JP4600731B2 - Control device for AC / AC direct conversion device - Google Patents

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Description

本発明は、双方向に電流を制御可能な複数の交流スイッチのオンオフにより交流相互間の直接変換を行って負荷に供給する交流交流直接変換装置の制御装置に関し、特に、交流スイッチを構成する半導体スイッチング素子のオンオフに伴うスイッチング損失や発生ノイズを低減するようにした制御技術に関するものである。   The present invention relates to a control device for an AC / AC direct conversion device that performs direct conversion between ACs by supplying on / off of a plurality of AC switches capable of controlling current in both directions and supplies the load to a load, and in particular, a semiconductor that constitutes the AC switch. The present invention relates to a control technique that reduces switching loss and generated noise associated with on / off of a switching element.

図8は、本出願人の先願である特願2003−404449号に記載された交流交流直接変換装置の制御装置を示している。
図8において、交流交流直接変換装置としてのマトリクスコンバータ20は、単方向に電流を制御可能な半導体スイッチング素子を例えば逆並列に接続して双方向の電流を制御可能とした交流スイッチS1〜S9を、交流入力端子R,S,Tと交流出力端子U,V,Wとの間に接続して構成されている。なお、30は交流電動機等の負荷である。
FIG. 8 shows a control device for an AC / AC direct conversion device described in Japanese Patent Application No. 2003-404449, which is a prior application of the present applicant.
In FIG. 8, a matrix converter 20 as an AC / AC direct conversion device includes AC switches S1 to S9 that are capable of controlling bidirectional current by connecting semiconductor switching elements capable of controlling current in a single direction in antiparallel, for example. The AC input terminals R, S, T and the AC output terminals U, V, W are connected. Reference numeral 30 denotes a load such as an AC motor.

上記マトリクスコンバータ20は、交流スイッチS1〜S9をPWM制御して三相交流電圧を直接切り出し、任意の大きさ及び周波数の三相交流電圧を得て負荷30に供給している。
マトリクスコンバータの入力電流及び出力電圧の制御方式としては、マトリクスコンバータ内に仮想のPWM整流器(以下、必要に応じて仮想整流器という)と仮想のPWMインバータ(同じく仮想インバータという)とを想定し、これらをPWM制御する仮想AC/DC/AC変換方式が知られている(後述する非特許文献1参照)。
The matrix converter 20 performs PWM control on the AC switches S1 to S9 to directly cut out a three-phase AC voltage, obtains a three-phase AC voltage having an arbitrary magnitude and frequency, and supplies it to the load 30.
As a control method of the input current and output voltage of the matrix converter, a virtual PWM rectifier (hereinafter referred to as a virtual rectifier if necessary) and a virtual PWM inverter (also referred to as a virtual inverter) are assumed in the matrix converter. A virtual AC / DC / AC conversion system that performs PWM control is known (see Non-Patent Document 1 described later).

図8の制御装置も、上記仮想AC/DC/AC変換方式によるものであり、仮想整流器により入力電流を制御し、仮想インバータにより出力電圧を制御している。
すなわち、入力電流指令から台形波指令発生手段11により、一相だけをスイッチングする台形波の入力電流指令を生成する。そして、この入力電流指令とキャリア発生手段12からのキャリアとを比較手段13により比較し、仮想整流器側のPWMパルスパターンを得る。
The control device of FIG. 8 is also based on the virtual AC / DC / AC conversion method, and controls an input current by a virtual rectifier and controls an output voltage by a virtual inverter.
That is, a trapezoidal wave input current command for switching only one phase is generated from the input current command by the trapezoidal wave command generating means 11. Then, the input current command and the carrier from the carrier generating means 12 are compared by the comparing means 13 to obtain a PWM pulse pattern on the virtual rectifier side.

一方、仮想インバータ側については、オンオフ比抽出手段16から出力される仮想整流器のスイッチング相のオンオフ比と、電源側のR,S,T相(各相電圧の大きさにより、それぞれ最大電圧相、中間電圧相、最小電圧相となる)のうち中間電圧相の電圧(中間電圧)とに基づいて、スイッチング回数低減対称変形キャリア発生手段18が対称変形キャリアを作成して出力する。
この対称変形キャリアを比較手段15に入力して出力電圧指令と比較し、仮想インバータ側のPWMパルスパターンを得る。
On the other hand, for the virtual inverter side, the on / off ratio of the switching phase of the virtual rectifier output from the on / off ratio extracting means 16 and the R, S, T phases on the power source side (the maximum voltage phase, Based on the voltage of the intermediate voltage phase (intermediate voltage) among the intermediate voltage phase and the minimum voltage phase), the symmetric deformation carrier generating means 18 for reducing the number of switchings creates and outputs a symmetric deformation carrier.
This symmetrically deformed carrier is input to the comparison means 15 and compared with the output voltage command to obtain a PWM pulse pattern on the virtual inverter side.

ここで、図9はマトリクスコンバータ20の出力一相(U相)分の回路を示している。マトリクスコンバータ20では、上述した電源電圧値の最大/中間/最小に応じてスイッチングするスイッチを選択し、出力電圧を制御している。
この図9は、図8におけるR,S,T相の電圧の大きさに応じた最大電圧相、中間電圧相、最小電圧相(以下、単に最大相、中間相、最小相ともいう)と出力側のU相との間にそれぞれ接続される交流スイッチ21,22,23を表したものである。例えば、R相が最大相、S相が中間相、T相が最小相である場合、図9の交流スイッチ21,22,23は、図8における交流スイッチS1,S4,S7にそれぞれ相当する。
Here, FIG. 9 shows a circuit for one phase (U phase) of the matrix converter 20. In the matrix converter 20, a switch that switches according to the above-described maximum / intermediate / minimum of the power supply voltage value is selected to control the output voltage.
9 shows a maximum voltage phase, an intermediate voltage phase, and a minimum voltage phase (hereinafter also simply referred to as a maximum phase, an intermediate phase, and a minimum phase) corresponding to the magnitudes of the R, S, and T phase voltages in FIG. The AC switches 21, 22, and 23 are respectively connected to the U phase on the side. For example, when the R phase is the maximum phase, the S phase is the intermediate phase, and the T phase is the minimum phase, the AC switches 21, 22, and 23 in FIG. 9 correspond to the AC switches S1, S4, and S7 in FIG.

図9において、最大相、中間相、最小相との接続関係に起因する印加電圧の極性から、参照記号にaを付したスイッチ21a,23aはIGBTモードで動作するスイッチ、参照記号bを付したスイッチ21b,23bは還流ダイオードモードで動作するスイッチをそれぞれ示している。
ここで、IGBTモードとは、コレクタ−エミッタ間に順電圧が印加されている(コレクタ電圧がエミッタ電圧より高い)状態の動作モードをいい、ゲートオンと同時に電流が流れる動作モードである。また、還流ダイオードモードとは、コレクタ−エミッタ間に逆電圧が印加されている(コレクタ電圧がエミッタ電圧より低い)状態の動作モードをいい、この場合には、順電圧が印加されてゲートオンしないと電流が流れず、インバータにおける還流ダイオードとほぼ同様の作用になることから還流ダイオードモードと称している。
In FIG. 9, the switches 21a and 23a with the reference symbol a added to the polarity of the applied voltage resulting from the connection relationship with the maximum phase, intermediate phase, and minimum phase are the switches that operate in the IGBT mode and the reference symbol b. Switches 21b and 23b are switches that operate in a freewheeling diode mode, respectively.
Here, the IGBT mode refers to an operation mode in which a forward voltage is applied between the collector and the emitter (the collector voltage is higher than the emitter voltage), and is an operation mode in which a current flows at the same time as the gate is turned on. The freewheeling diode mode is an operation mode in which a reverse voltage is applied between the collector and the emitter (the collector voltage is lower than the emitter voltage). In this case, the forward voltage is applied and the gate is not turned on. Since the current does not flow and the operation is almost the same as that of the freewheeling diode in the inverter, it is called the freewheeling diode mode.

また、中間相に接続されるスイッチ22のスイッチ22a/b,22b/aについては、最大相及び中間相の間でスイッチングする場合(スイッチ22が下アームとして動作する場合)と、中間相及び最小相の間でスイッチングする場合(スイッチ22が上アームとして動作する場合)とで、IGBTモード、還流ダイオードモードになるスイッチが何れも入れ替わることになる。このため、参照符号に2a/b,2b/aを付してある。
例えば、図9における最大相及び中間相の間のスイッチ21,22でスイッチングする場合には、スイッチ22a/bがIGBTモード、22b/aが還流ダイオードモードとなり、中間相及び最小相の間のスイッチ22,23でスイッチングする場合には、スイッチ22a/bが還流ダイオードモード、22b/aがIGBTモードとなる。
As for the switches 22a / b and 22b / a of the switch 22 connected to the intermediate phase, when switching between the maximum phase and the intermediate phase (when the switch 22 operates as a lower arm), the intermediate phase and the minimum When switching between phases (when the switch 22 operates as an upper arm), both switches that are in the IGBT mode and the freewheeling diode mode are switched. For this reason, 2a / b and 2b / a are added to the reference symbols.
For example, when switching is performed by the switches 21 and 22 between the maximum phase and the intermediate phase in FIG. 9, the switch 22a / b is in the IGBT mode and 22b / a is in the freewheeling diode mode, and the switch between the intermediate phase and the minimum phase When switching is performed at 22, 23, the switch 22a / b is in the freewheeling diode mode, and 22b / a is in the IGBT mode.

