JP2015070625A - マトリクスコンバータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】実施形態に係るマトリクスコンバータは、第1の転流制御部、2の転流制御部および選択部を備える。第1の転流制御部は、第1の転流方法による転流制御を行う。第2の転流制御部は、第1の転流方法とは異なる第2の転流方法による転流制御を行う。選択部は、電力変換部からの出力電流または出力電圧のベクトルまたは交流電源から電力変換部への入力電圧または入力電流のベクトルに基づき、第1の転流制御部および第2の転流制御部の中から転流制御を実行する転流制御部を選択する。
【選択図】図11
Description
[1.1.マトリクスコンバータの構成]
図1は、第1の実施形態に係るマトリクスコンバータの構成例を示す図である。図1に示すように、第1の実施形態に係るマトリクスコンバータ1は、3相交流電源2(以下、単に交流電源2と記載する)と負荷3との間に設けられる。負荷3は、例えば、交流電動機である。以下においては、交流電源2のR相、S相およびT相を入力相と記載し、負荷3のU相、V相およびW相を出力相と記載する。
図3は、制御部14の構成例を示す図である。図3に示すように、制御部14は、電圧指令演算部30と、PWMデューティ比演算部31と、転流部32とを有する。
電圧指令演算部30は、周波数指令f*および出力相電流Iu、Iv、Iwに基づき、各出力相の電圧指令Vu*、Vv*、Vw*(以下、電圧指令Vo*と総称する場合がある)を生成して出力する。周波数指令f*は、出力相電圧Vu、Vv、Vwの周波数の指令である。
PWMデューティ比演算部31は、電圧指令Vu*、Vv*、Vw*および入力相電圧Er、Es、Etに基づき、PWM電圧指令Vu1*、Vv1*、Vw1*を生成する。PWM電圧指令Vu1*、Vv1*、Vw1*を生成する技術は、公知技術であり、例えば、特開2008−048550号公報、特開2012−239265号公報などに記載されている技術が用いられる。
転流部32は、負荷3に接続する交流電源2の相を双方向スイッチSにより切り替える転流制御を実行する。具体的には、転流部32は、PWM電圧指令Vu1*、Vv1*、Vw1*に対し、出力相電流Iu、Iv、Iw毎の極性、および、入力相電圧Ep、Em、Enに基づいて転流時における双方向スイッチSの切り替え順序を決定する。転流部32は、決定した切り替え順序に基づき、ゲート信号S1u〜S6u、S1v〜S6v、S1w〜S6wを生成する。
第1の転流制御部41は、第1の転流方法による転流制御を行う。第1の転流方法は、第2の転流方法に比べ、出力電流Ioの極性への依存度が相対的に高い転流方法である。この第1の転流方法は、例えば、4ステップ電流転流法であり、出力電流Ioの極性を間違えたときに転流動作中の出力開放時間が相対的に長い。
ステップ1: 切り替え元の双方向スイッチSを構成する片方向スイッチのうち、出力電流Ioと逆極性の片方向スイッチをオフにする。
ステップ2: 切り替え先の双方向スイッチSを構成する片方向スイッチのうち、出力電流Ioと同極性の片方向スイッチをオンにする。
ステップ3: 切り替え元の双方向スイッチSを構成する片方向スイッチのうち、出力電流Ioと同極性の片方向スイッチをオフにする。
ステップ4: 切り替え先の双方向スイッチSを構成する片方向スイッチのうち、出力電流Ioと逆極性の片方向スイッチをオンにする。
第2の転流制御部42は、第2の転流方法による転流制御を行う。第2の転流方法は、第1の転流方法に比べ、出力電流Ioの極性への依存度が相対的に低い転流方法である。この第2の転流方法は、例えば、4ステップ電圧転流法であり、出力電流Ioの極性を間違えたときに転流動作中の出力開放時間が相対的に短い。
ステップ1: 切り替え先の逆バイアスされる片方向スイッチをオンにする。
ステップ2: 切り替え元の逆バイアスされる片方向スイッチをオフにする。
ステップ3: 切り替え先の順バイアスされる片方向スイッチをオンにする。
