JP2020171135A - Power converter - Google Patents

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Abstract

To suppress generation of torque impact in switching of a modulation method.SOLUTION: In a power converter 10 having a switching circuit 2 which converts direct current into alternating current and a PWM control part 3 which has PWM control of the switching circuit, the PWM control part includes: a current control part 31 which calculates a voltage command based on a current command and current supplied to a load from the switching circuit; a scheduler 35 which calculates, based on the current command, a ratio of a correction amount for N phase modulation of the voltage command and a correction amount for (N-1) phase modulation of the voltage command, in which N is an integer of 3 or more; and a PWM duty generation part 32 which calculates, based on the ratio, a voltage command with correction by adding the correction amount for N phase modulation and the correction amount for (N-1) phase modulation to the voltage command.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、PWM制御を行い、モーター等の負荷に電力を供給する電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device that performs PWM control and supplies power to a load such as a motor.

特許文献1に、2相/3相変調選択手段を備えた電力変換装置が記載されている。この2相/3相変調選択手段は、電流制御の精度が重視されるか、発熱を抑制することが重視されるかによって、2相変調用の電圧指令値を選択するか、3相変調用の電圧指令値を選択するかを選択指示する。さらに、2相/3相変調選択手段は、トルク電流指令値の絶対値が所定の基準値よりも大きい場合に、2相変調用の電圧指令値を選択指示する電流値判定手段を備える点も同文献に記載されている。 Patent Document 1 describes a power conversion device including a two-phase / three-phase modulation selection means. This two-phase / three-phase modulation selection means selects a voltage command value for two-phase modulation or for three-phase modulation depending on whether the accuracy of current control is emphasized or the suppression of heat generation is emphasized. Instructs whether to select the voltage command value of. Further, the two-phase / three-phase modulation selection means includes a current value determining means for selecting and instructing a voltage command value for two-phase modulation when the absolute value of the torque current command value is larger than a predetermined reference value. It is described in the same document.

特許文献2には、PWMインバータの制御装置が記載されている。この制御装置において、周波数指令を3相変調波形成部に入力して3相変調波信号が生成され、この3相変調波信号が2相変調演算部と加算部にそれぞれ出力される。外部からの2相変調指令入力時には3相変調波を基準に2相変調波との差分を演算する2相変調演算部の出力が前記加算部に出力され、3相変調指令入力時には前記加算部への2相変調演算部の出力を阻止することで2相変調波又は3相変調波が生成される。前記2相変調演算部の出力側に切換状態信号生成部を設け、外部からの3相変調状態と2相変調状態との相互の切換指令信号発生時に、前記切換状態信号生成部から中間状態信号が所定期間発生して前記加算部に出力される。前記切換状態信号生成部が出力する中間状態信号は、段階状、もしくは傾斜状を有した出力である点も同文献に記載されている。 Patent Document 2 describes a control device for a PWM inverter. In this control device, a frequency command is input to the three-phase modulation wave forming unit to generate a three-phase modulation wave signal, and the three-phase modulation wave signal is output to the two-phase modulation calculation unit and the addition unit, respectively. When a two-phase modulation command is input from the outside, the output of the two-phase modulation calculation unit that calculates the difference from the two-phase modulation wave based on the three-phase modulation wave is output to the addition unit, and when the three-phase modulation command is input, the addition unit A two-phase modulation wave or a three-phase modulation wave is generated by blocking the output of the two-phase modulation calculation unit to. A switching state signal generation unit is provided on the output side of the two-phase modulation calculation unit, and an intermediate state signal is generated from the switching state signal generation unit when a mutual switching command signal is generated between the three-phase modulation state and the two-phase modulation state from the outside. Is generated for a predetermined period and is output to the addition unit. It is also described in the same document that the intermediate state signal output by the switching state signal generation unit is an output having a stepped or inclined shape.

特開2004−48885号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-48885 特開2009−100613号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-100613

変調方式を2相変調及び3相変調の一方から他方へと切り替える場合、電力変換装置に接続されるモーター等の負荷においてトルク衝撃が発生する可能性がある。本発明は、変調方式の切替えにおけるトルク衝撃の発生を抑えることを目的とする。 When the modulation method is switched from one of the two-phase modulation and the three-phase modulation to the other, torque impact may occur in the load of the motor or the like connected to the power conversion device. An object of the present invention is to suppress the generation of torque impact when switching the modulation method.

