JP2012186939A - Inverter device - Google Patents

Inverter device Download PDF

Info

Publication number
JP2012186939A
JP2012186939A JP2011048964A JP2011048964A JP2012186939A JP 2012186939 A JP2012186939 A JP 2012186939A JP 2011048964 A JP2011048964 A JP 2011048964A JP 2011048964 A JP2011048964 A JP 2011048964A JP 2012186939 A JP2012186939 A JP 2012186939A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
signal
inverter
command signal
control
value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2011048964A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5624504B2 (en
Inventor
Zhongwei Guo
中為 郭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd filed Critical Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority to JP2011048964A priority Critical patent/JP5624504B2/en
Publication of JP2012186939A publication Critical patent/JP2012186939A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5624504B2 publication Critical patent/JP5624504B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Landscapes

  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inverter device with low harmonic distortion, high efficiency, and low cost.SOLUTION: An inverter device has a first control unit 30 supplying a PWM signal to a bridge circuit 10 including four switches that are bridge-connected. The first control unit 30 includes a first inverter command signal generator 31, a second inverter command signal generator 32, a ripple current generator 33, an inverter command signal selector 34, and a gate signal generator 35. The first control unit 30 performs a closed loop control in a mode 1 (MOD1) and a mode 6 (MOD6), and performs an open-loop control in a mode 2 (MOD2) to a mode 5 (MOD5) based on an inverter command signal i.

Description

本発明は、太陽光発電用パワーコンディショナである系統連系インバータ装置等のインバータ装置に関するものである。   The present invention relates to an inverter device such as a grid-connected inverter device which is a power conditioner for photovoltaic power generation.

従来、系統連系インバータ装置に関連する技術として、特許文献1〜3、及び非特許文献がある。   Conventionally, there are Patent Documents 1 to 3 and Non-Patent Documents as technologies related to the grid interconnection inverter device.

特許文献1には、系統電圧のピーク値を検出し、交流電圧のピーク値にスイッチングデバイスの電圧降下と、出力インダクタの電圧降下を加算した直流電圧値を目標の直流リンク電圧指令として制御するインバータ装置が記載されている。   Patent Document 1 discloses an inverter that detects a peak value of a system voltage and controls a DC voltage value obtained by adding a voltage drop of a switching device and a voltage drop of an output inductor to the peak value of an AC voltage as a target DC link voltage command. An apparatus is described.

特許文献2には、出力信号のひずみ特性を改善するために、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)のタンーオフ遅延特性をメモリに記憶させ、温度の変化に応じてデッドタイムの最小化を図っているインバータ装置が記載されている。   In Patent Document 2, in order to improve the distortion characteristic of the output signal, the tan-off delay characteristic of the insulated gate bipolar transistor (IGBT) is stored in a memory, and the inverter is designed to minimize the dead time according to the temperature change. An apparatus is described.

特許文献3には、バイポーラ変調のパルス幅変調(以下、「PWM」という。)インバータを対象に、3つのPWM変調パタンを設け、切り替え関数を用いてインバータの非線形動作を検出し、変調パタンの切り替えを行うことで、デッドタイムの悪影響を除去したインバータ装置が記載されている。   In Patent Document 3, three PWM modulation patterns are provided for a pulse width modulation (hereinafter referred to as “PWM”) inverter of bipolar modulation, and a non-linear operation of the inverter is detected using a switching function. An inverter device is described in which the adverse effects of dead time are eliminated by switching.

又、非特許文献1には、専用ゼロ電流検出回路及びプログラマブルジックデバイス(FPGA)の高速演算回路を設け、出力電流の極性を正確に検出し、デッドタイムを無くす制御を実現しているモータドライブ用インバータが記載されている。   Non-Patent Document 1 includes a dedicated zero-current detection circuit and a high-speed arithmetic circuit for a programmable ic device (FPGA) to accurately detect the polarity of the output current and achieve control that eliminates dead time. Inverter is described.

特開2010−213365号公報JP 2010-213365 A 特開2010−142074号公報JP 2010-142074 A 特開2010−268584号公報JP 2010-268584 A

Yong-Kai Lin; Yen-Shin Lai; , "Dead-time elimination method and current polarity detection circuit for three-phase PWM-controlled inverter," ECCE 2009. IEEE , vol., no., pp.83-90, 20-24 Sept. 2009。Yong-Kai Lin; Yen-Shin Lai;, "Dead-time elimination method and current polarity detection circuit for three-phase PWM-controlled inverter," ECCE 2009. IEEE, vol., No., Pp.83-90, 20 -24 Sept. 2009.

しかしながら、従来の特許文献1〜3及び非特許文献1に記載されたインバータ装置では、次の(a)〜(d)のような課題があった。   However, the conventional inverter devices described in Patent Documents 1 to 3 and Non-Patent Document 1 have the following problems (a) to (d).

(a)特許文献1に記載されたインバータ装置では、装置の小型化をはかるため、高いスイッチング周波数が採用されている場合に、デットタイムの影響により、直流リンク電圧の利用率が低下する。そのため、理想スイッチ条件に比べ、高い直流リンク電圧を採用する必要がある。   (A) In the inverter device described in Patent Document 1, in order to reduce the size of the device, when a high switching frequency is employed, the utilization rate of the DC link voltage is reduced due to the influence of the dead time. Therefore, it is necessary to employ a higher DC link voltage than the ideal switch condition.

(b)特許文献2に記載されたインバータ装置では、IGBTの特性ばらつきに対応するため、実際のタンーオフ時間を測定する回路を追加したり、温度センサの追加などが必要なため、コストが上昇する。   (B) In the inverter device described in Patent Document 2, it is necessary to add a circuit for measuring an actual tan-off time or to add a temperature sensor in order to cope with variations in IGBT characteristics. .

(c)特許文献3に記載されたインバータ装置では、ユニポーラ変調を使用する場合、出力力率及び出力電力の変化によりインバータの動作特性が大きく変化するため、非線形動作検出の遅れの影響で、理想な出力特性を得られない。   (C) In the inverter device described in Patent Document 3, when unipolar modulation is used, the operating characteristics of the inverter greatly change due to changes in the output power factor and output power. The output characteristics cannot be obtained.

(d)非特許文献1に記載されたモータドライブ用インバータは、負荷インピーダンスが高いモータドライブの場合は有効と考える。しかし、系統連系インバータの場合は、インバータと商用系統間のインピーダンスが非常に低いため、軽負荷時の高調波歪が逆に大きくなる。   (D) The motor drive inverter described in Non-Patent Document 1 is considered effective in the case of a motor drive having a high load impedance. However, in the case of a grid-connected inverter, since the impedance between the inverter and the commercial system is very low, the harmonic distortion at light load increases.

本発明は、上記課題を解決し、低高調波歪、高効率かつ低コストなインバータ装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to solve the above problems and to provide an inverter device with low harmonic distortion, high efficiency, and low cost.

本発明のうち第1の発明のインバータ装置は、ブリッジ回路10と、フィルタ回路20と、第1の制御部30と、を備えたことを特徴とする。   The inverter device according to the first aspect of the present invention includes the bridge circuit 10, the filter circuit 20, and the first control unit 30.

前記ブリッジ回路10は、複数個のスイッチが、ブリッジ接続され、PWM信号Vに基づき、入力される第1の直流信号Vdcを第1の交流信号(Vinv,iinv)に変換するものである。前記フィルタ回路20は、前記第1の交流信号(Vinv,iinv)をフィルタリングして、第2の交流信号(Vac,i)を出力する回路である。 The bridge circuit 10 includes a plurality of switches connected in a bridge, and converts an input first DC signal V dc into a first AC signal (V inv , i inv ) based on the PWM signal V g. It is. The filter circuit 20 is a circuit that filters the first AC signal (V inv , i inv ) and outputs a second AC signal (V ac , i o ).

前記第1の制御部30は、インバータ指令信号irefに基づき、ブリッジ回路10に、前記PWM信号Vを出力するものである。前記第1の制御部30は、インバータ指令信号irefの値に応じて、前記複数個のスイッチと前記複数個のスイッチとをオン/オフ制御し、前記インバータ指令信号irefの値が、閾値(i/2)を超えたときは、前記ブリッジ回路10を閉ループ制御し、前記インバータ指令信号irefの値が、閾値(i/2)以下であるときは、前記ブリッジ回路10を開ループ制御する。 The first control unit 30, based on the inverter command signal i ref, the bridge circuit 10, and outputs the PWM signal V g. The first control unit 30, depending on the value of the inverter command signal i ref, the said plurality of switches and said plurality of switches on / off control, the values of the inverter command signal i ref is, the threshold value When (i r / 2) is exceeded, the bridge circuit 10 is closed-loop controlled, and when the value of the inverter command signal i ref is less than or equal to a threshold value ( ir / 2), the bridge circuit 10 is opened. Loop control.

