JP2019140896A - インバータ制御装置 - Google Patents

インバータ制御装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2019140896A
JP2019140896A JP2018154144A JP2018154144A JP2019140896A JP 2019140896 A JP2019140896 A JP 2019140896A JP 2018154144 A JP2018154144 A JP 2018154144A JP 2018154144 A JP2018154144 A JP 2018154144A JP 2019140896 A JP2019140896 A JP 2019140896A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
unit
phase
magnitude
inverter
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
JP2018154144A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6655680B2 (ja
Inventor
ソン−チョル・チョイ
Seung-Cheol Choi
ハク−ジュン・リー
Hak-Jun Lee
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.)
LS Electric Co Ltd
Original Assignee
LSIS 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 LSIS Co Ltd filed Critical LSIS Co Ltd
Publication of JP2019140896A publication Critical patent/JP2019140896A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6655680B2 publication Critical patent/JP6655680B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M7/219Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a bridge configuration
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H02M7/53875Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current with analogue control of three-phase output
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003Details of control, feedback or regulation circuits
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0064Magnetic structures combining different functions, e.g. storage, filtering or transformation
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H02M7/53875Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current with analogue control of three-phase output
    • H02M7/53876Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current with analogue control of three-phase output based on synthesising a desired voltage vector via the selection of appropriate fundamental voltage vectors, and corresponding dwelling times
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/0003Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/22Current control, e.g. using a current control loop
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0025Arrangements for modifying reference values, feedback values or error values in the control loop of a converter

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

【課題】構造を単純化して、少ないメモリ用量を要求しつつ、過変調時間を減らすインバータ制御装置を提供する。【解決手段】インバータ制御装置6は、過変調部10と、比例積分制御部20と、相電圧大きさ決定部30と、加算部と、を備える。相電圧大きさ決定部30は、調整電圧に対応する相電圧の基本波の大きさを決定し、比例積分制御部20は、相電圧の基本波の大きさと指令電圧の大きさの誤差を比例積分(PI)制御して、補償電圧を出力し、加算部は、指令電圧と補償電圧を加算し、過変調部10は、加算された出力を過変調して調整電圧を出力する。【選択図】図8