上記目的を達成するために、本発明に係る直流を交流に変換するスイッチング回路と、該スイッチング回路をPWM制御するPWM制御部とを有する電力変換装置の前記PWM制御部は、電流指令と、前記スイッチング回路から負荷へと供給される電流とに基づいて、電圧指令を算出する電流制御部と、前記電圧指令のN相変調用補正量と、前記電圧指令の(N−1)相変調用補正量との比率を、前記電流指令に基づいて算出するスケジューラーであって、前記Nは3以上の整数である、スケジューラーと、前記比率に基づいて、前記N相変調用補正量と前記(N−1)相変調用補正量とを前記電圧指令に加えることにより、補正付き電圧指令を算出するPWMデューティー生成部とを備える。 In order to achieve the above object, the PWM control unit of the power conversion device having a switching circuit for converting DC to AC according to the present invention and a PWM control unit for PWM control of the switching circuit includes a current command and the above-mentioned A current control unit that calculates a voltage command based on the current supplied from the switching circuit to the load, an N-phase modulation correction amount of the voltage command, and a (N-1) phase modulation correction of the voltage command. A scheduler that calculates the ratio with the amount based on the current command, and the N is an integer of 3 or more. The scheduler, the correction amount for N-phase modulation and the (N-) based on the ratio. 1) A PWM duty generation unit that calculates a corrected voltage command by adding a correction amount for phase modulation to the voltage command is provided.

本発明によれば、変調方式の切替えにおけるトルク衝撃の発生を抑えることができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the generation of torque impact when switching the modulation method.

3相PWMにおける3相変調方式のバイアス付きの電圧指令と出力電圧のパルス波形を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the voltage command with bias of the three-phase modulation system in three-phase PWM and the pulse waveform of the output voltage. 3相PWMにおける2相変調方式のバイアス付きの電圧指令と出力電圧のパルス波形を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the voltage command with bias of the two-phase modulation system in three-phase PWM and the pulse waveform of the output voltage. 一実施形態における電力変換装置を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the power conversion apparatus in one Embodiment. トルク負荷率と係数Kとの関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between a torque load factor and a coefficient K. 3相PWMにおいて3相変調から中間状態の変調を経て2相変調に移行する場合のバイアス付きの電圧指令と出力電圧のパルス波形を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the pulse waveform of the voltage command with bias and the output voltage at the time of shifting from three-phase modulation to two-phase modulation through the modulation of an intermediate state in three-phase PWM. 3相PWMにおける2相変調方式(6ステップ)のバイアス付きの電圧指令と出力電圧のパルス波形を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the voltage command with bias of the two-phase modulation system (6 steps) in three-phase PWM and the pulse waveform of the output voltage. 3相PWMにおいて3相変調(6ステップ)から中間状態の変調(6ステップ)を経て2相変調(6ステップ)に移行する場合のバイアス付きの電圧指令と出力電圧のパルス波形を示す説明図である。An explanatory diagram showing a biased voltage command and a pulse waveform of an output voltage when shifting from 3-phase modulation (6 steps) to 2-phase modulation (6 steps) through intermediate state modulation (6 steps) in 3-phase PWM. is there.

以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiments described below.

まず、3相PWM(Pulse Width Modulation、パルス幅変調方式)の3相変調及び2相変調について説明する。 First, three-phase modulation and two-phase modulation of three-phase PWM (Pulse Width Modulation) will be described.

3相PWMのデューティー配分の方式において、出力要求する交流電圧の中心値となる0[V]に相当するデューティー50%をバイアスとして、各相のデューティーを配分する。つまり、0[V]にデューティーのバイアス50%を持たせる。この方式を「3相変調」と称する。 In the three-phase PWM duty distribution method, the duty of each phase is distributed with the duty of 50% corresponding to 0 [V], which is the center value of the AC voltage required for output, as a bias. That is, 0 [V] is provided with a duty bias of 50%. This method is referred to as "three-phase modulation".