ステップ4: 切り替え元の順バイアスされる片方向スイッチをオフにする。
なお、片方向スイッチSioにおいては、転流動作直前で入力側電圧の方が出力側電圧よりも低い状態を逆バイアスといい、転流動作直前で入力側電圧の方が高い状態を順バイアスというものとする。また、片方向スイッチSoiにおいては、転流動作直前で入力側電圧の方が出力側電圧よりも低い状態を順バイアスといい、転流動作直前で入力側電圧の方が高い状態を逆バイアスというものとする。
次に、選択部43について説明する。選択部43は、出力電流ベクトルIoαβに基づき、第1の転流制御部41および第2の転流制御部42の中から転流制御を行う転流制御部を選択する。上述のように、第1の転流制御部41は、第1の転流方法による転流制御を行い、第2の転流制御部42は、第2の転流方法による転流制御を行う。
図13は、Pa=1の場合のU相における所定範囲RC1の一例を示す図である。図13に示すように、所定範囲RC1は、所定幅D1を有し、原点Oを中心としてβ軸に対して所定角度Δθ1だけ回転してβ軸に対して傾斜させた範囲である。U相に関し、出力相電流Iuがゼロになる位相(ここでは、π/2、3π/2とする)での出力電流ベクトルIoαβの向き(β軸の正方向および負方向)を基準方向とし、この基準方向を基準として所定範囲RCxが設定される。
図15は、Pa=2の場合のU相における所定範囲RC2の一例を示す図である。図15に示すように、所定範囲RC2は、原点Oからβ軸方向の正方向および負方向に所定角度Δθ2で広がる範囲である。これにより、転流失敗を生じる可能性を低減することができる。
図17は、Pa=3の場合のU相における所定範囲RC3の一例を示す図である。図17に示すように、所定範囲RC3は、原点Oを中心に所定角度Δθ1だけ所定範囲RC2(図15参照)を回転させた範囲である。
図18は、Pa=4の場合のU相における所定範囲RC4の一例を示す図である。図18に示すように、所定範囲RC4は、所定範囲RC2(図15参照)と同じ範囲RC4aと、原点Oを中心として半径R以内の範囲RC4bとを含む。
図19は、Pa=5の場合のU相における所定範囲RC5の一例を示す図である。図19に示すように、所定範囲RC5は、原点Oを中心に所定角度θ1だけ所定範囲RC4(図18参照)を回転させた範囲である。
図20は、Pa=6の場合のU相における所定範囲RC6の一例を示す図である。図20に示すように、所定範囲RC6は、原点Oからβ軸方向の正方向および負方向に所定角度Δθ3で広がる範囲RC6aと、β軸方向の正方向および負方向に向けて所定幅D1で延伸する範囲RC6bとを含む。
図21は、Pa=7の場合のU相における所定範囲RC7の一例を示す図である。図21に示すように、所定範囲RC7は、所定範囲RC6を原点Oを中心に所定角度θ1だけ回転させた範囲である。
次に、第2の実施形態にかかるマトリクスコンバータについて説明する。第2の実施形態に係るマトリクスコンバータは、出力電圧ベクトルに基づいて転流制御部を選択する点で、第1の実施形態に係るマトリクスコンバータ1と異なる。なお、以下においては、第1の実施形態に係るマトリクスコンバータ1と異なる点を中心に説明し、第1の実施形態と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略する。
次に、第3の実施形態にかかるマトリクスコンバータについて説明する。第3の実施形態に係るマトリクスコンバータは、入力電圧ベクトルに基づいて転流制御部を選択する点で、第1の実施形態に係るマトリクスコンバータ1と異なる。なお、以下においては、第1の実施形態に係るマトリクスコンバータ1と異なる点を中心に説明し、第1の実施形態と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略する。
次に、第4の実施形態にかかるマトリクスコンバータについて説明する。第4の実施形態に係るマトリクスコンバータは、出力電流ベクトルに基づいて転流制御部を選択する点で、第3の実施形態に係るマトリクスコンバータ1Bと異なる。なお、以下においては、第3の実施形態に係るマトリクスコンバータ1Bと異なる点を中心に説明し、第3の実施形態と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略する。
