JP2011211818A - Power conversion equipment, method of converting power, and motor drive system - Google Patents

Power conversion equipment, method of converting power, and motor drive system Download PDF

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修治 加藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an asynchronous PWM control method for preventing an increase in a low-order harmonic and a beat phenomenon from occurring even at a low carrier frequency, and hence to achieve a compact and efficient power converter system without deteriorating control performance.SOLUTION: A fundamental wave component of a PWM pulse is compared with a voltage command value, and the voltage command value is guaranteed based on the comparison result, thus suppressing a beat. More specifically, a motor drive having a small torque ripple owing to the beat can be realized by the power converter system including a function of extracting the fundamental wave component of the PWM pulse, a function of comparing the extracted fundamental wave component with the voltage command value, and a function of correcting the voltage command value of the PWM according to the comparison result.

Description

本発明は、電力変換装置,電力変換方法及び電動機駆動システムに関する。   The present invention relates to a power conversion device, a power conversion method, and a motor drive system.

電力変換器は、電圧指令値に基づいて、半導体スイッチング素子をオン・オフさせて、所望の周波数の出力を得るものである。この半導体スイッチング素子をオン・オフのタイミングを決定する制御は、いわゆるPWM制御が知られている。PWM制御は、代表的には、電圧指令値を三角波キャリアと比較し、PWMパルスを作成する。現在では、デジタル化し、一定周期(キャリア波の周期に相当)毎に指令値に相当するパルス幅を演算し、ビットのオン・オフによりPWM制御を行っているものも多い。例えば、「半導体電力変換回路」電気学会、6.3.2非同期式PWMインバータ)に知られている(非特許文献1)。   The power converter turns on and off the semiconductor switching element based on the voltage command value to obtain an output with a desired frequency. The so-called PWM control is known as the control for determining the on / off timing of the semiconductor switching element. In the PWM control, typically, a voltage command value is compared with a triangular wave carrier to create a PWM pulse. At present, many of them are digitized, calculate a pulse width corresponding to a command value for every fixed period (corresponding to the period of a carrier wave), and perform PWM control by turning on / off the bits. For example, it is known to “Semiconductor power conversion circuit”, Institute of Electrical Engineers, 6.3.2 Asynchronous PWM inverter) (Non-patent Document 1).

ビート現象の発生等の問題が生じ、この状態で電動機を駆動すると、トルク脈動が発生することが知られている。トルク脈動が発生すると軸振動の原因になる可能性がある。特にコンプレッサなどを駆動するシステムでは軸振動が問題になっている。   It has been known that problems such as the occurrence of a beat phenomenon occur and torque pulsation occurs when the motor is driven in this state. If torque pulsation occurs, it may cause shaft vibration. In particular, shaft vibration is a problem in systems that drive compressors and the like.

トルク脈動は指令値の周波数に対して、キャリア周波数を十分高く設定すれば、これらの問題は小さくなるが、スイッチング損失が増大し効率が劣化する等、別の問題が生じてくる。特に、大容量の電力変換器では、使用する半導体素子に限界があり、物理的にキャリア周波数を高くすることはできない。   For torque pulsation, if the carrier frequency is set sufficiently higher than the frequency of the command value, these problems will be reduced, but other problems will occur such as increased switching loss and degraded efficiency. In particular, in a large-capacity power converter, there is a limit to semiconductor elements to be used, and the carrier frequency cannot be physically increased.

特開平08−251930号公報Japanese Patent Laid-Open No. 08-251930

「半導体電力変換回路」電気学会、6.3.2非同期式PWMインバータ)“Semiconductor Power Conversion Circuit” The Institute of Electrical Engineers of Japan, 6.3.2 Asynchronous PWM Inverter)

PWMパルスの作成には電圧指令値をキャリアと比較するのであるが、この比較に係る電圧指令値に関して、電圧指令値がキャリア信号の周波数と接近するときに、キャリア信号の周期内で指令値が大きく変化することが原因であるとの着目から、ビート現象の発生等を抑制するために、電圧指令値の平均値を推定し、それに応じて出力パルス幅を制御する技術が知られている。このような技術は、例えば、特開平08−251930号公報(特許文献1)に記載されている。   In creating a PWM pulse, the voltage command value is compared with the carrier. When the voltage command value is close to the frequency of the carrier signal, the command value is within the cycle of the carrier signal. In view of the fact that it is caused by a large change, a technique is known in which an average value of voltage command values is estimated and the output pulse width is controlled accordingly in order to suppress the occurrence of a beat phenomenon. Such a technique is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-251930 (Patent Document 1).

しかしながら、この従来技術では、推定を用いているので、現実の制御との乖離が生じやすく、必ずしも、十分に低次高調波の増加あるいはビート現象を抑制することができなかった。   However, in this prior art, since estimation is used, deviation from actual control is likely to occur, and it has not always been possible to sufficiently suppress an increase in low-order harmonics or a beat phenomenon.

指令値の周波数に依存して、キャリア周波数とパルス数(キャリア周波数と指令値周波数の比率)を切り替える、いわゆる同期PWM制御が知られている。ビート現象を抑制するようにキャリア周波数とパルス数を選択できるものの、キャリア周波数とパルス数を切り替えるための制御回路が複雑になり、また、パルス数の切り替えに伴う脈動(切り替えショック)が発生する等が問題があり、特に指令値の周波数が変化するようなシステムでは、適用が難しいのが現実である。   So-called synchronous PWM control is known in which the carrier frequency and the number of pulses (ratio of the carrier frequency and the command value frequency) are switched depending on the command value frequency. Although the carrier frequency and the number of pulses can be selected so as to suppress the beat phenomenon, the control circuit for switching the carrier frequency and the number of pulses becomes complicated, and pulsation (switching shock) accompanying the switching of the number of pulses occurs. However, it is actually difficult to apply in a system in which the frequency of the command value changes.

本発明の目的は、比較的に簡単な構成で、低いキャリア周波数でも低次高調波の増加あるいはビート現象を抑制することが可能な電力変換装置,電力変換方法及び電動機駆動システムを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a power conversion device, a power conversion method, and a motor drive system capable of suppressing an increase in low-order harmonics or a beat phenomenon even with a low carrier frequency with a relatively simple configuration. is there.