前記第1の制御部30は、例えば、前記インバータ指令信号irefの値が正であるときには、一方の前記スイッチをオフ状態とし、かつ他方の前記スイッチをオン/オフ制御し、前記インバータ指令信号irefの値が負であるときには、前記他方のスイッチをオフ状態とし、かつ前記一方のスイッチをオン/オフ制御する。又、前記インバータ指令信号irefの値が、前記閾値(i/2)を超えたときは、前記インバータ指令信号iref及び前記第1の交流信号iinvとに基づき、前記ブリッジ回路10を閉ループ制御し、前記インバータ指令信号irefの値が、前記閾値(i/2)以下であるときは、前記インバータ指令信号irefに基づき、前記ブリッジ回路10を開ループ制御とする。 For example, when the value of the inverter command signal i ref is positive, the first control unit 30 turns off one of the switches and performs on / off control on the other switch, and the inverter command signal When the value of i ref is negative, the other switch is turned off and the one switch is turned on / off. When the value of the inverter command signal i ref exceeds the threshold ( ir / 2), the bridge circuit 10 is controlled based on the inverter command signal i ref and the first AC signal i inv. When the closed loop control is performed and the value of the inverter command signal i ref is equal to or less than the threshold value (i r / 2), the bridge circuit 10 is set to the open loop control based on the inverter command signal i ref .

第2の発明のインバータ装置は、第1の発明のインバータ装置に更に、コンバータと、第2の交流信号のピーク値に安定余裕度を付加するように、コンバータの出力電圧のレベルを制御する機能と、を付加したことを特徴とする。   The inverter device of the second invention further controls the level of the output voltage of the converter so as to add a stability margin to the peak value of the converter and the second AC signal to the inverter device of the first invention. And are added.

本発明のインバータ装置によれば、小電流出力領域を含め、高調波ひずみの大幅な改善ができる。また、PWM変調ゲート信号にデットタイムを挿入する必要をなくすことができ、直流リンク電圧を低減することができる。以上により、低高調波ひずみ、高効率かつ低コストで、インバータ装置を実現できる。   According to the inverter device of the present invention, the harmonic distortion can be significantly improved including the small current output region. Further, it is possible to eliminate the need to insert a dead time in the PWM modulation gate signal, and to reduce the DC link voltage. As described above, an inverter device can be realized with low harmonic distortion, high efficiency, and low cost.

第2の発明のインバータ装置によれば、交流電圧のピーク値に安定余裕度を付加した制御を行うことで、交流電圧の変化によらず、常に直流リンク電圧の最小化ができるので、インバータの高効率化を図ることができる。   According to the inverter device of the second invention, the DC link voltage can always be minimized regardless of the change in the AC voltage by performing the control with the stability margin added to the peak value of the AC voltage. High efficiency can be achieved.

図1は本発明の実施例1におけるインバータ装置の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an inverter device according to Embodiment 1 of the present invention. 図2は比較例のPWM信号波形(1)と出力波形(2)を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a PWM signal waveform (1) and an output waveform (2) of the comparative example. 図3は図1のインバータ装置における主要部の機能ブロック図である。FIG. 3 is a functional block diagram of the main part of the inverter device of FIG. 図4は図3におけるMOD1の第1の制御部のPWM信号の波形を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a waveform of the PWM signal of the first control unit of MOD1 in FIG. 図5は図3におけるMOD2の第1の制御部のPWM信号の波形を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a waveform of the PWM signal of the first control unit of MOD2 in FIG. 図6は図1における第1のインバータ指令信号とPWM信号の関係を示す波形図である。FIG. 6 is a waveform diagram showing the relationship between the first inverter command signal and the PWM signal in FIG. 図7は図3における第1の制御部を数理モデル化したブロック図である。FIG. 7 is a block diagram in which the first control unit in FIG. 3 is mathematically modeled. 図8は図3において、PI制御のみを比較例とした時の出力波形であって、定格出力の場合(1)と20%定格出力の場合(2)を示す波形図である。FIG. 8 is an output waveform when only PI control is used as a comparative example in FIG. 3, and is a waveform diagram showing a case of rated output (1) and a case of 20% rated output (2). 図9は定格出力時の出力電流及びPWM信号の波形を示す波形図であって、比較例の制御の場合(1)と図3の制御の場合(2)を示す波形図である。FIG. 9 is a waveform diagram showing waveforms of the output current and the PWM signal at the rated output, and is a waveform diagram showing the case of control in the comparative example (1) and the case of control in FIG. 3 (2). 図10は10%定格出力時の出力電流及びPWM信号の波形であって、比較例の制御の場合(1)と図3の制御の場合(2)を示す波形図である。FIG. 10 is a waveform diagram of the output current and the PWM signal at the time of 10% rated output, and shows the case of control in the comparative example (1) and the case of control in FIG. 3 (2). 図11は図3の制御と比較例の制御とによる全高調波ひずみの比較を示す特性比較図である。FIG. 11 is a characteristic comparison diagram showing a comparison of total harmonic distortion between the control of FIG. 3 and the control of the comparative example. 図12は、定格出力時の出力波形(1)と20%定格出力時の出力波形(2)を示す波形図である。FIG. 12 is a waveform diagram showing an output waveform (1) at the rated output and an output waveform (2) at the 20% rated output. 図13は図1及び図3の検証実験による全高調波ひずみの改善を示す特性比較図である。FIG. 13 is a characteristic comparison diagram showing the improvement of the total harmonic distortion by the verification experiment of FIGS. 1 and 3. 図14は3kW出力時のインダクタ電流波形を示す波形図であって、比較例の制御の場合(1)と図1及び図3の制御で直流リンク電圧を低減した場合(2)を示す波形図である。FIG. 14 is a waveform diagram showing the inductor current waveform at the time of 3 kW output, and shows the case of the control of the comparative example (1) and the case of reducing the DC link voltage by the control of FIGS. 1 and 3 (2). It is. 図15は図1及び図3の出力電流に対するリップル電流の特性の改善を示す特性比較図である。FIG. 15 is a characteristic comparison diagram showing improvement of the ripple current characteristic with respect to the output current of FIGS. 図16は実施例1の定格負荷率(出力電流/定格電流)に対する効率改善を示す特性比較図である。FIG. 16 is a characteristic comparison diagram showing efficiency improvement with respect to the rated load factor (output current / rated current) of Example 1. 図17は図1及び図3の直流リンク電圧を変化させた場合の効率の特性を示す特性図である。FIG. 17 is a characteristic diagram showing efficiency characteristics when the DC link voltage of FIGS. 1 and 3 is changed. 図18は本発明の実施例2におけるインバータ装置の構成を示すブロック図である。FIG. 18 is a block diagram showing the configuration of the inverter device according to the second embodiment of the present invention. 図19は本発明の実施例3におけるインバータ装置の構成を示すブロック図である。FIG. 19 is a block diagram showing a configuration of an inverter device according to Embodiment 3 of the present invention.

本発明を実施するための形態は、以下の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、明らかになるであろう。但し、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。   Modes for carrying out the present invention will become apparent from the following description of the preferred embodiments when read in light of the accompanying drawings. However, the drawings are only for explanation and do not limit the scope of the present invention.

(実施例1の構成)
図1は、本発明の実施例1におけるインバータ装置の構成を示すブロック図である。
(Configuration of Example 1)
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an inverter device according to Embodiment 1 of the present invention.

このインバータ装置は、例えば、系統連系インバータ装置であり、直流電圧VPVを出力する直流電源(例えば、太陽光発電(PV))1を有している。直流電源1には、直流/直流コンバータ(以下、「DC/DCコンバータ」という。)2が接続されている。DC/DCコンバータ2は、直流電源1の出力信号(VPV)のレベルを、後段に接続する回路に合わせてレベル変換する回路であり、この出力側に、電解コンデンサ3を介して、ブリッジ回路10が接続されている。 This inverter device is, for example, a grid-connected inverter device, and includes a DC power source (for example, photovoltaic power generation (PV)) 1 that outputs a DC voltage V PV . A DC / DC converter (hereinafter referred to as “DC / DC converter”) 2 is connected to the DC power source 1. The DC / DC converter 2 is a circuit that converts the level of the output signal (V PV ) of the DC power supply 1 in accordance with a circuit connected to a subsequent stage. A bridge circuit is connected to the output side via an electrolytic capacitor 3. 10 is connected.

