JP2012175767A - Electric power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、三相交流電圧を整流して直流電圧に変換する電力変換装置に関するものである。 The present invention relates to, for example, a power converter that rectifies a three-phase AC voltage and converts it into a DC voltage.
三相交流電圧を整流して直流電圧に変換する電力変換装置として、三相ブリッジ接続された6個のダイオードからなる三相整流回路と、三相整流回路の直流出力端子間に接続された平滑コンデンサとを備える構成が一般的に使用されている。
従来、このような電力変換装置においては、電流波形に含まれる高調波を抑制する方法として、例えば、特許文献1および特許文献2に開示される方法が提案されている。
As a power converter that rectifies three-phase AC voltage and converts it to DC voltage, a three-phase rectifier circuit consisting of six diodes connected in a three-phase bridge and a smoothing connected between the DC output terminals of the three-phase rectifier circuit A configuration including a capacitor is generally used.
Conventionally, in such a power converter, for example, methods disclosed in Patent Literature 1 and Patent Literature 2 have been proposed as methods for suppressing harmonics included in a current waveform.
特許文献1には、三相交流電源の各相に4個のダイオードが単相ブリッジ接続されてなる単相整流回路を接続し、この単相直流回路の直流出力端子間に半導体スイッチング素子を設け、半導体スイッチング素子を各相電圧のゼロクロス点の前後における約30度以上60度未満の期間でオンオフさせることにより、入力電流に含まれる高調波成分の抑制効果などを得ることが開示されている。 In Patent Document 1, a single-phase rectifier circuit in which four diodes are connected in a single-phase bridge is connected to each phase of a three-phase AC power supply, and a semiconductor switching element is provided between the DC output terminals of the single-phase DC circuit. In addition, it is disclosed that a semiconductor switching element is turned on and off in a period of about 30 degrees or more and less than 60 degrees before and after the zero-cross point of each phase voltage to obtain an effect of suppressing harmonic components contained in the input current.
特許文献2には、一般的なパッシブ方式として知られる三相全波整流回路において、三相交流電源の各相を短絡させる短絡スイッチを設け、各相のゼロクロス点から所定の遅延時間をおいて短絡スイッチをオンさせ、所定の時間後にオフさせることで、入力電流に含まれる高調波成分の抑制効果および電源力率改善効果を得ることが開示されている。 In Patent Document 2, in a three-phase full-wave rectifier circuit known as a general passive system, a short-circuit switch for short-circuiting each phase of a three-phase AC power supply is provided, and a predetermined delay time is set from the zero-cross point of each phase. It is disclosed that a short-circuit switch is turned on and turned off after a predetermined time to obtain an effect of suppressing harmonic components contained in the input current and an effect of improving the power source power factor.
しかしながら、特許文献1および特許文献2に開示されている方法では、電流波形にかかわらずに一律にスイッチングを行っているため、電流の状況に応じて適切なタイミングでスイッチングを行うことができなかった。 However, in the methods disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, since switching is performed uniformly regardless of the current waveform, switching cannot be performed at an appropriate timing according to the current state. .
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、電流に応じて適切なタイミングでスイッチングを行うことにより、各相電圧のゼロクロス点の前後における電流波形の歪みを改善することのできる電力変換装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and by performing switching at an appropriate timing according to the current, the distortion of the current waveform before and after the zero cross point of each phase voltage is improved. An object of the present invention is to provide a power conversion device that can be used.
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、三相交流電源から出力された三相交流電圧を整流して直流電圧に変換する電力変換装置であって、前記三相交流電源の各相線に接続されたリアクトルと、前記リアクトルから出力される交流電圧を整流する三相整流器と、前記三相整流器の直流端子間に、直列接続される2つの平滑コンデンサと、各前記リアクトルの出力端に一端が接続され、2つの前記平滑コンデンサの中点に他端が接続される各相に対応して設けられたスイッチング素子と、各相の電圧波形のゼロクロス点を0度とした場合に−30度以上+60度以下の角度範囲内における所定の角度範囲で、前記スイッチング素子のスイッチングを行うスイッチング制御手段とを備え、前記スイッチング制御手段は、各相において、直前の半波電流波形の最大振幅に応じて前記所定の角度範囲を変化させる電力変換装置を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
The present invention is a power conversion device that rectifies and converts a three-phase AC voltage output from a three-phase AC power source into a DC voltage, the reactor connected to each phase line of the three-phase AC power source, and the reactor A three-phase rectifier for rectifying the AC voltage output from the two-phase rectifier, two smoothing capacitors connected in series between the DC terminals of the three-phase rectifier, and one end connected to the output end of each of the reactors. Switching element provided corresponding to each phase where the other end is connected to the middle point of the capacitor, and an angle range between -30 degrees and +60 degrees when the zero cross point of the voltage waveform of each phase is 0 degrees Switching control means for switching the switching element in a predetermined angle range in accordance with the maximum amplitude of the immediately preceding half-wave current waveform in each phase. Providing a power conversion device for changing the serial predetermined angular range.
