (C41 to C43), and has an anode as the first power line (LH) and a cathode as the second power line (LL). First to (N-1) th charging diodes (D41, D44) connected in series with the Nth capacitor toward each other, and each of the first to (N-1) th charging diodes. Between the anode and the capacitor provided adjacent to the anode and between the second power line and the anode on the second power line side and the cathode on the first power line side (N 1) between the first discharging diodes (D43, D46), the cathodes of the first to (N-1) th charging diodes, and the capacitor provided adjacent to the cathode; And (N-1) second power sources arranged between the first power source line and an anode facing the second power source line side and a cathode facing the first power source line side, respectively. The discharge diodes (D42, D45), the (N-1) first discharge diodes, and the (N-1) second discharge diodes 2 (N-1) directly connected to the discharge diodes (D42, D45), respectively. ) Switches (S41 to S44).

本発明にかかる単相/三相直接変換装置の制御方法の第6の態様は、第1乃至第4の何れか一つの態様にかかる単相/三相直接変換装置の制御方法であって、前記非線形キャパシタ回路(4)は、アノードを前記第1の電源線(LH)にカソードを前記第2の電源線(LL)にそれぞれ向けて前記N個のコンデンサの相互間にそれぞれ設けられる第1乃至第(N−1)の充電用ダイオード(D41)と、前記第1乃至第(N−1)の充電用ダイオードの各々のアノードと前記アノードと隣り合って設けられる前記コンデンサとの間と、前記第2の電源線との間に設けられ、アノードを前記第2の電源線側にカソードを前記第1の電源線側にそれぞれ向けて配置される(N−1)個の第1の放電用ダイオード(D43)と、前記第2乃至第Nの充電用ダイオードの各々のカソードと前記カソードと隣り合って設けられる前記コンデンサとの間と、前記第1の電源線の間に設けられ、アノードを前記第2の電源線側にカソードを前記第1の電源線側にそれぞれ向けて配置される(N−1)個の第2の放電用ダイオード(D42)と、前記(N−1)個の第1の放電用ダイオードのアノードと前記第2の電源線との間又は前記(N−1)個の第2の放電用ダイオードのカソードと前記第1の電源線との間に設けられるスイッチ素子(S47)と、アノードを前記第1の電源線にカソードを前記第2の電源線にそれぞれ向けて前記スイッチ素子と並列に接続される第Nの充電用ダイオード(D47)とを備える。   A sixth aspect of the method for controlling a single-phase / three-phase direct conversion apparatus according to the present invention is a method for controlling a single-phase / three-phase direct conversion apparatus according to any one of the first to fourth aspects, The non-linear capacitor circuit (4) is provided between the N capacitors with the anode facing the first power line (LH) and the cathode facing the second power line (LL), respectively. Thru (N-1) charging diode (D41), and between each of the anodes of the first to (N-1) charging diodes and the capacitor provided adjacent to the anode, (N-1) first discharges provided between the second power line and having an anode facing the second power line and a cathode facing the first power line, respectively. Diode (D43) and the second to Nth diodes Between each cathode of the power diode and the capacitor provided adjacent to the cathode and between the first power supply lines, an anode is provided on the second power supply line side and a cathode is provided on the first power supply line side. (N-1) second discharge diodes (D42) disposed toward the respective power supply line sides, anodes of the (N-1) first discharge diodes, and the second A switch element (S47) provided between the power supply lines or between the cathodes of the (N-1) second discharge diodes and the first power supply line, and an anode serving as the first power supply line And an Nth charging diode (D47) connected in parallel with the switch element with the cathode directed toward the second power supply line.

本発明にかかる単相/三相直接変換装置の制御方法の第1の態様によれば、単相交流電圧の絶対値が所定値より高いときの第2期間では第1及び第2の電源線の間の電圧はN個のコンデンサの両端電圧の和と一致する。単相交流電圧の絶対値が所定値よりも低いときの第2期間では第2の電源線から第1の電源線へと互いに並列接続されたN個のコンデンサに電流が流れれば、第1及び第2の電源線の間の電圧はN個のコンデンサの両端電圧の各々と一致する。   According to the first aspect of the control method of the single-phase / three-phase direct conversion device according to the present invention, the first and second power lines in the second period when the absolute value of the single-phase AC voltage is higher than the predetermined value. Is equal to the sum of the voltages across the N capacitors. If a current flows through N capacitors connected in parallel from the second power supply line to the first power supply line in the second period when the absolute value of the single-phase AC voltage is lower than the predetermined value, the first And the voltage between the second power supply lines is equal to each of the voltages across the N capacitors.

また単相交流電圧の絶対値が所定値より高いときの第2期間の最大値は単相交流電圧の絶対値が所定値より低いときの第2期間の最大値よりも大きい。これにより、単相交流電圧の絶対値が低いときのN個のコンデンサによる第1及び第2の電源線の間の電圧の平均を、単相交流電圧の絶対値が高いときのN個のコンデンサによる第1及び第2の電源線の間の電圧の平均へと近づけることができる。   Further, the maximum value of the second period when the absolute value of the single-phase AC voltage is higher than the predetermined value is larger than the maximum value of the second period when the absolute value of the single-phase AC voltage is lower than the predetermined value. As a result, the average of the voltages between the first and second power supply lines by the N capacitors when the absolute value of the single-phase AC voltage is low is obtained by calculating the N capacitors when the absolute value of the single-phase AC voltage is high. It is possible to approach the average of the voltage between the first and second power supply lines.

よって、非線形キャパシタ回路を用いたことによる、第1及び第2の電源線の電圧の低下を抑制することができる。   Therefore, it is possible to suppress a decrease in voltage of the first and second power supply lines due to the use of the nonlinear capacitor circuit.

しかも単相交流電圧の絶対値が低いときの第2期間の最大値を高めているので、このときの第3期間を低めることができる。第3期間ではインバータが前記電圧ベクトルとして零電圧ベクトルを採用した動作を行うところ、かかる第3期間を低減できるので、平均的な直流電圧に対するインバータが平均的に出力する電圧の割合(電圧利用率)を高めることができる。   Moreover, since the maximum value of the second period when the absolute value of the single-phase AC voltage is low is increased, the third period at this time can be reduced. In the third period, when the inverter performs an operation using the zero voltage vector as the voltage vector, the third period can be reduced, so the ratio of the average output voltage of the inverter to the average DC voltage (voltage utilization rate). ) Can be increased.

本発明にかかる単相/三相直接変換装置の制御方法の第2の態様によれば、非線形キャパシタ回路を用いたことによる、第1及び第2の電源線の電圧の増大を抑制することができる。   According to the second aspect of the control method of the single-phase / three-phase direct conversion device according to the present invention, it is possible to suppress an increase in the voltage of the first and second power supply lines due to the use of the nonlinear capacitor circuit. it can.

本発明にかかる単相/三相直接変換装置の制御方法の第3の態様によれば、非線形キャパシタ回路を用いたことによる、第1及び第2の電源線の電圧の脈動を最も抑制することができる。   According to the third aspect of the method for controlling the single-phase / three-phase direct conversion device according to the present invention, the pulsation of the voltage of the first and second power supply lines due to the use of the nonlinear capacitor circuit is most suppressed. Can do.

本発明にかかる単相/三相直接変換装置の制御方法の第4の態様によれば、単相交流電圧の絶対値が所定値よりも低いときに、コンデンサの両端電圧が単相交流電圧以上となるので、単相交流電圧の絶対値が所定値よりも低いときに、第2の電源線から第1の電源線へと互いに並列接続されたN個のコンデンサにより確実に電流を流すことができる。   According to the fourth aspect of the control method of the single-phase / three-phase direct conversion device according to the present invention, when the absolute value of the single-phase AC voltage is lower than the predetermined value, the voltage across the capacitor is equal to or higher than the single-phase AC voltage. Therefore, when the absolute value of the single-phase AC voltage is lower than a predetermined value, the current can be surely passed by the N capacitors connected in parallel from the second power supply line to the first power supply line. it can.

本発明にかかる単相/三相直接変換装置の制御方法の第5の態様によれば、請求項1乃至4に記載の単相/三相直接変換装置の実現に寄与する。   According to the fifth aspect of the control method of the single-phase / three-phase direct conversion device according to the present invention, it contributes to the realization of the single-phase / three-phase direct conversion device according to claims 1 to 4.

本発明にかかる単相/三相直接変換装置の制御方法の第6の態様によれば、一つのスイッチ素子で非線形キャパシタ回路の機能を実現できるので、複数のスイッチ素子が設けられる場合に比べて製造コストを低減できる。   According to the sixth aspect of the control method of the single-phase / three-phase direct conversion device according to the present invention, the function of the non-linear capacitor circuit can be realized by one switch element, so that compared to the case where a plurality of switch elements are provided Manufacturing cost can be reduced.

単相/三相直接変換回路の概念的な構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a notional structure of a single phase / three phase direct conversion circuit. 単相/三相直接変換回路の等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of a single phase / three phase direct conversion circuit. 電流分配率の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of a current distribution rate. 等価回路におけるタイミングチャートの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the timing chart in an equivalent circuit. 電圧ベクトルを示す図である。It is a figure which shows a voltage vector. インバータのタイミングチャートの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the timing chart of an inverter. 直流電圧の平均の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the average of DC voltage. 直流電圧と、入力線電流と、出力線電流と、出力線間電圧と、出力線間電圧の平均とを示す図である。It is a figure which shows DC voltage, input line current, output line current, output line voltage, and the average of output line voltage. 制御部の概念的な構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a notional structure of a control part. 等価回路及びインバータのタイミングチャートの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the timing chart of an equivalent circuit and an inverter. 電流分配率の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of a current distribution rate. 直流電圧の平均の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the average of DC voltage. 直流電圧と、入力線電流と、出力線電流と、出力線間電圧と、出力線間電圧の平均とを示す図である。It is a figure which shows DC voltage, input line current, output line current, output line voltage, and the average of output line voltage. 直流電圧の平均の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the average of DC voltage. 単相/三相直接変換装置の概念的な構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a notional structure of a single phase / three phase direct conversion apparatus. 非線形キャパシタ回路の概念的な構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a notional structure of a nonlinear capacitor circuit. 非線形キャパシタ回路の概念的な構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a notional structure of a nonlinear capacitor circuit. 電流分配率の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of a current distribution rate. 直流電圧の平均の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the average of DC voltage.

第1の実施の形態.
<単相/三相直接変換装置の構成>
図1に示すように、単相/三相直接変換装置は、単相ダイオード整流器3と、非線形キャパシタ回路4と、インバータ5とを備えている。
First embodiment.
<Configuration of single-phase / three-phase direct conversion device>
As shown in FIG. 1, the single-phase / three-phase direct conversion apparatus includes a single-phase diode rectifier 3, a nonlinear capacitor circuit 4, and an inverter 5.

単相ダイオード整流器3は例えばフィルタ2を介して単相交流電源1と接続されている。フィルタ2はリアクトルL2とコンデンサC2とを備えている。リアクトルL2は単相交流電源1の2つの出力端のうちの一つと単相ダイオード整流器3との間に設けられている。コンデンサC2は単相交流電源1の2つの出力端の間に設けられている。フィルタ2は電流の高周波成分を除去する。   The single-phase diode rectifier 3 is connected to the single-phase AC power source 1 via, for example, a filter 2. The filter 2 includes a reactor L2 and a capacitor C2. The reactor L <b> 2 is provided between one of the two output terminals of the single-phase AC power source 1 and the single-phase diode rectifier 3. The capacitor C2 is provided between the two output terminals of the single-phase AC power source 1. The filter 2 removes the high frequency component of the current.

単相ダイオード整流器3はダイオードD31〜D34を備えている。ダイオードD31〜D34はブリッジ回路を構成し、単相交流電源1から入力される単相交流電圧を整流して直流電圧に変換し、これを直流電源線LH,LLの間に出力する。直流電源線LHには直流電源線LLよりも高い電位が印加される。   The single-phase diode rectifier 3 includes diodes D31 to D34. The diodes D31 to D34 constitute a bridge circuit, which rectifies the single-phase AC voltage input from the single-phase AC power supply 1 and converts it to a DC voltage, and outputs this between the DC power supply lines LH and LL. A higher potential than the DC power supply line LL is applied to the DC power supply line LH.

非線形キャパシタ回路4は直流電源線LH,LLの間に設けられたN(Nは2以上の自然数)個のコンデンサを有し、直流電源線LHから直流電源線LLへとN個のコンデンサを流れる電流は互いに直列接続されたN個のコンデンサを流れ、直流電源線LLから直流電源線LHへと流れる電流は互いに並列接続されたN個のコンデンサを流れる。図1の例示では、非線形キャパシタ回路4は2つのコンデンサC41,C42とダイオードD41〜D43とスイッチング素子S41,S42とを備えている。   The non-linear capacitor circuit 4 has N (N is a natural number of 2 or more) capacitors provided between the DC power supply lines LH and LL, and flows through the N capacitors from the DC power supply line LH to the DC power supply line LL. The current flows through N capacitors connected in series with each other, and the current flowing from the DC power supply line LL to the DC power supply line LH flows through the N capacitors connected in parallel with each other. In the illustration of FIG. 1, the nonlinear capacitor circuit 4 includes two capacitors C41 and C42, diodes D41 to D43, and switching elements S41 and S42.

ダイオードD41はそのアノードを直流電源線LH側にそのカソードを直流電源線LL側にそれぞれ向けて、直流電源線LH,LLの間に設けられる。コンデンサC41,C42はダイオードD41に対してそれぞれ直流電源線LH,LL側に設けられ、ダイオードD41とともに相互に直列に接続される。   The diode D41 is provided between the DC power supply lines LH and LL with the anode directed toward the DC power supply line LH and the cathode directed toward the DC power supply line LL. Capacitors C41 and C42 are provided on the DC power supply lines LH and LL, respectively, with respect to the diode D41, and are connected in series with the diode D41.

スイッチング素子S41とダイオードD42とは、ダイオードD41のカソードとコンデンサC42との間の点と、直流電源線LHとの間で互いに直列に設けられる。スイッチング素子S42とダイオードD43とは、ダイオードD41のアノードとコンデンサC41との間の点と、直流電源線LLとの間で互いに直列に設けられる。ダイオードD42,D43はそのアノードを直流電源線LL側に、そのカソードを直流電源線LH側にそれぞれ向けて配置される。スイッチング素子S41,S42は例えばトランジスタであって、そのエミッタ端子を直流電源線LH側に、そのコレクタ端子を直流電源線LL側にそれぞれ向けて配置される。   The switching element S41 and the diode D42 are provided in series with each other between a point between the cathode of the diode D41 and the capacitor C42 and the DC power supply line LH. The switching element S42 and the diode D43 are provided in series with each other between the point between the anode of the diode D41 and the capacitor C41 and the DC power supply line LL. The diodes D42 and D43 are arranged with their anodes facing the DC power supply line LL and their cathodes facing the DC power supply line LH. The switching elements S41 and S42 are transistors, for example, and are arranged with their emitter terminals facing the DC power supply line LH and their collector terminals facing the DC power supply line LL.