なお、仮想AC/DC/AC変換方式では、スイッチングモードに関する基本的な概念として、「上アーム切替」と「下アーム切替」とがある。
「上アーム切替」とは、仮想インバータの上アームPWMパルスを最大相と中間相の交流スイッチのPWMパルスにより分配してスイッチングするモードであり、「下アーム切替」とは、仮想インバータの下アームPWMパルスを中間相と最小相の交流スイッチのPWMパルスにより分配してスイッチングするモードである。
ここで、「分配する」とは、例えば「上アーム切替」の時に、仮想インバータの上アームPWMパルスが、最大相と中間相の交流スイッチのPWMパルスの論理和になることを意味する。
In the virtual AC / DC / AC conversion method, there are “upper arm switching” and “lower arm switching” as basic concepts regarding the switching mode.
“Upper arm switching” is a mode in which the upper arm PWM pulse of the virtual inverter is distributed and switched by the PWM pulses of the maximum-phase and intermediate-phase AC switches, and “lower arm switching” is the lower arm of the virtual inverter. In this mode, the PWM pulse is distributed and switched by the PWM pulse of the AC switch of the intermediate phase and the minimum phase.
Here, “distribute” means that, for example, at the time of “upper arm switching”, the upper arm PWM pulse of the virtual inverter becomes the logical sum of the PWM pulses of the maximum-phase and intermediate-phase AC switches.

「上アーム切替」になるか「下アーム切替」になるかは前記中間電圧の極性に依存し、中間電圧が正のときは「上アーム切替」、中間電圧が負のときは「下アーム切替」となる。
例えば、中間電圧が正(上アーム切替)のときは、仮想インバータのU相上アームのPWMパルスを図9における交流スイッチ21,22(最大相及び中間相のスイッチ)のPWMパルスにより分配し、中間電圧が負(下アーム切替)のときは、仮想インバータのU相下アームのPWMパルスを図9における交流スイッチ22,23(中間相及び最小相のスイッチ)のPWMパルスにより分配する。
“Upper arm switching” or “lower arm switching” depends on the polarity of the intermediate voltage. When the intermediate voltage is positive, “upper arm switching”, and when the intermediate voltage is negative, “lower arm switching”. "
For example, when the intermediate voltage is positive (upper arm switching), the PWM pulse of the U-phase upper arm of the virtual inverter is distributed by the PWM pulses of the AC switches 21 and 22 (maximum phase and intermediate phase switches) in FIG. When the intermediate voltage is negative (lower arm switching), the PWM pulses of the U-phase lower arm of the virtual inverter are distributed by the PWM pulses of the AC switches 22 and 23 (intermediate phase and minimum phase switches) in FIG.

図8では、各相の電源電圧から検出した中間電圧をスイッチング回数低減対称変形キャリア発生手段18に入力し、この発生手段18により、中間電圧に依存する変形キャリアを発生させて仮想インバータのPWMパルスを得ている。
ここで、図10は、仮想インバータキャリアとして、中間電圧の極性を考慮することなく、仮想整流器キャリア(キャリア発生手段12の出力)のUp/Downに応じてUp/Downパターンを切り替えた対称変形三角波を用いた場合の、仮想整流器PWMパルス、仮想インバータの上アーム及び下アームのPWMパルス、マトリクスコンバータ20のPWMパルス等を示している。なお、仮想整流器キャリアの最大値、最小値(山、谷)の時点で仮想インバータキャリアのピーク値をセット(プリセット)している。
In FIG. 8, the intermediate voltage detected from the power supply voltage of each phase is input to the symmetric deformation carrier generation means 18 for reducing the number of switching times, and the generation means 18 generates a deformation carrier depending on the intermediate voltage to generate the PWM pulse of the virtual inverter. Have gained.
Here, FIG. 10 shows a symmetrical deformed triangular wave in which the Up / Down pattern is switched according to the Up / Down of the virtual rectifier carrier (output of the carrier generating means 12) as the virtual inverter carrier without considering the polarity of the intermediate voltage. The virtual rectifier PWM pulse, the PWM pulse of the upper and lower arms of the virtual inverter, the PWM pulse of the matrix converter 20, and the like are shown. Note that the peak value of the virtual inverter carrier is set (preset) at the time of the maximum value and the minimum value (mountain, valley) of the virtual rectifier carrier.

仮想インバータキャリアのUpとDownとの比を仮想整流器PWMパルスのオンオフ比(デューティ比)により決定した場合、図10に示すように、仮想インバータキャリアは仮想整流器キャリアの山、谷のピークで対称な変形三角波となり、結果的に、仮想インバータの上アームPWMパルス及び下アームPWMパルスは、仮想整流器キャリアの山谷に対して対称になる。図10において、a〜dは仮想整流器PWMパルスが変化するタイミングを示している。   When the ratio of Up and Down of the virtual inverter carrier is determined by the on / off ratio (duty ratio) of the virtual rectifier PWM pulse, the virtual inverter carrier is symmetric at the peaks and valleys of the virtual rectifier carrier as shown in FIG. As a result, the upper and lower arm PWM pulses of the virtual inverter are symmetric with respect to the peaks and valleys of the virtual rectifier carrier. In FIG. 10, a to d indicate timings at which the virtual rectifier PWM pulse changes.

この場合、図10のa〜dから明らかなように、上アーム切替時には、仮想整流器のPWMパルス変化に伴うパルス変化がマトリクスコンバータ20のPWMパルスに現れるため、スイッチング回数が6回となっている。
これに対し、下アーム切替では、仮想整流器のPWMパルス変化がマトリクスコンバータの最小相(仮想インバータの下アーム)に接続されている交流スイッチのPWMパルスがオフの時に現れており、仮想整流器のPWMパルス変化に伴うパルス変化はマトリクスコンバータのPWMパルスに現れず、スイッチング回数は4回である。
In this case, as apparent from a to d in FIG. 10, when the upper arm is switched, the pulse change accompanying the PWM pulse change of the virtual rectifier appears in the PWM pulse of the matrix converter 20, so the number of times of switching is six. .
On the other hand, in the lower arm switching, the PWM pulse change of the virtual rectifier appears when the PWM pulse of the AC switch connected to the minimum phase of the matrix converter (lower arm of the virtual inverter) is off, and the PWM of the virtual rectifier The pulse change accompanying the pulse change does not appear in the PWM pulse of the matrix converter, and the number of times of switching is four.

すなわち、切替アームと同一アーム(例えば上アーム切替時における上アーム、または下アーム切替時における下アーム)の仮想インバータPWMパルスがオフのときに仮想整流器をスイッチングすれば、仮想整流器のPWMパルス変化がマトリクスコンバータのPWMパルスに現れることはなく、スイッチング回数を減少させることができる。
そこで、図11に示すように、例えば中間電圧が正である上アーム切替時には、仮想整流器キャリアの山、谷のタイミングで割り込み処理により仮想インバータキャリアの値として後述のUp/Downカウンタにゼロをセットすると共に、図10に対して仮想インバータキャリアのUp/Downのタイミングを反転させる(仮想インバータキャリアを180°反転させる)。なお、このUp/Downのタイミングの反転は、Up/DownカウンタのUpカウント、Downカウントの切り替えによって行う。
That is, if the virtual rectifier is switched when the virtual inverter PWM pulse of the same arm as the switching arm (for example, the upper arm when the upper arm is switched or the lower arm when the lower arm is switched) is OFF, the PWM pulse change of the virtual rectifier is changed. It does not appear in the PWM pulse of the matrix converter, and the switching frequency can be reduced.
Therefore, as shown in FIG. 11, for example, when the upper arm is switched when the intermediate voltage is positive, zero is set in the Up / Down counter (to be described later) as the value of the virtual inverter carrier by the interrupt process at the timing of the peak and valley of the virtual rectifier carrier. At the same time, the Up / Down timing of the virtual inverter carrier is inverted with respect to FIG. 10 (the virtual inverter carrier is inverted 180 °). The inversion of the Up / Down timing is performed by switching the Up / Down count of the Up / Down counter.

この結果、図11に示す如く、仮想インバータキャリアの山の折り返し点(頂上点)と仮想整流器のPWMパルス変化時点とが同期する。これにより、仮想整流器のPWMパルス変化は最大相に接続されている上アームの交流スイッチが必ずオフしているときに発生することになり、マトリクスコンバータのPWMパルスに仮想PWM整流器のパルス変化は現れない。
従って、上アーム切替時のマトリクスコンバータ20のスイッチング回数をスイッチング1周期当たり4回にすることができる。
As a result, as shown in FIG. 11, the fold-back point (top point) of the virtual inverter carrier and the PWM pulse change time of the virtual rectifier are synchronized. As a result, the PWM pulse change of the virtual rectifier occurs only when the upper arm AC switch connected to the maximum phase is off, and the pulse change of the virtual PWM rectifier appears in the PWM pulse of the matrix converter. Absent.
Therefore, the number of times of switching of the matrix converter 20 at the time of switching the upper arm can be set to 4 times per switching cycle.