ブリッジ回路10は、第1の直流信号(例えば、直流電圧)Vdcを入力して、第1の交流信号(例えば、交流電力,(iinv,Vinv))を出力する回路である。ブリッジ回路10は、ブリッジ接続された第1、第2、第3、及び第4のスイッチ(例えば、NPNトランジスタ)11〜14を有し、この出力側に、フィルタ回路20が接続されている。第1〜第4のNPNトランジスタ11〜14の各ベースには、PWM信号Vgl+,Vgl−g2+,Vg2−,が、それぞれ入力されている。又、各NPNトランジスタ11〜14のコレクタ・エミッタ間には、回生用のダイオード11a〜14aがそれぞれ逆方向に接続されている。 The bridge circuit 10 is a circuit that inputs a first DC signal (for example, DC voltage) V dc and outputs a first AC signal (for example, AC power, (i inv , V inv )). The bridge circuit 10 includes first, second, third, and fourth switches (for example, NPN transistors) 11 to 14 that are bridge-connected, and a filter circuit 20 is connected to the output side. PWM signals V gl + , V gl− V g2 + , and V g2− are input to the bases of the first to fourth NPN transistors 11 to 14, respectively. Further, regenerative diodes 11a to 14a are connected in the opposite direction between the collectors and emitters of the NPN transistors 11 to 14, respectively.

フィルタ回路20(例えば、コイル21とコンデンサ22とで構成され、交流電力(iinv,Vinv)のリップル成分を低減して、第2の交流信号(例えば、交流電力(i,Vac))を出力する回路であり、この出力側に、交流系統50が接続されている。交流系統50は、交流電源50を有し、配電線路等を通してインバータ装置と接続されている。ここで、51,53は配電線路のインダクタンス、52,54は配電線路の抵抗インピーダンスを示している。フィルタ回路20のインダクタ21とコンデンサ22の間と電流検出器23の入力とが接続されている。電流検出器23は、第2の交流電流iと位相が異なる第1の交流電流iinvを検出し、この検出信号を第1の制御部30に供給している。第2の交流電流iと第1の交流電流iinvとで位相が異なる理由は、コンデンサ22に電流が流れるためである。フィルタ回路20と交流系統50接続点には、第2の交流電圧Vacを検出する電圧検出器24が接続され、この検出信号を第1の制御部30に供給している。 The filter circuit 20 (for example, composed of a coil 21 and a capacitor 22, reduces the ripple component of the AC power (i inv , V inv ) and reduces the second AC signal (for example, AC power (i o , V ac )). ), And an AC system 50 is connected to the output side of the AC system 50. The AC system 50 includes an AC power supply 50 and is connected to an inverter device through a distribution line etc. 51 53 and 53 show the inductance of the distribution line, and 52 and 54 show the resistance impedance of the distribution line, between the inductor 21 and the capacitor 22 of the filter circuit 20 and the input of the current detector 23. The current detector. 23, the second alternating current i o and phase detects a different first alternating current i inv, and supplies the detection signal to the first control unit 30. second alternating current i When why different phases in the first alternating current i inv is because a current flows through the capacitor 22. The filter circuit 20 AC system 50 connecting point, the voltage detector for detecting a second alternating voltage V ac A device 24 is connected to supply the detection signal to the first control unit 30.

第1の制御部30は、第1のインバータ指令信号irefに基づき、ブリッジ回路10内のNPNトランジスタ11〜14の各ベースに、PWM信号Vgl+,Vg2+,Vg2−,Vgl−をそれぞれ出力するものである。ここで、第1のインバータ指令信号irefは、DC/ACインバータ10の出力する第1の交流信号iinvを決定する信号であって、例えば、外部から与えられる。第1の制御部30は、第1、第2のインバータ指令信号生成部31,32と、リップル電流演算部33と、インバータ指令信号選択部34と、ゲート信号生成部35とから構成されている。 Based on the first inverter command signal i ref , the first control unit 30 applies PWM signals V gl + , V g2 + , V g2− , V gl− to the bases of the NPN transistors 11 to 14 in the bridge circuit 10. Each is output. Here, the first inverter command signal i ref is a signal for determining the first AC signal i inv output from the DC / AC inverter 10, and is given from the outside, for example. The first control unit 30 includes first and second inverter command signal generation units 31 and 32, a ripple current calculation unit 33, an inverter command signal selection unit 34, and a gate signal generation unit 35. .

第1のインバータ指令信号生成部31は、第1のインバータ指令信号irefと、第1の交流信号(例えば、交流電流)iinvと、第2の交流信号(例えば、交流電圧)Vacに基づき、2種類のモード(1,6)に対応した2種類のインバータ変調信号を生成し、インバータ指令信号選択部34に供給する機能を有している。第2のインバータ信号生成部32は、第1のインバータ指令信号irefに基づき、4種類のモード(2,3,4,5)に対応した4種類のインバータ変調信号を生成し、インバータ指令信号選択部34に供給する機能を有している。リップル電流演算部33は、第2の交流信号(例えば、交流電圧)Vacと第1の直流電圧Vdcに基づき、リップル電流iを算出し、インバータ指令信号選択部34に供給する機能を有している。 The first inverter command signal generator 31 generates a first inverter command signal i ref , a first AC signal (for example, AC current) i inv, and a second AC signal (for example, AC voltage) V ac . Based on this, it has a function of generating two types of inverter modulation signals corresponding to the two types of modes (1, 6) and supplying them to the inverter command signal selector 34. The second inverter signal generation unit 32 generates four types of inverter modulation signals corresponding to the four types of modes (2, 3, 4, 5) based on the first inverter command signal i ref , and generates an inverter command signal. It has a function of supplying to the selector 34. Ripple current computing unit 33, the second AC signal (e.g., an AC voltage) based on V ac and the first DC voltage V dc, calculates the ripple current i r, a function of supplying the inverter command signal selector 34 Have.

インバータ指令信号選択部34は、第1のインバータ指令信号iref、リップル電流i、及び第2の交流電圧Vacに基づき、第1のインバータ指令信号生成部31及び第2のインバータ信号生成部32から供給される6種類のモード1〜6に対応した6種類のインバータ変調信号の内から第2のインバータ指令信号Vrefを一つ選択し、この信号をゲート信号生成部35に供給する機能を有している。又、ゲート信号生成部35は、インバータ指令信号選択部34によって選択されたインバータ指令変調Vrefに基づいて、ブリッジ回路10内のNPNトランジスタ11〜14の各ゲート入力に、PWM信号V(=Vgl+,Vg2+,Vg2−,Vgl−)をそれぞれ与える機能を有している。 The inverter command signal selection unit 34 includes a first inverter command signal generation unit 31 and a second inverter signal generation unit based on the first inverter command signal i ref , the ripple current i r , and the second AC voltage V ac. The function of selecting one second inverter command signal V ref from the six types of inverter modulation signals corresponding to the six types of modes 1 to 6 supplied from 32 and supplying this signal to the gate signal generation unit 35 have. Further, the gate signal generation unit 35 applies the PWM signal V g (=) to each gate input of the NPN transistors 11 to 14 in the bridge circuit 10 based on the inverter command modulation V ref selected by the inverter command signal selection unit 34. V gl + , V g2 + , V g2− , V gl− ).

(比較例の動作)
図2(1),(2)は、比較例の動作を説明するための図であり、同図(1)の(a)は直流リンク電圧Vdcで規格化したインバータ変調信号mref(=Vref/Vdc)の制御タイミング、(b)〜(e)は、PWM信号V(=Vgl+,Vg2+,Vg2−,Vgl−)の制御タイミング、(f)は第1の交流電圧の波形、(g)は第1の交流電流の波形を示すタイムチャート、及び同図(2)の(a)〜(d)は、その制御時の出力波形を示す図である。
(Operation of comparative example)
FIGS. 2A and 2B are diagrams for explaining the operation of the comparative example. FIG. 2A shows an inverter modulation signal m ref (=) normalized by the DC link voltage V dc. (V ref / V dc ) control timing, (b) to (e) are PWM signal V g (= V gl + , V g2 + , V g2− , V gl− ) control timing, and (f) is the first control timing. The waveform of the alternating voltage, (g) is a time chart showing the waveform of the first alternating current, and (a) to (d) of FIG. 2 (2) are diagrams showing the output waveforms during the control.