本発明によれば、各相の電圧波形のゼロクロス点を0度とした場合に、−30度以上+60度以下の角度範囲内における所定の角度範囲で各相に対応して設けられたスイッチング素子がオンされ、更に、上記所定の角度範囲が各相における直前の半波電流波形の最大振幅に応じて決定されるので、そのときどきの電流の状況に応じて適切な角度範囲を設定することができる。これにより、電流が過剰に増加されることや電流増加量が不足することを回避することができ、電流波形の歪みを効果的に改善させることが可能となる。 According to the present invention, when the zero-cross point of the voltage waveform of each phase is 0 degree, the switching element provided corresponding to each phase in a predetermined angle range within an angle range of −30 degrees to +60 degrees In addition, since the predetermined angle range is determined according to the maximum amplitude of the immediately preceding half-wave current waveform in each phase, it is possible to set an appropriate angle range according to the current situation at that time. it can. As a result, it is possible to avoid an excessive increase in current and a shortage of the current increase amount, and it is possible to effectively improve the distortion of the current waveform.
上記電力変換装置において、前記スイッチング制御手段は、前記0度以上60度未満の範囲においては、電流の出力可能な最大振幅と該最大振幅に対応する角度範囲とを保有しており、前記最大振幅に対する電流振幅の計測値の比率に基づいて前記角度範囲を決定することとしてもよい。 In the power conversion device, the switching control means has a maximum amplitude at which current can be output and an angle range corresponding to the maximum amplitude in the range of 0 degrees to less than 60 degrees, and the maximum amplitude The angle range may be determined based on the ratio of the measured value of the current amplitude to.
このように、直前の最大振幅に対する電流振幅の計測値の比率に基づいて角度範囲を決定するので、その時々の電流の増減に応じて適切な角度範囲を決定することができる。 Thus, since the angle range is determined based on the ratio of the measured value of the current amplitude to the immediately preceding maximum amplitude, an appropriate angle range can be determined according to the current increase / decrease.
上記電力変換装置において、前記スイッチング制御手段は、−30度以上0度未満の角度範囲においては、電流波形のゼロクロス点を予測し、予測したゼロクロス点の位置においてスイッチングを行うこととしてもよい。 In the power converter, the switching control unit may predict a zero cross point of a current waveform in an angle range of −30 degrees or more and less than 0 degree, and may perform switching at the predicted position of the zero cross point.
このように、電流波形のゼロクロス点を予測し、予測したゼロクロス点の位置においてスイッチング素子をオンさせるので、過剰な回数でオンオフすることなく電流波形の歪みを緩和することが可能となる。 Thus, since the zero cross point of the current waveform is predicted and the switching element is turned on at the predicted position of the zero cross point, distortion of the current waveform can be alleviated without being turned on and off excessively.
本発明によれば、電流に応じて適切なタイミングでスイッチングを行うことにより、各相電圧のゼロクロス点の前後における電流波形の歪みを改善することができるという効果を奏する。 According to the present invention, by performing switching at an appropriate timing according to the current, it is possible to improve the distortion of the current waveform before and after the zero cross point of each phase voltage.
