JP2022167803A - Power conversion device and control method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は電力変換装置及びその制御方法に関する。 The present disclosure relates to a power conversion device and its control method.
単相3線式の自立出力を提供することができる電力変換装置が、例えば特許文献1に提案されている。特許文献1の電力変換装置は、2相ハーフブリッジのインバータと、DCバスの中点電位を調節するコンバータとを含むものである。このインバータは、DCバスの2線間に、ハイサイドの第1スイッチング素子及びローサイドの第2スイッチング素子の直列体と、ハイサイドの第3スイッチング素子及びローサイドの第4スイッチング素子の直列体とが、接続されている。DCバスの中点電位を制御するコンバータは、DCバスの2線間に接続した一対のコンデンサの直列体における相互接続点の電位が、DCバスの2線間の電位の中間になるように制御する。この相互接続点は、単相3線の中性線と直結されている。
A power converter capable of providing a single-phase, three-wire, self-contained output is proposed, for example, in
インバータの制御部は、ユニポーラ方式のパルス幅変調制御(PWM(Pulse Width Modulation)制御)により4つのスイッチング素子の開閉を制御する。第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子が交互にオンすることにより、単相3線式の第1電圧線(U線)と中性線(O線)との間のU相電圧が出力される。第3スイッチング素子及び第4スイッチング素子が交互にオンすることにより、単相3線式の第2電圧線(W線)と中性線(O線)との間のW相電圧が出力される。 The controller of the inverter controls opening and closing of the four switching elements by unipolar pulse width modulation control (PWM (Pulse Width Modulation) control). By alternately turning on the first switching element and the second switching element, the U-phase voltage between the first voltage line (U line) and the neutral line (O line) of the single-phase three-wire system is output. . By alternately turning on the third switching element and the fourth switching element, the W-phase voltage between the second voltage line (W line) and the neutral line (O line) of the single-phase three-wire system is output. .
上記の電力変換装置では、第1スイッチング素子と第4スイッチング素子との開閉、及び、第2スイッチング素子と第3スイッチング素子との開閉が、互いに同期しない。このため、DCバスの対地電位がスイッチングによって大きく変動し、交流出力端子に多大なコモンモードノイズが発生する。このコモンモードノイズを抑制するために、コモンモードチョークコイル及びYコンデンサを含む、高価で大きなフィルタ回路が必要になる。また、U線、W線には、それぞれ平滑用のリアクトルを配置しなければならない。そのため、電力変換装置を小型化することが困難である。また、それぞれのリアクトルで大きな鉄損が発生する。 In the power conversion device described above, opening and closing of the first switching element and the fourth switching element and opening and closing of the second switching element and the third switching element are not synchronized with each other. Therefore, the ground potential of the DC bus fluctuates greatly due to switching, and a large amount of common mode noise is generated at the AC output terminal. In order to suppress this common mode noise, an expensive and large filter circuit including a common mode choke coil and a Y capacitor is required. In addition, a reactor for smoothing must be arranged on each of the U line and the W line. Therefore, it is difficult to miniaturize the power converter. Moreover, a large iron loss occurs in each reactor.
一方、自立出力を単相3線の交流負荷に供給する場合、U相の負荷とW相の負荷との不均衡があると、U相電圧とW相電圧とが一致しなくなる。この場合、上述のような中点電位の制御では、U相電圧とW相電圧とを一致させることができない。 On the other hand, when the stand-alone output is supplied to a single-phase three-wire AC load, if there is an imbalance between the U-phase load and the W-phase load, the U-phase voltage and the W-phase voltage will not match. In this case, it is not possible to match the U-phase voltage and the W-phase voltage by controlling the midpoint potential as described above.
本開示は、単相3線式で自立出力を提供することができる電力変換装置において、小型化と相電圧の不均衡抑制とを実現することを目的とする。 An object of the present disclosure is to achieve miniaturization and suppression of phase voltage imbalance in a power conversion device capable of providing self-sustained output in a single-phase three-wire system.
本開示は、以下の発明を含む。但し、本発明は特許請求の範囲によって定められるものである。 The present disclosure includes the following inventions. However, the present invention is defined by the claims.
(電力変換装置)
開示するのは、単相3線式の交流電路に交流出力を提供する電力変換装置であって、
インバータと、
前記インバータと前記交流電路との間に設けられた交流リアクトルと、
前記インバータに直流電圧を供給するDCバスと、
前記DCバスの2線間に設けられ、相互接続点が中点電圧となる第1コンデンサ及び第2コンデンサの直列体と、
前記DCバスの2線間に設けられ、前記中点電圧を制御する中点電圧制御部と、
前記交流電路の第1電圧線と中性線との間の第1相電圧、及び、前記交流電路の第2電圧線と前記中性線との間の第2相電圧を取得する交流側電圧センサと、
前記インバータに対してバイポーラ方式のパルス幅変調制御を行うとともに、前記中点電圧制御部を制御する制御部と、を備える。
前記交流リアクトルは、前記インバータの出力端から前記第1電圧線及び前記第2電圧線に至る2線に共通のコアを有するものであり、
前記制御部は、
前記第1電圧線と前記第2電圧線との間の線間電圧が目標値となるように前記インバータを制御し、
前記第1相電圧と前記第2相電圧とが絶対値で互いに均等になるように、前記中点電圧制御部を制御して前記中点電圧を調節する。
(power converter)
Disclosed is a power converter for providing AC output to a single-phase, three-wire AC electrical circuit, comprising:
an inverter;
an AC reactor provided between the inverter and the AC electric circuit;
a DC bus that supplies a DC voltage to the inverter;
a series body of a first capacitor and a second capacitor provided between two lines of the DC bus and having a midpoint voltage at an interconnection point;
a midpoint voltage control unit provided between two lines of the DC bus for controlling the midpoint voltage;
AC side voltage for acquiring a first phase voltage between the first voltage line and the neutral line of the AC line and a second phase voltage between the second voltage line and the neutral line of the AC line a sensor;
a control unit that performs bipolar pulse width modulation control on the inverter and controls the midpoint voltage control unit.
The AC reactor has a core common to two lines from the output end of the inverter to the first voltage line and the second voltage line,
The control unit
controlling the inverter so that the line voltage between the first voltage line and the second voltage line becomes a target value;
The midpoint voltage is adjusted by controlling the midpoint voltage controller so that the absolute values of the first phase voltage and the second phase voltage are equal to each other.
(電力変換装置の制御方法)
インバータと、前記インバータと単相3線式の交流電路との間に設けられた交流リアクトルと、前記インバータに直流電圧を供給するDCバスと、前記DCバスの2線間に設けられ、相互接続点が中点電圧となる第1コンデンサ及び第2コンデンサの直列体と、前記DCバスの2線間に設けられ、前記中点電圧を制御する中点電圧制御部と、前記インバータに対してバイポーラ方式のパルス幅変調制御を行うとともに、前記中点電圧制御部を制御する制御部と、を備え、前記交流電路に交流出力を提供する電力変換装置についての、前記制御部による制御方法であって、
前記交流電路の第1電圧線と第2電圧線との間の線間電圧が目標値となるように前記インバータを制御し、
前記交流電路の中性線から見た第1相電圧と第2相電圧とが絶対値で互いに均等になるように、前記中点電圧制御部を制御して前記中点電圧を調節する。
(Control method for power converter)
an inverter, an AC reactor provided between the inverter and a single-phase three-wire AC electric circuit, a DC bus for supplying a DC voltage to the inverter, and an interconnection provided between two wires of the DC bus A series body of a first capacitor and a second capacitor having a point at a midpoint voltage, a midpoint voltage control section provided between two lines of the DC bus for controlling the midpoint voltage, and a bipolar capacitor for the inverter. and a control unit that controls the midpoint voltage control unit, and provides an AC output to the AC electric circuit, a control method by the control unit, ,
controlling the inverter so that the line voltage between the first voltage line and the second voltage line of the AC electric circuit becomes a target value;
The midpoint voltage is adjusted by controlling the midpoint voltage controller so that the absolute values of the first phase voltage and the second phase voltage as viewed from the neutral line of the AC electric circuit are equal to each other.
本開示によれば、単相3線式で自立出力を提供することができる電力変換装置において、小型化と相電圧の不均衡抑制とを実現することができる。 Advantageous Effects of Invention According to the present disclosure, it is possible to achieve miniaturization and suppression of phase voltage imbalance in a power converter capable of providing a self-sustained output in a single-phase three-wire system.
[本開示の実施形態の説明]
本開示の実施形態には、その要旨として、少なくとも以下のものが含まれる。
[Description of Embodiments of the Present Disclosure]
Embodiments of the present disclosure include at least the following as gists thereof.
(1)本開示の電力変換装置は、単相3線式の交流電路に交流出力を提供する電力変換装置であって、インバータと、前記インバータと前記交流電路との間に設けられた交流リアクトルと、前記インバータに直流電圧を供給するDCバスと、前記DCバスの2線間に設けられ、相互接続点が中点電圧となる第1コンデンサ及び第2コンデンサの直列体と、前記DCバスの2線間に設けられ、前記中点電圧を制御する中点電圧制御部と、前記交流電路の第1電圧線と中性線との間の第1相電圧、及び、前記交流電路の第2電圧線と前記中性線との間の第2相電圧を取得する交流側電圧センサと、前記インバータに対してバイポーラ方式のパルス幅変調制御を行うとともに、前記中点電圧制御部を制御する制御部と、を備えている。前記交流リアクトルは、前記インバータの出力端から前記第1電圧線及び前記第2電圧線に至る2線に共通のコアを有するものであり、前記制御部は、前記第1電圧線と前記第2電圧線との間の線間電圧が目標値となるように前記インバータを制御し、前記第1相電圧と前記第2相電圧とが絶対値で互いに均等になるように、前記中点電圧制御部を制御して前記中点電圧を調節する電力変換装置である。 (1) The power conversion device of the present disclosure is a power conversion device that provides AC output to a single-phase three-wire AC electric circuit, and includes an inverter and an AC reactor provided between the inverter and the AC electric circuit. a DC bus that supplies a DC voltage to the inverter; a series body of a first capacitor and a second capacitor that are provided between two lines of the DC bus and whose interconnection point serves as a midpoint voltage; A midpoint voltage control unit provided between two lines for controlling the midpoint voltage, a first phase voltage between a first voltage line and a neutral line of the AC electric line, and a second phase voltage of the AC electric line AC-side voltage sensor that acquires the second phase voltage between the voltage line and the neutral line; and control that performs bipolar pulse width modulation control on the inverter and controls the midpoint voltage control unit. and The AC reactor has a core common to two lines extending from the output end of the inverter to the first voltage line and the second voltage line, and the control unit controls the first voltage line and the second voltage line. The inverter is controlled so that the line-to-line voltage between the voltage lines becomes a target value, and the midpoint voltage control is performed so that the absolute values of the first phase voltage and the second phase voltage are equal to each other. It is a power conversion device that controls a part to adjust the midpoint voltage.
