JP2019161900A - Electric power conversion device - Google Patents

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Abstract

To reduce a high-frequency spectrum to suppress inductive interference from being caused.SOLUTION: An electric power conversion device 10 according to the present invention comprises a carrier frequency generation part 15 which generates a carrier frequency, a carrier generation part 16 which generates a carrier of the generated carrier frequency, and a PWM signal generation part 18 which compares the generated carrier with a control command to generate a PWM control signal for controlling switching of a switching element of an electric power converter 14, and the carrier frequency generation part 15 comprises a random number generator 153 which generates a frequency signal for increasing and decreasing the carrier frequency at random within a predetermined range based upon a random number, and a cycle generator 154 which generates a frequency varying in predetermined cycles around a reference carrier frequency, and then outputs the frequency, obtained by adding the frequency signal to the frequency generated by the cycle generator 154, as a carrier frequency to the carrier generation part 16.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、スイッチング素子のスイッチングにより直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に関する。   The present invention relates to a power conversion device that converts DC power into AC power by switching of a switching element.

従来、電気車用の誘導電動機を駆動する電力変換装置の制御方法として、車両が低速で走行している際には、非同期制御を行い、車両が高速で走行している際には、同期制御を行うという方法が用いられることが多い。   Conventionally, as a control method of a power conversion device that drives an induction motor for an electric vehicle, asynchronous control is performed when the vehicle is traveling at a low speed, and synchronous control is performed when the vehicle is traveling at a high speed. The method of performing is often used.

図9は、一般的な電力変換装置30の構成例を示す図である。   FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of a general power conversion device 30.

図9に示す電力変換装置30は、リアクトル12と、コンデンサ13と、電力変換器14と、キャリア周波数生成部31と、キャリア生成部16と、制御指令部17と、PWM信号生成部18とを備える。   9 includes a reactor 12, a capacitor 13, a power converter 14, a carrier frequency generation unit 31, a carrier generation unit 16, a control command unit 17, and a PWM signal generation unit 18. Prepare.

リアクトル12とコンデンサ13とは、直流電源11の正極と負極との間に、直列に接続されている。電力変換器14は、コンデンサ13に並列に接続されている。電力変換器14は、スイッチング素子を備えており、スイッチング素子のスイッチングにより、直流電源11からの直流電力を交流電力に変換して、誘導電動機であるモータ1に供給する。電力変換器14のスイッチング素子のオン・オフの切り替え方法としては、キャリアと制御指令との比較に応じてパルス幅が異なるPWM(Pulse Width Modulation)制御信号(制御信号)により、スイッチング素子を制御するPWM方式で制御する方法がある。   The reactor 12 and the capacitor 13 are connected in series between the positive electrode and the negative electrode of the DC power supply 11. The power converter 14 is connected to the capacitor 13 in parallel. The power converter 14 includes a switching element, converts the DC power from the DC power supply 11 into AC power by switching of the switching element, and supplies the AC power to the motor 1 that is an induction motor. As a method for switching on / off the switching element of the power converter 14, the switching element is controlled by a PWM (Pulse Width Modulation) control signal (control signal) having a different pulse width according to the comparison between the carrier and the control command. There is a method of controlling by the PWM method.

キャリア周波数生成部31は、キャリアの周波数(キャリア周波数)を生成し、キャリア生成部16に出力する。キャリア生成部16は、キャリア周波数生成部31から出力されたキャリア周波数を周波数とする三角波などをキャリアとして生成し、PWM信号生成部18に出力する。制御指令部17は、制御指令を生成し、PWM信号生成部18に出力する。PWM信号生成部18は、キャリア生成部16から出力されたキャリアと、制御指令部17から出力された制御指令との比較により、電力変換器14のスイッチング素子のスイッチングを制御するPWM制御信号を生成する。このPWM制御信号を用いて、電力変換器14のスイッチング素子のスイッチングを制御することで、直流電力を交流電力に変換することができる。   The carrier frequency generation unit 31 generates a carrier frequency (carrier frequency) and outputs the carrier frequency to the carrier generation unit 16. The carrier generation unit 16 generates a triangular wave or the like having the carrier frequency output from the carrier frequency generation unit 31 as a carrier, and outputs the carrier to the PWM signal generation unit 18. The control command unit 17 generates a control command and outputs it to the PWM signal generation unit 18. The PWM signal generation unit 18 generates a PWM control signal for controlling the switching of the switching element of the power converter 14 by comparing the carrier output from the carrier generation unit 16 with the control command output from the control command unit 17. To do. By using this PWM control signal to control the switching of the switching element of the power converter 14, the DC power can be converted into AC power.

非同期制御時にPWM方式を用いた場合、キャリア周波数生成部31で生成されるキャリア周波数が一定であると、キャリア周波数に起因した電磁騒音が発生し、騒音の原因となるおそれがある。   When the PWM method is used during asynchronous control, if the carrier frequency generated by the carrier frequency generation unit 31 is constant, electromagnetic noise due to the carrier frequency is generated, which may cause noise.

