JP2012029543A - Electric power conversion system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば交流電気車に搭載された交流電動機を可変速駆動するための電力変換装置に関し、詳しくは、交流電圧を直流電圧に変換するPWMコンバータ等のコンバータと、その直流出力電圧を入力として可変電圧・可変周波数の交流電圧に変換するVVVFインバータ等のインバータとを備えた電力変換装置に関するものである。 The present invention relates to a power converter for driving an AC motor mounted on an AC electric vehicle, for example, at a variable speed, and more specifically, a converter such as a PWM converter that converts an AC voltage into a DC voltage, and a DC output voltage of the converter. And an inverter such as a VVVF inverter for converting to a variable voltage / variable frequency AC voltage.
図8は、特許文献1に記載された従来技術とほぼ同一構成の車両用電力変換装置を示している。
この電力変換装置は、主回路及び制御装置から構成されており、主回路は、単相交流電源101、PWMコンバータ102、直流平滑コンデンサ103、可変電圧・可変周波数の交流電圧を出力するVVVFインバータ104、交流電動機105を備えている。
また、制御装置は、電圧検出手段111、電流検出手段112、アナログ/ディジタル(A/D)変換手段121、バンドパスフィルタ122、パラメータ調節手段123、ゲイン計算手段124,125、ベクトル制御手段131、ベクトルアナライザ132、ゲート信号発生手段133、一次周波数生成手段134、平均値演算手段135、積分手段136、乗算手段141、加算手段142を備えている。
FIG. 8 shows a vehicular power conversion device having substantially the same configuration as the conventional technology described in
This power conversion device includes a main circuit and a control device. The main circuit includes a single-phase
The control device includes a
この従来技術において、最初に、インバータ104に与えるゲート信号を生成する方法について説明する。
特許文献1によれば、ベクトル制御手段131は、交流電動機105に流れる電流を電流検出手段112により検出し、その検出値に基づいて、一次周波数と同期した回転座標軸(d,q軸)の電圧指令値vd *,vq *を出力する。
また、電圧検出手段111により検出されたコンデンサ103の両端電圧(直流中間電圧)は、アナログ/ディジタル変換手段121によりディジタル信号vdcに変換され、平均値演算手段135に入力される。平均値演算手段135では、直流中間電圧の平均値vdcavを演算する。この平均値vdcavと電圧指令値vd *,vq *とはベクトルアナライザ132に入力され、ベクトルアナライザ132では、インバータ104の出力電圧の位相角度α及び変調率指令値λ0を演算する。
In this prior art, first, a method for generating a gate signal applied to the
According to
The voltage across the capacitor 103 (DC intermediate voltage) detected by the voltage detection means 111 is converted into a digital signal v dc by the analog / digital conversion means 121 and input to the average value calculation means 135. The average value calculation means 135 calculates the average value v dcav of the DC intermediate voltage. The average value v dcav and the voltage command values v d * , v q * are input to the
変調率指令値λ0は、乗算手段141において、後述するゲイン計算手段124から出力される変調比のゲイン指令値Kλにより補正されて変調率指令値λ1となり、この変調率指令値λ1がゲート信号発生手段133に入力される。
The modulation factor command value λ 0 is corrected by a
また、一次周波数生成手段134では、交流電動機105に与える交流電圧の周波数指令値を演算する。具体的には、交流電動機105が誘導電動機の場合には、電動機の速度検出値または速度推定値からすべり周波数を考慮して一次周波数を生成し、交流電動機105が同期電動機の場合には、電動機の速度検出値を用いるなど、電動機の種類に応じて一次周波数ω1を生成する。
積分手段136では、一次周波数ω1を積分して角度θ0を出力する。この角度θ0と、後述するゲイン計算手段125からのΔθとを加算手段142にて加算することにより角度θ1を演算し、この角度θ1をゲート信号発生手段133に入力する。
ゲート信号発生手段133は、前記位相角度αと変調率指令値λ1と角度θ1とに基づいて、PWM制御によりインバータ104の半導体スイッチング素子に対するゲート信号を生成し、出力する。
Further, the primary frequency generation means 134 calculates the frequency command value of the AC voltage applied to the
The integrating means 136 integrates the primary frequency ω 1 and outputs an angle θ 0 . The angle θ 1 is calculated by adding the angle θ 0 and Δθ from the gain calculating means 125 described later by the adding means 142, and the angle θ 1 is input to the gate signal generating means 133.