かかる非線形キャパシタ回路4によれば、直流電源線LHからコンデンサC41,C42及びダイオードD41を経由して直流電源線LL側へと電流が流れることにより、コンデンサC41,C42は互いに直列状態で電流が流れる。またスイッチング素子S41,S42の導通により、コンデンサC41,C42は互いに並列状態で直流電源線LLから直流電源線LH側へと電流が流れる。   According to the nonlinear capacitor circuit 4, current flows from the DC power supply line LH to the DC power supply line LL side via the capacitors C41 and C42 and the diode D41, so that the capacitors C41 and C42 flow in series with each other. . Further, due to the conduction of the switching elements S41 and S42, the capacitors C41 and C42 flow in current from the DC power supply line LL to the DC power supply line LH in a parallel state.

インバータ5は直流電源線LH,LLの間の直流電圧を交流電圧に変換して出力端Pu,Pv,Pwに出力する。インバータ5は6つのスイッチング素子Sup,Svp,Swp,Sun,Svn,Swnを含む。スイッチング素子Sup,Svp,Swpはそれぞれ出力端Pu,Pv,Pwと直流電源線LHとの間に接続され、スイッチング素子Sun,Svn,Swnはそれぞれ出力端Pu,Pv,Pwと直流電源線LLとの間に接続される。インバータ5はいわゆる電圧形インバータを構成し、6つのダイオードDup,Dvp,Dwp,Dun,Dvn,Dwnを含む。   The inverter 5 converts the DC voltage between the DC power supply lines LH and LL into an AC voltage and outputs it to the output terminals Pu, Pv and Pw. The inverter 5 includes six switching elements Sup, Svp, Swp, Sun, Svn, and Swn. The switching elements Sup, Svp, Swp are respectively connected between the output terminals Pu, Pv, Pw and the DC power supply line LH, and the switching elements Sun, Svn, Swn are respectively connected to the output terminals Pu, Pv, Pw and the DC power supply line LL. Connected between. The inverter 5 constitutes a so-called voltage source inverter and includes six diodes Dup, Dvp, Dwp, Dun, Dvn, Dwn.

ダイオードDup,Dvp,Dwp,Dun,Dvn,Dwnはいずれもそのカソードを直流電源線LH側に、そのアノードを直流電源線LL側に向けて配置される。ダイオードDupは、出力端Puと直流電源線LHとの間で、スイッチング素子Supと並列に接続される。同様にして、ダイオードDvp,Dwp,Dun,Dvn,Dwnは、それぞれスイッチング素子Svp,Swp,Sun,Svn,Swnと並列に接続される。   The diodes Dup, Dvp, Dwp, Dun, Dvn, and Dwn are all arranged with the cathode facing the DC power supply line LH and the anode facing the DC power supply line LL. The diode Dup is connected in parallel with the switching element Sup between the output terminal Pu and the DC power supply line LH. Similarly, the diodes Dvp, Dwp, Dun, Dvn, Dwn are connected in parallel with the switching elements Svp, Swp, Sun, Svn, Swn, respectively.

例えばスイッチング素子Sup,Svp,Swp,Sun,Svn,SwnにはIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ、以下、単にIGBTと呼ぶ)が採用される。   For example, IGBTs (insulated gate bipolar transistors, hereinafter simply referred to as IGBTs) are employed as the switching elements Sup, Svp, Swp, Sun, Svn, and Swn.

誘導性負荷6は例えば回転機であり、誘導性負荷であることを示す等価回路で図示されている。具体的には、リアクトルLuと抵抗Ruとが相互に直列され、この直列体の一端が出力端Puに接続される。リアクトルLv,Lwと抵抗Ru,Rwについても同様である。またこれらの直列体の他端同士が相互に接続される。   The inductive load 6 is, for example, a rotating machine, and is illustrated by an equivalent circuit indicating that it is an inductive load. Specifically, the reactor Lu and the resistor Ru are serially connected to each other, and one end of the serial body is connected to the output end Pu. The same applies to reactors Lv and Lw and resistors Ru and Rw. The other ends of these series bodies are connected to each other.

<単相/三相直接変換装置の制御方法>
本単相/三相直接変換装置においては、単相交流電源1と単相ダイオード整流器3とを用いている。よって、直流電源線LH,LLに供給される電力は、非線形キャパシタ回路4を含めた後段の要素を無視すれば、単相交流電圧の周波数の2倍の周波数を有して脈動する。ここでは、かかる電力の脈動を低減する制御方法について説明する。
<Control method of single-phase / three-phase direct conversion device>
In this single-phase / three-phase direct conversion device, a single-phase AC power source 1 and a single-phase diode rectifier 3 are used. Therefore, the power supplied to the DC power supply lines LH and LL pulsates with a frequency twice the frequency of the single-phase AC voltage, if the subsequent elements including the nonlinear capacitor circuit 4 are ignored. Here, a control method for reducing such power pulsation will be described.

図1に示された回路の等価回路(図2)によれば、インバータに入力される電流Idcは、コンデンサC41,C42を流れる電流Icと、単相ダイオード整流器3を流れる電流Irecと、インバータ5が零電圧ベクトルで動作する期間に流れる電流Izとに振り分けられる。当該等価回路によれば、電流Ic,Irec,IzはそれぞれスイッチSc,Srec,Szの導通により流れる。各スイッチSrec,Sc,Szは常に何れか一つのみが導通するように制御される。なお、詳細は後述するものの、スイッチSrec,Scが導通する期間においてもインバータ5は零電圧ベクトルで動作する期間が存在する。ここでいう電流Izとは、スイッチSrec,Scが導通する期間においてインバータ5が零電圧ベクトルで動作する期間を除く。   According to the equivalent circuit (FIG. 2) of the circuit shown in FIG. 1, the current Idc input to the inverter includes the current Ic flowing through the capacitors C41 and C42, the current Irec flowing through the single-phase diode rectifier 3, and the inverter 5 Is distributed to the current Iz flowing during the period of operation with the zero voltage vector. According to the equivalent circuit, the currents Ic, Irec, and Iz flow through the conduction of the switches Sc, Srec, and Sz, respectively. Each switch Srec, Sc, Sz is controlled so that only one of them is always conducted. Although details will be described later, there is a period in which the inverter 5 operates with a zero voltage vector even in a period in which the switches Srec and Sc are conductive. Here, the current Iz excludes a period in which the inverter 5 operates with a zero voltage vector in a period in which the switches Srec and Sc are conductive.

各電流Irec,Ic,Izについての電流分配率をそれぞれdrec,dc,dzとすると次式が導かれる。なお各電流分配率drec,dc,dzは、それぞれ所定期間に対するスイッチSrec,Sc,Szの導通期間の割合とも把握できる。   If the current distribution ratios for the currents Irec, Ic, and Iz are drec, dc, and dz, respectively, the following equations are derived. Each current distribution rate drec, dc, dz can also be grasped as a ratio of the conduction period of the switches Srec, Sc, Sz to a predetermined period.

電流の連続性から各電流Irec,Ic,Izの和が電流Idcと等しいので、次式が成立する。   Since the sum of the currents Irec, Ic, and Iz is equal to the current Idc from the continuity of the current, the following equation is established.

まず入力電流を正弦波とするという条件の下に電流分配率drecについて考慮する。入力電流を正弦波とするには、電流Irecが次式を満たせばよい。   First, the current distribution ratio drec is considered under the condition that the input current is a sine wave. In order to make the input current a sine wave, the current Irec should satisfy the following equation.

ここで、Imは単相ダイオード整流器3に入力される入力電流の振幅を示す。ωtは単相ダイオード整流器3に入力される単相交流電圧の位相を示す。式(1)と式(3)とにより、電流分配率drecは次式で表される。   Here, Im indicates the amplitude of the input current input to the single-phase diode rectifier 3. ωt indicates the phase of the single-phase AC voltage input to the single-phase diode rectifier 3. From equation (1) and equation (3), the current distribution ratio drec is expressed by the following equation.

更に、電力脈動を低減するという条件の下に電流分配率dcについて考慮する。単相ダイオード整流器3が出力する電力P1は次式で表される。   Furthermore, the current distribution ratio dc is considered under the condition of reducing power pulsation. The electric power P1 output from the single-phase diode rectifier 3 is expressed by the following equation.

ここで、Vmは単相交流電圧の振幅を示す。式(5)において右辺の第2項目が電力脈動を示す。かかる電力脈動を打ち消すためには非線形キャパシタ回路4が第2項目と同じ値であって極性の異なる電力P2を出力すればよい。かかる電力P2は次式で表される。   Here, Vm represents the amplitude of the single-phase AC voltage. In Equation (5), the second item on the right side indicates power pulsation. In order to cancel such power pulsation, the non-linear capacitor circuit 4 may output the power P2 having the same value as that of the second item and having a different polarity. Such electric power P2 is expressed by the following equation.

式(6)より非線形キャパシタ回路4が出力する電力P2は正負の値を採りえる。具体的には、単相交流電圧の位相ωtが0以上π/4以下、3π/4以上5π/4以下又は7π/4以上2π以下であるときに正の値を採り、これ以外のときに負の値を採る。   The electric power P2 output from the nonlinear capacitor circuit 4 can take a positive or negative value from the equation (6). Specifically, when the phase ωt of the single-phase AC voltage is 0 or more and π / 4 or less, 3π / 4 or more, 5π / 4 or less, or 7π / 4 or more and 2π or less, a positive value is taken. Take a negative value.

単相交流電圧はVm・sin(ωt)で表されることから、上記範囲を換言して、単相交流電圧の絶対値がその振幅Vmの1/√2倍の値よりも低いときには非線形キャパシタ回路4は正の電力を出力し、振幅Vmの1/√2倍の値よりも高いときには負の電力を出力する、とも把握できる。   Since the single-phase AC voltage is expressed by Vm · sin (ωt), in other words, when the absolute value of the single-phase AC voltage is lower than 1 / √2 times the amplitude Vm, the nonlinear capacitor It can be understood that the circuit 4 outputs positive power and outputs negative power when the value is higher than 1 / √2 times the amplitude Vm.

かかる正負の電力を出力するには、非線形キャパシタ回路4に流れる電流Icの方向を変化させればよい。具体的に、電流Icの方向を変化させるには例えば次の制御を行えばよい。即ち、コンデンサC41,C42の両端電圧の各々が単相交流電圧の絶対値よりも高ければ、スイッチング素子S41,S42を導通させることでコンデンサC41,C42には正の電流Icが流れる。換言すれば、コンデンサC41,C42は放電する。またインバータ5のスイッチング制御により後述する逆電圧ベクトルを出力し、これによりインバータ5側から非線形キャパシタ回路4へと回生電流を流すことで、コンデンサC41,C42には負の電流Icが流れる。換言すれば、コンデンサC41,C42は充電される。よってコンデンサC41,C42のそれぞれの充電電圧を予めVm/√2以上に設定しておけば、上述の正負の電力を出力できることとなる。   In order to output such positive and negative power, the direction of the current Ic flowing through the nonlinear capacitor circuit 4 may be changed. Specifically, for example, the following control may be performed to change the direction of the current Ic. That is, if each of the voltages at both ends of the capacitors C41 and C42 is higher than the absolute value of the single-phase AC voltage, a positive current Ic flows through the capacitors C41 and C42 by turning on the switching elements S41 and S42. In other words, the capacitors C41 and C42 are discharged. Also, a negative voltage Ic flows in the capacitors C41 and C42 by outputting a reverse voltage vector, which will be described later, by switching control of the inverter 5 and thereby causing a regenerative current to flow from the inverter 5 side to the nonlinear capacitor circuit 4. In other words, the capacitors C41 and C42 are charged. Therefore, if the respective charging voltages of the capacitors C41 and C42 are set to Vm / √2 or more in advance, the above-described positive and negative power can be output.

コンデンサC41,C42は互いに並列状態で放電する。よって放電時(即ち、0≦ωt≦π/4、3π/4≦ωt≦5π/4、7π/4≦ωt≦2πのとき、換言すれば単相交流電圧の絶対値がVm/√2より小さいとき)において、非線形キャパシタ回路4はコンデンサC41,C42の各両端電圧の和たる電圧Vcの半値を出力する。   Capacitors C41 and C42 discharge in parallel with each other. Therefore, at the time of discharge (that is, 0 ≦ ωt ≦ π / 4, 3π / 4 ≦ ωt ≦ 5π / 4, 7π / 4 ≦ ωt ≦ 2π, in other words, the absolute value of the single-phase AC voltage is from Vm / √2. When it is small), the nonlinear capacitor circuit 4 outputs a half value of the voltage Vc obtained by summing the voltages at both ends of the capacitors C41 and C42.

コンデンサC41,C42は互いに直列状態で充電される。よって、充電時(即ち、π/4≦ωt≦3π/4、5π/4≦ωt≦7π/4のとき、換言すれば単相交流電圧の絶対値がVm/√2より大きいとき)において、非線形キャパシタ回路4はコンデンサC41,C42の書く両端電圧の和たる電圧Vcを出力する。   Capacitors C41 and C42 are charged in series with each other. Therefore, at the time of charging (that is, when π / 4 ≦ ωt ≦ 3π / 4, 5π / 4 ≦ ωt ≦ 7π / 4, in other words, when the absolute value of the single-phase AC voltage is larger than Vm / √2), The non-linear capacitor circuit 4 outputs a voltage Vc that is the sum of both-end voltages written by the capacitors C41 and C42.

したがって非線形キャパシタ回路4が出力する電力P2は充電時における電力P2と放電時における電力P2とに分けてそれぞれ次式のように表現される。   Therefore, the electric power P2 output from the non-linear capacitor circuit 4 is divided into the electric power P2 at the time of charging and the electric power P2 at the time of discharging, and is expressed by the following equations, respectively.

式(6)と式(7)とを用いて変形し、式(6)と式(8)とを用いて変形すると、充電時においてコンデンサC41,C42に流れる電流Icと、放電時においてコンデンサC41,C42に流れる電流Icについてそれぞれ次式が導かれる。   When the equation (6) and the equation (7) are modified, and the equation (6) and the equation (8) are modified, the current Ic flowing through the capacitors C41 and C42 during charging and the capacitor C41 during discharging. , C42, the following equations are derived for the current Ic flowing through C42.

上述のように電流Icの向きを制御することができるので電流分配率dcは正の値で考慮することができる。よって、式(1)と式(9)及び式(1)と式(10)により、充電時におけるコンデンサC41,C42についての電流分配率dcと放電時におけるコンデンサC41,C42についての電流分配率dcとがそれぞれ次式で表される。   Since the direction of the current Ic can be controlled as described above, the current distribution ratio dc can be considered as a positive value. Therefore, the current distribution ratio dc for the capacitors C41 and C42 during charging and the current distribution ratio dc for the capacitors C41 and C42 during discharging are obtained by Expressions (1) and (9) and Expressions (1) and (10). Are represented by the following equations.

さて、式(4)、式(11)、式(12)から理解できるように、各電流分配率drec,dcは、それぞれ単相電源電圧の周波数と同じ周波数、2倍の周波数を有する正弦波の絶対値と同じ形状を有しており、その振幅のみが決定していない。   As can be understood from the equations (4), (11), and (12), each of the current distribution ratios drec and dc is a sine wave having the same frequency as the frequency of the single-phase power supply voltage and a frequency that is twice as high. It has the same shape as the absolute value of, and only its amplitude is not determined.

