JP2013247784A - Power converter - Google Patents

Power converter Download PDF

Info

Publication number
JP2013247784A
JP2013247784A JP2012120157A JP2012120157A JP2013247784A JP 2013247784 A JP2013247784 A JP 2013247784A JP 2012120157 A JP2012120157 A JP 2012120157A JP 2012120157 A JP2012120157 A JP 2012120157A JP 2013247784 A JP2013247784 A JP 2013247784A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
unit
inverter
phase
transfer characteristic
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
JP2012120157A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5939035B2 (en
Inventor
Kenichi Sakakibara
憲一 榊原
Keisuke Ota
圭祐 太田
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.)
Daikin Industries Ltd
Original Assignee
Daikin Industries 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 Daikin Industries Ltd filed Critical Daikin Industries Ltd
Priority to JP2012120157A priority Critical patent/JP5939035B2/en
Publication of JP2013247784A publication Critical patent/JP2013247784A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5939035B2 publication Critical patent/JP5939035B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power converter which can ensure stability of a control system with a simple configuration, while suppressing LC resonance and decrease in efficiency.SOLUTION: A control unit 100 controls an inverter 12 so that the transmission characteristics of input voltage of the inverter 12 for the DC voltage Vfrom a diode bridge 11 become the attenuation characteristics by a phase lead element and a secondary lag element connected in series. The control unit 100 has a feedback loop from the voltage Vacross a reactor L detected by a voltage detection unit 101 to a current flowing through the reactor L, in the transmission characteristics of input voltage of the inverter 12 for the DC voltage Vfrom the diode bridge 11. The gain of the feedback loop and the resistance value of a resistor R connected in parallel with the reactor L are set so that the transmission characteristics of input voltage of the inverter 12 for the DC voltage Vfrom the diode bridge 11 become predetermined characteristics.

Description

この発明は、電力変換装置に関する。   The present invention relates to a power conversion device.

従来の第1の電力変換装置としては、三相電解コンデンサレスインバータのLC共振抑制方法として、リアクトルの両端電圧を帰還する制御により、直列接続された位相進み要素と二次遅れ要素による減衰特性となるように、インバータを制御するものがある(例えば、特許第4067021号(特許文献1)参照)。   As a conventional first power conversion device, as a method of suppressing LC resonance of a three-phase electrolytic capacitorless inverter, the feedback characteristic of the voltage across the reactor is used to control the attenuation characteristics of the phase advance element and the secondary delay element connected in series. In some cases, the inverter is controlled (see, for example, Japanese Patent No. 4067021 (Patent Document 1)).

また、従来の第2の電力変換装置としては、リアクトルに並列接続された抵抗による共振抑制方法がある(例えば、特開2003−244960号公報(特許文献2)参照)。   In addition, as a conventional second power conversion device, there is a resonance suppression method using a resistor connected in parallel to a reactor (see, for example, JP-A-2003-244960 (Patent Document 2)).

ところで、上記従来の第1の電力変換装置では、空気調和機等の圧縮機モータを駆動するインバータのようなキャリヤ周波数が低い用途では、電源6倍周波数のリップル成分を通過させるLCフィルタの共振周波数が電源6倍周波数を下限とするため、LCフィルタの共振周波数とサンプリング周波数が近くなり、制御系の安定性を確保することが困難になるという問題がある。   By the way, in the first conventional power conversion device, in applications where the carrier frequency is low, such as an inverter that drives a compressor motor such as an air conditioner, the resonance frequency of the LC filter that allows the ripple component of the power supply 6-fold frequency to pass through. However, since the 6-fold frequency of the power supply is set as the lower limit, the resonance frequency of the LC filter and the sampling frequency are close to each other, and it is difficult to ensure the stability of the control system.

また、上記従来の第2の電力変換装置では、制御が不要である反面、入力電流の高調波成分がロスとして消費されるために、効率低下を招くものとなる。   Moreover, in the said 2nd conventional power converter device, although control is unnecessary, since the harmonic component of an input electric current is consumed as a loss, it will cause an efficiency fall.

特許第4067021号Patent No. 4067021 特開2003−244960号公報JP 2003-244960 A

そこで、この発明の課題は、LC共振および効率低下を抑制しつつ、簡単な構成で制御系の安定性を確保できる電力変換装置を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a power conversion device that can ensure stability of a control system with a simple configuration while suppressing LC resonance and efficiency reduction.

上記課題を解決するため、この発明の電力変換装置は、
単相または多相の交流電圧を直流電圧に整流する整流部と、
上記整流部から出力された上記直流電圧を交流電圧に変換して出力するPWM制御のインバータ部と、
上記インバータ部の入力端間に接続されたキャパシタンス素子と、
上記整流部の一方の出力端と上記インバータ部の一方の入力端との間に接続され、上記キャパシタンス素子とでLCフィルタを構成するインダクタンス素子と、
上記インダクタンス素子の両端に並列に接続された抵抗と、
上記インダクタンス素子の両端電圧を検出する電圧検出部と、
上記電圧検出部により検出された上記インダクタンス素子の両端電圧に基づいて、上記インバータ部を制御する制御部と
を備え、
上記LCフィルタは、上記整流部から出力された直流電流に含まれるリップル電流成分を通過させ、かつ、上記インバータ部のキャリヤ周波数と同じ周波数の電流成分を減衰させるように、共振周波数が設定されていると共に、
上記制御部は、
上記整流部からの上記直流電圧に対する上記インバータ部の入力電圧の伝達特性が、直列接続された位相進み要素と二次遅れ要素による減衰特性になるように、上記インバータ部を制御すると共に、
上記整流部からの上記直流電圧に対する上記インバータ部の上記入力電圧の伝達特性において、上記電圧検出部により検出された上記インダクタンス素子の両端電圧から上記インダクタンス素子に流れる電流までの帰還ループを有し、
上記整流部からの上記直流電圧に対する上記インバータ部の上記入力電圧の伝達特性が予め定められた特性となるように、上記帰還ループのゲインkと上記抵抗の抵抗値とが設定されていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, a power conversion device of the present invention is
A rectifier that rectifies a single-phase or multi-phase AC voltage into a DC voltage;
A PWM-controlled inverter unit that converts the DC voltage output from the rectifier unit into an AC voltage and outputs the AC voltage;
A capacitance element connected between the input terminals of the inverter unit;
An inductance element connected between one output terminal of the rectifying unit and one input terminal of the inverter unit, and constituting an LC filter with the capacitance element;
A resistor connected in parallel to both ends of the inductance element;
A voltage detector for detecting a voltage across the inductance element;
A control unit for controlling the inverter unit based on the voltage across the inductance element detected by the voltage detection unit;
The LC filter has a resonance frequency set so as to pass a ripple current component included in the DC current output from the rectifying unit and attenuate a current component having the same frequency as the carrier frequency of the inverter unit. And
The control unit
The inverter unit is controlled so that the transfer characteristic of the input voltage of the inverter unit with respect to the DC voltage from the rectifying unit becomes an attenuation characteristic by a phase advance element and a secondary delay element connected in series,
In the transfer characteristic of the input voltage of the inverter unit with respect to the DC voltage from the rectifier unit, a feedback loop from a voltage across the inductance element detected by the voltage detection unit to a current flowing through the inductance element is provided.
The gain k of the feedback loop and the resistance value of the resistor are set so that the transfer characteristic of the input voltage of the inverter unit with respect to the DC voltage from the rectifier unit becomes a predetermined characteristic. Features.

