JP2018117399A - Power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device.
電力変換装置としては、例えば特許文献１に開示されたものがある。特許文献１の電力変換装置は、入力された直流電圧を三相交流電圧に変換して、ＰＭモータを制御するインバータと、インバータを制御するコントローラと、インバータからＰＭモータへ流れるＵ相電流及びＷ相電流を検出する電流センサとを有している。コントローラは、Ｕ相電流、Ｗ相電流及び入力されるトルク指令に応じてインバータから出力する出力電圧の目標値である三相の電圧指令値を演算する。ところが、種々の要因により、各相の電圧指令値に対して実際の各相の出力電圧がずれることがある。これにより、電流の乱れ（すなわち、電流アンバランス）が生じていると考え、電圧指令値を補償して出力電圧の大きさを揃えるよう制御し、電流アンバランスを解消しようとしている。
As a power converter, there exists a thing indicated by
しかしながら、電流アンバランスは、出力電圧の大きさを揃えるよう制御してもなお、他の要因、例えば、トルク指令の変動、スイッチング素子の停止等によって生じうる。 However, the current imbalance can be caused by other factors, such as fluctuations in the torque command, stoppage of the switching elements, etc., even if the output voltage is controlled to be equalized.
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、電流アンバランスを抑制することができる電力変換装置を提供しようとするものである。 This invention is made | formed in view of this subject, and aims to provide the power converter device which can suppress an electric current imbalance.
本発明の一態様は、直流電力を三相交流電力に変換して、三相交流負荷（１１）を駆動する電力変換器（２）と、
該電力変換器を制御する制御装置（３）と、
上記三相交流負荷の各相に流れる電流（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）を検出する電流検出部（４）と、を備えた電力変換装置（１）であって、
上記電力変換器は、出力配線（２１）として、上記三相交流負荷の三相の電極にそれぞれ接続されるＵ相出力配線（２１ｕ）、Ｖ相出力配線（２１ｖ）及びＷ相出力配線（２１ｗ）を有し、
上記制御装置は、上記三相交流負荷の所望の動作に応じて上記出力配線から出力する出力電圧の目標値である補償前電圧指令値（Ｖｕ０、Ｖｖ０、Ｖｗ０）を演算する補償前演算部（３１）と、
上記電流検出部における各相の検出電流に基づき、上記補償前電圧指令値を各相ごとに補償して、各相ごとの補償後電圧指令値（Ｖｕ１、Ｖｖ１、Ｖｗ１）を求める電圧補償部（３２）と、
各相の上記出力配線から出力される出力電圧を、上記補償後電圧指令値に制御する出力電圧制御部（３３）と、を有する、電力変換装置にある。
One aspect of the present invention includes a power converter (2) that converts DC power into three-phase AC power and drives a three-phase AC load (11);
A control device (3) for controlling the power converter;
A current detection unit (4) for detecting a current (Iu, Iv, Iw) flowing in each phase of the three-phase AC load, and a power converter (1) comprising:
The power converter includes U-phase output wiring (21u), V-phase output wiring (21v), and W-phase output wiring (21w) connected to the three-phase electrodes of the three-phase AC load as output wiring (21). )
The said control apparatus calculates the pre-compensation voltage command value (Vu0, Vv0, Vw0) which is the target value of the output voltage output from the said output wiring according to the desired operation | movement of the said three-phase alternating current load ( 31) and
Based on the detected current of each phase in the current detection unit, the voltage compensation unit (Vu1, Vv1, Vw1) for each phase is obtained by compensating the pre-compensation voltage command value for each phase. 32)
An output voltage control unit (33) that controls the output voltage output from the output wiring of each phase to the compensated voltage command value.
上記電力変換装置において、制御装置は、電流検出部における各相の検出電流に基づき、補償前電圧指令値を各相ごとに補償して、各相ごとの補償後電圧指令値を求める電圧補償部を有する。そして、各相の検出電流に基づき、補償前電圧指令値を各相ごとに補償することにより、各相の出力電圧の大きさを変化させる、すなわち、各相の出力電圧におけるそれぞれの大きさとの間に差異を設けることができる。これにより、電流アンバランスを抑制することができる。 In the power conversion device, the control device compensates the pre-compensation voltage command value for each phase based on the detected current of each phase in the current detection unit, and obtains the post-compensation voltage command value for each phase. Have Then, based on the detected current of each phase, by compensating the pre-compensation voltage command value for each phase, the magnitude of the output voltage of each phase is changed, that is, with the respective magnitudes of the output voltage of each phase. There can be a difference between them. Thereby, current imbalance can be suppressed.
以上のごとく、上記態様によれば、電流アンバランスを抑制することができる電力変換装置を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
As mentioned above, according to the said aspect, the power converter device which can suppress an electric current imbalance can be provided.
In addition, the code | symbol in the parenthesis described in the means to solve a claim and a subject shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later, and limits the technical scope of this invention. It is not a thing.