なお、仮想インバータキャリアの位相が反転しても、キャリア波形が直線であれば、キャリア比較方式では1スイッチング周期(仮想整流器キャリアまたは仮想インバータキャリアの1周期)中に出力電圧指令に応じたオンオフ比のパルスが発生するので、出力電圧指令に応じた出力電圧が得られる。
また、図示されていないが、中間電圧が負である下アーム切替時には、仮想整流器キャリアの山、谷のタイミングの割り込み処理により、仮想インバータキャリアの値として、仮想整流器PWMパルスのパルス幅に応じたピーク値をUp/Downカウンタにセットすると共に、図11に対して仮想インバータキャリアを180°反転させることとする。
Even if the phase of the virtual inverter carrier is reversed, if the carrier waveform is a straight line, the carrier comparison method uses an on / off ratio according to the output voltage command during one switching cycle (one cycle of the virtual rectifier carrier or virtual inverter carrier). Therefore, an output voltage corresponding to the output voltage command can be obtained.
Although not shown in the figure, when switching the lower arm where the intermediate voltage is negative, the virtual inverter carrier value is set according to the pulse width of the virtual rectifier PWM pulse as a value of the virtual inverter carrier by the interrupt processing of the peak and valley timings of the virtual rectifier carrier. The peak value is set in the Up / Down counter, and the virtual inverter carrier is inverted by 180 ° with respect to FIG.

図12は、図8におけるスイッチング回数低減対称変形キャリア発生手段18のハードウェア構成を示すブロック図である。
図12において、181は中間電圧が入力される中間電圧正負判別回路、182は仮想整流器キャリアのUp/Down信号と仮想整流器PWMパルスが入力されるXOR(排他的論理和)回路、183はXOR回路182の出力が加えられるNOT回路、184は中間電圧の極性に応じてXOR回路182の出力とNOT回路183の出力とを切り替え、これらの何れかを仮想インバータキャリアUp/Down信号として出力するセレクタ、185はセレクタ184からの仮想インバータキャリアUp/Down信号に応じてUp/Downカウントし、かつ、仮想整流器キャリアのピーク値とゼロとが入力されるUp/Downカウンタであり、このカウンタ185の出力が仮想インバータキャリアとして前記比較手段15に入力されている。
また、186,187は仮想インバータの出力電圧指令が保持されている電圧指令レジスタ、188は仮想整流器PWMパルスに応じてレジスタ186,187を選択し、所定の電圧指令を比較手段15に出力するセレクタである。
FIG. 12 is a block diagram showing a hardware configuration of the symmetric deformation carrier generating means 18 for reducing the number of switching times in FIG.
In FIG. 12, reference numeral 181 denotes an intermediate voltage positive / negative discriminating circuit to which an intermediate voltage is inputted, 182 is an XOR (exclusive OR) circuit to which an up / down signal of the virtual rectifier carrier and a virtual rectifier PWM pulse are inputted, and 183 is an XOR circuit. A NOT circuit to which the output of 182 is added, 184 is a selector that switches the output of the XOR circuit 182 and the output of the NOT circuit 183 in accordance with the polarity of the intermediate voltage, and outputs either of them as a virtual inverter carrier Up / Down signal, Reference numeral 185 denotes an Up / Down counter which counts Up / Down according to the virtual inverter carrier Up / Down signal from the selector 184 and receives the peak value of the virtual rectifier carrier and zero, and the output of the counter 185 is Input to the comparison means 15 as a virtual inverter carrier There.
Reference numerals 186 and 187 denote voltage command registers that hold the output voltage command of the virtual inverter. Reference numeral 188 denotes a selector that selects the registers 186 and 187 in accordance with the virtual rectifier PWM pulse and outputs a predetermined voltage command to the comparison means 15. It is.

この対称変形キャリア発生手段18では、スイッチング回数を低減するために、中間電圧の極性に応じてインバータキャリアのUp/Downを反転させ、仮想整流器キャリアのピークに同期した割り込みごとに、Up/Downカウンタ185に対して、インバータキャリアピーク値を仮想整流器のPWMパルス幅に応じたピーク値またはゼロにセットする。
ただし、仮想インバータキャリアを反転するときにキャリアの跳躍が出ないように、キャリアのピーク時点でUp/Downを必ず切り替えることとする。
In this symmetrically deformed carrier generating means 18, in order to reduce the number of times of switching, the Up / Down of the inverter carrier is inverted according to the polarity of the intermediate voltage, and the Up / Down counter for each interrupt synchronized with the peak of the virtual rectifier carrier. For 185, the inverter carrier peak value is set to a peak value or zero according to the PWM pulse width of the virtual rectifier.
However, Up / Down is always switched at the peak time of the carrier so that the carrier does not jump when the virtual inverter carrier is inverted.

前述した図11の下段には、図12における仮想整流器キャリアUp/Down信号、XOR回路182の出力、NOT回路183の出力を併せて示してある。中間電圧の極性に応じて図示するXOR回路182の出力、NOT回路183の出力をセレクタ184により選択し、選択した信号を仮想インバータキャリアのUp/Down信号として用いることで図示する仮想インバータキャリアが生成される。ここで、図11の例は、セレクタ184がNOT回路183の出力を選択し、この出力を仮想インバータキャリアのUp/Down信号として用いた例である。
図示されていないが、図11の例では下アーム切替時にも1スイッチング周期中のスイッチング回数は4回となり、全ての運転周期にわたり、1スイッチング周期中のスイッチング回数を4回にすることができる。
In the lower part of FIG. 11 described above, the virtual rectifier carrier Up / Down signal, the output of the XOR circuit 182 and the output of the NOT circuit 183 in FIG. 12 are shown together. The output of the illustrated XOR circuit 182 and the output of the NOT circuit 183 are selected by the selector 184 according to the polarity of the intermediate voltage, and the selected signal is used as the Up / Down signal of the virtual inverter carrier to generate the illustrated virtual inverter carrier. Is done. Here, the example of FIG. 11 is an example in which the selector 184 selects the output of the NOT circuit 183 and uses this output as the Up / Down signal of the virtual inverter carrier.
Although not shown, in the example of FIG. 11, the number of times of switching in one switching period is four even when the lower arm is switched, and the number of times of switching in one switching period can be four over all the operating periods.

伊東淳一ほか2名,「仮想AC/DC/AC変換方式によるマトリクスコンバータの入出力波形改善法」,社団法人電気学会研究会資料(半導体電力変換・産業電力電気応用合同研究会),SPC−02−77〜96,IEA−02−18〜37,平成14年11月14日,p.75−80Shinichi Ito and two others, “Improvement method of input / output waveform of matrix converter by virtual AC / DC / AC conversion method”, Institute of Electrical Engineers of Japan (Semiconductor power conversion / industrial power / electricity application joint study group), SPC-02 -77-96, IEA-02-18-37, November 14, 2002, p. 75-80

上述した先願記載の発明によれば、交流スイッチのスイッチング回数を減少させてスイッチング損失やノイズを低減させることが可能である。
しかしながら、この先願発明では任意の順序で交流スイッチに対する駆動パルス(PWMパルス)を出力できないため、スイッチングによって交流スイッチを介し負荷に供給される電圧が最小相の電圧から最大相の電圧(図11におけるスイッチング回数が第2回目のタイミング)、または、最大相の電圧から最小相の電圧(同じくスイッチング回数が第3回目のタイミング)に移行する状態が発生する。このように最大相、最小相の間でスイッチング状態が直接移行すると中間相を経由しないことになるため、交流スイッチに印加される電圧が急変してスイッチング損失の増加を招き、冷却用の放熱フィン等の容量、体積の増加を招く。
更に、転流時には、出力電圧に大きなサージ電圧が発生してスイッチングノイズが増加すると共に、電動機を制御する際にトルクリプルが増加する等の問題がある。
According to the invention described in the prior application described above, it is possible to reduce switching loss and noise by reducing the number of times of switching of the AC switch.
However, since the drive pulse (PWM pulse) for the AC switch cannot be output in an arbitrary order in this prior invention, the voltage supplied to the load via the AC switch by switching is changed from the minimum phase voltage to the maximum phase voltage (in FIG. 11). The number of times of switching is the second timing) or a state in which the maximum phase voltage is shifted to the minimum phase voltage (similarly, the number of switching times is the third timing). If the switching state directly shifts between the maximum phase and the minimum phase in this way, the intermediate phase is not passed, so the voltage applied to the AC switch changes suddenly, resulting in an increase in switching loss, and the cooling fins for cooling. This leads to an increase in capacity and volume.
Further, at the time of commutation, there is a problem that a large surge voltage is generated in the output voltage and switching noise is increased, and torque ripple is increased when controlling the electric motor.