上記構成によれば、電圧検出部により検出されたインダクタンス素子の両端電圧からインダクタンス素子に流れる電流までの帰還ループのゲインkと、インダクタンス素子の両端に並列に接続された抵抗の抵抗値とを設定して、開ループゲイン特性と位相特性を調整することにより、整流部からの直流電圧に対するインバータ部の入力電圧の伝達特性が予め定められた特性となるようにする。したがって、LC共振および効率低下を抑制しつつ、簡単な構成で制御系の安定性を確保できる。   According to the above configuration, the gain k of the feedback loop from the voltage across the inductance element detected by the voltage detector to the current flowing through the inductance element and the resistance value of the resistor connected in parallel across the inductance element are set. Then, by adjusting the open-loop gain characteristic and the phase characteristic, the transfer characteristic of the input voltage of the inverter unit with respect to the DC voltage from the rectifying unit is set to a predetermined characteristic. Therefore, stability of the control system can be secured with a simple configuration while suppressing LC resonance and efficiency reduction.

また、一実施形態の電力変換装置では、
上記制御部は、
上記整流部からの上記直流電圧に対する上記インバータ部の上記入力電圧の伝達特性を等価変換して得られるインダクタンス素子電圧制御系の一巡伝達特性が予め定められた特性となるように、上記一巡伝達特性の比例ゲインが設定されていると共に、
上記インダクタンス素子電圧制御系の一巡伝達特性の位相が予め定められた特性になるように、上記抵抗の抵抗値が設定されている。
Moreover, in the power converter of one embodiment,
The control unit
The one-round transfer characteristic is set such that the one-round transfer characteristic of the inductance element voltage control system obtained by equivalently converting the transfer characteristic of the input voltage of the inverter unit with respect to the DC voltage from the rectifier unit is a predetermined characteristic. The proportional gain of
The resistance value of the resistor is set so that the phase of the round transfer characteristic of the inductance element voltage control system becomes a predetermined characteristic.

上記実施形態によれば、整流部からの直流電圧に対するインバータ部の入力電圧の伝達特性を等価変換して得られるインダクタンス素子電圧制御系の一巡伝達特性の比例ゲインを設定することにより、上記インダクタンス素子電圧制御系のゲインを調整すると共に、抵抗の抵抗値を設定することにより、位相を調整することができ、制御系の安定性を向上できる。   According to the above embodiment, the inductance element is set by setting a proportional gain of the round transfer characteristic of the inductance element voltage control system obtained by equivalently converting the transfer characteristic of the input voltage of the inverter unit with respect to the DC voltage from the rectifier unit. By adjusting the gain of the voltage control system and setting the resistance value of the resistor, the phase can be adjusted and the stability of the control system can be improved.

また、一実施形態の電力変換装置では、
上記制御部が上記インダクタンス素子の両端電圧を検出して上記インバータ部をPWM制御するときの遅れ時間の逆数は、上記LCフィルタの上記共振周波数よりも大きく、かつ、上記共振周波数の10倍以下である。
Moreover, in the power converter of one embodiment,
The reciprocal of the delay time when the control unit detects the voltage across the inductance element and performs PWM control of the inverter unit is greater than the resonance frequency of the LC filter and less than 10 times the resonance frequency. is there.

上記実施形態によれば、制御部がインダクタンス素子の両端電圧を検出してインバータ部をPWM制御するときの遅れ時間の逆数、すなわち、インバータ部をPWM制御するときのキャリヤ周波数を、LCフィルタの共振周波数よりも大きく、かつ、LCフィルタの共振周波数の10倍以下とすることによって、位相改善効果が確実に得られる。これに対して、遅れ時間の逆数(すなわちキャリヤ周波数)がLCフィルタの共振周波数の10倍を越えると、抵抗による損失が増大し、十分な位相改善効果が得られない。   According to the above embodiment, the reciprocal of the delay time when the control unit detects the voltage across the inductance element and performs PWM control of the inverter unit, that is, the carrier frequency when PWM control of the inverter unit is performed, and the resonance of the LC filter By making it larger than the frequency and not more than 10 times the resonance frequency of the LC filter, the phase improvement effect can be obtained with certainty. On the other hand, if the reciprocal of the delay time (that is, the carrier frequency) exceeds 10 times the resonance frequency of the LC filter, the loss due to resistance increases, and a sufficient phase improvement effect cannot be obtained.

また、一実施形態の電力変換装置では、
上記制御部は、
上記抵抗の抵抗値のみにより、上記整流部からの上記直流電圧に対する上記インバータ部の上記入力電圧の伝達特性の減衰係数が1以下に設定されている。
Moreover, in the power converter of one embodiment,
The control unit
Only by the resistance value of the resistor, the attenuation coefficient of the transfer characteristic of the input voltage of the inverter unit with respect to the DC voltage from the rectifying unit is set to 1 or less.

上記実施形態によれば、減衰係数が1以下において、1つの共振点を中心にした対象な振幅特性に対して、インダクタンス素子に並列接続された抵抗の抵抗値を設定することにより、位相特性を調整することが可能となる。一方、減衰係数が1よりも大きい場合は、伝達特性を一次遅れ要素の直列構成と見なせ、2つの共振点を有する特性となるため、減衰係数が1以下の特性とは異なり、抵抗による位相特性の調整は容易でない。   According to the above embodiment, the phase characteristic is set by setting the resistance value of the resistor connected in parallel to the inductance element for the target amplitude characteristic centered on one resonance point when the attenuation coefficient is 1 or less. It becomes possible to adjust. On the other hand, when the attenuation coefficient is larger than 1, the transfer characteristic can be regarded as a series configuration of first-order lag elements, and the characteristic has two resonance points. It is not easy to adjust the characteristics.

また、一実施形態の電力変換装置では、
上記制御部は、
上記整流部からの上記直流電圧に対する上記インバータ部の上記入力電圧の伝達特性を等価変換して得られるインダクタンス素子電圧制御系の一巡伝達特性において、上記インダクタンス素子の両端電圧を検出して上記インバータ部をPWM制御するときの遅れ時間の逆数をfsとして、周波数fs/4以上の周波数領域におけるゲインを0dB以下とした。
Moreover, in the power converter of one embodiment,
The control unit
In a circuit transfer characteristic of the inductance element voltage control system obtained by equivalently converting the input voltage transfer characteristic of the inverter unit with respect to the DC voltage from the rectifier unit, the inverter unit detects the voltage across the inductance element and detects the voltage across the inductance element. The reciprocal of the delay time when PWM is controlled is fs, and the gain in the frequency region of frequency fs / 4 or higher is set to 0 dB or lower.

上記実施形態によれば、インダクタンス素子電圧制御系の一巡伝達特性では、インバータ部をPWM制御するときの遅れ時間の逆数fs(サンプリング周波数)の1/4の周波数において位相が反転するので、周波数fs/4以上の周波数領域におけるゲインを0dB以下することにより制御系を安定させることができる。   According to the above embodiment, in the loop transfer characteristic of the inductance element voltage control system, the phase is inverted at a frequency that is ¼ of the reciprocal fs (sampling frequency) of the delay time when the inverter unit is PWM-controlled. The control system can be stabilized by reducing the gain in the frequency region of / 4 or more to 0 dB or less.

以上より明らかなように、この発明によれば、LC共振および効率低下を抑制しつつ、簡単な構成で制御系の安定性を確保できる電力変換装置を実現することができる。   As is clear from the above, according to the present invention, it is possible to realize a power conversion device that can secure the stability of the control system with a simple configuration while suppressing LC resonance and efficiency reduction.