更に、電圧利用率を最大にするという条件の下でパラメータIm/Idcについて考慮する。ここでいう電圧利用率とは、例えば直流電源線LH,LLの間の直流電圧に対するインバータ5が出力する電圧の割合である。インバータ5が零電圧ベクトルを出力する期間ではインバータ5は電圧を出力しないので、電圧利用率の向上のためにはかかる期間は短いほうが望ましい。ただし、式(2)と式(4)、式(11)、式(12)から理解できるように常に電流分配率dzをゼロにすることはできない。また電流分配率drec,dc,dzはいずれもが正の数である。よって、電流分配率dzの最小値を0とすれば全体的な電圧利用率を最も高めることができる。換言すれば電流分配率drec,dcの和が最大となるとき、即ちωt=π/2のときにdz=0とすればよい。   Further, the parameter Im / Idc is considered under the condition that the voltage utilization rate is maximized. The voltage utilization rate here is, for example, the ratio of the voltage output by the inverter 5 to the DC voltage between the DC power supply lines LH and LL. Since the inverter 5 does not output a voltage during the period in which the inverter 5 outputs the zero voltage vector, it is desirable that the period is short in order to improve the voltage utilization rate. However, as can be understood from the equations (2), (4), (11), and (12), the current distribution ratio dz cannot always be zero. The current distribution ratios drec, dc, and dz are all positive numbers. Therefore, if the minimum value of the current distribution ratio dz is 0, the overall voltage utilization rate can be maximized. In other words, dz = 0 may be set when the sum of the current distribution ratios drec and dc is maximized, that is, when ωt = π / 2.

例えばωt=π/2,dz=0をそれぞれ式(2)、式(4)、式(11)に代入すると次式が導かれる。   For example, substituting ωt = π / 2 and dz = 0 into Equation (2), Equation (4), and Equation (11) respectively leads to the following equation.

また例えばωt=π/2,dz=0をそれぞれ式(2)、式(4)、式(12)に代入すると次式が導かれる。   For example, substituting ωt = π / 2 and dz = 0 into Equation (2), Equation (4), and Equation (12) respectively leads to the following equation.

式(13)を式(4)、式(11)に代入すると充電時における電流分配率drec,dcは次式で表される。   When Expression (13) is substituted into Expression (4) and Expression (11), current distribution ratios drec and dc during charging are expressed by the following expressions.

式(14)を式(4)、(12)に代入すると放電時における電流分配率drec,dcは次式で表される。   When Expression (14) is substituted into Expressions (4) and (12), current distribution ratios drec and dc at the time of discharge are expressed by the following expressions.

図3はかかる電流分配率drec,dc,dzの一例を示している。図3では振幅Vmと電圧Vcとを等しい値としている。かかる電流分配率drec,dc,dzはいずれも電圧位相角で180度周期を有している。電流分配率drecは電圧位相角180度を半周期とする正の正弦波に沿う形状を有している。但し、充電時の電流分配率drecが沿う正弦波の振幅は、放電時の電流分配率drecが沿う正弦波の振幅よりも大きい。また、充電時の電流分配率drecと放電時の電流分配率drecとの不連続を解消すべく、例えば所定の傾斜を有する直線でこれらを適宜に繋いでいる。不連続があれば、入力電流の波形にゆがみが生じるからである。電流分配率dcは電圧位相角90度を半周期とする正の正弦波に沿う形状を有している。但し、放電時の電流分配率dcが沿う正弦波の振幅は、充電時の電流分配率dcが沿う正弦波の振幅よりも大きい。   FIG. 3 shows an example of such current distribution rates drec, dc, and dz. In FIG. 3, the amplitude Vm and the voltage Vc are set to the same value. The current distribution rates drec, dc, and dz all have a voltage phase angle and a period of 180 degrees. The current distribution rate drec has a shape along a positive sine wave having a voltage phase angle of 180 degrees as a half cycle. However, the amplitude of the sine wave along the current distribution ratio drec during charging is larger than the amplitude of the sine wave along the current distribution ratio drec during discharging. Further, in order to eliminate the discontinuity between the current distribution ratio drec during charging and the current distribution ratio drec during discharge, these are appropriately connected by, for example, a straight line having a predetermined slope. This is because if there is discontinuity, the waveform of the input current is distorted. The current distribution ratio dc has a shape along a positive sine wave having a voltage phase angle of 90 degrees as a half cycle. However, the amplitude of the sine wave along which the current distribution ratio dc during discharging is larger than the amplitude of the sine wave along with the current distribution ratio dc during charging.

このような電流分配率drec,dc,dzを指令値として、所定のキャリヤと比較することにより、一定の所定期間tsにおいてスイッチSrec,Sc,Szをそれぞれ導通させる期間trec,tc,tzを得ることができる。なお、所定期間tsは単相交流電圧の周期に対して十分に短い期間である。   By using such current distribution ratios drec, dc, and dz as command values and comparing them with a predetermined carrier, the periods trec, tc, and tz for conducting the switches Srec, Sc, and Sz, respectively, are obtained in a certain predetermined period ts. Can do. The predetermined period ts is a period sufficiently short with respect to the cycle of the single-phase AC voltage.

かかる期間trec,tc,tzは例えば図4に示すように電流分配率drecと、電流分配率drec,dzの和(=1−dc)と、キャリヤCとの比較によって求めることができる。キャリヤCは最小値0、最大値1を取る周期性の波形を有し、例えば三角形波であって図4では二等辺三角形波が例示されている。   Such periods trec, tc, and tz can be obtained by comparing the carrier C with the current distribution ratio drec, the sum of the current distribution ratios drec and dz (= 1-dc), as shown in FIG. The carrier C has a periodic waveform having a minimum value of 0 and a maximum value of 1, for example, a triangular wave, and an isosceles triangular wave is illustrated in FIG.

スイッチSrecはキャリヤCが電流分配率drec以下となる期間trecにおいて導通する。スイッチScはキャリヤCが電流分配率drec,dzの和以上となる期間tcにおいて導通する。スイッチSzはキャリヤCが電流分配率drec以上かつ電流分配率の和drec+dz以下となる期間tzにおいて導通する。これによって所定期間tsに対する期間trec,tc,tzの割合を、それぞれ電流分配率drec,dc,dzと一致させることができる。なお、キャリヤCが二等辺三角形波であることと、電流分配率drec及び電流分配率の和drec+dzのいずれもキャリヤCの最小値または最大値を取らないことから、期間tzは所定期間tsにおいて二等分され、二つの期間tz/2として現れている。   The switch Srec is turned on during a period trec in which the carrier C is equal to or less than the current distribution ratio drec. The switch Sc is conductive during a period tc in which the carrier C is equal to or greater than the sum of the current distribution ratios drec and dz. The switch Sz is turned on during a period tz in which the carrier C is equal to or greater than the current distribution ratio drec and equal to or less than the sum drec + dz of the current distribution ratio. Accordingly, the ratios of the periods trec, tc, and tz with respect to the predetermined period ts can be matched with the current distribution ratios drec, dc, and dz, respectively. Note that since the carrier C is an isosceles triangular wave and neither the current distribution ratio drec nor the sum of current distribution ratios drec + dz takes the minimum value or the maximum value of the carrier C, the period tz is equal to two in the predetermined period ts. Divided equally and appears as two periods tz / 2.

なお図1に示す単相/三相直接変換装置に、スイッチSrec,Sc,Szが実際に設けられているわけではない。図2に示す等価回路上のスイッチSrec,Sc,Szは非線形キャパシタ回路4及びインバータ5のスイッチングによって等価的に制御される。スイッチSrec,Sc,Szを等価的に制御する方法を説明するために、まずインバータの一般的な制御について説明する。   Note that the switches Srec, Sc, and Sz are not actually provided in the single-phase / three-phase direct conversion device shown in FIG. The switches Srec, Sc, Sz on the equivalent circuit shown in FIG. 2 are equivalently controlled by switching of the nonlinear capacitor circuit 4 and the inverter 5. In order to explain a method for equivalently controlling the switches Srec, Sc, Sz, first, general control of the inverter will be explained.

一対のスイッチング素子Sup,Sun、一対のスイッチング素子Svp,Svn及び一対のスイッチング素子Swp,Swnはそれぞれ相互に排他的に制御される。よって、各スイッチング素子のスイッチパターンとしては次の8つのパターンが存在する。ここで上側スイッチング素子が導通し、下側スイッチング素子が非導通であるスイッチ状態を「1」で表現し、上側スイッチング素子が非導通であって下側スイッチング素子が導通するスイッチ状態を「0」で表現する。各相についてのスイッチ状態をこの順で並べると、スイッチパターンとしては、(0,0,0)(0,0,1)(0,1,0)(0,1,1)(1,0,0)(1,0,1)(1,1,0)(1,1,1)の8つのパターンが存在する。   The pair of switching elements Sup and Sun, the pair of switching elements Svp and Svn, and the pair of switching elements Swp and Swn are controlled exclusively with each other. Therefore, there are the following eight patterns as the switch pattern of each switching element. Here, a switch state in which the upper switching element is conductive and the lower switching element is non-conductive is expressed by “1”, and a switch state in which the upper switching element is non-conductive and the lower switching element is conductive is “0”. It expresses with. When the switch states for each phase are arranged in this order, the switch pattern is (0, 0, 0) (0, 0, 1) (0, 1, 0) (0, 1, 1) (1, 0 , 0) (1, 0, 1) (1, 1, 0) (1, 1, 1).

上述した各スイッチパターンをインバータが実現することにより、出力端Pu,Pv,Pwにはスイッチングパターンに応じた電圧ベクトルが出力される。各スイッチパターンにより出力される電圧ベクトルを、スイッチパターンの上記3つの数字を10進数で表した数字を採用して、それぞれ電圧ベクトルV0〜V7と表現する。例えばスイッチパターン(1,0,0)により電圧ベクトルV4が出力される。   When the inverter realizes each switch pattern described above, a voltage vector corresponding to the switching pattern is output to the output terminals Pu, Pv, and Pw. The voltage vectors output by each switch pattern are expressed as voltage vectors V0 to V7, respectively, by adopting numbers that represent the above three numbers of the switch patterns in decimal numbers. For example, the voltage vector V4 is output by the switch pattern (1, 0, 0).

図5には電圧ベクトル図が示されている。各電圧ベクトルV1〜V6はこれらの始点を中心点に一致させそれらの終点を放射状に外側に向けて配置される。各電圧ベクトルV1〜V6の終点同士を結ぶと正六角形を構成する。電圧ベクトルV0,V7では出力端Pu,Pv,Pwが短絡されるので、電圧ベクトルV0,V7は大きさを有さない。よって電圧ベクトルV0,V7は中心点に配置される。かかる電圧ベクトルV0,V7を零電圧ベクトルと称している。なお、各電圧ベクトルV1〜V6のうちの隣り合う2つと、各電圧ベクトルV0,V7とにより構成される正三角形の領域をそれぞれS1〜S6と呼ぶ。   FIG. 5 shows a voltage vector diagram. The voltage vectors V1 to V6 are arranged such that their start points coincide with the center point and their end points are radially directed outward. When the end points of the voltage vectors V1 to V6 are connected, a regular hexagon is formed. Since the output terminals Pu, Pv, and Pw are short-circuited in the voltage vectors V0 and V7, the voltage vectors V0 and V7 have no magnitude. Therefore, the voltage vectors V0 and V7 are arranged at the center point. Such voltage vectors V0 and V7 are referred to as zero voltage vectors. In addition, the equilateral triangle area | region comprised by two adjacent among each voltage vector V1-V6 and each voltage vector V0, V7 is each called S1-S6.

例えば二相変調方式に則れば、電圧指令ベクトルV*が位置する領域S1〜S6に応じて、当該領域S1〜S6を構成する2つの電圧ベクトルVi,Vj(i,j=1〜6,i≠j)と電圧ベクトルV0(或いは電圧ベクトルV7)とが出力される。かかる電圧ベクトルVi,Vjと電圧ベクトルV0(或いは電圧ベクトルV7)とは、これらの合成電圧ベクトルが電圧指令ベクトルV*に一致するように出力される。以下、零電圧ベクトルとして電圧ベクトルV0を出力する場合の一例について説明する。   For example, according to the two-phase modulation method, the two voltage vectors Vi, Vj (i, j = 1 to 6, 6) constituting the regions S1 to S6 according to the regions S1 to S6 where the voltage command vector V * is located. i ≠ j) and the voltage vector V0 (or voltage vector V7) are output. The voltage vectors Vi and Vj and the voltage vector V0 (or voltage vector V7) are output so that their combined voltage vector matches the voltage command vector V *. Hereinafter, an example of outputting the voltage vector V0 as a zero voltage vector will be described.

例えば電圧指令ベクトルV*が領域S1に位置する場合、所定期間tsにおいて例えば電圧ベクトルV0,V4,V6がそれぞれ期間t0,t4,t6(ts=t0+t4+t6)において出力される。   For example, when the voltage command vector V * is located in the region S1, for example, the voltage vectors V0, V4, and V6 are output in the periods t0, t4, and t6 (ts = t0 + t4 + t6) in the predetermined period ts, respectively.

所定期間tsにおける合成電圧ベクトルは、t0/ts・V0+t4/ts・V4+t6/ts・V6で表されるところ、この合成電圧ベクトルが電圧指令ベクトルV*と一致するように、電圧ベクトルV0,V4,V6が出力される。換言すれば、合成電圧ベクトルが電圧指令ベクトルV*と一致するように期間t0,t4,t6が求められ、期間t0,t4,t6においてそれぞれ電圧ベクトルV0,V4,V6が出力される。   The combined voltage vector in the predetermined period ts is expressed as t0 / ts · V0 + t4 / ts · V4 + t6 / ts · V6. The voltage vectors V0, V4, V4, V4, t4 / t, and V6 are equal to the voltage command vector V *. V6 is output. In other words, the periods t0, t4, and t6 are obtained so that the combined voltage vector matches the voltage command vector V *, and the voltage vectors V0, V4, and V6 are output in the periods t0, t4, and t6, respectively.

なお電圧ベクトルV0に代えて電圧ベクトルV7が出力されても良い。   A voltage vector V7 may be output instead of the voltage vector V0.

以上のようにして、各領域S1〜S6にて各電圧ベクトルVi,Vj,V0(V7)が出力されて、インバータ5は交流電圧を出力する。   As described above, the voltage vectors Vi, Vj, and V0 (V7) are output in the regions S1 to S6, and the inverter 5 outputs an alternating voltage.

さて、図2に示す等価回路上のスイッチSrec,Sc,Szは非線形キャパシタ回路4及びインバータ5のスイッチングによって等価的に以下のように制御される。   Now, the switches Srec, Sc, Sz on the equivalent circuit shown in FIG. 2 are equivalently controlled by the switching of the nonlinear capacitor circuit 4 and the inverter 5 as follows.