以下に、本発明に係る電力変換装置をモータ駆動装置に適用した場合の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態における電力変換装置10を適用したモータ駆動装置の概略構成を示した回路図である。図1に示すように、本実施形態に係る電力変換装置10は、三相交流電源11からの三相交流電力を整流することにより直流電力に変換するものである。図1に示したモータ駆動装置において、電力変換装置10によって直流に変換された電力は、インバータ20によって3相交流電力に再度変換され、モータ30に供給される。これにより、モータ30が駆動される。
Hereinafter, an embodiment in which a power conversion device according to the present invention is applied to a motor drive device will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a schematic configuration of a motor driving device to which a
電力変換装置10は、三相交流電源11の各相線(R相、T相、S相)に接続されたリアクトル12と、各リアクトル12から出力される交流電圧を整流する三相整流器13と、三相整流器13の直流出力端子間に、直列接続される2つの平滑コンデンサ14a、14bとを備えている。三相整流器13は、三相ブリッジ接続された6個のダイオードを備える。更に、電力変換装置10は、各相(R相、T相、S相)に対応して、各リアクトル12の出力端に一端が接続され、2つの平滑コンデンサ14a,14bの中点に他端が接続されるスイッチング素子SW1、SW2、SW3が設けられている。スイッチング素子SW1、SW2、SW3のスイッチングは、スイッチング制御部15に制御される。スイッチング素子SW1はR相に対応し、スイッチング素子SW2はT相に対応し、スイッチング素子SW3はS相に対応している。三相交流電源11から出力される各相の電圧のゼロクロスおよび電流は、電圧検出部16、電流検出部17によりそれぞれ検出される。検出された電圧のゼロクロスの信号および計測電流は、スイッチング制御部15に入力される。
The
なお、図1では、電力変換装置10の構成を主に示したものであり、インバータ20の内部構成、インバータ20を制御する制御装置並びにインバータ20の制御に必要とされる各種センサなどは省略されており、また、これらの説明も省略するものとする。
In FIG. 1, the configuration of the
次に、スイッチング制御部15によるスイッチング素子SW1、SW2、SW3のオンオフタイミングについて図2を参照して説明する。
図2は、R相の電流波形の一例とスイッチング素子SW1、SW2、SW3のオンオフタイミングを各相電圧と対応させて示した図である。
Next, the on / off timing of the switching elements SW1, SW2, and SW3 by the
FIG. 2 is a diagram showing an example of an R-phase current waveform and the on / off timings of the switching elements SW1, SW2, and SW3 corresponding to the phase voltages.
図2に示すように、本実施形態に係るスイッチング制御部15は、各相の電圧波形のゼロクロス点を0度とした場合に、−30度以上+60度以下の角度範囲内における所定の角度範囲で、スイッチング素子SW1、SW2、SW3のスイッチングを行う。図2において、パルスがオンの状態においてスイッチング素子がオンされ、パルスがオフの状態でスイッチング素子がオフされる。
各相の電圧波形に対するスイッチング素子のオンオフタイミングとの関係は同じであることから、以下の説明においては、R相に対応するスイッチング素子SW1を代表例として説明する。
As shown in FIG. 2, the
Since the relationship between the ON / OFF timing of the switching element with respect to the voltage waveform of each phase is the same, in the following description, the switching element SW1 corresponding to the R phase will be described as a representative example.
スイッチング制御部15は、R相の電圧波形における―30度以上0度未満の角度範囲において所定のタイミングで1回スイッチング素子SW1をオンさせるとともに、0度以上60度以下の所定角度範囲において所定回数(本実施形態では3回)スイッチング素子SW1をオンさせる。
The
まず、−30度以上0度未満の角度範囲においては、スイッチング制御部15は電流検出部17から入力される計測電流に基づいて、電流波形における次のゼロクロス点を予測する。ゼロクロス点は、直前の半周期または1周期における電流波形の最大振幅などに基づいて予測される。スイッチング制御部15は、次のゼロクロス点を予測すると、予想したゼロクロス点のタイミングでスイッチング素子SW1を1回オンさせる。スイッチング素子SW1がオンされることにより、R相に流れる電流は増加するため、実際のゼロクロス点は予測したゼロクロス点よりも遅れて現れることとなる。
First, in the angle range of −30 degrees or more and less than 0 degrees, the
次に、電圧波形における0度以上60度以下の角度範囲については、直前の半波電流波形の最大振幅に応じてスイッチング素子SW1をオンオフ制御させる所定の角度範囲を変化させる。例えば、スイッチング制御部15は、電流の出力可能な最大振幅と該最大振幅に対応する角度範囲とを保有しており、最大振幅に対する電流振幅の計測値の比率に基づいて0度以上60度以下の範囲内における所定の角度範囲を決定する。
Next, for an angle range of 0 ° to 60 ° in the voltage waveform, a predetermined angle range in which the switching element SW1 is on / off controlled is changed according to the maximum amplitude of the immediately preceding half-wave current waveform. For example, the
例えば、今、仮に、図1に示したモータ駆動装置において、電流の出力可能な最大振幅が30Aと規定されていた場合、30Aとこれに対応する角度範囲(例えば、0度以上60度未満)とを対応付けて保有している。そして、図3に示すように、直前の半波電流波形の最大振幅が10Aであった場合には、最大振幅30Aと直前の最大振幅10Aとの比率に基づいて角度範囲を決定する。この場合には、振幅が3分の1となっているため、角度範囲も60度の3分の1とされ、スイッチング素子SW1をオンオフさせる所定の角度範囲は0度以上20度未満と決められる。
For example, now, in the motor driving apparatus shown in FIG. 1, if the maximum amplitude at which current can be output is defined as 30A, 30A and the corresponding angular range (for example, 0 degrees or more and less than 60 degrees) Are associated with each other. As shown in FIG. 3, when the maximum amplitude of the immediately preceding half-wave current waveform is 10A, the angle range is determined based on the ratio between the
スイッチング制御部15は、このようにして角度範囲を決定すると、決定した角度範囲において3回パルスをオンさせる。このとき、パルス幅については、角度範囲と予め設定されているパルス数とに応じて設定される。具体的には、角度範囲をパルス数で除算した値に設定する。この場合、角度範囲が狭くなるほど、パルス幅も狭く設定されることとなる。このようにすることで、角度範囲とパルス幅とのバランスを保つことができる。
When the
なお、パルス幅については上記態様に限定されない。例えば、3回のパルスにおいて、各パルス幅を変化させることとしてもよい。図2では、最初のパルスの幅を他のパルスの幅よりも広めに設定した場合を示している。このようにすることで、過剰な回数でオンオフすることなく、電流波形の歪みを緩和することが可能となる。 The pulse width is not limited to the above aspect. For example, each pulse width may be changed in three pulses. FIG. 2 shows a case where the width of the first pulse is set wider than the widths of the other pulses. By doing in this way, it becomes possible to relieve the distortion of the current waveform without turning it on and off excessively.