Description

本発明は、インバータ制御装置に関する。
通常、インバータは、電気的に直流(DC)を交流(AC)に変換する逆変換装置である。産業界において使用されるインバータは、商用電源から供給された電力を入力受けて、自ら電圧と周波数を可変して電動機に供給することで、電動機の速度を高効率に利用するように制御する装置である。
インバータは、可変速運転が要求されるシステムに多く使用されるが、電力用半導体に基づき適用分野によって様々な構成が可能であり、構成方式によって出力電圧の大きさとレベル数及び電圧合成方法が異なるため、ユーザの要求仕様によって様々なインバータ構成が可能である。
産業用インバータでは、通常、3相ハーフブリッジ(half−bridge)方式のインバータが多く使用されている。3相ハーフブリッジインバータは、3つの単相ハーフブリッジインバータが並列に連結された構造であり、それぞれのハーフブリッジは、インバータを構成する基本回路であって、極(pole)、アーム(arm)又はレッグ(leg)と呼ばれる。
一定の直流端電圧Vdcを用いるインバータは、変調方式によって線形的に出力できる電圧の変位が制限される。例えば、正弦波パルス幅変調(SPWM)の線形電圧変調領域の範囲は
であり、空間ベクトルPWM(SVPWM)の線形電圧変調領域の範囲は
である。線形電圧変調領域を外す運転領域を過変調領域と言う。
過変調領域では、指令電圧より小さい出力電圧が発生して、指令電圧に対する出力電圧の線形性が破れるようになる。これにより、出力電圧の高調波が増加して、全体システムの性能が低下する。場合によって、線形変調以上の領域で運転が要求されるため、適宜過変調技法によって指令電圧に対する出力電圧を修正する必要がある。
従来の過変調技法の場合、事前にオフラインで計算されなければならないデータが要求されて、また、過変調でテーブル又は三角関数を用いるべきであるため、インバータ制御機のメモリ用量を使用しすぎて、過変調に要する時間が長くなり過ぎるという問題点があった。
本発明が解決しようとする技術的課題は、構造を単純化して、少ないメモリ用量を要求しつつ、過変調時間を減らすインバータ制御装置を提供することである。
上記のような技術的課題を解決するために、ベクトル形式の指令電圧を調整して、ベクトル形式の調整電圧を複数のスイッチング素子で構成されるインバータ部に提供する本発明の一実施形態のインバータ制御装置は、前記調整電圧に対応する相電圧の基本波の大きさを決定する決定部;前記相電圧の基本波の大きさと前記指令電圧の大きさの誤差を比例積分(PI)制御して補償電圧を出力するPI制御部;前記指令電圧と前記補償電圧を加算する第1加算部;及び前記加算部の出力を過変調して前記調整電圧を出力する過変調部を含んでいてもよい。
上記のような本発明は、PI制御機を用いて出力電圧の基本波を制御することで、維持角と調整電圧の大きさを定義するテーブルが要求されないし、三角関数の計算も要求されないため、システムの構成が単純となり、制御安全性を提供する効果がある。
一般的な3相インバータシステムを説明するための一実施形態構成図である。 図1のインバータ部と出力電圧合成部の入出力関係を説明するための例示図である。 線形電圧変調領域と出力電圧制限線を説明するための例示図である。 過変調を説明するための例示図である。 指令電圧の大きさに応じる調整電圧の大きさと位相の変化を説明するための例示図である。 指令電圧の大きさに応じる調整電圧の大きさと位相の変化を説明するための例示図である。 本発明の一実施形態のインバータ制御装置が適用されるインバータシステムを全体的に説明した構成図である。 本発明の一実施形態のインバータ制御装置の構成図である。 過変調部の過変調による電圧ベクトルの変化を説明するための一例示図である。 図8の過変調部の他の実施形態を説明するための構成図である。 図8の相電圧の大きさ決定部の詳細構成図である。
本発明の構成及び効果を十分に理解するため、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。しかし、本発明は、以下に開示する実施形態に限定されるものではなく、様々な形態に具現することができ、多様な変更を加えることができる。但し、本実施形態に対する説明は、本発明の開示を完全にして、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。添付の図面における構成要素は、説明の便宜のためその大きさを実際より拡大して示したものであり、各構成要素の割合は、誇張するか縮小してもよい。
「第1」、「第2」などの用語は、多様な構成要素を説明するため使われるが、前記構成要素は、上記用語によって限定されてはならない。上記用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的にのみ使われる。例えば、本発明の権利範囲を脱しないながら、「第1の構成要素」は「第2の構成要素」に命名されてもよいし、同様、「第2の構成要素」も「第1の構成要素」に命名されてもよい。また、単数の表現は、文脈上明白に別に表現しない限り、複数の表現を含む。本発明の実施形態において使われる用語は、別に定義されない限り、当該技術分野における通常の知識を有する者に通常知られた意味に解釈される。
以下では、図1〜図6を参照して従来の過変調を行うインバータ制御装置を説明して、図7〜図11を参照して本発明の一実施形態によるインバータ制御装置を説明する。