電流指令と、スイッチング回路から負荷へと供給される電流の検出値とに基づいて電流制御を行う電流制御部から出力される各相の電圧指令をV、V及びVとする。そして、3相変調によるバイアス付きの電圧指令をW3U,W3V,W3Wとする。50%デューティーに相当する電圧バイアスをAとする。バイアス付きの、3相変調の電圧指令は次のようになる。
3U=V+A
3V=V+A
3W=V+A
The voltage commands of each phase output from the current control unit that controls the current based on the current command and the detected value of the current supplied from the switching circuit to the load are V U , V V, and V W. Then, the voltage commands with bias by three-phase modulation are W 3U , W 3V , and W 3W . Let A be the voltage bias corresponding to the 50% duty. The voltage command for biased three-phase modulation is as follows.
W 3U = V U + A
W 3V = V V + A
W 3W = V W + A

図1の上段に、搬送波である三角波と、3相変調におけるU相、V相及びW相の電圧指令(W3U,W3V,W3W)との時間的変化を示す。同図の下段に、各相の出力電圧のパルス波形を示す。 The upper part of FIG. 1 shows the temporal change between the triangular wave which is a carrier wave and the voltage commands (W 3U , W 3V , W 3W ) of the U phase, V phase, and W phase in the three-phase modulation. The lower part of the figure shows the pulse waveform of the output voltage of each phase.

別の方式として、最も(−)側の最大を発生させる1つの相をハイサイド0%(すなわちローサイド100%)とし、他の相とのデューティー差により各相の電圧を発生する方式がある。これを3相PWMの場合、「2相変調」と称する。ローサイド100%となった相はスイッチングが休止される。2相変調においては、バイアスにより3相のうち最低電圧の相のデューティーを0%にしている。 As another method, there is a method in which one phase that generates the maximum on the most (-) side is set to 0% on the high side (that is, 100% on the low side), and the voltage of each phase is generated by the duty difference from the other phase. In the case of 3-phase PWM, this is referred to as "two-phase modulation". Switching is stopped in the phase where the low side is 100%. In two-phase modulation, the duty of the lowest voltage phase among the three phases is set to 0% by bias.

前述のとおり、電流制御部から各相の電圧指令V、V及びVが出力される。そして、2相変調によるバイアス付きの電圧指令をW2U,W2V,W2Wとし、V、V及びVのうちの最低電圧を符号反転させたものをBとする。なお、3相交流の場合、最低電圧は負の値になる。バイアス付きの、2相変調の電圧指令は次のようになる。
2U=V+B
2V=V+B
2W=V+B
As described above, the voltage commands V U , V V and V W of each phase are output from the current control unit. Then, the voltage command with bias by two-phase modulation is W 2U , W 2V , W 2W, and the code-inverted lowest voltage among V U , V V, and V W is B. In the case of three-phase alternating current, the minimum voltage is a negative value. The biased, two-phase modulation voltage command is:
W 2U = V U + B
W 2V = V V + B
W 2W = V W + B

図2の上段に、搬送波である三角波と、2相変調におけるU相、V相及びW相のバイアス付きの電圧指令(W2U,W2V,W2W)との時間的変化を示す。図1に示した、3相変調におけるU相、V相及びW相のバイアス付きの電圧指令(W3U,W3V,W3W)を参考までに図2にも示している。図2の下段に、各相の出力電圧のパルス波形を示す。 The upper part of FIG. 2 shows the temporal change between the triangular wave as a carrier wave and the biased voltage commands (W 2U , W 2V , W 2W ) of the U phase, V phase, and W phase in the two-phase modulation. The U-phase, V-phase, and W-phase biased voltage commands (W 3U , W 3V , W 3W ) in the three-phase modulation shown in FIG. 1 are also shown in FIG. 2 for reference. The lower part of FIG. 2 shows the pulse waveform of the output voltage of each phase.