そして、上述のように、各相において電圧波形のゼロクロス点が訪れるたびに、すなわち、半周期毎に、−30度以上60度以下の角度範囲においてスイッチング素子SW1、SW2、SW3のオンオフ制御が行われることにより、電流波形における歪みを改善させることが可能となる。 Then, as described above, every time the zero cross point of the voltage waveform comes in each phase, that is, every half cycle, on / off control of the switching elements SW1, SW2, SW3 is performed in an angle range of −30 degrees to 60 degrees. As a result, distortion in the current waveform can be improved.
以上、説明してきたように、本実施形態に係る電力変換装置10によれば、各相の電圧波形のゼロクロス点を0度とした場合に、−30度以上+60度以下の角度範囲内における所定の角度範囲で各相に対応して設けられたスイッチング素子SW1、SW2、SW3がオンオフ制御され、更に、上記所定の角度範囲が各相における直前の半波電流波形の最大振幅に応じて決定されるので、そのときどきの電流の状況に応じて適切な角度範囲を設定することができる。これにより、電流が過剰に増加されることや電流増加量が不足することを回避することができ、電流波形の歪みを効果的に改善させることが可能となる。
As described above, according to the
10 電力変換装置
11 三相交流電源
12 リアクトル
13 三相整流器
14a,14b 平滑コンデンサ
15 スイッチング制御部
16 電圧検出部
17 電流検出部
20 インバータ
30 モータ
SW1、SW2、SW3 スイッチング素子
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記三相交流電源の各相線に接続されたリアクトルと、
前記リアクトルから出力される交流電圧を整流する三相整流器と、
前記三相整流器の直流端子間に、直列接続される2つの平滑コンデンサと、
各前記リアクトルの出力端に一端が接続され、2つの前記平滑コンデンサの中点に他端が接続される各相に対応して設けられたスイッチング素子と、
各相の電圧波形のゼロクロス点を0度とした場合に、−30度以上+60度以下の角度範囲内における所定の角度範囲で、前記スイッチング素子のスイッチングを行うスイッチング制御手段と
を備え、
前記スイッチング制御手段は、各相において、直前の半波電流波形の最大振幅に応じて前記所定の角度範囲を変化させる電力変換装置。 A power conversion device that rectifies and converts a three-phase AC voltage output from a three-phase AC power source into a DC voltage,
A reactor connected to each phase wire of the three-phase AC power source;
A three-phase rectifier for rectifying the AC voltage output from the reactor;
Two smoothing capacitors connected in series between the DC terminals of the three-phase rectifier,
One end is connected to the output end of each of the reactors, the switching element provided corresponding to each phase that the other end is connected to the middle point of the two smoothing capacitors,
Switching control means for switching the switching element in a predetermined angular range within an angular range of −30 degrees to +60 degrees when the zero-crossing point of the voltage waveform of each phase is 0 degree,
The said switching control means is a power converter device which changes the said predetermined angle range according to the maximum amplitude of the half wave current waveform immediately before in each phase.
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JP2011033650A JP2012175767A (en) | 2011-02-18 | 2011-02-18 | Electric power conversion device |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2015104997A1 (en) | 2014-01-10 | 2015-07-16 | 三菱重工業株式会社 | Rectifying device and motor driving device |
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- 2011-02-18 JP JP2011033650A patent/JP2012175767A/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2015104997A1 (en) | 2014-01-10 | 2015-07-16 | 三菱重工業株式会社 | Rectifying device and motor driving device |
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