図1はこの発明の実施の一形態の電力変換装置の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a power conversion device according to an embodiment of the present invention. 図2は上記電力変換装置の等価回路を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an equivalent circuit of the power converter. 図3は上記電力変換装置のブロック線図である。FIG. 3 is a block diagram of the power converter. 図4は上記電力変換装置の伝達特性を示すボード線図である。FIG. 4 is a Bode diagram showing transfer characteristics of the power converter. 図5は比較例の電力変換装置のブロック線図である。FIG. 5 is a block diagram of a power converter of a comparative example. 図6は上記比較例の電力変換装置のブロック線図である。FIG. 6 is a block diagram of the power conversion device of the comparative example. 図7は上記比較例の電力変換装置の伝達特性を示すブロック線図である。FIG. 7 is a block diagram showing transfer characteristics of the power converter of the comparative example. 図8は上記比較例の電力変換装置の伝達特性を示すボード線図である。FIG. 8 is a Bode diagram showing transfer characteristics of the power converter of the comparative example. 図9は上記比較例の電力変換装置の離散値系の伝達特性を示すボード線図である。FIG. 9 is a Bode diagram showing the transfer characteristics of the discrete value system of the power converter of the comparative example. 図10は上記比較例の電力変換装置の外乱抑制系の伝達特性を示すボード線図である。FIG. 10 is a Bode diagram showing the transfer characteristics of the disturbance suppression system of the power converter of the comparative example. 図11は上記比較例の電力変換装置の外乱抑制系のステップ応答を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a step response of the disturbance suppression system of the power conversion device of the comparative example. 図12はこの発明の実施の形態の電力変換装置のブロック線図である。FIG. 12 is a block diagram of the power conversion device according to the embodiment of the present invention. 図13は上記電力変換装置の開ループの伝達特性を示すボード線図である。FIG. 13 is a Bode diagram showing the open-loop transfer characteristics of the power converter. 図14は上記実施の形態の電力変換装置の外乱抑制系の伝達特性を示すボード線図である。FIG. 14 is a Bode diagram showing the transfer characteristics of the disturbance suppression system of the power converter of the above embodiment. 図15は上記実施の形態の電力変換装置の外乱抑制系のステップ応答を示す図である。FIG. 15 is a diagram illustrating a step response of the disturbance suppression system of the power conversion device according to the above embodiment. 図16は上記実施の形態の電力変換装置の位相改善効果を示すボード線図である。FIG. 16 is a Bode diagram showing the phase improvement effect of the power conversion device of the above embodiment. 図17は上記実施の形態の電力変換装置の減衰係数による位相改善効果を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing the phase improvement effect by the attenuation coefficient of the power conversion device of the above embodiment. 図18は上記実施の形態の電力変換装置の減衰係数に対する損失抵抗率,進相角度の関係を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing the relationship between the loss resistivity and the phase advance angle with respect to the attenuation coefficient of the power converter of the above embodiment.

以下、この発明の電力変換装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。   Hereinafter, the power converter of this invention is demonstrated in detail by embodiment of illustration.

図1はこの発明の実施の一形態の電力変換装置の構成図を示している。この電力変換装置は、図1に示すように、三相ダイオードブリッジ回路を構成する6つのダイオードD1〜D6からなる整流部の一例としてのダイオードブリッジ11と、三相ブリッジ回路を構成する6つのスイッチング素子S1〜S6からなるインバータ部12とを備えている。また、上記電力変換装置は、ダイオードブリッジ11の正極側出力端とインバータ部12の正極側入力端との間に接続されたインダクタンス素子の一例としてのリアクトルLと、上記インバータ部12の入力端間に接続されたキャパシタンス素子の一例としてのコンデンサCと、リアクトルLに並列に接続された抵抗Rとを備えている。上記リアクトルLとコンデンサCでLCフィルタを構成している。   FIG. 1 shows a configuration diagram of a power converter according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the power conversion apparatus includes a diode bridge 11 as an example of a rectifying unit including six diodes D1 to D6 that constitute a three-phase diode bridge circuit, and six switching that constitute a three-phase bridge circuit. And an inverter unit 12 including elements S1 to S6. In addition, the power converter includes a reactor L as an example of an inductance element connected between the positive output side of the diode bridge 11 and the positive input side of the inverter unit 12, and the input end of the inverter unit 12. The capacitor C as an example of the capacitance element connected to the terminal and a resistor R connected in parallel to the reactor L are provided. The reactor L and the capacitor C constitute an LC filter.

さらに、上記電力変換装置は、リアクトルLの両端電圧VLを検出する電圧検出部101と、上記電圧検出部10からのリアクトルLの両端電圧VLを表すVL信号に基づいて、インバータ部12の各スイッチング素子S1〜S6にPWM信号を出力する制御部100とを備えている。 Furthermore, the power converter includes a voltage detector 101 for detecting a voltage across V L of the reactor L, based on the VL signal representing the voltage across V L of the reactor L from the voltage detector 10, the inverter unit 12 The control part 100 which outputs a PWM signal to each switching element S1-S6 is provided.

上記ダイオードブリッジ11により三相交流電源10からの三相交流電圧を直流に整流し、整流された直流電圧をインバータ部12により所定の三相交流電圧に変換して出力する。この実施の形態では、インバータ部12の負荷としてモータ13が接続されている。   The diode bridge 11 rectifies the three-phase AC voltage from the three-phase AC power source 10 into a direct current, and the rectified DC voltage is converted into a predetermined three-phase AC voltage by the inverter unit 12 and output. In this embodiment, a motor 13 is connected as a load of the inverter unit 12.

図1に示す電力変換装置の直流リンク部のLCフィルタのコンデンサCの容量は、従来の数十分の1以下と小さく、LCフィルタの共振周波数もインバータ装置のキャリヤ電流成分を減衰させるべく、数kHz程度と従来の一桁以上高く設定されており、リアクトルLのインダクタンスも小さな値に設定されている。   The capacitance of the capacitor C of the LC filter in the DC link portion of the power converter shown in FIG. 1 is as small as 1 or less, which is several tenths of the conventional value, and the resonance frequency of the LC filter is several times to attenuate the carrier current component of the inverter device. It is set to about one kilohertz higher than the conventional one, and the inductance of the reactor L is also set to a small value.

このため、直流リンク部のリアクトルL,コンデンサCは、商用周波数成分を平滑させる作用がなく、直流リンク部には相電圧の最小相を基準とした最大相の電位が発生し、商用周波数の6倍周波数で脈動する。また、入力電流についても同様に、最大相と最小相との線間に直流電流が通流することから、インバータ部12の入力電流が一定の場合、120°通電波形となる。   For this reason, the reactor L and the capacitor C in the DC link section do not have an effect of smoothing the commercial frequency component, and the DC link section generates a maximum phase potential based on the minimum phase of the phase voltage. Pulsates at double frequency. Similarly, with respect to the input current, since a direct current flows between the lines of the maximum phase and the minimum phase, a 120 ° energization waveform is obtained when the input current of the inverter unit 12 is constant.

図2は上記電力変換装置の等価回路を示している。図2において、14は負荷が接続されたインバータ部12(図1に示す)を簡易的に表す電流源であり、Vsはダイオードブリッジ11から出力される直流電圧、VcはコンデンサCの両端電圧、IRは抵抗Rを流れる電流、ILはリアクトルLを流れる電流、IcはコンデンサCを流れる電流、Ioは直流リンク部を流れる電流である。 FIG. 2 shows an equivalent circuit of the power converter. In FIG. 2, 14 is a current source that simply represents the inverter unit 12 (shown in FIG. 1) to which a load is connected, V s is a DC voltage output from the diode bridge 11, and V c is both ends of the capacitor C. Voltage, I R is a current flowing through the resistor R, I L is a current flowing through the reactor L, I c is a current flowing through the capacitor C, and I o is a current flowing through the DC link section.