図1は、一般的な3相インバータシステムを説明するための一実施形態構成図である。
図面に示したように、インバータ100は、直流電源入力部110、インバータ部120及び出力電圧合成部130を含み、誘導電動機200に電力を供給することができる。
直流電源入力部110は、直流端電源であって、キャパシタ又はバッテリーなどで構成されてもよいし、一定電圧を維持することができる。インバータ部120は、複数の3相スイッチで構成されて、3相スイッチは、直流電圧を交流電圧に変換することができる。3相スイッチのオン/オフに応じて出力電圧を制御することができる。
出力電圧合成部130は、パルス幅変調(PWM)ゲート信号を出力して、指令電圧Vdcに対する出力電圧を決定する。
インバータ100は、直流電源入力部110の直流入力電源Vdcから3相の交流出力電圧Van、Vbn、Vcnを出力して、3相の負荷である誘導電動機200に電力を供給する。3相の交流出力電圧は、インバータ部120の3相スイッチのオン/オフに応じて決定される。各相のスイッチは、2つのスイッチが直列に連結されており、各相は、相互独立して動作し出力電圧が発生する。各相の出力電圧は、相互120度の位相差を有するように制御される。
図2は、図1のインバータ部120と出力電圧合成部130の入出力関係を説明するための例示図である。
出力電圧合成部130は、指令電圧VRefを入力受けて、指令電圧ベクトルを調整する。線形電圧変調領域では、指令電圧VRefと調整電圧VModRefが同様であるが、過変調領域では、場合によって電圧ベクトルの大きさと位相を調整した調整電圧VModRefが出力される。すなわち、出力電圧合成部130は、指令電圧VRefに対応する調整電圧VModRefを出力する。
インバータ部120は、調整電圧VModRefを用いて出力電圧Voutを複数のスイッチング素子のスイッチングによって合成する。
図3は、線形電圧変調領域と出力電圧制限線を説明するための例示図であって、3Aは、出力電圧制限線であり、3Bは、線形電圧変調領域を示す。
出力電圧制限線(3A)は、3相インバータが出力可能な電圧範囲を示して、線形電圧変調領域(3B)は、指令電圧ベクトルの位相と関係なく、指令電圧と同じ出力電圧を合成できる電圧領域を示す。
図3の出力電圧制限線(3A)は、図1の3相ハーフブリッジ方式のインバータである場合に該当するものであって、位相によって大きさと模様が異なる。出力電圧制限線(3A)の大きさは、直流端電圧Vdcによって決定され、最大出力電圧は
である。
図3における指令電圧(3C)は、線形電圧変調領域(3B)の内部に位置するため、指令電圧と調整電圧が同様であり、インバータ100は、指令電圧に該当する出力電圧を合成することができる。すなわち、線形電圧変調領域(3B)の内部に該当する指令電圧に対しては、別途過変調が要求されない。
図4は、過変調を説明するための例示図であって、4Aは、一週期の間、指令電圧の移動経路を示し、4Bは、過変調現象による指令電圧と出力電圧の誤差に該当する領域であり、4Cは、指令電圧より大きい電圧を合成できる出力電圧領域である。
図4によれば、指令電圧(4D)が図3で説明した線形電圧変調領域(3B)の外部に位置して、指令電圧に該当する出力電圧の合成が不可能であるため、該指令電圧に対して電圧の大きさが出力電圧制限線(3A)に減少される。すなわち、出力電圧合成部130は、指令電圧の一周期に該当する平均が出力電圧の平均と同様であるように、指令電圧を調整した調整電圧(4E)を決定して、これから出力電圧を合成する。
すなわち、領域4Bにおける足りない出力電圧を領域4Cで補充して、指令電圧(4D)と出力電圧の一週期平均を同様に維持することができる。従って、瞬時には異なるものの、平均的に指令電圧と出力電圧が同じ線形領域を増加することができる。過変調領域において、指令電圧の大きさに応じて調整電圧の大きさと位相は、過変調技法によって決定される。
図5及び図6は、指令電圧の大きさに応じる調整電圧の大きさと位相の変化を説明するための例示図である。
図5におけるMI(modulation index)は、インバータ最大出力電圧の大きさと指令電圧の大きさの比を表して、3相ハーフブリッジインバータで出力電圧の最大基本波の大きさは
である。図5は、指令電圧の大きさと位相角αRefによる維持角(holding angle)αhを示して、下記の数式1は、維持角による調整電圧の位相角αModRefを表す。
[数式1]
このとき、αModRefは、調整電圧の位相角であり、αRefは、指令電圧の位相角である。αhは、維持角であって、指令電圧の位相角が維持角の位相角より小さい場合、出力電圧の位相を固定させる。
図5は、MIによる維持角の変化を示すものであって、MIによる位相の変化は、テーブル又は三角関数で表すが、テーブルを用いる場合、メモリの使用が増加して、三角関数を用いる場合には実行時間が増加する。そして、図5の維持角は、一セクターに対する値であるため、各セクターを判別して適宜使用しなければならない。数式1は、調整電圧が頂点近くで0又は
の一定した位相角を維持することが分かる。
図6は、図5の維持角による調整電圧の大きさと位相の変化を説明するためのものであって、図4のa相近くの電圧領域を示したものである。