Based on the phase angle α, the modulation factor command value λ 1 and the angle θ 1 , the gate
ところで、単相交流電源101のような単相の交流電圧をコンバータ102により整流して電源としている電力変換装置では、一般的に、直流中間電圧に電源周波数の2倍の周波数を持つ脈動成分が含まれることが知られている。そして、インバータ104の出力電圧の周波数と脈動成分の周波数とが近い場合は、インバータ104の出力電圧が直流成分や低周波成分を含むようになり、交流電動機105に大きな負荷電流が流れることがある。この現象はビート現象と呼ばれている。
By the way, in a power conversion device that rectifies a single-phase AC voltage such as a single-phase
次に、特許文献1に開示されている、上記ビート現象の抑制方法を説明する。
アナログ/ディジタル変換手段121から出力されたディジタル信号としての直流中間電圧vdcは、バンドパスフィルタ122に入力されている。このバンドパスフィルタ122では、直流中間電圧に含まれる、電源周波数の2倍の周波数成分の電圧を抽出し、この電圧を脈動成分Δvdcとして出力する。この脈動成分Δvdcは、ゲイン計算手段124,125に入力される。
Next, a method for suppressing the beat phenomenon disclosed in
The DC intermediate voltage v dc as a digital signal output from the analog / digital conversion means 121 is input to the
前記バンドパスフィルタ122は、パラメータ調節手段123から入力される調整パラメータ(中心周波数f0、ゲインG)によって特性が決められており、バンドパスフィルタ122の特性は、例えば図9のようになっている。この図9によると、脈動成分Δvdcの周波数においてフィルタの出力の値が進み位相となるように設定されており、進み位相に相当する時間が、インバータ104の制御装置の制御遅れを相殺するように設定されている。
パラメータ調節手段123は、上記制御遅れを相殺する時間を可変にするために、一次周波数ω1に応じて一次近似や線形近似などを行い、中心周波数f0及びゲインGを演算して出力する。
ゲイン計算手段124は、バンドパスフィルタ122から出力される脈動成分Δvdcに応じてゲイン指令値Kλを計算し、乗算手段141では、変調率λ0にゲイン指令値Kλを乗算して変調率λ1に補正することにより、インバータ104の出力電圧に重畳される直流成分や低周波成分を打ち消してビート現象を抑制している。
The characteristics of the
The parameter adjusting means 123 performs primary approximation or linear approximation according to the primary frequency ω 1 in order to make the time for canceling the control delay variable, and calculates and outputs the center frequency f 0 and the gain G.
The
ここで、インバータ104が交流電圧基本波の1周期に1パルスしか出力しない、いわゆる1パルスモードで動作する場合には、変調率が1に固定されているため、ゲイン計算手段124を用いて変調率を調整することができない。
このような場合には、ゲイン計算手段125により、出力電圧の正負の各極性期間における電圧時間積が等しくなるように直流中間電圧の脈動成分Δvdcに応じてΔθを計算し、このΔθを用いてインバータ104の出力電圧の角度θ1を調整することにより、ビート現象を抑制している。
Here, when the
In such a case, the gain calculation means 125 calculates Δθ according to the pulsation component Δv dc of the DC intermediate voltage so that the voltage time products in the positive and negative polarity periods of the output voltage are equal, and uses this Δθ. By adjusting the angle θ 1 of the output voltage of the
上記のように、この従来技術では、パラメータ調整手段123により、一次周波数(インバータ周波数)ω1に応じてバンドパスフィルタ122の特性を可変とすることで、インバータ周波数の広範囲にわたってビート現象を抑制することを可能にしている。
As described above, in this conventional technique, the parameter adjusting means 123 makes the characteristics of the
上記従来技術のように、出力電圧基本波の位相と出力電圧のパルスパターンとを同期させる同期PWM制御を行うと、インバータ周波数に応じてパルスパターンの演算周期が変わり、特に、パルス切り替えの前後では演算周期が大きく変動する。このように演算周期が変動すると、バンドパスフィルタ122の特性のうち、特に位相特性に悪影響を与え、前述した制御遅れに対する補償精度が悪くなってビート現象の抑制効果が低減する。
そこで、本発明の解決課題は、演算周期の変動などに関わらずビート現象を抑制可能とした電力変換装置を提供することにある。
When synchronous PWM control is performed to synchronize the phase of the output voltage fundamental wave and the pulse pattern of the output voltage as in the prior art described above, the calculation cycle of the pulse pattern changes according to the inverter frequency, especially before and after pulse switching. The calculation cycle varies greatly. If the calculation cycle varies in this manner, the phase characteristic among the characteristics of the
Therefore, a problem to be solved by the present invention is to provide a power conversion device capable of suppressing the beat phenomenon regardless of fluctuations in the calculation cycle.