そこで、本発明の解決課題は、交流スイッチの駆動パルスを所望の順序で生成し、交流スイッチに印加される電圧の急変を防止してスイッチング損失やノイズを低減させ、交流交流直接変換装置の高効率化を可能にした制御装置を提供することにある。   Therefore, the problem to be solved by the present invention is that the drive pulses of the AC switch are generated in a desired order, the sudden change of the voltage applied to the AC switch is prevented, switching loss and noise are reduced, It is an object of the present invention to provide a control device that can improve efficiency.

上記課題を解決するため、請求項1に記載した発明は、双方向に電流を制御可能な複数の交流スイッチをオンオフさせることにより、多相の交流電源電圧を任意の大きさ及び周波数の交流電圧に直接変換して負荷に供給する交流交流直接変換装置において、
前記変換装置の入力電流指令及び出力電圧指令とキャリアとをそれぞれ比較して前記交流スイッチを構成する半導体スイッチング素子の駆動パルスを生成するパルス生成手段と、
各相電源電圧の大小関係に応じて前記駆動パルスの順序を制御し、負荷に供給される各相電源電圧の順序を変更する順序制御手段と、を備え
前記交流交流直接変換装置を、仮想整流器と仮想インバータとの組み合わせにより想定すると共に、
前記パルス生成手段は、
前記仮想整流器の入力電流指令と第1のキャリアとを比較して前記仮想整流器のPWMパルスを生成する手段と、
前記仮想整流器のPWMパルスのオンオフ比に応じたUp期間、Down期間を有し、かつ、前記第1のキャリアの山、谷のピークを中心として対称な第2のキャリアと前記仮想インバータの出力電圧指令とを比較して前記仮想インバータのPWMパルスを生成する手段と、を備え、
前記順序制御手段は、
前記仮想整流器及び前記仮想インバータの各PWMパルス及び前記第1のキャリアを用いて、負荷に供給される各相電源電圧の順序を変更するように各相電源電圧の大小関係に応じて順序を制御したPWMパルスを生成し、出力するものである。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 1 is to turn on and off a plurality of AC switches capable of controlling currents in both directions, thereby changing a multiphase AC power supply voltage to an AC voltage having an arbitrary magnitude and frequency. In the AC / AC direct conversion device that directly converts to the load and supplies it to the load
Pulse generation means for comparing the input current command and output voltage command of the converter with the carrier and generating a drive pulse of the semiconductor switching element constituting the AC switch;
Order control means for controlling the order of the drive pulses in accordance with the magnitude relationship of each phase power supply voltage, and changing the order of each phase power supply voltage supplied to the load ,
Assuming the AC / AC direct conversion device by a combination of a virtual rectifier and a virtual inverter,
The pulse generation means includes
Means for comparing the input current command of the virtual rectifier and the first carrier to generate a PWM pulse of the virtual rectifier;
The second carrier having an Up period and a Down period corresponding to the on / off ratio of the PWM pulse of the virtual rectifier, and symmetrical with respect to the peak and peak of the first carrier and the output voltage of the virtual inverter Means for comparing the command and generating a PWM pulse of the virtual inverter,
The order control means includes
Using the PWM pulses of the virtual rectifier and the virtual inverter and the first carrier, the order is controlled according to the magnitude relationship of the phase power supply voltages so as to change the order of the phase power supply voltages supplied to the load. The generated PWM pulse is generated and output .

請求項2に記載した発明は、請求項1において、前記順序制御手段は、あるサンプリング時刻において、前記仮想インバータのPWMパルスを各相電源電圧の大小関係に応じて分配した複数のPWMパルスの出力時間を計測し、次のサンプリング時刻において、前記出力時間を保有する複数のパルスの出力順序を、負荷に供給される各相電源電圧の急変が生じないように変更するものである。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the sequence control means outputs a plurality of PWM pulses obtained by distributing the PWM pulses of the virtual inverter according to the magnitude relation of the phase power supply voltages at a certain sampling time. Time is measured, and at the next sampling time, the output order of the plurality of pulses having the output time is changed so as not to cause a sudden change in each phase power supply voltage supplied to the load .

請求項3に記載した発明は、双方向に電流を制御可能な複数の交流スイッチをオンオフさせることにより、多相の交流電源電圧を任意の大きさ及び周波数の交流電圧に直接変換して負荷に供給する交流交流直接変換装置において、
前記変換装置の入力電流指令及び出力電圧指令とキャリアとをそれぞれ比較して前記交流スイッチを構成する半導体スイッチング素子の駆動パルスを生成するパルス生成手段と、
各相電源電圧の大小関係に応じて前記駆動パルスの順序を制御し、負荷に供給される各相電源電圧の順序を変更する順序制御手段と、を備え、
前記交流交流直接変換装置を、仮想整流器と仮想インバータとの組み合わせにより想定すると共に、
前記パルス生成手段は、
三相の電源電圧のうちの中間電圧の極性に応じて前記仮想整流器の入力電流指令と前記仮想インバータの出力電圧指令とを合成して複数の合成指令値を生成する合成指令発生手段を備え、
前記順序制御手段は、
前記合成指令値とキャリアとを比較して得たパルスに基づき、負荷に供給される各相電源電圧の順序を変更するように各相電源電圧の大小関係に応じて順序を制御したPWMパルスを生成し、出力するものである。
In the invention described in claim 3, by turning on and off a plurality of AC switches capable of controlling currents in both directions, a multi-phase AC power supply voltage is directly converted into an AC voltage having an arbitrary magnitude and frequency, and is converted into a load. In the supplied AC / AC direct conversion device ,
Pulse generation means for comparing the input current command and output voltage command of the converter with the carrier and generating a drive pulse of the semiconductor switching element constituting the AC switch;
Order control means for controlling the order of the drive pulses in accordance with the magnitude relationship of each phase power supply voltage, and changing the order of each phase power supply voltage supplied to the load,
Assuming the AC / AC direct conversion device by a combination of a virtual rectifier and a virtual inverter,
The pulse generation means includes
A synthesis command generating means for generating a plurality of synthesized command values by synthesizing the input current command of the virtual rectifier and the output voltage command of the virtual inverter according to the polarity of the intermediate voltage of the three-phase power supply voltage,
The sequence control means includes
Based on the pulse obtained by comparing the combined command value and the carrier, a PWM pulse whose order is controlled in accordance with the magnitude relationship of each phase power supply voltage so as to change the order of each phase power supply voltage supplied to the load. Generate and output .

請求項4に記載した発明は、請求項において、
前記順序制御手段は、前記合成指令発生手段から出力された二つの合成指令値に基づいて、負荷に供給される各相電源電圧の急変が生じないように順序を制御したPWMパルスを生成するものである。
The invention described in claim 4 is, in claim 3 ,
The sequence control means generates a PWM pulse whose order is controlled based on the two synthesis command values output from the synthesis command generation means so as not to cause a sudden change in each phase power supply voltage supplied to the load. It is.

請求項5に記載した発明は、請求項1〜の何れか1項において、交流交流直接変換装置が三相−三相変換を行うマトリクスコンバータであり、かつ、前記順序制御手段は、三相の電源電圧のうち最大相電圧、中間相電圧、最小相電圧の大小関係に応じてパルスの順序を制御するものである。
A fifth aspect of the present invention is the matrix converter according to any one of the first to fourth aspects, wherein the AC / AC direct conversion device performs a three-phase to three-phase conversion, and the sequence control means includes a three-phase converter. The order of pulses is controlled in accordance with the magnitude relationship among the maximum phase voltage, the intermediate phase voltage, and the minimum phase voltage .

マトリクスコンバータをはじめとする交流交流直接変換装置において、請求項1,2,5の発明によれば、仮想PWM整流器及び仮想インバータの制御手段から得られたPWMパルスを1サンプリング遅れで並び替えることにより、最大電圧相から最小電圧相、または、最小電圧相から最大電圧相へのスイッチングを回避することができ、スイッチング損失やノイズの発生を防止することができる。
また、請求項の発明によれば、サンプリング遅れなしに、最大電圧相、中間電圧相または最小電圧相の合成指令値のうち例えば二つの情報のみで、全運転領域に渡り負荷に供給される電源電圧相の順序を変えることができる。これにより、前記同様に最大電圧相と最小電圧相との間でのスイッチングを回避してスイッチング損失やノイズの発生を防止するものである。
In an AC / AC direct conversion apparatus such as a matrix converter, according to the inventions of claims 1 , 2 , and 5 , PWM pulses obtained from the control means of the virtual PWM rectifier and the virtual inverter are rearranged with one sampling delay. Switching from the maximum voltage phase to the minimum voltage phase or from the minimum voltage phase to the maximum voltage phase can be avoided, and the occurrence of switching loss and noise can be prevented.
Further, according to the inventions of claims 3 to 5 , without any sampling delay, for example, only two pieces of information of the combined command values of the maximum voltage phase, the intermediate voltage phase, or the minimum voltage phase are supplied to the load over the entire operation range. The order of power supply voltage phases can be changed. As a result, switching between the maximum voltage phase and the minimum voltage phase is avoided to prevent the occurrence of switching loss and noise as described above.