本発明では、上記目的を達成するために、電力指令値をPWM変換した際に低次高調波の増加あるいはビート現象を引き起こす成分が重畳されるとの知見の元に、所定周波数の電圧指令情報を搬送波情報に基づいて変換することで半導体スイッチング素子をオン・オフさせるためのPMW情報を発生し、前記PMW情報から前記所定周波数の成分を抽出して前記電圧指令情報と比較することにより、前記電圧指令情報を前記PMW情報に変換した際に重畳する前記所定と異なる周波数成分を検出し、前記検出された成分が抑制されるPWM情報を生成するように構成した。   In the present invention, in order to achieve the above object, voltage command information of a predetermined frequency is obtained based on the knowledge that a component that causes an increase in a low-order harmonic or a beat phenomenon is superimposed when a power command value is PWM-converted. Is generated based on carrier wave information to generate PMW information for turning on and off the semiconductor switching element, and the component of the predetermined frequency is extracted from the PMW information and compared with the voltage command information. A frequency component different from the predetermined one that is superimposed when voltage command information is converted into the PMW information is detected, and PWM information in which the detected component is suppressed is generated.

本発明によれば、比較的に簡単な構成で、低いキャリア周波数でも低次高調波の増加あるいはビート現象を抑制することが可能となる。   According to the present invention, an increase in low-order harmonics or a beat phenomenon can be suppressed even with a low carrier frequency with a relatively simple configuration.

本発明の第1〜4の実施形態を示す回路図。The circuit diagram which shows the 1st-4th embodiment of this invention. PWM変換の説明図。Explanatory drawing of PWM conversion. 本発明の第1実施形態の一部を示す制御ブロック図。The control block diagram which shows a part of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態の一部を示す制御ブロック図。The control block diagram which shows a part of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態の一部を示す制御ブロック図。The control block diagram which shows a part of 1st Embodiment of this invention. ビート成分の説明図。Explanatory drawing of a beat component. 本発明の第2実施形態の一部を示す制御ブロック図。The control block diagram which shows a part of 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態の一部を示す制御ブロック図。The control block diagram which shows a part of 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態の一部を示す制御ブロック図。The control block diagram which shows a part of 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態の一部を示す制御ブロック図。The control block diagram which shows a part of 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態の一部を示す制御ブロック図。The control block diagram which shows a part of 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態の一部を示す制御ブロック図。The control block diagram which shows a part of 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態の一部を示す制御ブロック図。The control block diagram which shows a part of 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態の一部を示す制御ブロック図。The control block diagram which shows a part of 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態の一部を示す制御ブロック図。The control block diagram which shows a part of 4th Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態の効果を示す。The effect of 1st Embodiment of this invention is shown.

以下本発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

第1の実施例を図1を用いて説明する。まず、第1の実施例の電力変換システム10の構成を説明する。第1の実施例の電力変換システムは、AC/DCコンバータとDC/ACインバータで構成される。本実施例では、図1のように、AC/DCコンバータをダイオード整流器2、DC/ACインバータをIGBTインバータ1の構成とした。もちろん、AC/DCコンバータはダイオード整流器2のほか、IGBT素子で構成しても良い。IGBTインバータ1はモータ4と接続され、さらに、IGBTインバータ1の直流コンデンサ12の直流電圧を確立するため、IGBTインバータ1は三相交流3にダイオード整流器2を介して接続される。   A first embodiment will be described with reference to FIG. First, the configuration of the power conversion system 10 of the first embodiment will be described. The power conversion system of the first embodiment includes an AC / DC converter and a DC / AC inverter. In this embodiment, as shown in FIG. 1, the AC / DC converter is configured as a diode rectifier 2, and the DC / AC inverter is configured as an IGBT inverter 1. Of course, the AC / DC converter may be formed of an IGBT element in addition to the diode rectifier 2. The IGBT inverter 1 is connected to the motor 4, and the IGBT inverter 1 is connected to the three-phase AC 3 via the diode rectifier 2 in order to establish the DC voltage of the DC capacitor 12 of the IGBT inverter 1.

なお、以下の説明は、直流コンデンサ12の容量が十分に大きく、直流コンデンサ電圧が実質的に一定とみなせるものとする。但し、直流電圧によって、IGBTインバータの電圧指令値を補正する制御ブロックを追加することにより、同様の効果を得られる。   In the following description, it is assumed that the capacity of the DC capacitor 12 is sufficiently large and the DC capacitor voltage can be regarded as substantially constant. However, the same effect can be obtained by adding a control block for correcting the voltage command value of the IGBT inverter with the DC voltage.

まず、第1の実施例の電力変換システムの動作について説明する。IGBTインバータ1の直流コンデンサ12は、前述の様に三相交流3とダイオード整流器2によって充電され、直流電圧が確立する。IGBTインバータ1の各IGBT101iの各ゲートはPWM制御器150の出力信号により制御され、該直流電圧をPWM変調することにより交流電圧を出力し、モータ4を駆動する。   First, the operation of the power conversion system of the first embodiment will be described. The DC capacitor 12 of the IGBT inverter 1 is charged by the three-phase AC 3 and the diode rectifier 2 as described above, and a DC voltage is established. Each gate of each IGBT 101 i of the IGBT inverter 1 is controlled by an output signal of the PWM controller 150, outputs an AC voltage by PWM modulating the DC voltage, and drives the motor 4.

誘導電動機をベクトル制御により可変速制御する場合においては、速度指令値ωr*にすべり周波数ωsを加算してインバータの周波数指令値ω1*を求め、これに基づいてD軸電圧指令値(Vd*),Q軸電圧指令値(Vq*)及び位相θを演算して、誘導電動機に供給する交流電圧をベクトル制御して速度を可変している。PWM変調される指令値は、正弦波等の周期関数である。   When the induction motor is controlled at a variable speed by vector control, the slip frequency ωs is added to the speed command value ωr * to obtain the inverter frequency command value ω1 *, and based on this, the D-axis voltage command value (Vd *) , Q-axis voltage command value (Vq *) and phase θ are calculated, and the AC voltage supplied to the induction motor is vector-controlled to vary the speed. The command value to be PWM modulated is a periodic function such as a sine wave.