(a)のように、指令電圧の位相が維持角より小さい運転領域では、出力電圧制限線(3A)六角形の頂点に該当する電圧に調整して、(b)〜(e)のように、指令電圧の位相が維持角より大きく増加すると、出力電圧制限線(3A)六角形の辺に沿って指令電圧を調整する。電圧の大きさは、出力電圧制限線(3A)六角形によって制限され、位相は、数式1のαModRefによって決定される。
図6で示したように、指令電圧と調整電圧の大きさと位相は異なる。
を軸として、
以上の運転領域は、
以下の運転領域の動作と対称して動作することが分かる。
上記のような従来の過変調技法は、事前にオフラインで計算されければならない資料が要求され、テーブルを用いる場合、制御装置のメモリを使用しなければならないし、又は三角関数を用いる場合には実行時間が増加する問題点があった。
本発明の一実施形態のインバータ制御装置は、閉ループ制御方式の比例積分制御機を用いることで、構造を単純化して、メモリを要求しないながらも実行時間の負担を減らすことができる。
図7は、本発明の一実施形態のインバータ制御装置が適用されるインバータシステムを全体的に説明した構成図であり、図8は、本発明の一実施形態のインバータ制御装置の構成図である。
図7を参照すると、本発明の一実施形態のインバータシステムは、商用電源などの交流電源1から電力が供給されると、供給された電力を整流する整流部2と、整流部2からの出力電圧を平滑する平滑部3、及び平滑部3からの平滑電圧を所望する周波数及び電圧の交流電圧に変換するインバータ部4と、電動機5を駆動するための情報をインバータ部4に伝達する本発明の一実施形態のインバータ制御装置6を含んでいてもよい。
本発明の一実施形態のインバータ制御装置6は、指令電圧生成部7によって生成された指令電圧を受信するものであって、過変調部10、比例積分制御部20、相電圧大きさ決定部30及び加算部40を含んでいてもよい。
指令電圧生成部7は、インバータ制御装置6の出力電圧をフィードバックされて、上位制御装置(未図示)から印加される指令電圧を変換して制御装置6のための指令電圧を生成する。また、制御装置6には、上位制御装置から指令電圧が直接印加される。これについては、本発明の一実施形態の説明と関係ないため、その詳説は省略する。
指令電圧生成部7が制御装置6に出力する指令電圧は、ベクトル形式であり、図8に示したように、指令電圧の大きさはVRefであり、位相はαRefである。
本発明の制御装置6は、スイッチング状態維持過変調方式によって、過変調運転領域で指令電圧の大きさVRefと位相αRefを調整したベクトル形式の調整電圧(調整電圧の大きさはVOVMであり、位相はαOVM)を出力して、これにより、インバータ部4が出力電圧を合成するようにインバータ部4に提供する。
相電圧大きさ決定部30は、調整電圧に対応する相電圧の基本波の大きさを計算する。この詳説について、次に説明する。
比例積分制御部20は、相電圧大きさ決定部30によって決定された調整電圧の基本波の大きさと指令電圧の大きさの誤差を入力として、これを比例積分(proportional−intergal、PI)制御して、補償電圧Vcompを出力する。通常、PI制御は、基準入力と出力結果の誤差信号を積分して、誤差に対する比例積分制御値を出力するものであって、PI制御部20の詳細な構成については既に広く知られたとおりであるので、その詳説は省略する。
加算部40は、補償電圧Vcompを指令電圧に加算して過変調部10に入力する。すなわち、加算部40は、過変調部10の入力電圧の大きさを増加して、指令電圧と調整電圧の基本波の大きさを一致させる。このとき、指令電圧は、ベクトル形式であるため、スカラー形式の補償電圧は、指令電圧の大きさVRefに加えられて、指令電圧の位相αRefは、そのまま出力される。
過変調部10は、スイッチング状態を最大限維持する方式で指令ベクトルを再構成して調整ベクトルを出力する。但し、過変調部10は、指令電圧が図3で説明した線形電圧変調領域(3B)の外部に位置して、指令電圧に該当する出力電圧の合成が不可能である場合、指令電圧を過変調して調整ベクトルを出力するものであって、指令電圧が図3で説明した線形電圧変調領域(3B)の内部に位置する場合に対しては、過変調部10の動作によらず、指令ベクトルをインバータ部4に出力できることは、既に説明したとおりである。
図9は、過変調部10の過変調に応じる電圧ベクトルの変化を説明するための一例示図である。図9の説明では、指令電圧ベクトルをVasRefとVbsRefに示している。これは、図面表記の簡略のためであり、PI制御部20から出力される補償電圧が指令電圧ベクトルに加えられたことは、既に説明したとおりである。
過変調部10は、インバータ部4のスイッチング素子のスイッチング状態を最大限維持する方式で指令電圧ベクトルを再構成することができる。図面に示したように、指令電圧ベクトルがVasRefのように位置した場合、指令電圧ベクトルを具現するためVasRefをVanOVMに調整することができる。
このとき、VasRefの有効ベクトル印加時間は、T1_aとT2_aである。しかし、T1_aとT2_aの和がスイッチング一週期Tsampより大きいため、有効ベクトルの印加時間を調整しなければならない。