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図1は請求項1,2,5に相当する本発明の第1実施形態を示すブロック図であり、図8と同一の構成要素には同一の符号を付してある。
この実施形態では、比較手段13,15とPWMパルス合成手段17との間に最大/中間/最小順序制御手段40が設けられており、この順序制御手段40は、1スイッチング周期遅れで、各相交流電源電圧を負荷に供給する交流スイッチの駆動パルス(PWMパルス)を並び替えて出力し、PWMパルス合成手段17では、これらのPWMパルスを交流スイッチS1〜S9の各半導体スイッチング素子に対する駆動パルスとしてデコードする。
なお、図1の構成において、台形波指令発生手段11、キャリア発生手段12、比較手段13,15、オンオフ比抽出手段16、スイッチング回数低減対称変形キャリア発生手段18は請求項におけるパルス生成手段を構成し、最大/中間/最小順序制御手段40は請求項における順序制御手段を構成している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention corresponding to claims 1 , 2 , and 5. The same components as those in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals.
In this embodiment, a maximum / intermediate / minimum order control means 40 is provided between the comparison means 13, 15 and the PWM pulse synthesizing means 17, and this order control means 40 is delayed by one switching cycle, and each phase The drive pulses (PWM pulses) of the AC switch that supplies the AC power supply voltage to the load are rearranged and output, and the PWM pulse synthesizing unit 17 uses these PWM pulses as drive pulses for the semiconductor switching elements of the AC switches S1 to S9. Decode.
1, the trapezoidal wave command generation means 11, the carrier generation means 12, the comparison means 13 and 15, the on / off ratio extraction means 16, and the switching frequency reduction symmetrical deformation carrier generation means 18 constitute the pulse generation means in the claims. The maximum / intermediate / minimum order control means 40 constitutes the order control means in the claims.

図2は、図1における最大/中間/最小順序制御手段40の構成を示している。
図2において、41は、図1の比較手段13から出力される仮想整流器PWMパルスと比較手段15から出力される仮想インバータPWMパルスとが入力される最大/中間/最小検出手段である。この検出手段41は、仮想インバータPWMパルス及び仮想整流器PWMパルスに基づいて、仮想インバータPWMパルスが最大相、中間相、最小相のどのPWMパルスを生じさせるかを検出する。
すなわち、図11から明らかなように、仮想整流器PWMパルス及び仮想インバータPWMパルスの状態により、例えば上アーム切替時には最大相及び中間相の交流スイッチによりPWMパルスを分配し、また、仮想整流器PWMパルスのオンオフ状態によって最大相または中間相のどちらが分配するのかを検出することができる。
よって、最大/中間/最小検出手段41では、仮想インバータPWMパルス及び仮想整流器PWMパルスに基づいて、仮想インバータPWMパルスが最大相、中間相、最小相のどのPWMパルスを生じさせるかを検出可能である。
FIG. 2 shows the configuration of the maximum / intermediate / minimum order control means 40 in FIG.
2, reference numeral 41 denotes a maximum / intermediate / minimum detection unit to which the virtual rectifier PWM pulse output from the comparison unit 13 of FIG. 1 and the virtual inverter PWM pulse output from the comparison unit 15 are input. The detection means 41 detects whether the virtual inverter PWM pulse generates a PWM pulse of maximum phase, intermediate phase, or minimum phase based on the virtual inverter PWM pulse and the virtual rectifier PWM pulse.
That is, as apparent from FIG. 11, the PWM pulse is distributed by the AC switch of the maximum phase and the intermediate phase according to the state of the virtual rectifier PWM pulse and the virtual inverter PWM pulse, for example, when switching the upper arm, It is possible to detect whether the maximum phase or the intermediate phase is distributed depending on the on / off state.
Therefore, the maximum / intermediate / minimum detection means 41 can detect whether the virtual inverter PWM pulse generates the maximum phase, intermediate phase, or minimum phase PWM pulse based on the virtual inverter PWM pulse and the virtual rectifier PWM pulse. is there.

また、図2の42は仮想インバータPWMパルスのエッジを検出するパルスエッジ検出手段であり、その出力は仮想整流器キャリアのピークのタイミングと共にカウンタ43に入力されている。このカウンタ43は、仮想インバータPWMパルスに基づく最大相、中間相、最小相のPWMパルスの出力時間を計測するものである。
カウンタ43の出力は最大/中間/最小パルス出力時間記憶手段44に加えられており、この記憶手段44では、カウンタ43の出力に基づき、仮想インバータPWMパルスから想定した最大相、中間相、最小相のPWMパルスの出力時間を記憶する。
そして、記憶手段44の出力は前記検出手段41の出力情報と共に最大/中間/最小パルス出力手段45に加えられ、検出手段41の出力情報によって決まる最大相、中間相、最小相のそれぞれについて、記憶手段44により記憶された出力時間を持つPWMパルスを並び替えて出力する。
Further, reference numeral 42 in FIG. 2 denotes pulse edge detection means for detecting the edge of the virtual inverter PWM pulse, and its output is inputted to the counter 43 together with the timing of the peak of the virtual rectifier carrier. The counter 43 measures the output time of the maximum phase, intermediate phase, and minimum phase PWM pulses based on the virtual inverter PWM pulse.
The output of the counter 43 is added to the maximum / intermediate / minimum pulse output time storage means 44. In this storage means 44, based on the output of the counter 43, the maximum phase, intermediate phase, minimum phase assumed from the virtual inverter PWM pulse. The PWM pulse output time is stored.
The output of the storage means 44 is added to the maximum / intermediate / minimum pulse output means 45 together with the output information of the detection means 41, and the maximum phase, intermediate phase, and minimum phase determined by the output information of the detection means 41 are stored. The PWM pulses having the output time stored by means 44 are rearranged and output.

図2の具体的な動作を、図3の波形図を参照しながら更に説明する。図3は、最大/中間/最小順序制御手段40の動作を説明するためのもので、仮想整流器キャリア、仮想インバータキャリア、仮想インバータ出力電圧指令、仮想インバータ上アームPWMパルス、マトリクスコンバータ20のPWMパルス、同じく並び替え後のマトリクスコンバータ20のPWMパルスの説明図である。   2 will be further described with reference to the waveform diagram of FIG. FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the maximum / intermediate / minimum order control means 40. Virtual rectifier carrier, virtual inverter carrier, virtual inverter output voltage command, virtual inverter upper arm PWM pulse, PWM pulse of matrix converter 20 FIG. 5 is also an explanatory diagram of PWM pulses of the matrix converter 20 after rearrangement.

図2のパルスエッジ検出手段42が仮想インバータPWMパルスのエッジを検出し、カウンタ43が、仮想整流器キャリアのピークのタイミングを基準としてカウント動作することにより、図3に示す最大相のパルス出力時間ΔT1(k)、中間相のパルス出力時間ΔT2(k)、最小相のパルス出力時間ΔT3(k)をサンプリング時刻(k)において計測し、最大/中間/最小パルス出力時間記憶手段44がこれらの時間を記憶する。
最大/中間/最小パルス出力手段45では、最大/中間/最小検出手段41から出力される情報により、出力時間ΔT1(k)のパルスが最大相のパルスであり、出力時間ΔT2(k)のパルスが中間相のパルスであり、出力時間ΔT3(k)のパルスが最小相のパルスであることを認識することができ、1スイッチング周期遅らせた次のサンプリング時刻(k+1)で、最大相→中間相→最小相→最小相→中間相→最大相の順にPWMパルスを並び替えて出力する。
こうして並び替えた後のPWMパルスが図1のPWMパルス合成手段17に出力され、交流スイッチS1〜S9の各半導体スイッチング素子に対する駆動パルスとしてデコードされてマトリクスコンバータ20に与えられることになる。
The pulse edge detection means 42 in FIG. 2 detects the edge of the virtual inverter PWM pulse, and the counter 43 performs a counting operation based on the peak timing of the virtual rectifier carrier, whereby the pulse output time ΔT1 of the maximum phase shown in FIG. (K) The intermediate phase pulse output time ΔT2 (k) and the minimum phase pulse output time ΔT3 (k) are measured at the sampling time (k), and the maximum / intermediate / minimum pulse output time storage means 44 measures these times. Remember.
In the maximum / intermediate / minimum pulse output means 45, the pulse of the output time ΔT1 (k) is the pulse of the maximum phase based on the information output from the maximum / intermediate / minimum detection means 41, and the pulse of the output time ΔT2 (k) Can be recognized that the pulse of the output phase ΔT3 (k) is the pulse of the minimum phase, and at the next sampling time (k + 1) delayed by one switching cycle, the maximum phase → the intermediate phase → Rearrange PWM pulses in the order of minimum phase → minimum phase → intermediate phase → maximum phase.
The PWM pulses after the rearrangement are output to the PWM pulse synthesizing unit 17 shown in FIG. 1, decoded as drive pulses for the semiconductor switching elements of the AC switches S1 to S9, and supplied to the matrix converter 20.