周波数指令値ω1*に対応した位相θによりD軸電圧指令値(Vd*),Q軸電圧指令値(Vq*)を2相/3相座標変換して、周波数指令値に対応した周波数を有する3相の交流電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*を生成し、これらをそれぞれ、搬送波と比較して、スイッチング素子をオン・オフすることで可変速制御している。なお、通常のベクトル制御では電動機の磁束に平行な成分をD軸、垂直な成分をQ軸と定義している。   The D-axis voltage command value (Vd *) and the Q-axis voltage command value (Vq *) are subjected to 2-phase / 3-phase coordinate conversion by the phase θ corresponding to the frequency command value ω1 * to have a frequency corresponding to the frequency command value. Three-phase AC voltage command values Vu *, Vv *, and Vw * are generated, and each of them is compared with a carrier wave, and variable speed control is performed by turning on and off the switching elements. In normal vector control, a component parallel to the magnetic flux of the motor is defined as the D axis, and a component perpendicular to the magnetic flux is defined as the Q axis.

詳細な後述する図3における三相電圧指令750が補正されずに符号760の指令値として出力された場合の、この3相の交流電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*による、スイッチング素子の制御動作を説明する。   When a three-phase voltage command 750 in FIG. 3 to be described later in detail is output as a command value indicated by reference numeral 760 without being corrected, the switching element based on the three-phase AC voltage command values Vu *, Vv *, and Vw * is output. The control operation will be described.

図2にVu*,Vv*,Vw*の1相のみを示すが他の相は各々同様の動作となる。交流電圧指令値(V*)(Vu*,Vv*,Vw*の代表した1相を意味する)が搬送波Cr31よりも大きくなったときに正側のon信号を出力する。負側のIGBTは正側のIGBTと相補に動作する。例えばU相を例にとり、説明するこのon信号で上側のIGBT101iPが導通状態となり、図2に示すように、モータ4のU相端子に直流コンデンサ12の正側電圧が印加される。交流電圧指令(V*)760が搬送波Cr31よりも小さくなったときにIGBT101iPにoff信号を出力する。負側のIGBT101iNが導通状態になりモータ4のU相端子に直流コンデンサ12の負側電圧が印加される。   Although FIG. 2 shows only one phase of Vu *, Vv *, and Vw *, the other phases operate in the same manner. When the AC voltage command value (V *) (meaning one phase represented by Vu *, Vv *, Vw *) becomes larger than the carrier wave Cr31, a positive on signal is output. The negative-side IGBT operates complementarily to the positive-side IGBT. For example, taking the U phase as an example, the upper IGBT 101iP described above is turned on by the on signal described below, and the positive side voltage of the DC capacitor 12 is applied to the U phase terminal of the motor 4 as shown in FIG. When the AC voltage command (V *) 760 becomes smaller than the carrier wave Cr31, an off signal is output to the IGBT 101iP. Negative side IGBT 101 iN becomes conductive, and the negative side voltage of DC capacitor 12 is applied to the U-phase terminal of motor 4.

次に、PWM制御器150の構成を図2に示す。PWM制御器150は、変調波演算ブロック901とPWM演算ブロック902から構成される。変調波演算ブロック901は、PWM制御の電圧指令値を修正し、PWM演算ブロック902は該電圧指令修正値に基づいて、三角波比較PWM制御を実施する。   Next, the configuration of the PWM controller 150 is shown in FIG. The PWM controller 150 includes a modulation wave calculation block 901 and a PWM calculation block 902. The modulation wave calculation block 901 corrects the voltage command value for PWM control, and the PWM calculation block 902 performs triangular wave comparison PWM control based on the voltage command correction value.

変調波演算ブロック901は、電圧指令作成ブロック801と補償波形演算ブロック802と補償ブロック803等から構成される。   The modulation wave calculation block 901 includes a voltage command generation block 801, a compensation waveform calculation block 802, a compensation block 803, and the like.

図2では、電圧指令作成ブロック801は、D軸電圧指令ブロック601のD軸電圧指令値,Q軸電圧指令ブロック602のQ軸電圧指令値,2相/3相変換ブロック603などから構成される。D軸電圧指令ブロック601のD軸電圧指令値やQ軸電圧指令ブロック602のQ軸電圧指令値は図に示していない電流制御ブロックなどの演算値である。   In FIG. 2, the voltage command generation block 801 includes a D-axis voltage command value of the D-axis voltage command block 601, a Q-axis voltage command value of the Q-axis voltage command block 602, a 2-phase / 3-phase conversion block 603, and the like. . The D-axis voltage command value of the D-axis voltage command block 601 and the Q-axis voltage command value of the Q-axis voltage command block 602 are calculated values of a current control block not shown in the figure.

電圧指令作成ブロック801では、D軸電圧指令ブロック601のD軸電圧指令値とQ軸電圧指令ブロック602のQ軸電圧指令値にそれぞれ、サイン波791とコサイン波792を積算して、いわゆるDQ/αβ変換をしたのちに、2相/3相変換ブロック603で3相交流に変換して、三相電圧指令750を出力する。   In the voltage command generation block 801, a sine wave 791 and a cosine wave 792 are added to the D-axis voltage command value of the D-axis voltage command block 601 and the Q-axis voltage command value of the Q-axis voltage command block 602, respectively, so-called DQ / After αβ conversion, the two-phase / three-phase conversion block 603 converts it to three-phase alternating current, and outputs a three-phase voltage command 750.

次に、本発明のポイントである補償波形演算ブロック802を説明する。図2では、補償波形演算ブロック802は、三角波比較PWMブロック701や移動平均ブロック702などで構成される。   Next, the compensation waveform calculation block 802 that is the point of the present invention will be described. In FIG. 2, the compensation waveform calculation block 802 includes a triangular wave comparison PWM block 701, a moving average block 702, and the like.