（実施形態１）
以下に、上述した電力変換装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態の電力変換装置１は、図１に示すように、電力変換器２と、電力変換器２を制御する制御装置３と、電流検出部４とを備える。電力変換器２は、直流電力を三相交流電力に変換して、三相交流負荷１１を駆動する。電流検出部４は、三相交流負荷１１の各相に流れる電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する。電力変換器２は、出力配線２１として、三相交流負荷１１の三相の電極にそれぞれ接続されるＵ相出力配線２１ｕ、Ｖ相出力配線２１ｖ及びＷ相出力配線２１ｗを有する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, an embodiment of the above-described power conversion device will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the
制御装置３は、図２に示すように、補償前演算部３１と、電圧補償部３２と、出力電圧制御部３３とを有する。補償前演算部３１は、三相交流負荷１１の所望の動作に応じて出力配線２１ｕ、２１ｖ、２１ｗから出力する出力電圧の目標値である補償前電圧指令値Ｖｕ０、Ｖｖ０、Ｖｗ０を演算する。電圧補償部３２は、電流検出部４における各相の検出電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに基づき、補償前電圧指令値Ｖｕ０、Ｖｖ０、Ｖｗ０を各相ごとに補償して、各相ごとの補償後電圧指令値Ｖｕ１、Ｖｖ１、Ｖｗ１を求める。出力電圧制御部３３は、各相の出力配線２１ｕ、２１ｖ、２１ｗから出力される出力電圧を、補償後電圧指令値Ｖｕ１、Ｖｖ１、Ｖｗ１に制御する。
As illustrated in FIG. 2, the
次に、本実施形態の電力変換装置１につき、詳説する。
本実施形態の電力変換装置１は、電気自動車やハイブリッド自動車等の駆動に用いられる。
本実施形態において、三相交流負荷１１は、車両駆動に用いられる三相交流の回転電機１１０である。回転電機１１０の固定子は、互いに電気的に独立した３種類の電気コイル１１１を有する。電気コイル１１１としては、互いに電気的に独立した、Ｕ相の電気コイル１１１ｕと、Ｖ相の電気コイル１１１ｖと、Ｗ相の電気コイル１１１ｗとがある。
Next, the
The
In the present embodiment, the three-
電力変換器２は、直流電源１２の直流電力を、三相交流電力に変換して回転電機１１０へ供給するインバータである。電力変換器２は、少なくとも６個のスイッチング素子２２を備えている。電力変換器２は、２個のスイッチング素子２２を直列接続して構成されたレグを３つ有する。各レグは、直流電源１２の正極に接続された高電位配線２３１と、直流電源１２の負極に接続された低電位配線２３２との間に、それぞれ接続されている。そして、各レグにおける２つのスイッチング素子２２の間と、回転電機１１０とを、３本の出力配線２１が接続している。すなわち、Ｕ相の出力配線２１ｕ、Ｖ相の出力配線２１ｖ、Ｗ相の出力配線２１ｗが、それぞれ、回転電機１１０のＵ相の電気コイル１１１ｕ、Ｖ相の電気コイル１１１ｖ、Ｗ相の電気コイル１１１ｗに接続されている。
The
スイッチング素子２２は、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（すなわち、ＩＧＢＴ）、ＭＯＳ型電界効果トランジスタ（すなわち、ＭＯＳＦＥＴ）等によって構成することができる。また、各スイッチング素子２２には、フライホイールダイオード２４が逆並列接続されている。また、直流電源１２と電力変換器２との間には、平滑コンデンサ１３が、高電位配線２３１と低電位配線２３２との間に懸架されるように接続されている。なお、直流電源１２と平滑コンデンサ１３との間には、昇圧コンバータを設けてもよい。
The
また、各出力配線２１ｕ、２１ｖ、２１ｗには、電流検出部４が取り付けられている。電流検出部４によって検出された電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの信号は、制御装置３に送られるよう構成されている。
Moreover, the current detection part 4 is attached to each
制御装置３は、電力変換器２を制御する。すなわち、制御装置３は、図示しない電子制御ユニット（すなわち、ＥＣＵ）からのトルク指令値Ｔと、電流検出部４によって検出された電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗと、回転電機１１０の回転角センサ１１２から得られる回転角θとに基づき、電力変換器２を通じて回転電機１１０をベクトル制御にて制御する。ベクトル制御は、回転電機１１０に供給される電流（以下、モータ電流という。）を、ｄ軸電流とｑ軸電流とに分解し、ｄ軸電流とｑ軸電流とを独立に制御する制御方法である。
The
具体的には、図２に示すように、制御装置３は、補償前演算部３１において、トルク指令値Ｔに基づき、回転電機１１０に所定のトルクを生じさせるように、回転電機１１０に流す電流の大きさや流し方を決める。すなわち、トルク指令値Ｔに基づき、必要とするトルクを生じさせるにあたっての理想のｄ軸電流Ｉｄ０及びｑ軸電流Ｉｑ０の値を決定する。
Specifically, as shown in FIG. 2, the
また、補償前演算部３１は、３相２相変換部３１１と、ｄｑ軸電流制御部３１２と、２相３相変換部３１３とを有する。３相２相変換部３１１は、検出された電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを座標変換することで、ｄ軸電流及びｑ軸電流に変換する。すなわち、３相の電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを２相に変換（いわゆるクラーク変換）した後、さらに、回転角θを用いて回転座標変換（いわゆるパーク変換）を行う。これにより、検出された電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗから、実際のｄ軸電流Ｉｄ１及びｑ軸電流Ｉｑ１が得られる。
In addition, the
ｄｑ軸電流制御部３１２は、Ｉｄ１、Ｉｑ１を、それぞれ理想とするＩｄ０、Ｉｑ０と比較して、ＰＩ制御を行い、ｄ軸電圧Ｖｄ、ｑ軸電圧Ｖｑを得る。ここで、ＰＩ制御は、Ｉｄ１、Ｉｑ１と、Ｉｄ０、Ｉｑ０との比較に基づき、比例制御と積分制御とを行うことにより、モータ電流の大きさを調整する制御である。２相３相変換部３１３は、ｄ軸電圧Ｖｄ、ｑ軸電圧Ｖｑを、座標変換（いわゆる逆パーク変換）した後、空間ベクトル変換することで、補償前電圧指令値Ｖｕ０、Ｖｖ０、Ｖｗ０を得る。
The dq-axis