すなわち、図3においてPWMパルスを並び替える前には、中間相→最小相→最大相→最小相→中間相の順序で各相電源電圧が交流スイッチを介して負荷30に供給されるのに対し、本実施形態によれば、PWMパルスの順序制御(並び替え)によって最大相→中間相→最小相→最小相→中間相→最大相の順序で電源電圧が負荷30に供給されることになる。
従って、図11に示したように最小相から最大相または最大相から最小相に移行するスイッチング状態が発生することはなく、最大相と最小相との間では常に中間相を経由するので、交流スイッチに印加される電圧の変化分が小さくなり、スイッチング損失及びノイズを低減することができる。
That is, before the PWM pulses are rearranged in FIG. 3, each phase power supply voltage is supplied to the load 30 via the AC switch in the order of intermediate phase → minimum phase → maximum phase → minimum phase → intermediate phase. According to the present embodiment, the power supply voltage is supplied to the load 30 in the order of maximum phase → intermediate phase → minimum phase → minimum phase → intermediate phase → maximum phase by PWM pulse sequence control (rearrangement). .
Therefore, as shown in FIG. 11, a switching state in which the transition from the minimum phase to the maximum phase or from the maximum phase to the minimum phase does not occur, and the intermediate phase is always passed between the maximum phase and the minimum phase. The amount of change in voltage applied to the switch is reduced, and switching loss and noise can be reduced.

次に、図4は請求項に相当する本発明の第2実施形態を示すブロック図である。
図4において、51は台形波指令から仮想整流器の交流スイッチのオンオフ比を抽出するオンオフ比抽出手段、52は出力電圧指令から仮想インバータの交流スイッチのオンオフ比を抽出するオンオフ比抽出手段である。これらの抽出手段51,52により規格化された仮想整流器の入力電流指令及び仮想インバータの出力電圧指令は、整流器/インバータ合成指令発生手段53に入力されて合成されるようになっている。
なお、図4の構成において、台形波指令発生手段11、オンオフ比抽出手段51,52、キャリア発生手段54、整流器/インバータ合成指令発生手段53、比較手段55は、請求項におけるパルス生成手段を構成し、かつ、整流器/インバータ合成指令発生手段53は請求項における合成指令発生手段を構成すると共に、最大/中間/最小順序制御手段56は請求項における順序制御手段を構成している。
Next, FIG. 4 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention corresponding to claim 3-5.
In FIG. 4, 51 is an on / off ratio extracting means for extracting the on / off ratio of the AC switch of the virtual rectifier from the trapezoidal wave command, and 52 is an on / off ratio extracting means for extracting the on / off ratio of the AC switch of the virtual inverter from the output voltage command. The input current command of the virtual rectifier and the output voltage command of the virtual inverter standardized by the extraction means 51 and 52 are input to the rectifier / inverter synthesis command generation means 53 and synthesized.
4, the trapezoidal wave command generation means 11, the on / off ratio extraction means 51 and 52, the carrier generation means 54, the rectifier / inverter synthesis command generation means 53, and the comparison means 55 constitute the pulse generation means in the claims. In addition, the rectifier / inverter combination command generation means 53 constitutes the combination command generation means in the claims, and the maximum / intermediate / minimum order control means 56 constitutes the order control means in the claims.

この実施形態では、合成指令発生手段53から出力される後述の合成指令値534a,534bとキャリア発生手段54からのキャリアとを比較手段55により比較して最大相、中間相、最小相のPWMパルスを生成し、これらのパルスの順序を最大/中間/最小順序制御手段56により制御することにより、第1実施形態のような1サンプリング周期の遅れなしに、各相交流電源電圧を所定の順序で負荷30に供給するようにしたものである。   In this embodiment, the synthesis command values 534a and 534b, which will be described later, output from the synthesis command generation unit 53 and the carrier from the carrier generation unit 54 are compared by the comparison unit 55, and the PWM pulses of the maximum phase, intermediate phase, and minimum phase are compared. By controlling the order of these pulses by the maximum / intermediate / minimum order control means 56, each phase AC power supply voltage can be controlled in a predetermined order without delay of one sampling period as in the first embodiment. The load 30 is supplied.

すなわち、図4において、キャリア発生手段54では、振幅を0〜1.0に規格化したキャリアを発生して比較手段55に入力する。
一方、仮想整流器側のオンオフ比抽出手段51では入力電流指令を0〜1.0に規格化すると共に、仮想インバータ側側のオンオフ比抽出手段52では出力電圧指令を0〜1.0に規格化し、これらの規格化した入力電流指令及び出力電圧指令を整流器/インバータ合成指令発生手段53に入力する。
That is, in FIG. 4, the carrier generation unit 54 generates a carrier whose amplitude is normalized to 0 to 1.0 and inputs the carrier to the comparison unit 55.
On the other hand, the on / off ratio extraction means 51 on the virtual rectifier side normalizes the input current command to 0 to 1.0, and the on / off ratio extraction means 52 on the virtual inverter side normalizes the output voltage command to 0 to 1.0. These standardized input current command and output voltage command are input to the rectifier / inverter composite command generation means 53.

整流器/インバータ合成指令発生手段53には中間電圧相の中間電圧が入力されており、この中間電圧の極性を、整流器/インバータ合成指令発生手段53における前記「上アーム切替」または「下アーム切替」の選択に利用する。
前述したように、上下アームの切り替えは中間電圧の極性に依存し、中間電圧が正のときは「上アーム切替」、中間電圧が負のときは「下アーム切替」となる。
An intermediate voltage phase intermediate voltage is input to the rectifier / inverter combination command generating means 53, and the polarity of the intermediate voltage is determined by the “upper arm switching” or “lower arm switching” in the rectifier / inverter combination command generating means 53. Used to select
As described above, the switching of the upper and lower arms depends on the polarity of the intermediate voltage, and is “upper arm switching” when the intermediate voltage is positive and “lower arm switching” when the intermediate voltage is negative.

図5は、整流器/インバータ合成指令発生手段53の構成を示している。
中間電圧正負判別手段531により、中間電圧の極性から上アーム切替または下アーム切替を選択する。上アーム切替が選択された場合、セレクタ532の動作により、仮想インバータの上アームのオンオフ比が最大相と中間相とに分配される。最大相と中間相のそれぞれのオンオフ比は、入力電流のアンバランスを避けるために、仮想インバータ側のゼロ電圧ベクトルを入力電流指令のオンオフ比に応じて分配する。
FIG. 5 shows the configuration of the rectifier / inverter synthesis command generation means 53.
The intermediate voltage positive / negative discrimination means 531 selects upper arm switching or lower arm switching from the polarity of the intermediate voltage. When the upper arm switching is selected, the on / off ratio of the upper arm of the virtual inverter is distributed between the maximum phase and the intermediate phase by the operation of the selector 532. The on-off ratio of each of the maximum phase and the intermediate phase distributes the zero voltage vector on the virtual inverter side according to the on-off ratio of the input current command in order to avoid imbalance of the input current.

例えば、入力電流指令のオン状態で最大相が選択され、入力電流指令のオフ状態で中間相が選択された場合、最大/中間/最小合成指令値発生手段533では、最大相、中間相及び最小相の合成指令値を以下の数式1〜3により分配する。
[数1]
最大相合成指令値 DUTYmax=DUTY Vinv ・DUTY Irec
[数2]
中間相合成指令値 DUTYmid=DUTY Vinv ・(1−DUTY Irec
[数3]
最小相合成指令値 DUTYmin=1.0−(DUTYmax+DUTYmid
For example, when the maximum phase is selected when the input current command is on and the intermediate phase is selected when the input current command is off, the maximum / intermediate / minimum combined command value generation means 533 causes the maximum phase, intermediate phase, and minimum The phase synthesis command value is distributed according to the following equations 1-3.
[Equation 1]
Maximum phase synthesis command value DUTY max = DUTY V inv *・ DUTY I rec *
[Equation 2]
Intermediate phase synthesis command value DUTY mid = DUTY V inv * · (1-DUTY I rec * )
[Equation 3]
Minimum phase synthesis command value DUTY min = 1.0- (DUTY max + DUTY mid )

なお、数式1〜3において、Vinv は出力電圧指令、Irec は入力電流指令であり、DUTY Vinv ,DUTY Irec は0〜1.0の範囲で変化する。
また、キャリア発生手段54からのキャリアは極大値=1.0、極小値=0.0とする。
In Equations 1 to 3, V inv * is an output voltage command, I rec * is an input current command, and DUTY V inv * and DUTY I rec * vary in the range of 0 to 1.0.
Further, the carrier from the carrier generating means 54 has a maximum value = 1.0 and a minimum value = 0.0.