3相変調の特徴を以下に述べる。
・常に3相のスイッチングが行われるため、出力素子のスイッチング損失が比較的大きい。
・電流リップルは、PWM周期に対して2回に分散されて波高値が小さく、騒音も小さくなる。
・搬送波周波数が数kHz以上の場合、PWM騒音の主成分の周波数が高い方が、ヒトの聴感として感度が鈍い(PWM周期に全相ハイと全相ローの区間が1回ずつ発生し、それ以外の区間でPWM周期あたり2回、パルス電圧が発生するため、リップルの周波数が2倍になる)。例えば、搬送波周波数が8kHzの場合、リップルの周波数は16kHzとなる。可聴域の最大値を15kHzとすれば、リップルの周波数16kHzはこの可聴域外であるため、騒音は小さい。
The features of three-phase modulation are described below.
-Since three-phase switching is always performed, the switching loss of the output element is relatively large.
-The current ripple is dispersed twice with respect to the PWM cycle, the peak value is small, and the noise is also small.
-When the carrier frequency is several kHz or more, the higher the frequency of the main component of PWM noise, the less sensitive it is to human hearing (one full-phase high and one full-phase low section occurs in the PWM cycle, which is Since the pulse voltage is generated twice per PWM cycle in the sections other than the above, the ripple frequency is doubled). For example, when the carrier frequency is 8 kHz, the ripple frequency is 16 kHz. Assuming that the maximum value of the audible range is 15 kHz, the ripple frequency of 16 kHz is outside this audible range, so that the noise is small.

これに対し、2相変調は以下の特徴を有する。
・常に、いずれかの1相はスイッチングが休止するため、出力素子のスイッチング損失が3相変調に比べて低減する。
・電流リップルはPWM周期と等倍の成分が発生し、騒音が3相変調に比べて大きい。
On the other hand, two-phase modulation has the following features.
-Since switching is always paused in any one phase, the switching loss of the output element is reduced as compared with the three-phase modulation.
-Current ripple has a component that is the same size as the PWM period, and noise is louder than that of three-phase modulation.

このように、3相変調と2相変調を比較すると、3相変調ではスイッチング損失が大きいものの騒音は小さく、2相変調ではスイッチング損失が小さいものの騒音が大きい。そのため、高負荷の場合は、損失をなるべく抑えるために、スイッチング損失が小さい2相変調を選択する一方、低負荷の場合は、損失を差し置き、騒音の小さい3相変調を選択することが望ましい。 As described above, when the three-phase modulation and the two-phase modulation are compared, the three-phase modulation has a large switching loss but a small noise, and the two-phase modulation has a small switching loss but a large noise. Therefore, in the case of a high load, it is desirable to select two-phase modulation with a small switching loss in order to suppress the loss as much as possible, while in the case of a low load, it is desirable to set aside the loss and select a three-phase modulation with low noise. ..

負荷の変化に伴い、変調方式を2相変調及び3相変調の一方から他方へと切り替える場合がある。この切替え時のトルク衝撃を低減するための実施形態を以下に説明する。 As the load changes, the modulation method may be switched from one of the two-phase modulation and the three-phase modulation to the other. An embodiment for reducing the torque impact at the time of this switching will be described below.

[第1実施形態]
図3に、負荷であるモーター1と、モーター1に交流電力を供給する電力変換装置10とを示す。電力変換装置10は、直流を、モーター1に供給するための交流に変換するスイッチング回路2と、スイッチング回路2をPWM制御するPWM制御部3とを備えている。PWM制御部3は、電流制御部31と、PWMデューティー生成部32と、ローパスフィルター33と、絶対値算出部34と、スケジューラー35とを備えている。電力変換装置10には、外部から電流指令(q軸電流指令)が入力される。この電流指令はトルク指令に相当する。
[First Embodiment]
FIG. 3 shows a motor 1 as a load and a power conversion device 10 for supplying AC power to the motor 1. The power conversion device 10 includes a switching circuit 2 that converts direct current into alternating current for supplying to the motor 1, and a PWM control unit 3 that PWM-controls the switching circuit 2. The PWM control unit 3 includes a current control unit 31, a PWM duty generation unit 32, a low-pass filter 33, an absolute value calculation unit 34, and a scheduler 35. A current command (q-axis current command) is input to the power conversion device 10 from the outside. This current command corresponds to a torque command.

電流制御部31には、上記電流指令と、スイッチング回路2からモーター1へと供給される供給電流の検出値とが入力される。電流制御部31は、モーター1への供給電流の検出値が上記電流指令に一致するように電流を制御すべく、電圧指令V、V及びVを算出する。電流制御部31によって算出された電圧指令は、PWMデューティー生成部32へと送られる。 The current command and the detected value of the supply current supplied from the switching circuit 2 to the motor 1 are input to the current control unit 31. The current control unit 31 calculates voltage commands V U , V V, and V W in order to control the current so that the detected value of the supply current to the motor 1 matches the above current command. The voltage command calculated by the current control unit 31 is sent to the PWM duty generation unit 32.