補償波形演算ブロック802では、DFTを用いて各相毎にPWMパルスの基本波成分波形を抽出する。まず、2相/3相変換ブロック603の出力である三相電圧指令750を元に、三角波比較PWMブロック701で各相のPWMパルスを作成する。次に、各相毎にそれぞれ、PWMパルスと基本波周波数のサイン波791とコサイン波792を積算して、それぞれ移動平均ブロック702で基本波周波数の周期の移動平均を演算する。次に、各相毎に、各移動平均演算値にサイン波791とコサイン波792を積算した後に、積算値711と積算値712とを足し合わせて演算値713を算出する。図6に示されるように、PWMパルスを変換すると本来電力変換指令760と同じになるはずなのだが、PWM変換の過程でビート信号が重畳に変形してしまう。演算値713は、PWMの基本波成分波形を示す。演算値713は、D軸電圧指令ブロック601のD軸電圧指令値のPWM変換及びQ軸電圧指令ブロック602のQ軸電圧指令値のPWM変換をフーリエ変換したものであり、特に、その中の基本波成分を抽出させたものであり、本実施例ではいわゆるDFTを用いているが、同様に基本波成分が抽出できれば、他の変換を用いても良い。すなわち、演算値713と三相電圧指令750との差分がPWMの基本波成分出力誤差に相当し、ビートの原因になる。なお、場合によっては、基本波成分波形以外の他の高調波を除去する必要があるかもしれない。その場合は、以下の実施例でも同様だが、DFTの抽出成分を変えて、該成分を除去することができる。   In the compensation waveform calculation block 802, the fundamental wave component waveform of the PWM pulse is extracted for each phase using DFT. First, based on the three-phase voltage command 750 that is the output of the two-phase / three-phase conversion block 603, the triangular wave comparison PWM block 701 creates a PWM pulse for each phase. Next, the PWM pulse, the sine wave 791 of the fundamental frequency, and the cosine wave 792 are integrated for each phase, and the moving average of the period of the fundamental frequency is calculated in the moving average block 702, respectively. Next, for each phase, the sine wave 791 and the cosine wave 792 are added to each moving average calculation value, and then the calculation value 713 is calculated by adding the integration value 711 and the integration value 712. As shown in FIG. 6, when a PWM pulse is converted, it should be the same as the power conversion command 760, but the beat signal is transformed into a superposition in the process of PWM conversion. The calculated value 713 indicates the fundamental wave component waveform of PWM. The calculation value 713 is a Fourier transform of the PWM conversion of the D-axis voltage command value of the D-axis voltage command block 601 and the PWM conversion of the Q-axis voltage command value of the Q-axis voltage command block 602. In this embodiment, so-called DFT is used, but other transformations may be used as long as the fundamental wave component can be extracted. That is, the difference between the calculated value 713 and the three-phase voltage command 750 corresponds to the PWM fundamental wave component output error, and causes a beat. In some cases, it may be necessary to remove other harmonics other than the fundamental wave component waveform. In that case, the same applies to the following embodiments, but the extracted component of the DFT can be changed to remove the component.

補償ブロック803は前記誤差を補正するように三相電圧指令750を修正する。具体的には、三相電圧指令750と演算値713の差分を演算して差分演算値755を算出して、さらに三相電圧指令750に該差分演算値755を和算して、電圧指令修正値760を算出する。電圧指令修正値760をPWM演算ブロック902でPWMパルスに変換することにより、ビートの少ないPWMパルスを作成できる。該PWMパルスを用いて、IGBT101を制御することにより、モータを滑らかに回すことが可能になる。   The compensation block 803 modifies the three-phase voltage command 750 so as to correct the error. Specifically, the difference between the three-phase voltage command 750 and the calculation value 713 is calculated to calculate a difference calculation value 755, and the difference calculation value 755 is further added to the three-phase voltage command 750 to correct the voltage command. The value 760 is calculated. By converting the voltage command correction value 760 into a PWM pulse by the PWM calculation block 902, a PWM pulse with few beats can be created. By controlling the IGBT 101 using the PWM pulse, the motor can be smoothly turned.

なお、電圧指令修正値760の基本波成分に対するビート成分は、PWMパルスのビート成分を抑制するように逆極性のビート成分を加えているので、電圧指令修正値760の基本波成分に対するビート成分はPWMパルスの基本波成分に対するビートよりも大きい。   The beat component with respect to the fundamental component of the voltage command correction value 760 is added with a beat component having a reverse polarity so as to suppress the beat component of the PWM pulse. It is larger than the beat for the fundamental wave component of the PWM pulse.

なお、三角波比較PWMは電圧指令値とPWMパルスが線形の関係にないので、図4のように、補償量を補正するために三相電圧指令750と演算値713の差分演算値755に、さらに補償演算ブロック758を追加して、補償演算をするとさらにビート抑制効果を大きくできる。具体的には、補正演算ブロックでは、入力に対して、1以下の実数を積算して出力するのが好ましい。   Since the triangular wave comparison PWM does not have a linear relationship between the voltage command value and the PWM pulse, as shown in FIG. 4, in order to correct the compensation amount, a difference calculation value 755 between the three-phase voltage command 750 and the calculation value 713 is further added. If the compensation calculation block 758 is added and the compensation calculation is performed, the beat suppression effect can be further increased. Specifically, in the correction calculation block, it is preferable to integrate and output a real number of 1 or less with respect to the input.

図16は、補正演算ブロック758が入力値を0.8倍した値を出力するときの本実施例の効果を示したものである。IGBTインバータ1は中性点クランプ3レベルインバータとした。各波形はそれぞれ、997は本実施例を適用しない時インバータ出力の基本波成分振幅、998は補償演算ブロック758の出力、すなわち、電圧指令値の補償量の基本波成分振幅を示す。999は電圧指令修正値760を用いてPWMしたときのインバータ出力の基本波成分振幅を示す。インバータ出力の基本波成分振幅は一定値に近いほうが好ましい。   FIG. 16 shows the effect of this embodiment when the correction calculation block 758 outputs a value obtained by multiplying the input value by 0.8. The IGBT inverter 1 is a neutral point clamp three-level inverter. In each waveform, 997 indicates the fundamental wave component amplitude of the inverter output when this embodiment is not applied, and 998 indicates the output of the compensation calculation block 758, that is, the fundamental wave component amplitude of the compensation amount of the voltage command value. Reference numeral 999 denotes the fundamental wave component amplitude of the inverter output when PWM is performed using the voltage command correction value 760. The fundamental wave component amplitude of the inverter output is preferably close to a constant value.