このような電力変換装置では、自立運転中に、インバータは相電圧を制御せず第1電圧線と第2電圧線との間の線間電圧を目標値に合わせるよう動作する。制御部は、中点電圧制御部を制御して中点電圧を調節することにより、第1相電圧と第2相電圧とが絶対値で互いに均等になるようにする。中点電圧は中間値とは限らず、中間値からいずれか一方に偏る場合もある。また、バイポーラ方式のパルス幅変調制御により、DCバスの対地電圧が安定し、コモンモードノイズを低減することができ、電圧線の2線に共通のコアを持つ交流リアクトルを用いることができる。その結果、ノイズフィルタ及び交流リアクトルを小型化できるので、電力変換装置の小型化が可能となる。 In such a power conversion device, the inverter does not control the phase voltages during the self-sustained operation, but operates to match the line voltage between the first voltage line and the second voltage line to the target value. The control unit controls the midpoint voltage control unit to adjust the midpoint voltage so that the absolute values of the first phase voltage and the second phase voltage are equal to each other. The midpoint voltage is not limited to the median value, and may deviate to either one of the median values. In addition, the bipolar pulse width modulation control stabilizes the ground voltage of the DC bus, reduces common mode noise, and allows the use of an AC reactor having a common core for two voltage lines. As a result, the size of the noise filter and the AC reactor can be reduced, so that the size of the power converter can be reduced.
(2)前記(1)の電力変換装置において、前記制御部は、前記中点電圧が、前記DCバスの2線間の電圧の中間値からずれるように、前記中点電圧制御部を制御する。
この場合、第1相の交流負荷と、第2相の交流負荷とが、不均等であっても、中点電圧が中間値からずれることで、第1相電圧と第2相電圧とが、絶対値で互いに均等になることができる。
(2) In the power conversion device of (1), the control unit controls the midpoint voltage control unit such that the midpoint voltage deviates from the midpoint value of the voltage between the two lines of the DC bus. .
In this case, even if the AC load of the first phase and the AC load of the second phase are uneven, the midpoint voltage deviates from the median value, so that the first phase voltage and the second phase voltage They can be equal to each other in absolute value.
(3)前記(1)又は(2)の電力変換装置において、前記制御部は、前記第1相電圧の位相と前記第2相電圧を反転させた反転電圧の位相とが一致するように、前記中点電圧制御部を制御して前記中点電圧を調節する。
これにより、交流側の相電圧調整を行いつつ、第1相電圧及び反転電圧の位相差を調整しない場合と比べて、中点制御電流を低減することができる。この結果、電流定格の小さい直流リアクトルを使用することができるため、直流リアクトルの大型化を抑制したり、高コスト化を抑制したり、損失の増大を抑制したりすることができる。
(3) In the power conversion device of (1) or (2), the control unit causes the phase of the first phase voltage to match the phase of the inverted voltage obtained by inverting the second phase voltage by: The midpoint voltage is adjusted by controlling the midpoint voltage controller.
As a result, the midpoint control current can be reduced while adjusting the phase voltage on the AC side, compared to the case where the phase difference between the first phase voltage and the inversion voltage is not adjusted. As a result, it is possible to use a DC reactor with a small current rating, thereby suppressing an increase in the size of the DC reactor, suppressing an increase in cost, and suppressing an increase in loss.
(4)前記(1)又は(2)の電力変換装置において、前記制御部は、前記第1相電圧の位相又は前記第2相電圧を反転させた反転電圧の位相と、前記線間電圧の位相とが一致するように、前記中点電圧制御部を制御して前記中点電圧を調節する。
これにより、交流側の相電圧調整を行いつつ、第1相電圧又は反転電圧と、線間電圧との位相差を調整しない場合と比べて、中点制御電流を低減することができる。この結果、電流定格の小さい直流リアクトルを使用することができるため、直流リアクトルの大型化を抑制したり、高コスト化を抑制したり、損失の増大を抑制したりすることができる。また、第1相電圧及び第2相電圧のうち一方の位相を算出すればよいため、回路構成をより簡素化することができる。
(4) In the power conversion device of (1) or (2), the control unit controls the phase of the first phase voltage or the phase of the inverted voltage obtained by inverting the second phase voltage, and the phase of the line voltage. The midpoint voltage is adjusted by controlling the midpoint voltage controller so that the phases match.
As a result, while adjusting the phase voltage on the AC side, the midpoint control current can be reduced compared to the case where the phase difference between the first phase voltage or the inversion voltage and the line voltage is not adjusted. As a result, it is possible to use a DC reactor with a small current rating, thereby suppressing an increase in the size of the DC reactor, suppressing an increase in cost, and suppressing an increase in loss. In addition, since it is only necessary to calculate one of the phases of the first phase voltage and the second phase voltage, the circuit configuration can be further simplified.
(5)前記(3)の電力変換装置において、前記制御部は、前記第1相電圧及び前記反転電圧の位相差がある場合に、前記中点電圧に正又は負のバイアス電圧を付与して前記位相差を低減する。
第1相電圧及び反転電圧の位相に基づいて中点電圧に正又は負のバイアス電圧を付与することで、第1相電圧及び反転電圧の位相差をゼロに近づける(又はゼロにする)ように調節することができる。
(5) In the power conversion device of (3) above, the control unit applies a positive or negative bias voltage to the midpoint voltage when there is a phase difference between the first phase voltage and the inversion voltage. reducing the phase difference;
By applying a positive or negative bias voltage to the midpoint voltage based on the phases of the first phase voltage and the inversion voltage, the phase difference between the first phase voltage and the inversion voltage is brought close to zero (or made zero). can be adjusted.
(6)前記(4)の電力変換装置において、前記制御部は、前記第1相電圧又は前記反転電圧と、前記線間電圧とに位相差がある場合に、前記中点電圧に正又は負のバイアス電圧を付与して前記位相差を低減する。
第1相電圧又は反転電圧の位相と、線間電圧の位相とに基づいて中点電圧に正又は負のバイアス電圧を付与することで、第1相電圧又は反転電圧と、線間電圧との位相差をゼロに近づける(又はゼロにする)ように調節することができる。
(6) In the power conversion device of (4) above, the control unit causes the midpoint voltage to be positive or negative when there is a phase difference between the first phase voltage or the inversion voltage and the line voltage. is applied to reduce the phase difference.
By applying a positive or negative bias voltage to the midpoint voltage based on the phase of the first phase voltage or the inversion voltage and the phase of the line voltage, the first phase voltage or the inversion voltage and the line voltage The phase difference can be adjusted to near (or zero) zero.
(7)前記(3)又は(4)の電力変換装置において、前記制御部は、前記線間電圧のゼロクロス検出時における前記第1相電圧、及び、前記線間電圧のゼロクロス検出時における前記第2相電圧、のうち少なくとも1つの電圧に基づいて、前記中点電圧に正又は負のバイアス電圧を付与して前記第1相電圧及び前記反転電圧の位相差を低減する。
これにより、第1相電圧及び第2相電圧の位相ではなく、線間電圧のゼロクロス検出時における各電圧に基づいてバイアス電圧を付与すればよいため、位相を算出する必要がなく、回路構成をより簡素化することができる。
(7) In the power conversion device of (3) or (4), the control unit controls the first phase voltage when detecting the zero crossing of the line voltage and the first phase voltage when detecting the zero crossing of the line voltage. A positive or negative bias voltage is applied to the midpoint voltage to reduce the phase difference between the first phase voltage and the inversion voltage based on at least one of the two phase voltages.
As a result, the bias voltage can be applied based on each voltage when the zero crossing of the line voltage is detected, instead of the phases of the first phase voltage and the second phase voltage. It can be simplified.
(8)前記(1)又は(2)の電力変換装置において、前記制御部は、前記第1相電圧及び前記第2相電圧の差がある場合に、前記中点電圧に正又は負のバイアス電圧を付与して前記差を低減する。
中点電圧を必ずしも中間値にするのではなく、バイアス電圧の付与により偏らせることで、第1相の交流負荷と、第2相の交流負荷とが、不均等であっても、第1相電圧と第2相電圧とが、絶対値で互いに均等になるように調節することができる。
(8) In the power conversion device of (1) or (2), the control unit positively or negatively biases the midpoint voltage when there is a difference between the first phase voltage and the second phase voltage. A voltage is applied to reduce the difference.
Even if the AC load of the first phase and the AC load of the second phase are uneven, the first phase The voltage and the second phase voltage can be adjusted to be equal to each other in absolute value.
(9)前記(5)から(8)のいずれかの電力変換装置において、前記バイアス電圧は、矩形波、正弦波又は三角波である。 (9) In the power converter according to any one of (5) to (8), the bias voltage is a rectangular wave, a sine wave, or a triangular wave.
(10)前記(1)又は(2)の電力変換装置において、前記第1相電圧及び前記第2相電圧は、瞬時値又は実効値である。
第1相電圧及び第2相電圧としては、瞬時値、実効値のいずれをも用いることができる。瞬時値を用いると制御のレスポンスが早いが若干過敏な制御になる。実効値を用いると制御のレスポンスは、瞬時値よりは遅いが、過敏にならない安定した制御になる。
(10) In the power converter of (1) or (2), the first phase voltage and the second phase voltage are instantaneous values or effective values.
Both instantaneous values and effective values can be used as the first phase voltage and the second phase voltage. If the instantaneous value is used, the control response is quick, but the control is slightly sensitive. When the effective value is used, the control response is slower than the instantaneous value, but it becomes a stable control that does not become hypersensitive.
(11)前記(1)から(10)のいずれかの電力変換装置において、前記交流リアクトルは和動接続されている。
この場合、交流リアクトルを小型化することができる。
(11) In the power conversion device according to any one of (1) to (10), the AC reactors are additively connected.
In this case, the size of the AC reactor can be reduced.
(12)制御方法としての観点からは、インバータと、前記インバータと単相3線式の交流電路との間に設けられた交流リアクトルと、前記インバータに直流電圧を供給するDCバスと、前記DCバスの2線間に設けられ、相互接続点が中点電圧となる第1コンデンサ及び第2コンデンサの直列体と、前記DCバスの2線間に設けられ、前記中点電圧を制御する中点電圧制御部と、前記インバータに対してバイポーラ方式のパルス幅変調制御を行うとともに、前記中点電圧制御部を制御する制御部と、を備え、前記交流電路に交流出力を提供する電力変換装置についての、前記制御部による制御方法であって、前記交流電路の第1電圧線と第2電圧線との間の線間電圧が目標値となるように前記インバータを制御し、前記交流電路の中性線から見た第1相電圧と第2相電圧とが絶対値で互いに均等になるように、前記中点電圧制御部を制御して前記中点電圧を調節する、電力変換装置の制御方法である。 (12) From the viewpoint of a control method, an inverter, an AC reactor provided between the inverter and a single-phase three-wire AC electric circuit, a DC bus that supplies a DC voltage to the inverter, and the DC A series body of a first capacitor and a second capacitor provided between two lines of the bus and having a midpoint voltage at an interconnection point; and a midpoint provided between the two lines of the DC bus and controlling the midpoint voltage. A power converter that provides an AC output to the AC circuit, comprising a voltage control unit and a control unit that performs bipolar pulse width modulation control on the inverter and controls the midpoint voltage control unit 3. The control method by the control unit, wherein the inverter is controlled so that the line voltage between the first voltage line and the second voltage line of the AC electric circuit becomes a target value, and A control method for a power converter, comprising: controlling the midpoint voltage control section to adjust the midpoint voltage so that the absolute values of the first phase voltage and the second phase voltage seen from the sex line are equal to each other. is.