上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記コンバータの直流側に接続された直流平滑コンデンサと、前記直流平滑コンデンサの両端の直流中間電圧を検出する電圧検出手段と、前記直流中間電圧を交流電圧に変換して負荷に供給するインバータと、前記直流中間電圧の脈動成分に応じて前記インバータの出力電圧を調整する手段と、を備えた電力変換装置において、
前記インバータをPWM制御するためのキャリア周期と、前記直流中間電圧と、前記インバータの制御遅れを補正する補正時間と、を少なくとも用いて状態方程式を演算する状態方程式演算手段を備え、
前記状態方程式演算手段は、
前記キャリア周期を用いて行列指数関数の係数を演算する手段と、
前記直流中間電圧及び前記行列指数関数を入力とし、2次以上の伝達関数を表現する少なくとも2個の独立した状態変数を有すると共に、1個の状態変数は前記直流中間電圧の脈動成分の抽出値である状態方程式を差分方程式として演算し、前記少なくとも2個の状態変数を出力する差分方程式演算手段と、
これらの状態変数を前記補正時間に基づく位相補正量によりそれぞれ位相補正して線形結合することにより前記脈動成分を求める手段と、
を備えたものである。
In order to solve the above problems, an invention according to
A state equation calculating means for calculating a state equation using at least a carrier cycle for PWM control of the inverter, the DC intermediate voltage, and a correction time for correcting a control delay of the inverter;
The state equation calculation means includes:
Means for calculating a coefficient of a matrix exponential function using the carrier period;
The DC intermediate voltage and the matrix exponential function are input, and at least two independent state variables expressing a transfer function of second order or higher are included, and one state variable is an extracted value of the pulsating component of the DC intermediate voltage A difference equation calculation means for calculating a state equation as a difference equation and outputting the at least two state variables;
Means for obtaining the pulsation component by linearly combining these state variables with a phase correction amount based on a phase correction amount based on the correction time; and
It is equipped with.
請求項2に係る発明は、請求項1に記載した電力変換装置において、前記直流中間電圧の脈動成分と、この脈動成分の抽出値である状態変数にゲインを乗じた値との位相差を検出する手段と、前記位相差に基づいて前記状態方程式の共振周波数に相当するパラメータを算出する手段と、を備え、前記パラメータを用いて前記行列指数関数の係数を演算するものである。
The invention according to
請求項1に係る発明によれば、従来技術に比べて、パルス切り替えなどによってパルスパターンの演算周期が変化する場合でも、ビート現象を抑制することができる。
また、請求項2に係る発明によれば、電源周波数が変動して脈動成分の周波数とフィルタの共振周波数との間に偏差が生じた場合でも、上記共振周波数を自動的に調整してビート現象を抑制することができる。
According to the first aspect of the present invention, the beat phenomenon can be suppressed even when the calculation cycle of the pulse pattern changes due to pulse switching or the like, as compared with the prior art.
According to the second aspect of the present invention, even when the power supply frequency fluctuates and a deviation occurs between the frequency of the pulsating component and the resonance frequency of the filter, the resonance frequency is automatically adjusted to cause the beat phenomenon. Can be suppressed.