ブリッジ回路10を構成するNPNトランジスタ11〜14のうち、NPNトランジスタ11,12とNPNトランジスタ13,14とは、ブリッジ回路10の入力側からみたとき、それぞれ直列に接続されている。この直列に接続されたNPNトランジスタ11とNPNトランジスタ12、又はNPNトランジスタ13とNPNトランジスタ14が同時に導通すると、電源の負荷が短絡状態(以下「アーム短絡」という。)となり、例えば、ブリッジ回路10を破壊するおそれがある。そこで、図2(1)では、例えば、直列接続されたNPNトランジスタ11とNPNトランジスタ12の各ベースに入力されるPWM信号Vgl+,Vg1−が共に導通状態にならないように、デットタイムTが挿入されている。PWM信号Vg2+,Vg2−についても、同様に、アーム短絡を防止するために、デッドタイムTが挿入されている。 Among the NPN transistors 11 to 14 constituting the bridge circuit 10, the NPN transistors 11 and 12 and the NPN transistors 13 and 14 are connected in series when viewed from the input side of the bridge circuit 10. When the NPN transistor 11 and the NPN transistor 12 connected in series or the NPN transistor 13 and the NPN transistor 14 are simultaneously turned on, the load of the power supply is short-circuited (hereinafter referred to as “arm short-circuit”). There is a risk of destruction. Therefore, in FIG. 2A, for example, the dead time T d is set so that the PWM signals V gl + and V g1− input to the respective bases of the NPN transistor 11 and the NPN transistor 12 connected in series are not brought into conduction. Has been inserted. Similarly, for the PWM signals V g2 + and V g2− , a dead time Td is inserted in order to prevent an arm short circuit.

図2(2)は、図2(1)の制御の場合の第2の交流電圧Vac及び第2の交流電流iの波形を示している。デットタイムTの影響で、第2の交流電流iに、高調波ひずみが観測される。 2 (2) shows a second waveform of the AC voltage V ac and the second alternating current i o in the case of the control of FIG. 2 (1). The influence of the dead time T d, the second alternating current i o, harmonic distortion is observed.

(実施例1の動作)
本実施例1のインバータ装置の動作について、図3〜図7を参照しつつ、以下説明する。
(Operation of Example 1)
The operation of the inverter device according to the first embodiment will be described below with reference to FIGS.

図3は、図1のインバータ装置における主要部をモデル化した機能ブロック図である。   FIG. 3 is a functional block diagram modeling the main part of the inverter device of FIG.

第1のインバータ指令信号生成部31は、減算器31a、PI制御部31b、及び加算器31cと、により構成されている。減算器31aとPI制御部31bと加算器31cとで協働して、第1のインバータ指令信号irefと第1の交流電流iinvとの差が減少するように、PI制御部31bの出力を制御することによって、インバータ変調信号Vrefを生成する。第2のインバータ指令信号生成部32は、モード(以下「MOD」という。)MOD2機能ブロック32a、MOD3機能ブロック32b、MOD4機能ブロック32c、MOD5機能ブロック32dにより構成されている。インバータ指令選択部34は、スイッチ34a〜34fにより構成されている。ゲート信号生成部35は、割算部35a(1/Vdc)35aと、PWM制御部35bと、駆動回路部35cとから構成されている。ブリッジ回路10は、フィルタ回路20に接続されている。 The first inverter command signal generation unit 31 includes a subtractor 31a, a PI control unit 31b, and an adder 31c. In cooperation with the subtractor 31a, the PI control unit 31b, and the adder 31c, the output of the PI control unit 31b so that the difference between the first inverter command signal i ref and the first alternating current i inv decreases. Is controlled to generate the inverter modulation signal V ref . The second inverter command signal generation unit 32 includes a mode (hereinafter referred to as “MOD”) MOD2 function block 32a, MOD3 function block 32b, MOD4 function block 32c, and MOD5 function block 32d. The inverter command selection unit 34 includes switches 34a to 34f. The gate signal generation unit 35 includes a division unit 35a (1 / V dc ) 35a, a PWM control unit 35b, and a drive circuit unit 35c. The bridge circuit 10 is connected to the filter circuit 20.

本実施例1では、制御は6つのMOD1,MOD2,MOD3,MOD4,MOD5,MOD6間を遷移し、各MOD1〜MOD6は、以下の条件により定義される。
MOD1:i/2<iref
MOD2:0≦iref≦i/2、かつ0≦Vac
MOD3:0≦iref≦i/2、かつVac<0
MOD4:−i/2≦iref<0、かつVac<0
MOD5:−i/2≦iref<0、かつ0≦Vac
MOD6:iref<−i/2
In the first embodiment, the control transitions between six MOD1, MOD2, MOD3, MOD4, MOD5 and MOD6, and each of MOD1 to MOD6 is defined by the following conditions.
MOD1: i r / 2 <i ref
MOD2: 0 ≦ i ref ≦ i r / 2 and 0 ≦ V ac
MOD3: 0 ≦ i ref ≦ i r / 2 and V ac <0
MOD4: −i r / 2 ≦ i ref <0 and V ac <0
MOD5: −i r / 2 ≦ i ref <0 and 0 ≦ V ac
MOD6: i ref <−i r / 2

ここで、irefは第1のインバータ指令信号、iはリップル電流の大きさ、Vacは第2の交流電圧の大きさである。 Here, i ref is the magnitude of the first inverter command signal, i r is the ripple current, the V ac is the magnitude of the second AC voltage.

MOD1,MOD6の場合、第1のインバータ指令信号生成部31の出力信号が、インバータ指令信号選択部34により、インバータ変調信号Vrefとして選択される。ゲート信号生成部35は、インバータ変調信号Vrefに基づき、割算部(1/Vdc)35aと、PWM制御部35b及び駆動回路部35cにより、PWM信号V(=Vgl+,Vg2+,Vg2−,Vgl−)を出力する。 In the case of MOD1 and MOD6, the output signal of the first inverter command signal generation unit 31 is selected by the inverter command signal selection unit 34 as the inverter modulation signal Vref . Based on the inverter modulation signal V ref , the gate signal generation unit 35 uses the division unit (1 / V dc ) 35a, the PWM control unit 35b, and the drive circuit unit 35c to generate the PWM signals V g (= V gl + , V g2 + , V g2− , V gl− ) are output.

図4の(a)〜(g)は、図3におけるMOD1の場合の第1の制御部30の制御タイミングを示すタイムチャートである。   4A to 4G are time charts showing the control timing of the first control unit 30 in the case of MOD1 in FIG.

図4の(a)は直流リンク電圧Vdcで規格化したインバータ変調信号mref(=Vref、/Vdc)、(b)はPWM信号Vgl+、(c)はPWM信号Vg1−、(d)はPWM信号Vg2+、(e)はPWM信号Vg2−、(f)は第1の交流電圧Vinv、及び(g)は第1の交流電流iinvの波形をそれぞれ示している。MOD6の場合は、MOD1の場合と同様の動作であるので、MOD6についてのタイムチャートは省略する。 4A shows the inverter modulation signal m ref (= V ref , / V dc ) normalized by the DC link voltage V dc , FIG. 4B shows the PWM signal V gl + , and FIG . 4C shows the PWM signal V g1- (D) shows the waveform of the PWM signal V g2 + , (e) shows the waveform of the PWM signal V g2- , (f) shows the first AC voltage V inv , and (g) shows the waveform of the first AC current i inv , respectively. . In the case of MOD6, since the operation is the same as that in the case of MOD1, the time chart for MOD6 is omitted.

MOD1,MOD6の場合には、電流検出器23によって検出された第1の交流電流iinvが第1のインバータ指令信号生成部31に供給され、閉ループ制御が行われる。第1のインバータ指令信号生成部31は、第1のインバータ指令信号irefと第1の交流電流iinvとの差が減少するようにインバータ変調信号Vrefを出力する。 In the case of MOD1 and MOD6, the first AC current i inv detected by the current detector 23 is supplied to the first inverter command signal generation unit 31, and the closed loop control is performed. The first inverter command signal generation unit 31 outputs the inverter modulation signal V ref so that the difference between the first inverter command signal i ref and the first alternating current i inv decreases.

MOD2,3,4,5の場合は、第2のインバータ指令信号生成部32の出力信号が、インバータ指令信号選択部34により、インバータ変調信号Vrefとして選択される。ゲート信号生成部35は、インバータ変調信号Vrefに基づいて、PWM信号V(=Vgl+,Vg2+,Vg2−,Vgl−)を出力する。 In the case of MODs 2, 3, 4, and 5, the output signal of the second inverter command signal generation unit 32 is selected as the inverter modulation signal V ref by the inverter command signal selection unit 34. The gate signal generation unit 35 outputs a PWM signal V g (= V gl + , V g2 + , V g2− , V gl− ) based on the inverter modulation signal V ref .