そこで、特許文献1には、2つの乱数発生器を用いて、騒音を抑制する技術が開示されている。図10は、特許文献1に開示されている技術を適用した場合の、キャリア周波数生成部31の構成例を示す図である。   Therefore, Patent Document 1 discloses a technique for suppressing noise using two random number generators. FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration example of the carrier frequency generation unit 31 when the technique disclosed in Patent Document 1 is applied.

図10に示すキャリア周波数生成部31は、乱数発生器311,313と、タイマ312と、加算器314とを備える。   The carrier frequency generation unit 31 shown in FIG. 10 includes random number generators 311 and 313, a timer 312, and an adder 314.

乱数発生器311は、乱数に基づき、キャリア周波数の継続時間を所定の範囲でランダムに決定し、決定した継続時間をタイマ312に設定する。   The random number generator 311 randomly determines the duration of the carrier frequency within a predetermined range based on the random number, and sets the determined duration in the timer 312.

タイマ312は、乱数発生器311により設定された継続時間が満了すると、乱数発生器313に通知を行う。   The timer 312 notifies the random number generator 313 when the duration set by the random number generator 311 expires.

乱数発生器313は、タイマ312から通知が行われると、乱数に基づき、キャリア周波数を所定の範囲でランダムに変化(増減)させる周波数信号を生成し、加算器314に出力する。   When notified from the timer 312, the random number generator 313 generates a frequency signal that randomly changes (increases or decreases) the carrier frequency within a predetermined range based on the random number, and outputs the frequency signal to the adder 314.

加算器314は、基準となるキャリア周波数である基準キャリア周波数に乱数発生器313から出力された周波数信号を加算した周波数を、キャリア周波数としてキャリア生成部16に出力する。   The adder 314 outputs a frequency obtained by adding the frequency signal output from the random number generator 313 to the reference carrier frequency, which is a reference carrier frequency, to the carrier generation unit 16 as a carrier frequency.

特開平6−14557号公報JP-A-6-14557

図9に示す電力変換装置30においては、非同期制御時に、リアクトル12に流れる電流に含まれる周波数成分のうち、キャリア周波数に起因した特定の周波数スペクトルが高くなり、信号などの通信に障害をもたらす誘導障害が発生するおそれがある。   In the power conversion device 30 shown in FIG. 9, during asynchronous control, among frequency components included in the current flowing through the reactor 12, a specific frequency spectrum due to the carrier frequency becomes high, and the induction that causes trouble in communication of signals and the like Failure may occur.

図11は、キャリア周波数生成部31が生成するキャリア周波数を一定(750Hz)とした場合の、リアクトル12に流れる直流電流のシミュレーション結果を高速フーリエ変換したスペクトル図である。図11に示すように、1.5kHzに0.1A程度のスペクトルが立っており、さらに高周波の範囲でもスペクトルが立っている。このことから、直流電流の中に高周波領域の電流が含まれていることが分かる。   FIG. 11 is a spectrum diagram obtained by fast Fourier transform of the simulation result of the direct current flowing through the reactor 12 when the carrier frequency generated by the carrier frequency generation unit 31 is constant (750 Hz). As shown in FIG. 11, a spectrum of about 0.1 A stands at 1.5 kHz, and a spectrum stands also in a high frequency range. From this, it can be seen that a direct current includes a high-frequency current.

特許文献1に開示されている技術は、電磁騒音の低減を目的としたものであり、上述したような高周波スペクトルの抑制については考慮されていない。   The technique disclosed in Patent Document 1 is intended to reduce electromagnetic noise, and does not consider the suppression of the high-frequency spectrum as described above.

上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、高周波スペクトルを低減し、誘導障害の発生の抑制を図ることができる電力変換装置を提供することである。   An object of the present invention made in view of the above problems is to provide a power conversion device that can reduce the high-frequency spectrum and suppress the occurrence of an induction failure.

上記課題を解決するため、本発明に係る電力変換装置は、スイッチング素子のスイッチングにより直流電力を交流電力に変換する電力変換装置であって、キャリアの周波数であるキャリア周波数を生成するキャリア周波数生成部と、前記キャリア周波数生成部により生成されたキャリア周波数のキャリアを生成するキャリア生成部と、前記キャリア生成部により生成されたキャリアと制御指令との比較により、前記スイッチング素子のスイッチングを制御する制御信号を生成する信号生成部とを備え、前記キャリア周波数生成部は、乱数に基づき、前記キャリア周波数を所定の範囲でランダムに増減させる周波数信号を生成する第1の乱数発生器と、前記キャリア周波数の基準である基準キャリア周波数を中心とし、所定の周期で変化する周波数を生成する周期発生器とを備え、前記周期発生器により生成された周波数に前記第1の乱数発生器により生成された周波数信号を加算した周波数を前記キャリア周波数として前記キャリア生成部に出力する。   In order to solve the above problems, a power conversion device according to the present invention is a power conversion device that converts DC power into AC power by switching of a switching element, and generates a carrier frequency that is a carrier frequency. A carrier generation unit that generates a carrier having a carrier frequency generated by the carrier frequency generation unit, and a control signal that controls switching of the switching element by comparing the carrier generated by the carrier generation unit and a control command The carrier frequency generation unit generates a frequency signal that randomly increases / decreases the carrier frequency within a predetermined range based on a random number, and a carrier frequency generator Centering on the reference carrier frequency that is the reference, the frequency changes at a predetermined cycle. A frequency generator that generates a number, and outputs a frequency obtained by adding the frequency signal generated by the first random number generator to the frequency generated by the cycle generator to the carrier generator as the carrier frequency .