図3(A)〜(C)はリアクトルLの両端電圧VLを共振抑制に用いた場合について共振抑制系の特性を求めたブロック線図であり、ダイオードブリッジ11から出力される直流電圧Vsに対するコンデンサCの両端電圧Vc(すなわちインバータ部12の入力電圧)の伝達特性を示している。 FIGS. 3A to 3C are block diagrams in which the characteristics of the resonance suppression system are obtained when the voltage V L across the reactor L is used for resonance suppression, and the DC voltage V s output from the diode bridge 11. It shows the transfer characteristics across voltage V c of the capacitor C (i.e. the input voltage of the inverter unit 12) for.

図3(A)〜図3(C)の順に等価変換を行うと、最終的に、図3(C)に示す位相進み要素と二次遅れ要素からなる直列の系となることが分かる。   When equivalent conversion is performed in the order of FIG. 3A to FIG. 3C, it can be seen that a series system composed of a phase advance element and a secondary delay element shown in FIG.

次に、ダイオードブリッジ11からの直流電圧Vsに対するインバータ部12の入力電圧の伝達特性を有する制御系において、LCフィルタによる共振を抑制するための共振抑制系のカットオフ周波数について以下に説明する。 Next, the cutoff frequency of the resonance suppression system for suppressing resonance by the LC filter in the control system having the transfer characteristic of the input voltage of the inverter unit 12 with respect to the DC voltage V s from the diode bridge 11 will be described below.

図3で示した共振抑制系において、ダイオードブリッジ11から出力される直流電圧Vsに対するコンデンサCの両端電圧Vcについての伝達関数G(s)は、

Figure 2013247784
で表され、
Figure 2013247784
とすると、上記式(1)を変形して、次の式(3)で表すことができる。
Figure 2013247784
ここで、カットオフ周波数fcは、式(3)の2項目に依存し、
Figure 2013247784
となる。また、減衰係数ζは、
Figure 2013247784
となる。 In the resonance suppression system shown in FIG. 3, the transfer function G (s) for the voltage V c across the capacitor C with respect to the DC voltage V s output from the diode bridge 11 is
Figure 2013247784
Represented by
Figure 2013247784
Then, the above equation (1) can be modified and expressed by the following equation (3).
Figure 2013247784
Here, the cut-off frequency f c, depending on the two items of the formula (3),
Figure 2013247784
It becomes. The attenuation coefficient ζ is
Figure 2013247784
It becomes.

図4は上記電力変換装置において、減衰係数ζが0.25、0.5、0.75、1のときの伝達特性を示している。図4に示すように、減衰係数ζが1になるように、k+1/rを設定することにより、一次遅れ特性となる。   FIG. 4 shows the transfer characteristics when the attenuation coefficient ζ is 0.25, 0.5, 0.75, and 1 in the above power converter. As shown in FIG. 4, by setting k + 1 / r so that the attenuation coefficient ζ becomes 1, the first-order lag characteristic is obtained.

〔比較例〕
次に、比較例(特許第4067021号(特許文献1))の電力変換装置について、図5,図6に示すブロック線図により説明する。図5(A)に示す比較例の電力変換装置の制御系は、図5(B),(C)の順に等価変換すると、目標電圧VL に基づいてリアクトルLの両端電圧VLを制御する外乱抑制系(ダイオードブリッジ11から出力される直流電圧Vsが外乱要因)で表現される。さらに、図6(A),(B)に示すように等価変換できるが、以降、外乱抑制系の安定性は、図6(A)の閉ループを開いた一巡伝達特性で評価される。
[Comparative example]
Next, a power conversion device of a comparative example (Japanese Patent No. 4067021 (Patent Document 1)) will be described with reference to block diagrams shown in FIGS. When the equivalent conversion is performed in the order of FIGS. 5B and 5C, the control system of the power conversion device of the comparative example shown in FIG. 5A controls the voltage V L across the reactor L based on the target voltage V L *. The disturbance suppression system (the DC voltage V s output from the diode bridge 11 is a disturbance factor) is expressed. Furthermore, although equivalent conversion can be performed as shown in FIGS. 6A and 6B, the stability of the disturbance suppression system is evaluated by the one-cycle transmission characteristic with the closed loop of FIG. 6A opened.

図7,図8は上記比較例の電力変換装置の伝達特性を示しており、回路定数をL=0.5mH、C=40μF(共振周波数fn=1125Hz)とする。この一巡伝達特性(開ループ)は、比例ゲインke−sTと、位相進み要素Lsと、二次遅れ要素1/(LCs+1)の直列構成となっており、比例ゲインについて、ディジタル制御を前提として離散値系の無駄時間e−sTを考慮している。ここでは、比例ゲインk=1、サンプリング周波数f=6kHzとしている。 7 and 8 show the transfer characteristics of the power conversion device of the comparative example, where the circuit constants are L = 0.5 mH and C = 40 μF (resonance frequency fn = 1125 Hz). This one-round transfer characteristic (open loop) has a serial configuration of a proportional gain ke −sT , a phase advance element Ls, and a second order delay element 1 / (LCs 2 +1), and the proportional gain is assumed to be digitally controlled. Is considered the dead time e −sT of the discrete value system. Here, the proportional gain k = 1 and the sampling frequency f = 6 kHz.

上記二次遅れ要素1/(LCs+1)は減衰項(分母にsを有する項)を持たないため、二点鎖線で示す伝達特性のように、LCフィルタの共振周波数で位相が反転する。 Since the second-order lag element 1 / (LCs 2 +1) does not have an attenuation term (term having s in the denominator), the phase is inverted at the resonance frequency of the LC filter as in the transfer characteristic indicated by the two-dot chain line.

次に、一点鎖線で示す位相進み要素Lsが直列に接続されることから、20dB/decのゲインと90deg進み位相が加わり、実線で示す一巡伝達特性(開ループ)は、共振点を中心として±20dB/dec、±90degの特性となる。   Next, since the phase advance element Ls indicated by the alternate long and short dash line is connected in series, a gain of 20 dB / dec and a 90 deg advance phase are added, and the one-round transfer characteristic (open loop) indicated by the solid line is ± The characteristics are 20 dB / dec and ± 90 deg.

さらに、離散値系の点線で示す比例ゲインke−sTが加わると、無駄時間e−sTの影響により、サンプリング周波数fsの1/4の1.5kHzで位相が反転する。 Further, when the proportional gain ke- sT indicated by the dotted line of the discrete value system is added, the phase is inverted at 1.5 kHz that is 1/4 of the sampling frequency fs due to the influence of the dead time e- sT .

無駄時間e−sTの点線で示す特性は、fs/2で位相が反転し、fs/4で90deg位相遅れとなり、また、直列接続された位相進み要素Lsと二次遅れ要素1/(LCs+1)の細かい点線で示す特性は、共振点以上の領域で90deg位相遅れであるから、fs/4において位相が反転する。なお、f/4における振幅は15.66dBとなるため、閉ループ系は不安定となって発振することになる。 The characteristic indicated by the dotted line of the dead time e −sT is that the phase is inverted at fs / 2, the phase is delayed by 90 deg at fs / 4, and the phase advance element Ls and the second order delay element 1 / (LCs 2 connected in series are connected. Since the characteristic indicated by the fine dotted line of +1) is 90 deg phase lag in the region above the resonance point, the phase is inverted at fs / 4. Since the amplitude at f / 4 is 15.66 dB, the closed loop system becomes unstable and oscillates.