図5の(a)〜(g)は、MOD2の場合の第1の制御部30の制御タイミングを示すタイムチャートである。   (A)-(g) of FIG. 5 is a time chart which shows the control timing of the 1st control part 30 in the case of MOD2.

図5の(a)は直流リンク電圧Vdcで規格化したインバータ変調信号mref(=Vref/Vdc)、(b)はPWM信号Vgl+、(c)はPWM信号Vg1−、(d)はPWM信号Vg2+、(e)はPWM信号Vg2−、(f)は第1の交流電圧Vinv、及び(g)は第1の交流電流iinvの波形をそれぞれ示している。MOD3〜5の場合は、MOD2の場合と同様の動作であるので、MOD3〜5についてのタイムチャートは省略する。 5A shows the inverter modulation signal m ref (= V ref / V dc ) normalized by the DC link voltage V dc , FIG. 5B shows the PWM signal V gl + , and FIG . 5C shows the PWM signal V g1− , ( d) shows the waveform of the PWM signal V g2 + , (e) shows the PWM signal V g2- , (f) shows the waveform of the first AC voltage V inv , and (g) shows the waveform of the first AC current i inv , respectively. In the case of MOD3 to 5, since the operation is the same as that in the case of MOD2, the time chart for MOD3 to 5 is omitted.

MOD2〜5の場合、第2のインバータ指令信号生成部32は、第1のインバータ指令信号irefのみにより、インバータ変調信号Vrefを生成するため、開ループ制御となる。 In the case of MOD2 to MOD5, the second inverter command signal generation unit 32 generates the inverter modulation signal V ref only by the first inverter command signal i ref , so that the open loop control is performed.

図6は、図1における第1のインバータ指令信号irefとPWM信号Vgl+,Vg2+,Vg2−,及びVgl−の関係を示す波形図である。 6, + first inverter command signal i ref and the PWM signal V gl in Fig. 1, V g2 +, V G2-, and is a waveform diagram showing a relationship between V GL-.

第1のインバータ指令信号irefが正の時には、NPNトランジスタ12及び13はオフ状態とされ、NPNトランジスタ11及び14がオン/オフ制御される。第1のインバータ指令信号irefが負の時には、NPNトランジスタ11及び14はオフ状態とされ、NPNトランジスタ12及び13がオン/オフ制御される。NPNトランジスタ11とNPNトランジスタ12、NPNトランジスタ13とNPNトランジスタ14の同時オンの恐れがないため、デッドタイムを挿入しない。 When the first inverter command signal i ref is positive, the NPN transistors 12 and 13 are turned off, and the NPN transistors 11 and 14 are on / off controlled. When the first inverter command signal i ref is negative, the NPN transistors 11 and 14 are turned off, and the NPN transistors 12 and 13 are on / off controlled. Since there is no fear of the NPN transistor 11 and the NPN transistor 12 and the NPN transistor 13 and the NPN transistor 14 being simultaneously turned on, no dead time is inserted.

図7は、図3〜図6の結果に基づいて、図3における第1の制御部30を数理モデル化したブロック図である。   FIG. 7 is a block diagram in which the first control unit 30 in FIG. 3 is mathematically modeled based on the results of FIGS.

同図は、インバータ指令信号Vrefと、第1の交流電流iinvとの関係を表すための数理モデルである。インバータ指令信号irefを、第1の交流電流iinvの平均値/iinvとした場合の数理モデルである。MOD1ブロック31−1、MOD2ブロック32a、MOD3ブロック32b、MOD4ブロック32c、MOD5ブロック32d、MOD6ブロック31−2は、それぞれ、MOD1〜6に対応して、以下の式の第1の交流電流iinvを出力する。
MOD1:iinv=(1/(s・L))・(Vref−Vac)+i/2
MOD2:iinv=(Vref/Vac・(i/2)
MOD3:iinv=((Vref+Vdc)/(Vac+Vdc))・(i/2)
MOD4:iinv=−(Vref/Vac・(i/2)
MOD5:iinv=−((Vref−Vdc)/(Vac−Vdc))・(i/2)
MOD6:iinv=(1/(s・L))・(Vref−Vac)−i/2
The figure is a mathematical model for representing the relationship between the inverter command signal V ref and the first alternating current i inv . It is a mathematical model when the inverter command signal i ref is the average value of the first alternating current i inv / i inv . The MOD1 block 31-1, the MOD2 block 32a, the MOD3 block 32b, the MOD4 block 32c, the MOD5 block 32d, and the MOD6 block 31-2 correspond to MOD1 to MOD6, respectively, and the first alternating current i inv of the following equation Is output.
MOD1: i inv = (1 / (s · L f )) · (V ref −V ac ) + ir / 2
MOD2: i inv = (V ref / V ac ) 2 · (i r / 2)
MOD3: i inv = ((V ref + V dc ) / (V ac + V dc )) 2 · (i r / 2)
MOD4: i inv = − (V ref / V ac ) 2 · (i r / 2)
MOD5: i inv = − ((V ref −V dc ) / (V ac −V dc )) 2 · (i r / 2)
MOD6: i inv = (1 / (s · L f)) · (V ref -V ac) -i r / 2

ここで、sはラプラス演算子、iinvは第1の交流電流の大きさ、Lはフィルタ回路20のインダクタンスの値、Vrefはインバータ変調信号の大きさ、Vacは第2の交流電流の大きさ、iはインダクタのリップル電流の大きさをそれぞれ表している。 Here, s is a Laplace operator, i inv is the magnitude of the first alternating current, L f is the value of the inductance of the filter circuit 20, V ref is the magnitude of the inverter modulation signal, and V ac is the second alternating current. the size of, i r denotes the magnitude of the ripple current in the inductor, respectively.

また、インバータ指令信号選択部33は、スイッチ34a〜34fにより表している。   The inverter command signal selection unit 33 is represented by switches 34a to 34f.

(実施例1のシミュレーション結果)
本発明の実施例1のインバータ装置のシミュレーション結果について、図8〜図11を参照しつつ、以下説明する。
(Simulation result of Example 1)
A simulation result of the inverter device according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

図8は、従来の一般なPI制御による実施例1の制御時の出力波形を示す波形図である。   FIG. 8 is a waveform diagram showing an output waveform at the time of control according to the first embodiment by conventional general PI control.

図8(1)、(2)は、図3において、PI制御のみを比較例とした時の出力波形であって、定格出力の場合と20%定格出力の場合を示す。   8 (1) and 8 (2) are output waveforms when only PI control is used as a comparative example in FIG. 3, and shows a case of rated output and a case of 20% rated output.

図8(1)の(a)〜(d)は定格出力の場合、図8(2)の(a)〜(d)は20%定格出力の場合を示している。図8(1)、(2)において、(a)は第2の交流電圧Vac、(b)は第2の交流電流i、(c)はPWM号Vgl+、及び(d)はPWM信号Vg1−である。 (A) to (d) in FIG. 8 (1) show the case of rated output, and (a) to (d) of FIG. 8 (2) show the case of 20% rated output. 8 (1) and (2), (a) is the second AC voltage V ac , (b) is the second AC current i o , (c) is the PWM number V gl + , and (d) is the PWM. Signal Vg1- .

第2の交流電流iに着目すると、20%定格出力の出力波形は、定格出力時の第2の交流電流iに比べ、高調波ひずみが大きい。 Focusing on the second alternating current i o , the output waveform of the 20% rated output has higher harmonic distortion than the second alternating current i o at the rated output.

図9(1)、(2)は、定格出力時の出力電流i及びPWM信号Vの波形を示す波形図である。 FIGS. 9A and 9B are waveform diagrams showing waveforms of the output current i o and the PWM signal V g at the rated output.

図9(1)の(a)〜(e)は比較例の制御の場合を示し、図9(2)の(a)〜(e)は本実施例1の制御の場合を示している。図9(1)、(2)において、(a)は第2の交流電流i、(b)はPWM信号Vgl+、(c)はPWM信号Vg1−、(d)はPWM信号Vg2+、及び(e)はPWM信号Vg2−の波形をそれぞれ示している。 (A) to (e) of FIG. 9 (1) show the case of the control of the comparative example, and (a) to (e) of FIG. 9 (2) show the case of the control of the first embodiment. 9 (1) and 9 (2), (a) is the second AC current i o , (b) is the PWM signal V gl + , (c) is the PWM signal V g1− , and (d) is the PWM signal V g2 +. , And (e) show the waveform of the PWM signal V g2- , respectively.