以下、図に従って本発明の実施形態を説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る電力変換装置の構成図であり、その主回路は、図8と同様に、単相交流電源101、PWMコンバータ102、直流平滑コンデンサ103、VVVFインバータ104、交流電動機105から構成されている。
一方、制御装置において、図8と同一の機能を有する部分については同一番号を付して説明を省略し、以下では、図8と異なる部分を中心に説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of the power conversion device according to the first embodiment of the present invention, and its main circuit is a single-phase
On the other hand, in the control device, portions having the same functions as those in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Hereinafter, portions different from those in FIG.
すなわち、この第1実施形態では、図8におけるバンドパスフィルタ122、パラメータ調節手段123、ゲイン計算手段125、加算手段142が除去され、状態方程式演算手段200及び補正時間調節手段210が追加されている。
図1の状態方程式演算手段200には、アナログ/ディジタル変換手段121から出力される直流中間電圧vdcと、平均値演算手段135により演算された直流中間電圧の平均値vdcavと、ゲート信号発生手段133から供給されるPWM制御のキャリア周期tcと、補正時間調節手段210から出力される補正時間tdとが入力され、直流中間電圧の脈動成分Δvdcを演算してゲイン計算手段124に出力するようになっている。なお、補正時間tdは、インバータの制御装置の制御遅れ時間を相殺するためのものである。
That is, in the first embodiment, the
The state
図2は、状態方程式演算手段200の詳細な構成図である。この状態方程式演算手段200は、キャリア周期tcに基づいて後述する行列指数関数eAtcを演算する係数演算手段201と、直流中間電圧vdc及び行列指数関数eAtcに基づいて状態変数x1,x2を演算する差分方程式演算手段202と、状態変数x1,x2にそれぞれ乗じられるゲイン203,204と、ゲイン203の出力から直流中間電圧の平均値vdcavを減算する減算手段208と、減算手段208の出力が入力される三角関数206と、ゲイン204の出力が入力される三角関数207と、三角関数206,207の出力を加算して脈動成分Δvdcを演算する加算手段209と、制御遅れ補正時間tdから位相補正量βを演算して三角関数206,207に与える位相補正量演算手段205とから構成されている。
FIG. 2 is a detailed configuration diagram of the state equation calculation means 200. The state equation calculating means 200 includes a coefficient calculating means 201 for calculating a matrix exponential function e Atc, which will be described later, based on the carrier period t c , and a state variable x 1 , based on the DC intermediate voltage v dc and the matrix exponential function e Atc . a difference equation calculating means 202 for calculating the x 2, the
さて、数式1は、分母が2次、分子が1次となっている伝達関数を表す状態方程式であり、これを計算すると、変数x2が、入力uに対するバンドパスフィルタの出力に相当する。また、数式1で、ωcは、単相電源の角周波数に相当する。
図2の係数演算手段201では、数式1における行列Aの行列指数関数eAtcを数式2により計算している。なお、数式2において、tcはキャリア周期、Iは単位行列である。
数式2を毎回演算すると負荷が高いため、行列Aのパラメータのうち、ωc及びζを変える必要がなければ、キャリア周期(演算周期)tcに対して、予めどのようなeAtcになるかということをtcの多項式として近似しておいてもよい。
Or for loading and
また、行列Aの固有値λ1,λ2及び固有ベクトルを用いても、行列指数関数eAtcを得ることができる。
行列Aの固有値は、λ1=−ωc(ζ+√(ζ2−1))、λ2=−ωc(ζ−√(ζ2−1))である。これに対する固有ベクトルをv1,v2とすると、行列T=[v1,v2]を用いて、TAT−1=diag{eλ1,eλ2}を算出することができる。そこで、T及びeλ1,eλ2を用いて、数式3によりeAtcを求めることができる。
The eigenvalues of the matrix A are λ 1 = −ω c (ζ + √ (ζ 2 −1)) and λ 2 = −ω c (ζ−√ (ζ 2 −1)). If the eigenvectors for this are v 1 and v 2 , TAT −1 = diag {e λ1 , e λ2 } can be calculated using the matrix T = [v 1 , v 2 ]. Therefore, e Atc can be obtained from Equation 3 using T and e λ1 and e λ2 .