上記比較例の電力変換装置において、閉ループ系を安定とするためには、fs/4点のゲインを0dB以下とすることが必要であり、一般的には10dB〜20dBのゲイン余裕を確保する。   In the power conversion device of the comparative example, in order to stabilize the closed loop system, the gain at the fs / 4 point needs to be 0 dB or less, and generally a gain margin of 10 dB to 20 dB is secured.

図9では、上記比較例の電力変換装置の制御ゲインをk=0.057(−25dB)に設定し、ゲイン余裕を10dBとした場合の伝達特性を示している。ここで、

Figure 2013247784
を用いて求めた外乱抑制系の減衰係数ζは0.1で、ダンピングが不十分であり、図10に示す外乱抑制系の伝達特性に示すように、伝達特性の共振点のピーク値が25dB以上と大きくなると共に、図11に示すステップ応答も行き過ぎ量が大きく、整定時間も長いものとなる。 FIG. 9 shows the transfer characteristics when the control gain of the power conversion device of the comparative example is set to k = 0.057 (−25 dB) and the gain margin is 10 dB. here,
Figure 2013247784
The damping coefficient ζ of the disturbance suppression system obtained using the above is 0.1 and damping is insufficient. As shown in the transmission characteristic of the disturbance suppression system shown in FIG. 10, the peak value of the resonance point of the transmission characteristic is 25 dB. In addition to the above increase, the step response shown in FIG. 11 also has a large overshoot amount and a long settling time.

上記比較例の電力変換装置では、LCフィルタの共振周波数とサンプリング周波数が近い場合、制御系の安定性確保が困難となる問題がある。特に、空気調和機用のインバータの場合、圧縮機内にハーメチックモータとしてモータが内蔵されるため、キャリヤ音の問題が少なく、効率の観点よりキャリヤ周波数は4〜6kHz程度に選択される。また、三相電解コンデンサレスインバータは平滑機能がないため、直流リンク部の電圧,電流ともに電源周波数6倍の300Hz〜360Hzで脈動するよう制御されることから、LCフィルタの共振周波数は、500Hz〜1kHz程度となり、LCフィルタの共振周波数とサンプリング(キャリヤ)周波数とは近くに設定せざるを得ない。   The power conversion device of the comparative example has a problem that it is difficult to ensure the stability of the control system when the resonance frequency of the LC filter is close to the sampling frequency. Particularly, in the case of an inverter for an air conditioner, since a motor is incorporated as a hermetic motor in the compressor, there is little problem of carrier sound, and the carrier frequency is selected to be about 4 to 6 kHz from the viewpoint of efficiency. In addition, since the three-phase electrolytic capacitorless inverter does not have a smoothing function, the voltage and current of the DC link unit are controlled to pulsate at 300 Hz to 360 Hz, which is 6 times the power supply frequency. Therefore, the resonance frequency of the LC filter is 500 Hz to The resonance frequency of the LC filter and the sampling (carrier) frequency must be set close to each other.

これに対して、この発明の実施の形態の電力変換装置は、図1に示す抵抗RをリアクトルLに並列に接続したときの伝達関数を、図12(A)〜(D)に示す等価変換して、インダクタンス素子電圧制御系の一巡伝達特性(開ループ)で表す。図12と比較例の図5,図6とを比較すると、比例ゲインのみ離散値系となるために、無駄時間e−sTが発生するが、抵抗Rについては連続系で扱うことができる。 On the other hand, the power conversion device according to the embodiment of the present invention converts the transfer function when the resistor R shown in FIG. 1 is connected in parallel to the reactor L to the equivalent conversion shown in FIGS. Thus, it is represented by a round transfer characteristic (open loop) of the inductance element voltage control system. When FIG. 12 is compared with FIGS. 5 and 6 of the comparative example, since only the proportional gain is a discrete value system, a dead time e- sT occurs, but the resistance R can be handled in a continuous system.

さらに、図12(C)の一巡伝達特性(開ループ)における二次遅れ要素が減衰項を有することから、抵抗Rにより、開ループに減衰特性を持たせることができる。   Further, since the second-order lag element in the one-cycle transfer characteristic (open loop) of FIG. 12C has an attenuation term, the open loop can have an attenuation characteristic by the resistor R.

図13にこの実施の形態の図1に示す電力変換装置の開ループの伝達特性を示している。この図13では、比較例の図9に示す伝達特性に対して、k=0.141(−17dB)と2.5倍程度比例ゲインを大きく設定しており、ゲイン余裕は2dBと余裕は不十分な状態にある。   FIG. 13 shows the open-loop transfer characteristics of the power converter shown in FIG. 1 of this embodiment. In FIG. 13, k = 0.141 (−17 dB) and the proportional gain is set to about 2.5 times larger than the transfer characteristic shown in FIG. 9 of the comparative example, and the gain margin is 2 dB and the margin is not large. It is in a sufficient state.

ここで、抵抗Rの初期値50Ω(ζ=0.04)に対して、抵抗Rを10Ω(ζ=0.18)、5Ω(ζ=0.35)と小さく設定した場合について、併せて示している。図13において、太実線はk=1,R=50Ω、細実線はk=0.141,R=50Ω、点線はk=0.141,R=10Ω、一点鎖線はk=0.141,R=5Ωである。なお、図13の下側に示す位相特性では、細実線は太実線と重なっている。   Here, the case where the resistance R is set as small as 10Ω (ζ = 0.18) and 5Ω (ζ = 0.35) with respect to the initial value 50Ω (ζ = 0.04) of the resistance R is also shown. ing. In FIG. 13, the thick solid line is k = 1, R = 50Ω, the thin solid line is k = 0.141, R = 50Ω, the dotted line is k = 0.141, R = 10Ω, and the alternate long and short dash line is k = 0.141, R. = 5Ω. In the phase characteristic shown in the lower side of FIG. 13, the thin solid line overlaps the thick solid line.

図13に示すように、減衰係数ζを大きく設定することにより、周波数に対する位相遅れの変化量を小さくでき、位相が反転する周波数を高域に移すことが可能となる。また、振幅特性は−20dB/decであるから、結果的にゲイン余裕を確保することが可能となる。抵抗Rが5Ωの場合、ゲイン余裕は−10dB近くまで確保できており、安定な状態と捉えることができる。   As shown in FIG. 13, by setting the attenuation coefficient ζ large, the amount of change in phase lag with respect to the frequency can be reduced, and the frequency at which the phase is inverted can be shifted to a high frequency range. Further, since the amplitude characteristic is −20 dB / dec, it is possible to secure a gain margin as a result. When the resistance R is 5Ω, the gain margin can be secured up to about −10 dB, which can be regarded as a stable state.

また、抵抗Rの効果は、上記のようにインダクタンス素子電圧制御系の安定性確保と併せて、外乱抑制系に対しては、比例ゲインk=0.141(ζ=0.25)と抵抗R=50Ω(ζ=0.04)、10Ω(ζ=0.18)、5Ω(ζ=0.35)により、帰還ゲインを上げる点にある。   Further, the effect of the resistance R is that, in addition to ensuring the stability of the inductance element voltage control system as described above, the proportional gain k = 0.141 (ζ = 0.25) and the resistance R for the disturbance suppression system. = 50Ω (ζ = 0.04), 10Ω (ζ = 0.18), and 5Ω (ζ = 0.35), the feedback gain is increased.