スイッチSzが導通する期間tzは、インバータ5が零電圧ベクトルを出力している期間である。よって、期間tzにおいてスイッチング素子Sup,Svp,Swpのいずれも導通させ、或いはスイッチング素子Sun,Svn,Swnのいずれも導通させることによってスイッチSzは等価的に制御される。   A period tz in which the switch Sz is conductive is a period in which the inverter 5 outputs a zero voltage vector. Therefore, the switch Sz is equivalently controlled by making all of the switching elements Sup, Svp, Swp conductive in the period tz, or by making all the switching elements Sun, Svn, Swn conductive.

スイッチScが導通する期間tcは放電時にはスイッチング素子S41,S42が導通し、且つインバータ5が所望の電圧ベクトルを出力する期間である。即ち、放電時にはスイッチング素子S41,S42を導通させ且つインバータ5に所望の電圧ベクトルを出力させることによって、放電時のスイッチScは等価的に制御される。但し、期間tcにおいてインバータ5に所望の電圧ベクトルを出力させていることから、期間tcにおいても零電圧ベクトルは出力されうる。かかる零電圧ベクトルの期間においては実際にはコンデンサC41,C42には電流が流れない。しかしながら、ここでは期間tcにおいて零電圧ベクトルが出力される期間も電流Icが流れるものと仮定して扱っている。かかる仮定に起因する誤差を低減するために、インバータ5が出力する交流電圧の振幅(電圧ベクトルVの大きさ)を大きくするとよい。これにより、期間tcにおいて零電圧ベクトルが出力される期間を短くできるからである。   The period tc during which the switch Sc is conductive is a period during which the switching elements S41 and S42 are conductive during discharging and the inverter 5 outputs a desired voltage vector. That is, when discharging, the switching elements S41 and S42 are made conductive and the inverter 5 outputs a desired voltage vector, whereby the switch Sc during discharging is controlled equivalently. However, since the desired voltage vector is output to the inverter 5 in the period tc, the zero voltage vector can be output also in the period tc. In actuality, no current flows through the capacitors C41 and C42 during the period of the zero voltage vector. However, here, the period during which the zero voltage vector is output in the period tc is treated on the assumption that the current Ic flows. In order to reduce errors due to such assumptions, it is preferable to increase the amplitude of the AC voltage output from the inverter 5 (the magnitude of the voltage vector V). This is because the period during which the zero voltage vector is output in the period tc can be shortened.

またスイッチScが導通する期間tcは充電時にはインバータ5が所望の電圧ベクトルとはその方向が反対の逆電圧ベクトルを出力する期間である。例えば所望の電圧ベクトルV0,V4,V6,V4,V0を出力した後に逆電圧ベクトルV1,V3,V7,V3,V1を出力する。   The period tc during which the switch Sc is conductive is a period during which the inverter 5 outputs a reverse voltage vector whose direction is opposite to the desired voltage vector during charging. For example, after the desired voltage vectors V0, V4, V6, V4 and V0 are output, the reverse voltage vectors V1, V3, V7, V3 and V1 are output.

電圧ベクトルV4ではスイッチング素子Sup,Svn,Swnが導通して正のu相電流と負のv相電流、w相電流が流れる。ここでいう、u相電流、v相電流、w相電流とは出力端Pu,Pv,Pwに流れる電流であり、インバータ5から誘導性負荷6へと流れる電流を正としている。次にスイッチング素子Sunを導通して電圧ベクトルV0を出力すると、ダイオードDunが導通して正のu相電流と負のv相電流、w相電流が維持される。次にスイッチング素子Swpを導通して電圧ベクトルV1を出力すると、ダイオードDwpが導通して正のu相電流と負のv相電流、w相電流が維持される。このときダイオードDwpを経由してコンデンサC41,C42へと回生電流が流れる。なお、充電時において期間trecにおいて電圧ベクトルを出力する際には、単相交流電圧が大きく、誘導性負荷2に蓄えられる誘導エネルギーが大きい。よって、期間tcにおいて回生電流が流れる。   In the voltage vector V4, the switching elements Sup, Svn, and Swn are conducted, and a positive u-phase current, a negative v-phase current, and a w-phase current flow. The u-phase current, the v-phase current, and the w-phase current here are currents that flow through the output terminals Pu, Pv, and Pw, and the current that flows from the inverter 5 to the inductive load 6 is positive. Next, when the switching element Sun is turned on to output the voltage vector V0, the diode Dun is turned on to maintain the positive u-phase current, the negative v-phase current, and the w-phase current. Next, when the switching element Swp is turned on to output the voltage vector V1, the diode Dwp is turned on to maintain the positive u-phase current, the negative v-phase current, and the w-phase current. At this time, a regenerative current flows to the capacitors C41 and C42 via the diode Dwp. When the voltage vector is output in the period trec during charging, the single-phase AC voltage is large and the inductive energy stored in the inductive load 2 is large. Therefore, a regenerative current flows in the period tc.

以上のように、インバータ5に逆電圧ベクトルを出力させることによって、充電時のスイッチScは等価的に制御される。同じく、期間tcにおいてインバータ5が零電圧ベクトルを出力する期間についても電流Icが流れるものとしてスイッチScを等価的に制御している。なお、充電時においてはスイッチング素子S41,42の導通/非導通は不問である。充電時の期間tcにおいて回生電流が流れるために、スイッチング素子S41,S42の導通/非導通に拘わらずコンデンサC41,C42は放電しないからである。   As described above, the switch Sc during charging is equivalently controlled by causing the inverter 5 to output the reverse voltage vector. Similarly, the switch Sc is equivalently controlled so that the current Ic flows during the period in which the inverter 5 outputs the zero voltage vector in the period tc. Note that the conduction / non-conduction of the switching elements S41, 42 is not questioned during charging. This is because the regenerative current flows in the charging period tc, so that the capacitors C41 and C42 are not discharged regardless of the conduction / non-conduction of the switching elements S41 and S42.

スイッチSrecが導通する期間trecは、スイッチSz,Scが制御されることで必然的に決定される。かかる期間trecにおいて、インバータ5は所望の電圧ベクトルを出力する。これにより、スイッチSrecが等価的に制御される。同じく、期間trecにおいても零電圧ベクトルが出力されるところ、期間trecにおいてインバータ5が零電圧ベクトルを出力する期間においても電流Irecが流れるものとしてスイッチSrecを等価的に制御している。   The period trec in which the switch Srec is conducted is inevitably determined by controlling the switches Sz and Sc. In the period trec, the inverter 5 outputs a desired voltage vector. Thereby, the switch Srec is controlled equivalently. Similarly, when the zero voltage vector is output in the period trec, the switch Srec is equivalently controlled so that the current Irec flows even in the period in which the inverter 5 outputs the zero voltage vector in the period trec.

なお、インバータ5は所定期間tsにおいて各電圧ベクトルV0(V7),Vi,Vjを出力するところ、各出力期間を期間trec,tcに等しい割合で分配することが望ましい。換言すれば放電時において、期間trecに対する各電圧ベクトルV0(V7),Vi,Vjの各出力期間の割合と、期間tcに対する各電圧ベクトルV0(V7),Vi,Vjの各出力期間の割合とは等しいことが望ましい。同様に充電時において、期間trecに対する各電圧ベクトルV0(V7),Vi,Vjの出力期間の割合と、期間tcに対する各電圧ベクトルV0(V7),Vi’,Vj’(Vi’,Vj’はそれぞれVi,Vjの逆電圧ベクトル)の出力期間の割合とは等しいことが望ましい。これにより、単相ダイオード整流器3に入力される入力電流の波形のゆがみを低減できる。   The inverter 5 outputs each voltage vector V0 (V7), Vi, Vj in the predetermined period ts, and it is desirable to distribute each output period at a ratio equal to the periods trec and tc. In other words, at the time of discharging, the ratio of each output period of each voltage vector V0 (V7), Vi, Vj to the period trec, and the ratio of each output period of each voltage vector V0 (V7), Vi, Vj to the period tc Are preferably equal. Similarly, at the time of charging, the ratio of the output period of each voltage vector V0 (V7), Vi, Vj to the period trec, and each voltage vector V0 (V7), Vi ′, Vj ′ (Vi ′, Vj ′) to the period tc are It is desirable that the output period ratios of the reverse voltage vectors Vi and Vj are equal to each other. Thereby, the distortion of the waveform of the input current input to the single-phase diode rectifier 3 can be reduced.

以下、充電時におけるインバータ5側のタイミングチャートについて図6の例示を参照して説明する。なお図6においては、それぞれスイッチング素子Sup,Svp,Swpと排他的に制御されるスイッチング素子Sun,Svn,Swnの導通/非導通については図示を省略している。   Hereinafter, a timing chart on the side of the inverter 5 at the time of charging will be described with reference to an example of FIG. In FIG. 6, conduction / non-conduction of the switching elements Sun, Svn, Swn controlled exclusively with the switching elements Sup, Svp, Swp, respectively, is not shown.

インバータ5が有する各スイッチング素子の導通期間も、スイッチSrec,Sc,Szの導通期間trec,tc,tzを導くために用いたキャリヤと同じキャリヤCを用いて求めることができる。   The conduction period of each switching element included in the inverter 5 can also be obtained using the same carrier C as the carrier used to derive the conduction periods trec, tc, tz of the switches Srec, Sc, Sz.

期間trec,tcの2つの各々において、相電圧指令値Vu*を期間trec,tcの比で内分して得られる2つ指令値と、キャリヤCとの大小をそれぞれ比較し、同じく相電圧指令値Vv*,Vw*を期間trec、tcの比でそれぞれ内分して得られる4つの指令値とキャリヤCの大小をそれぞれ比較する。但し、期間tcにおいては逆電圧ベクトルを出力すべく、相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*を1から減じた指令値Vu**,Vv**,Vw**を用いている。以下では相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*がこの順で大きくなる場合を例示し、特にVw*=1となる場合を例に採って説明する。   In each of the two periods trec and tc, the two command values obtained by internally dividing the phase voltage command value Vu * by the ratio of the periods trec and tc are compared with the magnitude of the carrier C, respectively. The four command values obtained by internally dividing the values Vv * and Vw * by the ratio of the periods trec and tc are respectively compared with the magnitude of the carrier C. However, in the period tc, command values Vu **, Vv **, and Vw ** obtained by subtracting the phase voltage command values Vu *, Vv *, and Vw * from 1 are used to output a reverse voltage vector. Hereinafter, a case where the phase voltage command values Vu *, Vv *, and Vw * increase in this order will be exemplified, and in particular, a case where Vw * = 1 will be described as an example.

期間trecにおいては、キャリヤCがdrec・(1−Vu*)以下のときにスイッチング素子Supを導通させ、キャリヤCがdrec・(1−Vv*)以下のときにスイッチング素子Svpを導通させ、キャリヤCがdrec・(1−Vw*)以下のときにスイッチング素子Swpを導通させる。   In the period trec, the switching element Sup is turned on when the carrier C is drec · (1−Vu *) or less, and the switching element Svp is turned on when the carrier C is drec · (1−Vv *) or less. When C is less than drec · (1-Vw *), the switching element Swp is turned on.

これにより、期間trecにおいては例えば電圧ベクトルV0,V4,V6,V4,V0がこの順で出力される。なお期間tcではキャリヤCが最大値を採る三角形状を呈するところ、期間trecではキャリヤCが上下反転して最小値を採る逆三角形状を呈している。よって、期間trecではかかる逆三角形状に合わせて相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*をそれぞれ1から減じている。   Thus, for example, voltage vectors V0, V4, V6, V4, and V0 are output in this order during the period trec. In the period tc, the carrier C has a triangular shape that takes the maximum value. In the period trec, the carrier C has an inverted triangular shape that flips upside down and takes the minimum value. Therefore, in the period trec, the phase voltage command values Vu *, Vv *, and Vw * are subtracted from 1 in accordance with the inverted triangular shape.

期間tcにおいては逆電圧ベクトルを出力すべく、相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*をそれぞれ1から減じた相電圧指令値Vu**,Vv**,Vw**を用いる。なお、期間tcにおいても相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*をそれぞれ1から減じるところ、期間tcではキャリヤCは三角形状を呈している。よって、以下のように、期間tcでは逆電圧ベクトルが出力される。   In the period tc, phase voltage command values Vu **, Vv **, and Vw ** obtained by subtracting the phase voltage command values Vu *, Vv *, and Vw * from 1, respectively, are used to output a reverse voltage vector. In the period tc, the phase voltage command values Vu *, Vv *, and Vw * are subtracted from 1, respectively. In the period tc, the carrier C has a triangular shape. Therefore, the reverse voltage vector is output in the period tc as follows.

期間tcにおいてはキャリヤCがdrec+dz+dc・Vu**以上のときにスイッチング素子Supを導通させ、キャリヤCがdrec+dz+dc・Vv**以上のときにスイッチング素子Tuvを導通させ、キャリヤCがdrec+dz+dc・Vw**以上のときにスイッチング素子Tuwを導通させる。   In the period tc, the switching element Sup is turned on when the carrier C is greater than or equal to drec + dz + dc · Vu **, and the switching element Tuv is turned on when the carrier C is greater than or equal to drec + dz + dc · Vv **. At the above time, the switching element Tuw is turned on.

これにより、期間tcにおいては例えば電圧ベクトルV1,V3,V7,V3,V1が出力される。図5を参照して、電圧ベクトルV1,V3はそれぞれ電圧ベクトルV6,V4に対する逆電圧ベクトルである。かかる期間tcにおいては誘導性負荷6に蓄えられた誘導エネルギーが直流電源線LH,LLへと回生するため、コンデンサC41,C42には負の電流Icが流れる。   Thereby, for example, voltage vectors V1, V3, V7, V3, and V1 are output in the period tc. Referring to FIG. 5, voltage vectors V1 and V3 are reverse voltage vectors with respect to voltage vectors V6 and V4, respectively. In such a period tc, the inductive energy stored in the inductive load 6 is regenerated to the DC power supply lines LH and LL, so that a negative current Ic flows through the capacitors C41 and C42.

また上述した期間trec,tcにおける各スイッチング素子の制御により、期間trec,tcで挟まれた期間tzにおいては、スイッチSup,Svp,Swpが非導通となる。これにより、期間tzにおいて零電圧ベクトルとして電圧ベクトルV0が出力される。   Further, the switches Sup, Svp, and Swp are non-conducting in the period tz sandwiched between the periods trec and tc by the control of each switching element in the periods trec and tc described above. Thereby, the voltage vector V0 is output as a zero voltage vector in the period tz.

放電時におけるインバータ5のタイミングチャートについては図示を省略するものの、図6を参照して説明できる。即ち、期間tcにおいて指令値Vu**,Vv**,Vw**の代わりに相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*を用い、期間tcにおいてスイッチング素子S41,S42を導通させればよい。これにより、期間tcにおいてインバータ5は所望の電圧ベクトルを出力し、期間tcにおいてコンデンサC41,C42には正の電流Icが流れる。   The timing chart of the inverter 5 during discharging can be described with reference to FIG. That is, the phase voltage command values Vu *, Vv *, and Vw * are used instead of the command values Vu **, Vv **, and Vw ** in the period tc, and the switching elements S41 and S42 are made conductive in the period tc. . Thereby, the inverter 5 outputs a desired voltage vector in the period tc, and a positive current Ic flows in the capacitors C41 and C42 in the period tc.