本実施例を適用しないときのインバータの基本波成分振幅のビート997より、電圧指令修正値760を用いてPWMしたときのインバータ出力の基本波成分振幅の方がビートが少なく本実施例の効果があることがわかる。   Compared to beat 997 of the fundamental wave component amplitude of the inverter when this embodiment is not applied, the beat of the fundamental wave component amplitude of the inverter output when PWM is performed using the voltage command correction value 760 has less beats, and the effect of this embodiment is achieved. I know that there is.

なお、図3や図4では、電圧指令の和差演算にして、三相電圧指令750の電圧指令値を補正したが、図5のように、積除演算にて補正してもよい。しかし、ゼロ割は演算できないので、ゼロ割補償ブロック718を追加する必要がある。   In FIG. 3 and FIG. 4, the voltage command value of the three-phase voltage command 750 is corrected by the sum / difference calculation of the voltage command. However, as shown in FIG. However, since zero division cannot be calculated, a zero division compensation block 718 needs to be added.

なお、変調波演算ブロック901はCPU、PWM演算ブロック902はFPGAで構成して、PWM演算ブロック902は、変調波演算ブロック901よりも早い演算周期で計算することが好ましい。   The modulation wave calculation block 901 is preferably constituted by a CPU, the PWM calculation block 902 is constituted by an FPGA, and the PWM calculation block 902 is preferably calculated at a calculation cycle earlier than that of the modulation wave calculation block 901.

また、三角波比較PWMブロック701や補償波形演算ブロック802と補償ブロック803を早い演算周期のFPGAで構成してもよい。   Further, the triangular wave comparison PWM block 701, the compensation waveform computation block 802, and the compensation block 803 may be configured with an FPGA having an early computation cycle.

第1の実施例では、三相電圧指令750を補正したが、第2の実施例では、DQ軸の電圧指令値を補正してから、三相交流電圧修正値に変換することが特徴である。第2の実施例のPWM制御器150の構成を図7に示す。   In the first embodiment, the three-phase voltage command 750 is corrected. In the second embodiment, the DQ-axis voltage command value is corrected and then converted into a three-phase AC voltage correction value. . The configuration of the PWM controller 150 of the second embodiment is shown in FIG.

本実施例もPWM制御器150は変調波演算ブロック901とPWM演算ブロック902から構成される。変調波演算ブロック901は、電圧指令作成ブロック801と補償波形演算ブロック802と補償ブロック803等から構成される。   In this embodiment, the PWM controller 150 includes a modulation wave calculation block 901 and a PWM calculation block 902. The modulation wave calculation block 901 includes a voltage command generation block 801, a compensation waveform calculation block 802, a compensation block 803, and the like.

電圧指令作成ブロック801は、D軸電圧指令ブロック601,Q軸電圧指令ブロック602,2相/3相変換ブロック603などから構成される。D軸電圧指令ブロック601のD軸電圧指令値やQ軸電圧指令ブロック602のQ軸電圧指令値は図に示していない電流制御などの演算値である。D軸電圧指令ブロック601のD軸電圧指令値とQ軸電圧指令ブロック602のQ軸電圧指令値はそれぞれ、いわゆるDQ/αβ変換した後に、2相/3相変換ブロック603で3相交流値に変換することにより、三相電圧指令750を算出する。   The voltage command generation block 801 includes a D-axis voltage command block 601, a Q-axis voltage command block 602, a 2-phase / 3-phase conversion block 603, and the like. The D-axis voltage command value of the D-axis voltage command block 601 and the Q-axis voltage command value of the Q-axis voltage command block 602 are calculation values such as current control not shown in the figure. The D-axis voltage command value in the D-axis voltage command block 601 and the Q-axis voltage command value in the Q-axis voltage command block 602 are each converted to a three-phase AC value in the 2-phase / 3-phase conversion block 603 after so-called DQ / αβ conversion. The three-phase voltage command 750 is calculated by conversion.

次に、ポイントである補償波形演算ブロック802を説明する。第2の実施例では、補償波形演算は各相毎に異なるサイン波791U〜Wとコサイン波792U〜Wを用いて演算を実施する。すなわち、本実施例の電力変換システム1の変調波演算ブロック901は、相数と同じ3つの補償波形演算ブロック802U〜Wを有する。各相の補償演算ブロック802U〜Wはそれぞれ、積算するサイン波791U〜W,コサイン波792U〜Wの位相のみが異なり、各サイン波,コサイン波はそれぞれ位相が120度ずつ異なる。   Next, the compensation waveform calculation block 802 that is a point will be described. In the second embodiment, the compensation waveform calculation is performed using different sine waves 791U to W and cosine waves 792U to W for each phase. That is, the modulation wave calculation block 901 of the power conversion system 1 of the present embodiment includes three compensation waveform calculation blocks 802U to 802W that are the same as the number of phases. The compensation calculation blocks 802U to 802W for each phase differ only in the phases of the sine waves 791U to W and cosine waves 792U to W to be integrated, and the phases of the sine waves and cosine waves differ by 120 degrees.

図7の補償波形演算ブロック802は、前述のように、DFTで各相毎に異なるサイン波,コサイン波を用いて、PWMパルスの基本波成分波形を抽出する。   As described above, the compensation waveform calculation block 802 in FIG. 7 extracts the fundamental wave component waveform of the PWM pulse using a sine wave and a cosine wave that are different for each phase in the DFT.

まず、2相/3相変換ブロック603の出力である三相電圧指令750を元に、三角波比較PWMブロック701で各相のPWMパルスを作成する。次に、各相毎にそれぞれ、該PWMパルスと基本波周波数のサイン波791U〜Wとコサイン波792U〜Wを積算して、それぞれ移動平均ブロック702で基本波周波数の周期の移動平均を演算する。U相はサイン波作成ブロック791Uとコサイン波作成ブロック792U、V相はサイン波作成ブロック791Vとコサイン波作成ブロック792V、W相はサイン波作成ブロック791Wとコサイン波作成ブロック792Wを用いてPWMパルスの基本波振幅成分711U〜W,712U〜Wを抽出する。   First, based on the three-phase voltage command 750 that is the output of the two-phase / three-phase conversion block 603, the triangular wave comparison PWM block 701 creates a PWM pulse for each phase. Next, for each phase, the PWM pulse, the sine waves 791U to W of the fundamental frequency, and the cosine waves 792U to W are integrated, and the moving average of the period of the fundamental frequency is calculated by the moving average block 702, respectively. . The U phase uses a sine wave generation block 791U and a cosine wave generation block 792U, the V phase uses a sine wave generation block 791V and a cosine wave generation block 792V, and the W phase uses a sine wave generation block 791W and a cosine wave generation block 792W. The fundamental wave amplitude components 711U to W and 712U to W are extracted.