ローパスフィルター33にも上記電流指令が入力される。ローパスフィルター33は、入力された上記電流指令のうち、所定の周波数より高い周波数の成分を減衰させ、該所定の周波数より低い周波数の成分をほとんど減衰させずに通過させるフィルターである。ローパスフィルター33の出力信号は絶対値算出部34へ入力される。 The current command is also input to the low-pass filter 33. The low-pass filter 33 is a filter that attenuates a component having a frequency higher than a predetermined frequency among the input current commands and passes a component having a frequency lower than the predetermined frequency with almost no attenuation. The output signal of the low-pass filter 33 is input to the absolute value calculation unit 34.

絶対値算出部34は、ローパスフィルター33の出力信号の入力を受け、該出力信号の絶対値を算出する。これにより、電流指令(トルク指令)の符号が正に揃えられる。絶対値算出部34の出力信号は、スケジューラー35へ入力される。 The absolute value calculation unit 34 receives the input of the output signal of the low-pass filter 33 and calculates the absolute value of the output signal. As a result, the signs of the current command (torque command) are positively aligned. The output signal of the absolute value calculation unit 34 is input to the scheduler 35.

スケジューラー35は、絶対値算出部34から入力された、符号が正に揃えられた電流指令(トルク指令)に基づいて係数Kを算出する。 The scheduler 35 calculates the coefficient K based on the current command (torque command) in which the signs are positively aligned, which is input from the absolute value calculation unit 34.

係数Kは、0.0以上1.0以下であり、3相変調用の電圧指令を算出するためのバイアスA(電圧補正値)と、2相変調用の電圧指令を算出するためのバイアスB(電圧補正値)との比率を定める係数である。K=1.0であれば3相変調、K=0.0であれば2相変調、0.0<K<1.0であれば、2相変調と3相変調との間の中間状態の変調方式となる。 The coefficient K is 0.0 or more and 1.0 or less, and bias A (voltage correction value) for calculating the voltage command for three-phase modulation and bias B for calculating the voltage command for two-phase modulation. It is a coefficient that determines the ratio with (voltage correction value). 3-phase modulation if K = 1.0, 2-phase modulation if K = 0.0, intermediate state between 2-phase modulation and 3-phase modulation if 0.0 <K <1.0 It becomes the modulation method of.

図4に、定格トルクを100%とするトルク負荷率と係数Kとの関係を一例として示す。トルク負荷率が50%以下である場合、K=1.0である。トルク負荷率が60%以上の場合、K=0.0である。トルク負荷率が50%よりも大きく、かつ60%未満の場合、Kは0.0よりも大きく、かつ1.0未満である。50%以上60%以下のトルク負荷率とKとの関係は、傾きが負の一次関数で表される。 FIG. 4 shows the relationship between the torque load factor with the rated torque as 100% and the coefficient K as an example. When the torque load factor is 50% or less, K = 1.0. When the torque load factor is 60% or more, K = 0.0. When the torque load factor is greater than 50% and less than 60%, K is greater than 0.0 and less than 1.0. The relationship between the torque load factor of 50% or more and 60% or less and K is expressed by a linear function having a negative slope.

このように、スケジューラー35は、絶対値算出部34から入力された、符号が正に揃えられた電流指令(トルク指令)に基づいてトルク負荷率を算出し、そのトルク負荷率と図4に示した関係とから係数Kを算出する。算出された係数Kは、PWMデューティー生成部32へ入力される。 In this way, the scheduler 35 calculates the torque load factor based on the current command (torque command) in which the signs are positively aligned, which is input from the absolute value calculation unit 34, and the torque load factor is shown in FIG. The coefficient K is calculated from the relationship. The calculated coefficient K is input to the PWM duty generation unit 32.

