JP2015096020A - マトリクスコンバータおよび出力電圧誤差の補償方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、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、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、交流電動機や発電機である。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の第1構成例を示す図である。図3に示すように、制御部14は、設定情報記憶部20と、電圧指令生成部21と、制御情報生成部22と、転流制御部23と、誤差補償部24とを備える。誤差補償部24は、補償量算出部31と、パルス幅調整部32とを備える。
転流制御部23が実行する転流法として、上述したように、例えば、電流転流法と電圧転流法とがある。転流制御部23は、設定情報記憶部20に記憶された転流法設定パラメータPtに基づき、電流転流法および電圧転流法の一方を選択し、選択した転流法に従った転流制御を行う。
電流転流法は、出力相毎に、出力相電流Ioの極性に応じた転流パターンにより実行される転流法である。ここでは、転流制御部23が実行する電流転流法の一例として、4ステップ電流転流法について説明する。
第1ステップ: 切り替え元の双方向スイッチSwを構成するスイッチング素子のうち、出力相電流Ioの極性と導通方向が逆極性のスイッチング素子をオフにする。
第2ステップ: 切り替え先の双方向スイッチSwを構成するスイッチング素子のうち、出力相電流Ioの極性と導通方向が同極性のスイッチング素子をオンにする。
第3ステップ: 切り替え元の双方向スイッチSwを構成するスイッチング素子のうち、出力相電流Ioの極性と導通方向が同極性のスイッチング素子をオフにする。
第4ステップ: 切り替え先の双方向スイッチSwを構成するスイッチング素子のうち、出力相電流Ioの極性と導通方向が逆極性のスイッチング素子をオンにする。
電圧転流法は、入力相電圧Er、Es、Etの大小関係に応じた転流パターンにより実行される転流法である。ここでは、転流制御部23が実行する電圧転流法の一例として、4ステップ電圧転流法について説明する。
第1ステップ: 切り替え先の逆バイアスされるスイッチング素子をオンにする。
第2ステップ: 切り替え元の逆バイアスされるスイッチング素子をオフにする。
第3ステップ: 切り替え先の順バイアスされるスイッチング素子をオンにする。
第4ステップ: 切り替え元の順バイアスされるスイッチング素子をオフにする。
制御情報生成部22が実行する変調方式として、例えば、2相変調法と3相変調法がある。制御情報生成部22は、設定情報記憶部20に記憶された変調法パラメータPmに基づき、2相変調法および3相変調法の一方を選択し、選択した変調法に従った制御情報Tru、Trv、Trwを生成する。例えば、制御情報生成部22は、Pm=0の場合、2相変調法を選択し、Pm=1の場合、3相変調法を選択する。
R相、S相およびT相について、最大電圧相をP、最小電圧相をN、中間電圧相をMとし、出力電圧空間ベクトルは図のように表すことができる。図10は、出力電圧空間ベクトルの一例を示す図である。
|Va|=Vmax−Vmid ・・・(1)
|Vb|=Vmid−Vmin ・・・(2)
α=Im/In ・・・(3)
α=Im/Ip ・・・(4)
制御情報生成部22は、2相変調法を選択した場合、U相、V相およびW相のうち1つの出力相は基準電圧Ebaseに固定し、残りの2つの出力相はEp、Em、Enを切り替えて出力させる制御情報Tru、Trv、Trwを生成する。かかる2相変調法では、上述したように、基準電圧Ebaseと入力相電圧Viの位相によってスイッチングパターンが異なる。
3相変調法は、U相、V相およびW相のいずれの出力相もEp、Em、Enを切り替えて出力する方式である。かかる3相変調法では、スイッチングパターンが単一である。
出力電圧誤差補正は、上述したように、誤差補償部24によって実行される。誤差補償部24は、図3に示すように、補償量算出部31と、パルス幅調整部32とを備える。
次に、制御部14の第2構成例を説明する。以下においては、第1構成例の制御部14と区別するために、第2構成例の制御部14を制御部14Aと記載する。
2 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 制御部
20 設定情報記憶部
21 電圧指令生成部
22、22A 制御情報生成部
23 転流制御部
24、24A 誤差補償部
31、31A 補償量算出部
32 パルス幅調整部
32A 補正指令部
Swa、Swb スイッチング素子
Claims (8)
- 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、
前記双方向スイッチを制御する制御情報を生成する制御情報生成部と、
前記制御情報に基づき前記スイッチング素子を個別に制御して転流制御を行う転流制御部と、
前記転流制御の方式および/または電力変換の変調方式の設定情報を記憶する記憶部と、
前記設定情報に基づいて、出力電圧の誤差補償を行う誤差補償部と、を備える
ことを特徴とするマトリクスコンバータ。 - 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、
前記双方向スイッチを制御する制御情報を所定のキャリア波を用いて生成する制御情報生成部と、
前記制御情報に基づき前記スイッチング素子を個別に制御して転流制御を行う転流制御部と、
前記キャリア波の設定情報を記憶する記憶部と、
前記設定情報に基づいて、出力電圧の誤差補償を行う誤差補償部と、を備える
ことを特徴とするマトリクスコンバータ。 - 前記誤差補償部は、
前記設定情報に応じた補償量を算出する補償量算出部と、
前記補償量算出部によって算出された補償量により前記制御情報を補正する補正部と、を備える
ことを特徴とする請求項1または2に記載のマトリクスコンバータ。 - 出力電圧指令を生成する電圧指令生成部を備え、
前記誤差補償部は、
前記設定情報に応じた補償量を算出する補償量算出部と、
前記補償量算出部によって算出された補償量により前記出力電圧指令を補正する補正部と、を備え、
前記制御情報生成部は、
前記誤差補償部によって補正された出力電圧指令に基づいて前記制御情報を生成する
ことを特徴とする請求項1または2に記載のマトリクスコンバータ。 - 前記補償量算出部は、
さらに前記電力変換部からの出力電流の極性に応じた前記補償量を算出する
ことを特徴とする請求項3または4に記載のマトリクスコンバータ。 - 前記変調方式には、前記負荷の2つの相にPWM変調した電圧を出力する2相変調と、前記負荷の3つの相にPWM変調した電圧を出力する3相変調とが含まれ、
前記補正部は、
前記変調方式の種別が2相変調である場合、前記補償量による補正を前記負荷の2つの相に対してそれぞれ行い、前記変調方式の種別が3相変調である場合、前記補償量による補正を前記負荷の3つの相に対してそれぞれ行う
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。 - 前記キャリア波の周波数、および、補償量の算出周期内における前記キャリア波の山谷回数に基づいて、前記補償量を算出する補償量算出部と、
前記補償量算出部によって算出された補償量により前記制御情報を補正する補正部と、を備える
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。 - 交流電源の各相と負荷の各相との間に接続される複数の双方向スイッチを制御する制御情報を生成する生成工程と、
前記双方向スイッチに含まれ導通方向を制御可能な複数のスイッチング素子を、前記制御情報に基づき、個別に制御して転流制御を行う転流制御工程と、
前記転流制御の方式および/または電力変換の変調方式の設定情報に基づいて、出力電圧の誤差補償を行う誤差補償工程と、
を含むことを特徴とする出力電圧誤差の補償方法。
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