合成指令値選択手段534では、最大/中間/最小合成指令値発生手段533から得られる最大相、中間相及び最小相の合成指令値のうち何れか二つを選択し、合成指令値534a,534bとして比較手段55に出力する。
上記二つの合成指令値534a,534bは、比較手段55においてキャリア発生手段54からのキャリアと比較され、パルス化される。
この出力パルスは最大/中間/最小順序制御手段56に入力され、この順序制御手段56において、交流電源の各相(最大相、中間相及び最小相)電圧を負荷30に供給する順序を後述のように決定し、PWMパルスとして出力する。PWMパルス合成手段17では、最大/中間/最小順序制御手段56から得られたPWMパルスを交流スイッチの各半導体スイッチング素子に対する駆動パルスとしてデコードする。
In the synthesis command value selection means 534, any two of the synthesis command values of the maximum phase, the intermediate phase and the minimum phase obtained from the maximum / intermediate / minimum synthesis command value generation means 533 are selected, and the synthesis command values 534a and 534b are selected. To the comparison means 55.
The two combined command values 534a and 534b are compared with the carrier from the carrier generating means 54 in the comparing means 55 and are pulsed.
This output pulse is input to the maximum / intermediate / minimum order control means 56, and the order control means 56 describes the order of supplying each phase (maximum phase, intermediate phase and minimum phase) voltage of the AC power source to the load 30 as will be described later. And output as a PWM pulse. The PWM pulse synthesizing unit 17 decodes the PWM pulse obtained from the maximum / intermediate / minimum order control unit 56 as a drive pulse for each semiconductor switching element of the AC switch.

次に、図6は、図4における比較手段55及び最大/中間/最小順序制御手段56の構成を示したものである。比較手段55において、比較器551には整流器/インバータ合成指令発生手段53から出力された合成指令値534aとキャリア発生手段54から出力されたキャリアとが入力され、両者の比較によってPWMパルス551aが生成される。また、比較器552には、整流器/インバータ合成指令発生手段53から出力された他方の合成指令値534bと前記合成指令値534aとの和と、前記キャリアとが入力され、両者の比較によってPWMパルス552aが生成される。   Next, FIG. 6 shows the configuration of the comparison means 55 and the maximum / intermediate / minimum order control means 56 in FIG. In the comparator 55, the comparator 551 receives the combined command value 534a output from the rectifier / inverter combined command generator 53 and the carrier output from the carrier generator 54, and generates a PWM pulse 551a by comparing the two. Is done. Further, the comparator 552 receives the sum of the other combined command value 534b output from the rectifier / inverter combined command generating means 53 and the combined command value 534a and the carrier, and the PWM pulse is obtained by comparing the two. 552a is generated.

最大/中間/最小順序制御手段56では、以下の数式4〜数式6の論理により、入力された二つのPWMパルス551a,552aを分配する。なお、561はXOR(排他的論理和)回路、562はNOT(否定)回路である。
[数4]
PWMパルス56a=PWMパルス551a
[数5]
PWMパルス56b=PWMパルス551aとPWMパルス552aとの排他的論理和
[数6]
PWMパルス56c=PWMパルス552aの否定論理
The maximum / intermediate / minimum order control means 56 distributes the two input PWM pulses 551a and 552a according to the following equations 4 to 6. Reference numeral 561 denotes an XOR (exclusive OR) circuit, and reference numeral 562 denotes a NOT (negative) circuit.
[Equation 4]
PWM pulse 56a = PWM pulse 551a
[Equation 5]
PWM pulse 56b = exclusive OR of PWM pulse 551a and PWM pulse 552a [Equation 6]
PWM pulse 56c = negative logic of PWM pulse 552a

図7は、合成指令値534aとして最小電圧相の合成指令値が、合成指令値534bとして中間電圧相の合成指令値が入力された場合の、比較手段55及び最大/中間/最小順序制御手段56の内部信号を示している。
比較器551から出力されたPWMパルス551aは、最小電圧相パルスとしてそのままPWMパルス56aになる。また、PWMパルス56bは、前記PWMパルス551aと比較器552から出力されたPWMパルス552aとの排他的論理和となり、最小電圧相パルス(PWMパルス56a)を中心とする中間電圧相パルスとして均等に出力される。
更に、PWMパルス56cは、前記PWMパルス552aを反転したパルスとなり、最小電圧相パルス(PWMパルス56a)を中心として中間電圧相パルス(PWMパルス56b)の外側に位置する最大電圧相パルスとなる。
FIG. 7 shows the comparison means 55 and the maximum / intermediate / minimum order control means 56 when the composite command value for the minimum voltage phase is input as the composite command value 534a and the composite command value for the intermediate voltage phase is input as the composite command value 534b. Shows the internal signal.
The PWM pulse 551a output from the comparator 551 becomes the PWM pulse 56a as it is as the minimum voltage phase pulse. The PWM pulse 56b is an exclusive OR of the PWM pulse 551a and the PWM pulse 552a output from the comparator 552, and is equally as an intermediate voltage phase pulse centered on the minimum voltage phase pulse (PWM pulse 56a). Is output.
Further, the PWM pulse 56c is a pulse obtained by inverting the PWM pulse 552a, and is a maximum voltage phase pulse positioned outside the intermediate voltage phase pulse (PWM pulse 56b) with the minimum voltage phase pulse (PWM pulse 56a) as the center.

これらの最大相、中間相、最小相パルスによれば、第1実施形態と同様に、最小相から最大相または最大相から最小相に直接移行することがなく、最大相と最小相との間では常に中間相を経由するスイッチング状態になるため、交流スイッチに印加される電圧の変化分が小さくなってスイッチング損失及びノイズの低減が可能になる。   According to these maximum phase, intermediate phase, and minimum phase pulses, as in the first embodiment, there is no direct transition from the minimum phase to the maximum phase or from the maximum phase to the minimum phase. In this case, since the switching state always passes through the intermediate phase, the change in the voltage applied to the AC switch is reduced, and the switching loss and noise can be reduced.

上記のようにこの第2実施形態では、第1実施形態のように対称変形キャリア発生手段18を用いることなく、整流器/インバータ合成指令発生手段53から最大相、中間相または最小相の合成指令値のうち何れか二つの情報を得ると共に、これらの合成指令値をキャリアと比較して所定の論理演算を行うことにより、全運転周期にわたって負荷30に接続される各相電源電圧の順序を変えるものである。
これにより、サンプリング遅れやスイッチング損失、ノイズを発生することなく、交流交流直接変換器を構成する仮想整流器及び仮想インバータの制御を実現することができる。
As described above, in the second embodiment, the combined command value of the maximum phase, intermediate phase, or minimum phase is output from the rectifier / inverter combined command generating unit 53 without using the symmetrical deformation carrier generating unit 18 as in the first embodiment. To obtain the information of any two of them and compare the combined command value with the carrier to perform a predetermined logical operation, thereby changing the order of each phase power supply voltage connected to the load 30 over the entire operation cycle It is.
Thereby, the control of the virtual rectifier and the virtual inverter constituting the AC / AC direct converter can be realized without generating sampling delay, switching loss, and noise.

本発明の第1実施形態を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention. 図1における最大/中間/最小順序制御手段の構成図である。It is a block diagram of the maximum / intermediate / minimum order control means in FIG. 図1における最大/中間/最小順序制御手段の動作を説明するための波形図である。FIG. 6 is a waveform diagram for explaining the operation of the maximum / intermediate / minimum order control means in FIG. 1. 本発明の第2実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows 2nd Embodiment of this invention. 図4における最大/中間/最小順序制御手段の構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of maximum / intermediate / minimum order control means in FIG. 4. 図4における比較手段及び最大/中間/最小順序制御手段の構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of a comparison unit and a maximum / intermediate / minimum order control unit in FIG. 4. 図6の動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the operation | movement of FIG. 先願の制御装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control apparatus of a prior application. マトリクスコンバータの出力一相分の回路図である。It is a circuit diagram for the output one phase of a matrix converter. 他の従来技術における仮想整流器PWMパルス、仮想インバータPWMパルス等の説明図である。It is explanatory drawing of the virtual rectifier PWM pulse in another prior art, a virtual inverter PWM pulse, etc. 図8における仮想整流器パルス、仮想インバータPWMパルス等の説明図である。It is explanatory drawing of the virtual rectifier pulse in FIG. 8, a virtual inverter PWM pulse, etc. 図8におけるスイッチング回数低減対称変形キャリア発生手段の構成図である。It is a block diagram of the switching frequency reduction symmetrical deformation | transformation carrier generation means in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