比較例の制御の場合の全高調波ひずみ(THD)は、3.0%であるのに対し、本実施例1の制御の場合の全高調波ひずみは、0.5%である。本実施例1の制御の場合の全高調波ひずみ(THD)は、比較例の制御の場合の全高調波ひずみ(THD)に比べ、大幅に改善されている。   The total harmonic distortion (THD) in the control of the comparative example is 3.0%, whereas the total harmonic distortion in the control of the first embodiment is 0.5%. The total harmonic distortion (THD) in the case of the control of the first embodiment is greatly improved as compared with the total harmonic distortion (THD) in the case of the control of the comparative example.

図10(1)、(2)は、10%定格出力時の出力電流i及びPWM信号Vの波形を示す波形図である。 FIGS. 10A and 10B are waveform diagrams showing waveforms of the output current i o and the PWM signal V g at the 10% rated output.

図10(1)の(a)〜(e)は比較例の制御の場合を示し、図10(2)の(a)〜(e)は実施例1の制御の場合を示している。図10(1)、(2)において、(a)は第2の交流電流i、(b)はPWM信号Vgl+、(c)はPWM信号Vg1−、(d)はPWM信号Vg2+、及び(e)はPWM信号Vg2−の波形をそれぞれ示している。 (A) to (e) of FIG. 10 (1) show the case of the control of the comparative example, and (a) to (e) of FIG. 10 (2) show the case of the control of the first embodiment. 10 (1) and 10 (2), (a) is the second alternating current i o , (b) is the PWM signal V gl + , (c) is the PWM signal V g1− , and (d) is the PWM signal V g2 +. , And (e) show the waveform of the PWM signal V g2- , respectively.

比較例の制御の場合の全高調波ひずみ(THD)は、11.5%であるのに対し、実施例1の制御の場合の全高調波ひずみ(THD)は、3.9%である。本実施例1の制御の場合の全高調波ひずみ(THD)は、比較例の制御の場合の全高調波ひずみ(THD)に比べ、大幅に改善されている。   The total harmonic distortion (THD) in the control of the comparative example is 11.5%, whereas the total harmonic distortion (THD) in the control of the first embodiment is 3.9%. The total harmonic distortion (THD) in the case of the control of the first embodiment is greatly improved as compared with the total harmonic distortion (THD) in the case of the control of the comparative example.

図11は、図3の制御と比較例の制御とによる全高調波ひずみ比較を示す特性比較図である。   FIG. 11 is a characteristic comparison diagram showing a comparison of total harmonic distortion by the control of FIG. 3 and the control of the comparative example.

出力定格の5%〜100%の範囲で、本実施例1の制御の場合の全高調波ひずみ(THD)は、比較例の制御の場合の全高調波ひずみに比べ、大幅に改善されている。   In the range of 5% to 100% of the output rating, the total harmonic distortion (THD) in the case of the control of the first embodiment is greatly improved compared to the total harmonic distortion in the case of the control of the comparative example. .

(実施例1の実証実験結果)
図1及び図3のインバータ装置について行った実証実験結果について、図12〜図17を参照しつつ、以下説明する。
(Results of demonstration experiment of Example 1)
The result of the verification experiment performed on the inverter device of FIGS. 1 and 3 will be described below with reference to FIGS.

図12は、(1)、(2)は、実証実験の結果を示す第2の交流信号(Vac,i)及びPWM信号の波形を示す波形図である。 FIGS. 12A and 12B are waveform diagrams showing waveforms of the second AC signal (V ac , i o ) and the PWM signal showing the results of the demonstration experiment.

図12(1)の(a)〜(d)は定格出力時の波形を示し、図12(2)の(a)〜(d)は20%定格出力時の波形を示している。図12(1)、(2)において、(a)は第2の交流電圧Vac、(b)は第2の交流電流i、(c)はPWM信号Vgl+、(d)はPWM信号Vg1−の波形をそれずれ示している。 (A) to (d) in FIG. 12 (1) show waveforms at the rated output, and (a) to (d) in FIG. 12 (2) show waveforms at the 20% rated output. 12 (1) and 12 (2), (a) is a second AC voltage V ac , (b) is a second AC current i o , (c) is a PWM signal V gl + , and (d) is a PWM signal. The waveform of V g1− is shown as shifted.

図13は、図1及び図3の実証実験による全高調波ひずみ(THD)の特性比較を示す特性比較図である。   FIG. 13 is a characteristic comparison diagram showing a characteristic comparison of total harmonic distortion (THD) by the demonstration experiment of FIGS. 1 and 3.

実施例1の制御の場合の全高調波ひずみ(THD)は、比較例の制御の場合の全高調波ひずみ(THD)に比べ、大幅に改善されている。   The total harmonic distortion (THD) in the case of the control of the first embodiment is greatly improved as compared with the total harmonic distortion (THD) in the case of the control of the comparative example.

図14は、3kW出力時のインダクタ電流波形を示す波形図である。
図14(1)は比較例の制御の場合、図14(2)は実施例1の制御の場合の、(a)はインダクタ電流波形、(b)は出力電流波形を、それぞれ示している。
FIG. 14 is a waveform diagram showing an inductor current waveform at the time of 3 kW output.
FIG. 14 (1) shows the case of the control of the comparative example, FIG. 14 (2) shows the case of the control of the embodiment 1, (a) shows the inductor current waveform, and (b) shows the output current waveform.

実施例1の制御の場合の方が比較例の制御の場合に比べ、インダクタ電流のリップル成分が少ないことが観測できる。インダクタ電流(a)から出力電流(b)を減算した電流が、インダクタのリップル電流iとなる。 It can be observed that the ripple component of the inductor current is smaller in the case of the control of the first embodiment than in the case of the control of the comparative example. Inductor current current by subtracting the output current (b) from (a) is a ripple current i r of the inductor.

図15は、定格負荷率(出力電流/定格電流)に対するインダクタのリップル電流iの特性比較を示す特性比較図である。 Figure 15 is a characteristic comparison diagram showing a characteristic comparison of the ripple current i r of the inductor to the rated load factor (output current / rated current).

図15において、(a)は比較例の制御の場合、(b)は本実施例1の制御の場合の定格負荷率(出力電流/定格電流)に対するインダクタのリップル電流iのそれぞれの特性を示している。 15, (a) shows the case of control of Comparative Example, (b) each of the characteristics of the ripple current i r of the inductor with respect to the rated load factor in the case of the control of the first embodiment (the output current / rated current) Show.

本実施例1の制御の場合のインダクタのリップル電流iは、比較例の制御の場合のインダクタのリップル電流iに比べ、約20%改善されている。 Ripple current i r inductor when the control of the first embodiment, compared with the ripple current i r inductor when the control of the comparative example, is improved by about 20%.

図16は、定格負荷率(出力電流/定格電流)に対する効率の特性比較を示す特性比較図である。   FIG. 16 is a characteristic comparison diagram showing a characteristic comparison of efficiency with respect to the rated load factor (output current / rated current).

図16において、(a)は本実施例1の制御の場合、(b)は比較例の制御の場合の効率をそれぞれ示している。   In FIG. 16, (a) shows the efficiency in the case of the control of the first embodiment, and (b) shows the efficiency in the case of the control of the comparative example.

本実施例1の制御の場合の効率は、比較例の制御の場合の効率に比べ、改善されている。特に、小電流出力領域で、大幅に改善されている。   The efficiency in the case of the control of the first embodiment is improved as compared with the efficiency in the case of the control of the comparative example. In particular, it is greatly improved in the small current output region.

図17は、図1の入力電流である第1の直流電圧Vdcを変化させた場合の効率の特性を示す特性図である。 FIG. 17 is a characteristic diagram showing efficiency characteristics when the first DC voltage V dc that is the input current of FIG. 1 is changed.

この特性図から、直流リンク電圧を低減した時に、変換効率を改善できることを確認できる。本実施例1の場合、同じ出力を行うため、直流リンク電圧を低減することができるため、装置の変換効率を改善できる。   From this characteristic diagram, it can be confirmed that the conversion efficiency can be improved when the DC link voltage is reduced. In the case of the first embodiment, since the same output is performed, the DC link voltage can be reduced, so that the conversion efficiency of the apparatus can be improved.