次に、電圧補償部３２において、補償前電圧指令値Ｖｕ０、Ｖｖ０、Ｖｗ０を各相ごとに補償して、補償後電圧指令値Ｖｕ１、Ｖｖ１、Ｖｗ１を求める。電圧補償部３２においては、各相の検出電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに基づき、補償前電圧指令値Ｖｕ０、Ｖｖ０、Ｖｗ０をそれぞれ個別に補償する。そして、各相の検出電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗにアンバランスが生じたとき、補償前電圧指令値Ｖｕ０、Ｖｖ０、Ｖｗ０を各相の検出電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに基づいて補償することで、出力される電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１のアンバランスを即座に解消するよう構成してある。
Next, the
ここで、制御装置３は、図３に示すように、３本の出力配線２１ｕ、２１ｖ、２１ｗに共通の仮想抵抗ＶＲを設定している。そして、電圧補償部３２は、図２に示すように、仮想抵抗ＶＲ及び検出電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに基づいて、補償前電圧指令値Ｖｕ０、Ｖｖ０、Ｖｗ０を補償して補償後電圧指令値Ｖｕ１、Ｖｖ１、Ｖｗ１を算出するよう構成されている。仮想抵抗ＶＲは、電圧補償部３２における演算処理にあたり、出力配線２１に仮想的に抵抗を追加するものである。
Here, as shown in FIG. 3, the
具体的には、電圧補償部３２において、仮想抵抗ＶＲと、電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗとに基づき、補償前電圧指令値Ｖｕ０、Ｖｖ０、Ｖｗ０を各相ごとに補償する補償値Ｖｏｆｕ、Ｖｏｆｖ、Ｖｏｆｗを求める。そして、各相の検出電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗにアンバランスが生じたとき、補償前電圧指令値Ｖｕ０、Ｖｖ０、Ｖｗ０から補償値Ｖｏｆｕ、Ｖｏｆｖ、Ｖｏｆｗを差し引いて補償することで、出力される電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１のアンバランスを即座に解消するよう構成してある。
Specifically, the
この電圧補償部３２における補償の具体例につき、詳説する。
例えば、図４に示すような状態に、モータ電流に乱れが発生したとする。これらの電流は、電流検出部４によって検出された電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗである。そして、Ｕ相の出力配線２１ｕを流れる電流Ｉｕを適宜Ｕ相電流といい、Ｖ相の出力配線２１ｖを流れる電流Ｉｖを適宜Ｖ相電流といい、Ｗ相の出力配線２１ｗを流れる電流Ｉｗを適宜Ｗ相電流という。
A specific example of compensation in the
For example, assume that the motor current is disturbed in the state shown in FIG. These currents are current values Iu, Iv, and Iw detected by the current detector 4. The current Iu flowing through the
モータ電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは、それぞれ、互いに１２０°の位相差をもって正弦波を描くように時間変化している。ここでは、Ｕ相電流Ｉｕの交流成分の振幅及び直流成分の大きさが、Ｖ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗよりも大きくなっている。具体的には、Ｕ相電流Ｉｕの交流成分の振幅Ａｕが、Ｖ相電流Ｉｖの交流成分の振幅Ａｖ及びＷ相電流Ｉｗの交流成分の振幅Ａｗの大きさよりも大きい。それと共に、Ｕ相電流Ｉｕの直流成分Ｄｕが、Ｖ相電流Ｉｖの直流成分Ｄｖ及びＷ相電流Ｉｗの直流成分Ｄｗの大きさよりも大きい。 The motor currents Iu, Iv, and Iw change with time so as to draw a sine wave with a phase difference of 120 ° from each other. Here, the amplitude of the AC component and the magnitude of the DC component of the U-phase current Iu are larger than the V-phase current Iv and the W-phase current Iw. Specifically, the amplitude Au of the AC component of the U-phase current Iu is larger than the amplitude Av of the AC component of the V-phase current Iv and the amplitude Aw of the AC component of the W-phase current Iw. At the same time, the DC component Du of the U-phase current Iu is larger than the DC component Dv of the V-phase current Iv and the DC component Dw of the W-phase current Iw.
そこで、Ｕ相の補償値Ｖｏｆｕは、Ｕ相電流Ｉｕに仮想抵抗ＶＲを乗算することにより求めることができる。そして、この補償値ＶｏｆｕをＵ相の補償前電圧指令値Ｖｕ０から差し引くことによって、Ｕ相の補償後電圧指令値Ｖｕ１を得る。ここで、Ｕ相の補償前電圧指令値Ｖｕ０は、図５に示すように、時間変化する値であり、下記式（１）のような正弦関数で表される。
Ｖｕ０＝Ａｖｕ・ｓｉｎ（ωｔ）・・・式（１）
なお、Ａｖｕ、ωｔは、それぞれ、Ｕ相の補償前電圧指令値Ｖｕ０の交流成分の振幅、角周波数時間を表す。
Therefore, the U-phase compensation value Vofu can be obtained by multiplying the U-phase current Iu by the virtual resistance VR. Then, the U-phase post-compensation voltage command value Vu1 is obtained by subtracting the compensation value Vofu from the U-phase pre-compensation voltage command value Vu0. Here, the U-phase pre-compensation voltage command value Vu0 is a time-varying value as shown in FIG. 5, and is represented by a sine function such as the following equation (1).
Vu0 = Avu · sin (ωt) (1)
Avu and ωt represent the amplitude and angular frequency time of the AC component of the U-phase pre-compensation voltage command value Vu0, respectively.