次に、各相毎に、移動平均の演算値すなわち、基本波振幅成分711U〜W,712U〜Wと該積算値とD軸電圧指令ブロック601のD軸電圧指令値,Q軸電圧指令ブロック602のQ軸電圧指令値との差分をそれぞれ計算して、演算値756U〜W,757U〜Wを算出する。演算値756U〜W,757U〜Wはビート成分の補償量に相当する。第2の実施例では、直流量であるD軸電圧指令ブロック601のD軸電圧指令値、Q軸電圧指令ブロック602のQ軸電圧指令値との比較でビート成分の補償量を抽出できることが特徴である。   Next, for each phase, the calculated value of the moving average, that is, the fundamental wave amplitude components 711U to W and 712U to W, the integrated value, the D axis voltage command value of the D axis voltage command block 601 and the Q axis voltage command block 602 are used. The calculated values 756U to W and 757U to W are calculated by calculating the difference from the Q-axis voltage command value. The calculated values 756U to W and 757U to W correspond to beat component compensation amounts. In the second embodiment, the compensation amount of the beat component can be extracted by comparing the D-axis voltage command value of the D-axis voltage command block 601 and the Q-axis voltage command value of the Q-axis voltage command block 602, which are DC amounts. It is.

演算値756U〜W,757U〜Wにそれぞれ図7にしめすような形でD軸電圧指令ブロック601のD軸電圧指令値,Q軸電圧指令ブロック602のQ軸電圧指令値を和算して、修正D軸電圧指令値766U〜Wと修正Q軸電圧指令値767U〜Wを計算する。   The D-axis voltage command value of the D-axis voltage command block 601 and the Q-axis voltage command value of the Q-axis voltage command block 602 are added to the calculated values 756U to W and 757U to W as shown in FIG. The corrected D-axis voltage command values 766U to W and the corrected Q-axis voltage command values 767U to W are calculated.

図7に示すように、修正D軸電圧指令値766U〜Wと修正Q軸電圧指令値767U〜Wに各相毎に、サイン波791U〜Wとコサイン波792U〜Wを積算して、三相交流である電圧指令修正値760U〜Wを演算する。   As shown in FIG. 7, a sine wave 791U to W and a cosine wave 792U to W are integrated for each phase to the corrected D-axis voltage command value 766U to W and the corrected Q-axis voltage command value 767U to W to obtain a three-phase Voltage command correction values 760U to 760W that are alternating current are calculated.

電圧指令修正値760をPWM制御器150でPWMパルスに変換することにより、ビートの少ないPWMパルスを作成できる。該PWMパルスを用いて、IGBT101を制御することにより、モータを滑らかに回すことが可能になる。   By converting the voltage command correction value 760 into a PWM pulse by the PWM controller 150, a PWM pulse with few beats can be created. By controlling the IGBT 101 using the PWM pulse, the motor can be smoothly turned.

なお、電圧指令修正値760の基本波成分に対するビート成分は、PWMパルスの基本波成分に対するビートよりも小さい。   The beat component for the fundamental component of voltage command correction value 760 is smaller than the beat for the fundamental component of the PWM pulse.

なお、三角波比較PWMは電圧指令値とPWMパルスが線形の関係にないので、補償量を補正するために三相電圧指令750と演算値713の差分演算値755に、さらに補償演算をするとさらにビート抑制効果を大きくできる。図8では、差分演算値755に補正値を積算して、電圧指令修正値760を演算する。補正値は1以下とするのが好ましい。   Since the triangular wave comparison PWM does not have a linear relationship between the voltage command value and the PWM pulse, if the compensation calculation is further performed to the difference calculation value 755 between the three-phase voltage command 750 and the calculation value 713 in order to correct the compensation amount, the beat is further increased. The suppression effect can be increased. In FIG. 8, the voltage command correction value 760 is calculated by adding the correction value to the difference calculation value 755. The correction value is preferably 1 or less.

また、図7や図8では、基本波振幅成分とD軸電圧指令ブロック601のD軸電圧指令値,Q軸電圧指令ブロック602のQ軸電圧指令値との差分から修正量を演算したが、図9のように、基本波振幅成分とD軸電圧指令ブロック601のD軸電圧指令値,Q軸電圧指令ブロック602のQ軸電圧指令値との比を用いて修正量を演算してもよい。   7 and 8, the correction amount is calculated from the difference between the fundamental wave amplitude component, the D-axis voltage command value of the D-axis voltage command block 601 and the Q-axis voltage command value of the Q-axis voltage command block 602. As shown in FIG. 9, the correction amount may be calculated using the ratio of the fundamental wave amplitude component to the D-axis voltage command value of the D-axis voltage command block 601 and the Q-axis voltage command value of the Q-axis voltage command block 602. .

第3の実施例は、電圧指令値が予見PWMによる電圧指令値であることを特徴とする。   The third embodiment is characterized in that the voltage command value is a voltage command value based on the predictive PWM.

第3の実施例の構成は、第1の実施例の構成と、電圧指令作成ブロック801のブロック構成のみが異なる。   The configuration of the third embodiment is different from the configuration of the first embodiment only in the block configuration of the voltage command generation block 801.

第1の実施例では元の三相電圧指令750が正弦波なのに対し、第3の実施例では三相電圧指令750が予言PWM電圧指令Yである点が異なる。予言PWMブロック995は、制御周期内で正弦波の電圧指令値と予言PWM電圧指令値が同じになるように、予言PWM電圧指令値を演算する。予言PWMの電圧指令によるPWMはビート抑制効果が大きいので、第3の実施例の図10〜図12の補償波形演算ブロック802と補償ブロック803と組み合わせることにより、さらに大きなビート抑制効果をえることができる。   In the first embodiment, the original three-phase voltage command 750 is a sine wave, whereas in the third embodiment, the three-phase voltage command 750 is a prediction PWM voltage command Y. The prediction PWM block 995 calculates the prediction PWM voltage command value so that the sine wave voltage command value and the prediction PWM voltage command value are the same within the control cycle. Since the PWM based on the voltage command of the prediction PWM has a large beat suppression effect, the beat suppression effect can be further increased by combining the compensation waveform calculation block 802 and the compensation block 803 of FIGS. 10 to 12 of the third embodiment. it can.

第4の実施例は、電圧指令値が予見PWMによる電圧指令値であることを特徴とする。
第4の実施例の構成は、第1の実施例の構成と、電圧指令作成ブロック801のブロック構成のみが異なる。
The fourth embodiment is characterized in that the voltage command value is a voltage command value based on the predictive PWM.
The configuration of the fourth embodiment is different from the configuration of the first embodiment only in the block configuration of the voltage command generation block 801.

第1の実施例では元の三相電圧指令750が正弦波なのに対し、第3の実施例では三相電圧指令750が予言PWM電圧指令である点が異なる。予言PWMブロック995は、制御周期内で正弦波の電圧指令値と予言PWM電圧指令値が同じになるように、予言PWM電圧指令値を演算する。予言PWMの電圧指令によるPWMはビート抑制効果が大きいので、第3の実施例の図10〜図12の補償波形演算ブロック802と補償ブロック803と組み合わせることにより、さらに大きなビート抑制効果をえることができる。   In the first embodiment, the original three-phase voltage command 750 is a sine wave, whereas in the third embodiment, the three-phase voltage command 750 is a prediction PWM voltage command. The prediction PWM block 995 calculates the prediction PWM voltage command value so that the sine wave voltage command value and the prediction PWM voltage command value are the same within the control cycle. Since the PWM based on the voltage command of the prediction PWM has a large beat suppression effect, the beat suppression effect can be further increased by combining the compensation waveform calculation block 802 and the compensation block 803 of FIGS. 10 to 12 of the third embodiment. it can.

1 IGBTインバータ
2 ダイオード整流器
3 三相交流
10 電力変換システム
12 直流コンデンサ
150 PWM制御器
601 D軸電圧指令ブロック
602 Q軸電圧指令ブロック
603 2相/3相変換ブロック
701 三角波比較PWMブロック
702 移動平均ブロック
711 積算値
713,756U〜W,757U〜W 演算値
750 三相電圧指令
750Y 三相予言PWM電圧指令
766U〜W 修正D軸電圧指令値
767U〜W 修正Q軸電圧指令値
718 ゼロ割補償ブロック
755 差分演算値
760 電圧指令修正値
791,791U〜W サイン波
792,792U〜W コサイン波
801 電圧指令作成ブロック
802 補償波形演算ブロック
803 補償ブロック
901 変調波演算ブロック
902 PWM演算ブロック
995 予言PWMブロック
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 IGBT inverter 2 Diode rectifier 3 Three-phase alternating current 10 Power conversion system 12 DC capacitor 150 PWM controller 601 D-axis voltage command block 602 Q-axis voltage command block 603 2-phase / 3-phase conversion block 701 Triangular wave comparison PWM block 702 Moving average block 711 Integrated value 713, 756U to W, 757U to W Calculated value 750 Three-phase voltage command 750Y Three-phase prediction PWM voltage command 766U to W Modified D-axis voltage command value 767U to W Modified Q-axis voltage command value 718 Zero percent compensation block 755 Difference calculation value 760 Voltage command correction value 791, 791U to W Sine wave 792, 792U to W Cosine wave 801 Voltage command generation block 802 Compensation waveform calculation block 803 Compensation block 901 Modulation wave calculation block 902 PWM calculation block 995 Prediction PWM block

Claims (16)