PWMデューティー生成部32は、電流制御部31から入力された電圧指令V、V、Vと、スケジューラー35から入力された係数Kとに基づいて、補正したバイアス付きの電圧指令(補正付き電圧指令)W、W、Wを以下のように算出する。
=V+K・A+(1−K)・B
=V+K・A+(1−K)・B
=V+K・A+(1−K)・B
The PWM duty generation unit 32 has a corrected biased voltage command (with correction) based on the voltage commands V U , V V , V W input from the current control unit 31 and the coefficient K input from the scheduler 35. Voltage command) W U , W V , W W are calculated as follows.
W U = V U + K ・ A + (1-K) ・ B
W V = V V + K ・ A + (1-K) ・ B
W W = V W + K ・ A + (1-K) ・ B

前述のとおり、K=0.0の場合は2相変調であり、K=1.0の場合は3相変調である。また、0.0<K<1.0の場合は2相変調と3相変調との間の中間状態の変調である。係数Kにより、3相変調用のバイアスAと、2相変調用のバイアスBとの比率が定められる。そして、この比率に応じたバイアスA及びBが電圧指令V、V及びVの各々に加えられて、バイアス付きの電圧指令W、W及びWが算出される。 As described above, when K = 0.0, it is a two-phase modulation, and when K = 1.0, it is a three-phase modulation. Further, when 0.0 <K <1.0, it is an intermediate state modulation between the two-phase modulation and the three-phase modulation. The coefficient K determines the ratio of the bias A for three-phase modulation and the bias B for two-phase modulation. Then, the biases A and B according to this ratio are added to each of the voltage commands V U , V V and V W , and the biased voltage commands W U , W V and W W are calculated.

PWMデューティー生成部32はさらに、算出されたバイアス付きの電圧指令W、W及びWと搬送波との比較によりパルスを生成する。このパルスがスイッチング回路2へと送られ、スイッチング回路2がPWM制御される。 The PWM duty generator 32 further generates a pulse by comparing the calculated biased voltage commands W U , W V and WW with the carrier wave. This pulse is sent to the switching circuit 2, and the switching circuit 2 is PWM-controlled.

図5の上段に、搬送波である三角波と、3相変調から中間状態の変調を経て2相変調へと移行した場合のU相、V相及びW相のバイアス付きの電圧指令(W,W,W)との時間的変化を示す。図1に示した、3相変調におけるU相、V相及びW相のバイアス付きの電圧指令(W3U,W3V,W3W)を参考までに図5にも示している。図5の下段に、各相の出力電圧のパルス波形を示す。 In the upper part of FIG. 5, the triangular wave is a carrier wave, U-phase in the case of transition to over by 2-phase modulating the modulated intermediate state from the three-phase modulation voltage command with the bias of V-phase and W-phase (W U, W V, showing the time change of the W W). The U-phase, V-phase, and W-phase biased voltage commands (W 3U , W 3V , W 3W ) in the three-phase modulation shown in FIG. 1 are also shown in FIG. 5 for reference. The lower part of FIG. 5 shows the pulse waveform of the output voltage of each phase.

[第2実施形態]
上記実施形態においては、2相変調を生成するにあたり、3相電圧指令の最低電圧からバイアスを算出した。他の方法として、最高電圧と最低電圧の双方を考慮してハイサイドまたはローサイドの近い方にバイアスさせることもできる。この場合、ハイサイド100%またはローサイド100%になる相の状態が、電気角の周回に対して6ステップ存在することになる。
[Second Embodiment]
In the above embodiment, the bias is calculated from the minimum voltage of the three-phase voltage command when generating the two-phase modulation. Alternatively, both the maximum voltage and the minimum voltage can be considered and biased toward the high side or the low side. In this case, there are 6 steps of phase states in which the high side is 100% or the low side is 100% with respect to the circumference of the electric angle.

図6の上段に、搬送波である三角波と、3相変調におけるU相、V相及びW相のバイアス付きの電圧指令と、2相変調(6ステップ)におけるU相、V相及びW相のバイアス付きの電圧指令との時間的変化を示す。同図の下段に、各相の出力電圧のパルス波形を示す。 In the upper part of FIG. 6, the triangular wave which is a carrier wave, the voltage command with bias of U-phase, V-phase and W-phase in three-phase modulation, and the bias of U-phase, V-phase and W-phase in two-phase modulation (6 steps). Shows the temporal change with the attached voltage command. The lower part of the figure shows the pulse waveform of the output voltage of each phase.

3相変調方式及び2相変調方式(6ステップ)についても、両変調方式のバイアスに係数Kを乗ずることにより、両変調方式の中間状態の変調方式(6ステップ)を実現することができる。 As for the three-phase modulation method and the two-phase modulation method (6 steps), the modulation method (6 steps) in the intermediate state of both modulation methods can be realized by multiplying the bias of both modulation methods by the coefficient K.