この補償前電圧指令値Ｖｕ０を、Ｕ相の補償値Ｖｏｆｕによって補償してＵ相の補償後電圧指令値Ｖｕ１を求める。具体的には、補償値Ｖｏｆｕの振幅Ａｏｆｕは、Ｕ相電流Ｉｕの振幅Ａｕに仮想抵抗ＶＲを乗算した値（すなわち、Ａｕ・ＶＲ）となる。補償値Ｖｏｆｕの直流成分Ｄｏｆｕは、Ｕ相電流Ｉｕの直流成分Ｄｕに仮想抵抗ＶＲを乗算した値（すなわち、Ｄｕ・ＶＲ）となる。そして、図５に示すように、この振幅Ａｏｆｕ（＝Ａｕ・ＶＲ）を、Ｕ相の補償前電圧指令値Ｖｕ０の振幅Ａｖｕから差し引く。これにより、まず、図５の破線の曲線Ｖｕｍに示す状態になる。そして、さらに、直流成分Ｄｏｆｕ（＝Ｄｕ・ＶＲ）を、Ｕ相の補償前電圧指令値Ｖｕ０の直流成分（すなわち、ゼロ）から差し引く。これにより、Ｕ相の補償後電圧指令値Ｖｕ１が得られる。すなわち、Ｕ相の補償後電圧指令値Ｖｕ１は、以下の式（２）によって表すことができる。
Ｖｕ１＝（Ａｖｕ−（Ａｕ・ＶＲ））ｓｉｎ（ωｔ）−（Ｄｕ・ＶＲ）・・・式（２）
The pre-compensation voltage command value Vu0 is compensated by the U-phase compensation value Vofu to obtain a U-phase compensated voltage command value Vu1. Specifically, the amplitude Aofu of the compensation value Vofu is a value obtained by multiplying the amplitude Au of the U-phase current Iu by the virtual resistance VR (that is, Au · VR). The DC component Dofu of the compensation value Vofu is a value obtained by multiplying the DC component Du of the U-phase current Iu by the virtual resistance VR (that is, Du · VR). Then, as shown in FIG. 5, the amplitude Aofu (= Au · VR) is subtracted from the amplitude Avu of the U-phase pre-compensation voltage command value Vu0. As a result, first, the state shown by the dashed curve Vum in FIG. Further, the DC component Dofu (= Du · VR) is subtracted from the DC component (that is, zero) of the U-phase pre-compensation voltage command value Vu0. As a result, the U-phase compensated voltage command value Vu1 is obtained. That is, the post-compensation voltage command value Vu1 for the U phase can be expressed by the following equation (2).
Vu1 = (Avu− (Au · VR)) sin (ωt) − (Du · VR) (2)
このようにして得られたＵ相の補償後電圧指令値Ｖｕ１となるように、出力電圧制御部３３は、Ｕ相の出力電圧を制御する。また、上記と同様にして、電圧補償部３２は、補償後電圧指令値Ｖｖ１、Ｖｗ１を求める。そして、これらの補償後電圧指令値Ｖｖ１、Ｖｗ１となるように、出力電圧制御部３３は、Ｖ相の出力電圧及びＷ相の出力電圧を制御する。そして、このときの各相の出力電流は、補償後電圧指令値Ｖｕ１、Ｖｖ１、Ｖｗ１に応じて決まる。つまり、仮に電圧補償部３２において補償しなかった場合とは異なる出力電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１が出力される。つまり、図６（ａ）に示すように、補償前電圧指令値Ｖｕ０を補償して補償後電圧指令値Ｖｕ１とすることにより、図６（ｂ）に示すように、Ｕ相電流Ｉｕが補償されて、Ｕ相電流Ｉｕ１となって出力される。
The output
同様に、補償前電圧指令値Ｖｖ０、Ｖｗ０を補償して補償後電圧指令値Ｖｖ１、Ｖｗ１とすることにより、Ｖ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗが補償されて、Ｖ相電流Ｉｖ１及びＷ相電流Ｉｗ１となって出力される。
これにより、出力電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１の交流成分の振幅及び直流成分のずれが解消されて、電流アンバランスが解消される。なお、ここでは、Ｕ相電流Ｉｕの交流成分の振幅及び直流成分が大きくずれた場合を例にとって説明したが、他の種々の態様にて生じる電流アンバランスも、同様にして解消される。
Similarly, by compensating the pre-compensation voltage command values Vv0 and Vw0 to obtain the compensated voltage command values Vv1 and Vw1, the V-phase current Iv and the W-phase current Iw are compensated, and the V-phase current Iv1 and the W-phase current are compensated. Output as Iw1.
Thereby, the deviation of the amplitude and the DC component of the AC components of the output currents Iu1, Iv1, and Iw1 is eliminated, and the current imbalance is eliminated. Here, the case where the amplitude and the DC component of the AC component of the U-phase current Iu are largely deviated has been described as an example. However, current imbalance occurring in other various modes is also eliminated in the same manner.
本実施形態の電力変換装置１において、制御装置３は、上述のように、各相の検出電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに基づき、補償前電圧指令値Ｖｕ０、Ｖｖ０、Ｖｗ０を各相ごとに補償して、各相ごとの補償後電圧指令値Ｖｕ１、Ｖｖ１、Ｖｗ１を求める。そして、各相の検出電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに基づき、補償前電圧指令値Ｖｕ０、Ｖｖ０、Ｖｗ０を各相ごとに補償することにより、各相の出力電圧の大きさを変化させる。すなわち、電流アンバランスが生じ始めた際に、必要に応じて、あえて、複数相の間で出力電圧の交流成分の振幅及び直流成分の大きさに差を設ける。これにより、種々の要因にて生じうる電流アンバランスを、効果的に抑制することができる。
In the
また、電圧補償部３２は、仮想抵抗ＶＲ及び検出電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに基づいて、補償前電圧指令値Ｖｕ０、Ｖｖ０、Ｖｗ０を補償して補償後電圧指令値Ｖｕ１、Ｖｖ１、Ｖｗ１を算出するよう構成されている。これにより、電圧指令値の補償を容易に行うことができる。
Further, the
以上のごとく、本実施形態によれば、電流アンバランスを抑制することができる電力変換装置を提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a power conversion device that can suppress current imbalance.
（実験例）
本例は、補償前電圧指令値Ｖｕ０、Ｖｖ０、Ｖｗ０を各相ごとに補償する制御装置３、及び補償前電圧指令値Ｖｕ０、Ｖｖ０、Ｖｗ０を補償しない制御装置３について、出力電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１の違いを比較する例である。
(Experimental example)
In this example, the output currents Iu1, Iv1, This is an example for comparing the difference of Iw1.
補償前電圧指令値Ｖｕ０、Ｖｖ０、Ｖｗ０を補償しない制御装置３における出力電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１、補償値Ｖｏｆｕ、Ｖｏｆｖ、Ｖｏｆｗ、直流電源１２の電流及び補償前電圧指令値Ｖｕ０、Ｖｖ０、Ｖｗ０の変化について、図７（ａ）〜（ｄ）のグラフを参照して説明する。
The output currents Iu1, Iv1, Iw1, the compensation values Vofu, Vofv, Vofw, the current of the
図７（ａ）は、トルク指令値Ｔを変化させることによって、出力電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１に乱れが現れた状態を示すグラフである。ここで、図７（ａ）の実線は、Ｕ相の出力電流Ｉｕ１の変動を示すものである。図７（ａ）の破線は、Ｖ相の出力電流Ｉｖ１の変動を示すものである。図７（ａ）の一点鎖線は、Ｗ相の出力電流Ｉｗ１の変動を示すものである。図７（ｂ）は、電圧補償部３２において補償値Ｖｏｆｕ、Ｖｏｆｖ、Ｖｏｆｗを演算していない状態を示すグラフである。ここで、図７（ｂ）の実線は、補償値Ｖｏｆｕ、Ｖｏｆｖ、Ｖｏｆｗの固定を示すものである。
FIG. 7A is a graph showing a state in which the output currents Iu1, Iv1, and Iw1 are disturbed by changing the torque command value T. FIG. Here, the solid line in FIG. 7A shows the fluctuation of the U-phase output current Iu1. The broken line in FIG. 7A shows the fluctuation of the V-phase output current Iv1. The dashed-dotted line in FIG. 7A shows the fluctuation of the W-phase output current Iw1. FIG. 7B is a graph illustrating a state where the compensation values Vofu, Vofv, and Vofw are not calculated in the
図７（ｃ）は、電流アンバランスの発生によって、直流電源１２に無効電流が流れた状態を示すグラフである。図７（ｄ）は、トルク指令値Ｔの変化に伴う、補償前電圧指令値Ｖｕ０、Ｖｖ０、Ｖｗ０の変化を示すグラフである。ここで、図７（ｄ）の実線は、Ｕ相の補償前電圧指令値Ｖｕ０の変動を示すものである。図７（ｄ）の破線は、Ｖ相の補償前電圧指令値Ｖｖ０の変動を示すものである。図７（ｄ）の一点鎖線は、Ｗ相の補償前電圧指令値Ｖｗ０の変動を示すものである。図７（ａ）〜（ｄ）のグラフは、横軸が時間ｔを示す。図７（ａ）及び図７（ｃ）の縦軸が電流値を示す。図７（ｂ）及び図７（ｄ）の縦軸が電圧値を示す。なお、図７（ｂ）に示すように、制御装置３は補償前電圧指令値Ｖｕ０、Ｖｖ０、Ｖｗ０を補償していないため、補償値Ｖｏｆｕ、Ｖｏｆｖ、Ｖｏｆｗはゼロである。
FIG. 7C is a graph showing a state in which reactive current flows through the
図７（ｄ）に示すように、トルク指令値Ｔを変化させることによって、補償前電圧指令値Ｖｕ０、Ｖｖ０、Ｖｗ０の交流成分の振幅が変化する。これに伴い、図７（ａ）に示すように、出力電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１の交流成分の振幅が変化する。このとき、出力電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１に乱れが現れる。しかしながら、図７（ｂ）に示すように、補償値Ｖｏｆｕ、Ｖｏｆｖ、Ｖｏｆｗはゼロであるため、電圧補償部３２において補償前電圧指令値Ｖｕ０、Ｖｖ０、Ｖｗ０の補償は行われない。そして、出力電圧制御部３３は、継続して、補償前電圧指令値Ｖｕ０、Ｖｖ０、Ｖｗ０となるように出力電圧を制御するため、電流アンバランスが解消されない。
As shown in FIG. 7D, by changing the torque command value T, the amplitude of the AC component of the pre-compensation voltage command values Vu0, Vv0, Vw0 changes. Accordingly, as shown in FIG. 7A, the amplitudes of the alternating current components of the output currents Iu1, Iv1, and Iw1 change. At this time, disturbance appears in the output currents Iu1, Iv1, and Iw1. However, as shown in FIG. 7B, since the compensation values Vofu, Vofv, and Vofw are zero, the
次に、補償前電圧指令値Ｖｕ０、Ｖｖ０、Ｖｗ０を各相ごとに補償する制御装置３における出力電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１、補償値Ｖｏｆｕ、Ｖｏｆｖ、Ｖｏｆｗ、直流電源１２の電流及び補償前電圧指令値Ｖｕ０、Ｖｖ０、Ｖｗ０の変化について、図８（ａ）〜（ｄ）のグラフを参照して説明する。
Next, the output currents Iu1, Iv1, Iw1, the compensation values Vofu, Vofv, Vofw, the current of the
図８（ａ）は、トルク指令値Ｔを変化させても、出力電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１に乱れが現れない状態を示すグラフである。ここで、図７（ａ）と同様に、図８（ａ）の実線、破線、一点鎖線は、それぞれ、Ｕ相の出力電流Ｉｕ１、Ｖ相の出力電流Ｉｖ１、Ｗ相の出力電流Ｉｗ１の変動を示すものである。図８（ｂ）は、電圧補償部３２において補償値Ｖｏｆｕ、Ｖｏｆｖ、Ｖｏｆｗを演算して、補償前電圧指令値Ｖｕ０、Ｖｖ０、Ｖｗ０を補償している状態を示すグラフである。ここで、図８（ｂ）の実線は、Ｕ相の補償値Ｖｏｆｕの変動を示すものである。図８（ｂ）の破線は、Ｖ相の補償値Ｖｏｆｖの変動を示すものである。図８（ｂ）の一点鎖線は、Ｗ相の補償値Ｖｏｆｗの変動を示すものである。
FIG. 8A is a graph showing a state in which no disturbance appears in the output currents Iu1, Iv1, and Iw1 even when the torque command value T is changed. 7A, the solid line, broken line, and alternate long and short dash line in FIG. 8A indicate fluctuations in the U-phase output current Iu1, the V-phase output current Iv1, and the W-phase output current Iw1, respectively. Is shown. FIG. 8B is a graph showing a state in which the compensation values Vofu, Vofv, and Vofw are calculated by the
図８（ｃ）は、トルク指令値Ｔの変化に伴う、直流電源１２の電流の変化を示すグラフである。図８（ｄ）は、補償前電圧指令値Ｖｕ０、Ｖｖ０、Ｖｗ０の変化を示すグラフであり、図７（ｄ）と同じグラフである。図８（ａ）〜（ｄ）のグラフは、横軸が時間ｔを示す。図８（ａ）及び図８（ｃ）の縦軸が電流値を示す。図８（ｂ）及び図８（ｄ）の縦軸が電圧値を示す。
FIG. 8C is a graph showing a change in the current of the
図８（ａ）及び図８（ｄ）に示すように、トルク指令値Ｔを変化させることによって、補償前電圧指令値Ｖｕ０、Ｖｖ０、Ｖｗ０の交流成分の振幅が変化すると共に、出力電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１の交流成分の振幅が変化する。このとき、出力電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１の交流成分の振幅にずれが生じようとする。ここで、図８（ｂ）に示すように、補償値Ｖｏｆｕ、Ｖｏｆｖ、Ｖｏｆｗの交流成分の振幅を変化させて、出力電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１の交流成分の振幅にずれが生じないよう補償する。これにより、電流アンバランスが解消される。 As shown in FIGS. 8A and 8D, by changing the torque command value T, the amplitude of the AC component of the pre-compensation voltage command values Vu0, Vv0, Vw0 is changed, and the output current Iu1, The amplitude of the alternating current component of Iv1 and Iw1 changes. At this time, the amplitude of the AC components of the output currents Iu1, Iv1, and Iw1 tends to be shifted. Here, as shown in FIG. 8B, the amplitudes of the alternating current components of the compensation values Vofu, Vofv, and Vofw are changed to compensate for the deviation of the amplitudes of the alternating current components of the output currents Iu1, Iv1, and Iw1. . Thereby, current imbalance is eliminated.
（実施形態２）
本実施形態の電力変換装置１においては、図９に示すように、仮想抵抗ＶＲの大きさが、トルク指令値Ｔに応じて変化する。
すなわち、制御装置３は、三相交流負荷１１におけるトルクの目標値であるトルク指令値Ｔに応じて、仮想抵抗ＶＲの大きさを変更するよう構成されている。
(Embodiment 2)
In the
That is, the
ここで、トルク指令値Ｔに応じて、仮想抵抗ＶＲの大きさを変更させることについて、図９のグラフを参照して説明する。
図９のグラフは、縦軸が三相交流負荷１１における回転数の目標値である回転数指令値Ｒを示し、横軸がトルク指令値Ｔを示す。制御装置３は、トルク指令値Ｔに応じて、図９に示すグラフに従い、仮想抵抗ＶＲの値を、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅのいずれかに設定する。ここで、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅは、ａ＜ｂ＜ｃ＜ｄ＜ｅの大小関係を有する。すなわち、トルク指令値Ｔが大きいほど、仮想抵抗ＶＲが段階的に大きくなるようにする。なお、本実施形態においては、回転数指令値Ｒに応じて、仮想抵抗ＶＲは変化しない。
Here, changing the magnitude of the virtual resistance VR in accordance with the torque command value T will be described with reference to the graph of FIG.
In the graph of FIG. 9, the vertical axis represents the rotational speed command value R that is the target value of the rotational speed in the three-
具体的には、制御装置３は、０≦Ｔ≦Ｔ１、すなわちトルク指令値Ｔの値が０以上かつＴ１以下であるとき、仮想抵抗ＶＲの値をａに設定する。Ｔ１＜Ｔ≦Ｔ２を満たすとき、仮想抵抗ＶＲの値をｂに設定する。Ｔ２＜Ｔ≦Ｔ３を満たすとき、仮想抵抗ＶＲの値をｃに設定する。Ｔ３＜Ｔ≦Ｔ４を満たすとき、仮想抵抗ＶＲの値をｄに設定する。Ｔ４＜Ｔを満たすとき、仮想抵抗ＶＲの値をｅに設定する。
Specifically, the
その他の構成は、実施形態１と同様である。なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。 Other configurations are the same as those of the first embodiment. Of the reference numerals used in the second and subsequent embodiments, the same reference numerals as those used in the above-described embodiments represent the same components as those in the above-described embodiments unless otherwise indicated.