図2の差分方程式演算手段202では、数式1に示した状態方程式を差分方程式として計算する。例えば次回の状態変数の値x((k+1)t)は、数式4のように計算することができ、この方程式により、図1のようなサンプリング系においても図8のような連続系におけるバンドパスフィルタ122と同様な振る舞いを実現することができる。
また、パルスパターンの演算周期が変化する場合には、差分方程式演算手段202において次のように差分方程式を計算する。
すなわち、変化前の演算周期をt1、変化後の演算周期をt2とすると、係数演算手段201を用いて、演算周期が変化した後の行列指数関数eAt2を数式5の演算により求めておく。
That is, when the calculation cycle before the change is t 1 and the calculation cycle after the change is t 2 , the matrix exponential function e At2 after the change of the calculation cycle is obtained by the calculation of Equation 5 using the
以上のように差分方程式を計算することにより、パルス切り替えの際など演算周期が大きく変化した直後でも、バンドパスフィルタとしての特性を一定に保つことができるため、ビート現象の抑制効果を保つことができる。 By calculating the difference equation as described above, the characteristics as a band-pass filter can be kept constant even immediately after the calculation cycle changes greatly, such as when switching pulses, so that the effect of suppressing the beat phenomenon can be maintained. it can.
なお、ゲイン203,204は、それぞれ、状態変数x1,x2が共振周波数ωcの成分に対して同一の所定のゲイン(0[dB])などになるように値g1,g2を設定する。また、状態変数x1に直流成分が含まれる場合は、ゲイン203の出力から減算手段208にて直流中間電圧の平均値vdcavを減算することにより、直流成分を除去する。
The
図3は、ωc=753.6[rad/s]、ζ=0.1と設定したときの、ゲイン204の出力の伝達関数のボード線図を描いたものである。
図3に示すごとく、共振周波数ωcにおける振幅は0[dB]、位相は0度になっているので、共振周波数ωcにある状態変数x2の成分は、振幅・位相が変化せずに通過することができる。
FIG. 3 is a Bode diagram of the transfer function of the output of the
As shown in FIG. 3, since the amplitude at the resonance frequency ω c is 0 [dB] and the phase is 0 degree, the component of the state variable x 2 at the resonance frequency ω c does not change in amplitude or phase. Can pass through.
一方、状態変数x1は、数式1から明らかなように、x2に対して微分の関係となっており、共振周波数ωcの成分については位相が90度異なっていることがわかる。この二つの状態変数x1,x2を三角関数206,207及び加算手段209を介して線形結合することにより、入力である直流中間電圧vdcに対して任意の位相を持つ脈動成分Δvdcを生成することができる。
On the other hand, the state variable x 1 has a differential relationship with respect to x 2 as is apparent from
位相補正量演算手段205及び三角関数206,207は、図8の従来技術におけるパラメータ調節手段123と同じ作用を果たすものであり、制御遅れを補償したい補正時間tdに応じて、位相を変化させる。すなわち、補正時間tdを共振周波数ωcによって除算することで位相補正量βを出力し、この位相補正量βを用いて三角関数206,207を演算する。
The phase correction amount calculation means 205 and the
いま、直流中間電圧vdcに含まれている脈動成分がMsin(ωct+φ)であったとすると、ゲイン204の出力はMsin(ωct+φ)、減算器208の出力はMcos(ωct+φ)となる。このため、三角関数206,207及び加算手段209を介した脈動成分Δvdcは数式6のようになる。
Assuming that the pulsation component included in the DC intermediate voltage v dc is Msin (ω c t + φ), the output of the
数式6は数式7に等しいため、状態方程式演算手段200からは、入力信号Msin(ωct+φ)の位相をβだけ変化させた値を脈動成分Δvdcとして得ることができる。
状態方程式演算手段200から出力された脈動成分Δvdcは、図1に示すごとくゲイン調節手段124に入力され、図8と同様にゲイン指令値Kλにより変調率λ0を補正してインバータ104の出力電圧の振幅を調整する。 The pulsation component Δv dc output from the state equation calculation means 200 is input to the gain adjustment means 124 as shown in FIG. 1, and the modulation factor λ 0 is corrected by the gain command value K λ as shown in FIG. Adjust the amplitude of the output voltage.