また、図14は外乱抑制系の伝達特性を示し、図15は外乱抑制系のステップ応答を示している。ここで、抵抗Rの初期値50Ω(ζ=0.04)に対して、抵抗Rを10Ω(ζ=0.18)、5Ω(ζ=0.35)と小さく設定した場合について、併せて示している。図14において、太実線はk=1,R=50Ω、細実線はk=0.141,R=50Ω、点線はk=0.141,R=10Ω、一点鎖線はk=0.141,R=5Ωである。また、図15において、実線はk=0.141,R=50Ω、点線はk=0.141,R=10Ω、一点鎖線はk=0.141,R=5Ωである。   FIG. 14 shows the transfer characteristic of the disturbance suppression system, and FIG. 15 shows the step response of the disturbance suppression system. Here, the case where the resistance R is set as small as 10Ω (ζ = 0.18) and 5Ω (ζ = 0.35) with respect to the initial value 50Ω (ζ = 0.04) of the resistance R is also shown. ing. In FIG. 14, the thick solid line is k = 1, R = 50Ω, the thin solid line is k = 0.141, R = 50Ω, the dotted line is k = 0.141, R = 10Ω, and the alternate long and short dash line is k = 0.141, R. = 5Ω. In FIG. 15, the solid line is k = 0.141, R = 50Ω, the dotted line is k = 0.141, R = 10Ω, and the alternate long and short dash line is k = 0.141, R = 5Ω.

図14,図15に示すように、抵抗Rにより伝達特性の共振点でのピークゲインの低減と位相特性の改善を図ることにより、ステップ応答の行き過ぎ量および整定時間を小さくでき、共振抑制効果を大きくできる。   As shown in FIGS. 14 and 15, by reducing the peak gain at the resonance point of the transfer characteristic and improving the phase characteristic by the resistance R, the overshoot amount of the step response and the settling time can be reduced, and the resonance suppression effect can be obtained. Can be big.

図16は上記実施の形態の電力変換装置の開ループ伝達特性を連続系で示したものであり、制御ゲイン、抵抗Rの抵抗値の設定は図13の場合と同様である。   FIG. 16 shows the open loop transfer characteristics of the power converter of the above embodiment in a continuous system, and the control gain and the resistance value of the resistor R are set in the same manner as in FIG.

また、二次系の伝達関数の一般式を、

Figure 2013247784
とすると、
Figure 2013247784
となり、振幅は、
Figure 2013247784
で表される。また、位相は、
Figure 2013247784
で表される。 In addition, the general expression of the transfer function of the secondary system is
Figure 2013247784
Then,
Figure 2013247784
And the amplitude is
Figure 2013247784
It is represented by The phase is
Figure 2013247784
It is represented by

この発明の実施の形態の電力変換装置において、抵抗Rの抵抗値を小さく設定して、減衰係数ζを大きくすると、共振点でのピークゲインが低下すると共に、周波数に対する位相遅れの変化量が小さくなる。これは、振幅を表す式(9)、位相を表す式(11)の分母に含まれる減衰係数ζが含まれることより、明らかである。   In the power conversion device according to the embodiment of the present invention, when the resistance value of the resistor R is set to be small and the attenuation coefficient ζ is increased, the peak gain at the resonance point is lowered and the amount of change in the phase delay with respect to the frequency is reduced. Become. This is apparent from the fact that the attenuation coefficient ζ included in the denominator of Expression (9) representing the amplitude and Expression (11) representing the phase is included.

従って、減衰係数ζを大きくすると、周波数に対する位相遅れの変化量が小さくなり、図8に示す無駄時間e−sTの周波数と位相遅れが比例する特性より、開ループ特性の位相が反転する周波数が上昇することになる。 Therefore, when the attenuation coefficient ζ is increased, the amount of change in the phase delay with respect to the frequency is reduced, and the frequency at which the phase of the open loop characteristic is inverted is higher than the characteristic in which the frequency of the dead time e −sT shown in FIG. Will rise.

なお、図17は上記式(11)に基づいて、周波数代表点において、減衰係数ζによる位相改善効果を示したものであるが、共振周波数の2倍〜3倍付近では位相改善効果は大きいが、1dec(ω/ωn=10)離れると、位相改善効果は10deg程度に留まる。この結果は、減衰係数ζによる共振抑制効果は抵抗による帰還ゲインが主となるために、並列接続した抵抗Rによる損失が増大することを意味する。   FIG. 17 shows the phase improvement effect by the attenuation coefficient ζ at the frequency representative point based on the above equation (11), but the phase improvement effect is large in the vicinity of 2 to 3 times the resonance frequency. At a distance of 1 dec (ω / ωn = 10), the phase improvement effect remains at about 10 deg. This result means that the resonance suppression effect by the damping coefficient ζ is mainly due to the feedback gain due to the resistance, so that the loss due to the resistance R connected in parallel increases.

また、図18は上記実施の形態の電力変換装置のω/ωn=2における減衰係数ζに対する位相改善効果と抵抗損失特性を示している。ここで、L=0.5mH,C=40μFとする。   FIG. 18 shows the phase improvement effect and the resistance loss characteristic with respect to the attenuation coefficient ζ at ω / ωn = 2 of the power conversion device of the above embodiment. Here, L = 0.5 mH and C = 40 μF.

抵抗Rによる位相改善効果は、減衰係数ζ=0における遅れ位相90°からの進相角度を示しており、抵抗損失はζ=1における損失P1からの低減率ΔPdf=(P1-Pdf)/P1で示している。   The phase improvement effect due to the resistance R indicates a phase advance angle from the delayed phase 90 ° when the damping coefficient ζ = 0, and the resistance loss is a reduction ratio ΔPdf = (P1−Pdf) / P1 from the loss P1 when ζ = 1. Is shown.

図18に示すように、位相改善効果と抵抗損失とのトレードオフ特性より、L=0.5mH,C=40μFの回路定数では、抵抗Rは5Ω程度が望ましく、図13に示したように、制御ゲインkと併せて10dB程度のゲイン余裕が確保できる。   As shown in FIG. 18, from the trade-off characteristic between the phase improvement effect and the resistance loss, the resistance R is preferably about 5Ω when the circuit constant is L = 0.5 mH and C = 40 μF. As shown in FIG. A gain margin of about 10 dB can be secured together with the control gain k.

さらに、抵抗Rの抵抗値を小さくすると、現状25.2degより進相でき、位相が反転する周波数を、fs/2=3kHzを上限としてシフトできるが、他方、抵抗損失を増加させる結果となる。   Further, if the resistance value of the resistor R is reduced, the phase can be advanced from the current state of 25.2 deg, and the frequency at which the phase is inverted can be shifted with fs / 2 = 3 kHz as the upper limit, but on the other hand, the resistance loss is increased.

上記構成の電力変換装置によれば、電圧検出部101により検出されたリアクトルLの両端電圧VLからリアクトルLに流れる電流ILまでの帰還ループのゲインkと、リアクトルLの両端に並列に接続された抵抗Rの抵抗値とを設定して、開ループゲイン特性と位相特性を調整することにより、ダイオードブリッジ11からの直流電圧Vsに対するインバータ部12の入力電圧の伝達特性が予め定められた特性となるようにする。したがって、LC共振および効率低下を抑制しつつ、簡単な構成で制御系の安定性を確保することができる。 According to the power conversion device configured as described above, connected to the gain k of the feedback loop until the current I L flowing from the voltage across V L of the reactor L, which is detected by the voltage detection unit 101 to the reactor L, in parallel across the reactor L By setting the resistance value of the resistor R and adjusting the open loop gain characteristic and the phase characteristic, the transfer characteristic of the input voltage of the inverter unit 12 with respect to the DC voltage V s from the diode bridge 11 is determined in advance. Be characteristic. Therefore, stability of the control system can be ensured with a simple configuration while suppressing LC resonance and efficiency reduction.