このような電力変換装置の制御方法によれば、自立運転中に、インバータは相電圧を制御せず第1電圧線と第2電圧線との間の線間電圧を目標値に合わせるよう動作する。制御方法としては、中点電圧制御部を制御して中点電圧を調節することにより、第1相電圧と第2相電圧とが絶対値で互いに均等になるようにする。中点電圧は中間値とは限らず、中間値からいずれか一方に偏る場合もある。また、バイポーラ方式のパルス幅変調制御により、DCバスの対地電圧が安定し、コモンモードノイズを低減することができる。 According to such a control method for a power converter, during self-sustained operation, the inverter does not control the phase voltage and operates to match the line voltage between the first voltage line and the second voltage line to the target value. . As a control method, the midpoint voltage controller is controlled to adjust the midpoint voltage so that the absolute values of the first phase voltage and the second phase voltage are equal to each other. The midpoint voltage is not limited to the median value, and may deviate to either one of the median values. In addition, the bipolar pulse width modulation control stabilizes the ground voltage of the DC bus and reduces common mode noise.
[本開示の実施形態の詳細]
以下、本開示の電力変換装置及びその制御方法の具体例について、図面を参照して説明する。
[Details of the embodiment of the present disclosure]
Hereinafter, specific examples of the power conversion device and the control method thereof according to the present disclosure will be described with reference to the drawings.
《電力変換装置の構成》
図1は、電力変換装置の一例を示す回路図である。電力変換装置100は、直流電源20と、交流電路31との間に設けられている。電力変換装置100は、商用電力系統との系統連系運転、または、商用電力系統から解列した状態での自立運転が可能であるが、本開示では、自立運転について説明する。
<<Configuration of Power Converter>>
FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a power converter. The
交流電路31は、単相3線式であり、電圧線のU線、W線と、接地された中性線のO線とを有する。交流電路31のU相(U線-O線間)には、U相負荷32uが接続されている。交流電路31のW相(W線-O線間)には、W相負荷32wが接続されている。U線-O線の線間には101V、W線-O線の線間にはU相と逆位相で101V、U線-W線の線間には202Vが印加される。
The AC
電力変換装置100は、直流電源20と接続されたDC/DCコンバータ1と、このDC/DCコンバータの高圧側のDCバス2と、DCバス2の2線間に接続された平滑コンデンサ3と、DCバス2の2線間に接続された中点電圧制御部4と、DCバス2の2線間に接続されたDCバスコンデンサ5H,5Lの直列体5と、DCバスコンデンサ5Hの両端に接続された電圧センサ6Hと、DCバスコンデンサ5Lの両端に接続された電圧センサ6Lと、DCバス2の2線間に接続されたインバータ7と、交流リアクトル8と、交流側コンデンサ9u,9wと、電圧センサ10u,10wと、制御部11と、を備えている。なお、直流側電圧センサは、DCバス2の2線間の電圧を検出する電圧センサと、DCバスコンデンサ5H,5Lのいずれか一方の両端の電圧を検出する電圧センサとで、構成されていてもよい。
The
電圧センサ6Hは、DCバスコンデンサ5Hの両端の電圧VHを検出し、検出信号を制御部11に送る。電圧センサ6Lは、DCバスコンデンサ5Lの両端の電圧VLを検出し、検出信号を制御部11に送る。DCバスコンデンサ5H,5Lのキャパシタンスは互いに同一である。
電圧センサ10uは、交流側コンデンサ9uの両端の電圧Vuoを検出し、検出信号を制御部11に送る。電圧センサ10wは、交流側コンデンサ9wの両端の電圧Vwoを検出し、検出信号を制御部11に送る。交流側コンデンサ9u,9wのキャパシタンスは互いに同一である。
The
DC/DCコンバータ1は、直流リアクトル12と、ハイサイドのスイッチング素子Q7と、ローサイドのスイッチング素子Q8とを、図示のように接続して構成されている。スイッチング素子Q7には逆並列にダイオードd7が接続され、スイッチング素子Q8には逆並列にダイオードd8が接続されている。このDC/DCコンバータ1は昇圧回路であり、DCバス2に必要な電圧まで直流電源20の電圧を昇圧する。DC/DCコンバータ1は、制御部11により、制御される。
The DC/
なお、直流電源20の電圧が十分に高い場合は、DC/DCコンバータ1を省略することもできる。さらに、直流電源20の電圧が高すぎる場合は、DC/DCコンバータとして降圧回路を採用することもありうる。DCバス2の2線間の電圧は平滑コンデンサ3により、平滑されている。
Note that the DC/
中点電圧制御部4は、DC/DCコンバータであり、ハイサイドのスイッチング素子Q5と、ローサイドのスイッチング素子Q6と、直流リアクトル13とを、図示のように接続して構成されている。直流リアクトル13は、DCバスコンデンサ5H,5Lの相互接続点である直列体5の中点Mに接続されている。スイッチング素子Q5には逆並列にダイオードd5が接続され、スイッチング素子Q6には逆並列にダイオードd6が接続されている。中点電圧制御部4は、制御部11により、制御される。
The midpoint voltage control unit 4 is a DC/DC converter, and is configured by connecting a high-side switching element Q5, a low-side switching element Q6, and a DC reactor 13 as shown. DC reactor 13 is connected to midpoint M of
中点電圧制御部4が直接的に制御しようとしているのは、電圧VLである。DCバス2の2線間の電圧をVBとすると、電圧VHは、(VB-VL)となる。これらの電圧は、
VL=VH=(VB/2)であってもよいし、
VL>(VB/2)>VH、または
VL<(VB/2)<VH
となる場合もある。DCバスコンデンサ5H,5Lの相互接続点である直列体5の中点Mは、交流側のO線と直結するので、「電位」としては接地電位となる。
It is the voltage VL that the midpoint voltage controller 4 is trying to control directly. Assuming that the voltage between the two lines of the
V L =V H =(V B /2), or
VL >( VB /2)> VH , or VL <( VB /2)< VH
It may be. Since the middle point M of the
インバータ7は、4つのスイッチング素子Q1,Q2,Q3,Q4を備えている。スイッチング素子Q1,Q2,Q3,Q4にはそれぞれ、逆並列にダイオードd1,d2,d3,d4が接続されている。インバータ7は、交流リアクトル8及び交流側コンデンサ9u,9wによるフィルタ回路を介して、交流電路31のU線-W線間に、202Vを出力する。インバータ7の出力を平滑化する交流リアクトル8は、共通のコアにU線、W線の巻線を巻いて、ノーマル電流に対して磁束を強め合う和動接続とされている。
The inverter 7 has four switching elements Q1, Q2, Q3, Q4. Diodes d1, d2, d3 and d4 are connected in anti-parallel to the switching elements Q1, Q2, Q3 and Q4, respectively. The inverter 7 outputs 202V between the U line and the W line of the AC
交流電路31のU線-W線間の電圧Vuwは、電圧センサ10uが検出する電圧Vuoと、電圧センサ10wが検出する電圧Vwoとの差となる。なお、U線-W線間の電圧Vuwを直接的に検出する電圧センサを設けてもよい。また、電圧Vuo、Vwoのいずれか一方の代わりにU線-W線間の電圧Vuwを検出する電圧センサを設けてもよい。要するに、電圧Vuw、Vuo,Vwoが、検出又は算出も含めて、取得できる状態であればよい。
The voltage Vuw between the U line and the W line of the AC
制御部11は、例えばコンピュータを含み、コンピュータがソフトウェア(コンピュータプログラム)を実行することで、必要な制御機能を実現する。ソフトウェアは、制御部11の記憶装置(図示せず。)に格納される。
The
なお、図1に例示したスイッチング素子Q1~Q8は全てIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)であるが、代わりに、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)を用いることもできる。 The switching elements Q1 to Q8 illustrated in FIG. 1 are all IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), but MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors) can also be used instead.
《電力変換装置の制御》
次に、上記のように構成された電力変換装置100におけるインバータ7及び中点電圧制御部4についての制御(制御方法)について説明する。
<<Control of Power Converter>>
Next, the control (control method) for the inverter 7 and the midpoint voltage control section 4 in the
(第1例)
図2は、制御部11において実行されるインバータ7についての制御、及び、中点電圧制御部4についての制御に関する、制御ブロック図である。このような制御は、ソフトウェアによって全て実現することもできるが、部分的にハードウェアで構成することもできる。図2において、Vuw電圧基準指示部B1から、交流電圧(瞬時値)の目標値が指示される。この目標値と、実際に検出されたU線-W線間の電圧Vuwとの偏差が比較器B2により求められる。偏差は比例積分演算部B3を経て目標値に加算される(加算器B4)。加算されて得られた、補正された電圧値に基づいて、電圧指令信号生成部B5は、電圧指令信号を生成する。電圧指令信号は、キャリア信号発生部B6により出力されるキャリア信号(三角波又は鋸歯状波)と、PWM制御部B7で比較され、PWM制御信号となる。
(first example)
FIG. 2 is a control block diagram relating to the control of the inverter 7 and the control of the midpoint voltage control unit 4 executed in the
このPWM制御信号は、共通の電圧指令信号とキャリア信号とから発生し、これにより、スイッチング素子Q1,Q2,Q3,Q4が制御される。この制御は、スイッチング素子Q1,Q4のペアの開閉が同期し、かつ相補的に、スイッチング素子Q2,Q3のペアの開閉が同期するバイポーラPWM方式の制御となる。 This PWM control signal is generated from a common voltage command signal and carrier signal, thereby controlling switching elements Q1, Q2, Q3 and Q4. This control is a bipolar PWM type control in which opening and closing of the pair of switching elements Q1 and Q4 are synchronized, and complementarily, opening and closing of the pair of switching elements Q2 and Q3 are synchronized.
この結果、インバータ7は、U線-W線間の電圧Vuwが目標値と一致するように動作する。バイポーラPWM制御により、DCバスの対地電位が安定する。そのため、コモンモードノイズを低減することができる。また、U線及びW線のリアクトルのコアを共通化して和動接続することができるので、交流リアクトル8(図1)を一つにまとめて小型化することができる。 As a result, the inverter 7 operates so that the voltage Vuw between the U line and the W line matches the target value. Bipolar PWM control stabilizes the ground potential of the DC bus. Therefore, common mode noise can be reduced. In addition, since the cores of the reactors for the U line and the W line can be made common for additive connection, the AC reactor 8 (FIG. 1) can be integrated into one to be miniaturized.