なおスイッチング素子S41,S42の導通/非導通の切り替えは、インバータ5が零電圧ベクトルを出力する期間で行うことが望ましい。このときスイッチング素子S41,S42には電流が流れていないのでスイッチング損失を発生しないからである。よってスイッチング素子S41,S42を、期間tcと期間tzにおいて導通させ、期間trec,tzの境界にてスイッチングを切り替えて期間trecにおいて非導通にするとよい。なぜなら上記の例では期間trecの端において出力される電圧ベクトルが零電圧ベクトル(電圧ベクトルV0)だからであり、期間trec,tzの境界で零電圧ベクトルが出力されるからである。   It is desirable that switching between the switching elements S41 and S42 is performed during a period in which the inverter 5 outputs a zero voltage vector. This is because no switching loss occurs because no current flows through the switching elements S41 and S42. Therefore, it is preferable that the switching elements S41 and S42 are turned on in the period tc and the period tz and switched at the boundary between the periods trec and tz and turned off in the period trec. This is because in the above example, the voltage vector output at the end of the period trec is the zero voltage vector (voltage vector V0), and the zero voltage vector is output at the boundary between the periods trec and tz.

また、充電時においては期間tcにおいてスイッチング素子S41,S42は非導通であってもよいものの、充電時と放電時との区別により、期間tcのスイッチング素子S41,S42のスイッチ状態を切り替えることは制御を複雑にする。他方、充電時においてはスイッチング素子S41,S42は導通しても充電動作を妨げない。よって、充電時と放電時との区別に拘わらず、期間tcにおいてスイッチング素子S41,S42を導通させることが好ましい。換言すれば図6の例示において、スイッチング素子S41,S42を、キャリヤCが電流分配率drec以上となる期間で導通させることが望ましい。   Further, at the time of charging, the switching elements S41 and S42 may be non-conducting in the period tc, but switching the switching state of the switching elements S41 and S42 in the period tc is controlled by distinguishing between charging and discharging. Make it complicated. On the other hand, at the time of charging, even if the switching elements S41 and S42 are turned on, the charging operation is not hindered. Therefore, it is preferable that the switching elements S41 and S42 are turned on during the period tc regardless of whether they are charged or discharged. In other words, in the example of FIG. 6, it is desirable that the switching elements S41 and S42 are conducted in a period in which the carrier C is equal to or higher than the current distribution ratio drec.

上述した制御によって、インバータ5に入力される直流電圧Vdcは、単相ダイオード整流器3による直流電圧Vrecと、非線形キャパシタ回路4による電圧Vc1とを交互に採用する。電圧Vrec,Vc1は次式で表される。   With the control described above, the DC voltage Vdc input to the inverter 5 alternately adopts the DC voltage Vrec from the single-phase diode rectifier 3 and the voltage Vc1 from the nonlinear capacitor circuit 4. The voltages Vrec and Vc1 are expressed by the following equations.

但し、充電期間では電流が回生されるため電圧Vc1は負として考慮される。そして直流電圧Vdcの平均は電圧Vrec,Vc1の和として考慮される。かかる電圧Vrec,Vc1及びインバータ5へと入力される直流電圧Vdcの平均が例えば図7に示されている。   However, since the current is regenerated during the charging period, the voltage Vc1 is considered negative. The average of the DC voltage Vdc is considered as the sum of the voltages Vrec and Vc1. An average of the voltages Vrec and Vc1 and the DC voltage Vdc input to the inverter 5 is shown in FIG.

比較のために、図1の単相/三相直接変換回路において非特許文献1の制御を実行する場合を考慮する。図18は、単相ダイオード整流器を流れる電流についての比率(以下、電流分配率とも呼ぶ)drec1と、コンデンサに流れる電流の電流分配率dc1と、インバータが零電圧ベクトルを出力することによりインバータに流れる電流の電流分配率dz1とが示されている。   For comparison, consider the case where the control of Non-Patent Document 1 is executed in the single-phase / three-phase direct conversion circuit of FIG. FIG. 18 shows a ratio (hereinafter also referred to as a current distribution ratio) drec1 for a current flowing through a single-phase diode rectifier, a current distribution ratio dc1 of a current flowing through a capacitor, and an inverter that outputs a zero voltage vector to the inverter. The current distribution ratio dz1 of the current is shown.

図19は、かかる電流分配率drec1,dc1,dz1を用いて制御を行った場合の、直流リンクの瞬時的に採り得る電圧と、これらの平均とを示している。図19に示すように直流電圧の平均は一定ではなく脈動している。かかる脈動は好ましくなく、脈動による直流電圧の平均の低下を抑制することが望まれていた。   FIG. 19 shows the voltage that can be instantaneously taken by the DC link and the average of these when the control is performed using the current distribution ratios drec1, dc1, and dz1. As shown in FIG. 19, the average DC voltage is not constant but pulsates. Such pulsation is not preferable, and it has been desired to suppress a decrease in the average DC voltage due to pulsation.

図7に示すように、直流電圧Vdcの平均は変動するものの、図19との比較より、直流電圧Vdcの平均の低下分を抑制することができることが分かる。具体的には、図19では、放電時の直流電圧Vdcの平均の最小は、充電時の直流電圧Vdcの平均の0.5倍であり、図7では放電時の直流電圧Vdcの平均値の最小は放電時の直流電圧Vdcの平均の0.84倍である。   As shown in FIG. 7, although the average of the DC voltage Vdc varies, it can be seen from the comparison with FIG. 19 that the average decrease in the DC voltage Vdc can be suppressed. Specifically, in FIG. 19, the average minimum of the DC voltage Vdc at the time of discharge is 0.5 times the average of the DC voltage Vdc at the time of charge, and in FIG. 7, the average value of the DC voltage Vdc at the time of discharge is The minimum is 0.84 times the average of the DC voltage Vdc during discharge.

なお、このように直流電圧Vdcの平均の低下分を抑制できるポイントは、放電時のコンデンサC41,C42による直流電圧Vdcが電圧Vcの半値となるところ、放電時の電流分配率dcの最大値が充電時の電流分配率dcの最大値よりも大きいからである。   The point at which the average decrease in the DC voltage Vdc can be suppressed in this way is that when the DC voltage Vdc by the capacitors C41 and C42 at the time of discharge is half the voltage Vc, the maximum value of the current distribution ratio dc at the time of discharge is This is because it is larger than the maximum value of the current distribution ratio dc during charging.

また本第1の実施の形態にかかる制御方法では、直流電圧Vdcの平均値の低下分は抑制することができるものの、依然として脈動は残っている。したがって、かかる脈動をインバータ5側で補正することが望ましい。具体的には補正係数を相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*に乗じるとよい。かかる補正係数は例えば図7に示す直流電圧Vdcの平均の逆数で表される。   Further, in the control method according to the first embodiment, although the decrease in the average value of the DC voltage Vdc can be suppressed, pulsation still remains. Therefore, it is desirable to correct such pulsation on the inverter 5 side. Specifically, the correction coefficient may be multiplied by the phase voltage command values Vu *, Vv *, and Vw *. Such a correction coefficient is expressed, for example, by the inverse of the average of the DC voltage Vdc shown in FIG.

また放電時の電流分配率dcの最大を充電時の電流分配率dcの最大よりも高めているので、放電時の電流分配率dzを低めることができる(例えば図3と図18との比較)。電流分配率dzは零電圧ベクトルが出力される比率であるところ、かかる比率が低まるので、電圧利用率を高めることができる。即ちより効率的に誘導性負荷6を制御することができる。   Further, since the maximum of the current distribution ratio dc at the time of discharging is higher than the maximum of the current distribution ratio dc at the time of charging, the current distribution ratio dz at the time of discharging can be lowered (for example, comparison between FIG. 3 and FIG. 18). . Since the current distribution ratio dz is a ratio at which a zero voltage vector is output, the ratio decreases, so that the voltage utilization ratio can be increased. That is, the inductive load 6 can be controlled more efficiently.

このような単相/三相直接変換装置の制御によるシミュレーション結果が例えば図8に示されている。シミュレーション条件として、単相交流電圧の振幅Vm=√2×200V、単相交流電圧の周波数50Hz、コンデンサC41,C42の両端電圧の和Vc=600V、補正係数を乗じた後の出力電圧の振幅変調率(直流電圧Vdcの平均の最大を1としたときの出力電圧の比)0.84、周波数150Hz、誘導性負荷6の抵抗値2.25Ω、リアクタンス1.16mH、力率=0.9、キャリヤCの周波数10kHzを採用した。図8に示すように、放電時における直流電圧Vdcの最大は電圧Vcの半値であって、充電時における直流電圧Vdcの最大は電圧Vcである。また図8に示すように入力電流を正弦波にすることができ、出力端Pu,Pv,Pwの出力線電流を三相交流で出力できる。また、図8には、たとえば出力端Pu,Pvの間に出力される出力線間電圧が示されている。放電時の出力線間電圧の最大は充電時の出力線間の最大の半値であって、また充電時では逆電圧ベクトルが出力されている。かかる出力線間電圧の平均は交流電圧となっている。   A simulation result by the control of such a single-phase / three-phase direct conversion apparatus is shown in FIG. 8, for example. As the simulation conditions, the amplitude of the single-phase AC voltage Vm = √2 × 200 V, the frequency of the single-phase AC voltage 50 Hz, the sum of the voltages across the capacitors C41 and C42 Vc = 600 V, and the amplitude modulation of the output voltage after multiplying by the correction coefficient Ratio (ratio of output voltage when the average maximum of DC voltage Vdc is 1) 0.84, frequency 150 Hz, inductive load 6 resistance value 2.25Ω, reactance 1.16 mH, power factor = 0.9, A frequency of 10 kHz for carrier C was employed. As shown in FIG. 8, the maximum of DC voltage Vdc at the time of discharging is half the voltage Vc, and the maximum of DC voltage Vdc at the time of charging is voltage Vc. Further, as shown in FIG. 8, the input current can be a sine wave, and the output line currents at the output terminals Pu, Pv, and Pw can be output as a three-phase alternating current. Further, FIG. 8 shows, for example, the output line voltage output between the output terminals Pu and Pv. The maximum of the output line voltage at the time of discharging is the maximum half value between the output lines at the time of charging, and the reverse voltage vector is output at the time of charging. The average of the output line voltage is an AC voltage.

インバータ5の各スイッチング素子に生じるスイッチング損失は、各スイッチング素子に印加される電圧が大きいほど大きい。図8に示すように、放電時における直流電圧Vdcが放電時に比べて低いので、放電時においてインバータ5に生じるスイッチング損失を低下できる。   The switching loss that occurs in each switching element of the inverter 5 increases as the voltage applied to each switching element increases. As shown in FIG. 8, since the DC voltage Vdc at the time of discharging is lower than that at the time of discharging, the switching loss generated in the inverter 5 at the time of discharging can be reduced.

<制御部の構成>
次に、単相/三相直接変換装置を制御する制御部10の構成について図9を参照して説明する。制御部10は電流分配率生成部11と、変調率補正部21と、極性反転部22と、キャリヤ生成部23と、出力電圧指令値生成部31と、補正部32,33と、比較器12,34,35と、論理和/論理積部36とを備えている。
<Configuration of control unit>
Next, the configuration of the control unit 10 that controls the single-phase / three-phase direct conversion device will be described with reference to FIG. The control unit 10 includes a current distribution rate generation unit 11, a modulation rate correction unit 21, a polarity inversion unit 22, a carrier generation unit 23, an output voltage command value generation unit 31, correction units 32 and 33, and a comparator 12. , 34, 35 and a logical sum / logical product unit 36.

電流分配率生成部11には、単相交流電圧の振幅Vmと、単相交流電圧の角速度ωと、コンデンサC41,C42の各両端電圧の和Vcとが入力される。振幅Vmと角速度ωは単相交流電圧が図示せぬ検知部によって検出されて電流分配率生成部11に入力される。和Vcは設定値として例えば外部のCPUによって入力される。電流分配率生成部11は例えば式(2)、式(15)〜式(18)に基づいて電流分配率drec,dc,dzを生成する。   The current distribution ratio generation unit 11 receives the amplitude Vm of the single-phase AC voltage, the angular velocity ω of the single-phase AC voltage, and the sum Vc of the voltages at both ends of the capacitors C41 and C42. The amplitude Vm and the angular velocity ω are detected by a detection unit (not shown) as a single-phase AC voltage and input to the current distribution ratio generation unit 11. The sum Vc is input as a set value by, for example, an external CPU. The current distribution ratio generation unit 11 generates the current distribution ratios drec, dc, dz based on, for example, Expression (2), Expression (15) to Expression (18).

比較器12は電流分配率drecとキャリヤ生成部23からのキャリヤCとを比較してスイッチ信号SSをスイッチング素子S41,S42へと与える。比較器12は例えば図6を参照してキャリヤCが電流分配率drec以上となる期間で活性化したスイッチ信号SSを出力する。これにより期間tc,tzにおいてスイッチング素子S41,S42が導通する。   The comparator 12 compares the current distribution ratio drec with the carrier C from the carrier generation unit 23, and supplies the switch signal SS to the switching elements S41 and S42. For example, referring to FIG. 6, the comparator 12 outputs the switch signal SS activated in a period in which the carrier C is equal to or higher than the current distribution ratio drec. Thereby, the switching elements S41 and S42 are turned on in the periods tc and tz.

変調率補正部21は直流電圧Vdcの平均の脈動を補正する補正係数を生成して、これを出力電圧指令値生成部31へと出力する。例えば電流分配率drec,dcと振幅Vmと和Vcと角速度ωから直流電圧Vdcの平均値の逆数を算出し、これを補正係数として出力する。   The modulation factor correction unit 21 generates a correction coefficient for correcting the average pulsation of the DC voltage Vdc and outputs the correction coefficient to the output voltage command value generation unit 31. For example, the reciprocal of the average value of the DC voltage Vdc is calculated from the current distribution ratios drec, dc, the amplitude Vm, the sum Vc, and the angular velocity ω, and this is output as a correction coefficient.

出力電圧指令値生成部31には、例えば外部のCPUから例えば出力電圧についての振幅及び角速度についての指令値が入力される。出力電圧指令値生成部31は例えばかかる振幅及び角速度から相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*を算出し、これに補正係数を乗じて相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*を生成し、これを補正部32,33に出力する。   The output voltage command value generation unit 31 receives, for example, command values for the amplitude and angular velocity for the output voltage from an external CPU, for example. The output voltage command value generation unit 31 calculates the phase voltage command values Vu *, Vv *, Vw * from the amplitude and angular velocity, for example, and multiplies them by a correction coefficient to obtain the phase voltage command values Vu *, Vv *, Vw *. This is generated and output to the correction units 32 and 33.

極性反転部22は充電時か放電時かを判定して補正部32に出力する。例えば極性反転部22は電流分配率生成部11から角速度ωを受け取って、充電時か放電時かを補正部32に通知する。   The polarity inversion unit 22 determines whether it is charging or discharging and outputs it to the correction unit 32. For example, the polarity inversion unit 22 receives the angular velocity ω from the current distribution ratio generation unit 11 and notifies the correction unit 32 of whether charging or discharging.