2 3相交流電源
3 負荷
10 電力変換部
11 LCフィルタ
12 入力電圧検出部
13 出力電流検出部
14、14A、14B、14C 制御部
15 出力電圧検出部
30 電圧指令演算部
31 PWMデューティ比演算部
32、32A、32B、32C 転流部
41、41B 第1の転流制御部
42、41B 第2の転流制御部
43、43A、43B、43C 選択部
45、46、47 3相2相変換器
47 ベクトル長比率演算器
48 ベクトル位相差演算器
50、50A U相判定器
52、52A V相判定器
54、54A W相判定器
62 U相切替器
62B 切替器
64 V相切替器
66 W相切替器
Claims (11)
- 複数のスイッチング素子により導通方向を制御可能な複数の双方向スイッチを有し、交流電源の各相に接続される複数の入力端子と負荷の各相に接続される複数の出力端子との間に前記複数の双方向スイッチが設けられた電力変換部と、
前記複数の双方向スイッチを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
第1の転流方法による転流制御を行う第1の転流制御部と、
前記第1の転流方法とは異なる第2の転流方法による転流制御を行う第2の転流制御部と、
前記電力変換部からの出力電流または出力電圧のベクトルまたは前記交流電源から電力変換部への入力電圧または入力電流のベクトルに基づき、前記第1の転流制御部および前記第2の転流制御部の中から転流制御を実行する転流制御部を選択する選択部と、を備える
ことを特徴とするマトリクスコンバータ。 - 前記選択部は、
前記ベクトルが所定範囲外である場合に、前記第1の転流制御部を選択し、前記ベクトルが前記所定範囲内である場合に、前記第2の転流制御部を選択する
ことを特徴とする請求項1に記載のマトリクスコンバータ。 - 前記選択部は、
前記出力電流の周波数または前記入力電圧の周波数に基づいて前記所定範囲を変更する
ことを特徴とする請求項2に記載のマトリクスコンバータ。 - 前記ベクトルは、2軸直交座標において原点を起点とする回転ベクトルであり、
前記制御部は、
前記出力電流または前記入力電圧を検出する検出器と、
前記検出器の検出結果を前記ベクトルに変換する変換器と、を備える
ことを特徴とする請求項2または3に記載のマトリクスコンバータ。 - 前記所定範囲は、
前記出力電流の値がゼロである場合の前記ベクトルの向きを基準方向とし、前記基準方向に対して傾斜して設けられる
ことを特徴とする請求項4に記載のマトリクスコンバータ。 - 前記所定範囲は、
前記原点から前記基準方向に向けて所定角度で広がる範囲を前記基準方向に対して傾斜させた範囲を含む
ことを特徴とする請求項5に記載のマトリクスコンバータ。 - 前記所定範囲は、
前記原点から前記基準方向に向けて所定幅で延伸する範囲を前記基準方向に対して傾斜させた範囲を含む
ことを特徴とする請求項5または6に記載のマトリクスコンバータ。 - 前記所定範囲は、
前記出力電流の値または前記入力電圧の値がゼロである場合の前記ベクトルの向きを基準方向とし、前記原点から前記基準方向に向けて所定角度で広がる範囲を含む
ことを特徴とする請求項4に記載のマトリクスコンバータ。 - 前記所定範囲は、
前記原点から前記基準方向に向けて所定幅で延伸する範囲を含む
ことを特徴とする請求項8に記載のマトリクスコンバータ。 - 前記所定範囲は、
前記原点から所定の長さ内にある範囲を含む
ことを特徴とする請求項5、6、8、9のいずれか1つに記載のマトリクスコンバータ。 - 前記選択部は、
前記負荷の各相に対してそれぞれ前記転流制御を実行する転流制御部を選択する
ことを特徴とする請求項1〜10のいずれか1つに記載のマトリクスコンバータ。
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