(実施例1の効果)
本実施例1によれば、アーム短絡を防止するために、デットタイムを設ける必要がなくなるので、全高調波ひずみ、リップル電流iを、比較例の制御に比べ、大幅に改善することができる。特に、定格出力に対し、出力電流iが少ない場合に、全高調波ひずみ、及びリップル電流iの改善効果が顕著である。更に、直流リンク電圧を最小化することができるので、効率を改善できると共に、直流リンクコンデンサ3を小型化することができる。
(Effect of Example 1)
According to the first embodiment, in order to prevent the arm short circuit, since it is not necessary to provide a dead time, total harmonic distortion, the ripple current i r, compared with the control in the comparative example, it is possible to greatly improve . In particular, the rated output, if the output current i o is small, total harmonic distortion, and the effect of improving the ripple current i r is remarkable. Furthermore, since the DC link voltage can be minimized, the efficiency can be improved and the DC link capacitor 3 can be miniaturized.

(実施例1の変形例)
図1のブリッジ回路10は、NPNトランジスタ11〜14に代えて、PNPトランジスタや、MOSトランジスタ等のユニポーラトランジスタで構成してもよい。更に、フルブリッジのインバータ装置のみならず、ハーフブリッジのインバータ(スイッチ2個)や三相のフルブリッジのインバータ装置(スイッチ6個)でも可能である。これにより、実施例1とほぼ同等の作用、効果を奏することができる。
(Modification of Example 1)
The bridge circuit 10 of FIG. 1 may be configured by a unipolar transistor such as a PNP transistor or a MOS transistor instead of the NPN transistors 11 to 14. Further, not only a full-bridge inverter device but also a half-bridge inverter (two switches) and a three-phase full-bridge inverter device (six switches) are possible. Thereby, substantially the same operation and effect as the first embodiment can be achieved.

(実施例2の構成、動作)
図18は、本発明の実施例2におけるインバータ装置の構成を示すブロック図であり、実施例1を示す図1中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
(Configuration and operation of embodiment 2)
FIG. 18 is a block diagram showing the configuration of the inverter device according to the second embodiment of the present invention. Elements common to those in FIG. 1 showing the first embodiment are denoted by common reference numerals.

本実施例2のインバータ装置では、実施例1の第1の制御部30に代えて、これとは構成の異なる第1の制御部30Aが設けられている。本実施例2の第1の制御部30Aでは、実施例1の第1の制御部30に対し、直流リンク電圧指令生成部36と、直流リンク電圧制御部37とが付加されている。直流リンク電圧指令生成部36は、電圧検出器24の検出信号Vacを入力し、第2の交流電圧Vacのピーク値に安全余裕度を付加した第1の直流電圧指令信号Vdcrefを生成し、直流リンク電圧制御部37に出力する機能を有している。直流リンク電圧制御部37は、直流リンク電圧Vdcと前記第1の直流電圧指令信号Vdcrefとが一致するように、第1のインバータ指令信号irefを調整した第2のインバータ指令信号irefAを出力する機能を有している。第2のインバータ指令信号irefAは、第1のインバータ指令信号生成部31、及び第2のインバータ指令信号生成部32に供給され、インバータ指令信号選択部34により、インバータ変調信号Vrefが選択される。その他の構成は、実施例1の構成と同様である。 In the inverter device according to the second embodiment, a first control unit 30A having a different configuration from that of the first control unit 30 according to the first embodiment is provided. In the first control unit 30A of the second embodiment, a DC link voltage command generation unit 36 and a DC link voltage control unit 37 are added to the first control unit 30 of the first embodiment. The DC link voltage command generation unit 36 receives the detection signal V ac of the voltage detector 24 and generates a first DC voltage command signal V dcref in which a safety margin is added to the peak value of the second AC voltage Vac. , And has a function of outputting to the DC link voltage control unit 37. The DC link voltage control unit 37 adjusts the first inverter command signal i ref so that the DC link voltage V dc matches the first DC voltage command signal V dcref, and the second inverter command signal i refA is adjusted. It has a function to output. The second inverter command signal i refA is supplied to the first inverter command signal generation unit 31 and the second inverter command signal generation unit 32, and the inverter modulation signal V ref is selected by the inverter command signal selection unit 34. The Other configurations are the same as those of the first embodiment.

(実施例2の効果)
実施例2によれば、交流電圧のピーク値に安定余裕度を付加した制御を行うことで、交流電圧の変化によらず、常に直流リンク電圧の最小化ができるので、インバータの高効率化を図ることができる。
(Effect of Example 2)
According to the second embodiment, the DC link voltage can always be minimized regardless of the change in the AC voltage by performing the control with the stability margin added to the peak value of the AC voltage, so that the efficiency of the inverter can be increased. Can be planned.

(実施例3の構成)
図19は、本発明の実施例3におけるインバータ装置の構成を示すブロック図であり、実施例1を示す図1中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
(Configuration of Example 3)
FIG. 19 is a block diagram showing the configuration of the inverter device according to the third embodiment of the present invention. Elements common to those in FIG. 1 illustrating the first embodiment are denoted by common reference numerals.

この実施例のインバータ装置では、図18中の直流リンク電圧指令生成部36と、直流リンク電圧制御部37とを除去し、ほぼ同等の機能を有する第2の制御部40を、第1の制御部30の外に設けている。   In the inverter device of this embodiment, the DC link voltage command generation unit 36 and the DC link voltage control unit 37 in FIG. 18 are removed, and the second control unit 40 having substantially the same function is replaced with the first control. It is provided outside the portion 30.

第2の制御部40は、第2の交流電圧(Vac)のピーク値に安全余裕度を付加した第2の直流信号指令値VDC/DCを生成し、DC/DCコンバータ2の出力電圧レベルの制御を行う機能を有している。 The second control unit 40 generates a second DC signal command value V DC / DC in which a safety margin is added to the peak value of the second AC voltage (V ac ), and the output voltage of the DC / DC converter 2. It has a function to control the level.

この実施例によれば、実施例2と同様な作用、効果を奏することができる。   According to this embodiment, the same operations and effects as those of Embodiment 2 can be achieved.

1 直流電源(例えば、太陽光発PV)
2 DC/DCコンバータ
3 電解コンデンサ
10 ブリッジ回路
11〜14 第1〜第4のスイッチ
20 フィルタ回路
21 電流検出器
22 電圧検出器
30,30A 第1の制御部
31 第1のインバータ制御信号生成部
32 第2のインバータ制御信号生成部
33 リップル電流演算部
34 インバータ指令信号選択部
35 ゲート信号生成部
36 直流リンク電圧指令生成部
37 直流リンク電圧制御部
15、31a 減算器
40 第2の制御部
50 交流系統
1 DC power supply (for example, solar PV)
2 DC / DC converter 3 Electrolytic capacitor 10 Bridge circuit 11-14 First to fourth switch 20 Filter circuit 21 Current detector 22 Voltage detector 30, 30A First control unit 31 First inverter control signal generation unit 32 Second inverter control signal generation unit 33 Ripple current calculation unit 34 Inverter command signal selection unit 35 Gate signal generation unit 36 DC link voltage command generation unit 37 DC link voltage control unit 15, 31a Subtractor 40 Second control unit 50 AC system

Claims (6)