なお、参考までに、前述の特許文献1の電力変換装置において、相電圧Vuo、Vwoがそれぞれの目標値と一致するように、スイッチング素子Q1,Q2のペア、Q3,Q4のペアに、それぞれ異なる電圧指令信号を与えると、ブリッジの対角線方向にあるスイッチング素子Q1,Q4のペアの開閉、及び、スイッチング素子Q2,Q3のペアの開閉は同期しない。このため、DCバスの対地電位がスイッチングによって変動し、交流リアクトルに多大な電流が流れる。また、U線の交流リアクトルとW線の交流リアクトルとのコアを共通化して和動接続すると制御不能になる。そのため、交流リアクトルを一つにまとめて小型化することができない。
For reference, in the power converter of
次に、図2において、U線-O線間で検出されるU相電圧Vuoと、W線-O線間で検出されるW相電圧Vwoとが、加算器B8により加算される。U相電圧VuoとW相電圧Vwoとは互いに逆位相であり、符号が逆になるので、加算結果は、0になるか、又は、絶対値の差に、絶対値の大きい方の符号を付した値となる。この値は、比例積分演算部B9を経て、中点電圧基準指示部B10が指示する中点電圧基準に、加算器B11により加算される補正値となる。中点電圧基準とは例えば、DCバスの2線間の電圧をVBとすると、中間値の(VB/2)である。 Next, in FIG. 2, the adder B8 adds the U-phase voltage V uo detected between the U line and the O line and the W-phase voltage V wo detected between the W line and the O line. Since the U-phase voltage V uo and the W-phase voltage V wo have opposite phases and opposite signs, the addition result is 0, or the difference between the absolute values is the sign of the larger absolute value. is the value with This value becomes a correction value added by an adder B11 to the midpoint voltage reference designated by the midpoint voltage reference designation section B10 through the proportional integral calculation section B9. The midpoint voltage reference is, for example, the midpoint value ( VB /2), where VB is the voltage between two lines of the DC bus.
加算器B11における加算結果は、比較器B12において、電圧VLと比較される。比較結果の偏差すなわちVLからのずれ(バイアス電圧)は、比例積分演算部B13を経て、電圧指令信号生成部B14に送られる。そして、電圧指令信号生成部B14において電圧指令信号が生成される。電圧指令信号は、キャリア信号発生部B15により出力されるキャリア信号(三角波又は鋸歯状波)と、PWM制御部B16で比較され、スイッチング素子Q5,Q6に対するPWM制御信号となる。 The addition result in the adder B11 is compared with the voltage VL in the comparator B12. The deviation of the comparison result, that is, deviation from VL (bias voltage) is sent to the voltage command signal generator B14 via the proportional integral calculator B13. Then, a voltage command signal is generated in the voltage command signal generator B14. The voltage command signal is compared with a carrier signal (triangular wave or sawtooth wave) output from the carrier signal generator B15 in the PWM controller B16, and becomes a PWM control signal for the switching elements Q5 and Q6.
こうして、U相電圧Vuoと、W相電圧Vwoとに差がある場合は、その差に応じて中点電圧が中間値からずれるように補正されることになる。中点電圧制御部4は、基本的には、電圧VL,VHが互いに均等になるように制御すれば、U相電圧VuoとW相電圧Vwoは概ね、振幅が同じで位相が反転した電圧波形となる。しかし、U線-O線間、W線-O線間にそれぞれ接続する負荷の容量の差が大きい場合には、電圧VL、VHを均等にするだけでは、U相電圧VuoとW相電圧Vwoの振幅が互いに一致しない。 Thus, if there is a difference between the U-phase voltage Vuo and the W-phase voltage Vwo , the midpoint voltage is corrected to deviate from the midpoint value according to the difference. If the midpoint voltage control unit 4 basically controls the voltages V L and V H to be equal to each other, the U-phase voltage V uo and the W-phase voltage V wo are generally the same in amplitude and out of phase. An inverted voltage waveform is obtained. However, when there is a large difference in the capacity of the loads connected between the U-line and the O-line and between the W-line and the O-line, the U-phase voltages V uo and W The amplitudes of the phase voltages Vwo do not match each other.
そこで、上述のように、U相電圧VuoとW相電圧Vwoとの合計が常にゼロになるように中点電圧基準に補正値を加算する。
なお、その他、U相電圧VuoまたはW相電圧Vwoがそれぞれ制御目標値と一致するように必要な補正値を与えてもよい。
要するに、U相電圧VuoとW相電圧Vwoとが、絶対値で互いに均等になるように制御すればよい。
Therefore, as described above, a correction value is added to the midpoint voltage reference so that the sum of the U-phase voltage Vuo and the W-phase voltage Vwo is always zero.
In addition, a necessary correction value may be given so that the U-phase voltage V uo or the W-phase voltage V wo respectively match the control target value.
In short, the U-phase voltage V uo and the W-phase voltage V wo should be controlled to be equal to each other in terms of absolute values.
図3は、交流電路のU線-O線間のみに抵抗負荷を接続し、W線-O線間を無負荷としたときの交流出力波形を示すグラフである。横軸の数値は時間[秒]、縦軸の数値は電圧[V]である。交流の周波数は50Hzである。振幅が大きい方の交流波形は、U線-W線間の電圧Vuwである。振幅が小さい方の、互いに位相が反転した関係にある2つの交流波形は、U相電圧Vuo、及び、W相電圧Vwoである。直流の波形は、DCバスの中点電圧VLである。この結果より、負荷が不均等でも、目標値と一致する線間電圧Vuw、U相電圧Vuo、W相電圧Vwoが得られていることがわかる。また、中点電圧VLが刻々と僅かに変動して、中点電圧を偏らせることによる交流側の相電圧調整を行っている。 FIG. 3 is a graph showing an AC output waveform when a resistive load is connected only between the U line and the O line of the AC electric circuit, and no load is applied between the W line and the O line. The numerical value on the horizontal axis is time [seconds], and the numerical value on the vertical axis is voltage [V]. The frequency of alternating current is 50 Hz. The AC waveform with the larger amplitude is the voltage Vuw between the U and W lines. The two AC waveforms having smaller amplitudes and having phases inverted to each other are the U-phase voltage V uo and the W-phase voltage V wo . The DC waveform is the midpoint voltage VL of the DC bus. From this result, it can be seen that the line voltage V uw , the U-phase voltage V uo , and the W-phase voltage V wo that match the target values are obtained even if the loads are uneven. In addition, the midpoint voltage VL fluctuates slightly every moment, and the phase voltage adjustment on the AC side is performed by biasing the midpoint voltage.
(第2例)
図4は、制御部11において実行されるインバータ7についての制御、及び、中点電圧制御部4についての制御に関する、図2とは異なる他の制御ブロック図である。図2との違いは、左上の中点電圧補正部P1である。左上の中点電圧補正部P1において、実効値演算部B20は、U相電圧Vuoに基づいて、その実効値を算出する。同様に、実効値演算部B21は、W相電圧Vwoに基づいて、その実効値を算出する。
(Second example)
FIG. 4 is another control block diagram different from FIG. The difference from FIG. 2 is the middle point voltage correction section P1 on the upper left. In the upper left midpoint voltage corrector P1, the effective value calculator B20 calculates the effective value based on the U-phase voltage Vuo . Similarly, the effective value calculator B21 calculates the effective value based on the W-phase voltage Vwo .
U相の実効値とW相の実効値とは、比較器B22において互いに比較される。比較して得られた差は、比例積分演算部B23による比例積分を経て、乗算器B25により交流符号指示部B24から指示された符号と乗算される。この乗算は、実効値としてはU相、W相共に、符号が同一であるため、U相、W相の実効値の偏差に応じて、補正値を加算するか又は減算するかを決めることを意味する。乗算器B25の処理を経た補正値は、中点電圧基準指示部B26が指示する中点電圧基準に加算される(加算器B27)。中点電圧基準とは例えば、DCバスの2線間の電圧をVBとすると、中間値の(VB/2)である。 The U-phase effective value and the W-phase effective value are compared with each other in a comparator B22. The difference obtained by the comparison is subjected to proportional integration by the proportional integral calculator B23, and then multiplied by the sign indicated by the AC sign indicating unit B24 by the multiplier B25. Since this multiplication has the same sign as the effective value for both the U phase and the W phase, it is necessary to decide whether to add or subtract the correction value according to the deviation of the effective value of the U phase and W phase. means. The correction value processed by the multiplier B25 is added to the midpoint voltage reference indicated by the midpoint voltage reference indicating section B26 (adder B27). The midpoint voltage reference is, for example, the midpoint value ( VB /2), where VB is the voltage between two lines of the DC bus.
加算器B27における加算結果は、比較器B28において、電圧VLと比較される。比較結果の偏差すなわちVLからのずれ(バイアス電圧)は、比例積分演算部B29を経て、電圧指令信号生成部B14に送られる。これ以後の処理、及び、インバータ7の制御に関する制御ブロック図は、図2と同様である。 The addition result in the adder B27 is compared with the voltage VL in the comparator B28. The deviation of the comparison result, that is, the deviation from VL (bias voltage) is sent to the voltage command signal generator B14 via the proportional integral calculator B29. The subsequent processing and the control block diagram regarding the control of the inverter 7 are the same as in FIG.
U線-O線間に接続された負荷へ電力を供給するとき、U相電圧が正の期間ではDCバス2のプラス側電路と中点Mとの間のDCバスコンデンサ5Hから電流が流れる。U相電圧が負の期間では、中点MとDCバス2のマイナス側電路との間のDCバスコンデンサ5Lから電流が流れる。よって、U相電圧Vuoの実効値がW相電圧Vwoの実効値よりも小さい場合には、正の期間でVH>VLとなるように、負の期間でVL>VHとなるようにDCバス中点電圧VLを制御すれば、U相電圧Vuo、W相電圧Vwoの実効値が互いに一致する。
When power is supplied to the load connected between the U line and the O line, current flows from the DC bus capacitor 5H between the plus side electric path of the
なお、参考までに、前述の特許文献1に記載された電力変換装置では、電圧VL、VHが均等になるように中点電圧制御を行うだけであって、電圧を偏らせる(バイアス電圧を付与する)という制御は行っていない。
For reference, in the power conversion device described in the above-mentioned
(第3例)
図5は、制御部11において実行されるインバータ7についての制御、及び、中点電圧制御部4についての制御に関する、図2、図4とは異なる他の制御ブロック図である。図2との違いは、左上の中点電圧補正部P2である。左上の中点電圧補正部P2において、実効値演算部B20は、U相電圧Vuoに基づいて、その実効値を算出する。同様に、実効値演算部B21は、W相電圧Vwoに基づいて、その実効値を算出する。
(Third example)
FIG. 5 is another control block diagram different from FIGS. The difference from FIG. 2 is the middle point voltage correction section P2 on the upper left. In the upper left midpoint voltage corrector P2, the effective value calculator B20 calculates the effective value based on the U-phase voltage Vuo . Similarly, the effective value calculator B21 calculates the effective value based on the W-phase voltage Vwo .
U相の実効値とW相の実効値とは、比較器B22において互いに比較される。比較して得られた差は、比例積分演算部B23による比例積分を経て、乗算器B25により交流符号指示部B24から指示された符号と乗算される。この乗算は、実効値としてはU相、W相共に、符号が同一であるため、U相、W相の実効値の偏差に応じて、補正値を加算するか又は減算するかを決めることを意味する。乗算器B25の処理を経た補正値は、中点電圧基準指示部B26が指示する中点電圧基準に加算される(加算器B27)。中点電圧基準とは例えば、DCバスの2線間の電圧をVBとすると、中間値の(VB/2)である。 The U-phase effective value and the W-phase effective value are compared with each other in a comparator B22. The difference obtained by the comparison is subjected to proportional integration by the proportional integral calculator B23, and then multiplied by the sign indicated by the AC sign indicating unit B24 by the multiplier B25. Since this multiplication has the same sign as the effective value for both the U phase and the W phase, it is necessary to decide whether to add or subtract the correction value according to the deviation of the effective value of the U phase and W phase. means. The correction value processed by the multiplier B25 is added to the midpoint voltage reference indicated by the midpoint voltage reference indicating section B26 (adder B27). The midpoint voltage reference is, for example, the midpoint value ( VB /2), where VB is the voltage between two lines of the DC bus.