次に、本発明の第2実施形態について、図4を参照しつつ説明する。
この第2実施形態が図1の第1実施形態と異なる部分は、直流中間電圧vdc及びその平均値vdcavと、状態方程式演算手段200からの出力信号g2x2とに基づいて共振周波数ωc1を演算して出力する共振周波数調整手段220が設けられ、前記共振周波数ωc1が、直流中間電圧vdc及びその平均値vdcav並びに補正時間tdと共に状態方程式演算手段200に入力されている点である。状態方程式演算手段200は、入力された共振周波数ωc1に基づき、図2と同様に内部の係数演算手段201にて行列指数関数eAtcを演算する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The second embodiment differs from the first embodiment of FIG. 1 in that the resonance frequency is based on the DC intermediate voltage v dc and its average value v dcav and the output signal g 2 x 2 from the state equation calculation means 200. Resonance frequency adjusting means 220 for calculating and outputting ω c1 is provided, and the resonance frequency ω c1 is inputted to the state equation calculating means 200 together with the DC intermediate voltage v dc and its average value v dcav and the correction time t d. It is a point. Based on the input resonance frequency ω c1 , the state
以下では、共振周波数調整手段220により、直流中間電圧の脈動成分の周波数に合わせて共振周波数ωc1を出力する例を説明する。
図5は、共振周波数調整手段220の詳細な構成図である。共振周波数調整手段220は、直流中間電圧vdcとその平均値vdcavとの偏差を求める減算手段226と、前記偏差としての脈動成分Msin(ωt)が入力されるタイミング生成手段222と、状態方程式演算手段200内のゲイン204の出力信号g2x2とタイミング生成手段222からの第1のトリガ信号Trg1とに基づいて信号Msin(φ)を出力するサンプリング手段221と、前記脈動成分Msin(ωt)とタイミング生成手段222からの第2のトリガ信号Trg2とに基づいて振幅Mを出力する振幅演算手段223と、サンプリング手段221の出力を振幅演算手段223の出力により除算してsin(φ)を出力する除算手段224と、sin(φ)に乗じられるゲイン225と、その出力である共振周波数偏差Δωと共振周波数ωcとを加算して共振周波数ωc1を出力する加算手段227とから構成されている。
Hereinafter, an example in which the resonance frequency ω c1 is output by the resonance
FIG. 5 is a detailed configuration diagram of the resonance frequency adjusting means 220. The resonance frequency adjusting means 220 includes a subtracting means 226 for obtaining a deviation between the DC intermediate voltage v dc and its average value v dcav , a timing generating means 222 to which the pulsation component Msin (ωt) as the deviation is input, and a state equation A sampling means 221 that outputs a signal Msin (φ) based on the output signal g 2 x 2 of the
上記構成において、サンプリング手段221は、タイミング生成手段222からトリガ信号Trg1を受けると同時に、ゲイン204の出力信号g2x2の値を記録してホールドする。
タイミング生成手段222は、前述したごとく、直流中間電圧vdcとその平均値vdcavとの偏差である脈動成分を入力とし、第1のトリガ信号Trg1をサンプリング手段221に供給すると共に第2のトリガ信号Trg2を振幅演算手段223に供給している。
In the above configuration, the
As described above, the
いま、タイミング生成手段222に入力される脈動成分が、下記の数式8によって表現できたとする。
タイミング生成手段222は、上記脈動成分の傾きとそのゼロクロスとを観測しており、脈動成分の傾きが正であって脈動成分がゼロになったタイミングで第1のトリガ信号Trg1を発生し、サンプリング手段221に供給する。このため、サンプリング手段221の出力信号はMsin(φ)となる。
一方、タイミング生成手段222は、脈動成分の傾きが正から負に変わると同時に第2のトリガ信号Trg2を発生し、振幅演算手段223に供給する。
振幅演算手段223は、トリガ信号Trg2が入力されると同時に、入力信号である脈動成分の大きさを演算し、これを振幅Mとして出力する。
The timing generation means 222 observes the slope of the pulsating component and its zero cross, generates the first trigger signal Trg 1 at the timing when the slope of the pulsating component is positive and the pulsating component becomes zero, The sampling means 221 is supplied. For this reason, the output signal of the sampling means 221 is Msin (φ).