補正部32は充電時であれば相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*をそれぞれ1から減じて相電圧指令値Vu**,Vv**,Vw**を生成し、これに電流分配率dcを乗じた上で、電流分配率drec,dzを加算した値を比較器34へと出力する。補正部32は放電時であれば相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*に電流分配率dcを乗じた上で、電流分配率drec,dzを加算した値を比較器34へと出力する。   The correction unit 32 generates phase voltage command values Vu **, Vv **, and Vw ** by subtracting the phase voltage command values Vu *, Vv *, and Vw * from 1, respectively, during charging. After multiplying by the rate dc, a value obtained by adding the current distribution rates drec and dz is output to the comparator 34. When discharging, the correction unit 32 multiplies the phase voltage command values Vu *, Vv *, and Vw * by the current distribution ratio dc and outputs a value obtained by adding the current distribution ratios drec and dz to the comparator 34. .

補正部33は相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*を1から減じた上で、それぞれ電流分配率drecを乗じた値を比較器35へと出力する。   The correction unit 33 subtracts the phase voltage command values Vu *, Vv *, Vw * from 1 and outputs a value obtained by multiplying each by the current distribution ratio drec to the comparator 35.

比較器34,35は、それぞれ入力された値とキャリヤCとの比較結果を論理和/論理積部36に出力する。比較器34,35は例えば入力された値がキャリヤC以上となる期間で活性化した信号を出力する。   The comparators 34 and 35 output the comparison result between the input value and the carrier C to the logical sum / logical product unit 36, respectively. For example, the comparators 34 and 35 output a signal activated in a period in which the inputted value is equal to or greater than the carrier C.

論理和/論理積部36は比較結果を適宜に論理和演算及び論理積演算して図6で説明したようにスイッチング素子Sup,Svp,Swpを導通させるべく、スイッチ信号SuSp,SSvp,SSwp,SSun,SSvn,SSwnを出力する。以下、代表的にスイッチ信号SSup,SSunについて説明する。比較器34はキャリヤCが値drec+dz+dc・Vu**よりも低いときに活性化した信号SS1を出力し、比較器35はキャリヤCが値drec・(1−Vu*)よりも低いときに活性化した信号SS2を出力する。図6を参照して、スイッチング素子Supのスイッチング信号SSupは信号SS1を反転した上で信号SS2との論理和を算出することで得られる。スイッチング素子Sunのスイッチング信号SSunは信号SS2を反転した上で信号SS1との論理積を算出することで得られる。   The logical sum / logical product unit 36 appropriately performs a logical sum operation and a logical product operation on the comparison result to make the switching elements Sup, Svp, Swp conductive as described with reference to FIG. 6, so that the switch signals SuSp, SSvp, SSwp, SSun , SSvn, SSwn are output. Hereinafter, the switch signals SSup and SSun will be described representatively. The comparator 34 outputs the activated signal SS1 when the carrier C is lower than the value drec + dz + dc · Vu **, and the comparator 35 is activated when the carrier C is lower than the value drec · (1−Vu *). The signal SS2 is output. Referring to FIG. 6, switching signal SSup of switching element Sup is obtained by inverting signal SS1 and calculating a logical sum with signal SS2. The switching signal SSun of the switching element Sun is obtained by inverting the signal SS2 and calculating a logical product with the signal SS1.

<キャリヤの変形例>
図10に示すように、キャリヤとして鋸歯状のキャリヤC1を用いても良い。なお図10の例示では三相変調方式に則ってインバータ5が制御されている。キャリヤの相違、変調方式の相違があるものの、上述した制御と同じ制御を行えばよい。即ち、期間trecにおいては、キャリヤCがdrec・(1−Vu*)以下のときにスイッチング素子Supを導通させ、キャリヤCがdrec・(1−Vv*)以下のときにスイッチング素子Svpを導通させ、キャリヤCがdrec・(1−Vw*)以下のときにスイッチング素子Swpを導通させる。また期間tcにおいては逆電圧ベクトルを出力すべく、相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*をそれぞれ1から減じた相電圧指令値Vu**,Vv**,Vw**を用いる。なお、期間tcにおいても相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*をそれぞれ1から減じるところ、期間tcではキャリヤCは最大値を採る三角形状を呈している。よって期間tcでは逆電圧ベクトルが出力される。期間tcにおいてコンデンサC41,C42に負の電流Icが流れる。
<Variation of carrier>
As shown in FIG. 10, a sawtooth carrier C1 may be used as the carrier. In the illustration of FIG. 10, the inverter 5 is controlled according to the three-phase modulation method. Although there are carrier differences and modulation method differences, the same control as described above may be performed. That is, in the period trec, the switching element Sup is turned on when the carrier C is drec · (1-Vu *) or less, and the switching element Svp is turned on when the carrier C is drec · (1-Vv *) or less. When the carrier C is not more than drec · (1-Vw *), the switching element Swp is made conductive. In the period tc, phase voltage command values Vu **, Vv **, and Vw ** obtained by subtracting the phase voltage command values Vu *, Vv *, and Vw * from 1 are used to output a reverse voltage vector. In the period tc, the phase voltage command values Vu *, Vv *, and Vw * are reduced from 1, respectively. In the period tc, the carrier C has a triangular shape that takes the maximum value. Therefore, the reverse voltage vector is output in the period tc. In the period tc, a negative current Ic flows through the capacitors C41 and C42.

充電時におけるインバータ5のタイミングチャートについては図示を省略するものの、図10を参照して説明できる。即ち、期間tcにおいて指令値Vu**,Vv**,Vw**の代わりに相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*を用い、期間tcにおいてスイッチング素子S41,S42を導通させればよい。これにより、期間tcにおいてインバータ5は所望の電圧ベクトルを出力し、期間tcにおいてコンデンサC41,C42には正の電流Icが流れる。   Although a timing chart of the inverter 5 at the time of charging is omitted, it can be described with reference to FIG. That is, the phase voltage command values Vu *, Vv *, and Vw * are used instead of the command values Vu **, Vv **, and Vw ** in the period tc, and the switching elements S41 and S42 are made conductive in the period tc. . Thereby, the inverter 5 outputs a desired voltage vector in the period tc, and a positive current Ic flows in the capacitors C41 and C42 in the period tc.

第2の実施の形態.
第2の実施の形態における電流分配率drec,dc,dzは第1の実施の形態における電流分配率drec,dc,dzと相違する。
Second embodiment.
The current distribution ratios drec, dc, dz in the second embodiment are different from the current distribution ratios drec, dc, dz in the first embodiment.

式(13)を式(12)に代入すると、放電時における電流分配率dcは次式で表される。   When Expression (13) is substituted into Expression (12), the current distribution ratio dc during discharge is expressed by the following expression.

第3の実施の形態では、充電時における電流分配率drec,dcとしてそれぞれ式(15)と式(16)とを採用し、放電時における電流分配率drec,dcとしてそれぞれ式(15)と式(21)とを採用する。なお電流分配率dzについては式(2)より算出される。   In the third embodiment, Equations (15) and (16) are adopted as current distribution rates drec and dc at the time of charging, respectively, and Equations (15) and Equations are used as current distribution rates drec and dc at the time of discharging, respectively. (21) is adopted. Note that the current distribution ratio dz is calculated from the equation (2).

かかる電流分配率drec,dc,dzが図11に示されている。電流分配率drec,dc,dzはいずれも、電圧位相角で180度周期を有している。電流分配率drecは電圧位相角180度を半周期とする正の正弦波に沿う形状を有している。第1の実施の形態と相違して、充電時の電流分配率drecが沿う正弦波と、放電時の電流分配率drecが沿う正弦波とは同じである。電流分配率dcは電圧位相角90度を半周期とする正の正弦波に沿う形状を有している。但し、放電時の電流分配率dcが沿う正弦波の振幅は、充電時の電流分配率dcが沿う正弦波の振幅の2倍である。   Such current distribution ratios drec, dc, and dz are shown in FIG. All of the current distribution ratios drec, dc, and dz have a cycle of 180 degrees in voltage phase angle. The current distribution rate drec has a shape along a positive sine wave having a voltage phase angle of 180 degrees as a half cycle. Unlike the first embodiment, the sine wave along which the current distribution ratio drec at the time of charging is the same as the sine wave along which the current distribution ratio drec at the time of discharging is the same. The current distribution ratio dc has a shape along a positive sine wave having a voltage phase angle of 90 degrees as a half cycle. However, the amplitude of the sine wave along which the current distribution ratio dc during discharge is twice the amplitude of the sine wave along with the current distribution ratio dc during charging.

かかる電流分配率drec,dc,dzを用いて第1の実施の形態と同様に非線形キャパシタ回路4及びインバータ5を制御することで、直流電圧Vdcの平均は図12に示すように一定となる。以上のように、直流電圧Vdcの平均の脈動を最も低減できる。   By controlling the nonlinear capacitor circuit 4 and the inverter 5 using the current distribution ratios drec, dc, and dz as in the first embodiment, the average of the DC voltage Vdc becomes constant as shown in FIG. As described above, the average pulsation of the DC voltage Vdc can be reduced most.

しかも直流電圧Vdcの平均を一定にできるため、インバータ5側において補正を行わなくても良い。例えば図9において変調率補正部21を不要にできる。従って、制御をより簡易とすることができる。   In addition, since the average of the DC voltage Vdc can be made constant, it is not necessary to perform correction on the inverter 5 side. For example, the modulation rate correction unit 21 in FIG. 9 can be omitted. Therefore, the control can be simplified.

変調率補正部21による補正を行わずに第1の実施の形態と同様に単相/三相直接変換装置を制御したシミュレーション結果が図13に示されている。図13で示した結果のシミュレーション条件は図8で示した結果のシミュレーション条件と同じである。ただし、補正は行ってないので出力電圧の振幅変調率0.84である。   FIG. 13 shows a simulation result in which the single-phase / three-phase direct conversion device is controlled as in the first embodiment without correction by the modulation factor correction unit 21. The simulation conditions of the result shown in FIG. 13 are the same as the simulation conditions of the result shown in FIG. However, since the correction is not performed, the amplitude modulation factor of the output voltage is 0.84.

第3の実施の形態.
第2の実施の形態では、放電時の電圧分配率dcの最大値を充電時の電流圧分配率dcの最大値の2倍に設定して直流電圧Vdcの平均の脈動(変動)を最も低減している。しかるに、直流電圧Vdcの平均の変動を図19に示す直流電圧Vdcよりも低減するという観点に鑑みれば、放電時の電圧分配率dcの最大値は充電時の電流圧分配率dcの最大値の2倍を超えても良い。ここでは、図19に示す直流電圧Vdcの平均の変動よりも低減するための、放電時の電流分配率dcの最大値の上限について規定する。
Third embodiment.
In the second embodiment, the maximum value of the voltage distribution ratio dc during discharging is set to twice the maximum value of the current pressure distribution ratio dc during charging, and the average pulsation (variation) of the DC voltage Vdc is reduced most. is doing. However, in view of reducing the average fluctuation of the DC voltage Vdc from the DC voltage Vdc shown in FIG. 19, the maximum value of the voltage distribution ratio dc during discharging is the maximum value of the current pressure distribution ratio dc during charging. It may exceed twice. Here, the upper limit of the maximum value of the current distribution ratio dc at the time of discharge is defined to reduce the average fluctuation of the DC voltage Vdc shown in FIG.

第2の実施の形態では放電時の電流分配率dcの最大値を充電時の電流分配率dcの最大値の3倍よりも低く設定する。より具体的には、放電時の電流分配率dcは次式よりも低く設定される。   In the second embodiment, the maximum value of the current distribution ratio dc during discharging is set lower than three times the maximum value of the current distribution ratio dc during charging. More specifically, the current distribution ratio dc during discharge is set lower than the following equation.

以下では、まず放電時の電流分配率dcとして式(22)を採用した場合に、直流電圧Vdcの平均の変動幅(脈動の振幅とも言う)が図19で示される変動幅と一致することを示す。図14には放電時の電流分配率dcとして式(22)を採用したときの直流電圧Vdcの平均Vdc1が示されている。   In the following, when Equation (22) is adopted as the current distribution ratio dc at the time of discharge, it is assumed that the average fluctuation width (also referred to as pulsation amplitude) of the DC voltage Vdc matches the fluctuation width shown in FIG. Show. FIG. 14 shows the average Vdc1 of the DC voltage Vdc when the equation (22) is adopted as the current distribution ratio dc during discharge.

さて、第1の実施の形態で説明したように直流電圧Vdcの平均Vdc1は電圧Vrec,Vc1の和で表される。充電時の電流分配率drec,dcとして式(15)と式(16)とを採用し、放電時の電流分配率drec,dcとして式(15)と式(22)とを採用し、また式(20)において放電時の電圧Vdcはその半値であることに注意すると、充電時の平均Vdc1及び放電時の平均Vdc1はそれぞれ次式で表される。   Now, as described in the first embodiment, the average Vdc1 of the DC voltage Vdc is represented by the sum of the voltages Vrec and Vc1. Equations (15) and (16) are adopted as current distribution rates drec and dc during charging, equations (15) and (22) are adopted as current distribution rates drec and dc during discharging, and equations When it is noted that the voltage Vdc at the time of discharge in (20) is a half value, the average Vdc1 at the time of charging and the average Vdc1 at the time of discharging are respectively expressed by the following equations.

式(23)から、充電時の平均Vdc1は一定である。式(24)から放電時の平均Vdc1は、放電時の期間(例えばωtが3/4π以上且つ5/4π以下)の両端(ωt=3/4π、5/4π)が最小値を採って充電時の平均Vdcと一致し、その期間の中央(例えばωt=π)が最大値を採る形状を有する(図14参照)。そして、放電時における平均Vdc1が最大値を採るとき、即ち例えばωt=πのとき、放電時における平均Vdc1と充電時における平均Vdc1との差たる変動幅ΔVは最大を採る。よって式(23)と式(24)とを減算してωt=πを代入すると変動幅ΔVの最大値ΔVmaxが導かれる。   From equation (23), the average Vdc1 during charging is constant. From the equation (24), the average Vdc1 during discharge is charged with the minimum value at both ends (ωt = 3 / 4π, 5 / 4π) of the discharge period (for example, ωt is 3 / 4π or more and 5 / 4π or less). It coincides with the average Vdc of the hour, and the center of the period (for example, ωt = π) has a maximum value (see FIG. 14). When the average Vdc1 at the time of discharging takes the maximum value, that is, for example, when ωt = π, the fluctuation range ΔV that is the difference between the average Vdc1 at the time of discharging and the average Vdc1 at the time of charging takes the maximum. Therefore, subtracting equation (23) and equation (24) and substituting ωt = π leads to the maximum value ΔVmax of the fluctuation range ΔV.

図19で示した直流電圧Vdcの平均Vdc1の、放電時と充電時との差Vdc1についても同様にして考慮する。図18では、電流分配率drec,dcとして充電時及び放電時の区別に関係なく、式(15)と式(16)とがそれぞれ採用される。充電時の平均Vdc1は式(23)で表され、放電時の平均Vdc1は次式で表される。   The difference Vdc1 between discharging and charging of the average Vdc1 of the DC voltage Vdc shown in FIG. 19 is similarly considered. In FIG. 18, Expression (15) and Expression (16) are respectively employed as the current distribution ratios drec and dc regardless of whether they are charged or discharged. The average Vdc1 at the time of charging is expressed by Expression (23), and the average Vdc1 at the time of discharging is expressed by the following expression.