本発明の一実施形態において、過変調部10は、T1_aとT2_aのうち、値の大きい方を維持しながら小さい方を調節して、調整電圧ベクトルが出力電圧制限線(3A)上に位置するように調整する。従って、T1_aはそのまま維持して、T2_aをT’2_aに減少することができる。指令電圧ベクトルVbsRefである場合も、同様に適用される。すなわち、調整電圧ベクトルの有効ベクトル印加時間は、次の数式2のとおりである。
[数式2]
このように、指令電圧ベクトルの有効ベクトル印加時間を制限して調整電圧ベクトルを決定する方式は、指令電圧ベクトルが大きくなるほど、調整電圧ベクトルが出力電圧制限線(3A)の頂点に決定される。従って、6ステップモード(出力電圧ベクトルが出力電圧制限線(3A)の頂点のみを出力するモード)に転換可能である。かかる6ステップモードでは、インバータの出力電圧の基本波成分を最大に用いることができる。
一方、本発明の一実施形態の過変調部10が有効ベクトル印加時間を制限する方式で調整電圧ベクトルを出力することを例にあげて説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。
図10は、図8の過変調部の他の実施形態を説明するための構成図である。
図面に示したように、本発明の他の実施形態の過変調部10は、最大値決定部11、中間値決定部12、最小値決定部13、オフセット決定部14、加算部15a、15b、15c及び制限部16a、16b、16cを含んでいてもよい。但し、図10の説明においても、入力が指令電圧として示されているが、これは、図面表記の簡略のためであって、PI制御部20から出力される補償電圧が指令電圧ベクトルに加えられたことは、既に説明したとおりである。
最大値決定部11は、3相の指令電圧のうち、大きさが最大である最大値を決定して、中間値決定部12は、3相の指令電圧のうち、大きさが中間である中間値を決定し、最小値決定部13は、3相の指令電圧のうち、大きさが最小である最大値を決定する。オフセット(offset)決定部14は、最大値、中間値及び最小値を用いて、下記の数式によってオフセットを決定することができる。
[数式3]
このとき、Vmaxは最大値、Vmidは中間値、Vminは最小値であり、Vdcは、平滑部3の直流端電圧であり、Vshiftはオフセットである。
このように決定されたオフセットを、加算部15a、15b、15cが各相の指令電圧と加算して、制限部16a、16b、16cが所定範囲に制限すれば、調整された調整電圧が出力される。
一方、本発明の一実施形態において、相電圧大きさ決定部30は、過変調部10の出力を用いて、これを相電圧に変換し、相電圧の大きさを決定してPI制御部20に提供する。
図11は、図8の相電圧大きさ決定部30の詳細構成図である。
図面に示したように、本発明の一実施形態の相電圧大きさ決定部30は、相電圧決定部31、大きさ決定部32及びフィルター部33を含んでいてもよい。過変調部10の出力は、極電圧であるため、相電圧決定部31は、これを相電圧に変換することができる。
通常、電動機の相電圧とインバータの極電圧の関係は、次のとおりである。
[数式4]
このとき、Vas、Vbs、Vcsは、3相負荷(電動機5)の相電圧であり、Van、Vbn、Vcnは、インバータの極電圧で、図11の入力に該当する。Vsnは、オフセット電圧であり、インバータの中性点と3相負荷の中性点との電圧差を表す。すなわち、数式4のように、極電圧は、相電圧とオフセット電圧の和である。相電圧が3相平衡の正弦波が用いられる場合にも、極電圧は、オフセット電圧によって異なる。
上記数式4からオフセット電圧を数式5のように求めることができ、相電圧は、数式6のように整理される。
[数式5]
[数式6]
従って、本発明の相電圧決定部31は、上記数式5及び数式6を用いて、調整電圧ベクトルから出力相電圧ベクトルを計算することができる。
大きさ決定部32は、上記出力相電圧ベクトルから相電圧の大きさを決定することができる。但し、計算された相電圧には高調波成分が含まれているため、正確な基本波成分が分からない。特に、6高調波成分の影響が大きい。
従って、フィルター部33は、大きさ決定部32の出力から高調波成分を除去することができる。フィルター部33は、帯域阻止フィルター(band stop filter)であってもよいし、低域通過フィルター(low pass filter)であってもよい。フィルター部33が帯域阻止フィルターである場合、中心周波数は、相電圧の6高調波に該当し、フィルター部33が低域通過フィルターである場合、遮断周波数は、6高調波以下の周波数に選定することができる。
このように、高調波成分を除去する場合、PI制御部20の入力から過変調領域における高調波成分が除去されるため、調整電圧の基本波成分を制御することができる。
このように、本発明によれば、閉ループ制御方式として、PI制御機を用いて出力電圧の基本波を制御することで、維持角と調整電圧の大きさを定義するテーブルが要求されないし、三角関数の計算も要求されないため、システムの構成が単純となり、制御安全性を提供することができる。
以上にて、本発明による実施形態を説明したが、これは、例示的なものに過ぎず、当該分野における通常の知識を有する者であれば、これより多様な変形及び均等な範囲の実施形態が可能である点を理解することができる。従って、本発明の真の技術的な保護範囲は、次の請求範囲によって定めるべきである。
2 整流部
3 平滑部
4 インバータ部
5 電動機
10 過変調部
20 PI制御部
30 相電圧大きさ決定部
40 加算部