図7の上段に、搬送波である三角波と、3相変調から中間状態の変調(6ステップ)を経て2相変調(6ステップ)へと移行した場合のU相、V相及びW相のバイアス付きの電圧指令との時間的変化を示す。図5に示した、3相変調におけるU相、V相及びW相のバイアス付きの電圧指令を参考までに図7にも示している。図7の下段に、各相の出力電圧のパルス波形を示す。 In the upper part of FIG. 7, a triangular wave as a carrier wave and U-phase, V-phase, and W-phase biases when shifting from three-phase modulation to two-phase modulation (6 steps) via intermediate state modulation (6 steps) are provided. Shows the temporal change with the voltage command of. The biased voltage commands for the U-phase, V-phase, and W-phase in the three-phase modulation shown in FIG. 5 are also shown in FIG. 7 for reference. The lower part of FIG. 7 shows the pulse waveform of the output voltage of each phase.

上記第1実施形態及び第2実施形態によれば、以下に列挙する効果が得られる。
・発熱が大きくなる高負荷時には2相変調が選択されて損失を抑制できる一方、低負荷時には3相変調が選択されて騒音を抑えることができる。
・負荷の変化に伴って、2相変調及び3相変調の一方から、中間状態の変調方式を経て、2相変調及び3相変調の他方へと変調方式がスムースに切り替わる。そのため、中間状態の変調を経ずに、2相変調及び3相変調の一方から他方へと切り替える場合に比べて、トルク衝撃の発生を抑えることができる。
・負荷が高負荷と低負荷との間の中間的な状態(例えば、図4においてトルク負荷率が50%から60%の状態)である場合、中間状態の変調の状態で安定して動作する。負荷が中間的である状態が継続する場合、その継続時間の長短に関わらず、中間状態の変調が継続して行われる。
According to the first embodiment and the second embodiment, the effects listed below can be obtained.
-While a two-phase modulation is selected and loss can be suppressed at a high load when heat generation is large, a three-phase modulation can be selected and noise can be suppressed at a low load.
-As the load changes, the modulation method smoothly switches from one of the two-phase modulation and the three-phase modulation to the other of the two-phase modulation and the three-phase modulation via the modulation method in the intermediate state. Therefore, the generation of torque impact can be suppressed as compared with the case of switching from one of the two-phase modulation and the three-phase modulation to the other without going through the modulation in the intermediate state.
-When the load is in an intermediate state between a high load and a low load (for example, the torque load factor is 50% to 60% in FIG. 4), stable operation is performed in the state of modulation in the intermediate state. .. When the intermediate state of the load continues, the modulation of the intermediate state is continuously performed regardless of the length of the duration.

従来とは異なり、2相変調及び3相変調の二者択一ではなく、その中間状態の変調方式も選択できる。そして、中間状態の変調においては、負荷に応じて連続的に変化する係数Kを用いて、2相変調用の補正値(電圧バイアス)と3相変調用の補正値(電圧バイアス)との比率が定められる。 Unlike the conventional method, the modulation method in the intermediate state can be selected instead of the alternative of two-phase modulation and three-phase modulation. Then, in the modulation in the intermediate state, the ratio of the correction value for two-phase modulation (voltage bias) and the correction value for three-phase modulation (voltage bias) is used by using the coefficient K that continuously changes according to the load. Is determined.

2相変調、3相変調、中間状態の変調の選択にあたって、特定の操作は不要である。変調方式の選択は、トルクに応じて行われる。時間的な制約はない。すなわちトルク感応型の制御が実現できる。 No specific operation is required to select two-phase modulation, three-phase modulation, or intermediate state modulation. The modulation method is selected according to the torque. There is no time constraint. That is, torque-sensitive control can be realized.

図3に示したローパスフィルター33及び絶対値算出部34は必須ではないが、これらを設けることで、係数Kの急変に伴う制御不安定を回避することができる。 The low-pass filter 33 and the absolute value calculation unit 34 shown in FIG. 3 are not essential, but by providing them, control instability due to a sudden change in the coefficient K can be avoided.

以上のように、3相PWMのデューティーを配分することにより低騒音化と低損失化の両立が図られる。 As described above, by allocating the duty of the three-phase PWM, both noise reduction and loss reduction can be achieved.