加算器B27における加算結果は、電圧指令信号生成部B14に送られる。これ以後の処理、及び、インバータ7の制御に関する制御ブロック図は、図2、図4と同様である。 The addition result of the adder B27 is sent to the voltage command signal generator B14. Subsequent processing and control block diagrams relating to the control of the inverter 7 are the same as those in FIGS.
第3例の場合も、第2例と同様に、U線-O線間に接続された負荷へ電力を供給するとき、U相電圧が正の期間ではDCバス2のプラス側電路と中点Mとの間のDCバスコンデンサ5Hから電流が流れる。U相電圧が負の期間では、中点MとDCバス2のマイナス側電路との間のDCバスコンデンサ5Lから電流が流れる。よって、U相電圧Vuoの実効値がW相電圧Vwoの実効値よりも小さい場合には、正の期間でVH>VLとなるように、負の期間でVL>VHとなるようにDCバス中点電圧VLを制御すれば、U相電圧Vuo、W相電圧Vwoの実効値が互いに一致する。
In the case of the third example, as in the second example, when power is supplied to the load connected between the U line and the O line, during the period when the U-phase voltage is positive, the plus side electric path of the
図6は、交流電路のU線-O線間のみに半波整流の抵抗負荷を接続し、W線-O線間を無負荷としたときの交流出力波形を示すグラフである。横軸の数値は時間[秒]、縦軸の数値は電圧[V]である。交流の周波数は50Hzである。中点電圧制御は、上記第3例による。振幅が大きい方の交流波形は、U線-W線間の電圧Vuwである。振幅が小さい方の、互いに位相が反転した関係にある2つの交流波形は、U相電圧Vuo、及び、W相電圧Vwoである。直流の波形は、DCバスの中点電圧VLである。この結果より、負荷が不均等でも、目標値と一致する線間電圧Vuw、U相電圧Vuo、W相電圧Vwoが得られていることがわかる。また、中点電圧VLが刻々と僅かに変動して、中点電圧を偏らせることによる交流側の相電圧調整を行っている。 FIG. 6 is a graph showing an AC output waveform when a half-wave rectification resistive load is connected only between the U and O lines of the AC electric circuit, and no load is applied between the W and O lines. The numerical value on the horizontal axis is time [seconds], and the numerical value on the vertical axis is voltage [V]. The frequency of alternating current is 50 Hz. The midpoint voltage control is according to the third example. The AC waveform with the larger amplitude is the voltage Vuw between the U and W lines. The two AC waveforms having smaller amplitudes and having phases inverted to each other are the U-phase voltage V uo and the W-phase voltage V wo . The DC waveform is the midpoint voltage VL of the DC bus. From this result, it can be seen that the line voltage V uw , the U-phase voltage V uo , and the W-phase voltage V wo that match the target values are obtained even if the loads are uneven. In addition, the midpoint voltage VL fluctuates slightly every moment, and the phase voltage adjustment on the AC side is performed by biasing the midpoint voltage.
(第4例)
上記の第2例では、U相電圧Vuoの実効値とW相電圧Vwoの実効値とを互いに一致させるために、中点電圧制御部4から直流リアクトル13に電流(以下、「中点制御電流IL」と称する。)を流す。当該電流は、DCバスコンデンサ5H又はDCバスコンデンサ5Lから流れることで、DCバス中点電圧VLが制御される。
(Fourth example)
In the second example described above, in order to match the effective value of the U-phase voltage V uo and the effective value of the W-phase voltage V wo with each other, a current (hereinafter referred to as “midpoint (referred to as the control current I L ). The current flows from the DC bus capacitor 5H or the DC bus capacitor 5L to control the DC bus midpoint voltage VL .
ここで、交流電路において、U線-O線間に接続される負荷と、W線-O線間に接続される負荷との間の不均衡度合いが大きいほど、U相電圧Vuoの実効値とW相電圧Vwoの実効値とを互いに一致させるために必要な中点制御電流ILが多くなる傾向があることが、発明者らの研究により明らかになった。 Here, in the AC electric circuit, the greater the degree of imbalance between the load connected between the U line and the O line and the load connected between the W line and the O line, the more the effective value of the U-phase voltage V uo . and the effective value of the W-phase voltage Vwo , the midpoint control current IL tends to increase.
図7及び図8は、いずれも第2例の電力変換装置100における交流出力波形(a)と、中点制御電流(b)とを示すグラフである。図7は、交流電路のU線-O線間を無負荷とし、W線-O線間に1.5kWの抵抗負荷を接続したときグラフである。図8は、交流電路のU線-O線間を無負荷とし、W線-O線間に3kWの抵抗負荷を接続したときグラフである。すなわち、図8は、図7よりも負荷の不均衡度合いが大きい状態を示すグラフである。
7 and 8 are graphs showing the AC output waveform (a) and the midpoint control current (b) in the
図7及び図8のグラフにおいて、横軸の数値は時間[秒]、(a)の縦軸の数値は電圧[V]であり、(b)の縦軸の数値は電流[A]である。交流の周波数は50Hzである。振幅が大きい方の交流波形は、U線-W線間の電圧Vuwである。振幅が小さい方の、2つの交流波形は、U相電圧Vuoと、W相電圧Vwoを反転させた反転電圧Vow(=-Vwo)である。図3及び図6では、U相電圧Vuo及びW相電圧Vwoを示したが、図7以降では、U相電圧Vuo及びW相電圧Vwoの位相を比較するために、反転電圧Vowを示している。 In the graphs of FIGS. 7 and 8, the numerical values on the horizontal axis are time [seconds], the numerical values on the vertical axis in (a) are voltage [V], and the numerical values on the vertical axis in (b) are current [A]. . The frequency of alternating current is 50 Hz. The AC waveform with the larger amplitude is the voltage Vuw between the U and W lines. The two AC waveforms with smaller amplitudes are the U-phase voltage V uo and the inverted voltage V ow (=−V wo ) obtained by inverting the W-phase voltage V wo . 3 and 6 show the U-phase voltage V uo and the W-phase voltage V wo , but from FIG. 7 onwards , the inversion voltage V ow .
中点制御電流ILの実効値は、図7(b)(負荷の差が1.5kW)では31.1Aであるのに対し、図8(b)(負荷の差が3kW)では62.0Aとなっており、負荷の不均衡度合いが大きいほど中点制御電流ILが多くなっている。 The effective value of the midpoint control current IL is 31.1 A in FIG. 7(b) (load difference of 1.5 kW), whereas it is 62.1 A in FIG. 8(b) (load difference of 3 kW). It is 0 A, and the midpoint control current IL increases as the degree of load imbalance increases.
より多い中点制御電流ILを流すためには、より電流定格の大きな直流リアクトル13が必要となり、直流リアクトル13の大型化、高コスト化といった課題が生じる。また、直流リアクトル13の電流定格が大きいほど、直流リアクトル13における損失が増加するため、直流リアクトル13における損失の増加という課題も生じる。 In order to flow more midpoint control current IL, a DC reactor 13 with a higher current rating is required, which causes problems such as an increase in the size and cost of the DC reactor 13 . In addition, as the current rating of the DC reactor 13 increases, the loss in the DC reactor 13 increases.
以上により、発明者らは、U線-O線間及びW線-O線間の負荷の偏りが大きい場合に、U相電圧Vuo及びW相電圧Vwoの絶対値が均等になるように補償しつつ、中点制御電流ILの増加を抑制する方法を発明すべく、U相電圧Vuo及び反転電圧Vowの位相差に着目した。 Based on the above, the inventors found that when the load imbalance between the U line and the O line and between the W line and the O line is large, the absolute values of the U-phase voltage V uo and the W-phase voltage V wo are equalized. The phase difference between the U-phase voltage V uo and the inversion voltage V ow was focused on in order to invent a method of suppressing the increase in the midpoint control current IL while compensating for it.
ここで、図7(a)ではU相電圧Vuo及び反転電圧Vowの位相差が4.34°であるのに対し、図8(a)ではU相電圧Vuo及び反転電圧Vowの位相差が8.55°となっている。このように、負荷の不均衡度合いが大きいほどがU相電圧Vuo及び反転電圧Vowの位相差も大きくなっている。 Here, in FIG. 7A, the phase difference between the U-phase voltage Vuo and the inversion voltage Vow is 4.34 °, whereas in FIG . The phase difference is 8.55°. Thus, the phase difference between the U-phase voltage V uo and the inversion voltage V ow increases as the degree of load imbalance increases.
上記の第2例では、U相電圧Vuo及びW相電圧Vwoの実効値が互いに一致するように中点制御を行う一方で、U相電圧Vuoの位相と反転電圧Vowの位相とが一致するような制御は行っていない。 In the second example described above, midpoint control is performed so that the effective values of the U-phase voltage Vuo and the W-phase voltage Vwo match each other . are not controlled to match.
図9は、第2例の交流符号指示部B24から出力される信号を説明する図である。図9(a)は図8(a)の一部を拡大して示すグラフであり、図9(b)は第2例の交流符号指示部B24から出力される信号を示すグラフである。図9(a)では、説明のためにU相電圧VuoとW相電圧Vwoの反転電圧Vowとの位相差を誇張して示している。 FIG. 9 is a diagram for explaining the signal output from the AC code instructing section B24 of the second example. FIG. 9(a) is a graph showing an enlarged part of FIG. 8(a), and FIG. 9(b) is a graph showing a signal output from the AC code indicator B24 of the second example. FIG. 9A exaggerates the phase difference between the U-phase voltage V uo and the inverted voltage V ow of the W-phase voltage V wo for the sake of explanation.
第2例の場合、交流符号指示部B24は線間電圧Vuwの符号に応じて、+1又は-1を出力する。すなわち、交流符号指示部B24の出力位相は、線間電圧Vuwの位相と一致している。このような場合、U相電圧Vuo及びW相電圧Vwoの実効値を互いに一致させることができるものの、U相電圧Vuo及び反転電圧Vowに位相差が発生することがある。 In the case of the second example, the AC sign indicator B24 outputs +1 or -1 according to the sign of the line voltage Vuw . That is, the output phase of the AC sign indicator B24 matches the phase of the line voltage Vuw . In such a case, although the effective values of the U-phase voltage Vuo and the W-phase voltage Vwo can be made to match each other, a phase difference may occur between the U-phase voltage Vuo and the inversion voltage Vow .
そこで、本例では、U相電圧VuoとW相電圧Vwoとが絶対値で互いに均等になり、かつU相電圧Vuoの位相と反転電圧Vowの位相とが一致するように中点電圧制御部4を制御して中点電圧VLを調整する。すなわち、U相電圧Vuoの位相とW相電圧Vwoの位相とが180°となるように中点電圧制御部4を制御して中点電圧VLを調整する。これにより、交流側の相電圧調整を行いつつ、U相電圧Vuo及び反転電圧Vowの位相差を調整しない場合と比べて、中点制御電流ILを低減する。 Therefore, in this example, the U-phase voltage Vuo and the W-phase voltage Vwo are equal in absolute value, and the midpoint is set so that the phase of the U-phase voltage Vuo and the phase of the inversion voltage Vow match each other. The voltage controller 4 is controlled to adjust the midpoint voltage VL . That is, the midpoint voltage controller 4 is controlled to adjust the midpoint voltage VL so that the phase of the U-phase voltage Vuo and the phase of the W-phase voltage Vwo are 180°. As a result, while adjusting the phase voltage on the AC side, the midpoint control current IL is reduced compared to the case where the phase difference between the U-phase voltage Vuo and the inversion voltage Vow is not adjusted.
図10は、本例における交流符号指示部B241の内部構成を示す制御ブロック図である。本例の電力変換装置10は、第2例(図4)の交流符号指示部B24に代えて交流符号指示部B241を備える点で第2例と構成上相違し、その他の点は共通する。 FIG. 10 is a control block diagram showing the internal configuration of the AC code instructing section B241 in this example. The power conversion apparatus 10 of this example differs from the second example in configuration in that it includes an AC code instruction section B241 in place of the AC code instruction section B24 of the second example (FIG. 4), and the other points are common.
交流符号指示部B241において、位相演算部B30は、U相電圧Vuoに基づいてU相電圧Vuoの位相を算出する。位相演算部B31は、W相電圧Vwoに基づいて反転電圧Vowの位相(すなわち、W相電圧Vwoの位相を180°反転させた位相)を算出する。位相演算部B32は、線間電圧Vuwに基づいて線間電圧Vuwの位相を算出する。位相演算部B30~B32は、例えばゼロクロス検出回路であってもよいし、フェーズロックループ(PLL:Phase Locked Loop)回路であってもよい。 In the AC sign instruction section B241, the phase calculation section B30 calculates the phase of the U-phase voltage Vuo based on the U-phase voltage Vuo . The phase calculator B31 calculates the phase of the inversion voltage Vow based on the W-phase voltage Vwo ( that is, the phase obtained by inverting the phase of the W-phase voltage Vwo by 180°). The phase calculator B32 calculates the phase of the line voltage Vuw based on the line voltage Vuw . The phase calculators B30 to B32 may be, for example, zero cross detection circuits or phase locked loop (PLL) circuits.
U相の位相とW相の位相とは、比較器B33において互いに比較される。比較して得られた偏差は、比例積分演算部B34による比例積分を経て、線間電圧Vuwの位相に加算される(加算器B35)。交流符号指示部B241は、加算により補正された位相を位相出力φとして乗算器B25に出力する。乗算器B25では、比較器B22及び比例積分演算部B23を経た各相の実効値の差と、交流符号指示部B241から指示された値とが乗算される。 The phase of U phase and the phase of W phase are compared with each other in comparator B33. The deviation obtained by the comparison is added to the phase of the line voltage Vuw through proportional integration by the proportional integration calculation section B34 (adder B35). The AC code instructing section B241 outputs the phase corrected by the addition to the multiplier B25 as a phase output φ. The multiplier B25 multiplies the difference between the effective values of the respective phases passed through the comparator B22 and the proportional-integral calculator B23 by the value indicated by the AC sign indicating section B241.
すなわち、制御部11は、U相電圧Vuoの位相とW相電圧Vwoの位相とに基づいて、中点電圧VLに正又は負のバイアス電圧を付与することで、U相電圧Vuo及びW相電圧Vwoの位相差を低減する。このように、中点電圧VLを必ずしも中間値にするのではなく、バイアス電圧の付与により偏らせることで、U相の交流負荷と、W相の交流負荷とが、不均等であっても、U相電圧VuoとW相電圧Vwoとが、絶対値で互いに均等になるように調節することができる。さらに、U相電圧Vuoの位相とW相電圧Vwoの位相とに基づいて、中点電圧VLに正又は負のバイアス電圧を付与することで、U相電圧Vuoと反転電圧Vowとの位相差をゼロに近づける(又はゼロにする)ように調節することができる。
That is, the
図11は、交流符号指示部B241から出力される信号を説明する図である。図11(a)は本例の電力変換装置100における交流出力波形を拡大して示すグラフであり、図11(b)~(d)は交流符号指示部B241から出力される信号の一例をそれぞれ示すグラフである。
FIG. 11 is a diagram for explaining the signal output from the AC code instructing section B241. FIG. 11A is a graph showing an enlarged AC output waveform in the
交流符号指示部B241は、比例積分演算部B34によって、U相の位相とW相の位相との差が0になるようにフィードバック制御することで、位相出力φを行う。位相出力φは、U相の位相とW相の位相との差に応じて求められるため、線間電圧Vuwの位相と一致するとは限らない。位相出力φは、図11(b)に示すように、例えば矩形波である。位相出力φが矩形波である場合、位相出力φは以下に示す値となる。 The AC sign instruction section B241 performs a phase output φ by performing feedback control so that the difference between the phases of the U phase and the W phase becomes 0 by the proportional integral calculation section B34. Since the phase output φ is obtained according to the difference between the phases of the U phase and the W phase, it does not always match the phase of the line voltage Vuw . The phase output φ is, for example, a rectangular wave, as shown in FIG. 11(b). When the phase output φ is a square wave, the phase output φ has the following values.
なお、位相出力φは、図11(c)に示すように、正弦波(sinφ)であってもよい。また、位相出力φは、図11(d)に示すように、三角波であってもよい。位相出力φが三角波である場合、位相出力φは以下に示す値となる。 The phase output φ may be a sine wave (sin φ) as shown in FIG. 11(c). Also, the phase output φ may be a triangular wave as shown in FIG. 11(d). When the phase output φ is a triangular wave, the phase output φ has the following values.
図11(a)に示すように、交流符号指示部B241によってU相電圧Vuo及び反転電圧Vowの位相を互いに一致させることで、中点制御電流ILを低減させることができる。 As shown in FIG. 11(a), by matching the phases of the U-phase voltage Vuo and the inversion voltage Vow by the AC sign instructing section B241 , the midpoint control current IL can be reduced.
図12は、本例の電力変換装置100における交流出力波形(a)と、中点制御電流(b)とを示すグラフである。図12は、交流電路のU線-O線間を無負荷とし、W線-O線間に3kWの抵抗負荷を接続したときグラフである。横軸の数値は時間[秒]、(a)の縦軸の数値は電圧[V]であり、(b)の縦軸の数値は電流[A]である。交流の周波数は50Hzである。振幅が大きい方の交流波形は、U線-W線間の電圧Vuwである。振幅が小さい方の2つの交流波形は、U相電圧Vuo及びW相の反転電圧Vowである。
FIG. 12 is a graph showing the AC output waveform (a) and the midpoint control current (b) in the
図12(a)に示すように、U相電圧Vuo及び反転電圧Vowの位相差(すなわち、U相電圧Vuoの位相及びW相電圧Vwoの位相を180°反転させた位相の差)はほぼ0となっている。そして、図12(b)における中点制御電流ILの実効値は39.7Aであり、図12の例と同様に負荷の差が3kWである図8(b)の値(62.0A)よりも低減している。 As shown in FIG. 12(a), the phase difference between the U-phase voltage V uo and the inverted voltage V ow (that is, the phase difference obtained by inverting the phase of the U-phase voltage V uo and the phase of the W-phase voltage V wo by 180°) ) is almost 0. The effective value of the midpoint control current I L in FIG. 12(b) is 39.7 A, and the value (62.0 A) in FIG. is lower than
以上により、U相電圧Vuo及び反転電圧Vowの位相が概ね一致するように中点電圧VLを調節することによって、中点制御電流ILを低減することができる。これにより、直流リアクトル13として電流定格の小さいリアクトルを使用することができるため、直流リアクトル13の大型化を抑制したり、高コスト化を抑制したり、損失の増大を抑制したりすることができる。 As described above, the midpoint control current IL can be reduced by adjusting the midpoint voltage VL so that the phases of the U-phase voltage Vuo and the inversion voltage Vow are approximately the same. As a result, a reactor with a small current rating can be used as the DC reactor 13, so that it is possible to suppress an increase in the size of the DC reactor 13, suppress an increase in cost, and suppress an increase in loss. .
(第5例)
図13は、本例における交流符号指示部B242の内部構成を示す制御ブロック図である。本例の電力変換装置100は、第4例(図10)の交流符号指示部B241に代えて交流符号指示部B242を備える点で第4例と構成上相違し、その他の点は共通する。
(Fifth example)
FIG. 13 is a control block diagram showing the internal configuration of the AC code instructing section B242 in this example. The
交流符号指示部B241では、3個の位相演算部B30~B32によって、U相電圧Vuo、W相電圧Vwo及び線間電圧Vuwの位相をそれぞれ算出する。これに対し、交流符号指示部B242では、線間電圧Vuwの位相がU相電圧Vuoの位相とW相電圧Vwoの位相との中間の値となることを利用して、U相電圧Vuoの位相と線間電圧Vuwの位相との差分をゼロにするように制御する。W相電圧Vwoの位相はU相電圧Vuoの位相に連動するため、当該制御によって、反転電圧Vowの位相も線間電圧Vuwの位相に一致させられる。 In the AC sign instruction unit B241, three phase calculation units B30 to B32 calculate the phases of the U-phase voltage V uo , the W-phase voltage V wo and the line voltage V uw . On the other hand, in the AC sign instruction unit B242, the phase of the line voltage Vuw is an intermediate value between the phase of the U-phase voltage Vuo and the phase of the W-phase voltage Vwo . The difference between the phase of Vuo and the phase of the line voltage Vuw is controlled to be zero. Since the phase of the W-phase voltage Vwo is interlocked with the phase of the U-phase voltage Vuo , the phase of the inversion voltage Vow is also made to match the phase of the line voltage Vuw by this control.
交流符号指示部B242において、比較器B33は、位相演算部B30により算出されたU相電圧Vuoの位相と、位相演算部B32により算出された線間電圧Vuwの位相とを比較して偏差を算出する。当該偏差は、比例積分演算部B34による比例積分を経て、線間電圧Vuwの位相に加算される(加算器B35)。交流符号指示部B242は、加算により補正された位相を位相出力φとして乗算器B25に出力する。 In the AC sign indicator B242, the comparator B33 compares the phase of the U-phase voltage Vuo calculated by the phase calculator B30 and the phase of the line voltage Vuw calculated by the phase calculator B32 to determine the deviation. Calculate The deviation is added to the phase of the line voltage Vuw through proportional integration by the proportional integral calculation section B34 (adder B35). The AC code instructing section B242 outputs the phase corrected by the addition to the multiplier B25 as a phase output φ.
すなわち、制御部11は、U相電圧Vuoの位相と線間電圧Vuwの位相とに基づいて、中点電圧VLに正又は負のバイアス電圧を付与することで、U相電圧Vuo及び線間電圧Vuwの位相差を低減する。このように、中点電圧VLを必ずしも中間値にするのではなく、バイアス電圧の付与により偏らせることで、U相の交流負荷とW相の交流負荷とが不均等であっても、U相電圧VuoとW相電圧Vwoとが、絶対値で互いに均等になるように調節することができる。さらに、U相電圧Vuoの位相とW相電圧Vwoの位相とに基づいて、中点電圧VLに正又は負のバイアス電圧を付与することで、U相電圧Vuoと反転電圧Vowの位相差をゼロに近づける(又はゼロにする)ように調節することができる。
That is, the
交流符号指示部B242によれば、交流符号指示部B241と比べて1個の位相演算部B31を省略することができるため、回路構成をより簡素化することができる。 According to the AC code instruction section B242, one phase calculation section B31 can be omitted compared to the AC code instruction section B241, so that the circuit configuration can be further simplified.
なお、交流符号指示部B242は、反転電圧Vowの位相と線間電圧Vuwの位相との差分をゼロにするように制御してもよい。この場合、比較器B33は、位相演算部B31により算出された反転電圧Vowの位相と、位相演算部B32により算出された線間電圧Vuwの位相とを比較して偏差を算出する。 Note that the AC sign instructing section B242 may perform control so that the difference between the phase of the inversion voltage Vow and the phase of the line voltage Vuw is zero. In this case, the comparator B33 compares the phase of the inversion voltage Vow calculated by the phase calculator B31 and the phase of the line voltage Vuw calculated by the phase calculator B32 to calculate the deviation.
すなわち、この場合、制御部11は、反転電圧Vowの位相と線間電圧Vuwの位相とに基づいて、中点電圧VLに正又は負のバイアス電圧を付与することで、反転電圧Vow及び線間電圧Vuwの位相差を低減する。そして、U相電圧Vuoの位相は反転電圧Vowの位相に連動するため、当該制御によって、U相電圧Vuoの位相も線間電圧Vuwの位相に一致させられる。
That is, in this case, the
(第6例)
図14は、本例における交流符号指示部B243の内部構成を示す制御ブロック図である。本例の電力変換装置100は、第4例(図10)の交流符号指示部B241に代えて交流符号指示部B243を備える点で第4例と構成上相違し、その他の点は共通する。
(6th example)
FIG. 14 is a control block diagram showing the internal configuration of the AC code instructing section B243 in this example. The
図15は、図9(a)のうち線間電圧Vuwのゼロクロス検出時の各電圧を拡大して示すグラフである。線間電圧Vuwの瞬時値がゼロとなる時点(すなわち、ゼロクロス検出時)におけるU相電圧Vuoの瞬時値を「瞬時値X1」と称する。また、線間電圧Vuwのゼロクロス検出時におけるW相電圧Vwoの反転電圧Vowの瞬時値を「瞬時値X2」と称する。ここで、瞬時値X1は瞬時値X2の正負の対値となる(X1=-X2)。すなわち、線間電圧Vuwのゼロクロス検出時のU相電圧Vuoの瞬時値X1とW相電圧Vwoの瞬時値(-X2)は等しい。 FIG. 15 is an enlarged graph showing each voltage at the time of zero-cross detection of the line voltage Vuw in FIG. 9(a). The instantaneous value of the U-phase voltage Vuo at the time when the instantaneous value of the line voltage Vuw becomes zero (that is, when the zero cross is detected) is referred to as "instantaneous value X1". Also, the instantaneous value of the inverted voltage Vow of the W-phase voltage Vwo at the time of zero-cross detection of the line voltage Vuw is referred to as "instantaneous value X2". Here, the instantaneous value X1 is a pair of positive and negative values of the instantaneous value X2 (X1=-X2). That is, the instantaneous value X1 of the U-phase voltage Vuo and the instantaneous value (-X2) of the W-phase voltage Vwo at the time of zero-cross detection of the line voltage Vuw are equal.
本例では、線間電圧Vuwのゼロクロス検出時のU相電圧Vuoの瞬時値X1がゼロとなるように制御することで、U相電圧Vuoの位相と線間電圧Vuwの位相とを一致させる。W相電圧Vwoの位相はU相電圧Vuoの位相に連動するため、当該制御によって、反転電圧Vowの位相も線間電圧Vuwの位相に一致させられる。 In this example, by controlling the instantaneous value X1 of the U-phase voltage Vuo when the zero crossing of the line voltage Vuw is detected to be zero, the phase of the U-phase voltage Vuo and the phase of the line voltage Vuw match. Since the phase of the W-phase voltage Vwo is interlocked with the phase of the U-phase voltage Vuo , the phase of the inversion voltage Vow is also made to match the phase of the line voltage Vuw by this control.
交流符号指示部B243において、瞬時値演算部B36は、U相電圧Vuo及び線間電圧Vuwに基づいて、線間電圧Vuwのゼロクロス検出時のU相電圧Vuoの瞬時値X1を算出する。比較器B33は、瞬時値演算部B36により算出された瞬時値X1とゼロとを比較して偏差を算出する。当該偏差は、比例積分演算部B34による比例積分を経て、線間電圧Vuwの位相に加算される(加算器B35)。交流符号指示部B243は、加算により補正された位相を位相出力φとして乗算器B25に出力する。 In the AC sign instruction section B243, the instantaneous value calculation section B36 calculates the instantaneous value X1 of the U-phase voltage Vuo when the line voltage Vuw detects the zero crossing based on the U-phase voltage Vuo and the line voltage Vuw . do. The comparator B33 compares the instantaneous value X1 calculated by the instantaneous value calculator B36 with zero to calculate a deviation. The deviation is added to the phase of the line voltage Vuw through proportional integration by the proportional integral calculation section B34 (adder B35). The AC code instructing section B243 outputs the phase corrected by the addition to the multiplier B25 as a phase output φ.
位相出力φにより、瞬時値X1がゼロとなるように制御される。交流符号指示部B243によれば、交流符号指示部B241と比べて2個の位相演算部B30,B31を省略することができるため、回路構成をより簡素化することができる。 The phase output φ controls the instantaneous value X1 to be zero. According to the AC code instruction section B243, the two phase calculation sections B30 and B31 can be omitted compared to the AC code instruction section B241, so that the circuit configuration can be further simplified.
なお、交流符号指示部B243は、線間電圧Vuwのゼロクロス検出時のW相電圧Vwoの瞬時値(当該瞬時値は、上記のとおり瞬時値X1と等しい)がゼロとなるように制御してもよい。この場合、瞬時値演算部B36は、W相電圧Vwo及び線間電圧Vuwに基づいて、線間電圧Vuwのゼロクロス検出時のW相電圧Vwoの瞬時値を算出する。 Note that the AC sign instruction unit B243 controls so that the instantaneous value of the W-phase voltage Vwo when the line voltage Vuw detects the zero crossing (the instantaneous value is equal to the instantaneous value X1 as described above) becomes zero. may In this case, the instantaneous value calculator B36 calculates the instantaneous value of the W-phase voltage Vwo at the time of detecting the zero crossing of the line voltage Vuw based on the W-phase voltage Vwo and the line voltage Vuw .
すなわち、制御部11は、瞬時値X1(線間電圧Vuwのゼロクロス検出時におけるU相電圧Vuoの電圧)又は瞬時値-X2(線間電圧Vuwのゼロクロス検出時におけるW相電圧Vwoの電圧)に基づいて、中点電圧VLに正又は負のバイアス電圧を付与することで、U相電圧Vuo及び反転電圧Vowの位相差を低減する。
That is, the
(第7例)
図16は、本例における交流符号指示部B244の内部構成を示す制御ブロック図である。本例の電力変換装置100は、第6例(図14)の交流符号指示部B243に代えて交流符号指示部B244を備える点で第6例と構成上相違し、その他の点は共通する。
(Seventh example)
FIG. 16 is a control block diagram showing the internal configuration of the AC code instructing section B244 in this example. The
第6例では、瞬時値X1がゼロとなるように制御する。これに対し、本例では、線間電圧Vuwのゼロクロス検出時のU相電圧Vuoの瞬時値X1と、線間電圧Vuwのゼロクロス検出時の反転電圧Vowの瞬時値X2との差がゼロになるように制御する。すなわち、瞬時値X1と瞬時値X2が互いに等しくなるように制御する。 In the sixth example, the instantaneous value X1 is controlled to be zero. On the other hand, in this example, the difference between the instantaneous value X1 of the U-phase voltage Vuo when the zero crossing of the line voltage Vuw is detected and the instantaneous value X2 of the inversion voltage Vow when the zero crossing of the line voltage Vuw is detected is controlled to be zero. That is, control is performed so that the instantaneous value X1 and the instantaneous value X2 are equal to each other.
交流符号指示部B244において、瞬時値演算部B37は、反転電圧Vow及び線間電圧Vuwに基づいて、線間電圧Vuwのゼロクロス検出時の反転電圧Vowの瞬時値X2を算出する。比較器B33は、瞬時値演算部B36により算出された瞬時値X1と、瞬時値演算部B37により算出された瞬時値X2とを比較して偏差を算出する。当該偏差は、比例積分演算部B34による比例積分を経て、線間電圧Vuwの位相に加算される(加算器B35)。交流符号指示部B244は、加算により補正された位相を位相出力φとして乗算器B25に出力する。 In the AC sign instruction section B244 , the instantaneous value calculation section B37 calculates the instantaneous value X2 of the inversion voltage Vow when the line voltage Vuw detects the zero crossing based on the inversion voltage Vow and the line voltage Vuw . The comparator B33 compares the instantaneous value X1 calculated by the instantaneous value calculator B36 and the instantaneous value X2 calculated by the instantaneous value calculator B37 to calculate a deviation. The deviation is added to the phase of the line voltage Vuw through proportional integration by the proportional integral calculation section B34 (adder B35). The AC code instructing section B244 outputs the phase corrected by the addition to the multiplier B25 as a phase output φ.
位相出力φにより、瞬時値X1と瞬時値X2とが互いに等しくなるように制御される。交流符号指示部B244によれば、交流符号指示部B241と比べて2個の位相演算部B30,B31を省略することができるため、回路構成をより簡素化することができる。 The phase output φ controls the instantaneous value X1 and the instantaneous value X2 to be equal to each other. According to the AC code instruction section B244, two phase calculation sections B30 and B31 can be omitted compared to the AC code instruction section B241, so that the circuit configuration can be further simplified.
すなわち、制御部11は、瞬時値X1及び瞬時値X2に基づいて、中点電圧VLに正又は負のバイアス電圧を付与することで、U相電圧Vuo及び反転電圧Vowの位相差を低減する。
That is, the
《開示のまとめ》
以上の開示は、以下のように一般化して表現することができる。
単相3線式の交流電路に交流出力を提供する電力変換装置100は、DCバス2の2線間に設けられ、相互接続点が中点電圧VLとなるDCバスコンデンサ5H及びDCバスコンデンサ5Lの直列体5と、DCバス2の2線間に設けられ、中点電圧VLを制御する中点電圧制御部4と、を備えている。電力変換装置100の制御部11は、インバータ7に対してバイポーラ方式のパルス幅変調制御を行うとともに、中点電圧制御部4を制御する。そして、交流リアクトル8は、インバータ7の出力端からU線及びW線に至る2線に共通のコアを有するものである。制御部11は、U線とW線との間の線間電圧が目標値となるようにインバータ7を制御し、U相電圧VuoとW相電圧Vwoとが絶対値で互いに均等になるように、中点電圧制御部4を制御して中点電圧VLを調節する。
《Summary of Disclosure》
The above disclosure can be generalized and expressed as follows.
A
このような電力変換装置100では、自立運転中に、インバータ7は相電圧を制御せずU線とW線との間の線間電圧を目標値に合わせるよう動作する。制御部11は、中点電圧制御部4を制御して中点電圧VLを調節することにより、U相電圧とW相電圧とが絶対値で互いに均等になるようにする。中点電圧VLは中間値とは限らず、中間値からいずれか一方に偏る(ずれる)場合もある。また、バイポーラ方式のパルス幅変調制御により、DCバス2の対地電圧が安定し、コモンモードノイズを低減することができ、電圧線の2線(U線,W線)に共通のコアを持つ交流リアクトル8を用いることができる。その結果、交流リアクトル8を小型化できるので、電力変換装置100の小型化が可能となる。
In such a
制御部11は、中点電圧VLが、DCバス2の2線間の電圧の中間値からずれるように、中点電圧制御部4を制御することができる。これにより、U相の交流負荷と、W相の交流負荷とが、不均等であっても、中点電圧が中間値からずれることで、U相電圧VuoとW相電圧Vwoとが、絶対値で互いに均等になることができる。
The
別の表現をすれば、制御部11は、U相電圧Vuo及びW相電圧Vwoの差がある場合に、中点電圧VLに正又は負のバイアス電圧を付与して差を低減することができる。このように、中点電圧VLを必ずしも中間値にするのではなく、バイアス電圧の付与により偏らせることで、U相の交流負荷と、W相の交流負荷とが、不均等であっても、U相電圧VuoとW相電圧Vwoとが、絶対値で互いに均等になるように調節することができる。
In other words, when there is a difference between the U-phase voltage Vuo and the W-phase voltage Vwo , the
交流リアクトル8は和動接続されていることにより、小型化することができる。
また、U相電圧及びW2相電圧としては、瞬時値、実効値のいずれをも用いることができる。瞬時値を用いると制御のレスポンスが早いが若干過敏な制御になる。実効値を用いると制御のレスポンスは、瞬時値よりは遅いが、過敏にならない安定した制御になる。
The AC reactor 8 can be miniaturized by being connected in sum.
Both instantaneous values and effective values can be used as the U-phase voltage and the W2-phase voltage. If the instantaneous value is used, the control response is quick, but the control is slightly sensitive. When the effective value is used, the control response is slower than the instantaneous value, but it becomes a stable control that does not become hypersensitive.
《補記》
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
《Supplement》
It should be noted that the embodiments disclosed this time should be considered as examples in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of equivalence to the scope of claims.
1 DC/DCコンバータ
2 DCバス
3 平滑コンデンサ
4 中点電圧制御部
5 (コンデンサの)直列体
5H,5L DCバスコンデンサ
6H,6L 電圧センサ
7 インバータ
8 交流リアクトル
9u,9w 交流側コンデンサ
10u,10w 電圧センサ
11 制御部
12,13 直流リアクトル
20 直流電源
31 交流電路
32u U相負荷
32w W相負荷
100 電力変換装置
d1,d2,d3,d4,d5,d6,d7,d8 ダイオード
Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6,Q7,Q8 スイッチング素子
B1 Vuw電圧基準指示部
B2 比較器
B3 比例積分演算部
B4 加算器
B5 電圧指令信号生成部
B6 キャリア信号発生部
B7 PWM制御部
B8 加算器
B9 比例積分演算部
B10 中点電圧基準指示部
B11 加算器
B12 比較器
B13 比例積分演算部
B14 電圧指令信号生成部
B15 キャリア信号発生部
B16 PWM制御部
B20,B21 実効値演算部
B22 比較器
B23 比例積分演算部
B24 交流符号指示部
B25 乗算器
B26 中点電圧基準指示部
B27 加算器
B28 比較器
B29 比例積分演算部
B30,B31,B32 位相演算部
B33 比較器
B34 比例積分演算部
B35 加算器
B36,B37 瞬時値演算部
B241,B242,B243,B244 交流符号指示部
M 中点
P1,P2 中点電圧補正部
X1,X2 瞬時値
1 DC/DC Converter 2 DC Bus 3 Smoothing Capacitor 4 Midpoint Voltage Control Section 5 (Capacitor) Series 5H, 5L DC Bus Capacitors 6H, 6L Voltage Sensor 7 Inverter 8 AC Reactor 9u, 9w AC Side Capacitor 10u, 10w Voltage Sensor 11 Control Unit 12, 13 DC Reactor 20 DC Power Supply 31 AC Circuit 32u U-phase Load 32w W-phase Load 100 Power Converter d1, d2, d3, d4, d5, d6, d7, d8 Diodes Q1, Q2, Q3, Q4 , Q5, Q6, Q7, Q8 Switching element B1 Vuw voltage reference indication unit B2 Comparator B3 Proportional integration operation unit B4 Adder B5 Voltage command signal generation unit B6 Carrier signal generation unit B7 PWM control unit B8 Adder B9 Proportional integration operation Section B10 Midpoint voltage reference indication section B11 Adder B12 Comparator B13 Proportional integration calculation section B14 Voltage command signal generation section B15 Carrier signal generation section B16 PWM control section B20, B21 Effective value calculation section B22 Comparator B23 Proportional integration calculation section B24 AC sign indicator B25 Multiplier B26 Midpoint voltage reference indicator B27 Adder B28 Comparator B29 Proportional integral calculator B30, B31, B32 Phase calculator B33 Comparator B34 Proportional integral calculator B35 Adder B36, B37 Instantaneous value calculator Part B241, B242, B243, B244 AC sign indication part M Midpoint P1, P2 Midpoint voltage correction part X1, X2 Instantaneous value
Claims (12)
インバータと、
前記インバータと前記交流電路との間に設けられた交流リアクトルと、
前記インバータに直流電圧を供給するDCバスと、
前記DCバスの2線間に設けられ、相互接続点が中点電圧となる第1コンデンサ及び第2コンデンサの直列体と、
前記DCバスの2線間に設けられ、前記中点電圧を制御する中点電圧制御部と、
前記交流電路の第1電圧線と中性線との間の第1相電圧、及び、前記交流電路の第2電圧線と前記中性線との間の第2相電圧を取得する交流側電圧センサと、
前記インバータに対してバイポーラ方式のパルス幅変調制御を行うとともに、前記中点電圧制御部を制御する制御部と、を備え、
前記交流リアクトルは、前記インバータの出力端から前記第1電圧線及び前記第2電圧線に至る2線に共通のコアを有するものであり、
前記制御部は、
前記第1電圧線と前記第2電圧線との間の線間電圧が目標値となるように前記インバータを制御し、
前記第1相電圧と前記第2相電圧とが絶対値で互いに均等になるように、前記中点電圧制御部を制御して前記中点電圧を調節する、
電力変換装置。 A power converter that provides AC output to a single-phase three-wire AC circuit,
an inverter;
an AC reactor provided between the inverter and the AC electric circuit;
a DC bus that supplies a DC voltage to the inverter;
a series body of a first capacitor and a second capacitor provided between two lines of the DC bus and having a midpoint voltage at an interconnection point;
a midpoint voltage control unit provided between two lines of the DC bus for controlling the midpoint voltage;
AC side voltage for acquiring a first phase voltage between the first voltage line and the neutral line of the AC line and a second phase voltage between the second voltage line and the neutral line of the AC line a sensor;
a control unit that performs bipolar pulse width modulation control on the inverter and controls the midpoint voltage control unit;
The AC reactor has a core common to two lines from the output end of the inverter to the first voltage line and the second voltage line,
The control unit
controlling the inverter so that the line voltage between the first voltage line and the second voltage line becomes a target value;
controlling the midpoint voltage control unit to adjust the midpoint voltage so that the absolute values of the first phase voltage and the second phase voltage are equal to each other;
Power converter.
請求項1に記載の電力変換装置。 The control unit controls the midpoint voltage control unit such that the midpoint voltage deviates from an intermediate value of voltages between two lines of the DC bus.
The power converter according to claim 1.
請求項1又は請求項2に記載の電力変換装置。 The control unit controls the midpoint voltage control unit to adjust the midpoint voltage so that the phase of the first phase voltage and the phase of the inverted voltage obtained by inverting the second phase voltage match. ,
The power converter according to claim 1 or 2.
請求項1又は請求項2に記載の電力変換装置。 The control unit controls the midpoint voltage control unit such that the phase of the first phase voltage or the phase of the inverted voltage obtained by inverting the second phase voltage matches the phase of the line voltage. adjusting the midpoint voltage with
The power converter according to claim 1 or 2.
請求項3に記載の電力変換装置。 When there is a phase difference between the first phase voltage and the inversion voltage, the control unit applies a positive or negative bias voltage to the midpoint voltage to reduce the phase difference.
The power converter according to claim 3.
請求項4に記載の電力変換装置。 When there is a phase difference between the first phase voltage or the inversion voltage and the line voltage, the control unit applies a positive or negative bias voltage to the midpoint voltage to reduce the phase difference. ,
The power converter according to claim 4.
請求項3又は請求項4に記載の電力変換装置。 Based on at least one of the first phase voltage when the zero crossing of the line voltage is detected and the second phase voltage when the zero crossing of the line voltage is detected, the control unit controls the midpoint applying a positive or negative bias voltage to the voltage to reduce the phase difference between the first phase voltage and the reversal voltage;
The power converter according to claim 3 or 4.
請求項1又は請求項2に記載の電力変換装置。 When there is a difference between the first phase voltage and the second phase voltage, the control unit applies a positive or negative bias voltage to the midpoint voltage to reduce the difference.
The power converter according to claim 1 or 2.
請求項5から請求項8のいずれか1項に記載の電力変換装置。 The bias voltage is a square wave, a sine wave or a triangular wave,
The power converter according to any one of claims 5 to 8.
請求項1又は請求項2に記載の電力変換装置。 The first phase voltage and the second phase voltage are instantaneous values or effective values,
The power converter according to claim 1 or 2.
請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の電力変換装置。 The AC reactor is sum-actively connected,
The power converter according to any one of claims 1 to 10.
前記交流電路の第1電圧線と第2電圧線との間の線間電圧が目標値となるように前記インバータを制御し、
前記交流電路の中性線から見た第1相電圧と第2相電圧とが絶対値で互いに均等になるように、前記中点電圧制御部を制御して前記中点電圧を調節する、
電力変換装置の制御方法。
an inverter, an AC reactor provided between the inverter and a single-phase three-wire AC electric circuit, a DC bus for supplying a DC voltage to the inverter, and an interconnection provided between two wires of the DC bus. A series body of a first capacitor and a second capacitor having a point at a midpoint voltage, a midpoint voltage control section provided between two lines of the DC bus for controlling the midpoint voltage, and a bipolar capacitor for the inverter. and a control unit that controls the midpoint voltage control unit, and a control unit that provides an AC output to the AC electric circuit. ,
controlling the inverter so that the line voltage between the first voltage line and the second voltage line of the AC electric circuit becomes a target value;
controlling the midpoint voltage control unit to adjust the midpoint voltage so that the absolute values of the first phase voltage and the second phase voltage viewed from the neutral line of the AC electric circuit are equal to each other;
A control method for a power converter.
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