Claims (7)

  1. ベクトル形式の指令電圧を調整して、ベクトル形式の調整電圧を複数のスイッチング素子で構成されるインバータ部120に提供するインバータ制御装置において、
    前記調整電圧に対応する相電圧の基本波の大きさを決定する決定部30;
    前記相電圧の基本波の大きさと前記指令電圧の大きさの誤差を比例積分制御して補償電圧を出力するPI制御部20;
    前記指令電圧と前記補償電圧を加算する第1加算部40;及び、
    前記第1加算部40の出力を過変調して、前記調整電圧を出力する過変調部10を含むインバータ制御装置。
  2. 前記決定部30は、
    前記調整電圧からベクトル形式の3相の相電圧を決定する相電圧決定部31;
    前記相電圧の大きさを決定する大きさ決定部30;及び、
    前記相電圧の大きさから高調波成分を除去して、前記基本波の大きさを出力するフィルター部33を含む、請求項1に記載のインバータ制御装置。
  3. 前記フィルター部33は、帯域阻止フィルターを含み、前記帯域阻止フィルターの中心周波数は、前記相電圧ベクトルの6高調波である、請求項2に記載のインバータ制御装置。
  4. 前記フィルター部33は、低域通過フィルターを含み、前記低域通過フィルターの遮断周波数は、前記相電圧ベクトルの6高調波以下の周波数に選定される、請求項2に記載のインバータ制御装置。
  5. 前記過変調部10は、
    ベクトル形式の入力の有効ベクトル印加時間のうち大きい方を維持し、小さい方をサンプリング周期によって調整して、出力電圧制限線上に前記調整電圧が位置するように調整する、請求項1に記載のインバータ制御装置。
  6. 前記過変調部10は、
    3相である指令電圧のうち、大きさが最大である最大値を決定する最大値決定部11;
    3相である指令電圧のうち、大きさが中間である中間値を決定する中間値決定部12;
    3相である指令電圧のうち、大きさが最小である最小値を決定する最小値決定部13;
    前記最大値、中間値及び最小値と、前記インバータの直流端電圧を用いてオフセットを決定するオフセット決定部14;及び、
    前記オフセットを前記3相指令電圧にそれぞれ加算する第2加算部を含む、請求項1に記載のインバータ制御装置。
  7. 前記過変調部は、
    前記第2加算部の出力を所定範囲に制限する制限部をさらに含む、請求項6に記載のインバータ制御装置。
JP2018154144A 2018-02-06 2018-08-20 インバータ制御装置 Expired - Fee Related JP6655680B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2018-0014460 2018-02-06
KR1020180014460A KR20190094843A (ko) 2018-02-06 2018-02-06 인버터 제어장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019140896A true JP2019140896A (ja) 2019-08-22
JP6655680B2 JP6655680B2 (ja) 2020-02-26