また、上記ダイオードブリッジ11からの直流電圧Vsに対するインバータ部12の入力電圧の伝達特性を等価変換して得られるインダクタンス素子電圧制御系の一巡伝達特性の比例ゲインを設定することにより、インダクタンス素子電圧制御系のゲインを調整すると共に、抵抗Rの抵抗値を設定することにより、位相を調整することができ、制御系の安定性を向上できる。 Further, by setting the proportional gain of the round transfer characteristic of the inductance element voltage control system obtained by equivalently converting the transfer characteristic of the input voltage of the inverter unit 12 with respect to the DC voltage V s from the diode bridge 11, the inductance element voltage is set. By adjusting the gain of the control system and setting the resistance value of the resistor R, the phase can be adjusted and the stability of the control system can be improved.

また、上記制御部100がリアクトルLの両端電圧VLを検出してインバータ部12をPWM制御するときの遅れ時間の逆数、すなわち、インバータ部12をPWM制御するときのキャリヤ周波数を、LCフィルタの共振周波数よりも大きく、かつ、LCフィルタの共振周波数の10倍以下とすることによって、位相改善効果が確実に得られる。これに対して、遅れ時間の逆数(キャリヤ周波数)がLCフィルタの共振周波数の10倍を越えると、抵抗Rによる損失が増大し、図17に示すように、十分な位相改善効果が得られない。 Further, the reciprocal of the delay time when the control unit 100 detects the voltage V L across the reactor L and performs PWM control of the inverter unit 12, that is, the carrier frequency when PWM control of the inverter unit 12 is performed. By making the frequency higher than the resonance frequency and not more than 10 times the resonance frequency of the LC filter, the phase improvement effect can be surely obtained. On the other hand, when the reciprocal of the delay time (carrier frequency) exceeds 10 times the resonance frequency of the LC filter, the loss due to the resistance R increases, and a sufficient phase improvement effect cannot be obtained as shown in FIG. .

また、上記減衰係数が1以下において、1つの共振点を中心にした対象な振幅特性に対して、リアクトルLに並列接続された抵抗Rの抵抗値を設定することにより、位相特性を調整することが可能となる。一方、減衰係数が1よりも大きい場合は、伝達特性を一次遅れ要素の直列構成と見なせ、2つの共振点を有する特性となるため、減衰係数が1以下の特性とは異なり、抵抗Rによる位相特性の調整は容易でない。   In addition, when the attenuation coefficient is 1 or less, the phase characteristic is adjusted by setting the resistance value of the resistor R connected in parallel to the reactor L with respect to the target amplitude characteristic centered on one resonance point. Is possible. On the other hand, when the attenuation coefficient is greater than 1, the transfer characteristic is regarded as a series configuration of first-order lag elements and has two resonance points. Therefore, unlike the characteristic having an attenuation coefficient of 1 or less, the resistance R It is not easy to adjust the phase characteristics.

また、上記インダクタンス素子電圧制御系の一巡伝達特性では、インバータ部12をPWM制御するときの遅れ時間の逆数fs(サンプリング周波数)の1/4の周波数において位相が反転するので、周波数fs/4以上の周波数領域におけるゲインを0dB以下することにより制御系を安定させることができる。   Further, in the one-round transfer characteristic of the inductance element voltage control system, the phase is inverted at a frequency that is 1/4 of the reciprocal fs (sampling frequency) of the delay time when the inverter unit 12 is PWM-controlled, so that the frequency fs / 4 or more. The control system can be stabilized by reducing the gain in the frequency region of 0 dB or less.

この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。   Although specific embodiments of the present invention have been described, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the present invention.

10…三相交流電源
11…ダイオードブリッジ
12…インバータ部
13…モータ
14…電流源
R…抵抗
L…リアクトル
C…コンデンサ
100…制御部
101…電圧検出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Three-phase alternating current power supply 11 ... Diode bridge 12 ... Inverter part 13 ... Motor 14 ... Current source R ... Resistance L ... Reactor C ... Capacitor 100 ... Control part 101 ... Voltage detection part

Claims (5)