11:台形波指令発生手段
12:キャリア発生手段
13,15:比較手段
16:オンオフ比抽出手段
17:PWMパルス合成手段
18:スイッチング回数低減対称変形キャリア発生手段
20:マトリクスコンバータ
30:負荷
40:最大/中間/最小順序制御手段
41:最大/中間/最小検出手段
42:パルスエッジ検出手段
43:カウンタ
44:最大/中間/最小パルス出力時間記憶手段
45:最大/中間/最小パルス出力手段
51,52:オンオフ比抽出手段
53:整流器/インバータ合成指令発生手段
531:中間電圧正負判別手段
532:セレクタ
533:最大/中間/最小合成指令値発生手段
534:合成指令値選択手段
54:キャリア発生手段
55:比較手段
551,552:比較器
56:最大/中間/最小順序制御手段
561:XOR回路
562:NOT回路
181:中間電圧正負判別回路
182:XOR回路
183:NOT回路
184,188:セレクタ
185:Up/Downカウンタ
186,187:電圧指令レジスタ
S1〜S9:交流スイッチ
11: Trapezoidal wave command generating means 12: Carrier generating means 13, 15: Comparison means 16: On / off ratio extracting means 17: PWM pulse synthesizing means 18: Switching frequency reduction symmetrically deformed carrier generating means 20: Matrix converter 30: Load 40: Maximum / Intermediate / minimum order control means 41: maximum / intermediate / minimum detection means 42: pulse edge detection means 43: counter 44: maximum / intermediate / minimum pulse output time storage means 45: maximum / intermediate / minimum pulse output means 51,52 : ON / OFF ratio extraction means 53: Rectifier / inverter synthesis command generation means 531: Intermediate voltage positive / negative discrimination means 532: Selector 533: Maximum / intermediate / minimum synthesis command value generation means 534: Synthesis command value selection means 54: Carrier generation means 55: Comparison means 551, 552: Comparator 56: Maximum / intermediate / minimum order Control unit 561: XOR circuit 562: NOT circuit 181: intermediate voltage polarity judging circuit 182: XOR circuit 183: NOT circuits 184, 188: Selector 185: Up / Down counter 186 and 187: voltage command register S1-S9: AC switch

Claims (5)

双方向に電流を制御可能な複数の交流スイッチをオンオフさせることにより、多相の交流電源電圧を任意の大きさ及び周波数の交流電圧に直接変換して負荷に供給する交流交流直接変換装置において、
前記変換装置の入力電流指令及び出力電圧指令とキャリアとをそれぞれ比較して前記交流スイッチを構成する半導体スイッチング素子の駆動パルスを生成するパルス生成手段と、
各相電源電圧の大小関係に応じて前記駆動パルスの順序を制御し、負荷に供給される各相電源電圧の順序を変更する順序制御手段と、
を備え
前記交流交流直接変換装置を、仮想整流器と仮想インバータとの組み合わせにより想定すると共に、
前記パルス生成手段は、
前記仮想整流器の入力電流指令と第1のキャリアとを比較して前記仮想整流器のPWMパルスを生成する手段と、
前記仮想整流器のPWMパルスのオンオフ比に応じたUp期間、Down期間を有し、かつ、前記第1のキャリアの山、谷のピークを中心として対称な第2のキャリアと前記仮想インバータの出力電圧指令とを比較して前記仮想インバータのPWMパルスを生成する手段と、を備え、
前記順序制御手段は、
前記仮想整流器及び前記仮想インバータの各PWMパルス及び前記第1のキャリアを用いて、負荷に供給される各相電源電圧の順序を変更するように各相電源電圧の大小関係に応じて順序を制御したPWMパルスを生成し、出力することを特徴とする交流交流直接変換装置の制御装置。
In an AC / AC direct conversion device that directly converts a multi-phase AC power supply voltage to an AC voltage of arbitrary magnitude and frequency and supplies it to a load by turning on and off a plurality of AC switches capable of controlling current in both directions.
Pulse generation means for comparing the input current command and output voltage command of the converter with the carrier and generating a drive pulse of the semiconductor switching element constituting the AC switch;
Order control means for controlling the order of the drive pulses in accordance with the magnitude relationship between the phase power supply voltages and changing the order of the phase power supply voltages supplied to the load;
Equipped with a,
Assuming the AC / AC direct conversion device by a combination of a virtual rectifier and a virtual inverter,
The pulse generation means includes
Means for comparing the input current command of the virtual rectifier and the first carrier to generate a PWM pulse of the virtual rectifier;
The second carrier having an Up period and a Down period corresponding to the on / off ratio of the PWM pulse of the virtual rectifier, and symmetrical with respect to the peak and peak of the first carrier and the output voltage of the virtual inverter Means for comparing the command and generating a PWM pulse of the virtual inverter,
The sequence control means includes
Using the PWM pulses of the virtual rectifier and the virtual inverter and the first carrier, the order is controlled according to the magnitude relationship of the phase power supply voltages so as to change the order of the phase power supply voltages supplied to the load. A control device for an AC / AC direct conversion device , which generates and outputs a PWM pulse .
請求項1に記載した交流交流直接変換装置の制御装置において、
前記順序制御手段は、
あるサンプリング時刻において、前記仮想インバータのPWMパルスを各相電源電圧の大小関係に応じて分配した複数のPWMパルスの出力時間を計測し、次のサンプリング時刻において、前記出力時間を保有する複数のパルスの出力順序を、負荷に供給される各相電源電圧の急変が生じないように変更することを特徴とする交流交流直接変換装置の制御装置。
In the control device for the AC / AC direct conversion device according to claim 1,
The sequence control means includes
At a certain sampling time, the output time of a plurality of PWM pulses obtained by distributing the PWM pulses of the virtual inverter according to the magnitude relationship of the power supply voltages of each phase is measured, and at the next sampling time, a plurality of pulses having the output time The control sequence of the AC / AC direct conversion device is characterized in that the output order is changed so as not to cause a sudden change in each phase power supply voltage supplied to the load .
双方向に電流を制御可能な複数の交流スイッチをオンオフさせることにより、多相の交流電源電圧を任意の大きさ及び周波数の交流電圧に直接変換して負荷に供給する交流交流直接変換装置において、
前記変換装置の入力電流指令及び出力電圧指令とキャリアとをそれぞれ比較して前記交流スイッチを構成する半導体スイッチング素子の駆動パルスを生成するパルス生成手段と、
各相電源電圧の大小関係に応じて前記駆動パルスの順序を制御し、負荷に供給される各相電源電圧の順序を変更する順序制御手段と、
を備え、
前記交流交流直接変換装置を、仮想整流器と仮想インバータとの組み合わせにより想定すると共に、
前記パルス生成手段は、
三相の電源電圧のうちの中間電圧の極性に応じて前記仮想整流器の入力電流指令と前記仮想インバータの出力電圧指令とを合成して複数の合成指令値を生成する合成指令発生手段を備え、
前記順序制御手段は、
前記合成指令値とキャリアとを比較して得たパルスに基づき、負荷に供給される各相電源電圧の順序を変更するように各相電源電圧の大小関係に応じて順序を制御したPWMパルスを生成し、出力することを特徴とする交流交流直接変換装置の制御装置。
In an AC / AC direct conversion device that directly converts a multi-phase AC power supply voltage to an AC voltage of arbitrary magnitude and frequency and supplies it to a load by turning on and off a plurality of AC switches capable of controlling current in both directions .
Pulse generation means for comparing the input current command and output voltage command of the converter with the carrier and generating a drive pulse of the semiconductor switching element constituting the AC switch;
Order control means for controlling the order of the drive pulses in accordance with the magnitude relationship between the phase power supply voltages and changing the order of the phase power supply voltages supplied to the load;
With
Assuming the AC / AC direct conversion device by a combination of a virtual rectifier and a virtual inverter,
The pulse generation means includes
A synthesis command generating means for generating a plurality of synthesized command values by synthesizing the input current command of the virtual rectifier and the output voltage command of the virtual inverter according to the polarity of the intermediate voltage of the three-phase power supply voltage,
The order control means includes
Based on the pulse obtained by comparing the combined command value and the carrier, a PWM pulse whose order is controlled in accordance with the magnitude relationship of each phase power supply voltage so as to change the order of each phase power supply voltage supplied to the load. A control device for an AC / AC direct conversion device, characterized by generating and outputting .
請求項に記載した交流交流直接変換装置の制御装置において
前記順序制御手段は、
前記合成指令発生手段から出力された二つの合成指令値に基づいて、負荷に供給される各相電源電圧の急変が生じないように順序を制御したPWMパルスを生成することを特徴とする交流交流直接変換装置の制御装置。
In the control device for an AC / AC direct conversion device according to claim 3 ,
The sequence control means includes
An alternating current alternating current characterized in that , based on the two combined command values output from the combined command generating means, generates a PWM pulse whose sequence is controlled so as not to cause a sudden change in each phase power supply voltage supplied to the load. Control device for direct conversion device.
請求項1〜の何れか1項に記載した交流交流直接変換装置の制御装置において、
交流交流直接変換装置が三相−三相変換を行うマトリクスコンバータであり、かつ、
前記順序制御手段は、三相の電源電圧のうち最大相電圧、中間相電圧、最小相電圧の大小関係に応じてパルスの順序を制御することを特徴とする交流交流直接変換装置の制御装置。
In a controller for an AC AC direct conversion device according to any one of claims 1-4,
AC / AC direct conversion device is a matrix converter that performs three-phase to three-phase conversion, and
The control apparatus for an AC / AC direct conversion apparatus, wherein the order control means controls the order of pulses in accordance with a magnitude relationship among a maximum phase voltage, an intermediate phase voltage, and a minimum phase voltage among three-phase power supply voltages .
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