Family

ID=63524227

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018154144A Expired - Fee Related JP6655680B2 (ja) 2018-02-06 2018-08-20 インバータ制御装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10186984B1 (ja)
EP (1) EP3522358B1 (ja)
JP (1) JP6655680B2 (ja)
KR (1) KR20190094843A (ja)
CN (1) CN110120755B (ja)
ES (1) ES2808958T3 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024057913A1 (ja) * 2022-09-13 2024-03-21 サンデン株式会社 電力変換装置

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102234577B1 (ko) * 2019-02-26 2021-04-01 강원대학교산학협력단 교류 전동기의 출력 토크 향상을 위한 인버터의 과변조 성능 개선 방법 및 그를 위한 회로
CN111181429B (zh) * 2020-01-09 2023-06-13 东北农业大学 基于三分区式的三电平逆变器中点电压的平衡方法及系统
CN111211702B (zh) * 2020-02-25 2021-06-29 西南交通大学 修正调制波获取方法及单相级联h桥整流器模型预测控制方法
CN111313788B (zh) * 2020-03-03 2021-07-27 珠海格力电器股份有限公司 逆变器控制方法、装置、驱动电路、系统及空调器
CN113472267B (zh) * 2020-03-31 2023-06-06 安徽威灵汽车部件有限公司 过调制控制方法、装置以及电机驱动系统、存储介质