本実施形態の電力変換装置１においては、制御装置３は、トルク指令値Ｔに応じて、仮想抵抗ＶＲの大きさを設定する。一般的に、トルク指令値Ｔが大きいほど、出力電流の交流成分の振幅のずれが大きくなりやすい。そこで、トルク指令値Ｔが大きい状態においては、仮想抵抗ＶＲを大きくして、電流アンバランスを抑制する。一方、トルク指令値Ｔが小さい状態において仮想抵抗ＶＲが大きい場合には、過剰に補償後電圧指令値が小さくなり、三相交流負荷１１をベクトル制御により制御できないおそれがある。したがって、トルク指令値Ｔが小さい状態においては、仮想抵抗ＶＲを小さくして、電圧指令値の補償に伴うベクトル制御への影響を低減する。
In the
このように、本実施形態によると、トルク指令値Ｔが小さい状態においては、電圧指令値の補償に伴うベクトル制御への影響を低減すると共に、トルク指令値Ｔが大きい状態においては、電流アンバランスを効果的に抑制することができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を得ることができる。
As described above, according to the present embodiment, in the state where the torque command value T is small, the influence on the vector control accompanying the compensation of the voltage command value is reduced, and in the state where the torque command value T is large, the current imbalance is reduced. Can be effectively suppressed.
In addition, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
（実施形態３）
本実施形態の電力変換装置１においては、図１０に示すように、仮想抵抗ＶＲの大きさが、トルク指令値Ｔ及び回転数指令値Ｒに応じて変化する。
すなわち、制御装置３は、三相交流負荷１１における回転数の目標値である回転数指令値Ｒに応じて、仮想抵抗ＶＲの大きさを変更するよう構成されている。
(Embodiment 3)
In the
That is, the
ここで、トルク指令値Ｔ及び回転数指令値Ｒに応じて、仮想抵抗ＶＲの大きさを変更させることについて、図１０のグラフを参照して説明する。
図１０のグラフは、縦軸が回転数指令値Ｒを示し、横軸がトルク指令値Ｔを示す。制御装置３は、トルク指令値Ｔ及び回転数指令値Ｒに応じて、図１０に示すグラフに従い、仮想抵抗ＶＲの値を、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅのいずれかに設定する。ここで、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅは、図９におけるａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅと同様の大小関係を有する。すなわち、トルク指令値Ｔ又は回転数指令値Ｒが大きいほど、仮想抵抗ＶＲが段階的に大きくなるようにする。
Here, changing the magnitude of the virtual resistance VR according to the torque command value T and the rotation speed command value R will be described with reference to the graph of FIG.
In the graph of FIG. 10, the vertical axis represents the rotational speed command value R, and the horizontal axis represents the torque command value T. In accordance with the torque command value T and the rotation speed command value R, the
具体的には、制御装置３は、Ｒ≦Ｒ１−（Ｒ１／Ｔ１）・Ｔを満たすとき、仮想抵抗ＶＲの値をａに設定する。Ｒ＞Ｒ１−（Ｒ１／Ｔ１）・Ｔを満たすと共にＲ≦Ｒ２−（Ｒ２／Ｔ２）・Ｔを満たすとき、仮想抵抗ＶＲの値をｂに設定する。Ｒ＞Ｒ２−（Ｒ２／Ｔ２）・Ｔを満たすと共にＲ≦Ｒ３−（Ｒ３／Ｔ３）・Ｔを満たすとき、仮想抵抗ＶＲの値をｃに設定する。Ｒ＞Ｒ３−（Ｒ３／Ｔ３）・Ｔを満たすと共にＲ≦Ｒ４−（Ｒ４／Ｔ４）・Ｔを満たすとき、仮想抵抗ＶＲの値をｄに設定する。Ｒ＞Ｒ４−（Ｒ４／Ｔ４）・Ｔを満たすとき、仮想抵抗ＶＲの値をｅに設定する。
その他の構成は、実施形態１と同様である。
本実施形態においても、実施形態２と同様の作用効果を得ることができる。
Specifically, the
Other configurations are the same as those of the first embodiment.
Also in this embodiment, the same effect as
（実施形態４）
本実施形態の電力変換装置１においては、図１１に示すように、電圧指令値の補償の有無が、トルク指令値Ｔに応じて切り替わる。
すなわち、図１２に示すように、制御装置３は、調整判断部３４を有する。調整判断部３４は、三相交流負荷１１におけるトルクの目標値であるトルク指令値Ｔに応じて、電圧補償部３２による補償の有無を判断する。
(Embodiment 4)
In the
That is, as illustrated in FIG. 12, the
具体的には、制御装置３は、調整判断部３４において、トルク指令値Ｔに応じて、電圧指令値の補償の有無を切り替える。電圧指令値の補償を行わない場合、出力電圧制御部３３において、各相の出力配線２１ｕ、２１ｖ、２１ｗから出力される出力電圧を、補償前電圧指令値Ｖｕ０、Ｖｖ０、Ｖｗ０と同じ値に制御する。
Specifically, in the
ここで、トルク指令値Ｔに応じて、電圧指令値の補償の有無を切り替えることについて、図１１のグラフを参照して説明する。
図１１のグラフは、縦軸が回転数指令値Ｒを示し、横軸がトルク指令値Ｔを示す。制御装置３は、トルク指令値Ｔに応じて、図１１に示すグラフに従い、電圧指令値の補償を、無し、有りのいずれかに設定する。なお、本実施形態においては、回転数指令値Ｒに応じて、電圧指令値の補償の有無は切り替わらない。
Here, switching the presence or absence of compensation of the voltage command value according to the torque command value T will be described with reference to the graph of FIG.
In the graph of FIG. 11, the vertical axis represents the rotational speed command value R, and the horizontal axis represents the torque command value T. In accordance with the torque command value T, the
具体的には、制御装置３は、０≦Ｔ≦Ｔ１を満たすとき、電圧指令値の補償を行わない。一方、Ｔ１＜Ｔを満たすとき、電圧指令値の補償を行う。このとき、仮想抵抗ＶＲの値は固定としてもよいし、例えば、トルク指令値Ｔに応じて変化させることもできる。
その他の構成は、実施形態１と同様である。
Specifically, the
Other configurations are the same as those of the first embodiment.