図4において、一例として、トルク負荷率が50%から60%である場合に中間状態の変調が行われることとした。しかし、中間状態の変調が行われるトルク負荷率は適宜変更することができる。 In FIG. 4, as an example, it is decided that the modulation of the intermediate state is performed when the torque load factor is 50% to 60%. However, the torque load factor at which the intermediate state is modulated can be changed as appropriate.

これまで、3相の交流PWMにおける3相変調と2相変調とその中間状態の変調方式とについて説明したが、上記の実施形態は、N相の交流PWMにおけるN相変調と(N−1)相変調とその中間状態の変調方式とに拡張して適用可能である。ただし、Nは3以上の整数である。 So far, the three-phase modulation and the two-phase modulation in the three-phase AC PWM and the modulation method in the intermediate state have been described, but the above-described embodiment is the N-phase modulation in the N-phase AC PWM and (N-1). It can be extended to phase modulation and its intermediate state modulation method. However, N is an integer of 3 or more.

以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and modifications can be made based on the technical idea of the present invention.

1 モーター
2 スイッチング回路
3 PWM制御部
10 電力変換装置
31 電流制御部
32 PWMデューティー生成部
33 ローパスフィルター
34 絶対値算出部
35 スケジューラー
1 Motor 2 Switching circuit 3 PWM control unit 10 Power conversion device 31 Current control unit 32 PWM duty generation unit 33 Low-pass filter 34 Absolute value calculation unit 35 Scheduler

Claims (3)

直流を交流に変換するスイッチング回路と、該スイッチング回路をPWM制御するPWM制御部とを有する電力変換装置であって、
前記PWM制御部は、
電流指令と、前記スイッチング回路から負荷へと供給される電流とに基づいて、電圧指令を算出する電流制御部と、
前記電圧指令のN相変調用補正量と、前記電圧指令の(N−1)相変調用補正量との比率を、前記電流指令に基づいて算出するスケジューラーであって、前記Nは3以上の整数である、スケジューラーと、
前記比率に基づいて、前記N相変調用補正量と前記(N−1)相変調用補正量とを前記電圧指令に加えることにより、補正付き電圧指令を算出するPWMデューティー生成部と
を備えることを特徴とする電力変換装置。
A power conversion device having a switching circuit that converts direct current into alternating current and a PWM control unit that PWM-controls the switching circuit.
The PWM control unit
A current control unit that calculates a voltage command based on the current command and the current supplied from the switching circuit to the load.
A scheduler that calculates the ratio of the N-phase modulation correction amount of the voltage command to the (N-1) phase modulation correction amount of the voltage command based on the current command, and the N is 3 or more. The scheduler, which is an integer,
A PWM duty generation unit that calculates a corrected voltage command by adding the N-phase modulation correction amount and the (N-1) phase modulation correction amount to the voltage command based on the ratio is provided. A power converter characterized by.
前記スケジューラーは、前記比率を定める0以上1以下の係数Kを前記電流指令に基づいて算出し、
前記PWMデューティー生成部は、前記N相変調用補正量に前記係数Kを乗じて得られる値と、前記(N−1)相変調用補正量に、1から前記係数Kを引いた値を乗じて得られる値とを、前記電圧指令に加えることにより、前記補正付き電圧指令を算出することを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
The scheduler calculates a coefficient K of 0 or more and 1 or less that determines the ratio based on the current command.
The PWM duty generation unit multiplies the value obtained by multiplying the correction amount for N-phase modulation by the coefficient K, and the correction amount for (N-1) phase modulation by subtracting the coefficient K from 1. The power conversion device according to claim 1, wherein the corrected voltage command is calculated by adding the obtained value to the voltage command.
前記電流指令が入力されるローパスフィルターと、
前記ローパスフィルターの出力信号の絶対値を算出する絶対値算出部と
をさらに備え、
前記スケジューラーは前記絶対値に基づいて前記比率を算出することを特徴とする請求項1又は2に記載の電力変換装置。
A low-pass filter to which the current command is input and
It is further equipped with an absolute value calculation unit that calculates the absolute value of the output signal of the low-pass filter.
The power conversion device according to claim 1 or 2, wherein the scheduler calculates the ratio based on the absolute value.
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