式(26)及び図8から、放電時の平均Vdc1は、放電時の期間(例えばωtが3/4π以上且つ5/4π以下)の両端(ωt=3/4π、5/4π)が最大値を採って充電時の平均Vdcと一致し、その中央(例えばωt=π)が最小値を採る形状を有する(図19参照)。そして、放電時における平均Vdc1が最小値を採るとき、即ち例えばωt=πのとき、放電時における平均Vdc1と充電時における平均Vdc1の変動幅ΔVは最大を採る。よって式(23)と式(26)とを減算してωt=πを代入すると変動幅ΔVの最大値ΔVmaxが導かれる。   From the equation (26) and FIG. 8, the average Vdc1 during discharge is the maximum value at both ends (ωt = 3 / 4π, 5 / 4π) of the discharge period (for example, ωt is 3 / 4π or more and 5 / 4π or less). Is equal to the average Vdc at the time of charging, and the center (for example, ωt = π) has a minimum value (see FIG. 19). When the average Vdc1 at the time of discharging takes a minimum value, that is, when ωt = π, for example, the fluctuation range ΔV of the average Vdc1 at the time of discharging and the average Vdc1 at the time of charging takes the maximum. Therefore, subtracting equation (23) and equation (26) and substituting ωt = π leads to the maximum value ΔVmax of the fluctuation range ΔV.

式(25)と式(27)との比較から理解できるように、放電時の電流分配率dcとして式(22)を用いた場合の最大値ΔVmaxと、従来の電流分配率dcを用いた場合の最大値ΔVmaxとが一致する。   As can be understood from the comparison between the formula (25) and the formula (27), the maximum value ΔVmax when the formula (22) is used as the current distribution ratio dc at the time of discharge and the conventional current distribution ratio dc are used. Is the same as the maximum value ΔVmax.

また第2の実施の形態で説明したように放電時の電流分配率dcの最大値が充電時の電流分配率dcの最大値の2倍を超えるときに、平均Vdc1の変動幅をより効率的に低減できる。そして、この2倍を超える範囲では、平均Vdc1の変動幅は放電時の電流分配率dcの最大値が増大するほど増大する。よって、放電時の電流分配率dcの最大値を充電時の電流分配率dcの最大値の3倍よりも低く設定することで、平均Vdc1の変動幅ΔVの最大値ΔVmaxを従来の制御に比して抑制することができる。   Further, as described in the second embodiment, when the maximum value of the current distribution ratio dc during discharging exceeds twice the maximum value of the current distribution ratio dc during charging, the fluctuation range of the average Vdc1 is more efficient. Can be reduced. In a range exceeding this double, the fluctuation range of the average Vdc1 increases as the maximum value of the current distribution ratio dc during discharge increases. Therefore, the maximum value ΔVmax of the fluctuation range ΔV of the average Vdc1 is compared with the conventional control by setting the maximum value of the current distribution ratio dc at the time of discharging to be lower than three times the maximum value of the current distribution ratio dc at the time of charging. And can be suppressed.

第4の実施の形態.
第4の実施の形態では、初期的にコンデンサC41,C42を充電する方法について説明する。
Fourth embodiment.
In the fourth embodiment, a method of initially charging the capacitors C41 and C42 will be described.

第1の実施の形態で説明したように、単相交流電圧の絶対値がその振幅Vmの1/√2倍よりも低いとき(充電時)には、期間tcにおいてスイッチング素子S41,S42を導通させてコンデンサC41,C42を放電させる。しかるに、コンデンサC41,C42の両端電圧が振幅Vmの1/√2倍よりも低ければ、放電時の期間tcにおいて単相交流電圧がコンデンサC41,C42の両端電圧を超える期間が存在し、この期間においてはコンデンサC41,C42は放電できない。   As described in the first embodiment, when the absolute value of the single-phase AC voltage is lower than 1 / √2 times the amplitude Vm (during charging), the switching elements S41 and S42 are turned on during the period tc. To discharge the capacitors C41 and C42. However, if the voltage across the capacitors C41 and C42 is lower than 1 / √2 times the amplitude Vm, there is a period during which the single-phase AC voltage exceeds the voltage across the capacitors C41 and C42 during the discharge period tc. In this case, the capacitors C41 and C42 cannot be discharged.

例えば図1の単相/三相直接変換回路では、非線形キャパシタ回路4及びインバータ5のスイッチングを制御するに先立って、コンデンサC41,C42の各々には単相交流電圧の振幅Vmの半値が充電される。よって、非線形キャパシタ回路4及びインバータ5のスイッチングの制御を開始したときに、最初に放電時が現れるとコンデンサC41,C42が放電できない期間が存在していた。   For example, in the single-phase / three-phase direct conversion circuit of FIG. 1, before controlling the switching of the nonlinear capacitor circuit 4 and the inverter 5, each of the capacitors C41 and C42 is charged with a half value of the amplitude Vm of the single-phase AC voltage. The Therefore, when the control of the switching of the nonlinear capacitor circuit 4 and the inverter 5 is started, there is a period during which the capacitors C41 and C42 cannot be discharged when the discharge occurs first.

そこで、本第4の実施の形態では、非線形キャパシタ回路4及びインバータ5のスイッチング制御に先立って、コンデンサC41,C42の両端電圧の各々が振幅Vmの1/√2倍以上となるように予めコンデンサC41,C42を充電する。   Therefore, in the fourth embodiment, prior to switching control of the nonlinear capacitor circuit 4 and the inverter 5, the voltage across the capacitors C41 and C42 is preliminarily set so as to be 1 / √2 times or more of the amplitude Vm. C41 and C42 are charged.

例えば図15に示すように、本単相/三相直接変換装置は、第1乃至第3の実施の形態の単相/三相直接変換装置に比べて初期充電用のスイッチS7を更に備えている。スイッチS7の一端はダイオードD31,D32の間又はダイオードD33,D34の間と接続される。他端はコンデンサC41,C42の間と接続される。図15の例示ではスイッチS7はその一端がダイオードD33,D34の間と、その他端がダイオードD41とコンデンサC42との間と接続されて設けられている。   For example, as shown in FIG. 15, this single-phase / three-phase direct conversion device further includes an initial charging switch S7 as compared with the single-phase / three-phase direct conversion devices of the first to third embodiments. Yes. One end of the switch S7 is connected between the diodes D31 and D32 or between the diodes D33 and D34. The other end is connected between the capacitors C41 and C42. In the illustration of FIG. 15, the switch S7 is provided with one end connected between the diodes D33 and D34 and the other end connected between the diode D41 and the capacitor C42.

かかる三相/単相直接変換装置において、非線形キャパシタ回路4及びインバータ5のスイッチングに先立ってスイッチS7を導通させる。スイッチS7の導通によってダイオードD31,D34とコンデンサC41,C42は倍電圧整流回路を構成する。よってスイッチS7の導通により、コンデンサC41,C42の両端電圧の各々が振幅VmとなるようにコンデンサC41,C42は充電される。   In such a three-phase / single-phase direct conversion device, the switch S7 is turned on prior to the switching of the nonlinear capacitor circuit 4 and the inverter 5. The diodes D31 and D34 and the capacitors C41 and C42 constitute a voltage doubler rectifier circuit by the conduction of the switch S7. Therefore, the conduction of the switch S7 charges the capacitors C41 and C42 such that each of the voltages across the capacitors C41 and C42 has the amplitude Vm.

したがって、非線形キャパシタ回路4及びインバータ5のスイッチングの制御を開始したときに、最初に放電時が来たとしてもコンデンサC41,C42を確実に放電させることができる。   Therefore, when the switching control of the nonlinear capacitor circuit 4 and the inverter 5 is started, the capacitors C41 and C42 can be reliably discharged even if the discharge time comes first.

第5の実施の形態.
第1乃至第4の実施の形態では、非線形キャパシタ回路4が2つのコンデンサC41,C42を有する態様について説明した。図16に例示されるように、第5の実施の形態にかかる非線形キャパシタ回路4は3つのコンデンサC41〜C43を有している。なお3つに限らず4つ以上のコンデンサを有していても良い。非線形キャパシタ回路4においては、直流電源線LHから直流電源線LLへとコンデンサC41〜C43を流れる電流は互いに直列接続されたコンデンサC41〜C43を流れ、直流電源線LLから直流電源線LHへと流れる電流は互いに並列接続されたコンデンサC41〜C43を流れる。
Fifth embodiment.
In the first to fourth embodiments, the mode in which the nonlinear capacitor circuit 4 includes the two capacitors C41 and C42 has been described. As illustrated in FIG. 16, the nonlinear capacitor circuit 4 according to the fifth embodiment includes three capacitors C41 to C43. Note that the number of capacitors is not limited to three and may be four or more. In the non-linear capacitor circuit 4, the current flowing through the capacitors C41 to C43 from the DC power supply line LH to the DC power supply line LL flows through the capacitors C41 to C43 connected in series, and flows from the DC power supply line LL to the DC power supply line LH. The current flows through capacitors C41 to C43 connected in parallel with each other.

図16の例示では、非線形キャパシタ回路4は、ダイオードD41〜D46と、スイッチング素子S41〜S44を備えている。2個のダイオードD41,D44は3個のコンデンサC41〜C43の相互間に設けられている。ダイオードD41,D44のいずれもが、そのアノードを直流電源線LHに、そのカソードを直流電源線LLにそれぞれ向けてコンデンサC41〜C43と共に互いに直列接続されている。   In the illustration of FIG. 16, the nonlinear capacitor circuit 4 includes diodes D41 to D46 and switching elements S41 to S44. The two diodes D41 and D44 are provided between the three capacitors C41 to C43. All of the diodes D41 and D44 are connected in series with capacitors C41 to C43 with the anode directed to the DC power supply line LH and the cathode directed to the DC power supply line LL.

スイッチング素子S44とダイオードD46とは、ダイオードD41のアノードと当該アノードと隣り合って設けられるコンデンサC41との間と、直流電源線LLとの間で、互いに直列接続されている。スイッチング素子S42とダイオードD43とは、ダイオードD44のアノードと当該アノードと隣り合って設けられるコンデンサC42との間と、直流電源線LLとの間に設けられている。   The switching element S44 and the diode D46 are connected in series with each other between the anode of the diode D41, the capacitor C41 provided adjacent to the anode, and the DC power supply line LL. The switching element S42 and the diode D43 are provided between the anode of the diode D44, the capacitor C42 provided adjacent to the anode, and the DC power supply line LL.

スイッチング素子S43とダイオードD45とは、ダイオードD44のカソードと当該カソードと隣り合って設けられるコンデンサC43との間と、直流電源線LHとの間で、互いに直列接続されている。スイッチング素子S41とダイオードD42とは、ダイオードD41のカソードと当該カソードと隣り合って設けられるコンデンサC42との間と、直流電源線LHとの間に設けられている。   The switching element S43 and the diode D45 are connected in series with each other between the cathode of the diode D44, the capacitor C43 provided adjacent to the cathode, and the DC power supply line LH. The switching element S41 and the diode D42 are provided between the cathode of the diode D41 and the capacitor C42 provided adjacent to the cathode, and between the DC power supply line LH.

ダイオードD42,D43,D45,D46のいずれもがそのアノードを直流電源線LL側にカソードを直流電源線LH側にそれぞれ向けて配置される。   All of the diodes D42, D43, D45, and D46 are arranged with the anode facing the DC power supply line LL and the cathode facing the DC power supply line LH.

かかる非線形キャパシタ回路4によれば、直流電源線LHからコンデンサC41〜C43及びダイオードD41,D44を経由して直流電源線LL側へと電流が流れることにより、コンデンサC41〜C43は互いに直列状態で電流が流れる。またスイッチング素子S41〜S44の導通により、コンデンサC41〜C43は互いに並列状態で電流が流れる。   According to the nonlinear capacitor circuit 4, current flows from the DC power supply line LH to the DC power supply line LL side via the capacitors C41 to C43 and the diodes D41 and D44, so that the capacitors C41 to C43 are in series with each other. Flows. Further, due to the conduction of the switching elements S41 to S44, currents flow in the capacitors C41 to C43 in parallel with each other.

したがって、かかる非線形キャパシタ回路4によれば、放電時のコンデンサC41〜C43による直流電圧Vdcは、充電時のコンデンサC41〜C43による直流電圧Vdcの3分の1である。   Therefore, according to the nonlinear capacitor circuit 4, the DC voltage Vdc generated by the capacitors C41 to C43 during discharging is one third of the DC voltage Vdc generated by the capacitors C41 to C43 during charging.

本第5の実施の形態においても第1の実施の形態と同様に、放電時における電流分配率dcの最大値を充電時の電流分配率dcの最大値より高くすることで、直流電圧Vdcの低下分を抑制することができる。   Also in the fifth embodiment, as in the first embodiment, the maximum value of the current distribution ratio dc during discharging is set higher than the maximum value of the current distribution ratio dc during charging, so that the DC voltage Vdc A decrease can be suppressed.

また第2の実施の形態と同様に、放電時の電流分配率dcの最大値を充電時の電流分配率dcの最大値の3(=コンデンサの数)倍とすることで、脈動による直流電圧Vdcの変動の振幅を更に抑制することができる。より具体的には、放電時の電流分配率dcとして式(22)を採用することが望ましい。   Similarly to the second embodiment, the maximum value of the current distribution ratio dc at the time of discharging is set to 3 (= the number of capacitors) times the maximum value of the current distribution ratio dc at the time of charging. The amplitude of fluctuation of Vdc can be further suppressed. More specifically, it is desirable to adopt the formula (22) as the current distribution ratio dc during discharge.

また第3の実施の形態と同様に、放電時の電流分配率dcの最大値を充電時の電流分配率dcの最大値の5(=2×コンデンサの数−1)倍よりも低く設定することで、直流電圧Vdcの平均の脈動を低減することができる。   Similarly to the third embodiment, the maximum value of the current distribution ratio dc during discharging is set lower than 5 (= 2 × the number of capacitors−1) times the maximum value of the current distribution ratio dc during charging. As a result, the average pulsation of the DC voltage Vdc can be reduced.

第6の実施の形態.
第1乃至第5の実施の形態では、複数のスイッチング素子を有した非線形キャパシタ回路4を例示した。第6の実施の形態では、図17に例示されるように、非線形キャパシタ回路4は一つのスイッチング素子S47を備えている。図17の例示では非線形キャパシタ回路4は2つのコンデンサC41,C42とダイオードD41〜D43を有している。
Sixth embodiment.
In the first to fifth embodiments, the nonlinear capacitor circuit 4 having a plurality of switching elements has been exemplified. In the sixth embodiment, as illustrated in FIG. 17, the non-linear capacitor circuit 4 includes one switching element S47. In the illustration of FIG. 17, the nonlinear capacitor circuit 4 includes two capacitors C41 and C42 and diodes D41 to D43.