本実施形態の電力変換装置１においては、制御装置３は、トルク指令値Ｔに応じて、電圧指令値の補償の有無を切り替える。これにより、トルク指令値Ｔが小さい状態においては、電圧指令値の補償に伴うベクトル制御への影響を排除すると共に、トルク指令値Ｔが大きい状態においては、電流アンバランスを効果的に抑制することができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を得ることができる。
In the
In addition, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
（実施形態５）
本実施形態の電力変換装置１においては、図１３に示すように、電圧指令値の補償の有無が、トルク指令値Ｔ及び回転数指令値Ｒに応じて切り替わる。
すなわち、制御装置３は、調整判断部３４を有する。調整判断部３４は、三相交流負荷１１における回転数の目標値である回転数指令値Ｒに応じて、電圧補償部３２による補償の有無を判断する。
(Embodiment 5)
In the
That is, the
ここで、回転数指令値Ｒに応じて、電圧指令値の補償の有無を切り替えることについて、図１３のグラフを参照して説明する。
図１３のグラフは、縦軸が回転数指令値Ｒを示し、横軸がトルク指令値Ｔを示す。本実施形態において、制御装置３は、トルク指令値Ｔ及び回転数指令値Ｒに応じて、図１３に示すグラフに従い、電圧指令値の補償を、無し、有りのいずれかに設定する。
Here, switching the presence or absence of compensation of the voltage command value according to the rotation speed command value R will be described with reference to the graph of FIG.
In the graph of FIG. 13, the vertical axis represents the rotational speed command value R, and the horizontal axis represents the torque command value T. In the present embodiment, the
具体的には、制御装置３は、Ｒ≦Ｒ１−（Ｒ１／Ｔ１）・Ｔを満たすとき、電圧指令値の補償を行わない。一方、Ｒ＞Ｒ１−（Ｒ１／Ｔ１）・Ｔを満たすとき、電圧指令値の補償を行う。このとき、仮想抵抗ＶＲの値は固定としてもよいし、例えば、トルク指令値Ｔ及び回転数指令値Ｒに応じて変化させることもできる。
その他の構成は、実施形態１と同様である。
本実施形態においても、実施形態４と同様の作用効果を得ることができる。
Specifically, the
Other configurations are the same as those of the first embodiment.
Also in this embodiment, the same effect as that of the fourth embodiment can be obtained.
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。例えば、実施形態３において、トルク指令値Ｔ及び回転数指令値Ｒに応じて、仮想抵抗ＶＲの大きさを変更しているが、回転数指令値Ｒのみに応じて、仮想抵抗ＶＲの大きさを変更してもよい。また、実施形態５において、トルク指令値Ｔ及び回転数指令値Ｒに応じて、電圧指令値の補償の有無を切り替えているが、回転数指令値Ｒのみに応じて、電圧指令値の補償の有無を切り替えてもよい。 The present invention is not limited to the above embodiments, and can be applied to various embodiments without departing from the scope of the invention. For example, in the third embodiment, the magnitude of the virtual resistance VR is changed according to the torque command value T and the rotation speed command value R, but the magnitude of the virtual resistance VR is changed only according to the rotation speed command value R. May be changed. In the fifth embodiment, whether or not the voltage command value is compensated is switched according to the torque command value T and the rotational speed command value R. However, the compensation of the voltage command value is performed only according to the rotational speed command value R. The presence or absence may be switched.
１ 電力変換装置
１１ 三相交流負荷
２ 電力変換器
２１ 出力配線
３ 制御装置
３１ 補償前演算部
３２ 電圧補償部
３３ 出力電圧制御部
４ 電流検出部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
該電力変換器を制御する制御装置（３）と、
上記三相交流負荷の各相に流れる電流（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）を検出する電流検出部（４）と、を備えた電力変換装置（１）であって、
上記電力変換器は、出力配線（２１）として、上記三相交流負荷の三相の電極にそれぞれ接続されるＵ相出力配線（２１ｕ）、Ｖ相出力配線（２１ｖ）及びＷ相出力配線（２１ｗ）を有し、
上記制御装置は、上記三相交流負荷の所望の動作に応じて上記出力配線から出力する出力電圧の目標値である補償前電圧指令値（Ｖｕ０、Ｖｖ０、Ｖｗ０）を演算する補償前演算部（３１）と、
上記電流検出部における各相の検出電流に基づき、上記補償前電圧指令値を各相ごとに補償して、各相ごとの補償後電圧指令値（Ｖｕ１、Ｖｖ１、Ｖｗ１）を求める電圧補償部（３２）と、
各相の上記出力配線から出力される出力電圧を、上記補償後電圧指令値に制御する出力電圧制御部（３３）と、を有する、電力変換装置。 A power converter (2) for converting DC power into three-phase AC power and driving a three-phase AC load (11);
A control device (3) for controlling the power converter;
A current detection unit (4) for detecting a current (Iu, Iv, Iw) flowing in each phase of the three-phase AC load, and a power converter (1) comprising:
The power converter includes U-phase output wiring (21u), V-phase output wiring (21v), and W-phase output wiring (21w) connected to the three-phase electrodes of the three-phase AC load as output wiring (21). )
The said control apparatus calculates the pre-compensation voltage command value (Vu0, Vv0, Vw0) which is the target value of the output voltage output from the said output wiring according to the desired operation | movement of the said three-phase alternating current load ( 31) and
Based on the detected current of each phase in the current detection unit, the voltage compensation unit (Vu1, Vv1, Vw1) for each phase is obtained by compensating the pre-compensation voltage command value for each phase. 32)
An output voltage control unit (33) for controlling an output voltage output from the output wiring of each phase to the post-compensation voltage command value.
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