On the other hand, the
At the same time as the trigger signal Trg 2 is input, the amplitude calculation means 223 calculates the magnitude of the pulsating component that is the input signal, and outputs this as the amplitude M.
なお、図6は、タイミング生成手段222が第1のトリガ信号Trg1を出力するタイミングと、サンプリング手段221の出力信号とを示す図であり、図7は、タイミング生成手段222が第2のトリガ信号Trg2を出力とするタイミングと、振幅演算手段223の出力信号とを示す図である。
6 is a diagram illustrating the timing at which the
図5において、除算手段224の出力sin(φ)は、ゲイン225に入力される。このゲイン225では、前述した数式1に含まれる制動係数ζと共振周波数ωcとからなるゲイン(−ζωc)を上記sin(φ)に乗算し、共振周波数偏差Δωとして出力する。 この共振周波数偏差Δωは、加算手段227においてこれまでの共振周波数ωcに加算され、新たな共振周波数ωc1として図4の状態方程式演算手段200に供給される。
In FIG. 5, the output sin (φ) of the dividing means 224 is input to the
次に、このようにして新たな共振周波数ωc1が脈動成分の周波数から得られる理由を以下に説明する。
図3は、前述したように状態方程式演算手段200内のゲイン204の出力の周波数特性を示しており、その入力は直流中間電圧vdcである。この実施形態では、共振周波数ωcは直流中間電圧の脈動成分の周波数ωと等しくないものとする。
図3によれば、共振周波数ωcよりも低い周波数の信号に対しては位相が進み、共振周波数ωcよりも高い信号に対しては位相が遅れることがわかる。その結果、数式8に示した脈動成分の位相が変化して、ゲイン204の出力が数式9のようになるとする。
FIG. 3 shows the frequency characteristic of the output of the
According to FIG. 3, the phase advances with respect to the low frequency signal than the resonant frequency omega c, it can be seen that the phase is delayed with respect to signal higher than the resonant frequency omega c. As a result, the phase of the pulsating component shown in Formula 8 changes, and the output of the
前述したように、タイミング生成手段222がトリガ信号Trg1を発生するとき、Msin(ωt)=0であり、ωt=2nπとなっている。従って、サンプリング手段221の出力はMsin(φ)となり、除算手段224の出力はsin(φ)となる。
As described above, when the
また、図3の位相特性を複素数形式で表現すると、数式10のようになる。但し、数式10におけるωは、図3における横軸の角周波数である。
脈動成分の角周波数ωと共振周波数ωcとが等しくない場合、数式10の虚数部がゼロでなくなることがわかる。この周波数の偏差をΔω=ω−ωcと定義すると、偏差Δωが元の共振周波数ωcよりも十分小さい場合に、数式11の近似が成り立つ。
位相特性の虚数成分は、図5の除算手段224の出力であるsin(φ)に等しい。
従って、数式11より、ゲイン225にて(−ζωc)をsin(φ)に乗算することにより、近似的な周波数偏差Δωを得ることができ、この偏差Δωを加算手段227において元の共振周波数ωcに加算することにより、新たな共振周波数ωc1を得る。
図4の状態方程式演算手段200では、上記の共振周波数ωc1に基づき、係数演算手段201にて行列指数関数eAtcを演算することとなる。
The imaginary component of the phase characteristic is equal to sin (φ) that is the output of the dividing means 224 in FIG.