また、本発明に係る電力変換装置において、前記キャリア周波数生成部は、乱数に基づき、前記キャリア周波数の継続時間を所定の範囲でランダムに決定する第2の乱数発生器をさらに備え、前記第1の乱数発生器は、前記第2の乱数発生器により決定された継続時間が経過するごとに、前記周波数信号を生成することが好ましい。   Further, in the power conversion device according to the present invention, the carrier frequency generation unit further includes a second random number generator that randomly determines a duration of the carrier frequency within a predetermined range based on a random number, The random number generator preferably generates the frequency signal each time the duration determined by the second random number generator elapses.

また、上記課題を解決するため、本発明に係る電力変換装置は、スイッチング素子のスイッチングにより直流電力を交流電力に変換する電力変換装置であって、キャリアの周波数であるキャリア周波数を生成するキャリア周波数生成部と、前記キャリア周波数生成部により生成されたキャリア周波数のキャリアを生成するキャリア生成部と、前記キャリア生成部により生成されたキャリアと制御指令との比較により、前記スイッチング素子のスイッチングを制御する制御信号を生成する信号生成部とを備え、前記キャリア周波数生成部は、前記キャリア周波数の基準である基準キャリア周波数と現在のキャリア周波数との差に基づき、前記キャリア周波数を所定の範囲でランダムに増減させる周波数信号の範囲を決定する乱数範囲変更器と、前記乱数範囲変更器により決定された範囲内で、乱数に基づき、前記周波数信号を生成する第3の乱数発生器とを備え、前記現在のキャリア周波数に前記第3の乱数発生器により生成された周波数信号を加算した周波数を前記キャリア周波数として前記キャリア生成部に出力する。   Moreover, in order to solve the said subject, the power converter device which concerns on this invention is a power converter device which converts direct-current power into alternating current power by switching of a switching element, Comprising: The carrier frequency which produces | generates the carrier frequency which is a carrier frequency The switching of the switching element is controlled by comparing the generation unit, the carrier generation unit that generates the carrier of the carrier frequency generated by the carrier frequency generation unit, and the carrier generated by the carrier generation unit and a control command A signal generation unit that generates a control signal, and the carrier frequency generation unit randomly sets the carrier frequency within a predetermined range based on a difference between a reference carrier frequency that is a reference of the carrier frequency and a current carrier frequency. A random number range changer that determines the range of frequency signals to be increased or decreased; A third random number generator for generating the frequency signal based on a random number within a range determined by the random number range changer, and generated by the third random number generator at the current carrier frequency. The frequency obtained by adding the frequency signals is output to the carrier generation unit as the carrier frequency.

また、本発明に係る電力変換装置において、前記キャリア周波数生成部は、乱数に基づき、前記キャリア周波数の継続時間を所定の範囲でランダムに決定する第4の乱数発生器をさらに備え、前記第3の乱数発生器は、前記第4の乱数発生器により決定された継続時間が経過するごとに、前記周波数信号を生成する。   Further, in the power conversion device according to the present invention, the carrier frequency generation unit further includes a fourth random number generator that randomly determines a duration of the carrier frequency within a predetermined range based on a random number, The random number generator generates the frequency signal every time the duration determined by the fourth random number generator elapses.

本発明に係る電力変換装置によれば、高周波スペクトルを低減し、誘導障害の発生の抑制を図ることができる。   According to the power conversion device of the present invention, it is possible to reduce the high frequency spectrum and suppress the occurrence of inductive failure.

本発明の第1の実施形態に係る電力変換装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the power converter device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図1に示すキャリア周波数生成部の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the carrier frequency production | generation part shown in FIG. 図1に示すキャリア周波数生成部が生成するキャリア周波数の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the carrier frequency which the carrier frequency generation part shown in FIG. 1 produces | generates. 図1に示すリアクトルに流れる直流電流のシミュレーション結果を高速フーリエ変換したスペクトル図である。It is the spectrum figure which carried out the fast Fourier transform of the simulation result of the direct current which flows into the reactor shown in FIG. 本発明の第2の実施形態に係る電力変換装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the power converter device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図5に示すキャリア周波数生成部の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the carrier frequency production | generation part shown in FIG. 図5に示すキャリア周波数生成部が生成するキャリア周波数の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the carrier frequency which the carrier frequency generation part shown in FIG. 5 produces | generates. 図5に示すリアクトルに流れる直流電流のシミュレーション結果を高速フーリエ変換したスペクトル図である。FIG. 6 is a spectrum diagram obtained by performing a fast Fourier transform on the simulation result of the direct current flowing through the reactor shown in FIG. 5. 従来の電力変換装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the conventional power converter device. 図9に示すキャリア周波数生成部の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the carrier frequency production | generation part shown in FIG. 図9に示すリアクトルに流れる直流電流のシミュレーション結果を高速フーリエ変換したスペクトル図である。FIG. 10 is a spectrum diagram obtained by performing a fast Fourier transform on the simulation result of the direct current flowing through the reactor shown in FIG. 9.

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において、共通の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected about a common structure and description is abbreviate | omitted.

(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る電力変換装置10の構成例を示す図である。図1に示す電力変換装置10は、直流電力を交流電力に変換するものであり、図9に示す電力変換装置30と比較して、キャリア周波数生成部31をキャリア周波数生成部15に変更した点が異なる。すなわち、本実施形態に係る電力変換装置10は、リアクトル12と、コンデンサ13と、電力変換器14と、キャリア周波数生成部15と、キャリア生成部16と、制御指令部17と、PWM信号生成部18(信号生成部)とを備える。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a power conversion device 10 according to the first embodiment of the present invention. The power converter 10 shown in FIG. 1 converts DC power into AC power, and the carrier frequency generator 31 is changed to the carrier frequency generator 15 as compared with the power converter 30 shown in FIG. Is different. That is, the power conversion device 10 according to the present embodiment includes a reactor 12, a capacitor 13, a power converter 14, a carrier frequency generation unit 15, a carrier generation unit 16, a control command unit 17, and a PWM signal generation unit. 18 (signal generation unit).

キャリア周波数生成部15は、キャリア周波数を生成し、キャリア生成部16に出力する。ここで、キャリア周波数生成部15は、キャリア周波数の継続時間をランダムに決定し、決定した継続時間が経過するごとに、キャリア周波数をランダムに変化させる。   The carrier frequency generation unit 15 generates a carrier frequency and outputs it to the carrier generation unit 16. Here, the carrier frequency generation unit 15 randomly determines the duration of the carrier frequency, and changes the carrier frequency randomly each time the determined duration elapses.

図2は、キャリア周波数生成部15の構成例を示す図である。   FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the carrier frequency generation unit 15.

図2に示すキャリア周波数生成部15は、乱数発生器151,153と、タイマ152と、周期発生器154と、加算器155とを備える。   The carrier frequency generator 15 shown in FIG. 2 includes random number generators 151 and 153, a timer 152, a period generator 154, and an adder 155.

乱数発生器151(第2の乱数発生器)は、乱数に基づき、キャリア周波数の継続時間を所定の範囲でランダムに決定し、決定した継続時間をタイマ152に設定する。   The random number generator 151 (second random number generator) randomly determines the duration of the carrier frequency within a predetermined range based on the random number, and sets the determined duration in the timer 152.

タイマ152は、乱数発生器151により設定された継続時間が満了すると、乱数発生器153に通知を行う。   The timer 152 notifies the random number generator 153 when the duration set by the random number generator 151 expires.

乱数発生器153(第1の乱数発生器)は、タイマ152から通知が行われると、乱数に基づき、キャリア周波数を所定の範囲でランダムに変化(増減)させる周波数信号を生成し、加算器155に出力する。   When notified from the timer 152, the random number generator 153 (first random number generator) generates a frequency signal that randomly changes (increases / decreases) the carrier frequency within a predetermined range based on the random number, and an adder 155 Output to.

周期発生器154は、キャリア周波数の基準である基準キャリア周波数を中心に、所定の周期で変化する周波数を生成し、加算器155に出力する。   The period generator 154 generates a frequency that changes at a predetermined period around the reference carrier frequency that is a reference of the carrier frequency, and outputs the generated frequency to the adder 155.

加算器155は、周期発生器154から出力された周波数に、乱数発生器153から出力された周波数信号を加算した周波数を、キャリア周波数としてキャリア生成部16に出力する。   The adder 155 outputs a frequency obtained by adding the frequency signal output from the random number generator 153 to the frequency output from the period generator 154 to the carrier generation unit 16 as a carrier frequency.

図3は、キャリア周波数生成部15から出力されるキャリア周波数の一例を示す図である。図3においては、周期発生器154は、基準キャリア周波数を中心に、所定の周期を有する三角波状に周波数を変化させる例を示している。   FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the carrier frequency output from the carrier frequency generation unit 15. In FIG. 3, the period generator 154 shows an example in which the frequency is changed in a triangular wave shape having a predetermined period around the reference carrier frequency.

図3に示すように、キャリア周波数は、巨視的に見ると、周期発生器154により生成される、基準キャリア周波数を中心とした所定の周期の三角波となり、微視的に見ると、乱数発生器153により生成される周波数信号に従い、増減する。すなわち、乱数発生器151が設定するキャリア周波数の継続時間は、周期発生器154が周波数を変化させる周期と比べて十分に小さい。また、乱数発生器153が生成する周波数信号によるキャリア周波数の変化量(増減)は、周期発生器154による周波数の変化量よりも小さい。   As shown in FIG. 3, when viewed macroscopically, the carrier frequency is a triangular wave with a predetermined period centered on the reference carrier frequency generated by the period generator 154. When viewed microscopically, the random number generator Increase or decrease in accordance with the frequency signal generated by 153. That is, the duration of the carrier frequency set by the random number generator 151 is sufficiently smaller than the period in which the period generator 154 changes the frequency. Further, the change amount (increase / decrease) of the carrier frequency due to the frequency signal generated by the random number generator 153 is smaller than the change amount of the frequency by the period generator 154.

図4は、図3に示すキャリア周波数を用いた場合の、リアクトル12に流れる直流電流のシミュレーション結果を高速フーリエ変換したスペクトル図である。   FIG. 4 is a spectrum diagram obtained by fast Fourier transform of the simulation result of the direct current flowing through the reactor 12 when the carrier frequency shown in FIG. 3 is used.

図4に示すように、本実施形態においては、一定のキャリア周波数を用いた場合(図11)と比べて、1.5kHzに立つスペクトルが10分の1程度まで抑制されていることが分かる。したがって、高周波スペクトルを低減し、誘導障害の発生の抑制を図ることができる。   As shown in FIG. 4, in this embodiment, it can be seen that the spectrum standing at 1.5 kHz is suppressed to about 1/10 compared to the case where a constant carrier frequency is used (FIG. 11). Therefore, it is possible to reduce the high frequency spectrum and suppress the occurrence of inductive disturbance.

上述した例では、周期発生器154は、基準キャリア周波数を中心に、三角波状に周波数を変化させる例を用いて説明したが、これに限られるものではない。周期発生器154は、例えば、正弦波状あるいはのこぎり波状に周波数を変化させてもよい。また、周期発生器154は、周波数を変化させる周期を変化させてもよい。この場合、乱数発生器を1つ追加し、周期発生器154は、その乱数発生器からの出力に応じて、周期を変化させることができる。   In the above-described example, the period generator 154 has been described using an example in which the frequency is changed in a triangular wave shape around the reference carrier frequency. However, the present invention is not limited to this. The period generator 154 may change the frequency in a sine wave shape or a sawtooth wave shape, for example. Further, the cycle generator 154 may change the cycle for changing the frequency. In this case, one random number generator is added, and the period generator 154 can change the period according to the output from the random number generator.

また、上述した例では、キャリア周波数の継続時間がランダムに変化する例を用いて説明したが、これに限られるものではなく、キャリア周波数の継続時間は一定でもあってもよい。したがって、乱数発生器151およびタイマ152は必須の構成ではない。キャリア周波数の継続時間が一定である場合、乱数発生器153は、所定の期間毎に周波数信号を生成する。   In the above-described example, the example in which the duration of the carrier frequency is randomly changed has been described. However, the present invention is not limited to this, and the duration of the carrier frequency may be constant. Therefore, the random number generator 151 and the timer 152 are not essential components. When the duration of the carrier frequency is constant, the random number generator 153 generates a frequency signal every predetermined period.

このように本実施形態においては、電力変換装置10は、キャリア周波数を生成するキャリア周波数生成部15と、キャリア周波数生成部15により生成されたキャリア周波数のキャリアを生成するキャリア生成部16と、キャリア生成部16により生成されたキャリアと制御指令との比較により、電力変換器14のスイッチング素子のスイッチングを制御するPWM制御信号(制御信号)を生成するPWM信号生成部18とを備える。キャリア周波数生成部15は、乱数に基づき、キャリア周波数を所定の範囲でランダムに増減させる周波数信号を生成する乱数発生器151と、基準キャリア周波数を中心とし、所定の周期で変化する周波数を生成する周期発生器154とを備え、周期発生器154により生成された周波数に乱数発生器151により生成された周波数信号を加算した周波数をキャリア周波数としてキャリア生成部16に出力する。   As described above, in the present embodiment, the power conversion device 10 includes the carrier frequency generation unit 15 that generates the carrier frequency, the carrier generation unit 16 that generates the carrier of the carrier frequency generated by the carrier frequency generation unit 15, and the carrier A PWM signal generation unit 18 that generates a PWM control signal (control signal) for controlling switching of the switching element of the power converter 14 by comparing the carrier generated by the generation unit 16 and the control command. The carrier frequency generation unit 15 generates a frequency that changes at a predetermined cycle centered on the reference carrier frequency and a random number generator 151 that generates a frequency signal that randomly increases or decreases the carrier frequency within a predetermined range based on the random number. The frequency generator 154 is provided, and a frequency obtained by adding the frequency signal generated by the random number generator 151 to the frequency generated by the cycle generator 154 is output to the carrier generator 16 as a carrier frequency.

基準キャリア周波数を中心に所定の周期で変化する周波数に、ランダムに増減する周波数信号を加えた周波数をキャリア周波数とすることで、キャリア周波数をランダムに変化させ、リアクトル12に流れる直流電流のスペクトルを分散させることができる。そのため、高周波スペクトルを低減し、誘導障害の発生を抑制することができる。   A frequency obtained by adding a frequency signal that is randomly increased or decreased to a frequency that changes at a predetermined period around the reference carrier frequency is used as the carrier frequency, so that the carrier frequency is changed randomly, and the spectrum of the direct current flowing through the reactor 12 is obtained. Can be dispersed. Therefore, it is possible to reduce the high frequency spectrum and suppress the occurrence of induction disturbance.

(第2の実施形態)
図5は、本発明の第2の実施形態に係る電力変換装置20の構成例を示す図である。本実施形態に係る電力変換装置20は、第1の実施形態に係る電力変換装置10と比較して、キャリア周波数生成部15をキャリア周波数生成部21に変更した点が異なる。そのため、以下では、キャリア周波数生成部21について説明する。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of the power conversion device 20 according to the second embodiment of the present invention. The power conversion device 20 according to the present embodiment is different from the power conversion device 10 according to the first embodiment in that the carrier frequency generation unit 15 is changed to the carrier frequency generation unit 21. Therefore, the carrier frequency generation unit 21 will be described below.

図6は、キャリア周波数生成部21の構成例を示す図である。   FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of the carrier frequency generation unit 21.

図6に示すキャリア周波数生成部21は、乱数発生器211,214と、タイマ212と、乱数範囲変更器213と、加算器215とを備える。   The carrier frequency generator 21 shown in FIG. 6 includes random number generators 211 and 214, a timer 212, a random number range changer 213, and an adder 215.

乱数発生器211(第4の乱数発生器)は、乱数に基づき、キャリア周波数の継続時間を所定の範囲でランダムに決定し、決定した継続時間をタイマ212に設定する。   The random number generator 211 (fourth random number generator) randomly determines the duration of the carrier frequency within a predetermined range based on the random number, and sets the determined duration in the timer 212.

タイマ212は、乱数発生器211により設定された継続時間が満了すると、乱数発生器214に通知を行う。   The timer 212 notifies the random number generator 214 when the duration set by the random number generator 211 has expired.

乱数範囲変更器213は、後述する加算器215から出力されるキャリア周波数(現在のキャリア周波数)と、基準キャリア周波数との差に基づき、キャリア周波数を変化(増減)させる周波数信号の範囲を変更し、乱数発生器214に設定する。   The random number range changer 213 changes the range of the frequency signal for changing (increasing / decreasing) the carrier frequency based on the difference between the carrier frequency (current carrier frequency) output from the adder 215 described later and the reference carrier frequency. To the random number generator 214.

乱数発生器214(第3の乱数発生器)は、タイマ212から通知が行われると、乱数範囲変更器213により設定された範囲内で、乱数に基づき、キャリア周波数を所定の範囲でランダムに変化(増減)させる周波数信号を生成し、加算器155に出力する。   When notified from the timer 212, the random number generator 214 (third random number generator) changes the carrier frequency randomly within a predetermined range based on the random number within the range set by the random number range changer 213. A frequency signal to be increased / decreased is generated and output to the adder 155.

加算器215は、現在のキャリア周波数に、乱数発生器214から出力された周波数信号を加算した周波数を、キャリア周波数としてキャリア生成部16および乱数範囲変更器213に出力する。   The adder 215 outputs the frequency obtained by adding the frequency signal output from the random number generator 214 to the current carrier frequency to the carrier generation unit 16 and the random number range changer 213 as the carrier frequency.

図7は、キャリア周波数生成部21から出力されるキャリア周波数の一例を示す図である。図7においては、乱数範囲変更器213は、現在のキャリア周波数と、基準キャリア周波数との差が大きいほど、現在のキャリア周波数が基準キャリア周波数に近づくように、周波数信号の範囲(乱数の範囲)を狭める例を示している。   FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the carrier frequency output from the carrier frequency generation unit 21. In FIG. 7, the random number range changer 213 has a frequency signal range (random number range) so that the current carrier frequency approaches the reference carrier frequency as the difference between the current carrier frequency and the reference carrier frequency increases. The example which narrows is shown.

図8は、図7に示すキャリア周波数を用いた場合の、リアクトル12に流れる直流電流のシミュレーション結果を高速フーリエ変換したスペクトル図である。   FIG. 8 is a spectrum diagram obtained by fast Fourier transform of the simulation result of the direct current flowing through the reactor 12 when the carrier frequency shown in FIG. 7 is used.

図8に示すように、本実施形態においては、一定のキャリア周波数を用いた場合(図11)と比べて、1.5kHzに立つスペクトルが4分の1程度まで抑制されていることが分かる。したがって、高周波スペクトルを低減し、誘導障害の発生の抑制を図ることができる。   As shown in FIG. 8, in this embodiment, it can be seen that the spectrum standing at 1.5 kHz is suppressed to about a quarter compared to the case where a constant carrier frequency is used (FIG. 11). Therefore, it is possible to reduce the high frequency spectrum and suppress the occurrence of inductive disturbance.

上述した例では、キャリア周波数の継続時間がランダムに変化する例を用いて説明したが、これに限られるものではなく、キャリア周波数の継続時間は一定でもあってもよい。したがって、乱数発生器211およびタイマ212は必須の構成ではない。キャリア周波数の継続時間が一定である場合、乱数発生器214は、所定の期間毎に周波数信号を生成する。   In the example described above, the example in which the duration of the carrier frequency changes at random is described. However, the present invention is not limited to this, and the duration of the carrier frequency may be constant. Therefore, the random number generator 211 and the timer 212 are not essential components. When the duration of the carrier frequency is constant, the random number generator 214 generates a frequency signal every predetermined period.

このように本実施形態においては、電力変換装置20は、キャリア周波数を生成するキャリア周波数生成部21と、キャリア周波数生成部21により生成されたキャリア周波数のキャリアを生成するキャリア生成部16と、キャリア生成部16により生成されたキャリアと制御指令との比較により、電力変換器14のスイッチング素子のスイッチングを制御するPWM制御信号(制御信号)を生成するPWM信号生成部18とを備える。キャリア周波数生成部21は、基準キャリア周波数と現在のキャリア周波数との差に基づき、キャリア周波数を所定の範囲でランダムに増減させる周波数信号の範囲を決定する乱数範囲変更器213と、乱数範囲変更器213により決定された範囲内で、乱数に基づき、周波数信号を生成する乱数発生器214とを備え、現在のキャリア周波数に乱数発生器214により生成された周波数信号を加算した周波数をキャリア周波数としてキャリア生成部16に出力する。   As described above, in this embodiment, the power conversion device 20 includes the carrier frequency generation unit 21 that generates the carrier frequency, the carrier generation unit 16 that generates the carrier of the carrier frequency generated by the carrier frequency generation unit 21, and the carrier A PWM signal generation unit 18 that generates a PWM control signal (control signal) for controlling switching of the switching element of the power converter 14 by comparing the carrier generated by the generation unit 16 and the control command. The carrier frequency generator 21 includes a random number range changer 213 that determines a range of a frequency signal that randomly increases or decreases the carrier frequency within a predetermined range based on the difference between the reference carrier frequency and the current carrier frequency, and a random number range changer 213, a random number generator 214 that generates a frequency signal based on a random number within a range determined by 213. The carrier frequency is a frequency obtained by adding the frequency signal generated by the random number generator 214 to the current carrier frequency. Output to the generator 16.

基準キャリア周波数と現在のキャリア周波数との差に基づき周波数信号の範囲を決定し、その範囲内でランダムに増減する周波数信号を現在のキャリア周波数に加えた周波数を新たなキャリア周波数とすることで、キャリア周波数をランダムに変化させ、リアクトル12に流れる直流電流のスペクトルを分散させることができる。そのため、高周波スペクトルを低減し、誘導障害の発生を抑制することができる。   By determining the range of the frequency signal based on the difference between the reference carrier frequency and the current carrier frequency, and adding a frequency signal that randomly increases or decreases within the range to the current carrier frequency as a new carrier frequency, The spectrum of the direct current flowing through the reactor 12 can be dispersed by changing the carrier frequency at random. Therefore, it is possible to reduce the high frequency spectrum and suppress the occurrence of induction disturbance.

上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨および範囲内で、多くの変更および置換が可能であることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形および変更が可能である。例えば、実施形態の構成図に記載の複数の構成ブロックを1つに組み合わせたり、あるいは1つの構成ブロックを分割したりすることが可能である。   Although the above embodiments have been described as representative examples, it will be apparent to those skilled in the art that many changes and substitutions can be made within the spirit and scope of the invention. Accordingly, the present invention should not be construed as being limited by the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the claims. For example, it is possible to combine a plurality of constituent blocks described in the configuration diagram of the embodiment into one, or to divide one constituent block.

1 モータ
10 電力変換装置
11 直流電源
12 リアクトル
13 コンデンサ
14 電力変換器
15 キャリア周波数生成部
16 キャリア生成部
17 制御指令部
18 PWM信号生成部
21 キャリア周波数生成部
151 乱数発生器(第2の乱数発生器)
152 タイマ
153 乱数発生器(第1の乱数発生器)
154 周期発生器
155 加算器
211 乱数発生器(第4の乱数発生器)
212 タイマ
213 乱数範囲変更器
214 乱数発生器(第3の乱数発生器)
215 加算器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor 10 Power converter 11 DC power supply 12 Reactor 13 Capacitor 14 Power converter 15 Carrier frequency generation part 16 Carrier generation part 17 Control command part 18 PWM signal generation part 21 Carrier frequency generation part 151 Random number generator (2nd random number generation) vessel)
152 timer 153 random number generator (first random number generator)
154 Period generator 155 Adder 211 Random number generator (fourth random number generator)
212 timer 213 random number range changer 214 random number generator (third random number generator)
215 Adder

Claims (4)

スイッチング素子のスイッチングにより直流電力を交流電力に変換する電力変換装置であって、
キャリアの周波数であるキャリア周波数を生成するキャリア周波数生成部と、
前記キャリア周波数生成部により生成されたキャリア周波数のキャリアを生成するキャリア生成部と、
前記キャリア生成部により生成されたキャリアと制御指令との比較により、前記スイッチング素子のスイッチングを制御する制御信号を生成する信号生成部とを備え、
前記キャリア周波数生成部は、
乱数に基づき、前記キャリア周波数を所定の範囲でランダムに増減させる周波数信号を生成する第1の乱数発生器と、
前記キャリア周波数の基準である基準キャリア周波数を中心とし、所定の周期で変化する周波数を生成する周期発生器とを備え、
前記周期発生器により生成された周波数に前記第1の乱数発生器により生成された周波数信号を加算した周波数を前記キャリア周波数として前記キャリア生成部に出力することを特徴とする電力変換装置。
A power conversion device that converts DC power into AC power by switching of a switching element,
A carrier frequency generation unit that generates a carrier frequency that is a carrier frequency;
A carrier generation unit that generates a carrier having a carrier frequency generated by the carrier frequency generation unit;
A signal generation unit that generates a control signal for controlling switching of the switching element by comparing the carrier generated by the carrier generation unit with a control command;
The carrier frequency generator is
A first random number generator for generating a frequency signal based on a random number to randomly increase or decrease the carrier frequency within a predetermined range;
A period generator that generates a frequency that changes at a predetermined period around a reference carrier frequency that is a reference of the carrier frequency;
The power conversion device, wherein a frequency obtained by adding a frequency signal generated by the first random number generator to a frequency generated by the period generator is output to the carrier generation unit as the carrier frequency.
請求項1に記載の電力変換装置において、
前記キャリア周波数生成部は、
乱数に基づき、前記キャリア周波数の継続時間を所定の範囲でランダムに決定する第2の乱数発生器をさらに備え、
前記第1の乱数発生器は、前記第2の乱数発生器により決定された継続時間が経過するごとに、前記周波数信号を生成することを特徴とする電力変換装置。
The power conversion device according to claim 1,
The carrier frequency generator is
A second random number generator for randomly determining a duration of the carrier frequency based on a random number within a predetermined range;
The first random number generator generates the frequency signal every time the duration determined by the second random number generator elapses.
スイッチング素子のスイッチングにより直流電力を交流電力に変換する電力変換装置であって、
キャリアの周波数であるキャリア周波数を生成するキャリア周波数生成部と、
前記キャリア周波数生成部により生成されたキャリア周波数のキャリアを生成するキャリア生成部と、
前記キャリア生成部により生成されたキャリアと制御指令との比較により、前記スイッチング素子のスイッチングを制御する制御信号を生成する信号生成部とを備え、
前記キャリア周波数生成部は、
前記キャリア周波数の基準である基準キャリア周波数と現在のキャリア周波数との差に基づき、前記キャリア周波数を所定の範囲でランダムに増減させる周波数信号の範囲を決定する乱数範囲変更器と、
前記乱数範囲変更器により決定された範囲内で、乱数に基づき、前記周波数信号を生成する第3の乱数発生器とを備え、
前記現在のキャリア周波数に前記第3の乱数発生器により生成された周波数信号を加算した周波数を前記キャリア周波数として前記キャリア生成部に出力することを特徴とする電力変換装置。
A power conversion device that converts DC power into AC power by switching of a switching element,
A carrier frequency generation unit that generates a carrier frequency that is a carrier frequency;
A carrier generation unit that generates a carrier having a carrier frequency generated by the carrier frequency generation unit;
A signal generation unit that generates a control signal for controlling switching of the switching element by comparing the carrier generated by the carrier generation unit with a control command;
The carrier frequency generator is
A random number range changer that determines a range of a frequency signal that randomly increases or decreases the carrier frequency within a predetermined range based on a difference between a reference carrier frequency that is a reference of the carrier frequency and a current carrier frequency;
A third random number generator for generating the frequency signal based on a random number within a range determined by the random number range changer;
The power conversion device, wherein a frequency obtained by adding the frequency signal generated by the third random number generator to the current carrier frequency is output to the carrier generation unit as the carrier frequency.
請求項3に記載の電力変換装置において、
前記キャリア周波数生成部は、
乱数に基づき、前記キャリア周波数の継続時間を所定の範囲でランダムに決定する第4の乱数発生器をさらに備え、
前記第3の乱数発生器は、前記第4の乱数発生器により決定された継続時間が経過するごとに、前記周波数信号を生成することを特徴とする電力変換装置。
The power conversion device according to claim 3,
The carrier frequency generator is
A fourth random number generator for randomly determining a duration of the carrier frequency in a predetermined range based on a random number;
The power converter according to claim 3, wherein the third random number generator generates the frequency signal each time the duration determined by the fourth random number generator elapses.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110932585A (en) * 2019-12-10 2020-03-27 国网河南省电力公司电力科学研究院 Modulation method and device for reducing ultrahigh harmonic amplitude at converter switching frequency
JP7318850B2 (en) 2019-11-21 2023-08-01 東洋電機製造株式会社 power converter

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0614557A (en) * 1992-06-23 1994-01-21 Toyo Electric Mfg Co Ltd Modulation system for pwm inverter
JP2007295689A (en) * 2006-04-24 2007-11-08 Nissan Motor Co Ltd Power controller and control method
JP2018007294A (en) * 2016-06-27 2018-01-11 東芝三菱電機産業システム株式会社 Power conversion device and control method therefor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0614557A (en) * 1992-06-23 1994-01-21 Toyo Electric Mfg Co Ltd Modulation system for pwm inverter
JP2007295689A (en) * 2006-04-24 2007-11-08 Nissan Motor Co Ltd Power controller and control method
JP2018007294A (en) * 2016-06-27 2018-01-11 東芝三菱電機産業システム株式会社 Power conversion device and control method therefor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7318850B2 (en) 2019-11-21 2023-08-01 東洋電機製造株式会社 power converter
CN110932585A (en) * 2019-12-10 2020-03-27 国网河南省电力公司电力科学研究院 Modulation method and device for reducing ultrahigh harmonic amplitude at converter switching frequency

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