所定周波数の電圧指令情報を搬送波情報に基づいて変換することで半導体スイッチング素子をオン・オフさせるPMW情報を発生するためのPMW情報生成手段を有する電力変換装置において、前記PMW情報から前記所定周波数の成分を抽出して前記電圧指令情報と比較することにより、前記電圧指令情報を前記PMW情報に変換した際に重畳する前記所定と異なる周波数成分を検出する成分検出手段と、前記検出された成分が抑制されるPWM情報を生成する補正PWM情報生成手段を有することを特徴とする電力変換装置。   In a power converter having a PMW information generating means for generating PMW information for turning on / off a semiconductor switching element by converting voltage command information of a predetermined frequency based on carrier wave information, the power conversion device has the predetermined frequency of the PMW information. Component detection means for detecting a frequency component different from the predetermined superimposed when the voltage command information is converted into the PMW information by extracting a component and comparing with the voltage command information, and the detected component A power conversion device comprising correction PWM information generation means for generating suppressed PWM information. 請求項1において、前記抑制される成分は、基本波に重畳されるビート成分として抽出されるものであり、前記ビート成分に基づいて前記電圧指令値を修正する電圧指令修正手段を有することを特徴とする電力変換装置。   2. The suppressed component according to claim 1, wherein the suppressed component is extracted as a beat component superimposed on a fundamental wave, and has voltage command correcting means for correcting the voltage command value based on the beat component. A power converter. 請求項2において、前記ビート成分をDFTを用いて抽出して、前記ビート成分に基づいて前記電圧指令値を修正することを特徴とする電力変換装置。   The power converter according to claim 2, wherein the beat component is extracted using a DFT, and the voltage command value is corrected based on the beat component. 請求項2において、前記PWM情報の基本波成分をDFTにより抽出し、前記電圧指令値と前記抽出した基本波成分との比較からビート成分を抽出し、該ビート成分に基づいて前記電圧指令値を修正することを特徴とする電力変換装置。   3. The fundamental wave component of the PWM information is extracted by DFT, a beat component is extracted from a comparison between the voltage command value and the extracted fundamental wave component, and the voltage command value is calculated based on the beat component. The power converter characterized by correcting. 請求項4において、該ビート成分に正の1以下の正の実数を積算したのちに、PWM制御の電圧指令値に和算することを特徴とする電力変換装置。   5. The power converter according to claim 4, wherein a positive real number less than or equal to 1 is added to the beat component, and then added to a voltage command value for PWM control. 請求項4において、前記抽出したPWMの基本波成分を電圧指令値で除算して、該電圧指令値を除算した演算値で除算することにより、PWM制御の電圧指令値を修正することを特徴とする電力変換装置。   5. The PWM control voltage command value is corrected by dividing the extracted PWM fundamental wave component by a voltage command value and dividing the voltage command value by a calculated value. Power converter. 請求項1において、各相毎に異なる位相のサイン波とコサイン波で前記PWM情報の基本波成分振幅をDFTにより抽出し、DQ軸上の前記電圧指令値と前記抽出したPWM情報の基本波成分振幅との比較からビート成分を抽出し、該ビート成分に基づいて前記電圧指令値を修正することを特徴とする電力変換装置。   2. A fundamental wave component amplitude of the PWM information is extracted by DFT using a sine wave and a cosine wave having different phases for each phase, and the voltage command value on the DQ axis and the fundamental wave component of the extracted PWM information are extracted. A power converter that extracts a beat component from a comparison with an amplitude and corrects the voltage command value based on the beat component. 請求項7において、DQ軸上の前記電圧指令値と前記抽出した前記PWM情報の基本波成分振幅との差分からビート成分を抽出し、該ビート成分に基づいてPWM制御の電圧指令値を修正することを特徴とする電力変換装置。   8. The beat command is extracted from the difference between the voltage command value on the DQ axis and the fundamental wave component amplitude of the extracted PWM information, and the voltage command value for PWM control is corrected based on the beat component. The power converter characterized by the above-mentioned. 請求項6において、DQ軸上の前記電圧指令値と前記抽出した前記PWM情報の基本波成分振幅との差分からビート成分を抽出し、DQ軸上の電圧指令値に加算することにより前記電圧指令値を修正することを特徴とする電力変換装置。   7. The voltage command according to claim 6, wherein a beat component is extracted from a difference between the voltage command value on the DQ axis and the fundamental component amplitude of the extracted PWM information, and added to the voltage command value on the DQ axis. The power converter characterized by correcting a value. 請求項1において、各相毎に異なる位相のサイン波とコサイン波で前記PWM情報の基本波成分振幅をDFTにより抽出し、DQ軸上の前記電圧指令値と前記抽出した前記PWM情報の基本波成分振幅との差分からビート成分を抽出し、該ビート成分に1以下の正の実数を積算した後に、DQ軸上の前記電圧指令値に加算することにより前記電圧指令値を修正することを特徴とする電力変換装置。   2. The fundamental wave component amplitude of the PWM information is extracted by DFT with a sine wave and a cosine wave having different phases for each phase, and the voltage command value on the DQ axis and the fundamental wave of the extracted PWM information are extracted. A beat component is extracted from a difference from the component amplitude, and after adding a positive real number of 1 or less to the beat component, the voltage command value is corrected by adding to the voltage command value on the DQ axis. A power converter. 請求項1において、各相毎に異なる位相のサイン波とコサイン波で前記PWM情報の基本波成分振幅をDFTにより抽出し、該抽出した基本波成分振幅をDQ軸上の前記電圧指令値で除算して、DQ軸上の前記電圧指令値を該除算した演算値で除算し前記電圧指令値を修正することを特徴とする電力変換装置。   2. The fundamental wave component amplitude of the PWM information is extracted by DFT with a sine wave and a cosine wave having different phases for each phase, and the extracted fundamental wave component amplitude is divided by the voltage command value on the DQ axis. Then, the voltage command value on the DQ axis is divided by the divided operation value to correct the voltage command value. 請求項1において、該電力変換システムの出力する該交流電圧のビート成分が、前記電圧指令値のビート成分よりも小さいことを特徴とした電力変換装置。   2. The power conversion device according to claim 1, wherein a beat component of the AC voltage output from the power conversion system is smaller than a beat component of the voltage command value. 所定周波数の電圧指令情報を搬送波情報と比較してPMW情報を発生するPMW情報生成手段と、PMW情報に基づいて半導体スイッチング素子をオン・オフさせる電力変換システムにおいて、前記PMW情報から前記所定周波数の成分を抽出して前記電圧指令情報と比較することにより、前記電圧指令情報を前記PMW情報に変換した際に重畳する前記所定と異なる周波数成分を検出する成分検出手段と、前記検出された成分が抑制されるPWM情報を生成する補正PWM生成手段を有し、前記スイッチング素子を介して供給される電力で交流電動機を駆動することを特徴とする電動機駆動システム。   PMW information generating means for generating PMW information by comparing voltage command information of a predetermined frequency with carrier wave information, and a power conversion system for turning on / off a semiconductor switching element based on the PMW information. Component detection means for detecting a frequency component different from the predetermined superimposed when the voltage command information is converted into the PMW information by extracting a component and comparing with the voltage command information, and the detected component An electric motor drive system comprising correction PWM generation means for generating PWM information to be suppressed, and driving an AC electric motor with electric power supplied via the switching element. 請求項13において、前記交流電動機はコンプレッサを駆動することを特徴とする電動機駆動システム。   14. The electric motor drive system according to claim 13, wherein the AC electric motor drives a compressor. 請求項14において、前記交流電動機は圧延機を駆動することを特徴とする電動機駆動システム。   15. The motor drive system according to claim 14, wherein the AC motor drives a rolling mill. 所定周波数の電圧指令情報を搬送波情報に基づいて変換することで半導体スイッチング素子をオン・オフさせるためのPMW情報を発生し、前記PMW情報から前記所定周波数の成分を抽出して前記電圧指令情報と比較することにより、前記電圧指令情報を前記PMW情報に変換した際に重畳する前記所定と異なる周波数成分を検出し、前記検出された成分が抑制されるPWM情報を生成する電力変換方法。   By converting voltage command information of a predetermined frequency based on carrier wave information, PMW information for turning on and off the semiconductor switching element is generated, and the component of the predetermined frequency is extracted from the PMW information and the voltage command information and A power conversion method for detecting, by comparing, the frequency component different from the predetermined superimposed when the voltage command information is converted into the PMW information, and generating PWM information in which the detected component is suppressed.
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