Therefore, from Equation 11, the approximate frequency deviation Δω can be obtained by multiplying sin (φ) by (−ζω c ) with the
In the state
101:単相交流電源
102:PWMコンバータ
103:直流平滑コンデンサ
104:VVVFインバータ
105:交流電動機
111:電圧検出手段
112:電流検出手段
121:アナログ/ディジタル変換手段
124:ゲイン計算手段
131:ベクトル制御手段
132:ベクトルアナライザ
133:ゲート信号発生手段
134:一次周波数生成手段
135:平均値演算手段
136:積分手段
141:乗算手段
200:状態方程式演算手段
201:係数演算手段
202:差分方程式演算手段
203,204:ゲイン
205:位相補正量演算手段
206,207:三角関数
208:減算手段
209:加算手段
210:補正時間調節手段
220:共振周波数調整手段
221:サンプリング手段
222:タイミング生成手段
223:振幅演算手段
224:除算手段
225:ゲイン
226:減算手段
227:加算手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101: Single phase alternating current power supply 102: PWM converter 103: DC smoothing capacitor 104: VVVF inverter 105: AC motor 111: Voltage detection means 112: Current detection means 121: Analog / digital conversion means 124: Gain calculation means 131: Vector control means 132: Vector analyzer 133: Gate signal generation means 134: Primary frequency generation means 135: Average value calculation means 136: Integration means 141: Multiplication means 200: State equation calculation means 201: Coefficient calculation means 202: Difference equation calculation means 203, 204 : Gain 205: Phase correction amount calculation means 206, 207: Trigonometric function 208: Subtraction means 209: Addition means 210: Correction time adjustment means 220: Resonance frequency adjustment means 221: Sampling means 222: Timing generation means 22 3: Amplitude calculation means 224: Division means 225: Gain 226: Subtraction means 227: Addition means
Claims (2)
前記インバータをPWM制御するためのキャリア周期と、前記直流中間電圧と、前記インバータの制御遅れを補正する補正時間と、を少なくとも用いて状態方程式を演算する状態方程式演算手段を備え、
この状態方程式演算手段は、
前記キャリア周期を用いて行列指数関数の係数を演算する手段と、
前記直流中間電圧及び前記行列指数関数を入力とし、2次以上の伝達関数を表現する少なくとも2個の独立した状態変数を有すると共に、1個の状態変数は前記直流中間電圧の脈動成分の抽出値である状態方程式を差分方程式として演算し、前記少なくとも2個の状態変数を出力する差分方程式演算手段と、
これらの状態変数を前記補正時間に基づく位相補正量によりそれぞれ位相補正して線形結合することにより前記脈動成分を求める手段と、
を備えたことを特徴とする電力変換装置。 A converter for converting an AC voltage into a DC voltage; a DC smoothing capacitor connected to the DC side of the converter; voltage detection means for detecting a DC intermediate voltage at both ends of the DC smoothing capacitor; and the DC intermediate voltage as an AC voltage In an electric power converter comprising:
A state equation calculating means for calculating a state equation using at least a carrier cycle for PWM control of the inverter, the DC intermediate voltage, and a correction time for correcting a control delay of the inverter;
This equation of state calculation means
Means for calculating a coefficient of a matrix exponential function using the carrier period;
The DC intermediate voltage and the matrix exponential function are input, and at least two independent state variables expressing a transfer function of second order or higher are included, and one state variable is an extracted value of the pulsating component of the DC intermediate voltage A difference equation calculation means for calculating a state equation as a difference equation and outputting the at least two state variables;
Means for obtaining the pulsation component by linearly combining these state variables with a phase correction amount based on a phase correction amount based on the correction time; and
A power conversion device comprising:
前記直流中間電圧の脈動成分と、この脈動成分の抽出値である状態変数にゲインを乗じた値との位相差を検出する手段と、
前記位相差に基づいて前記状態方程式の共振周波数に相当するパラメータを算出する手段と、
を備え、
前記パラメータを用いて前記行列指数関数の係数を演算することを特徴とする電力変換装置。 In the power converter device according to claim 1,
Means for detecting a phase difference between a pulsating component of the DC intermediate voltage and a value obtained by multiplying a state variable that is an extracted value of the pulsating component by a gain;
Means for calculating a parameter corresponding to the resonance frequency of the state equation based on the phase difference;
With
A power conversion apparatus that calculates a coefficient of the matrix exponential function using the parameter.
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