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014039425A (ja) * 2012-08-20 2014-02-27 Nagoya Institute Of Technology インバータのpwm電圧発生装置
JP2016015866A (ja) * 2014-07-02 2016-01-28 現代自動車株式会社Hyundaimotor Company 車両用インバータの電圧利用率向上制御装置及び方法
JP2016208819A (ja) * 2015-04-14 2016-12-08 エルエス産電株式会社Lsis Co., Ltd. 三相インバータのオフセット電圧生成装置及び三相インバータ制御装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8750009B2 (en) * 2007-12-27 2014-06-10 Mitsubishi Electric Corporation Controller of a power converter that uses pulse width modulation
CN101505111B (zh) * 2009-03-11 2010-12-08 株洲南车时代电气股份有限公司 一种三电平空间矢量的过调制方法及系统
FR2982680B1 (fr) * 2011-11-15 2013-11-22 Schneider Toshiba Inverter Procede et systeme de commande pour corriger les tensions a appliquer a une charge electrique
KR101736467B1 (ko) 2012-04-04 2017-05-16 한화테크윈 주식회사 실제 구동 전류값에 의하여 지령 전류값이 제한되는 교류 전동기의 제어 장치
EP2811641A1 (en) * 2013-06-05 2014-12-10 Siemens Aktiengesellschaft Controlling the operation of an converter having a plurality of semiconductor switches for converting high power electric signals from DC to AC or from AC to DC
CN106787918B (zh) * 2017-01-16 2019-05-14 南京航空航天大学 一种五相逆变器随机svpwm调制方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014039425A (ja) * 2012-08-20 2014-02-27 Nagoya Institute Of Technology インバータのpwm電圧発生装置
JP2016015866A (ja) * 2014-07-02 2016-01-28 現代自動車株式会社Hyundaimotor Company 車両用インバータの電圧利用率向上制御装置及び方法
JP2016208819A (ja) * 2015-04-14 2016-12-08 エルエス産電株式会社Lsis Co., Ltd. 三相インバータのオフセット電圧生成装置及び三相インバータ制御装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024057913A1 (ja) * 2022-09-13 2024-03-21 サンデン株式会社 電力変換装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN110120755B (zh) 2020-10-02
CN110120755A (zh) 2019-08-13
US10186984B1 (en) 2019-01-22
EP3522358B1 (en) 2020-05-13
EP3522358A1 (en) 2019-08-07
ES2808958T3 (es) 2021-03-02
KR20190094843A (ko) 2019-08-14
JP6655680B2 (ja) 2020-02-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2019140896A (ja) インバータ制御装置
KR102009509B1 (ko) 3상 인버터의 옵셋 전압 생성 장치 및 방법
JP5658224B2 (ja) 回生型高圧インバータの制御装置
JP6695598B2 (ja) インバータ制御装置
JP2016208820A (ja) 三相インバータのオフセット電圧生成装置及び三相インバータ制御装置
JP2016163406A (ja) アクティブフィルタ、及びそれを用いたモータ駆動装置、並びに冷凍装置
JP2019187149A (ja) 電力変換装置及び電力変換方法
KR101887092B1 (ko) 이중 히스테리시스 전류제어기를 사용한 무변압기형 무정전전원장치
ES2918338T3 (es) Dispositivo de control de motor
JP4029284B2 (ja) 交流−交流電力変換器の制御装置
JP5411031B2 (ja) 3レベル電力変換装置
JP4019263B2 (ja) 交流−交流直接変換形電力変換装置
JP5253041B2 (ja) マトリックスコンバータ制御装置
CN110557042B (zh) 逆变器的控制装置
JP4407215B2 (ja) 交流−交流直接変換器の制御装置
Jeong et al. Model predictive current control with modified discrete space vector modulation for three-leg two-phase VSI
JPWO2018179234A1 (ja) H型ブリッジ変換器およびパワーコンディショナ
JP4775101B2 (ja) 交流−交流直接変換装置
JP4002096B2 (ja) 中性点クランプ式電力変換装置
KR20180075282A (ko) 고압인버터 전력셀의 직류단 전압 제어장치
CN116097537A (zh) 用于改进单向功率转换器的电网同步的装置和方法
JP2609229B2 (ja) 循環電流形サイクロコンバータにおける制御装置
KR20040040530A (ko) 단상인버터의 병렬제어시스템
JP2018110466A (ja) アクティブフィルタ、制御方法及びプログラム
KR20210065572A (ko) 인버터 제어장치

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180820

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20181211

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20190115

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190816

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191112

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: 20200107

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200203

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6655680

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees