JP2020031507A - Power conversion device and inverter device using the same - Google Patents

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Abstract

To output voltage from full-wave rectification voltage to double voltage by a few switching elements in a power conversion device which converts three-phase AC voltage into DC voltage.SOLUTION: A power conversion device is constituted by providing two full-wave rectification circuits which perform full-wave rectification of three-phase AC voltage in parallel, connecting first and second link capacitors in series on a DC output side of one rectification circuit, connecting first and second switching elements in series on a DC output side of the other full-wave rectification circuit, and connecting a midpoint of the first and second switching elements with a midpoint of the first and second link capacitors, and is further provided with: a voltage sensor which detects voltage of the three-phase AC voltage; and a control circuit which controls the first and second switching elements so as to input a detection value of the voltage sensor to conduct a phase in which an absolute value becomes maximum.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は交流電圧を直流電圧に変換する電力変換装置及び、これを用いたインバータ装置に関する。   The present invention relates to a power conversion device that converts an AC voltage into a DC voltage, and an inverter device using the same.

三相交流電源を受電しモータ等の負荷へ電力変換を行うインバータ装置では、電源の三相交流電圧を整流回路により一旦直流電圧へ変換した後、インバータにより負荷(例えば、交流モータ)が必要とする交流電圧を生成することが一般的である。   In an inverter device that receives a three-phase AC power supply and converts the power to a load such as a motor, the inverter needs a load (for example, an AC motor) after the three-phase AC voltage of the power supply is once converted to a DC voltage by a rectifier circuit. It is common to generate an alternating voltage.

このインバータ装置において、整流回路が生成する直流電圧は電源の三相交流電圧の振幅によって決まる。したがって、インバータ装置を構成する半導体部品や受動部品の耐圧はこの電圧に基づいて決定される。   In this inverter device, the DC voltage generated by the rectifier circuit is determined by the amplitude of the three-phase AC voltage of the power supply. Therefore, the withstand voltage of the semiconductor component and the passive component constituting the inverter device is determined based on this voltage.

ところで、電源の三相交流電圧は国や地域で異なり、例えば日本では三相200V、中国では三相380Vである。したがって、複数の国や地域にインバータ装置を導入する場合、各部品の耐圧が異なるため、同電力容量でも別設計のインバータ装置が必要になる。このため、必要な部品点数が増加し、部品管理費等のコストが増大する課題がある。   By the way, the three-phase AC voltage of the power supply differs in countries and regions, for example, three-phase 200 V in Japan and three-phase 380 V in China. Therefore, when an inverter device is introduced in a plurality of countries and regions, the withstand voltage of each component is different, so that another inverter device with the same power capacity is required. For this reason, there is a problem that the required number of parts increases and costs such as parts management costs increase.

この課題に対する解決策として、三相倍電圧整流を行う電力変換装置の利用が考えられる。倍電圧整流を行う電力変換装置によって、例えば三相200V受電の場合、インバータの直流電圧を三相400V受電相当に昇圧することができる。したがって、異なる三相交流電圧に対してインバータ装置を共通化でき、装置全体の低コストが期待できる。   As a solution to this problem, use of a power converter that performs three-phase voltage doubler rectification can be considered. With a power converter that performs voltage doubler rectification, for example, in the case of three-phase 200V power reception, the DC voltage of the inverter can be boosted to three-phase 400V power reception. Therefore, the inverter device can be shared for different three-phase AC voltages, and low cost of the entire device can be expected.

このような電力変換装置としては、特許文献1に記載の回路方式が提案されている。この電力変換装置では、ダイオードブリッジ(整流回路)と並列に3組の双方向スイッチ回路の一方を接続し、もう一方をインバータ直流部の2直列されたリンクコンデンサ(平滑コンデンサ)の中点に接続している。この双方向スイッチ回路を三相交流電圧に基づいてスイッチングすることにより、直流電圧の倍電圧化が可能になる。   As such a power converter, a circuit system described in Patent Document 1 has been proposed. In this power converter, one of three sets of bidirectional switch circuits is connected in parallel with a diode bridge (rectifier circuit), and the other is connected to the midpoint of two series-connected link capacitors (smoothing capacitors) of the inverter DC section. are doing. By switching the bidirectional switch circuit based on the three-phase AC voltage, the DC voltage can be doubled.

特開2013−247789号公報JP 2013-247789 A

特許文献1に記載された装置では、双方向スイッチ回路が必要となる。そのため、多数のスイッチング素子が必要となる。また、双方向スイッチ回路を構成するスイッチング素子の駆動にはドライバを必要とするため、スイッチング素子が増えると、ドライバも増えることになり、装置全体の構成が複雑になる。また、一般に、スイッチング素子は高価であり、スイッチング素子を多く使用すると装置全体のコストが高くなる。   The device described in Patent Document 1 requires a bidirectional switch circuit. Therefore, many switching elements are required. Further, since a driver is required to drive the switching elements forming the bidirectional switch circuit, if the number of switching elements increases, the number of drivers also increases, and the configuration of the entire device becomes complicated. In general, switching elements are expensive, and using many switching elements increases the cost of the entire apparatus.

この発明は上述した事情を鑑みてなされたものであり,スイッチング素子の数を少なくし三相交流電圧から倍電圧の直流電圧を供給できる電力変換装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a power converter capable of reducing the number of switching elements and supplying a DC voltage from a three-phase AC voltage to a doubled voltage.

上記課題を解決するため、本発明の一例を挙げると、三相交流電源の交流電圧を直流電圧に整流する第1整流回路と、該第1整流回路の直流出力側と負荷側との間に接続された第1リンクコンデンサおよび第2リンクコンデンサと、前記第1整流回路と並列に前記三相交流電源に接続された第2整流回路と、前記第2整流回路の直流出力側に第1スイッチング素子と第2スイッチング素子を直列接続したハーフブリッジと、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子の中点と前記第1リンクコンデンサと前記第2リンクコンデンサの中点とを接続し、さらに前記三相交流電源の三相交流電圧を検出する交流電圧センサと、該交流電圧センサの検出値に基づき前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子のスイッチング制御を行う制御回路とを備えている。   In order to solve the above-described problem, according to one embodiment of the present invention, a first rectifier circuit that rectifies an AC voltage of a three-phase AC power supply into a DC voltage, and a DC voltage between the DC output side and the load side of the first rectifier circuit. A first link capacitor and a second link capacitor connected to the first rectifier circuit, a second rectifier circuit connected to the three-phase AC power supply in parallel with the first rectifier circuit, and a first switching terminal connected to a DC output side of the second rectifier circuit. A half bridge in which an element and a second switching element are connected in series, a midpoint between the first switching element and the second switching element, and a midpoint between the first link capacitor and the second link capacitor; An AC voltage sensor for detecting a three-phase AC voltage of a three-phase AC power supply; and a switch for the first switching element and the second switching element based on a detection value of the AC voltage sensor. And a control circuit for grayed control.

本発明によれば、少ないスイッチング素子により三相交流電圧を倍電圧化する電力変換装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a power converter that doubles a three-phase AC voltage with a small number of switching elements.

本発明の実施例1における電力変換装置の回路構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a circuit configuration of a power conversion device according to a first embodiment of the present invention. 実施例1における制御部の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a control unit according to the first embodiment. 実施例1における制御フローチャートを示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a control flowchart according to the first embodiment. 実施例1における電力変換装置の各電圧・電流波形例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating examples of voltage / current waveforms of the power converter according to the first embodiment. 実施例1における電力変換装置の一部が故障した場合の回路構成の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration when a part of the power conversion device in the first embodiment has failed. 図5における電力変換装置の各電圧・電流波形例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of each voltage / current waveform of the power converter in FIG. 5. 本発明の実施例2における電力変換装置の回路構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a circuit configuration of a power conversion device according to a second embodiment of the present invention. 実施例2における直流電圧制御部の構成を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of a DC voltage control unit according to a second embodiment. 実施例2における直流電圧指令値の回転数特性の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a rotation speed characteristic of a DC voltage command value in the second embodiment. 実施例2における制御フローチャートを示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a control flowchart according to the second embodiment. 実施例2における電力変換装置の各電圧・電流波形例を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating an example of each voltage / current waveform of the power converter according to the second embodiment.

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施例1における電力変換装置100の回路構成を示す。電力変換装置100は、交流電圧を直流電圧に整流する第1の整流回路である第1ダイオードブリッジ101aと、第1リンクコンデンサ102aと、第2リンクコンデンサ102bと、第2の整流回路である第2ダイオードブリッジ101bと、ハーフブリッジ103と、三相交流電源110の交流電圧を検出する交流電圧センサ105と、交流電圧センサ105の出力を取り込みハーフブリッジ103のスイッチング素子を制御する制御回路104とを備える。ハーフブリッジ103は、第1スイッチング素子103aと第2スイッチング素子103bとを直列接続した構成である。   FIG. 1 shows a circuit configuration of a power conversion device 100 according to the first embodiment of the present invention. The power converter 100 includes a first diode bridge 101a that is a first rectifier circuit that rectifies an AC voltage to a DC voltage, a first link capacitor 102a, a second link capacitor 102b, and a second rectifier circuit that is a second rectifier circuit. A two-diode bridge 101b, a half bridge 103, an AC voltage sensor 105 for detecting an AC voltage of the three-phase AC power supply 110, and a control circuit 104 for receiving an output of the AC voltage sensor 105 and controlling a switching element of the half bridge 103. Prepare. The half bridge 103 has a configuration in which a first switching element 103a and a second switching element 103b are connected in series.

電力変換装置100は三相交流電源110から電力を受け、第1リンクコンデンサ102aと第2リンクコンデンサ102bの両端部(直流リンク部111)に直流電力を供給するものである。   The power converter 100 receives power from the three-phase AC power supply 110 and supplies DC power to both ends (DC link unit 111) of the first link capacitor 102a and the second link capacitor 102b.

第1ダイオードブリッジ101aと第2ダイオードブリッジ101bは、入力側が三相交流電源110に接続される。第1ダイオードブリッジ101aの出力側は電力変換装置100の直流リンク部111に接続され、直流リンク部111に接続される第1リンクコンデンサ102aと第2リンクコンデンサ102bが並列に接続される。第2ダイオードブリッジ101bの出力側は、ハーフブリッジ103が接続される。ハーフブリッジ103の中点(すなわち、第1スイッチング素子103aと第2スイッチング素子103bの中点)と、第1リンクコンデンサ102aと第2リンクコンデンサ102bの中点とは導線により接続される。   The input sides of the first diode bridge 101a and the second diode bridge 101b are connected to the three-phase AC power supply 110. The output side of the first diode bridge 101a is connected to the DC link unit 111 of the power converter 100, and the first link capacitor 102a and the second link capacitor 102b connected to the DC link unit 111 are connected in parallel. The half bridge 103 is connected to the output side of the second diode bridge 101b. The midpoint of the half bridge 103 (that is, the midpoint of the first switching element 103a and the second switching element 103b) and the midpoint of the first link capacitor 102a and the second link capacitor 102b are connected by a conductor.

この構成により,ハーフブリッジ103における第1スイッチング素子103aと第2スイッチング素子103bのスイッチング制御によって、第1リンクコンデンサ102aと第2リンクコンデンサ102bへの充電を制御することができる。この制御は、制御回路104が行う。直流リンク部111の後段には、インバータなど他の電力変換装置や負荷が接続される。   With this configuration, charging of the first link capacitor 102a and the second link capacitor 102b can be controlled by switching control of the first switching element 103a and the second switching element 103b in the half bridge 103. This control is performed by the control circuit 104. At the subsequent stage of the DC link unit 111, another power conversion device such as an inverter or a load is connected.

制御回路104は、信号線106を介して入力される交流電圧センサ105が検出した三相交流電源110の各相電圧情報に基づき、ハーフブリッジ103(第1スイッチング素子103aと第2スイッチング素子103b)を駆動するゲート信号を生成し、信号線107を介してハーフブリッジ103へ送信する。   The control circuit 104 controls the half bridge 103 (the first switching element 103a and the second switching element 103b) based on each phase voltage information of the three-phase AC power supply 110 detected by the AC voltage sensor 105 input via the signal line 106. Is generated and transmitted to the half bridge 103 via the signal line 107.

なお、図1では整流回路としてダイオードブリッジを採用したが、整流回路はこれに限るものではない。すなわち、三相交流電圧を直流電圧に整流する整流回路であれば採用できる。また、スイッチング素子は、ゲート信号により導通(オン)、非導通(オフ)を制御可能な半導体素子であれば良い。例えば、スイッチング素子としては、パワートランジスタ(MOSFET、IGBT、等)、サイリスタなどの半導体を使用できる。また、信号線106および信号線107は有線や無線などあらゆる通信手段を用いて良い。さらに、図1の実施例では、各相電圧を検出する交流電圧センサ105を使用しているが、これに限らず線間電圧を検出しても良い。   Although a diode bridge is used as the rectifier circuit in FIG. 1, the rectifier circuit is not limited to this. That is, any rectifier circuit that rectifies a three-phase AC voltage into a DC voltage can be employed. Further, the switching element may be a semiconductor element which can control conduction (ON) and non-conduction (OFF) by a gate signal. For example, a semiconductor such as a power transistor (MOSFET, IGBT, or the like) or a thyristor can be used as the switching element. As the signal lines 106 and 107, any communication means such as wired or wireless communication may be used. Further, in the embodiment of FIG. 1, the AC voltage sensor 105 for detecting each phase voltage is used, but the present invention is not limited to this, and the line voltage may be detected.

次に、図1の実施例における制御回路104の具体的な構成を図2により説明する。   Next, a specific configuration of the control circuit 104 in the embodiment of FIG. 1 will be described with reference to FIG.

三相交流電源110の各相をU相、V相、W相とする。図1の交流電圧センサ105は、三相交流電源110のU相電圧201u、V相電圧201v、W相電圧201wを検出する。これらの検出値は、図2の線間電圧演算器202に入力される。線間電圧演算器202では、各相電圧の情報から、UV相の線間電圧203uv、VW相の線間電圧203vw、WU相の線間電圧203wuを生成する。生成された各線間電圧の情報は、線間電圧比較器204に入力される。線間電圧比較器204は、各線間電圧の絶対値を比較し、その時刻で線間電圧が最大となる相を選定する。ここで、線間電圧比較器204は、線間電圧が最大となる相が他相へ遷移したとき、相遷移信号205をゲート信号生成器206へ出力する。ゲート信号生成器206は、線間電圧の絶対値が最大となる相が他の相に遷移したことを示す相遷移信号205に基づいて、各スイッチング素子(第1スイッチング素子103a、第2スイッチング素子103b)のゲート信号207を生成し、出力する。   Each phase of the three-phase AC power supply 110 is a U-phase, a V-phase, and a W-phase. 1 detects U-phase voltage 201u, V-phase voltage 201v, and W-phase voltage 201w of three-phase AC power supply 110. These detected values are input to the line voltage calculator 202 of FIG. The line voltage calculator 202 generates a line voltage 203uv of the UV phase, a line voltage 203vw of the VW phase, and a line voltage 203wu of the WU phase from the information of each phase voltage. Information on each generated line voltage is input to the line voltage comparator 204. The line voltage comparator 204 compares the absolute values of the line voltages, and selects a phase at which the line voltage becomes maximum at that time. Here, the line voltage comparator 204 outputs a phase transition signal 205 to the gate signal generator 206 when the phase in which the line voltage becomes the maximum transits to another phase. The gate signal generator 206 determines each of the switching elements (the first switching element 103a and the second switching element 103a) based on the phase transition signal 205 indicating that the phase in which the absolute value of the line voltage becomes the maximum has transitioned to another phase. The gate signal 207 of 103b) is generated and output.

第1リンクコンデンサ102aおよび第2リンクコンデンサ102bの充電は、線間電圧が各リンクコンデンサの電圧以上となる期間に行われる。定常状態においては、充電は各線間電圧の絶対値が最大をとる近傍の期間に生じる。したがって、各線間電圧は1電気角周期で2回絶対値が最大(正の最大と負の最大)となるため、全部で6通りの充電モードがある。本実施例では、この6通りのモードに対応して、制御回路104がハーフブリッジ103を構成する各スイッチング素子を制御する。この制御の詳細は後述する。   The charging of the first link capacitor 102a and the second link capacitor 102b is performed during a period when the line voltage is equal to or higher than the voltage of each link capacitor. In the steady state, charging occurs in a period near the time when the absolute value of each line voltage takes the maximum value. Therefore, since the absolute value of each line voltage becomes the maximum (positive maximum and negative maximum) twice in one electrical angle cycle, there are a total of six charging modes. In the present embodiment, the control circuit 104 controls each switching element forming the half bridge 103 corresponding to these six modes. Details of this control will be described later.

このような制御により、第1リンクコンデンサ102aと第2リンクコンデンサ102bへの充電を、線間電圧が最大となる相が遷移するときに切り替えながら行っている。そのため、各リンクコンデンサを交互に充電できる。その結果、2個のリンクコンデンサの両端部(直流リンク部111)には合計電圧となる直流電圧を得ることができる。また、制御回路104の制御において、ハーフブリッジ103の各スイッチング素子を共に非導通(オフ)に制御した場合は、第1ダイオードブリッジ101aによる全波整流電圧が得られる。そのため、図1の実施例では、全波整流電圧と、その2倍の直流電圧の2段階の電圧を供給することができる。   According to such control, the charging of the first link capacitor 102a and the charging of the second link capacitor 102b are performed while switching when the phase at which the line voltage becomes maximum transitions. Therefore, each link capacitor can be charged alternately. As a result, a DC voltage that is a total voltage can be obtained at both ends (DC link unit 111) of the two link capacitors. In the control of the control circuit 104, when both the switching elements of the half bridge 103 are controlled to be non-conductive (off), a full-wave rectified voltage by the first diode bridge 101a is obtained. Therefore, in the embodiment of FIG. 1, it is possible to supply a two-stage voltage of a full-wave rectified voltage and a DC voltage that is twice the rectified voltage.

なお、図2の例では相電圧から線間電圧を求めているが、これに限らず、交流電圧センサ105が直接線間電圧を検出し、その検出結果を制御回路104の線間電圧比較器204に入力しても良い。また、線間電圧を比較することでゲート信号207を生成しているが、相電圧を比較することでゲート信号207を生成しても良い。   In the example of FIG. 2, the line voltage is obtained from the phase voltage. However, the present invention is not limited to this. The AC voltage sensor 105 directly detects the line voltage, and the detection result is used as the line voltage comparator of the control circuit 104. It may be input to 204. Although the gate signal 207 is generated by comparing the line voltages, the gate signal 207 may be generated by comparing the phase voltages.

次に、図3のフローチャート図により、図1の実施例における処理手順を説明する。図3のフローチャートに基づく動作は以下の通りである。   Next, the processing procedure in the embodiment of FIG. 1 will be described with reference to the flowchart of FIG. The operation based on the flowchart of FIG. 3 is as follows.

ステップ301では、電力変換装置100を制御する制御回路104において設定した演算周期に基づき演算を開始する。   In step 301, the calculation is started based on the calculation cycle set in the control circuit 104 for controlling the power conversion device 100.

この処理開始により、ステップ302では、前回演算周期でのハーフブリッジ103の各スイッチング素子のスイッチング状態(すなわち、オン、オフ状態)を呼び出す。次に、ステップ303に進み、相遷移信号205が入力されたか判定する。   With the start of this process, in step 302, the switching state (ie, on / off state) of each switching element of the half bridge 103 in the previous calculation cycle is called. Next, the routine proceeds to step 303, where it is determined whether or not the phase transition signal 205 has been input.

ステップ303で相遷移信号205が入力された場合(YES)であれば、ステップ304に進む。ステップ304では、2つのスイッチング素子のスイッチング状態を遷移する。すなわち、ハーフブリッジ103の第1スイッチング素子103aと第2スイッチング素子103bのオン・オフ状態を交代させる。   If the phase transition signal 205 has been input in step 303 (YES), the process proceeds to step 304. In step 304, the switching state of the two switching elements is changed. That is, the on / off state of the first switching element 103a and the second switching element 103b of the half bridge 103 is alternated.

ステップ303で相遷移信号205が入力されていない場合(NO)であれば、ステップ306に進む。ステップ306では、ステップ302で呼び出したスイッチング状態を維持する。   If the phase transition signal 205 has not been input in step 303 (NO), the process proceeds to step 306. In step 306, the switching state called in step 302 is maintained.

このようにして、ステップ305までの手順で一連の処理を終了する(ステップ306)。この一連の処理は、予め定めた演算周期ごとに実施される。   In this way, a series of processes is completed in the procedure up to Step 305 (Step 306). This series of processing is performed at every predetermined calculation cycle.

次に、図4と図1を用いて、図1の実施例における制御回路により実行される各スイッチング素子の各モードにおける動作と、電流経路を詳細に説明する。   Next, the operation of each switching element in each mode executed by the control circuit in the embodiment of FIG. 1 and the current path will be described in detail with reference to FIGS.

図4は、実施例1における各電圧・電流波形を示している。図4に示す波形は、三相交流電源110のUV相の線間電圧401uv、VW相の線間電圧401vw、WU相の線間電圧401wu、ハーフブリッジ103の第1スイッチング素子103aのゲート電圧402a、第2スイッチング素子103bのゲート電圧402b、第1リンクコンデンサ電圧403a、第2リンクコンデンサ電圧403b、直流電圧404、U相電流405である。図4の上部のM1からM6は、それぞれ第1モードから第6モードを示す。   FIG. 4 shows each voltage / current waveform in the first embodiment. The waveforms shown in FIG. 4 are the UV-phase line voltage 401uv of the three-phase AC power supply 110, the VW-phase line voltage 401vw, the WU-phase line voltage 401wu, and the gate voltage 402a of the first switching element 103a of the half bridge 103. , A gate voltage 402b of the second switching element 103b, a first link capacitor voltage 403a, a second link capacitor voltage 403b, a DC voltage 404, and a U-phase current 405. M1 to M6 at the top of FIG. 4 indicate the first to sixth modes, respectively.

まず、第1モード(M1)は、3つの線間電圧(UV相の線間電圧401uv、VW相の線間電圧401vw、WU相の線間電圧401wu)のうち、UV相の線間電圧401uvの絶対値が最大(正の最大)となる期間である。第1モードにおいて、制御回路104は、第1スイッチング素子103aをオン(導通)し、第2スイッチング素子103bはオフ(非導通)に制御する。その結果、この第1モード(M1)の期間において、電流は、U相から第2ダイオードブリッジ101b、第1スイッチング素子103aを通り、第2リンクコンデンサ102bへ流れ、第1ダイオードブリッジ101aを通りV相から三相交流電源110に流れる。したがって、この第1モード期間中は、第2リンクコンデンサ102bが充電され、第2リンクコンデンサ電圧403bが増加する。   First, in the first mode (M1), of the three line voltages (UV-phase line voltage 401uv, VW-phase line voltage 401vw, and WU-phase line voltage 401wu), the UV-phase line voltage 401uv is used. Is a period in which the absolute value of is maximum (positive maximum). In the first mode, the control circuit 104 controls the first switching element 103a to be on (conducting), and controls the second switching element 103b to be off (non-conducting). As a result, in the period of the first mode (M1), the current flows from the U-phase through the second diode bridge 101b, the first switching element 103a, the second link capacitor 102b, and the V through the first diode bridge 101a. It flows from the phase to the three-phase AC power supply 110. Therefore, during the first mode period, the second link capacitor 102b is charged, and the second link capacitor voltage 403b increases.

第2モード(M2)は、WU相の線間電圧401wuの絶対値が最大(負の最大)となる期間である。第1モードから第2モードへ遷移するとき、制御回路104は、ハーフブリッジ103の第1スイッチング素子103aをオフとし、第2スイッチング素子103bをオンに制御する。その結果、第2モード(M2)の期間において、電流は、U相から第1ダイオードブリッジ101aを通り、第1リンクコンデンサ102aへ流れ、第2スイッチング素子103b、第2ダイオードブリッジ101bを通り、W相から三相交流電源110に流れる。したがって、第2モードの期間中は第1リンクコンデンサ102aが充電され、第1リンクコンデンサ電圧403aが増加する。   The second mode (M2) is a period in which the absolute value of the WU-phase line voltage 401wu is maximum (negative maximum). When transitioning from the first mode to the second mode, the control circuit 104 controls the first switching element 103a of the half bridge 103 to be off and the second switching element 103b to be on. As a result, in the period of the second mode (M2), the current flows from the U phase through the first diode bridge 101a to the first link capacitor 102a, passes through the second switching element 103b, the second diode bridge 101b, and W It flows from the phase to the three-phase AC power supply 110. Therefore, during the second mode, the first link capacitor 102a is charged, and the first link capacitor voltage 403a increases.

第3モード(M3)は、VW相の線間電圧401vwの絶対値が最大(正の最大)となる期間である。第2モードから第3モードへ遷移するとき、制御回路104は、ハーフブリッジ103の第1スイッチング素子103aをオン、第2スイッチング素子103bをオフに制御する。その結果、第3モード(M3)の期間において、電流は、V相から第2ダイオードブリッジ101b、ハーフブリッジ103の第1スイッチング素子103aを通り、第2リンクコンデンサ102bへ流れ、第1ダイオードブリッジ101aを通り、W相から三相交流電源110に流れる。したがって、第3モードの期間中は、第2リンクコンデンサ102bが充電され、第2リンクコンデンサ電圧403bが増加する。   The third mode (M3) is a period in which the absolute value of the VW-phase line voltage 401vw is maximum (positive maximum). When transitioning from the second mode to the third mode, the control circuit 104 controls the first switching element 103a of the half bridge 103 to be on and the second switching element 103b to be off. As a result, in the period of the third mode (M3), the current flows from the V phase to the second diode capacitor 101b through the second diode bridge 101b, the first switching element 103a of the half bridge 103, and the first diode bridge 101a. Flows from the W-phase to the three-phase AC power supply 110. Therefore, during the third mode, the second link capacitor 102b is charged, and the second link capacitor voltage 403b increases.

第4モード(M4)は、UV相の線間電圧401uvの絶対値が最大(負の最大)となる期間である。第3モードから第4モードへ遷移するとき、制御回路104は、ハーフブリッジ103の第1スイッチング素子103aをオフ、第2スイッチング素子103bをオンに制御する。その結果、第4モード(M4)の期間において、電流は、V相から第1ダイオードブリッジ101aを通り、第1リンクコンデンサ102aへ流れ、第2スイッチング素子103b、第2ダイオードブリッジ101bを通り、U相から三相交流電源110へ流れる。したがって、第4モードの期間中は、第1リンクコンデンサ102aが充電され、第1リンクコンデンサ電圧403aが増加する。   The fourth mode (M4) is a period in which the absolute value of the UV-phase line voltage 401uv is maximum (negative maximum). When transitioning from the third mode to the fourth mode, the control circuit 104 controls the first switching element 103a of the half bridge 103 to be off and the second switching element 103b to be on. As a result, in the period of the fourth mode (M4), the current flows from the V phase through the first diode bridge 101a to the first link capacitor 102a, passes through the second switching element 103b, the second diode bridge 101b, and U It flows from the phase to the three-phase AC power supply 110. Therefore, during the period of the fourth mode, the first link capacitor 102a is charged, and the first link capacitor voltage 403a increases.

第5モード(M5)は、WU相の線間電圧401wuの絶対値が最大(正の最大)となる期間である。第4モードから第5モードへ遷移するとき、制御回路104は、ハーフブリッジ103の第1スイッチング素子103aをオン、第2スイッチング素子103bをオフに制御する。その結果、第5モード(M5)の期間において、電流は、W相から第2ダイオードブリッジ101b、第1スイッチング素子103aを通り、第2リンクコンデンサ102bへ流れ、第1ダイオードブリッジ101aを通り、U相から三相交流電源110に流れる。したがって、第5モードの期間中は、第2リンクコンデンサ102bが充電され、第2リンクコンデンサ電圧403bが増加する。   The fifth mode (M5) is a period in which the absolute value of the line voltage 401wu of the WU phase is maximum (positive maximum). When transitioning from the fourth mode to the fifth mode, the control circuit 104 controls the first switching element 103a of the half bridge 103 to be on and the second switching element 103b to be off. As a result, in the period of the fifth mode (M5), the current flows from the W phase through the second diode bridge 101b and the first switching element 103a to the second link capacitor 102b, passes through the first diode bridge 101a, and passes through the first diode bridge 101a. It flows from the phase to the three-phase AC power supply 110. Therefore, during the period of the fifth mode, the second link capacitor 102b is charged, and the second link capacitor voltage 403b increases.

第6モード(M6)は、VW相の線間電圧401vwの絶対値が最大(負の最大)となる期間である。第5モードから第6モードへ遷移するとき、制御回路104は、ハーフブリッジ103の第1スイッチング素子103aをオフ、第2スイッチング素子103bをオンに制御する。その結果、第6モード(M6)の期間において、電流は、W相から第1ダイオードブリッジ101aを通り、第1リンクコンデンサ102aへ流れ、第2スイッチング素子103b、第2ダイオードブリッジ101bを通り、V相から三相交流電源110へ流れる。したがって、第6モードの期間中は、第1リンクコンデンサ102aが充電され、第1リンクコンデンサ電圧403aが増加する。   The sixth mode (M6) is a period in which the absolute value of the VW-phase line voltage 401vw is maximum (negative maximum). When transitioning from the fifth mode to the sixth mode, the control circuit 104 controls the first switching element 103a of the half bridge 103 to be off and the second switching element 103b to be on. As a result, during the period of the sixth mode (M6), current flows from the W phase through the first diode bridge 101a to the first link capacitor 102a, passes through the second switching element 103b, the second diode bridge 101b, and V It flows from the phase to the three-phase AC power supply 110. Therefore, during the period of the sixth mode, the first link capacitor 102a is charged, and the first link capacitor voltage 403a increases.

第6モードの次は再び第1モードに戻る。制御回路104は、第1から第6の各モードに対応して、各スイッチング素子のオン、オフ制御を繰り返し行う。   After the sixth mode, the process returns to the first mode again. The control circuit 104 repeatedly performs on / off control of each switching element corresponding to each of the first to sixth modes.

以上の動作により、リンクコンデンサを充電する線間電圧の切替わりとハーフブリッジ103のスイッチング状態とを同期することにより、直列接続された第1リンクコンデンサ102aと第2リンクコンデンサ102bへ交互に充電することができる。したがって,2つのコンデンサの合計電圧から成る直流電圧404を従来の全波整流電圧から2倍化することができる。   By the above operation, the switching of the line voltage for charging the link capacitor and the switching state of the half bridge 103 are synchronized to alternately charge the first link capacitor 102a and the second link capacitor 102b connected in series. be able to. Therefore, the DC voltage 404 comprising the total voltage of the two capacitors can be doubled from the conventional full-wave rectified voltage.

この一連の動作において、U相電流405は一般的なダイオード整流時の電流と同等の波形であり、電力変換装置100によって電源に高調波を発生させることはない。さらに、ハーフブリッジ103を構成する第1スイッチング素子103aと第2スイッチング素子103bには単方向にしか電流が流れない。したがって、双方向スイッチ回路を削除できる。   In this series of operations, the U-phase current 405 has the same waveform as the current at the time of general diode rectification, and the power converter 100 does not generate harmonics in the power supply. Further, a current flows through the first switching element 103a and the second switching element 103b constituting the half bridge 103 in only one direction. Therefore, the bidirectional switch circuit can be eliminated.

この実施例では、ダイオードブリッジと、2個のスイッチング素子とを追加するだけで、直流倍電圧を得ることができるので、装置構成が簡単となる。また、スイッチング素子などの構成部品が少ないので、低コスト化が実現できる。   In this embodiment, a DC double voltage can be obtained only by adding a diode bridge and two switching elements, so that the device configuration is simplified. In addition, since there are few components such as switching elements, cost reduction can be realized.

なお,上記実施例ではハーフブリッジ103のスイッチング状態を線間電圧の絶対値の大小関係のみで決定していたが、ターンオフのタイミングをスイッチング素子に流れる電流に基づいて決めても良い。2つのリンクコンデンサへの充電はコンデンサ電圧が線間電圧とほぼ等しくなると終了し、スイッチング素子に電流が流れなくなる。これを検出し、スイッチング素子をオフすることで、ゼロ電流スイッチングが可能となり損失を低減できる。   In the above embodiment, the switching state of the half bridge 103 is determined only by the magnitude relation of the absolute value of the line voltage. However, the turn-off timing may be determined based on the current flowing through the switching element. Charging of the two link capacitors ends when the capacitor voltage becomes substantially equal to the line voltage, and no current flows through the switching element. By detecting this and turning off the switching element, zero current switching becomes possible and the loss can be reduced.

(整流回路の一部のダイオードが故障した場合の運転)
上記実施例1(図1、図2)においては、ダイオードブリッジの一部のダイオードがオープンとなる故障をした場合でも、動作を継続することができる。次に、図5と図6とを用いてこの動作を説明する。
(Operation when some diodes in the rectifier circuit break down)
In the first embodiment (FIGS. 1 and 2), the operation can be continued even when a failure occurs in which a part of the diode of the diode bridge becomes open. Next, this operation will be described with reference to FIGS.

図5は、図1の実施例において、第1ダイオードブリッジ101aのU相に接続されるダイオード1001がオープン故障した状態を示す。そして、図6は、図5の場合における動作波形を示している。   FIG. 5 shows a state in which the diode 1001 connected to the U-phase of the first diode bridge 101a has an open failure in the embodiment of FIG. FIG. 6 shows operation waveforms in the case of FIG.

図5の故障の場合、第1ダイオードブリッジ101aが備えるダイオード1001がオープン故障しているため、第1モード〜第6モードのうち第2モードで第1リンクコンデンサ102aの充電が行われない。ダイオード1001はU相と接続されており、第2モードではU相からダイオード1001を通って第1リンクコンデンサ102aに電流が流れるモードであるため、U相電流405が流れない。しかし、同様にU相から電流が流れる第1モードにおいてはU相電流405が流れる。第1モードでは、U相から第2ダイオードブリッジ101bとハーフブリッジ103を通って、第2リンクコンデンサ102bに電流が流れるモードである。したがって、ダイオード1001を通らずに第2リンクコンデンサ102bを充電できる。なお、第1ダイオードブリッジの他のダイオードが故障した場合でも同様に運転を継続することができる。   In the case of the failure in FIG. 5, the diode 1001 included in the first diode bridge 101a has an open failure, so that the charging of the first link capacitor 102a is not performed in the second mode among the first to sixth modes. The diode 1001 is connected to the U-phase. In the second mode, a current flows from the U-phase through the diode 1001 to the first link capacitor 102a, so that the U-phase current 405 does not flow. However, similarly, in the first mode in which current flows from the U-phase, the U-phase current 405 flows. In the first mode, a current flows from the U phase to the second link capacitor 102b through the second diode bridge 101b and the half bridge 103. Therefore, the second link capacitor 102b can be charged without passing through the diode 1001. In addition, even when another diode of the first diode bridge fails, the operation can be continued similarly.

このように、図1の実施例では、ダイオードブリッジの内の1個のダイオードがオープン故障した場合であっても、リンクコンデンサに電流が流れる経路が形成されるので、直流電圧を供給することが可能となる。   As described above, in the embodiment of FIG. 1, even when one of the diodes in the diode bridge has an open fault, a path through which a current flows through the link capacitor is formed. It becomes possible.

次に、図7〜図11を用いて、実施例2における電力変換装置の構成を説明する。なお、以下の説明において、実施例1の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。上述した実施例1では、全波整流電圧と、その2倍の直流電圧を供給可能な電力変換装置を示したが、実施例2の電力変換装置は、全波整流電圧からその倍電圧までの任意の直流電圧を供給可能なように改良した電力変換装置である。   Next, a configuration of the power conversion device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. In the following description, portions corresponding to the respective portions of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof may be omitted. In the above-described first embodiment, the power converter capable of supplying the full-wave rectified voltage and the DC voltage twice as much as the full-wave rectified voltage has been described. This is a power conversion device improved to be able to supply an arbitrary DC voltage.

図7は、実施例2における電力変換装置100の回路構成である。図7では、図1の電力変換装置100の構成に加えて、直流電圧を検出する直流電圧センサ501を備えている。この検出した直流電圧情報は信号線502を介して制御回路104に入力される。制御回路104では、目的とする直流電圧指令と検出した直流電圧との差が無くなるように、ハーフブリッジ103の備える各スイッチング素子の導通期間(デューティ比)を制御することで、直流電圧を全波整流電圧からその倍の電圧までの任意の直流電圧を供給する制御を可能とする。つまり、上記した三相交流の電圧波形から決まる第1から第6の各モードにおいて、各モードで導通する期間を、検出した直流電圧と目的とする直流電圧指令との差がなくなるように制御することにより、目的とする直流電圧を得ることができる。   FIG. 7 illustrates a circuit configuration of the power conversion device 100 according to the second embodiment. 7, a DC voltage sensor 501 for detecting a DC voltage is provided in addition to the configuration of the power conversion device 100 of FIG. The detected DC voltage information is input to the control circuit 104 via the signal line 502. The control circuit 104 controls the conduction period (duty ratio) of each switching element included in the half bridge 103 so as to eliminate the difference between the target DC voltage command and the detected DC voltage, thereby reducing the full-wave DC voltage. It is possible to control to supply an arbitrary DC voltage from the rectified voltage to the doubled voltage. In other words, in each of the first to sixth modes determined from the above-described three-phase AC voltage waveform, the conduction period in each mode is controlled so that the difference between the detected DC voltage and the target DC voltage command is eliminated. Thereby, a desired DC voltage can be obtained.

図8は、図7の制御回路104の具体的な構成を示す。図8において、ハーフブリッジ103、各相電圧201u〜201w、線間電圧演算器202、各線間電圧203uv〜203wu、線間電圧比較器204、相遷移信号205、ゲート信号生成器206、およびゲート信号207は、実施例1(図2)で説明したものと同様である。   FIG. 8 shows a specific configuration of the control circuit 104 of FIG. 8, a half bridge 103, phase voltages 201u to 201w, a line voltage calculator 202, line voltages 203uv to 203wu, a line voltage comparator 204, a phase transition signal 205, a gate signal generator 206, and a gate signal 207 is the same as that described in the first embodiment (FIG. 2).

図8において、制御回路104に入力された直流電圧指令601と、直流電圧センサ501で検出した直流電圧602との直流電圧差分603をデューティ比演算器604に入力する。デューティ比演算器604は、ハーフブリッジ103が備える各スイッチング素子のオン状態の継続期間を決定するためのデューティ比指令値605を演算する。この指令値はゲート信号生成器206に入力される。ゲート信号生成器206は,相遷移信号205によって各スイッチング素子のターンオン時刻を決定し、デューティ比指令値605に基づき各スイッチング素子のターンオフ時刻を決定する。これにより、各リンクコンデンサの充電電流を制御することができ、直流電圧を目的値に制御することができる。   8, a DC voltage difference 603 between a DC voltage command 601 input to the control circuit 104 and a DC voltage 602 detected by the DC voltage sensor 501 is input to a duty ratio calculator 604. The duty ratio calculator 604 calculates a duty ratio command value 605 for determining the duration of the ON state of each switching element included in the half bridge 103. This command value is input to the gate signal generator 206. The gate signal generator 206 determines the turn-on time of each switching element based on the phase transition signal 205, and determines the turn-off time of each switching element based on the duty ratio command value 605. Thereby, the charging current of each link capacitor can be controlled, and the DC voltage can be controlled to a target value.

図9は、電力変換装置の直流電圧を供給する各リンクコンデンサの後段に、三相PWMインバータが接続され、負荷としてモータが接続されたインバータ装置を想定した直流電圧指令値701の決定方法の一例を示したグラフである。   FIG. 9 is an example of a method of determining a DC voltage command value 701 assuming an inverter device in which a three-phase PWM inverter is connected to a stage subsequent to each link capacitor that supplies a DC voltage of a power converter and a motor is connected as a load. FIG.

図9では、横軸にモータ回転数(以下、回転数と呼称)、縦軸に直流電圧をとっている。回転数が第一所定値702以下となる領域では、直流電圧指令値701を全波整流電圧703とする。すなわち、ハーフブリッジ103の各スイッチング素子をオフ(非導通)にする。この領域では,モータの誘起電圧が高回転な領域と比較して低くなるため、必要なインバータの出力電圧も低くなる。したがって、ハーフブリッジ103のスイッチングを停止し、電力変換装置の出力側の直流電圧を全波整流電圧703にしても必要な電圧を出力できる。これにより、ハーフブリッジ103のスイッチング損失や電流経路上の半導体素子(スイッチング素子とダイオード)数の低減による導通損失の低減が期待でき電力変換装置100を高効率化できる。   In FIG. 9, the horizontal axis represents the motor rotation speed (hereinafter referred to as the rotation speed), and the vertical axis represents the DC voltage. In a region where the rotation speed is equal to or less than the first predetermined value 702, the DC voltage command value 701 is set to the full-wave rectified voltage 703. That is, each switching element of the half bridge 103 is turned off (disconnected). In this region, since the induced voltage of the motor is lower than that in the high rotation region, the required output voltage of the inverter is also lower. Accordingly, the switching of the half bridge 103 is stopped, and the required voltage can be output even if the DC voltage on the output side of the power converter is changed to the full-wave rectified voltage 703. As a result, a reduction in the switching loss of the half bridge 103 and a reduction in the conduction loss due to a reduction in the number of semiconductor elements (switching elements and diodes) on the current path can be expected, and the power converter 100 can be made more efficient.

次に、回転数が第一所定値702よりも大きく、第二所定値704以下となる領域では、直流電圧指令値701を回転数に応じて変化させる。回転数が高くなると、それに応じて誘起電圧も高くなる。したがって、インバータの出力電圧を高くする必要がある。この出力電圧は、直流電圧と変調率で上限が決まり、それ以上の電圧が必要になる場合、一般的に弱め界磁制御によって回転数を増加させる。弱め界磁制御では、モータへ無効電流を注入することによって誘起電圧を打ち消し、低い直流電圧で高回転を実現できる。しかし、無効電流が流れることで導通損失が増加するため、効率が低下する。そこで、上述のように回転数の増加に従って電力変換装置100の直流電圧指令値701を高くすることで、弱め界磁制御せずに回転数を増加でき、電力変換装置100を高効率化できる。   Next, in a region where the rotation speed is larger than the first predetermined value 702 and equal to or smaller than the second predetermined value 704, the DC voltage command value 701 is changed according to the rotation speed. As the rotational speed increases, the induced voltage also increases accordingly. Therefore, it is necessary to increase the output voltage of the inverter. The upper limit of the output voltage is determined by the DC voltage and the modulation factor. When a higher voltage is required, the rotation speed is generally increased by field weakening control. In the field-weakening control, the induced voltage is canceled by injecting a reactive current into the motor, and high rotation can be realized with a low DC voltage. However, the conduction loss increases due to the flow of the reactive current, so that the efficiency decreases. Therefore, as described above, by increasing the DC voltage command value 701 of the power conversion device 100 as the rotation speed increases, the rotation speed can be increased without field-weakening control, and the power conversion device 100 can be made more efficient.

回転数が第二所定値704よりも大きくなる領域では、直流電圧指令値701を倍電圧値705とする。この領域では、ハーフブリッジ103のデューティ比を0.5に固定し、直流電圧を倍電圧値705に固定する。   In a region where the rotation speed is larger than the second predetermined value 704, the DC voltage command value 701 is set to the doubled voltage value 705. In this region, the duty ratio of the half bridge 103 is fixed at 0.5, and the DC voltage is fixed at the doubled voltage value 705.

以上の動作により、広い回転数領域で電力変換装置100を高効率に駆動することができる。また、回転数が第二所定値704以下の領域では、モータに印加されるパルス電圧の振幅を小さくできるため、モータの劣化を抑制できる。   With the above operation, power conversion device 100 can be driven with high efficiency in a wide rotation speed range. In the region where the number of revolutions is equal to or less than the second predetermined value 704, the amplitude of the pulse voltage applied to the motor can be reduced, so that deterioration of the motor can be suppressed.

なお,図9では第一所定値702から第二所定値704までの領域で直流電圧指令値701を回転数と比例して変化させているが、これに限らず他の変化の仕方としても良い。また、図9では直流電圧指令値701を回転数に応じて決定しているが、負荷に応じて決定しても良い。   In FIG. 9, the DC voltage command value 701 is changed in proportion to the rotation speed in the region from the first predetermined value 702 to the second predetermined value 704, but the invention is not limited to this. . Further, in FIG. 9, the DC voltage command value 701 is determined according to the number of revolutions, but may be determined according to the load.

図10は、実施例2(図7)における制御フローチャートを示す図である。図10に基づく動作は以下の通りである。   FIG. 10 is a diagram illustrating a control flowchart in the second embodiment (FIG. 7). The operation based on FIG. 10 is as follows.

ステップ801〜ステップ804の処理動作は、上記した図3のステップ301〜ステップ304と同様の処理であるので、説明は省略する。   The processing operations in steps 801 to 804 are the same as those in steps 301 to 304 in FIG.

ステップ803で遷移信号が入力されていない場合(NOの場合)は、ステップ805に進む。このステップ805では、ハーフブリッジ103においてオンとするスイッチング素子があるか否かを判定する。   If a transition signal has not been input in step 803 (NO), the process proceeds to step 805. In this step 805, it is determined whether or not there is a switching element to be turned on in the half bridge 103.

ステップ805でオンとするスイッチング素子がない場合(NOの場合)、ステップ807に進み、ステップ807では、ステップ802で呼び出したスイッチング状態を維持する。   If there is no switching element to be turned on in step 805 (NO), the process proceeds to step 807, where the switching state called in step 802 is maintained.

ステップ805でオンとするスイッチング素子がある場合(YESの場合)、ステップ806に進む。ステップ806では、現在のスイッチング状態に遷移してからのオン時間がデューティ比指令値605により定められるオン時間未満であるか否かを判定する。YESの場合、ステップ808に進む。ステップ808では、スイッチング素子をすべてオフに制御する。   If there is a switching element to be turned on in step 805 (YES), the process proceeds to step 806. In step 806, it is determined whether or not the on-time since the transition to the current switching state is less than the on-time determined by the duty ratio command value 605. In the case of YES, the process proceeds to step 808. In step 808, all the switching elements are turned off.

ステップ806でオンとするスイッチング素子がない場合(NOの場合)、ステップ807に遷移する。
ステップ806でYESであれば、ハーフブリッジ103の2つのスイッチング素子をオフにする(ステップ808)。
ステップ808までの手順で一連の処理を終了する(ステップ809)。
If there is no switching element to be turned on in step 806 (NO), the process proceeds to step 807.
If “YES” in the step 806, the two switching elements of the half bridge 103 are turned off (step 808).
A series of processing ends in the procedure up to step 808 (step 809).

次に、図11を用いて、図7の実施例における電力変換装置100の動作を詳細に説明する。図11は、実施例2における各電圧・電流波形を示している。図11の波形において、第1モード(M1)〜第6モード(M6)における各リンクコンデンサに流れる電流経路は実施例1(図1)の場合と同様である。そのため、図11における各モードの動作説明は図4の場合と同じなので省略する。   Next, the operation of the power converter 100 in the embodiment of FIG. 7 will be described in detail with reference to FIG. FIG. 11 shows each voltage / current waveform in the second embodiment. In the waveform of FIG. 11, the current paths flowing through the respective link capacitors in the first mode (M1) to the sixth mode (M6) are the same as those in the first embodiment (FIG. 1). Therefore, the description of the operation in each mode in FIG. 11 is the same as that in FIG.

実施例2(図7)では、制御回路104は、ハーフブリッジ103の第1スイッチング素子103aのゲート電圧402aと第2スイッチング素子103bのゲート電圧402bがオンとなる期間(デューティ比)を図3で示したものと比較し、例えば小さくなるように制御する。具体的には、制御回路104は、直流電圧センサ501の出力が目標とする直流電圧指令と一致するように、第1スイッチング素子103aと第2スイッチング素子103bのオン期間(デューティ比)を制御する。   In the second embodiment (FIG. 7), the control circuit 104 sets the period (duty ratio) in which the gate voltage 402a of the first switching element 103a and the gate voltage 402b of the second switching element 103b of the half bridge 103 are on (FIG. 3). Control is performed, for example, so as to be smaller than that shown. Specifically, control circuit 104 controls the ON period (duty ratio) of first switching element 103a and second switching element 103b such that the output of DC voltage sensor 501 matches the target DC voltage command. .

このような制御によって、各リンクコンデンサに流れる充電電流を操作することで直流電圧を目標値に制御している。例えば、図11のU相電流405を見ると,図3の場合に比べて、スイッチングによって各モードの電流導通期間が短くなっていることが分かる。実施例2の場合、直流電圧は、デューティ比0で全波整流電圧、デューティ比0.5で全波整流電圧の2倍電圧とすることができる。   By such control, the DC voltage is controlled to the target value by controlling the charging current flowing through each link capacitor. For example, when looking at the U-phase current 405 in FIG. 11, it can be seen that the current conduction period in each mode is shorter due to switching than in the case of FIG. In the case of the second embodiment, the DC voltage can be a full-wave rectified voltage at a duty ratio of 0 and a voltage twice the full-wave rectified voltage at a duty ratio of 0.5.

なお、図11の波形では,第1スイッチング素子103aのゲート電圧402aと第2スイッチング素子103bのゲート電圧402bを等しく与えているが、これに限らず各々別個にゲート電圧を与えても良い。例えば、第1リンクコンデンサ102aと第2リンクコンデンサ102bのコンデンサ容量は、個体差や劣化によって必ずしも等しくないため、各リンクコンデンサへの充電電流を各々制御し別個にゲート電圧を与える方法が考えられる。これによりリンクコンデンサの容量のばらつきがあっても安定した動作を実現することができる。   In the waveform of FIG. 11, the gate voltage 402a of the first switching element 103a and the gate voltage 402b of the second switching element 103b are given equal. However, the present invention is not limited to this. For example, since the capacitances of the first link capacitor 102a and the second link capacitor 102b are not always equal due to individual differences and deterioration, a method of individually controlling the charging current to each link capacitor and separately applying a gate voltage can be considered. As a result, a stable operation can be realized even if the capacity of the link capacitor varies.

(電力変換装置を一体型インバータ装置に実装)
本発明の実施例である電力変換装置100は、機電一体型インバータ装置に搭載することができる。機電一体型インバータ装置とは、図1に示した直流リンク部の後段に三相インバータが接続され、さらに三相インバータの出力にモータが接続されており、これらの筐体が一体化したものである。機電一体型インバータ装置に上述した電力変換装置100を適用することによって、異なる電源電圧仕様に対して、インバータだけでなくモータの仕様も共通化することができるので、装置全体の低コスト化が期待できる。
(Mounting the power converter on an integrated inverter)
The power converter 100 according to the embodiment of the present invention can be mounted on a mechanical-electrically integrated inverter device. The mechanical and electric integrated type inverter device is a device in which a three-phase inverter is connected to the subsequent stage of the DC link unit shown in FIG. 1 and a motor is connected to the output of the three-phase inverter, and these housings are integrated. is there. By applying the above-described power conversion device 100 to a mechanical and electric integrated inverter device, not only the inverter but also the motor specifications can be shared for different power supply voltage specifications, so that the cost reduction of the entire device is expected. it can.

110…三相交流電源
101a…第1ダイオードブリッジ
101b…第2ダイオードブリッジ
102a…第1リンクコンデンサ
102b…第2リンクコンデンサ
103…ハーフブリッジ
103a…第1スイッチング素子
103b…第2スイッチング素子
104…制御回路
105…交流電圧センサ
110 three-phase AC power supply 101a first diode bridge 101b second diode bridge 102a first link capacitor 102b second link capacitor 103 half bridge 103a first switching element 103b second switching element 104 control circuit 105 ... AC voltage sensor

Claims (10)

三相交流電源の交流電圧を直流電圧に整流する第1整流回路と、
該第1整流回路の直流出力側と負荷側との間に接続された第1リンクコンデンサおよび第2リンクコンデンサと、
前記第1整流回路と並列に前記三相交流電源に接続された第2整流回路と、
前記第2整流回路の直流出力側に第1スイッチング素子と第2スイッチング素子を直列接続したハーフブリッジと、
前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子の中点と前記第1リンクコンデンサと前記第2リンクコンデンサの中点とを接続し、
さらに前記三相交流電源の三相交流電圧を検出する交流電圧センサと、
該交流電圧センサの検出値に基づき前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子のスイッチング制御を行う制御回路とを備えている電力変換装置。
A first rectifier circuit for rectifying an AC voltage of the three-phase AC power supply into a DC voltage;
A first link capacitor and a second link capacitor connected between a DC output side and a load side of the first rectifier circuit;
A second rectifier circuit connected to the three-phase AC power supply in parallel with the first rectifier circuit;
A half bridge in which a first switching element and a second switching element are connected in series on a DC output side of the second rectifier circuit;
Connecting a middle point of the first switching element and the second switching element, a middle point of the first link capacitor and a middle point of the second link capacitor,
Further, an AC voltage sensor for detecting a three-phase AC voltage of the three-phase AC power supply,
A power converter, comprising: a control circuit that performs switching control of the first switching element and the second switching element based on a detection value of the AC voltage sensor.
請求項1に記載に記載された電力変換装置において、
前記制御回路は、前記交流電圧センサにより検出される前記三相交流電源のいずれかの相の電圧の絶対値が最大となる期間に、その相を導通させるように前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子を制御する電力変換装置。
The power converter according to claim 1,
The control circuit is configured to conduct the first switching element and the third switching element so as to conduct the phase during a period in which the absolute value of the voltage of any phase of the three-phase AC power detected by the AC voltage sensor is maximum. (2) A power converter for controlling a switching element.
請求項1記載された電力変換装置において、
前記第1整流回路と前記第2整流回路をダイオードブリッジにより構成した電力変換装置。
The power converter according to claim 1,
A power converter in which the first rectifier circuit and the second rectifier circuit are configured by a diode bridge.
請求項3に記載された電力変換装置において、
前記ダイオードブリッジを構成するダイオードのいずれか1個が故障した場合に、故障したダイオードが接続される前記三相交流電源の相から継続して前記第1リンクコンデンサと前記第2リンクコンデンサのうちいずれかを充電する電力変換装置。
The power converter according to claim 3,
When any one of the diodes constituting the diode bridge fails, any one of the first link capacitor and the second link capacitor continues from the phase of the three-phase AC power supply to which the failed diode is connected. Power converter to charge the battery.
請求項1に記載された電力変換装置において、
前記交流電圧センサは前記三相交流電圧の線間電圧を検出し、前記制御回路は該線間電圧に基づいて前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子を制御する電力変換装置。
The power converter according to claim 1,
The power conversion device, wherein the AC voltage sensor detects a line voltage of the three-phase AC voltage, and the control circuit controls the first switching element and the second switching element based on the line voltage.
請求項1に記載された電力変換装置において、
前記第1リンクコンデンサと前記第2リンクコンデンサの両端の直流電圧を検出する直流電圧検出センサを設け、前記制御回路は、該直流電圧検出センサの検出値に基づいて、該検出した直流電圧が直流電圧指令に一致するように前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子を制御する電力変換装置。
The power converter according to claim 1,
A DC voltage detection sensor for detecting a DC voltage between both ends of the first link capacitor and the second link capacitor; and the control circuit detects a DC voltage based on a detection value of the DC voltage detection sensor. A power converter that controls the first switching element and the second switching element so as to match a voltage command.
請求項6に記載された電力変換装置において、
前記制御回路は、前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子のデューティ比を調節することにより前記直流電圧指令に一致するように制御する電力変換装置。
The power converter according to claim 6,
The power conversion device, wherein the control circuit controls a duty ratio of the first switching element and the second switching element so as to match the DC voltage command.
請求項7に記載された電力変換装置において、
前記制御回路は、前記デューティ比を前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子とで異なるよう個別に制御する電力変換装置。
The power converter according to claim 7,
The power converter, wherein the control circuit individually controls the duty ratio to be different between the first switching element and the second switching element.
三相交流電源を直流電圧に変換する電力変換装置と、該直流電圧を交流電圧に変換して負荷に供給するインバータとを備えたインバータ装置において、
該電力変換装置として請求項1に記載の電力変換装置を採用したインバータ装置。
An inverter device comprising: a power conversion device that converts a three-phase AC power supply into a DC voltage; and an inverter that converts the DC voltage into an AC voltage and supplies the AC voltage to a load.
An inverter device employing the power converter according to claim 1 as the power converter.
請求項9に記載されたインバータ装置において、前記負荷がモータであり、前記電力変換装置と、前記インバータと、前記モータとを一つの筐体内に実装したインバータ装置。 The inverter device according to claim 9, wherein the load is a motor, and the power conversion device, the inverter, and the motor are mounted in one housing.
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