ダイオードD41はそのアノードを直流電源線LH側にそのカソードを直流電源線LL側にそれぞれ向けて、直流電源線LH,LLの間に設けられる。コンデンサC41,C42はダイオードD41に対してそれぞれ直流電源線LH,LL側に設けられ、ダイオードD41とともに相互に直列に接続される。   The diode D41 is provided between the DC power supply lines LH and LL with the anode directed toward the DC power supply line LH and the cathode directed toward the DC power supply line LL. Capacitors C41 and C42 are provided on the DC power supply lines LH and LL, respectively, with respect to the diode D41, and are connected in series with the diode D41.

ダイオードD42は、ダイオードD41のカソードとコンデンサC42との間の点と、直流電源線LHとの間に設けられる。ダイオードD43は、ダイオードD41のアノードとコンデンサC41との間の点と、直流電源線LLとの間に設けられる。ダイオードD42,D43はそのアノードを直流電源線LL側に、そのカソードを直流電源線LH側にそれぞれ向けて配置される。   The diode D42 is provided between a point between the cathode of the diode D41 and the capacitor C42 and the DC power supply line LH. The diode D43 is provided between a point between the anode of the diode D41 and the capacitor C41 and the DC power supply line LL. The diodes D42 and D43 are arranged with their anodes facing the DC power supply line LL and their cathodes facing the DC power supply line LH.

スイッチング素子S47はダイオードD42のカソードと直流電源線LHとの間に設けられている。より具体的には、スイッチング素子S47はその一端がダイオードD42のカソード及びコンデンサC41と共通して接続され、その他端が直流電源線LHに接続されている。   The switching element S47 is provided between the cathode of the diode D42 and the DC power supply line LH. More specifically, the switching element S47 has one end connected in common with the cathode of the diode D42 and the capacitor C41, and the other end connected to the DC power supply line LH.

ダイオードD47は、そのアノードを直流電源線LH側にそのカソードを直流電源線LL側にそれぞれ向けて、スイッチング素子S47と並列接続される。   The diode D47 is connected in parallel with the switching element S47 with the anode directed toward the DC power supply line LH and the cathode directed toward the DC power supply line LL.

かかる非線形キャパシタ回路4によれば、直流電源線LHからコンデンサC41,C42及びダイオードD41,D47を経由して直流電源線LL側へと電流が流れることにより、コンデンサC41,C42には互いに直列状態で電流が流れる。またスイッチング素子S47の導通により、コンデンサC41,C42は互いに並列状態で電流が流れる。しかも、第1乃至第5の実施の形態に比べて一つのスイッチング素子S47のみで非線形キャパシタ回路4の選択機能を実現できるため、製造コストを低減することができる。   According to the nonlinear capacitor circuit 4, current flows from the DC power supply line LH to the DC power supply line LL side via the capacitors C41 and C42 and the diodes D41 and D47, so that the capacitors C41 and C42 are in series with each other. Current flows. Further, due to the conduction of the switching element S47, current flows in the capacitors C41 and C42 in parallel with each other. In addition, since the selection function of the nonlinear capacitor circuit 4 can be realized by only one switching element S47 as compared with the first to fifth embodiments, the manufacturing cost can be reduced.

なお、スイッチング素子S47はダイオードD43のアノードと直流電源線LLとの間に設けられていてもよい。より具体的には、スイッチング素子S47の一端がダイオードD43のアノードとコンデンサC42とに共通して接続され、その他端が直流電源線LLに接続されてもよい。このとき、ダイオードD42のカソードは直流電源線LHに接続される。   Note that the switching element S47 may be provided between the anode of the diode D43 and the DC power supply line LL. More specifically, one end of the switching element S47 may be commonly connected to the anode of the diode D43 and the capacitor C42, and the other end may be connected to the DC power supply line LL. At this time, the cathode of the diode D42 is connected to the DC power supply line LH.

また非線形キャパシタ回路4が有するコンデンサの個数に限らずスイッチング素子は一つでよい。例えば図16においてスイッチング素子S41〜S44の代わりに、一つのスイッチング素子の一端がダイオードD42,D45のカソードとコンデンサC41とに接続され、その他端が直流電源線LHに接続されていれば良い。また一つのスイッチング素子の一端がダイオードD43,D46のカソードとコンデンサC43とに共通して接続され、その他端が直流電源線LLに接続されていても良い。   Further, the number of capacitors is not limited to the number of capacitors included in the nonlinear capacitor circuit 4, and only one switching element is required. For example, in FIG. 16, instead of the switching elements S41 to S44, one end of one switching element may be connected to the cathodes of the diodes D42 and D45 and the capacitor C41, and the other end may be connected to the DC power supply line LH. One end of one switching element may be commonly connected to the cathodes of the diodes D43 and D46 and the capacitor C43, and the other end may be connected to the DC power supply line LL.

また第4の実施の形態と同様にスイッチS7を、ダイオードD31,D32の間又はダイオードD33,D34の間と、コンデンサC41,C42との間に設ければ、初期的にコンデンサC41,C42の両端電圧が振幅Vmとなるように充電できる。   Similarly to the fourth embodiment, if the switch S7 is provided between the diodes D31 and D32 or between the diodes D33 and D34 and between the capacitors C41 and C42, both ends of the capacitors C41 and C42 are initially set. It can be charged so that the voltage has an amplitude Vm.

3 単相ダイオード整流器
4 非線形キャパシタ回路
5 インバータ
C41〜C43 コンデンサ
D41〜D47 ダイオード
LH,LL 直流電源線
S41〜S44,S47 スイッチング素子
ts,trec,tc,tz 期間
3 Single-phase diode rectifier 4 Non-linear capacitor circuit 5 Inverter C41 to C43 Capacitor D41 to D47 Diode LH, LL DC power supply line S41 to S44, S47 Switching element ts, trec, tc, tz Period

Claims (6)

単相交流電圧が入力される単相ダイオード整流器(3)と、
前記単相ダイオード整流器の出力側に接続された第1の電源線(LH)と、
記単相ダイオード整流器の出力側に接続され、前記第1の電源線よりも低い電位が印加される第2の電源線(LL)と、
前記第1及び前記第2の電源線の間に設けられたN(Nは2以上の自然数)個のコンデンサ(C41〜C43)を有し、前記第1の電源線から前記第2の電源線へと前記N個のコンデンサを流れる電流は互いに直列接続された前記N個のコンデンサを流れ、前記第2の電源線から前記第1の電源線へと流れる電流は互いに並列接続された前記N個のコンデンサを流れる非線形キャパシタ回路(4)と、
前記第1及び前記第2の電源線の間の電圧が入力され、電圧ベクトルに基づいて動作するインバータ(5)と
を備える単相/三相直接変換装置を制御する方法であって、
第1乃至第3の期間(trec,tc,tz)の和で表される一定の所定期間(ts)の各々において、前記第1期間に前記単相ダイオード整流器に電流を流し、前記第3期間に前記インバータに前記電圧ベクトルとして零電圧ベクトルを採用した動作を行わせ、
前記所定期間の各々において、前記単相交流電圧の絶対値が所定値よりも低いときには前記第2期間において前記N個のコンデンサを互いに並列接続し、前記単相交流電圧の絶対値が前記所定値よりも高いときには前記第2期間において互いに直列接続された前記N個のコンデンサに電流を流し、
前記単相交流電圧の絶対値が前記所定値よりも低いときの前記第2期間の最大値は前記単相交流電圧の絶対値が前記所定値よりも高いときの前記第2期間の最大値よりも大きい、単相/三相直接変換装置の制御方法。
A single-phase diode rectifier (3) to which a single-phase AC voltage is input;
A first power line (LH) connected to the output side of the single-phase diode rectifier;
A second power supply line (LL) connected to the output side of the single-phase diode rectifier and applied with a lower potential than the first power supply line;
There are N (N is a natural number of 2 or more) capacitors (C41 to C43) provided between the first and second power lines, and the first power line to the second power line. The current flowing through the N capacitors flows through the N capacitors connected in series with each other, and the current flowing from the second power supply line to the first power supply line flows through the N capacitors connected in parallel with each other. A non-linear capacitor circuit (4) flowing through the capacitor;
A method for controlling a single-phase / three-phase direct conversion device including an inverter (5) that receives a voltage between the first and second power lines and operates based on a voltage vector,
In each of the predetermined predetermined periods (ts) represented by the sum of the first to third periods (trec, tc, tz), a current is passed through the single-phase diode rectifier during the first period, and the third period Causing the inverter to perform an operation employing a zero voltage vector as the voltage vector,
In each of the predetermined periods, when the absolute value of the single-phase AC voltage is lower than a predetermined value, the N capacitors are connected in parallel in the second period, and the absolute value of the single-phase AC voltage is the predetermined value. Current is passed through the N capacitors connected in series with each other in the second period,
The maximum value of the second period when the absolute value of the single-phase AC voltage is lower than the predetermined value is greater than the maximum value of the second period when the absolute value of the single-phase AC voltage is higher than the predetermined value. Control method for single-phase / three-phase direct conversion devices.
前記単相交流電圧の絶対値が前記所定値よりも低いときの前記第2期間(tc)の最大値は前記単相交流電圧の絶対値が前記所定値よりも高いときの前記第2期間の最大値の(2N−1)倍よりも小さい、請求項1に記載の単相/三相直接変換装置の制御方法。   The maximum value of the second period (tc) when the absolute value of the single-phase AC voltage is lower than the predetermined value is the maximum value of the second period when the absolute value of the single-phase AC voltage is higher than the predetermined value. The method for controlling a single-phase / three-phase direct conversion device according to claim 1, wherein the control method is smaller than (2N-1) times the maximum value. 前記単相交流電圧の絶対値が前記所定値よりも低いときの前記第2期間(tc)の最大値は前記単相交流電圧の絶対値が前記所定値よりも高いときの前記第2期間の最大値のN倍である、請求項1に記載の単相/三相直接変換装置の制御方法。   The maximum value of the second period (tc) when the absolute value of the single-phase AC voltage is lower than the predetermined value is the maximum value of the second period when the absolute value of the single-phase AC voltage is higher than the predetermined value. The method for controlling a single-phase / three-phase direct conversion device according to claim 1, wherein the control method is N times the maximum value. 前記N個のコンデンサ(C41〜C43)の各々の両端電圧が前記所定値以上となるように予め前記N個のコンデンサを充電する、請求項1乃至3の何れか一つに記載の単相/三相直接変換装置の制御方法。   4. The single-phase / single-phase according to claim 1, wherein the N capacitors are charged in advance so that a voltage across each of the N capacitors (C41 to C43) is equal to or higher than the predetermined value. Control method for three-phase direct conversion device. 前記非線形キャパシタ回路(4)は、
前記N個のコンデンサ(C41〜C43)の相互間に設けられ、アノードを前記第1の電源線(LH)にカソードを前記第2の電源線(LL)にそれぞれ向けて前記第Nのコンデンサと共に互いに直列接続される第1乃至第(N−1)の充電用ダイオード(D41,D44)と、
前記第1乃至第(N−1)の充電用ダイオードの各々のアノードと前記アノードと隣り合って設けられる前記コンデンサとの間と、前記第2の電源線との間に設けられ、アノードを前記第2の電源線側にカソードを前記第1の電源線側にそれぞれ向けて配置される(N−1)個の第1の放電用ダイオード(D43,D46)と、
前記第1乃至第(N−1)の充電用ダイオードの各々のカソードと前記カソードと隣り合って設けられる前記コンデンサとの間と、前記第1の電源線との間に設けられ、アノードを前記第2の電源線側にカソードを前記第1の電源線側にそれぞれ向けて配置される(N−1)個の第2の放電用ダイオード(D42,D45)と、
前記(N−1)個の第1の放電用ダイオードと前記(N−1)個の第2の放電用ダイオードとそれぞれ直接接続される2(N−1)個のスイッチ(S41〜S44)と
を備える、請求項1乃至4の何れか一つに記載の単相/三相直接変換装置の制御方法。
The nonlinear capacitor circuit (4)
The N capacitors (C41 to C43) are provided between the N capacitors with the anode facing the first power line (LH) and the cathode facing the second power line (LL). First to (N-1) charging diodes (D41, D44) connected in series with each other;
Each of the first to (N-1) charging diodes is provided between the anode and the capacitor provided adjacent to the anode, and between the second power supply line, (N-1) first discharge diodes (D43, D46), each having a cathode on the second power line side and a cathode facing the first power line side;
Each of the first to (N-1) charging diodes is provided between the cathode and the capacitor provided adjacent to the cathode, and between the first power supply line, and the anode is the (N-1) second discharge diodes (D42, D45) arranged with the cathode facing the first power supply line side on the second power supply line side,
2 (N-1) switches (S41 to S44) directly connected to the (N-1) first discharge diodes and the (N-1) second discharge diodes, respectively. 5. The method for controlling a single-phase / three-phase direct conversion device according to claim 1, comprising:
前記非線形キャパシタ回路(4)は、
アノードを前記第1の電源線(LH)にカソードを前記第2の電源線(LL)にそれぞれ向けて前記N個のコンデンサの相互間にそれぞれ設けられる第1乃至第(N−1)の充電用ダイオード(D41)と、
前記第1乃至第(N−1)の充電用ダイオードの各々のアノードと前記アノードと隣り合って設けられる前記コンデンサとの間と、前記第2の電源線との間に設けられ、アノードを前記第2の電源線側にカソードを前記第1の電源線側にそれぞれ向けて配置される(N−1)個の第1の放電用ダイオード(D43)と、
前記第2乃至第Nの充電用ダイオードの各々のカソードと前記カソードと隣り合って設けられる前記コンデンサとの間と、前記第1の電源線の間に設けられ、アノードを前記第2の電源線側にカソードを前記第1の電源線側にそれぞれ向けて配置される(N−1)個の第2の放電用ダイオード(D42)と、
前記(N−1)個の第1の放電用ダイオードのアノードと前記第2の電源線との間又は前記(N−1)個の第2の放電用ダイオードのカソードと前記第1の電源線との間に設けられるスイッチ素子(S47)と、
アノードを前記第1の電源線にカソードを前記第2の電源線にそれぞれ向けて前記スイッチ素子と並列に接続される第Nの充電用ダイオード(D47)と
を備える、請求項1乃至4の何れか一つに記載の単相/三相直接変換装置の制御方法。
The nonlinear capacitor circuit (4)
First to (N-1) th charging provided between the N capacitors with the anode facing the first power supply line (LH) and the cathode facing the second power supply line (LL), respectively. Diode (D41),
Each of the first to (N-1) charging diodes is provided between the anode and the capacitor provided adjacent to the anode, and between the second power supply line, (N-1) first discharging diodes (D43) arranged with the cathode facing the second power line side and facing the first power line side,
Each of the second to Nth charging diodes is provided between the cathode and the capacitor provided adjacent to the cathode and between the first power supply lines, and an anode is provided between the second power supply lines. (N-1) second discharge diodes (D42), each having a cathode on the side facing the first power supply line,
Between the anode of the (N-1) first discharge diodes and the second power supply line or the cathode of the (N-1) second discharge diodes and the first power supply line A switch element (S47) provided between
5. An Nth charging diode (D47) connected in parallel with the switch element with an anode facing the first power line and a cathode facing the second power line, respectively. The method for controlling a single-phase / three-phase direct conversion device according to claim 1.
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