複数個のスイッチが、ブリッジ接続され、パルス幅変調信号に基づき、入力される第1の直流信号を、第1の交流信号に変換するブリッジ回路と、
前記第1の交流信号をフィルタリングして、第2の交流信号を出力するフィルタ回路と、
第1のインバータ指令信号に基づき、前記複数個のスイッチをオン/オフ制御して前記ブリッジ回路による前記パルス幅変調信号を出力する第1の制御部と、
を備え、
前記第1の制御部は、
前記第1のインバータ指令信号の値に応じて、前記複数個のスイッチをオン/オフ制御し、
前記第1のインバータ指令信号の値が、閾値を超えたときは、前記ブリッジ回路を閉ループ制御し、
前記第1のインバータ指令信号の値が、前記閾値以下であるときは、前記ブリッジ回路を開ループ制御することを特徴とするインバータ装置。
A plurality of switches are bridge-connected, and based on the pulse width modulation signal, a bridge circuit that converts the input first DC signal into a first AC signal;
A filter circuit for filtering the first AC signal and outputting a second AC signal;
A first control unit for controlling the on / off of the plurality of switches based on a first inverter command signal and outputting the pulse width modulation signal by the bridge circuit;
With
The first controller is
According to the value of the first inverter command signal, on / off control of the plurality of switches,
When the value of the first inverter command signal exceeds a threshold value, the bridge circuit is closed-loop controlled,
When the value of the first inverter command signal is equal to or less than the threshold, the bridge circuit is subjected to open loop control.
前記第1の制御部は、
前記第1のインバータ指令信号の値が正であるときには、一方の前記スイッチをオフ状態とし、かつ他方の前記スイッチをオン/オフ制御し、前記第1のインバータ指令信号の値が負であるときには、前記他方のスイッチをオフ状態とし、かつ前記一方のスイッチをオン/オフ制御し、
前記第1のインバータ指令信号の値が、前記閾値を超えたときは、前記第1のインバータ指令信号及び前記第1の交流信号とに基づき、前記ブリッジ回路を閉ループ制御し、
前記第1のインバータ指令信号の値が、前記閾値以下であるときは、前記第1のインバータ指令信号に基づき、前記ブリッジ回路を開ループ制御とすることを特徴とする請求項1記載のインバータ装置。
The first controller is
When the value of the first inverter command signal is positive, one of the switches is turned off and the other switch is turned on / off. When the value of the first inverter command signal is negative , The other switch is turned off, and the one switch is turned on / off,
When the value of the first inverter command signal exceeds the threshold value, the bridge circuit is closed-loop controlled based on the first inverter command signal and the first AC signal,
2. The inverter device according to claim 1, wherein when the value of the first inverter command signal is equal to or less than the threshold value, the bridge circuit is set to open loop control based on the first inverter command signal. .
前記閾値は、前記第2の交流信号と前記第1の直流信号から生成されるスイッチングリップル電流の2分の1の値であることを特徴とする請求項1又は2記載のインバータ装置。   The inverter device according to claim 1, wherein the threshold value is a half value of a switching ripple current generated from the second AC signal and the first DC signal. 前記第1のインバータ指令信号が、前記閾値を超えたときは、前記閉ループ制御に基づいて、前記ブリッジ回路を制御し、
前記第1のインバータ指令信号が、前記閾値未満のときは、前記第1のインバータ指令信号の正負、及び前記第2の交流信号の正負で定まる複数の場合に応じて、前記パルス幅変調信号を生成することを特徴とする請求項1〜3記載のインバータ装置。
When the first inverter command signal exceeds the threshold value, the bridge circuit is controlled based on the closed loop control,
When the first inverter command signal is less than the threshold value, the pulse width modulation signal is set according to a plurality of cases determined by the positive / negative of the first inverter command signal and the positive / negative of the second AC signal. The inverter device according to claim 1, wherein the inverter device is generated.
請求項1〜4のいずれか1項に記載のインバータ装置は、更に、
直流電圧源から出力される第2の直流信号のレベルを変換して前記第1の直流信号を出力するコンバータを備え、
前記第1の制御部は、前記第2の交流信号のピーク値に安定余裕度を付加した第1の直流電圧指令信号を生成し、前記第1の直流信号と前記直流電圧指令信号とが一致するように、前記第1のインバータ指令信号を調整した第2のインバータ指令信号を生成し、前記第1のインバータ指令信号に替えて、前記第2のインバータ指令信号に基づいて制御することを特徴とするインバータ装置。
The inverter device according to any one of claims 1 to 4,
A converter that converts the level of a second DC signal output from the DC voltage source and outputs the first DC signal;
The first control unit generates a first DC voltage command signal obtained by adding a stability margin to the peak value of the second AC signal, and the first DC signal and the DC voltage command signal coincide with each other. And generating a second inverter command signal obtained by adjusting the first inverter command signal, and performing control based on the second inverter command signal instead of the first inverter command signal. Inverter device.
請求項1〜4のいずれか1項に記載のインバータ装置は、更に、
直流電圧源から出力される第2の直流信号のレベルを変換して前記第1の直流信号を出力するコンバータと、
前記第1の制御部は、前記第2の交流信号のピーク値に安定余裕度を付加した第2の直流信号指令値を生成し、前記コンバータの出力である前記第1の直流信号の入力レベルを制御する第2の制御部と、
を備えることを特徴とするインバータ装置。
The inverter device according to any one of claims 1 to 4,
A converter that converts a level of a second DC signal output from a DC voltage source and outputs the first DC signal;
The first control unit generates a second DC signal command value obtained by adding a stability margin to the peak value of the second AC signal, and an input level of the first DC signal that is an output of the converter A second control unit for controlling
An inverter device comprising:
JP2011048964A 2011-03-07 2011-03-07 Inverter device Active JP5624504B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011048964A JP5624504B2 (en) 2011-03-07 2011-03-07 Inverter device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011048964A JP5624504B2 (en) 2011-03-07 2011-03-07 Inverter device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012186939A true JP2012186939A (en) 2012-09-27
JP5624504B2 JP5624504B2 (en) 2014-11-12

Family

ID=47016494

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011048964A Active JP5624504B2 (en) 2011-03-07 2011-03-07 Inverter device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5624504B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101387682B1 (en) * 2012-10-17 2014-04-22 한국전기연구원 Converter for power supply with transient state protection and redundancy and operation method thereof

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002291258A (en) * 2001-03-27 2002-10-04 Toshiba Corp Inverter device
JP2004112879A (en) * 2002-09-17 2004-04-08 Yaskawa Electric Corp Ac motor driver
JP2008131801A (en) * 2006-11-22 2008-06-05 Nissan Motor Co Ltd Motor control device, motor control method, and vehicle driving device
JP2010142074A (en) * 2008-12-15 2010-06-24 Toyota Motor Corp Power converter control unit
JP2010213365A (en) * 2009-03-06 2010-09-24 Aisin Seiki Co Ltd Inverter apparatus
WO2010122880A1 (en) * 2009-04-21 2010-10-28 シャープ株式会社 Power supply device
JP2010268584A (en) * 2009-05-13 2010-11-25 Shindengen Electric Mfg Co Ltd Inverter
JP2010268583A (en) * 2009-05-13 2010-11-25 Shindengen Electric Mfg Co Ltd Inverter

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002291258A (en) * 2001-03-27 2002-10-04 Toshiba Corp Inverter device
JP2004112879A (en) * 2002-09-17 2004-04-08 Yaskawa Electric Corp Ac motor driver
JP2008131801A (en) * 2006-11-22 2008-06-05 Nissan Motor Co Ltd Motor control device, motor control method, and vehicle driving device
JP2010142074A (en) * 2008-12-15 2010-06-24 Toyota Motor Corp Power converter control unit
JP2010213365A (en) * 2009-03-06 2010-09-24 Aisin Seiki Co Ltd Inverter apparatus
WO2010122880A1 (en) * 2009-04-21 2010-10-28 シャープ株式会社 Power supply device
JP2010268584A (en) * 2009-05-13 2010-11-25 Shindengen Electric Mfg Co Ltd Inverter
JP2010268583A (en) * 2009-05-13 2010-11-25 Shindengen Electric Mfg Co Ltd Inverter

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101387682B1 (en) * 2012-10-17 2014-04-22 한국전기연구원 Converter for power supply with transient state protection and redundancy and operation method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP5624504B2 (en) 2014-11-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2804309B1 (en) Three-level power conversion device
US8929111B2 (en) System and method for common-mode elimination in a multi-level converter
US9013906B2 (en) Power system-interconnected inverter device
KR101813691B1 (en) Current vector controlled deadtime for multilevel inverters
Choudhury et al. A hybrid PWM-based DC-link voltage balancing algorithm for a three-level NPC DC/AC traction inverter drive
EP3024132B1 (en) System and method for unified common mode voltage injection
JP5343230B2 (en) Inverter
JP6206502B2 (en) Power conversion device and power conversion method
US8154893B2 (en) Three-phase power converting apparatus
Gao et al. Dual Z-source inverter with three-level reduced common-mode switching
JP5382552B2 (en) DCDC converter and control method of DCDC converter
WO2014061519A1 (en) Inverter device
WO2018033964A1 (en) System interconnection inverter device and running method therefor
WO2011037011A1 (en) Pulse-pattern generating configuration for three-phase current type power converter
JP2006238621A (en) Uninterruptible power supply
JP2017184309A (en) Electric power conversion system
JP5805059B2 (en) Power converter
JP2016063687A (en) Power conversion system
JP2016100988A (en) Electric power conversion system
JP5624504B2 (en) Inverter device
JP2014107931A (en) Method for operating inverter device, and inverter device
Korhonen et al. Hybrid five-level T-type inverter
JP2012130228A (en) Control device for three-phase v-connected three-level converter
Espinoza et al. Multi-level three-phase current source inverter based AC drive for high performance applications
JP3541887B2 (en) Power converter

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130912

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20140626

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140708

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140722

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140916

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140926

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5624504

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150