単相または多相の交流電圧を直流電圧に整流する整流部(11)と、
上記整流部(11)から出力された上記直流電圧を交流電圧に変換して出力するPWM制御のインバータ部(12)と、
上記インバータ部(12)の入力端間に接続されたキャパシタンス素子(C)と、
上記整流部(11)の一方の出力端と上記インバータ部(12)の一方の入力端との間に接続され、上記キャパシタンス素子(C)とでLCフィルタを構成するインダクタンス素子(L)と、
上記インダクタンス素子(L)の両端に並列に接続された抵抗(R)と、
上記インダクタンス素子(L)の両端電圧を検出する電圧検出部(101)と、
上記電圧検出部(101)により検出された上記インダクタンス素子(L)の両端電圧に基づいて、上記インバータ部(12)を制御する制御部(100)と
を備え、
上記LCフィルタは、上記整流部(11)から出力された直流電流に含まれるリップル電流成分を通過させ、かつ、上記インバータ部(12)のキャリヤ周波数と同じ周波数の電流成分を減衰させるように、共振周波数が設定されていると共に、
上記制御部(100)は、
上記整流部(11)からの上記直流電圧に対する上記インバータ部(12)の入力電圧の伝達特性が、直列接続された位相進み要素と二次遅れ要素による減衰特性になるように、上記インバータ部(12)を制御すると共に、
上記整流部(11)からの上記直流電圧に対する上記インバータ部(12)の上記入力電圧の伝達特性において、上記電圧検出部(101)により検出された上記インダクタンス素子(L)の両端電圧から上記インダクタンス素子(L)に流れる電流までの帰還ループを有し、
上記整流部(11)からの上記直流電圧に対する上記インバータ部(12)の上記入力電圧の伝達特性が予め定められた特性となるように、上記帰還ループのゲインkと上記抵抗(R)の抵抗値とが設定されていることを特徴とする電力変換装置。
A rectifying unit (11) for rectifying a single-phase or multi-phase AC voltage into a DC voltage;
A PWM-controlled inverter unit (12) that converts the DC voltage output from the rectifier unit (11) into an AC voltage and outputs the AC voltage;
A capacitance element (C) connected between the input terminals of the inverter unit (12);
An inductance element (L) connected between one output terminal of the rectifying unit (11) and one input terminal of the inverter unit (12), and constituting an LC filter with the capacitance element (C);
A resistor (R) connected in parallel to both ends of the inductance element (L);
A voltage detector (101) for detecting a voltage across the inductance element (L);
A control unit (100) for controlling the inverter unit (12) based on the voltage across the inductance element (L) detected by the voltage detection unit (101),
The LC filter passes a ripple current component included in the direct current output from the rectifier (11) and attenuates a current component having the same frequency as the carrier frequency of the inverter (12). The resonance frequency is set and
The control unit (100)
Inverter section (11) so that the transfer characteristic of the input voltage of the inverter section (12) with respect to the DC voltage from the rectifier section (11) is an attenuation characteristic by a phase advance element and a secondary delay element connected in series. 12) and controlling
In the transfer characteristic of the input voltage of the inverter unit (12) with respect to the DC voltage from the rectifier unit (11), the inductance is obtained from the voltage across the inductance element (L) detected by the voltage detection unit (101). A feedback loop up to the current flowing through the element (L),
The gain k of the feedback loop and the resistance of the resistor (R) so that the transfer characteristic of the input voltage of the inverter unit (12) with respect to the DC voltage from the rectifier unit (11) becomes a predetermined characteristic. A power conversion device characterized in that a value is set.
請求項1に記載の電力変換装置において、
上記制御部(100)は、
上記整流部(11)からの上記直流電圧に対する上記インバータ部(12)の上記入力電圧の伝達特性を等価変換して得られるインダクタンス素子電圧制御系の一巡伝達特性が予め定められた特性となるように、上記一巡伝達特性の比例ゲインが設定されていると共に、
上記インダクタンス素子電圧制御系の一巡伝達特性の位相が予め定められた特性になるように、上記抵抗(R)の抵抗値が設定されていることを特徴とする電力変換装置。
The power conversion device according to claim 1,
The control unit (100)
The circular transfer characteristic of the inductance element voltage control system obtained by equivalently converting the transfer characteristic of the input voltage of the inverter unit (12) with respect to the DC voltage from the rectifier unit (11) is a predetermined characteristic. In addition, a proportional gain of the one-round transfer characteristic is set, and
The power converter according to claim 1, wherein a resistance value of the resistor (R) is set so that a phase of a round transfer characteristic of the inductance element voltage control system is a predetermined characteristic.
請求項1または2に記載の電力変換装置において、
上記制御部(100)が上記インダクタンス素子(L)の両端電圧を検出して上記インバータ部(12)をPWM制御するときの遅れ時間の逆数は、上記LCフィルタの上記共振周波数よりも大きく、かつ、上記共振周波数の10倍以下であることを特徴とする電力変換装置。
In the power converter device according to claim 1 or 2,
The reciprocal of the delay time when the control unit (100) detects the voltage across the inductance element (L) and performs PWM control of the inverter unit (12) is greater than the resonance frequency of the LC filter, and A power conversion device having a resonance frequency of 10 times or less.
請求項1から3までのいずれか1つに記載の電力変換装置において、
上記制御部(100)は、
上記抵抗(R)の抵抗値のみにより、上記整流部(11)からの上記直流電圧に対する上記インバータ部(12)の上記入力電圧の伝達特性の減衰係数が1以下に設定されていることを特徴とする電力変換装置。
In the power converter according to any one of claims 1 to 3,
The control unit (100)
The attenuation coefficient of the transfer characteristic of the input voltage of the inverter unit (12) with respect to the DC voltage from the rectifier unit (11) is set to 1 or less only by the resistance value of the resistor (R). A power converter.
請求項1から4までのいずれか1つに記載の電力変換装置において、
上記制御部(100)は、
上記整流部(11)からの上記直流電圧に対する上記インバータ部(12)の上記入力電圧の伝達特性を等価変換して得られるインダクタンス素子電圧制御系の一巡伝達特性において、上記インダクタンス素子(L)の両端電圧を検出して上記インバータ部(12)をPWM制御するときの遅れ時間の逆数をfsとして、周波数fs/4以上の周波数領域におけるゲインを0dB以下としたことを特徴とする電力変換装置。
In the power converter according to any one of claims 1 to 4,
The control unit (100)
In a round transfer characteristic of the inductance element voltage control system obtained by equivalently converting the transfer characteristic of the input voltage of the inverter part (12) with respect to the DC voltage from the rectifier part (11), the inductance element (L) A power conversion device characterized in that the reciprocal of the delay time when PWM control is performed on the inverter unit (12) by detecting the voltage at both ends is fs, and the gain in the frequency region of frequency fs / 4 or higher is 0 dB or lower.
JP2012120157A 2012-05-25 2012-05-25 Power converter Active JP5939035B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012120157A JP5939035B2 (en) 2012-05-25 2012-05-25 Power converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012120157A JP5939035B2 (en) 2012-05-25 2012-05-25 Power converter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013247784A true JP2013247784A (en) 2013-12-09
JP5939035B2 JP5939035B2 (en) 2016-06-22

Family

ID=49847172

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012120157A Active JP5939035B2 (en) 2012-05-25 2012-05-25 Power converter

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5939035B2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016111746A (en) * 2014-12-03 2016-06-20 ダイキン工業株式会社 Electric power conversion system
JP2019088179A (en) * 2018-01-11 2019-06-06 ダイキン工業株式会社 Power converter and air conditioner
CN111211689A (en) * 2018-11-21 2020-05-29 三菱电机株式会社 Power conversion device
WO2020220870A1 (en) * 2019-04-30 2020-11-05 周衍 Inverter drive system with ultra-low switching power consumption and ultra-low output end electromagnetic interference
US11611285B2 (en) 2017-11-06 2023-03-21 Daikin Industries, Ltd. Power converter and air conditioner

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4067021B2 (en) * 2006-07-24 2008-03-26 ダイキン工業株式会社 Inverter device
JP5257533B2 (en) * 2011-09-26 2013-08-07 ダイキン工業株式会社 Power converter
JP5408326B2 (en) * 2011-09-26 2014-02-05 ダイキン工業株式会社 Power converter

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4067021B2 (en) * 2006-07-24 2008-03-26 ダイキン工業株式会社 Inverter device
JP5257533B2 (en) * 2011-09-26 2013-08-07 ダイキン工業株式会社 Power converter
JP5408326B2 (en) * 2011-09-26 2014-02-05 ダイキン工業株式会社 Power converter

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016111746A (en) * 2014-12-03 2016-06-20 ダイキン工業株式会社 Electric power conversion system
US11611285B2 (en) 2017-11-06 2023-03-21 Daikin Industries, Ltd. Power converter and air conditioner
JP2019088179A (en) * 2018-01-11 2019-06-06 ダイキン工業株式会社 Power converter and air conditioner
CN111211689A (en) * 2018-11-21 2020-05-29 三菱电机株式会社 Power conversion device
CN111211689B (en) * 2018-11-21 2023-10-31 三菱电机株式会社 Power conversion device
WO2020220870A1 (en) * 2019-04-30 2020-11-05 周衍 Inverter drive system with ultra-low switching power consumption and ultra-low output end electromagnetic interference

Also Published As

Publication number Publication date
JP5939035B2 (en) 2016-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4067021B2 (en) Inverter device
JP5257533B2 (en) Power converter
JP5939035B2 (en) Power converter
JP4609060B2 (en) Power supply
JP5219207B2 (en) DC power supply
JP6050127B2 (en) Power converter
KR20090093820A (en) Power supply circuit, module, motor driving apparatus, air conditioner and control circuit of power supply apparatus
WO2013094261A1 (en) Power conversion apparatus
US9906119B2 (en) Method of ripple-compensation control and electrical energy conversion device using the same
JP5231149B2 (en) Power frequency converter
JP5975864B2 (en) Power converter
JP5427957B2 (en) Power converter
JP6179951B2 (en) Harmonic suppression power supply and control circuit thereof
JP7419863B2 (en) power converter
JP5408326B2 (en) Power converter
JP6129240B2 (en) Power conversion device and power conversion method
Soeiro et al. High-efficiency line conditioners with enhanced performance for operation with non-linear loads
KR102356854B1 (en) Voltage converting apparatus and controlling method thereof
JPWO2017022601A1 (en) Charger
JP6689636B2 (en) Power converter
JP2016127749A (en) Rectifier circuit
JP2013021882A (en) Dc power supply
JP6241237B2 (en) High frequency power converter
JP2012060848A (en) Power converter
WO2017133858A1 (en) Power converter and method for controlling a power converter

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150319

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160209

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160331

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: 20160419

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160502

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5939035

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151